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基於歐盟已在2022年12月正式宣告針對鋼鐵、水泥產(chǎn)品課徵碳邊境關(guān)稅，勢將成為面向這波海嘯衝擊的產(chǎn)業(yè)第一排。目前在臺灣推行淨(jìng)零碳棑路徑的主要機(jī)關(guān)經(jīng)濟(jì)部，也適逢在該產(chǎn)業(yè)所處的南部重鎮(zhèn)，率先展出5大領(lǐng)域創(chuàng)新技術(shù)，其中與電動車、半導(dǎo)體等次世代產(chǎn)品相關(guān)的先進(jìn)雷射加工技術(shù)、設(shè)備及雷射源更是關(guān)注焦點(diǎn)。

即使現(xiàn)今歐盟各國仍處於俄烏戰(zhàn)火下造成的能源危機(jī)，不得不被迫延續(xù)燃煤、天然氣等極具爭議性對策來確保供電穩(wěn)定應(yīng)變，卻仍然在去年底經(jīng)過徹夜協(xié)商之後，宣告將自2023年10月起，正式針對進(jìn)口鋼鐵與水泥等高污染產(chǎn)品課徵「碳邊境調(diào)整機(jī)制」（CBAM）關(guān)稅。不僅將改寫未來全球的國際貿(mào)易規(guī)則；也盼望藉此創(chuàng)造機(jī)制，支撐正致力於減碳任務(wù)的歐盟產(chǎn)業(yè)，鼓勵貿(mào)易夥伴致力於製造業(yè)減碳。

這對於迄今仍高度仰賴出口貿(mào)易帶動經(jīng)濟(jì)，但包含產(chǎn)業(yè)自身及用電卻不斷直接、間接大量排碳，又苦無碳交易籌碼可「討價還價」的臺灣製造業(yè)而言，無疑是雪上加霜。雖然這段時間國內(nèi)外產(chǎn)官學(xué)研等機(jī)構(gòu)早已不時提出預(yù)警，工研院也強(qiáng)調(diào)：「淨(jìng)零碳排對產(chǎn)業(yè)的壓力不止是成本的問題，而是關(guān)乎未來能否生存的關(guān)鍵，宣示將協(xié)助相關(guān)產(chǎn)業(yè)優(yōu)先落實(shí)淨(jìng)零碳排。」

行政院環(huán)保署更為此決定，將針對現(xiàn)行《溫室氣體減量及管理法》修法並更名為《氣候變遷因應(yīng)法》，優(yōu)先將鋼鐵、光電半導(dǎo)體、水泥、造紙、玻璃、煉油、人纖、石化、基本化學(xué)、電力等10大產(chǎn)業(yè)，列入優(yōu)先實(shí)現(xiàn)淨(jìng)零碳排的列管對象，卻遲遲未能完成立法。

因此導(dǎo)致原先預(yù)定自2023年開始徵收碳費(fèi)的構(gòu)想落空。就連因應(yīng)歐盟已經(jīng)定調(diào)，將從10月開徵碳邊境稅的新衝擊，也陷入無法源可對於臺灣產(chǎn)業(yè)先徵碳費(fèi)並發(fā)給憑證的困境，導(dǎo)致業(yè)者於出口到歐盟市場時，恐陷入被額外課碳邊境稅的困境，勢將影響臺灣輸歐產(chǎn)品的市場競爭力與相關(guān)企業(yè)的毛利率。

南分院立足排碳產(chǎn)業(yè)重鎮(zhèn)　規(guī)劃五大領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型

其中南部地區(qū)位居臺灣製造業(yè)重鎮(zhèn)，產(chǎn)值約占全臺灣的1/3，包括鋼鐵、石化、紡織、電子等產(chǎn)業(yè)，尤其長期扮演支撐地方經(jīng)濟(jì)的要角。面對2050年淨(jìng)零排碳趨勢，經(jīng)濟(jì)部也適於工研院臺南六甲院區(qū)舉辦「南臺灣創(chuàng)新應(yīng)用展」，特別鎖定南臺灣邁向低碳轉(zhuǎn)型的主要5大產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，包括低碳智造、化合物半導(dǎo)體、智慧感測、先進(jìn)雷射、下世代網(wǎng)通，展示由科技專案補(bǔ)助工研院研發(fā)的30項低碳創(chuàng)新技術(shù)。

