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創新引領產業生機 工研院稱霸國家產業創新獎

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2019-05-13 17:53

象徵台灣創新桂冠的「國家產業創新獎」日前公布得獎名單,工研院單一機構拿下7大獎項,成為該屆的最大贏家。其中獲獎技術涵蓋智慧機械、綠色科技、循環經濟、晶片與半導體等5+2產業創新領域,帶動逾500億元商機。

撰文/李洵穎、張維君、唐祖湘

 

材料研發 創新桂冠

厚實材料創新科技力

 

 

材料發展與科技進程密不可分,回顧過去,紙、瓷器、玻璃、塑膠推進了文明的巨輪,高分子材料現已廣泛應用,帶來便利的生活,資通訊產業則隨著半導體材料發展而日新月異;展望未來,更快的運算、更耐久的電池,都有賴材料的重大革新。

 

工研院材料與化工研究所所長李宗銘表示,此次獲獎,是對工研院豐碩的創新材料技術及協助產業界貢獻的肯定。近10年來,工研院共有12項材料化學相關技術獲得全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),技術創新能力有目共睹;在促成跨域應用與產業合作方面,工研院材料領域近3年成功推動26項千萬級智權整合運用案及527件技術授權案,並協助成立7家新創公司,創新成果對產業貢獻匪淺。

 

厚植技術基礎 洞察產業痛點

 

「材料是工業之母,源自材料的創新往往是突破性的,產業效益也大,」李宗銘分析,創新研發成果要達到產業化的效益,「至少需花費5到10年時間,才能開花結果」。工研院擁有厚實的技術基礎,洞察產業痛點與需求,讓創新技術「接地氣」,進而贏得產業界信賴,緊密合作共創。以上種種關鍵,建構出不斷創新的機制,讓工研院脫穎而出。

 

正因材料創新的效益巨大,在台灣產業升級轉型的過程中,材料也扮演了關鍵的角色。歷經40多年積累,材料領域建立起近60項具差異化的創新核心技術,以開放式合作的理念,連結業界及學界,聚焦重點優勢產業及傳產轉型所需的關鍵材料與元件技術,建構材化技術的開放式創新系統平台(OISP),成為推動產業材料與製程創新的成長引擎。

 

材料界流傳一句話:「料要成材、材化成器、器能成用、用為大用。」說明材料領域從紮根技術到效益擴散的歷程,李宗銘表示,唯有技術基礎厚實,才能發揮創意讓原料變成材料,進而為產業界所用。工研院蓄積多年核心技術,「一層層疊上去就出現厚度,創造出高門檻,競爭對手不易突破。」

 

創新的發生,源自對問題的觀察與需求,研發團隊透過對產業的洞察,主動發現問題,李宗銘舉例,像是廢液晶面板再利用處理系統和高安全性鋰電池STOBA,就是研發團隊主動發掘產業需求,因而促成的創新成果。

 

挖掘產業需求 攜手頂尖客戶共創

 

有鑑於每年國內產出的廢液晶面板高達8,000公噸,卻缺乏合適的處理方法,造成環境負擔。工研院研發出「廢液晶面板再利用處理系統」,取出液晶、銦和玻璃資源,透過純化、再利用製程,為國內每年產生的上千噸廢液晶面板,開創出循環經濟新商機。

 

此外,手機電池爆炸屢見不鮮,就連知名品牌手機也深受其苦,鋰電池安全飽受疑慮,工研院投入研發出「高安全性鋰電池材料STOBA」,不僅兼顧安全及電池電性,還可應用在可彎曲、微小型之電子產品。該技術以其優異獨創價值,獲得全球百大科技研發獎。

 

 

材料技術屬上游端的技術,較不易掌握應用端的關鍵需求,需積極與市場領導廠商連結,掌握產品技術的出海口及關鍵規格。工研院與領導廠商合作,如Behr、三井化學、住友化學、西屋、日產化學、Nike公司等。李宗銘指出,國際級客戶看的是全球市場,提出來的需求格局更有高度,有助於研發團隊累積實力,「如果客戶給了國際級的挑戰,那我們就更要有國際級的實力去做。」

 

2018年獲得全球百大科技研發獎的「超臨界流體染色與機能化同步技術」,正是機能布龍頭儒鴻給工研院出的國際級題目。

 

