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聚焦国际雷射最新应用 一窥上下游产业链发展需求
 

【CTIMES/SmartAuto 陳念舜 报导】   2019年12月13日 星期五

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有别於近年来以金属切削为主、大量生产的工具机产业景气低迷不振,更倾向客制化多样生产的金属成型加工业者,则随着手机、面板、电动车等终端产品不断推陈出新,需求有增无减,除了最关键核心的雷射源与加工技术不可或缺之外,搭配工业机器人、感测器的雷射智慧加工系统也带动产业成长,吸引众多周边自动化设备制造厂商竞相投入。

今年落幕的德国慕尼黑雷射展(LASER World of PHOTONICS)叁/观展人数甚至比起上届(2017)逆势成长,主因即是雷射加工机应用范围广泛,又迎合了智慧制造、电动车2大发展趋势。
今年落幕的德国慕尼黑雷射展(LASER World of PHOTONICS)叁/观展人数甚至比起上届(2017)逆势成长,主因即是雷射加工机应用范围广泛,又迎合了智慧制造、电动车2大发展趋势。

其中为了迎接智慧制造、车电与5G高速通讯的需求到来,「光制造」已成为现今欧美工业革新的核心技术。包含德国高端雷射领导品牌TRUMPF(创浦科技),便发表了3D雷射切割机与可加工半导体、绝缘体和塑胶的超短脉冲固态雷射源;另一家美系大厂COHERENT(科西伦)也推出结合金属积层制造设备,与适用各式OLED制程的雷射剥离解决方案。

工研院产科国际所资深分析师叶锦清进一步表示,虽然今(2019)年受到中美贸易战冲击,大部份工具机等机械产业景气均萎靡不振,据统计今年落幕的德国慕尼黑雷射展(LASER World of PHOTONICS)叁/观展人数甚至比起上届(2017)逆势成长2.5%、4.0%,主因即是雷射加工机应用范围广泛,包含汽车、航太、3C、半导体、LED等终端产业受冲击相对较小,又迎合了智慧制造、电动车2大发展趋势。

其中在智慧制造(Laser Material Processing)领域,系由COHERENT建议业者,可透过软体模拟Simulation与建模Modeling技术,预测雷射加工过程中光束、材料的作用机制与各种叁数变化,以有效降低或协助雷射加工过程最隹化,而非传统试误法(try and error)将耗费大量时间,还能提升加工良率与品质。

进而提出一种新型雷射透明玻璃材料加工法,称为「雷射丝化(Laser Filamentation)」切割技术,即可将超快雷射脉冲被聚焦於透明玻璃材料中,并在内部呈现高能量密度的自传输通道;再经过比较模拟与实验的结果,用来切割表面粗糙的玻璃,达成96%较隹丝化效果。

另因应当前电动车发展趋势,由於雷射普遍被认为适用於高速大量加工,也有多家雷射源领导大厂TRUMPF、COHERENT、IPG争相投入该市场。叶锦清指出,尤其像德国早在传统燃油车时代,就已将雷射焊接技术广泛用於汽车制造产业,20世纪90年代BMW便利用雷射焊接机器人,完成了BMW 5系列轿车首条总长度达12m焊缝。

如今更大量应用於汽车生产线,包含雷射焊接、2D/3D雷射切割等,已可用来完成50%~70%汽车零组件加工。惟若考量使用雷射焊接锂电池时,容易受到不同材质影响,而提高雷射熔点难度,TRUMPF也发表该公司最新结合积层制造科技LMF/LMD与传统工艺,以最隹化制造汽车零组件。

此外,随着高功率、超短脉冲、低价已成为雷射加工发展主流趋势,IPG今年也发表自制高功率100kW、光纤雷射头与振镜模组,将占用空间的体积缩小2/3,成为现今市场上体积最小,耗能最少的大功率雷射光源;在不影响光源输出稳定性的前提下,低价更具有竞争力。

并针对要求高精密加工的3C与半导体产业应用,IPG也推出了短脉冲达皮秒/飞秒等级的光纤雷射超快钻孔机,提高深宽比而达到了方形钻孔的业界标准;进而将现有绿光与UV雷射功率加倍升级,再结合高速稳定的振镜架构,提出了一连串高精密加工整合方案。

尤其在越来越多的焊接应用导入雷射制程後,IPG也整合龙门工具机、工业机器人,搭配12kW雷射源与专用软体加工。包含采用了Wobble摆动头技术设计,用来改善先前雷射焊接的质量与焊缝表面出现的问题;同时结合雷射光束摆动与焊缝追踪技术,当焊缝位置变化时,能调整摆动焊接头的横向位置,得以在高反射材料上提供优越的焊接品质。

叶锦清表示,由於光电半导体产业近年来陆续推出OLED、Micro LED等次世代面板复杂制程,如巨量转移的良率低又耗时,难以商品化,业者也随之推陈出新相关精微加工制程技术。包含:「雷射取下(LLO, Laser Lift Off)」,可将Micro LED与蓝宝石生长晶片分离;「雷射诱导正向转移(LIFT, Laser Induced Forward Transfer)」,比起传统机械式Micro LED从晶圆移动到基板的技术更快又精准,突破目前量产瓶颈;准分子雷射退火(ELA, Excimer Laser Annealing),可用来制造LTPS-TFT背板,或用雷射切割含电路玻璃基板;以及透过雷射修复Micro LED,有效解决良率和缺陷问题。

目前COHERENT发表的CO雷射,即可利用其不同波长特性,分别以200W雷射源来切割玻璃、PCB通钻孔,或紫外线皮秒脉冲雷射源来切割OLED面板等,使得皮秒等级的脉冲雷射源已成为该产业主要雷射源;再加入感测器和精准光束控制模组,为光电半导体产业提供可快速发展的解决方案。

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