圖1 : 面對2050年淨(jìng)零排碳趨勢，經(jīng)濟(jì)部也適於工研院南分院展示邁向低碳轉(zhuǎn)型的5大產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。圖左起依序?yàn)楣ぱ性耗戏衷簣?zhí)行長曹芳海、臺灣創(chuàng)浦總經(jīng)理鄭勇志、臺南市政府副秘書長邱忠川、經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處長邱求慧、工研院協(xié)理胡竹生、機(jī)械公會理事長魏燦文、臺勵福董事長林溪文、工研院感測系統(tǒng)中心執(zhí)行長朱俊勳。（攝影：陳念舜）

當(dāng)天工研院IEK產(chǎn)科國際所副組長熊治民也在分析雷射應(yīng)用趨勢時指出，估計2022年全球雷射應(yīng)用產(chǎn)值可達(dá)167億美元，相較於2021年成長10.5%；預(yù)估到了2023年將再成長10.0%，突破200億美元規(guī)模，總計2022~2027年間CAGR共成長8.9%，

其中亞太地區(qū)扮演最大雷射應(yīng)用市場，約占42%，其次依序?yàn)闅W洲29%、北美22%。在應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域占比，可依序分為：加工34%、光通訊32%及光電元件19%；又以醫(yī)美市場9.4%成長率最高、半導(dǎo)體成長率約9.2居次，後者包含晶片切割及生產(chǎn)製造、曝光技術(shù)、PCB切割和鑽孔等應(yīng)用場域。

聚焦半導(dǎo)體先進(jìn)製程　提升加工效率與品質(zhì)

如今在精微加工市場的半導(dǎo)體製造已成為雷射重要應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，除了在極紫外光（EUV）設(shè)備上使用輸出脈衝峰值高達(dá)幾兆瓦的CO 2 雷射系統(tǒng)之外；在沉積、退火和封裝階段，也會應(yīng)用雷射局部加熱的特性，提高區(qū)域選擇性和製程可控性。他認(rèn)為：「未來雷射於半導(dǎo)體製造訴求，將主要來自次世代半導(dǎo)體元件製程對於3D IC封裝、異質(zhì)整合等業(yè)者在局部熱處理與化合物半導(dǎo)體材料的需求。」

包括隨著高頻通訊產(chǎn)品及電動車等需求不斷增加，國際大廠均紛紛投入擴(kuò)大化合物半導(dǎo)體產(chǎn)線以增加產(chǎn)能。雷射可在半導(dǎo)體從前段磊晶到後段封裝等多道製程中扮演重要角色，包括曝光、軟化改質(zhì)、摻雜植入、晶柱/晶片切割、鑽孔、精雕、退火、檢測等，雷射的不可替代性商機(jī)也將更為顯著。

當(dāng)用於硬脆材料碳化矽（SiC）晶錠切片時，雷射也展現(xiàn)應(yīng)用優(yōu)勢，解決傳統(tǒng)使用鑽石多線切割SiC晶錠的加工時間與技術(shù)門檻，都比加工矽錠高出許多的難題。如今改用雷射加工SiC晶錠之後，將可透過光束聚焦，造成界面材料差異化，即可施以外力將上層晶圓自晶錠分離，比起多線切割更具有減少耗材、提升產(chǎn)能、改善切面平坦度等優(yōu)勢。

面對化合物半導(dǎo)體與高密度立體封裝的製程需要，皮秒、飛秒等級的超短脈衝雷射（Ultra-Short Pulse Laser）正在電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的精微加工領(lǐng)域成為主角。繼2021年在工研院南分院引進(jìn)亞洲唯一來自德國TRUMPF的高階脈衝雷射設(shè)備，正式啟用臺灣首座針對半導(dǎo)體與電子產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)雷射應(yīng)用服務(wù)中心，其中共有1部CO2雷射源加工機(jī)與4部超快雷射加工機(jī)，後者並分別導(dǎo)入世界最新型高階超快雷射源，囊括皮秒紫外光/綠光、飛秒綠光/紅外光4種亞洲獨(dú)有雷射源，足以在低溫下切割世界第三硬度等級的SiC材料。

圖2 : 現(xiàn)今國際大廠均紛紛投入擴(kuò)大化合物半導(dǎo)體產(chǎn)線以增加產(chǎn)能，雷射可在半導(dǎo)體從前段磊晶到後段封裝等多道製程中扮演重要角色。（攝影：陳念舜）