紡織業為台灣重要創匯產業,經過不斷創新研發,成為全球重要機能布重鎮。近年紡織業掀起環保永續風潮,無水染色不僅節能且少污染,成為紡織業重要趨勢。儒鴻身為機能布領導廠商,與工研院合作研發超臨界流體染色與機能化同步技術,運用二氧化碳作為染劑介質,染色同時還能添加機能性,不僅無水,還能降低化學品與能源的使用,幫助國際品牌大廠達成2020年有害化學品零排放的目標,也為台灣紡織業創新寫下新的里程碑。

 

材料創新即產業創新

 

「材料有如食材,食材不好,只能加重調味料,但菜未必好吃,而且不健康。」工研院副院長彭裕民為材料領域做了如上註解,「真正好的菜餚,廚師會尊重食材原來獨特的味道,後面的製程也會要求保持原味,重視提味與口感的加乘。」這就是材料創新的價值。

 

日本也面臨製造業全球化的問題,但日本的材料領域實力強大,台灣產業鏈至今仍須依賴日本供應材料和關鍵零組件。「僅接單依規格生產的製造業,已難再挑戰高附加價值,產業想要創新必須尋求材料的創新突破,提高材料自主性。」彭裕民認為,下一波產業決勝點在於誰擁有具創新特色的材料。材料和化工是很多技術創新的源頭,從材料造就出來的創新,往往具突破性,是真正的創新。

 

 

循環經濟是台灣產業突破點

 

循環經濟概念興起,先進國家皆積極投入新世代電子材料、綠色能源材料、高值化學材料及民生福祉相關的關鍵技術開發,以達資源永續。彭裕民認為,循環經濟是重新找尋創新的新機會,目前各國還在起步階段,也是台灣產業較少著墨的領域,透過材料重新設計,讓材料在整個生產與消費系統中有所發揮,建立材料更高的價值,「這對台灣來說,是很好的突破點。」

 

展望未來,李宗銘表示,材料科技主導著產品與產業的發展,尤其是新材料開發通常領先科技產品發展10年以上,深刻影響著創新科技與工業發展。工研院以深厚研發能量及與學界、業界建立的網絡,建構具競爭力的自主材料技術,投入新世代電子材料、動力電池,高能量固態電池及綠能材料組件、耐高溫防蝕塗料的高值化學材料及綠色循環永續材料之開發,繼續扮演推動台灣產業的前驅者角色,創造出下一波的經濟發展契機。

 

助產業一臂之力

機器人為水五金聚落改頭換面

 

 

彰化頂番婆地區是全球知名的水五金重鎮,約6平方公里的面積,創造出高達600億元的產值,也養大了一個個頂番婆囝仔。在全球化衝擊下,勞力密集的水五金業者開始移往海外,水五金養大的下世代有更好的教育、更高的眼界,在離開與留下的抉擇間,白手起家的父執輩正想方設法,讓水五金產業改頭換面,為下一代保留安身立命的所在。

 

為解決水五金產業勞動力不足,研磨技藝傳承不易的問題,工研院為彰化水五金產業導入CPS機器人研磨拋光技術,建立智慧化製程,協助產業成功打開工業4.0大門,帶動產業轉型升級,因而獲頒經濟部國家產業創新獎「地方產業創新典範」獎項。

 

水五金產品不只水龍頭,舉凡水庫、水廠、民生、工商業、農業、消防到廢水處理等需要調節水量的器具,都屬於水五金產品,產業鏈從鑄造、機械加工、研磨、拋光、電鍍、組裝及應用等,在頂番婆一應俱全。80年代極盛時期,曾匯集約千家左右的上中下游廠商,目前還有600家,全球約5成水龍頭,包括日本TOTO、美國Kohler等知名衛浴品牌均來自此地。

 

然而,90年代因為人工成本等因素,許多大廠陸續移往海外,儘管生產成本降低,但製造經驗被當地廠商快速吸收並複製,對台廠的生存空間造成莫大威脅。加上近年少子化影響,年輕人又大多往高科技、服務業發展,投入水五金產業者越來越少,造成嚴重缺工以及經驗傳承的斷層。

 

扭轉3K產業形象 讓年輕人留下來

 

