英飛凌無錫工廠在低碳、互聯(lián)、零缺陷的探索和實踐

碳中和、數(shù)字化、高良品率是現(xiàn)代工廠追求的目標(biāo)，需要一系列的技術(shù)和管理手段來保障。作為世界十大半導(dǎo)體公司之一，英飛凌科技擁有自己的芯片工廠，堪稱制造業(yè)的典范：是第一家承諾實現(xiàn)“碳中和”的半導(dǎo)體企業(yè)；自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）使生產(chǎn)周期縮短50%；產(chǎn)品缺陷率低至每10億中有2.9個。

圖：英飛凌無錫廣場外景

近日，英飛凌在無錫工廠舉辦了“低碳互聯(lián)’凌’距離 英飛凌無錫工廠媒體溝通會”，英飛凌科技副總裁、英飛凌無錫制造、研發(fā)、測試技術(shù)和創(chuàng)新部負(fù)責(zé)人范永新，攜英飛凌無錫工廠的信息技術(shù)總監(jiān)曹翃與高功率半導(dǎo)體制造部總監(jiān)張向東，向電子產(chǎn)品世界等媒體介紹了無錫工廠在綠色、智能和零缺陷方面的方法、探索及思考。

1   目標(biāo)碳中和，建設(shè)綠色工廠

1.1 為何熱衷“碳中和”

當(dāng)前，“氣侯變化”是一項全球性的挑戰(zhàn)，需要整個社會一致行動。英飛凌一直是把讓生活更加環(huán)保作為使命之一，認(rèn)為這是企業(yè)的責(zé)任。同時，英飛凌的產(chǎn)品恰恰能夠在這方面做出貢獻(xiàn)，因此，英飛凌也是希望能夠起到示范作用，通過自己的帶動，讓全社會都能夠參與進(jìn)來。

為此，英飛凌致力于持續(xù)減少碳排放，并在2020年制定了“有約束力的減排目標(biāo)”，成為第一家承諾實現(xiàn)“碳中和”的半導(dǎo)體企業(yè)。其目標(biāo)是到2030年實現(xiàn)碳中和。在此之前的2025年，把二氧化碳排放量較2019年降低70%。

在踐行碳中和方面，英飛凌有五大戰(zhàn)略舉措：①通過廢氣凈化，延續(xù)并完善減少溫室氣體排放的自愿措施，②不斷提高能源效率，并在制造領(lǐng)域采用最現(xiàn)代化的工藝技術(shù)，③中期過渡到使用具有來源保證的100%綠色電力，④通過擴(kuò)建工廠的充電基礎(chǔ)設(shè)施來推廣電動汽車，⑤對于無法完全避免的排放，以高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)購買碳排放證書，支持具有生態(tài)和社會效益的項目等。

英飛凌的信心其實也是源于其歷來的良好節(jié)能減排記錄，例如：在生產(chǎn)過程中，英飛凌的資源利用效率遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體行業(yè)的全球平均水平。在生產(chǎn)晶圓方面，英飛凌生產(chǎn)每平方厘米晶圓的耗電量比全球平均水平要低約47%，耗水量比全球平均水平要低約29%，產(chǎn)生的廢棄物比全球平均水平要低約56%。

歷史上所取得的良好成績，以及英飛凌的先進(jìn)技術(shù)給了其充分信心，去實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

在碳中和方面，前道工廠對工序的要求穩(wěn)定性特別高，因為它的產(chǎn)品周期很長，中間有成百甚至上千道工序，所以從整個自動化、節(jié)能化方面來看，前道工廠走得比后道快。對于后道工廠， 使用最先進(jìn)的技術(shù) ，需要企業(yè)有膽識、魄力與專業(yè)的知識判斷。作為英飛凌中喲的后道工廠，無錫工廠采取了與第三方合作進(jìn)行能源合同管理的方式，這是開創(chuàng)性的探索，相信這也是體現(xiàn)了很多中國人的特點，敢用新東西，敢于嘗試。

