国立清华大学动力机械工程学系李明苍教授团队成功开发出具备高弹性与低碳特性的「雷射低碳制造技术」,此技术锁定光电半导体产品,预期将大幅缩短制程工序时间、降低材料成本,并为产业带来显着的绿色制造效益。
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左起)国研院萧文泽研究员,台大机械庄嘉扬教授,国科会工程处洪乐文处长清大动力机械工程李明苍教授,资讯工程丁川康教授,动力机械工程学刘俊????教授 |
这项创新技术的亮点在於其独特的雷射镀膜及图样化制程,可在常压常温环境下进行,并将原本多道复杂的工序缩减为一次完成图样化,大幅降低制程所需的能源消耗和碳排放。
该技术应用范围广泛,涵盖三维电子半导体元件、软性光电半导体元件及矽光子元件等具备未来市场潜力的产品制造,例如透明显示装置、温控光学镜片及精准健康医疗用的个人化穿戴式装置。
此研究团队汇集了国立清华大学、国立台湾大学及国家仪器科技研究中心等跨领域的专业人才,成员专长涵盖雷射加工、机械力学、人工智慧、化工材料、光学及光机电系统设计整合。透过紧密合作,团队成功开发出适用於「金属薄膜」及「透明导电薄膜」图样化镀膜的专利技术。
这项专利技术的关键在於耦合雷射与高活性离子反应流体,使其能在常压常温环境下,仅透过一道制程工序,便於三维自由曲面基板上选择性地形成图样化镀膜,制作出精细多样的金属及光电材料线路。
透过调整反应流体成分,更能在同一基板上镀制多种材料,实现在单一雷射制造设备上完成元件制作,有效降低元件基板在制程设备间移动所导致的定位精度偏移,以及真空系统切换与多系统串联造成的制程能耗,完美契合绿色制造与异质整合的光电半导体元件制造未来趋势。
此外,团队更结合运用工程物理模拟分析与人工智慧,开发出雷射制程模拟与分析技术。藉由揉合应用多重物理耦合模拟、人工智慧及光学即时监测分析等技术,显着提升了制程的效率和稳定性。
目前,此开发完成的镀膜材料与制程所制作出的金属微细导线电阻率已达到甚至优於其他相似制程,而透明金属氧化物导电膜的光电性质也已达到商业水准。
值得一提的是,反应溶液采用对生物环境较为友善的溶剂与还原剂,具备绿色制程的优势,此技术也因此荣获「未来科技奖」的肯定。结合智慧化的自动光学检测技术,此技术亦可用於线路或元件修复,进一步降低光电半导体与印刷电子制造产业的成本与碳排放。
清大团队将持续协同整合光机电技术,研发次世代的三维自由曲面光电元件复合精密数位加工技术及系统,以实现一贯式、高设计弹性的三维光电半导体精密制造。透过运用工程物理力学分析技术与人工智慧技术,於制程中即时分析辨识关键的复杂讯号,使制造系统能临机应变,即时调控制程叁数,最终目标为达成「零失误」的精准绿色制造。
半导体、光学、电子相关产业链是我国的护国神山群,在全球环境永续议题日益受到重视的背景下,先进制造产业的低碳净零是当前迫在眉睫的挑战。同时,台湾作为半导体制造产业的世界领导者,半导体制造关键设备的国产自主化亦是重要的後盾。此低碳精准智慧制造技术与系统的创新研发动能及概念,预期将可??带动台湾半导体设备产业发展出更多灵活的解决方案。同时,揉合工程物理与人工智慧技术的虚实整合,也将汇集尖端基础科学研究与工程应用,全面提升整体先进制造系统设计研发实力。研究团队将持续探索创新低碳与智慧化加工技术的蓝海,为护国神山群的永续及绿色制造注入活水。