彰化水五金產業發展協會輔導理事長,同時也是隴鈦銅器董事長吳佾達表示,「彰化水五金產業發展一甲子,有些廠商已傳承到第三代,所幸有工研院幫我們產業轉型升級,往自動化並導入AI發展,扭轉水五金3K(骯髒、辛苦、危險)產業的舊有印象,讓年輕的一代有意願、有興趣留下來!」一語道盡為人父母對後輩的疼惜。

 

長期觀察彰化水五金聚落,與許多廠商都有深厚交情的工研院機械與機電系統研究所組長游鴻修表示,工研院智慧機器人團隊花了5年時間,深入了解水五金產業傳統製程所遭遇的困難與需求,研發創新機器人研磨拋光技術、建置水五金示範產線、技轉機器人業者、協助籌組水五金智動化聯盟、以及建立機器人研拋標準五大作法,逐步落實CPS虛實整合(Cyber-Physical System;CPS)機器人自動化研磨拋光解決方案,引領水五金產業升級智慧製造與數位轉型。

 

在工研院團隊與政府資源協助下,水五金業者從製程改善、設備優化到工廠電腦化管理,尤其是在製程中最難自動化的部分,皆投注大量研發資源,全方位改善產業瓶頸。例如,協助研發設備解決鑄造過程中翻砂、熔煉對環境的負擔、開發機器手臂協助研拋製程自動化,與電鍍所使用的PVD電槽設備以提升鍍膜品質等。

 

隴鈦銅器引進自動化製程斥資上億元的新廠,簇新的外牆在陽光下閃閃發亮,吳佾達難掩興奮,「年輕時我就在頂番婆當學徒,現在也60多歲了,這個新廠就是我退休前最大的計畫,」自述佃農出身,吳佾達隻手拼出水五金事業的一片天,現在他想再拼一次,將成果送給後輩。

 

記錄老師傅研磨手法 解水五金人才荒

 

綠油油的稻田間,矗立著與民宅無異的兩層樓建築,很難想像世界知名精品金屬件、運動錶、名牌鏡框,都送到這裡鍍上閃亮吸睛的色澤!滿益金科技做的是PVD真空濺鍍,是頂番婆極少數的PVD鍍膜廠。6年級生的總經理張家烈對新科技充滿熱忱、接受度也高,「PVD鍍膜無污染、成本高,會找我們的,多半都是具有高附加價值的產品。」

 

滿益金在PVD鍍膜的生意,在頂番婆的占有率高達8成,因此他積極進行垂直整合,投入研磨拋光製程。「當初是因為請不到研磨師傅,加上看過很多國外研磨拋光的機器手臂,深知自動拋光是趨勢,工研院找上門來一拍即合,」張家烈說,希望結合機器手臂與感測器,記錄研磨師傅的手法經驗與力道,讓研拋製程更智慧、有效率。

 

張家烈拿起一支沉甸甸、曲線稜角俱美的水龍頭,「我們用這支,拿到德國紅點與IF設計大獎,生產難度極高的水龍頭來讓機器手臂磨,如果這支沒問題,其他水龍頭八成也沒問題。」實際導入工研院CPS研磨拋光機器手臂後,研磨覆蓋率可達80%以上,且機器手臂研磨出的線條更有型,甚至勝過人工研磨。更重要的是,過去生產線至少需請3位有經驗的研磨師傅進行研磨,機器手臂加入後,只需請1.5位一般年資的師傅,補足機器手臂無法完成的20%部分。這對面臨人才荒的水五金產業,可謂天降甘霖。

 

 

機器手臂確保研磨品質一致

 

張家烈仔細比較人工研磨與機器手臂:使用機器手臂研磨需精準設定水龍頭尺寸,每一個水龍頭尺寸都需相同才有辦法研磨;而人工研磨則不需要。如此一來,必須在研磨前端增加一道「加工設計」(CNC)工序,讓水龍頭粗胚的尺寸可以定下來,但多一道工序也會增加成本,因此使用機器手臂研磨的水龍頭適合定位在少量多樣的高端市場。以品質而言,人工研磨會因為師傅的手法不同而有不同品質,有些在電鍍後會產生線條,有些則光亮如鏡;至於機器手臂研磨則可確保產品品質一致。

 

