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英飛凌:為能源價值鏈提供芯片方案,無錫工廠努力踐行“碳中和”

作者:王瑩時間:2021-07-16來源:電子產品世界收藏


本文引用地址:http://www.hifi-yinxiang.com/article/202107/426946.htm

1   英飛凌的解決方案

在電力電子全產業鏈中,英飛凌的功率半導體都有解決方案。在能源的生成和儲能方面,EasyPACKTM1B/2B IGBT功率模塊和SSO8 功率器件主要應用于太陽能發電、儲能和快速充電等領域。

其特點是效率更高、功率密度更大、尺寸更小且系統成本更低,能夠助力實現靈活的電網設計。同時,它還能夠提升將太陽能轉換為電能的效率,改善電池用電效率,確保電網穩定。在能源使用層面,EasyPACKTM 1B/2B、1A/2A 等IGBT 功率模塊及分立器件產品,能夠減少能源轉換和分配構成中的損耗,讓能源高效而廣泛地應用于工業驅動、數據中心、汽車、智能樓宇等眾多領域。

EasyPACKTM 1B/2B 模塊已經在英飛凌無錫工廠投入量產,且產能還在不斷擴大中。EasyPACKTM 1A/2A模塊也已做好量產準備。同時,英飛凌無錫工廠還在引進用于電動汽車的HybridPACKTM 雙面冷卻IGBT 模塊,它能夠把電池的直流電轉換為驅動電機的交流電,并且能夠將制動產生的交流電轉換成為電池充電的直流電,其過程損耗很低,有助于提高電動車輛的續航里程。

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英飛凌科技副總裁、英飛凌無錫制造、研發、測試技術和創新部負責人 范永新

2   無錫工廠對“”的踐行和思考

、數字化、高良品率是現代工廠追求的目標,需要一系列的技術和管理手段來保障。英飛凌科技是世界十大半導體公司之一,擁有自己的芯片制造工廠。近日,該公司在無錫舉辦了“低碳互聯‘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、測試技術和創新部負責人范永新,攜英飛凌無錫工廠的信息技術總監曹翃與高功率半導體制造部總監張向東,向電子產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。

2.1 為何熱衷“

當前,“氣候變化”是一項全球性挑戰,需要整個社會一致行動。英飛凌一直把讓生活更加環保作為使命之一,認為這是企業的社會責任。同時,英飛凌的產品也能夠在這方面做出貢獻。因此,英飛凌希望能夠起到示范作用,助力全社會參與。

為此,英飛凌致力于持續減少碳排放,并在2020年制定了“有約束力的減排目標”,成為第一家承諾實現“碳中和”的半導體企業。其目標是到2030 年實現碳中和。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,英飛凌有五大戰略舉措:①通過廢氣凈化,延續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,并在制造領域采用最現代化的工藝技術;③中期過渡到使用具有來源保證的100% 綠色電力;④通過擴建工廠的充電基礎設施推廣電動汽車;⑤對于無法完全避免的排放,以高質量標準購買碳排放證書,支持具有生態和社會效益的項目等。

英飛凌的信心源于其歷來的良好節能減排記錄,例如:在生產過程中,英飛凌的資源利用效率遠高于半導體行業的全球平均水平。在生產晶圓方面,英飛凌生產每平方厘米晶圓的耗電量比全球平均水平低約47%,耗水量比全球平均水平低約29%,產生的廢棄物比全球平均水平低約56%。

歷史上所取得的良好成績,以及英飛凌的先進技術給了其充分信心去實現碳中和目標。

2.2 實現碳中和的具體措施

在碳中和方面,前道工廠對工序的要求穩定性特別高,因為它的產品周期很長,中間有成百甚至上千道工序,所以從整個自動化、節能化方面來看,前道工廠走得比后道快。對于后道工廠,碳中和之路也需采用先進技術。一些新技術的采用需要企業有膽識、魄力與專業的知識判斷。作為后道工廠,英飛凌無錫主要聚焦于覆蓋產品周期的五大重點領域。