1.2 實現(xiàn)碳中和的具體措施

在降低碳排放、走向綠色工廠之路上，英飛凌無錫主要聚焦于覆蓋產(chǎn)品周期的五大重點領(lǐng)域。

1）低碳制造設(shè)計。主要表現(xiàn)在使用低碳材料，并提高材料使用效率；持續(xù)改進(jìn)工藝設(shè)計；開發(fā)智能制造技術(shù)、提高設(shè)備利用率；還有就是利用本土的生產(chǎn)材料和設(shè)備，減少設(shè)備、材料從供應(yīng)商到無錫工廠之間運輸所消耗的能源。

2）提高能源效率。英飛凌無錫工廠成立于1995年，在發(fā)展過程中運用能源合同管理模式，不斷采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品對制冷系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進(jìn)行能源改造，一方面能夠保持工廠順利運營，另一方面也大幅度提高了能源利用效率。此外也運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行智能的能源監(jiān)測。

3）減少直接排放。例如，使用清潔無氟制冷材料，采用電動叉車，甚至公司的班車也采用新能源大巴等。

4）資源循環(huán)利用。例如，將廢熱循環(huán)利用于空氣處理、水處理等系統(tǒng)；包裝材料循環(huán)利用；生產(chǎn)的廢棄物循環(huán)利用等。

5）使用清潔能源。在這方面，無錫工廠的舉措包括建立分布式屋頂和停車棚光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用綠色電力等。無錫工廠的布局都是樓宇式的，所以相對可用的面積不多。英飛凌無錫在所有可用區(qū)域安裝了光伏發(fā)電系統(tǒng)，到目前為止，有28%的辦公用電是由光伏驅(qū)動的，未來還要繼續(xù)開發(fā)新的節(jié)能方式。

實際上，無錫工廠早在2015年已經(jīng)實現(xiàn)了碳達(dá)峰，2020年碳排放較2015年減少了27%。并且，工廠實現(xiàn)了100%循環(huán)利用包裝材料、100%使用廢熱循環(huán)加熱水處理系統(tǒng)、在可用區(qū)域100%安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)2021年中國船級社質(zhì)量評估機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，英飛凌無錫工廠的綠色績效處于半導(dǎo)體行業(yè)的前5%。接下來，無錫工廠希望跟隨總部的決策，在2025年實現(xiàn)碳排放較2019年減少70%，并且在2030年達(dá)到碳中和。

1.3 引入第三方合作

此外，英飛凌無錫工廠的特色還在于引入第三方，跟很多伙伴進(jìn)行能源合同管理的合作方式。如果第三方愿意投資，英飛凌會要求他們采用最新的技術(shù)，即能效最好的方案，以減少電能消耗。通過這樣的方式，英飛凌實現(xiàn)了對冷凍機(jī)和空壓機(jī)的升級。光伏也是用了同樣的思路。這種方式的好處是與業(yè)務(wù)伙伴實現(xiàn)雙盈，甚至是多贏的合作。

2   智能工廠的實踐

2.1 打造智能工廠

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能工廠是英飛凌物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的重要組成部分。英飛凌是“德國工業(yè)4.0”執(zhí)行和指導(dǎo)委員會初創(chuàng)成員，而且也加入了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）和德國“工業(yè)4.0”平臺，在“工業(yè)4.0”相關(guān)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)的制定中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。同時，英飛凌也在研制工業(yè)4.0所需的核心器件和領(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案。除了是倡導(dǎo)者之外，英飛凌也是工業(yè)4.0的賦能者。英飛凌能夠提供值得信賴的安全解決方案、高級感測能力、跨應(yīng)用控制以及高效電源管理，這些對于實現(xiàn)工業(yè)4.0具有非常重要的作用。