滿益金建置CPS機器手臂近半年,經過功能驗證測試後,接下來將進入正式量產,並逐步擴增手臂設備滿足訂單需求。張家烈表示,高階市場的訂單需求是持續存在的,工廠必須升級技術,才能跳脫紅海市場。張家烈對智慧機械的潛力很有想法,「過去人工研磨可以邊磨、邊看,磨到滿意為止,但機器手臂則需整批磨完後透過人力檢查來補強,我希望機器手臂增加視覺感測功能,看到還有缺陷可自動研磨,提升研磨覆蓋率。」

 

CPS再進化 國產化助中小企業升級

 

CPS研磨拋光機器人現已進入第二代,新增「線上編程軟體」、「機器人視覺」、「複合型研磨拋光設備硬體」三大專利技術,1小時內可生成新的研磨路徑,調機時間大幅縮短;機器手臂也加裝攝影機,透過智慧視覺可回饋研磨機及磨拋光路徑與系統模擬間的誤差,並即時調整。複合型研磨拋光設備則可讓機器手臂與研磨機搭配,改善研磨拋光死角,就算複雜設計也難不倒,讓研磨覆蓋率達到100%,自動化程度再升級。

 

台灣水五金產業主要由中小企業組成,螞蟻雄兵式的拼搏積累,才有今日成果。一生懸命於水五金的吳佾達指出,有了工研院自主開發的機器人,廠商得以可負擔的投資成本做自動化升級,不再望著價值好幾億元的進口機器手臂與專屬軟體興嘆,這就是工研院對水五金產業最大的幫忙。

 

搶攻Micro LED顯示技術先機

CIMS領軍國家隊所向披靡

 

 

微發光二極體(Micro LED)被視為下世代顯示技術主流,但微米化的LED如何巨量精準的移轉到基版板或電路上,是最關鍵的技術。為搶攻市場先機,工研院籌組「巨量微組裝產業推動聯盟」(CIMS),串聯顯示器、半導體以及系統整合廠商,組成產品A+攻堅團隊,建構跨產業交流平台,布局Micro LED技術與應用開發。

 

繼有機發光二極體(OLED)之後, Micro LED已成為最具潛力的顯示技術國內外大廠無不積極布局以搶占市場先機。工研院在2011年即開始紮根,所申請的相關專利數量在全球排名前五。然而Micro LED的產業鏈與過往的顯示技術不同,屬於橫向鏈結,絕不能只有技術開發方單打獨鬥,必須串連包括LED、IC設計、印刷電路板等廠商優勢,方能在這片競爭市場中脫穎而出。

 

工研院於2016年正式成立「巨量微組裝產業推動聯盟」(CIMS),串聯顯示、LED、半導體以及系統整合等上下游產業鏈,搭建Micro LED跨領域產業交流平台,並建立試量產線,提供廠商進行產品雛形開發,協助評估各應用的市場潛力。

 

Micro LED正在趨勢風口上,聯盟成立第一年即有30家廠商加入,各次領域都有重量級廠商響應,也陸續促成相關應用進入量產階段。這項串連台灣優勢,接軌國際市場的成功案例,日前也榮獲經濟部國家產業創新獎「團隊類-產業創新聯盟」獎項,努力備受肯定。

 

 

擺脫紅海 找回台灣產業優勢

 

工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅分析當前顯示趨勢指出,液晶顯示器(LCD)技術已臻成熟,光是中國大陸就有幾10座工廠,市場已進入紅海廝殺;在OLED方面,大部分專利技術都掌握在韓國廠商手中,三星所掌握的專利甚至讓其他廠商連設備都買不到,台廠切入困難。所幸,台灣的面板、半導體與印刷電路板等產業在國際上都有強大的競爭力,應用在需靠組裝製作且產業鏈非常長的Micro LED領域,能成為發展此產業鏈的強力後盾,有機會為重返領先地位奮力一搏。

 

CIMS聯盟主要推動項目包括定期舉辦工作坊,促進與國內外技術交流,與會員分享技術進展及市場訊息,目標將台灣打造成全球「巨量微組裝」(Micro Assembly)產業鏈供貨重鎮。2018年,工研院進一步提供Micro LED試量產服務,讓會員廠商進行產品雛型開發,進一步了解投資所需成本,更準確評估市場。

 