突顯電動車加工優(yōu)勢　符合節(jié)能減碳要求

另有因?yàn)殡妱榆囀袌隹焖俪砷L，目前光纖雷射源將跟隨高功率（>1kW）切割＋銲接材料加工市場成長而逐年增加，為雷射加工帶來新商機(jī)。其中隨著雷射銲接技術(shù)躍升，將可解決過去紅外線（IR）光波段不易處理的銅、鋁等高反射金屬材料製造問題，滿足電動車電池單元的薄箔層、輕量化車體/車底、和電動馬達(dá)電磁線圈、電子電路組件銅材等零組件銲接加工需求。

當(dāng)使用波長為400nm~500 nm之間的藍(lán)光雷射加工時，將利用較優(yōu)異的傳導(dǎo)銲接模式，減少產(chǎn)生飛濺和缺陷、避免產(chǎn)生多餘金屬間化合物；且優(yōu)於現(xiàn)今常用的近紅外線（IR）波長，可大幅提升銲接金、銀、銅、鋁等金屬的熱吸收效果。

同時透過金屬雷射3D列印（積層製造）應(yīng)用，促進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)綠色製造。熊治民指出，由於半導(dǎo)體製造設(shè)備與零組件的精密加工過程繁鎖，使用3D列印將可減少材料浪費(fèi)，還能快實(shí)現(xiàn)零組件優(yōu)化，爭取縮短上市時間並降低成本，特別適合用於製造高彎曲度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)複雜的零件。

例如藉合併製程，協(xié)助減少製造冷卻系統(tǒng)所需1/8零件、75%生產(chǎn)時間；優(yōu)化晶圓載臺熱管理機(jī)制，約減少83%載臺溫差、提升5倍晶圓製造穩(wěn)定性；以及優(yōu)化流體歧管設(shè)計，減少90%流體之間彼此干擾程度，改進(jìn)實(shí)現(xiàn)1~2nm精度目標(biāo)；製造孔徑0.6mm的氣體噴灑頭（showerhead），得以減省75%生產(chǎn)時間和1/4材料。

圖3 : 由於半導(dǎo)體製造設(shè)備與零組件的精密加工過程繁鎖，藉合併製程，將可減少晶圓載臺83%溫差、流體之間90%彼此干擾，達(dá)到1~2nm精度目標(biāo)。（攝影：陳念舜）

導(dǎo)入智能雷射加工系統(tǒng)　涵括加工製程與生產(chǎn)流程優(yōu)化

值得一提的是，由於雷射源的可控性，使之容易與自動化模組或設(shè)備連結(jié)，再透過系統(tǒng)整合導(dǎo)入智慧化，而成為智慧製造的一環(huán)；且從雷射加工的角度來出發(fā)，也亟須精確、優(yōu)質(zhì)雷射光束並維持輸出品質(zhì)的一致性，若能在每套雷射加工設(shè)備生產(chǎn)前，即可針對雷射的品質(zhì)與特性量測，避免隨著距離與鏡組傳導(dǎo)而有擴(kuò)散的現(xiàn)象，造成聚焦光斑大小與聚焦點(diǎn)的能量分佈變異。

該場域同時導(dǎo)入大銀微系統(tǒng)自製高速精密平臺、工研院研發(fā)的專用光路模組與製程控制技術(shù)，適用於各項半導(dǎo)體3D IC先進(jìn)封裝與化合物半導(dǎo)體製程，也是這一波半導(dǎo)體先進(jìn)製程國際賽中不可或缺的光製造技術(shù)。未來不僅在時程上可以大幅縮短越洋送件打樣的時間，節(jié)省每年上億元的打樣驗(yàn)證的成本，進(jìn)一步協(xié)助臺灣機(jī)械業(yè)發(fā)揮進(jìn)口替代效益，切入全球半導(dǎo)體與電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈。

依工研院分析目前系統(tǒng)設(shè)備廠商的發(fā)展走向，可將雷射加工智能化的需求重點(diǎn)概分為兩類：其一是雷射加工製程中的資料檢知、回饋比對並加以修正、優(yōu)化；另外是針對生產(chǎn)工序優(yōu)化、流程掌控配置，到全廠系統(tǒng)可視化、智慧化。