除了作為倡導(dǎo)者跟賦能者之外，更是工業(yè)4.0的實踐者。英飛凌把覆蓋生產(chǎn)、供應(yīng)鏈和技術(shù)開發(fā)全流程數(shù)字化，作為實現(xiàn)工業(yè)4.0的一個目標(biāo)。

2.2 MES

2013年起，英飛凌無錫通過自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)了制造的自動化和智能化，顯著提升了運營績效。該系統(tǒng)能夠?qū)θ藛T、機(jī)器、材料、流程和方法、環(huán)境設(shè)施等五大關(guān)鍵生產(chǎn)要素進(jìn)行智能控制，利用無紙化、數(shù)據(jù)分析及智能決策系統(tǒng)，實現(xiàn)了工廠自動化和智能化，從而降低成本，提升速度和質(zhì)量。例如，英飛凌無錫將生產(chǎn)周期縮短了50%；在沒有額外投資新設(shè)備的情況下，生產(chǎn)效率提升了11%；實現(xiàn)了制造因素和產(chǎn)品工藝參數(shù)100%可追溯；自動化程度達(dá)到了80%；基于MES之上的系統(tǒng)，使得制程和人為錯誤降低了50%。在MES之上， 英飛凌無錫有“缺陷探測和管理系統(tǒng)”。

MES對行業(yè)的參考和借鑒如下。

1） 從產(chǎn)品的流轉(zhuǎn)方面來看，如果產(chǎn)品在生產(chǎn)線放的時間長，除了資金占用之外也產(chǎn)生質(zhì)量風(fēng)險。特別是對于半導(dǎo)體這種對灰塵、環(huán)境要求很高的產(chǎn)品而言，堆的時間越長，對應(yīng)的風(fēng)險也會越大。毫無疑問，流轉(zhuǎn)速度快對此是有幫助的。如果生產(chǎn)過程出現(xiàn)經(jīng)常性的停頓，停頓就意味著存在隱患，在這種機(jī)臺生產(chǎn)的產(chǎn)品隱患也會上升。若要實現(xiàn)的MES系統(tǒng)的智能管控，其實來源于對人、機(jī)、料、法各個方面所做的大量工作。

2） 從人員培訓(xùn)方面來看。為了保證合規(guī)人員的操作，員工在操作機(jī)臺之前首先要掃描、刷卡。刷卡之后，系統(tǒng)會自動判別員工是否具備操作這臺設(shè)備的資格。當(dāng)然，在進(jìn)行這個操作之前，首先需要保證員工正常的培訓(xùn)。英飛凌的員工基本上要3~6個月的培訓(xùn)時間，這樣他們才能夠獨立地去操作。

3） 在原材料方面，更多的是與供應(yīng)商的合作管控。除了像很多企業(yè)做的來料檢驗之外，英飛凌在跟供應(yīng)商，特別是新供應(yīng)商的合作過程中，英飛凌投入了大量的人力物力。不僅要到現(xiàn)場看，而且會派出質(zhì)量人員、技術(shù)人員、項目經(jīng)理定期地到工廠去，希望能夠把英飛凌的管理思路和理念分享給他們。最近，英飛凌拜訪了幾家供應(yīng)商，他們都表達(dá)了同樣的看法：雖然英飛凌目前在他們企業(yè)的業(yè)務(wù)中所占的比例并不高，可是他們認(rèn)為英飛凌對于他們的管理理念、管理方法的改進(jìn)，能夠幫助他們提升在同行業(yè)的競爭力，從而促進(jìn)他們的業(yè)務(wù)發(fā)展。

4） 在設(shè)備方面，英飛凌無錫也在不斷地升級改造，淘汰一些老舊設(shè)備，并引入最新的自動化設(shè)備，例如IGBT產(chǎn)品線。現(xiàn)在有很多的企業(yè)開始做IGBT產(chǎn)品，據(jù)了解其中有些工序是手工進(jìn)行的。通常認(rèn)為手工對質(zhì)量控制會有影響，因為人會有情緒不好、打瞌睡等情況。在所有的工序上，英飛凌都是采用最先進(jìn)的全自動設(shè)備操作。所以投資更大，但是產(chǎn)品是有保證的。因為IGBT對于發(fā)電、輸配電、用能、儲能等各方面的作用都非常關(guān)鍵，英飛凌也不會讓客戶承擔(dān)質(zhì)量風(fēng)險。