「有了這個試量產線,不只大廠能跨足Micro LED市場,就連中小型如IC設計公司等都能做出自己的雛型產品,後續也可由工研院協助產線規劃。」吳志毅說明,一般液晶面板的10.5代廠投資規模高達新台幣百億,甚至千億元,而Micro LED一條生產線的儀器設備成本估計約2億元,投資額相對低,非常適合中小型企業為主的台廠投入發展。

 

集中資源 搶攻利基市場

 

在目標市場的選擇方面,由於目前Micro LED的組裝技術尚未成熟,成本居高不下,反應在價格上,OLED仍較具優勢,比較起來,Micro LED更適合鎖定高單價、高性能的利基市場。目前市面上100吋以上高解析的大型看板產品是由大顆LED組成,解析度並不高,Micro LED不僅具有高解析及高亮度等優良特性,室內、戶外都適用,因此聯盟現階段會鎖定百吋以上的大型看板產品,預計半年,可以看得到這項產品。

 

在中長期的目標市場, CIMS聯盟看中風頭正盛的電競市場,鎖定擴增實境(AR)/虛擬實境(VR)頭戴式顯示器及電競螢幕。吳志毅解釋,電競選手與遊戲玩家更願意負擔高價位顯示器,而AR/VR頭盔則是需要高解析度且極快的螢幕顯示速度,規格要求高,但現下LCD螢幕顯示反應速度要提高有其難度,OLED則囿於解析度有限,具備高解析、高亮度、低功耗的Micro LED最適合在AR/VR頭戴式顯示器市場上大顯身手。

 

市調機構Digi-Capital估計,全球擴增實境(AR)/混合實境(MR)市場至2020年,規模可望高達新台幣4.5兆元,其元件產值也上看5,000億元。CIMS聯盟串聯產業上下游業者,透過國家級整合型計畫,有效集中研發資源。透過引入世界級終端品牌廠,台灣的Micro LED中上游廠商可了解終端產品的需求與規格,瞄準需求、集中資源進行開發,以加快推出產品的速度,屆時在因應即將到來的AR/MR浪潮時,台廠即可快速拔得頭籌,取得領跑優勢。

 

IC設計業神兵利器

ESL技術催生優質晶片

 

 

 

有沒有什麼辦法,可以在晶片開發的初期就「預知」性能夠不夠好、符不符合客戶需求呢?為了協助IC設計業者在晶片開發過程中及早確認晶片效能、耗電等特性,工研院開發「電子系統層級(ESL)平台技術」,可支援實際應用情境全系統模擬,提高設計成功率,榮獲經濟部國家產業創新獎的「團隊創新領航」獎項肯定。

 

「Time is Money!」如何爭取開發時機、搶得市場商機,是每位研發者都在審慎思考的重要課題,尤其在競爭激烈的半導體產業中更是如此。以現今一個晶片開發專案而言,通常需耗費約1.5至2年的時間,如果設計的晶片在投產之後才發現有瑕疵,就必須回頭重新設計,也就是說,先前所有投資心血皆付諸流水,也同時也拉長研發時程,錯失寶貴商機。

 

隨著電子產品功能日趨多元,將所有功能整合在1顆晶片當中的系統單晶片(System-on-a-chip;SoC)時代來臨,軟體重要性與複雜度大幅提升,過去以「硬體為主、軟體為輔」的開發模式逐漸不合時宜,轉而走向「軟體為主、硬體為輔」。早在10年前工研院便看到這項趨勢,率先成立「電子系統層級」(Electronic System Level;ESL)研究團隊,致力建立可供驗證與模擬的平台,讓晶片設計者在研發初期即可應用其分析軟硬體整合的複雜性,特別是從軟體應用角度觀察系統可能會遭遇的問題,及早發現預作因應,大幅提高晶片設計成功率。

 

建立模擬平台 進行耗電與熱分析

 

當初蘋果iPhone 6S曾同時採用台積電與三星的系統晶片,在耗電、效能、散熱等項目上,兩種晶片所呈現的差異一度引起市場熱議。工研院資訊與通訊研究所嵌入式系統與晶片技術組組長盧俊銘表示,「目前業普遍界面臨的難題,主要在於缺乏從晶片硬體到軟體的整合分析能力,以致於設計出來的晶片總有『耗電』、『過熱』或『性能不足』等問題,影響終端產品的表現,這是晶片設計亟需解決的痛點。」

 