●   低碳制造設計。主要體現在使用低碳材料,并提高材料使用效率;持續改進工藝設計;開發智能制造技術,提高設備利用率;利用本土生產材料和設備,減少設備、材料從供應商到無錫工廠之間運輸所消耗的能源。

●   提高能源效率。英飛凌無錫工廠成立于1995 年,在發展過程中運用能源合同管理模式,不斷采用先進節能技術和產品對制冷系統、空壓系統、加熱系統、照明系統進行能源改造,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。此外也運用神經網絡進行智能能源監測。

●   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。

●   資源循環利用。例如,將廢熱循環用于空氣處理、水處理等系統;包裝材料循環利用;生產的廢棄物循環利用等。

●   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電系統,采用綠色電力等。無錫工廠的布局都是樓宇式的,所以相對可用面積不多。英飛凌無錫在所有可用區域安裝了光伏發電系統,到目前為止,有28% 的辦公用電是由光伏驅動的,未來還要繼續開發新的節能方式。

實際上,無錫工廠早在2015 年已經實現了碳達峰,2020 年碳排放較2015 年減少了27%。并且,工廠實現了100% 循環利用包裝材料,100% 使用廢熱循環加熱水處理系統,在可用區域100% 安裝光伏發電系統。

根據2021 年中國船級社質量評估機構數據,英飛凌無錫工廠的綠色績效處于半導體行業前5%。接下來,無錫工廠希望跟隨總部的決策,在2025 年實現碳排放較2019 年減少70%,并且在2030 年達到碳中和。

除此之外,無錫工廠的特色還在于與第三方合作進行能源合同管理的方式。如果第三方愿意投資,英飛凌會要求他們采用最新技術,即能效最好的方案,以減少電能消耗。通過這樣的方式,英飛凌實現了對冷凍機和空壓機的升級。光伏也用了同樣的思路。這種方式的好處是與業務伙伴實現雙贏,甚至是多贏合作。“這是開創性的探索,相信這也體現了很多中國人的特點,敢用新東西,敢于嘗試。”范永新副總裁稱。

2.3 用打造智能工廠

1)打造智能工廠

工業互聯網和智能工廠是英飛凌物聯網戰略的重要組成部分。英飛凌是“德國工業4.0”執行和指導委員會初創成員,也加入了工業互聯網聯盟(IIC)和德國“工業4.0”平臺,在“工業4.0”相關規則和標準的制定中發揮著非常關鍵的作用。同時,英飛凌也在研制工業4.0所需的核心器件和領先的半導體解決方案。除了是倡導者之外,英飛凌也是工業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、跨應用控制以及高效電源管理,這些對于實現工業4.0 具有非常重要的作用。

除了作為倡導者和賦能者,英飛凌更是工業4.0 的實踐者,把覆蓋生產、供應鏈和技術開發全流程數字化,作為實現工業4.0 的一個目標。

2)

2013 年起,英飛凌無錫通過自主研發的制造執行系統()實現了制造自動化和智能化,顯著提升了運營績效。該系統能夠對人員、機器、材料、流程和方法、環境設施等五大關鍵生產要素進行智能控制,利用無紙化、數據分析及智能決策系統實現了工廠自動化和智能化,從而降低成本,提升速度和質量。例如,英飛凌無錫將生產周期縮短了50%;在沒有額外投資新設備的情況下,生產效率提升了11%;實現了制造因素和產品工藝參數100% 可追溯;自動化程度達到了80%;基于MES 的系統使制程和人為錯誤降低了50%。在MES 之上,英飛凌無錫還有“缺陷探測和管理系統”。MES 對行業的參考和借鑒如下。

①產品的流轉方面,如果產品在生產線放的時間長,除了資金占用之外也產生質量風險。特別是對于半導體這種對灰塵、環境要求很高的產品,堆的時間越長,對應的風險也會越大。毫無疑問,流轉速度快對此是有幫助的。如果生產過程出現經常性的停頓,就意味著存在隱患,機臺生產的產品隱患也會上升。若要實現MES系統的智能管控,需要在人、機、料、法各個方面做大量工作。

