因应今年COP28决议，要求与会国家必须在2030年前提高2倍能源效率，进而发展相关技术。由於雷射具有高能量密度与聚焦性质，更适用於精微加工；且比起传统CNC金属加工制程减少排碳，而成为目前全球引领创新低碳先进制程的重要工具，工研院南分院也自2022~2023年逐步引进德国、立陶宛超快雷射源，合作打造研发创新与打样中心。

面对近年来国际净零碳排时程逐日逼近，除了近期落幕的《联合国气候变化框架公约》第28次缔约方大会（COP28）协议中，已承诺「2030年前提高3倍再生能源装置容量和2倍能源效率」项目，进而加速发展碳捕存、道路交通减排等创新技术，并寻求适当的供应商和解决方案来降低成本。

以及最晚在2026年将陆续施行的美（CCA）、欧（CBAM）边境碳关税、台湾碳费制度等，都催促台湾制造业势必要加速厚植产业竞争力，以跟上全球产业发展的脚步。位於台南市六甲院区的工研院南分院也在2023年底，举办包含「数位转型与AI应用」、「雷射精微加工应用」、「先进雷射与制造」3大议题的年度成果分享暨公告展示，提供制造业智慧化、低碳化、先进雷射制造应用等解决方案。

图一 : 最晚在2026年将陆续施行的美、欧边境碳关税、台湾碳费制度等，都催促台湾制造业势必要加速厚植产业竞争力，以跟上全球产业发展的脚步。（source：南分院）

看好雷射净零碳排成效 南分院剖析於低碳制程优势

工研院南分院精微制程雷射技术组专案经理林茂吉指出，目前除了国内外品牌大厂皆积极叁与提出自愿性净零碳排措施，并纷纷将供应链纳入管理范畴；各国政府也陆续透过碳定价手段，来管制排放温室气体，期??最终能实现2050年全面使用RE100再生能源愿景。

台湾也已针对2050净零碳排目标提出4大转型策略、12项措施，以及科技研发（净零和负碳排技术）、气候法则（法制政策、碳定价和绿色金融）2大治理基础。进而依短、中、长期细分为：

1.供给面：采用零碳电力、永续替代燃料等能资源供应调整；

2.制造面：推动产业结构调整、工业零碳/低碳创新产品与循环再利用制程；

3.使用面：透过各部门全面电气化，提升能源使用效率，进而改变消费行为与商业模式；

4.环境面：投入开发二氧化碳再利用、电力/工业CCUS等负碳排技术DAC、BECCS，或扩大森林/生物固碳汇。

针对低碳制程，则包含：改善设备、提高效率、减少浪费、能资源整合等领域，利用雷射等先进制程开发应用，属於长期创新低碳制程技术之一。林茂吉分析现今雷射精微加工（切、钻、焊），在低碳制程领先传统机加工（车、铣、焊、线切割）制程技术的优势，包含：生产效率、硬/脆材料利用率较高，维持良率稳定及提升产能。

且以非接触式的雷射切割改质/裂片，取代传统刀轮切割/研磨、人工裂片及尺寸精磨玻璃等制程步?，得以减少「范畴一」的逸散性/移动式排碳来源，与「范畴二」的外购电力；不致产生因为刀具和工件接触，而产生的耗材、辅助冷却液体等，减少在营运过程中产生的废弃物与回收、下游传输及配送等「范踌三」排碳。

例如Fraunhofer IWS便藉此焊接无胶纸张，减少传统工作流程使用的胶材，免除後续除胶回收处理流程。Trumpf导入智慧手机面板玻璃导角制程，透过雷射玻璃边缘成型切割技术来提高强度，同时缩减工序和磨边耗材，免除污水处理。ACP用於二氧化碳Jet Snow乾式清洁技术，减少清洁药水耗材、免除废水回收处理。

林茂吉也建议台湾上中下游供应链等中小型企业，应该审慎思考该如何从2050净零排碳的4大策略面向，提早布局企业减碳的相关作法，以维持企业未来在国际碳订价策略下的竞争优势。例如因应现今低碳制程潮流，国内外雷射新制程技术工法在特定产业，已经占有不可或缺的角色，也是现阶段产业在导入升级制程时，可思考的方向之一。

图二 : 针对低碳制程，则包含：改善设备、提高效率、减少浪费、能资源整合等领域，利用雷射等先进制程开发应用，属於长期创新低碳制程技术之一。（source：南分院）

