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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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嚴瑞雄:雷射是最佳的跨領域武器

陶曉嫚

從電子業的 PCB 雷射鑽孔技術,到生醫產業的雷射微結構人工牙根, 東台集團投入雷射產業,將台灣雷射技術的實力化為打開市場的金鑰。

綜觀雷射產業的整體價值鏈,上游是雷射源零組件與光學元件材料,中游是雷射源模組與系統,工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)研究員葉錦清估計,這兩大區塊對台灣內需市場而言,分別約為新台幣3.5 到 5.5 億元,以及新台幣 12 到 20 億元,而中、上游的雷射技術,也幾乎倚賴進口。

對台灣的雷射產業從業者來說,真正的重頭戲,在下游雷射設備與服務領域上,例如雷射加工設備的需求,估計為新台幣 300 到 350 億元,相關以雷射加工設備所生產的產品,粗估產值將上看新台幣 3,000 到 3,500億元。目前台灣的雷射加工設備,分布於鈑金加工、PCB 雷射鑽孔、光電半導體與面板產業及雷射打標產業,範圍十分廣而多元,也讓許多台灣廠商爭相投入布局,醞釀著一股全新的產業氣象。

從東台衍生東捷 完備非金屬材料雷射加工的技術

早年就投身雷射產業的東台集團總裁嚴瑞雄,是金屬的切削的達人,東台對於 CO2 雷射、DPSS UV 雷射的應用,建構了相當的技術實力,「會想要跨足非金屬材料的雷射加工機製造,是因為客戶的要求:『既然東台做了金屬的雷射切割機,是不是也能做非金屬的?』」嚴瑞雄認為既然客戶有如此要求,當然得使命必達。沒料到,這個對客戶的允諾,便因此開啟了日後一連串挑
戰與轉型的契機。

第一個問題,出現在材料性質上。金屬具備延展性,半導體、LED、玻璃確屬於硬脆材料,材料物理性質南轅北轍,外行人以為一樣都是雷射,但其中增益介質稍有不同,應用領域就完全不一樣,若再考量雷射頻率調整性、雷射輸出、雷射光波長等變數,幾乎可以無限地排列組合下去。

第二個問題,在於非金屬材料的雷射切割,和東台精機研發人員的專業完全不同,如要如此發展,便亟需新的專業團隊,以及對應的人才來主導。因此在 1997年,專注於非金屬雷射應用的東捷科技成立,嚴瑞雄將這個事業交由東捷科技總經理陳贊仁管理,這麼做也就是希望術業有專攻,利用陳贊仁的專業能夠將集團的技術實力擴張到最大。

3C 製程雷射應用 呈現好品質給消費者

面對硬脆的新材料,東捷必須降低雷射的脈衝寬度、提升脈衝功率,同時降低熱效應,一般傳統的高頻調變是 10-6s,因為脈衝寬度太寬,熱效應會讓周圍的材料崩解或變質,整塊電子材料就形同廢棄,這也是為什麼電子產業需要超快雷射,用 10-9s 奈秒甚至 10-12s皮秒來加工,其中典型的案例,就是液晶顯示器。

過往買筆記型電腦或液晶電視時,消費者都會祈禱開箱時,不要得到一台有「亮點」的產品。這些惱人的 亮點除了使用時讓人不快外,也讓品牌廠、經銷商與消費者拉鋸所謂瑕疵品的範疇,許多品牌廠定義一個螢幕上有 3 個以上的亮點,才算是符合退換標準的瑕疵品,讓消費者怨聲載道,因此當時有廠商打出「開箱有亮點包退換」的服務,從細節上營造企業口碑。

現在讓消費者好奇的是,幾年前還沸沸揚揚的亮點問題,為什麼現在不再被討論?難道廠商多了什麼消除亮點的秘密武器?事實上,除了面板的良率進步,如今每一台電腦、平板、電視出廠時,都會經過品質檢測,而雷射技術讓品質管控更上一層樓。

液晶面板經過通電後,液晶分子就會被「喚醒」反轉過來,將可以反射各種顏色的光源,進而變成肉眼接受到的資訊,而亮點就是在第一次通電時沒有反轉的液晶分子,這時候只要用雷射去「點醒」它,亮點就消失了,這也變成台灣面板廠必備的雷射技術。

需要全天候運轉的雷射機台,必須要定期保養,臨時故障時也需要迅速維修。然而,過往雷射源維修的技術,都被海外原廠把持,巨大的機台經過海運來回,不但曠日費時,也可能在運送過程中再度損壞,因此,台灣面板廠商亟需可靠的在地維修技師,而東捷正好扮演了這個角色。

當時為了要提升技術實力,東捷派出工程師前往國外大廠取經,學習雷射原廠的維修技術,2003 到 2004年間,東捷研發的第一代雷射修補機問世,同年度更獲得台灣精品獎的肯定。在近兩年內,東捷共維修了將近440 套面板雷射檢測設備,是台灣少數能維修多種品牌雷射的廠商。

由於面板產業有明顯的產業週期,必須力求分散風險,因此陳贊仁思索,以既有在 DPSS 雷射、超快雷射領域的技術實力為根基,擴大布局各種雷射加工機製造,將 LCD 面板、光罩修補相關的營收維持在 50%,力求更大的突破。

展望未來 雷射是最好的跨產業應用武器

「為面板廠服務,給了我們最好的學習與磨練,就是客戶需要什麼,我們要用最快的速度去反應。」陳贊仁表示,這 6、7 年來,也招募不少國防役人才進入公司,許多東捷研發人員來自高雄師範大學,學長介紹學弟,為公司增添不少生力軍,同時也與工研院維持密切合作,讓皮秒雷射技術完全市場化。

嚴瑞雄指出,各行各業都需要金屬削切技術,在技術研發上,也有工研院相伴,從過往共同執行的 3 個科專計畫,從與 PCB 鑽孔、PCB 切割線相關的雷射應用計畫,到研究植牙表面結構改質,可以看出東台、東捷的下一步將跨得很大,從電子產業所需的雷射切割,跨足到生醫產業。

為什麼會進行這樣的布局?在工研院的促成下,東台與同在路科的慶達公司結盟,慶達是人工牙根的醫材專家,東台在雷射技術已有基礎:鑒於人工牙根是外來物體,不是人體的一部分,病人在植牙後,不親水的人工牙根會讓牙齦冒出許多血水,這不僅是許多植牙者的痛苦經驗,也讓牙根需要固定的時間延長,甚至可能讓 植牙者產生排斥的免疫反應,導致植牙失敗。

因此,東台以飛秒雷射技術,在人工牙根表面製作出微結構空隙,降低牙根材質的摩擦係數,增加人工牙根的親水性,能夠吸納因植牙產生的血水以及增加增生組織之附著力,讓植牙者更舒適,也提升植牙的成功機率。醫療器材具有少量多樣化的特性,工研院南分院經理廖金二表示,東台集團是工研院多年來的合作對象,他對雙方的研發成果充滿信心。

「雷射是最佳的跨產業應用武器,在未來群雄並起時,我們必須穩紮穩打,而台灣一向以應用面去切入市場,我們把面做廣,等於把分母變大,接下來想辦法在更大的市場中獲利。」嚴瑞雄表示,從植牙改質結構開始,進行一系列的嘗試,找出整體方案量身打造客製化服務,將台灣雷射技術的實力化為打開市場的金鑰。

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