②人員培訓方面,為了保證合規人員操作,員工在操作機臺之前首先要掃描、刷卡。刷卡之后,系統會自動判別員工是否具備操作這臺設備的資格。當然,在進行這個操作之前,首先需要保證員工正常的培訓。英飛凌的員工基本上要3 ~ 6 個月的培訓時間,然后才能夠獨立操作。

③在原材料方面,更多的是與供應商的合作管控。除了像很多企業做的來料檢驗之外,在跟供應商,特別是新供應商的合作過程中,英飛凌投入了大量的人力物力。不僅要到現場看,而且會派出質量人員、技術人員、項目經理定期到工廠去,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商,他們都表達了同樣的看法:雖然英飛凌目前在他們企業的業務中所占比例并不高,可是他們認為英飛凌對于他們的管理理念、管理方法的改進,能夠幫助他們提升在同行業的競爭力,從而促進他們的業務發展。

④在設備方面,英飛凌無錫也在不斷升級改造,淘汰一些老舊設備,引入最新的自動化設備,例如IGBT產品線。現在中國有很多企業開始做IGBT 產品,據了解其中有些工序是手工進行的。通常認為手工對質量控制會有影響,因為人會有情緒不好、瞌睡等情況。在所有工序上,英飛凌都是采用最先進的全自動設備操作。所以投資更大,但是產品是有保證的。因為IGBT 對于發電、輸配電、用能、儲能等各方面的作用都非常關鍵,英飛凌不能讓客戶承擔質量風險。

⑤從方法上,要做到完善的質量管控,首先來源于人們對所做工作的理解。例如,現在無錫工廠的工程師對器件的理解非常深,從技術層面來看,他們已經談到了芯片晶圓的結構、振動到底哪個方向會對工件更好等非常細致的問題。正是得益于工程師對技術的進一步掌握,才能使英飛凌的產品達到目前的水準。

2.4 無錫工廠的工業4.0藍圖

展望未來,英飛凌提出了無錫工業4.0 藍圖,包括四個方面:1)集成化、數字化敏捷生產和制造系統。這里主要是基于MES 系統對“人機料法環”的管控。2)利用大數據分析對質量的自動異常檢測、預測。3)生產智能化和自動化。希望工程師的生活、所有辦公人員的生活也實現數字化,實現高效自我管理的數字化工作和生活。4)物料方面,希望能實現優化集成的材料處理。英飛凌在工業4.0 的推進過程中的思路是:實現制造系統的穩定化、數字化是基礎。在此之上,要把所有的信息“人、機、料”等變成數字化,讓系統幫助人們將現實世界與數字世界聯系在一起。希望通過基于大數據分析、深度分析等方式,讓系統自動匹配,從而實現“人、機、料”等各方面有機統一與資源利用最大化。

3   英飛凌及無錫工廠概覽

3.1 英飛凌概況

與賽普拉斯合并之后,英飛凌已成為全球十大半導體公司之一,也是汽車電子、電源管理和驅動系統、傳感器系統、安全互聯系統、無線combo、差異化存儲等領域的領先者。據第三方研究機構發布的數據顯示,英飛凌在汽車電子、功率半導體和安全IC 領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,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。

3.2 無錫工廠概況

無錫工廠成立于1995 年,目前員工數超過1300 人,是英飛凌在大中華區最大的制造基地。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。1995 年無錫工廠成立時是做光電耦合器,后來做LED 產品。現在無錫工廠最大產量的產品是分立器件,用于二極管、三極管等領域,還有具有特別安全防護的智能卡芯片車間。除此之外,新建大樓主要是IGBT 產線。IGBT 有幾大類,從已經量產的EasyPACKTM 1B/2B IGBT 模塊,到已經完成量產準備的EasyPACKTM 1A/2A IGBT 模塊。同時,還有幾個項目在準備,包括用于電動汽車的HybridPACKTM雙面冷卻IGBT 模塊。這些模塊對應的功率、電壓范圍基本上能夠覆蓋從風電、光伏、工業,到消費電子、家電等方面的應用。

(本文來源于《電子產品世界》雜志2021年7月期)



關鍵詞: 202107 MES 碳中和

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