与创浦合作试打样中心 拓展超快雷射应用

此外，基於目前雷射精微加工最大应用市场，仍在於电子、光电及半导体产业等先进制程，藉以满足在5G通信、电动车，甚至是未来人工智慧（AI）硬体设施等相关应用的庞大需求，皆有赖於导入更多EUV曝光机、更新的雷射源加工，加工波段将会朝短波长发展，包括皮秒、飞秒级超短脉冲雷射源（Ultra-Short Pulse Laser）正成为主角，能很容易与自动化模组或设备连结，透过系统整合导入智慧化，成为智慧制造的重要一环。

2022年南分院也与德商创浦（Trumpf）合作，成立首座半导体雷射先进制程测试与快速打样服务中心，为德国之外的全世界最高阶应用中心。拥有多种不同波长（红外光、绿光、紫外光）等高阶超快（皮秒/飞秒）脉冲雷射源，足以在低温下切割世界第三硬的碳化矽（SiC）材料；并引进来自Trumpf的4部亚洲仅有高阶超快雷射设备（Pico UV、Pico Green、Femto IR、Femto Green），以提供光路设计客制化服务、平台，皆可达到次微米精度，进行加工成品即时检验，从而加快台湾开发半导体设备速度，就连德国原厂人员来看过都赞叹不已。

其中由於雷射光束会随着距离和镜组传导，而出现扩散现象，造成聚焦光斑大小与聚焦点的能量分布变异，所以如何选择适用雷射源，或强化雷射光束品质量测系统，便显得更为重要！台湾创浦科技经理黄国钦表示，由於雷射源在整体雷射加工设备及系统，占有相当重要地位，若为了贪图便宜，让客户因此意外停机，浪费的时间与成本更是得不偿失。

因此，该公司从最简单的雷射打标（Marking）开始，直到目前最热门的半导体EUV应用，皆采用Trumpf雷射源为核心。如可提供近70,000W（16,000Wx4部机台）的CO2气体放大雷射，去打击每秒滴下约50,000颗锡滴之一，进而激发出250W EUV光束，由ASML透过蔡司镜片搜集，供台积电曝光，进行奈米等级的先进制程。

如今Trumpf还在其气态CO2雷射，与固态脉冲（Pulse）、光纤（Fiber）雷射源之外，推出包含奈米/皮秒/飞秒等超快雷射的Trumicro系列机台，涵括IR~UV光谱，得以实现「冷加工」优势，用於深雕火柴棒头的火药。许多产业也不必担心材料是否会燃烧或产生热效应，特别适用於切割、钻孔加工硬脆或对热敏感材料，甚至可用来切割玻璃导角、PCB金属薄膜。

黄国钦进一步说明目前超快雷射的原理，是将种子雷射（Seed laser）陆续通过Pulse picker、Ampilier、Ext modulator放大後输出，其中最大不同在Ampilier介质，在Trumpf又将之分为碟型（Disk）、光纤（Fiber）、平板（Slab）系列机种。

当年雷射发明之初，就是先通过红宝石晶柱为介质而激发，之後再分为两大阵营，其一是将之越磨越薄呈扁平状，直到成为目前Trmpf专利的Disk型态；另一方向则是越拉越长，而成为Fiber，或是方型Slab。

然而，由於Disk采取回生放大（Regenerative）机制，须在增益介质里不断循环放大再输出，与Fiber、Slab皆为线性（linear）放大雷射不同，所以在创浦采用Disk机种的雷射品质稳定性与功率最高，避免因为逐年衰减而影响加工的品质。但缺点也是因此使之雷射频率较低，无法完全符合业者要求短脉冲、高功率及频率的要求。

至於采用Fiber系列机种，则受限於单一光纤能产出的雷射量有限，须由多条组合成模组，导致雷射品质容易受影响，稳定度和寿命都不如Disc。却因为不像Disc、Slab需要保留折射镜空间和足够聚焦的距离，所以体积更小也较便宜，可在线上调整同一机台输出50皮秒~350飞秒不等雷射，适用於实验室，或需要不同材料试打样的场合，目前该公司Disc/Fiber系列机种皆已进驻南分院，可供业界测试验证或接受技转。」

Slab系列机种则透过Trumpf独有技术，已有效解决传统Slab光斑不够圆的缺陷，且因频率教高，更容易完成客制化飞秒～奈秒等级超快雷射加工；并采用2018年诺贝尔物理奖得主Mourou与Strickland所发明的「啁啾脉冲放大（chirped pulse amplification；CPA）」技术，产生高强度超短脉冲飞秒雷射，得以大功率稳定输出。进而用来制造257nm等级DUV雷射，解决过去采用准分子雷射的气体本身和制程不够环保的缺点，现已获得南韩Samsung和台湾Micro LED领导厂商采用。