5） 從方法上，要做到完善的質(zhì)量管控。首先的基礎(chǔ)來源于人們對所做工作的理解。例如現(xiàn)在無錫工廠的工程師對器件的理解非常深，從技術(shù)層面來看，他們已經(jīng)談到了芯片晶圓的結(jié)構(gòu)、震動到底是哪個方向會對工件更好等非常細(xì)致的問題。正是得益于工程師對技術(shù)的進(jìn)一步掌握，才能使英飛凌的產(chǎn)品達(dá)到目前的水準(zhǔn)。

2.3 無錫工廠的工業(yè)4.0藍(lán)圖

展望未來，英飛凌提出了：英飛凌無錫工業(yè)4.0藍(lán)圖。從四個方面把這個“藍(lán)圖”加以闡述：1）集成化、數(shù)字化敏捷生產(chǎn)和制造系統(tǒng)。這里主要是基于MES系統(tǒng)對“人機(jī)料法環(huán)”的管控。2）還有利用大數(shù)據(jù)分析對質(zhì)量的自動異常檢測、預(yù)測。3）生產(chǎn)智能化和自動化。希望工程師的生活、所有辦公人員的生活也實現(xiàn)數(shù)字化，那就是實現(xiàn)高效自我管理的數(shù)字化工作和生活。4）物料方面，希望能實現(xiàn)優(yōu)化集成的材料處理。

英飛凌在工業(yè)4.0的推進(jìn)過程中的思路是：實現(xiàn)制造系統(tǒng)的穩(wěn)定化、數(shù)字化是基礎(chǔ)。在此之上，要把所有的信息“人、機(jī)、料、法”等變成數(shù)字化、讓系統(tǒng)能夠幫助人們將現(xiàn)實世界與數(shù)字世界聯(lián)系在一起。希望通過基于大數(shù)據(jù)分析、深度分析等方式，讓系統(tǒng)自動做匹配，從而實現(xiàn)“人、機(jī)、料”等各方面有機(jī)統(tǒng)一與資源利用最大化。

2.4 安全的保障

提到“工業(yè)4.0”，其實就是要萬物互聯(lián)。要聯(lián)網(wǎng)就存在安全性的問題，特別是對于英飛凌這樣的高科技企業(yè)，知識產(chǎn)權(quán)是非常重要的。如何防止甚至降低聯(lián)網(wǎng)之后的風(fēng)險？英飛凌無錫的安全解決方案能夠幫助進(jìn)行安全的身份認(rèn)證、安全的物品識別、安全的權(quán)限控制以及安全的通訊連接。在這個過程中，能夠滿足安全需求的智能卡芯片恰恰是無錫工廠主營的產(chǎn)品之一。它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括：支付、娛樂、政府身份識別、個人識別、物品識別、通訊聯(lián)系等。

