在全球製造業面臨淨零碳排與智慧製造雙重轉型之際，先進雷射技術正以其高精度、高效率、低能耗及非接觸式加工等顯著優勢，成為實現永續與高效生產的關鍵。

全球製造業正迎來一場雙重轉型：一方面是為應對氣候變遷而日益緊迫的「淨零碳排」壓力，另一方面則是追求更高效率與彈性的「智慧製造」升級。在這兩大浪潮的交匯點，先進雷射技術透過其高精度、高效率、低能耗及非接觸式加工等優勢，有望成為各行各業實現永續與高效智造的解決方案。

全球雷射產業發展概況與市場趨勢

根據市場預測，全球雷射產值將保持穩健成長，尤其在加工應用領域。高功率、超短脈衝和智慧化是當前雷射技術發展的核心方向；藍光雷射、超快雷射等新興技術，在電動車、半導體、再生能源等高價值產業中也展現出龐大的應用潛力。

雷射技術自問世至今已逾60年，其應用範疇廣泛，遍及各行各業。儘管部分應用如光儲存產業因技術取代的因素而逐漸衰退，但大多數應用如通訊、醫美、國防軍事、儀器等卻歷久彌新。

特別是工業雷射系統，預計未來幾年該市場規模將快速成長，到2029年將達到422.3億美元，複合年成長率高達10.8% 。其中，CO2雷射市場預計到2025年將達到24.3億美元。

其中，雷射加工（包含微影）長期以來一直是雷射技術最大的應用市場，2019年佔整體產值的42.5%，達到63.7億美元。其次是通訊與儲存應用，佔整體產值22.6%，約33.9億美元。除了這兩項應用在2019年略有下滑外，其他應用領域如醫美、科研軍事、感測儀器、娛樂/顯示/印刷等均呈現成長。

新興應用領域的持續拓展則是雷射產業成長的重要動力。例如，用於自駕車的光達（LiDAR）、積層製造（Additive Manufacturing）以及半導體製程微影（Lithography）設備等，都是隨著技術進步而被發掘的新應用。

CO2雷射 (CO2 Lasers)

CO2雷射在多個產業中的應用不斷增加，例如汽車製造業因其高精度和處理複雜設計的潛力，正逐步用CO2雷射切割機取代傳統切割系統；在醫療保健領域，CO2雷射廣泛應用於手術、診斷、皮膚科和牙科，以及心臟瓣膜、支架等醫療器械的製造，預計醫療保健領域在2025年至2037年期間將呈現最高的複合年成長率。

光纖雷射 (Fiber Lasers)

光纖雷射因其能源轉換效率高、光束品質佳、產品輕薄短小、營運成本低及壽命長等優點，被譽為21世紀的雷射系統。高功率單模態光纖雷射已進入千瓦功率等級，未來將繼續保持高度成長，朝10 kW的輸出功率邁進。

雷射技術在減碳製造中的效益

雷射技術透過取代傳統高耗能製程，展現卓越的節能效益。以雷射熱處理為例，它能夠取代傳統的烤箱和高週波熱處理製程，節能效果高達89.9%。工研院的案例顯示，某金屬扣件廠單一工件原需0.11度電進行高週波熱處理，改用雷射熱處理後僅需0.01度電。若以每年生產4148萬件工件計算，可節省430萬度電，並減少約2,387噸的二氧化碳排放 。

雷射切割技術以其高精度著稱，能夠依據設計需求精準切割材料，極大地降低了材料浪費。此外，新型雷射設備採用先進的冷卻系統和自動化技術，有效降低了運行中的閒置時間和總能耗。例如，有研究顯示，使用光纖雷射可以將操作成本降低約40%。

圖一 : 高功率單模態光纖雷射已進入千瓦功率等級，未來將繼續保持高度成長。

在重工業領域，雷射銲接技術在H型鋼構製造中也有極佳碳效益，透過新技術直接熔接，生產速度可從20天縮減至3天，產能提升五倍，同時有效節能減碳80%。

除了能源效率，雷射技術還在減少材料浪費和污染排放方面發揮作用。雷射熔覆技術能夠修復加工器具的受損表面，使其恢復原有工作效能，從而減少更換新物件的成本和資源消耗。雷射快速且精密的加工特性，使其能夠替代傳統製造方法，節省原料並減少廢棄物料的產生。