图三 : 目前超快雷射的原理，是将种子雷射（Seed laser）放大後输出，最大不同在Ampilier介质，Trumpf又将之分为碟型、光纤、平板系列机种。（source：Trumpf）

协作立陶宛研创中心 善用高性价比雷射优势

到了2023年南分院更为重视自主开发的精微加工光引擎（Optical Engine），以及雷射源输出光叁数对於精微加工品质的影响，包括脉冲宽度差异，涉及时间和空间能量分布，将造就加工不同的热效应；以及选择的波长，则会影响个别材料加工。

透过南分院自主开发的超快雷射光引擎，将可针对脉冲压缩整型为皮秒、飞秒、奈秒雷射；或是光束整型，成为高斯纯化、方型平顶、M型、可变长度贝索尔、多焦点等模组；经过波长转换为IR/Green/UV光谱，再利用CPA技术压缩为短脉冲。

其中双脉冲光路（Dual pulses）模组，系指经由光路设计拉开双脉冲之间的时间延迟（Time delay），比起单脉冲（Conventional pulses）加工，更增加了制程中材料内的暂态自由电子密度，以提升材料对雷射的吸收特性。藉此降低材料剥除阀值（Ablation Threshold）、热影响程度，提升材料移除率、雷射改质蚀刻能力等，适合於硬脆材料与金属薄膜加工应用。

光束整型模组则可依客户不同需求设计加工制程，包含高斯光型纯化模组，即可将雷射光源中较差模态移除，得到更优异的单模高斯光型，适用於各种材料的精微钻孔，改善圆孔外围轮廓与内壁表面粗糙度。

再经过方/圆平顶与M型光束整型光路槽道壁面垂直度≥70%、80%，以解决高斯光型存在多层结构，恐伤下层疑虑；以及槽道壁面垂直度≥60%，槽道边缘/中央照射能量均匀度不隹问题。分别透过圆平顶光型提升槽道中央、方平顶/M光型，来提升槽道边缘/中央照射能量均匀度，且唯有M光型可异型划槽。

因此，可藉此选择移除上层材料，而不会伤及下层，并搭配不同波长，适用於太阳能电池等各类产品的除膜/修补制程。或是利用超快雷射M型光路，进行表面软化改质SiC晶圆，有效避免改质层下层损伤和Crack生长，无论是Si或C面软化层硬度均可降低90%，将有助於SiC研磨与抛光制程。

至於长光刀（贝索尔）光路模组，则定义为波长1060nm~1030nm或543nm~515nm，并依厂商需求设计不同，可承受最大能量≤400μJ、模组能量转换效率≥80%、第一阶段能量比≤20%；入光条件的光斑大小约3~6mm、入射光斑的位置稳定度≤±100μm，并依厂商需求设计加工景深0.2~2mm不等，聚焦光斑大小红外光IR≤3μm、绿光Green≤2μm，用来切割单一/复合材料。

进而协助客户设计不同波长转换光路模组，包括使用IR波段4倍频模组输出266nm波长雷射，应用於高分子薄膜加工；或透过降频光路设计，产生1570nm、3300nm波长雷射，应用於Si晶圆内部改质。

值得一提的是，为了强化供应链连结与韧性，南分院与立陶宛於2023年9月成立「飞秒雷射研发创新中心」启用营运。其中分为2座雷射制程区＋研究实验区，由立陶宛投资3套飞秒雷射光源、台湾投资传统/数位光路及自制高精度平台。

图四 : 为了强化供应链连结与韧性，南分院与立陶宛於2023年9月成立「飞秒雷射研发创新中心」启用营运。（source：南分院）

根据工研院盘点立陶宛雷射零组件厂商共22家，包括：飞秒雷射3家、皮秒雷射5家、奈秒雷射5家、特殊波长雷射8家、透镜与光学晶体9家。强调立陶宛雷射相较於德、美雷射源，具备技术良好、价格合理的优势，可协助台湾厂商以合理价格购入最先进的雷射源，开发最新雷射制程技术。

加上立陶宛是将前苏联军用技术转为民用，更专注於雷射可靠度，所以获选为欧盟超高能雷射成员，可协助台厂降低昂贵的雷射维护成本；且因属於发展中国家，企业灵活配合度高，可协助台厂及早开发客制化专属雷射，领先建立竞争优势。