圖 無錫工廠是英飛凌全球后道制造MES能力中心

那么，企業(yè)、工廠如何構(gòu)建一個安全的環(huán)境應(yīng)對現(xiàn)在已有的安全挑戰(zhàn)？

曹翃總監(jiān)稱，英飛凌非常關(guān)注自有知識的保護(hù)。物理級的安全方面，智能卡車間有四層安保。從網(wǎng)絡(luò)層面，現(xiàn)在在嘗試上公有云，例如客戶關(guān)系系統(tǒng)是在云上的。但是涉及自己的一些專有的知識還主要在公司內(nèi)部，會分很多保護(hù)等級，有保密網(wǎng)絡(luò)。保密網(wǎng)里每一臺測試機(jī)的測試程序是直接從德國的主程序服務(wù)器上下載的。測試完的結(jié)果，就直接去做分析，不在機(jī)器上保留。無錫工廠的辦公區(qū)域跟車間是分離的，由虛擬路由來做應(yīng)用之間的分離。關(guān)于電腦，每一個客戶端都有TPM (可信計算平臺模塊)，硬盤都是加密的。無錫工廠的任何一臺智能設(shè)備，包括筆記本電腦和臺式機(jī)都有公司頒發(fā)的證書， 沒有證書的設(shè)備是沒法接入網(wǎng)絡(luò)的。無錫工廠主要采用虛擬技術(shù)來部署自己的私有云。客戶端安裝軟件比較自由和人性化，在批準(zhǔn)的情況下，用戶可以從自有的應(yīng)用商店自助安裝，但是無F錫工廠會尊重知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，沒有盜版，所有安裝數(shù)量有自動統(tǒng)計。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備有實時的病毒、木馬檢測，實時報警，及采取措施。關(guān)鍵數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲到數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心為了保護(hù)它的安全， 訪問是受限的。為了防止保護(hù)數(shù)據(jù)的丟失，數(shù)據(jù)還會同步拷貝到新加坡、德國備份。

圖 無錫工廠外景

在軟件方面，無錫工廠的用戶環(huán)境非常好，想用什么軟件都可以自己安裝，但是要提出申請。英飛凌是非常遵守法律，不使用任何的盜版軟件。員工要對自己的行為負(fù)責(zé)，軟件都會被實時檢測。如果檢測到安裝一些非法或者有危險的軟件，都會有人直接來做處理。還有非常重要的一點是防病毒。防病毒是每秒鐘監(jiān)控PC的，只要上傳了不安全的網(wǎng)絡(luò)、下載了不安全的軟件，就會采取措施。這些支持基本上都做到了自動化、無人化、遠(yuǎn)程化。

還有員工的電腦只要幾分鐘不用，會自動鎖屏。無錫工廠會提高員工的安全意識，例如無錫工廠的USB在公司里面是受限的，不允許使用自己的U盤，只允許使用公司發(fā)放的，經(jīng)過定期清洗和加密的U盤。

3   如何實現(xiàn)零缺陷

3.1 追求零缺陷

從產(chǎn)品角度看，英飛凌用品質(zhì)領(lǐng)導(dǎo)地位實現(xiàn)了差異化競爭。英飛凌承諾從功能、可靠性、交期、產(chǎn)量和成本等方面，實現(xiàn)零缺陷。在此基礎(chǔ)上，英飛凌通過了很多國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，包括：ISO9001、IATF16949、AS9100、IEC17025、ISO26262等，保證了是在符合體系的要求下全面穩(wěn)定運行。

在多年的努力下，截至2020年，英飛凌已經(jīng)達(dá)到了2.9個DPB，即每生產(chǎn)10億個器件的缺陷數(shù)量不足3個，樹立了全球半導(dǎo)體的質(zhì)量標(biāo)桿。這是一個非常高的水準(zhǔn)，因為在很多行業(yè)還是以“每100萬中有多少個缺陷”衡量，英飛凌已經(jīng)到了“每10億”。如果做形象的比喻，意味著全中國每年僅有約4人生病，1個人平均94萬年才生病1次，1萬個黃種人每年掉頭發(fā)總量不足3根！

實際上，“零缺陷”首先是汽車電子提出來的。無錫工廠并沒有區(qū)別對待“消費電子、工業(yè)”跟“汽車”行業(yè)的客戶，是用同樣的最高標(biāo)準(zhǔn)、汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)做所有的生產(chǎn)。