超快雷射的「冷加工」特性與優勢

超快雷射(Ultrafast Lasers)通常指皮秒（10^-12秒）或飛秒（10^-15秒）等級的雷射，其最顯著的特性是「冷加工」。這種極短的脈衝時間使得雷射能量能夠高度集中，在材料與雷射光束接觸的瞬間，材料會直接汽化形成電漿態，而來不及將熱量傳遞到附近未被加工的區域。

而對於電子元件精密加工和熱敏感的應用來說，超快雷射的「冷加工」特性更帶來多項優勢，例如加工區域沒有高熱、沒有受損變黑、沒有明顯碎片，也沒有破裂痕跡。這與傳統的「熱加工」雷射（如連續式CO2或光纖雷射）形成鮮明對比，傳統雷射會將大量熱量傳導到加工點周邊，導致毛邊、掛渣等現象，影響加工品質並增加後續處理成本。超快雷射的冷加工特性則能獲得高品質的加工效果，尤其適用於對熱效應敏感的材料。

超快雷射的「冷加工」特性直接使得對熱敏感材料（如薄金屬、玻璃和半導體）進行高精度、高品質加工成為可能，因為它最大限度地減少了熱損傷。這種能力對於製造下一代電子元件和精密醫療器械至關重要，是其在先進製造中不可或缺的基礎。

雷射技術的主要產業應用

雷射技術可被運用在各行各業中，然而近期，其在再生能源產業、精密量測，以及半導體加工的發展扮演著越來越重要的角色。

圖二 : 超快雷射的「冷加工」特性對於電子元件和精密醫療器械至關重要。

以太陽能（光伏）電池製造為例，雷射切割技術被用於晶體矽片的精確切割，實現高效、低損耗的矽片生產，進而提高光伏元件的效率和產量。此外，雷射打孔技術則應用於太陽能電池片的加工，透過製作小孔提高光吸收效率，減少反射損失，以及用於電池與組件之間的電線連接孔和光伏玻璃背板的打孔，有助於推動太陽能科技的發展，促進可再生能源的利用。

再者，雷射也也助於碳化矽（SiC）晶圓研磨，例如台灣所研發的技術能將碳化矽晶圓的硬度從約3000 HV顯著降低至60 HV，大幅減少後續加工的時間和成本。

而對於精密量測應用，特別是半導體及封測，利用雷測專業晶圓檢測設備，分析晶圓上的線寬、間距、表面粗糙度以及薄膜厚度，並透過CNC自動影像量測系統和X-Ray非破壞穿透式檢測設備檢測晶圓和晶片，確保每一層結構和焊點都達到設計要求，並進行缺陷分析和故障排除。

至於PCB製造及組裝，透過AOI（自動光學檢測）、X射線檢測和雷射測量等先進設備，精確檢測出微小缺陷，如線路斷裂、短路和元件錯位，有效降低返工和維修成本。

其他如航太、醫療器械、汽車製造、精密機械加工，雷射測量同樣在這些領域的精密零部件製造中發揮關鍵作用，確保尺寸精度和表面品質符合設計規範 。

挑戰與展望

儘管先進雷射技術在減碳與智慧製造領域展現出巨大潛力，其普及與深度應用仍面臨一些挑戰。

首先就是普及化與規模化，儘管雷射技術提供了顯著的優勢，但要將其應用從利基市場推向大規模生產，仍需解決成本效益問題 。工業雷射設備的初期安裝成本高昂，且後續維護費用不菲，這對許多企業構成進入障礙。

再者就是智慧製造整合挑戰，要將先進雷射設備與企業現有的資訊技術（IT）和營運技術（OT）基礎設施整合，可能因舊有系統和數據孤島的存在而變得複雜。

最後就是人才短缺的問題，智慧轉型需要具備人工智慧、數據分析和雲端整合能力的跨領域人才。但目前超過70%的企業表示，面臨此類人才短缺問題，尤其是在跨領域整合管理方面。這也直接阻礙了先進雷射解決方案的廣泛採用和規模化，儘管這些方案已證明能帶來顯著效益，還需解決經濟和人才層面的結構性問題。