全球雷射發展俏 加工領域最吃香

雷射持續在新興應用領域發光，例如矽光子，就是雷射結合半導體製程在光纖通訊的應用，把雷射的寬頻充分發揮，又如雷射雷達（LiDAR，或稱為光達）用於自動駕駛車的紅外線雷射的光探測和測距系統，甚至也有廠商開始將雷射雷達用在掃地機器人。另外，諾貝爾獎得主中村修二認為，雷射照明將來會取代LED照明，因此在2016年3月，中村修二為了加速雷射光源商業化，創立SoraaLaser，首推特殊照明應用。然而，在製造上，雷射3D列印（積層製造），是雷射加法製造，突破傳統製造上的限制，可實現少量多樣客製化的未來生產需求。

　根據Strategies Unlimited資料統計，2015年全球雷射產值突破100億美元，相較2014年的95億美元成長5.3％，估計2016年產值可再成長4.8％、達106億美元。雷射在產業上的應用非常廣泛，包含通訊與儲存、加工、醫美、科研與軍用、感測與儀器、娛樂與顯示等。2015年雷射在這些應用領域皆呈現成長趨勢，其中以加工與通訊產業占比最高，達75％，尤其是在加工的應用，已經超越了在通訊的應用，占比超過40％以上。

去年全球雷射加工產值

突破40億美元

　雷射應用於加工（焊接、切割、標記、雕刻、退火、燒結等）的市場不斷成長，已經成為所有雷射應用的第二大，由於雷射精細加工的特質，在電子業更是如魚得水，如果加上光學微影，已經占全球雷射應用的40％。

　Strategies Unlimited數據顯示，2015全球雷射加工雷射源約41.2億美元，相較於2014年成長6.6％，而根據工研院IEK的預測，2018年將達50億美元，2015～2020年CAGR達7.2％，如果換算成設備，則產值需要再乘以3.5倍，達175億美元。由於新興國家對雷射加工設備需求成旺盛，因此成長最快，尤其是中國。

　雷射加工一般可分為粗加工、微加工、雷射標籤（中國稱之為打標）。粗加工的定義是1kW以上的雷射源做加工，大致上是焊接、切割、融覆等高功率的雷射。微加工的定義是加工尺寸小於0.01英吋，所以平面顯示器、PCB、半導體、太陽能、積層製造、金屬微加工、非金屬加工等幾乎都是雷射微加工應用。這些不同功率的雷射加工應用幾乎都在成長，以全球光纖雷射的龍頭IPG Photonics為例，2015年營收為9.01億美元，年成長率達17％，中國客戶占該公司營收高達35％，以雷射光為主的金屬3D列印設備領導廠商EOS，2015年的營收為2.83億美元、成長53％，都帶動了雷射源的需求成長。

　另外，光學微影雷射預期將成長，由於半導體資本投資成長帶動設備需求，晶圓廠或DRAM廠的先進製程需要以準分子雷射做為曝光機的光源，而28奈米以下的曝光製程，目前以極紫外線微影的呼聲最高。

　EUV微影是使用通稱極紫外線、波長13.5奈米光線的微影技術，能夠加工至既有ArF準分子雷射光微影技術不易達到的20奈米以下精密尺寸，此種EUV光線可自高溫、高密度電漿中取得。電漿的激發，分為對特定物質集中照射強烈雷射光束激發電漿的LPP法，以及在特定物質環境內透過電極流通巨大電流製造電漿的DPP法等兩種方式。

　低功率放電激發電漿型（DPP）超紫外線光源文獻上已可達到10瓦的中間焦點輸出功率，且預期將可擴展到30～50瓦水準，但為能擴充到高於200瓦以上，雷射激發電漿型（LPP）超紫外線光源更加有機會達成目標，且預計將在193奈米浸潤式時代之後，提供必要的高功率超紫外線光源，以滿足大量生產時超紫外線掃描式曝光機生產積體電路之用。

　去年全球3D列印市場達51.6億美元，較2014年成長26％，成長幅度雖然還在兩位數，但是成長率已經離前年的36％有一些距離。產業雙雄3D Systems與Stratasys業績平平，不再有高幅度的成長，在獲利方面也大不如前，甚至出現虧損紅字。

　相對的，有些公司營收仍保持高度成長，如EOS、SLM solution、Concept Laser、Arcam等，這些公司都是雷射3D列印設備製造商，大致上都是以粉體熔化成型技術（PBF）為基礎發展相關設備，粉體熔化成型技術最早的名詞應該是選擇性雷射燒結（SLS），以雷射為能量源，透過雷射光束使塑料、砂、陶瓷、金屬或其複合物的粉末均勻地燒結或熔融在加工平面上，近年來，多家業者已對該方法進行修飾，例如，選擇性雷射熔融法（SLM）使用相同的流程但以較高能量的雷射替代，這些公司2015年營收成長率都超過40％。

台灣雷射產業進展

　過去幾年，工研院台南六甲院區在雷射技術領域建置雷射實驗室，特別是超快雷射加工應用與光纖雷射源部分並技轉給國內廠商使用。驅動關鍵技術的研發、即I2I，就是從「產業需求」走到「產業化」，第一個I是指產業需求，但並非少數廠家即代表所有的產業需求，而是要看整體產業結構能夠調到最佳的生態，第二個I是產業化，即要達到結構的調整、附加價值增加、自主性提高三大目的。1993年成立南部雷射光谷育成暨試量產工場，希望將研究成果落實到產業界，期許台灣雷射產業能夠逐步突破目前高階雷射模組和設備仰賴進口的現況，帶動光學、機電、製程、材料及設備的高值化，與南部光電、精密機械、模具、醫材、文創藝術等產業連結，將南台灣打造為先進雷射技術及衍生應用產業群聚的雷射光谷。

　台灣雷射加工相關廠商在下游的帶動之下，也在雷射產業漸漸取得一些成果。大部分的公司幾乎都是把雷射相關產品成為多角化的一部分，尚未有百分之百經營雷射生產設備的公司，並且也尚未有雷射源製造商，廠商以自動化的背景切入居多，也有從下游應用往設備整合的廠商。

（本文作者為IEK機械與製造系統研究部資深研究員）