其實在MES基礎(chǔ)上，無錫工廠有DDM（偏差實時探測管理系統(tǒng)）。這個系統(tǒng)能夠隨時把所有工序中輸入、輸出的信息收集起來，通過系統(tǒng)的自動判斷，從而做出評估。所謂的“輸入”，是指機(jī)器的功率、速度、力等信息；“輸出”是，指實際完成的結(jié)果怎么樣。DDM一方面能夠把這些問題落在審判員的狀態(tài)；另一方面，即便萬一有問題，也能夠在第一時間把它剔除掉。

除此之外，英飛凌也用了很多先進(jìn)技術(shù)，例如對產(chǎn)品的智能檢測。例如，半導(dǎo)體后道封裝里會有“打線”，經(jīng)常會出現(xiàn)“塌線”的情況，“塌線”就很容易有短路的風(fēng)險。無錫工廠對于這樣的產(chǎn)品有以電腦專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)的100%的X光檢測。以前有幾十個員工負(fù)責(zé)看這些圖像，但是幾年前替換成了用智能化的方式做自動識別，同樣把一卷放到X光機(jī)里面，系統(tǒng)會自動分割成一張一張照片送到后臺來判斷，線的形狀究竟好不好也是由系統(tǒng)判斷。采用這個系統(tǒng)之后，大大節(jié)省了人力。這些技術(shù)的應(yīng)用，也能幫助保證產(chǎn)品質(zhì)量。

提到質(zhì)量，為了實現(xiàn)這樣的質(zhì)量，在初期代價也不少。例如塌線的問題。在一個批次可能是（5~10）萬顆大的批次，哪怕發(fā)現(xiàn)1顆，無錫工廠就認(rèn)為其它產(chǎn)品也有風(fēng)險，對應(yīng)的批次全部報廢。

3.2 運營管理的措施

無錫工廠打造了“卓越質(zhì)量3-2-1”管理模式。一個核心, 即卓越質(zhì)量；兩個支柱，指的是持續(xù)穩(wěn)定和精進(jìn)創(chuàng)新；三個基石，，也就是系統(tǒng)和工具、組織、人才；持續(xù)穩(wěn)定始終是無錫運營工廠的指導(dǎo)思想。在此基礎(chǔ)上，快速反應(yīng)，敏捷管控。通過一些最佳實踐分享，集思廣益，無錫工廠也會進(jìn)行項目評估、競賽，來推進(jìn)智能工廠數(shù)字化。最終希望能夠?qū)崿F(xiàn)在質(zhì)量、效率上的卓越。

圖：質(zhì)量3-2-1管理模式

“縱有遲疑處，堅持質(zhì)量先”，零缺陷無處不在，不論是在無塵室、實驗室還是辦公室。英飛凌一直希望能夠成為質(zhì)量的領(lǐng)導(dǎo)者，實現(xiàn)“零缺陷”也意味著每個人對自己工作的承諾，從而來保證產(chǎn)品功能的可靠性、交期及產(chǎn)量、成本能夠?qū)崿F(xiàn)零缺陷。

4   英飛凌及無錫工廠概覽

4.1 英飛凌概況

在與賽普拉斯合并之后，英飛凌已成為全球十大半導(dǎo)體公司之一，也是汽車電子、電源管理和驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、安全互聯(lián)系統(tǒng)、無線combo、差異化存儲等領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。據(jù)第三方研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，英飛凌在汽車電子、功率半導(dǎo)體和安全I(xiàn)C領(lǐng)域的市場份額位居全球第一。

英飛凌有自己的前道和后道工廠，它們遍布全球。其中，約1/3是前道工廠，其余是后道工廠。后道工廠有超過一半分布在亞太地區(qū)，包括：泰國、馬來西亞、印度尼西亞、新加坡、菲律賓、韓國、中國無錫。

4.2 無錫工廠概況

無錫工廠成立于1995年，目前員工數(shù)超過1300人，是英飛凌在大中華區(qū)最大的制造基地。英飛凌正在把無錫工廠打造成其全球最大的IGBT制造中心之一。

圖：部分媒體參觀工廠的合影（筆者在左二）