前者以具備雷射源及光學(xué)量測等核心技術(shù)的TRUMPF、IPG等大廠為主，利用高解析影像變化、溫度輻射變化等參數(shù)，以即時記錄並監(jiān)控製程，與設(shè)計參數(shù)和模型比對，再視必要性決定反饋與否，修正製程參數(shù)；進(jìn)而搭配豐沛技術(shù)資料庫，才能真正掌握關(guān)鍵參數(shù)，確保每個製程時間點(diǎn)的製造品質(zhì)變化趨勢，能符合航太、汽車零組件等要求各部位工件的加工品質(zhì)穩(wěn)定性與可靠度。

後者係指應(yīng)用雷射加工設(shè)備及系統(tǒng)廠商為主，所開發(fā)的智慧軟體系統(tǒng)涵括從接單、設(shè)計構(gòu)型到雷射加工、沖壓、折彎等工具機(jī)設(shè)備的數(shù)控編程設(shè)計、模擬優(yōu)化；進(jìn)一步銜接到生產(chǎn)端，追蹤生產(chǎn)流程和品質(zhì)狀態(tài)，可調(diào)整上下游工序及優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)條件，確保生產(chǎn)品質(zhì)及工作流的穩(wěn)定可靠。未來甚至還能整合到其他製程加工系統(tǒng)，導(dǎo)入AI優(yōu)化製程工序，整合客戶訂單的資訊流與生產(chǎn)端的物料流，透過IoT、雲(yún)端技術(shù)，實(shí)現(xiàn)即時可視化、品質(zhì)效率最佳化。

工研院也在該中心成立後，開發(fā)智能化系統(tǒng)與機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，同步建置數(shù)位雷射參數(shù)即時監(jiān)測技術(shù)，以及VMX為核心的雷射精敏協(xié)同系統(tǒng)，藉以提高產(chǎn)品可靠度及品質(zhì)、建立智慧工廠優(yōu)化生產(chǎn)，獲得最佳效益。當(dāng)業(yè)者使用的資訊模型（Information Model）與VMX標(biāo)準(zhǔn)一致時，還能將雷射加工機(jī)上的App或開放API的微服務(wù)程式，用於其他類似的設(shè)備上，降低軟體的開發(fā)門檻。

結(jié)語

隨著近年來雷射加工在半導(dǎo)體、顯示器、金屬製品、汽車等產(chǎn)業(yè)零組件製造，具有局部加工、快速、平整等優(yōu)勢，市場需求持續(xù)提升，依工研院IEK估計2022年臺灣雷射加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值可達(dá)新臺幣117億元，較2021年約增加5.4%。

圖4 : 依工研院IEK估計2022年臺灣雷射加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值可達(dá)新臺幣117億元，較2021年約增加5.4%。（source：工研院IEK）

然而，即使臺灣身為全球半導(dǎo)體製造重鎮(zhèn)，近年來也衍生眾多雷射設(shè)備應(yīng)用機(jī)會。但目前臺廠在雷射加工領(lǐng)域仍以大功率加工設(shè)備為主，即使已有業(yè)者開始投入開發(fā)半導(dǎo)體與面板產(chǎn)業(yè)用的雷射設(shè)備，但技術(shù)能量與國際領(lǐng)導(dǎo)大廠仍有落差。

依熊治民分析現(xiàn)今臺廠在金屬雷射加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)，包括：在雷射加工設(shè)備中成本、技術(shù)門檻最高的雷射源幾乎都仰賴進(jìn)口，導(dǎo)致臺廠自主開發(fā)雷射源的廠商規(guī)模小，單價也未必低於國外品牌，且脈衝雷射的穩(wěn)定可靠度仍待努力。

建議未來發(fā)展重點(diǎn)，應(yīng)聚焦在擴(kuò)大高功率雷射和脈衝雷射源自主，並透過應(yīng)用端的回饋和驗(yàn)證，加速雷射加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。包括鼓勵臺灣設(shè)備製造廠商採用臺製雷射源，以有效帶動產(chǎn)量規(guī)模；尋求如德國、美國、日本、立陶宛等國際合作，強(qiáng)化研發(fā)能量。

尤其看好5G、功率半導(dǎo)體等高階雷射源及雷射加工設(shè)備等龐大內(nèi)需市場湧現(xiàn)，以及對於電動車、儲能裝置等下游出海口的高能雷射銲接需求增加，將為與之相關(guān)的藍(lán)光雷射源、難銲金屬材料加工帶來商機(jī)，亟待建立次世代雷射加工技術(shù)；同時整合智能化系統(tǒng)，打造安全、高效、節(jié)能低碳的雷射加工設(shè)備。