相較傳統設計流程,ESL研究團隊開發的「功耗與熱感知電子系統層級平台」,能將功耗與熱的模擬放入系統中,在晶片架構設計時即進行耗電與熱分析,可了解晶片運行時,不同區塊在各種使用情境下的耗電與散熱情況,確定後再進行電路與實體設計。舉例來說,若設計者想知道晶片實際在手機上執行3D遊戲時會不會過熱,可運用此平台進行模擬,以了解在特定使用情境下,晶片運行的表面溫度,甚至可以知道晶片熱點所在的位置與發生時機,進而大幅改善晶片設計與驗證的效率。

 

目前ESL研發團隊已協助國際半導體大廠建立此一功率與熱模擬平台技術,以系統角度進行優化,提升晶片省電性能達30%,其快速與精確模擬亦加速了量產時程,讓產品提早上市,也鞏固了該產業龍頭為首的生態供應鏈,使其在全球市場中立於不敗之地。

 

 

驗證軟硬整合 提升AI晶片效能

 

AI浪潮來襲,全球產業界面臨人工智慧帶來的新市場樣貌,對晶片設計業界來說又是一項新挑戰,以往IC設計業者只需依照客戶指定規格進行硬體設計,「進入AI時代,設計者必須跨出原本熟知領域,了解AI演算法的特性與系統應用,才能為AI晶片制訂正確的規格,協助客戶在所需應用上將晶片發揮至最佳性能」盧俊銘分析。

 

3年前ESL團隊以電子系統層級平台概念為基礎,針對AI複雜的軟硬整合,再接再厲開發出「AI晶片軟硬整合設計平台」,加入深度學習演算法與軟硬體協同的設計,目前也獲多家IC設計大廠導入,應用於新一代AI晶片之設計與製造,預先進行軟硬體整合驗證,提升AI晶片效能。

 

研調機構IC Insights統計,2018年台灣晶片設計業全球市占率16%,排名世界第二,僅次於美國。盧俊銘認為,進入物聯網與AI時代,晶片設計複雜度持續大幅躍進,速度與品質絕對是未來決勝的關鍵。工研院的「電子系統層級平台技術」,可望為台灣IC設計業增添神兵利器,在全球晶片技術競賽中,穩健茁壯、更上層樓。

 

減工序 降成本

加成法綠色製程開創永續之路

 

 

一次就把事情作對,比起反覆修改,是不是更有效率?製造上有減法與加法之別,過去受限於科技,減法製造幾乎是唯一選項,但現在有更好的選擇。工研院「加成法微細電子線路綠色製造技術」以創新節能製程,減少製造工序、降低生產成本,因此獲得經濟部產業創新獎「團隊創新領航」獎項榮譽。

 

傳統電子、光電製程,是以黃光微影製程將電路圖案定義在基板上,再用蝕刻方法去除掉不需要的部分,屬於減法製程。這種製造方法不僅浪費材料、耗費能源,還需處理廢棄的化學液體,一旦處理不當,還可能造成環境污染,為解決產業痛點,工研院開始思考如何透過新製程來減廢節能。

 

節能環保 更省成本

 

「比起將材料移除後作出電路,若能直接印出正確電路,是不是更有效率、更環保?」工研院機械與機電系統研究所副所長周大鑫解釋,這種加法製程的好處在於不需移除材料,不會造成浪費;而直接印製線路圖的第二個好處是少了銅箔壓合、光阻貼合(塗佈)、曝光/顯影、蝕刻、光阻移除與電鍍等工序,將7道製程簡化到3道,使產線縮短,工廠面積也可縮小,有效達到製程綠色化。

 

相較現有電路板製程技術,工研院整合「凹版轉印」及「金屬化」技術,能將電路線寬縮小至3µm,如此一來電路板上便可放上更多線路。以軟板來說,節能效益82.6%、省水效益88.7%、減廢效益72.6%,將可降低近6成的生產成本,是吸引廠商投入的最大誘因。

 

以印刷製程取代黃光微影蝕刻的想法,一直以來都有團隊不斷嘗試,但多半還停留在學術研究階段,部分學者甚至提出將7道製程縮減為1道,直接印出能導電的線路,但此種做法在實務上卻窒礙難行。周大鑫表示,工研院採用的方法是在印刷圖樣上疊加金屬化製程以長出電路,如此可與傳統製程的導線特性雷同,滿足印刷電路板產業對導電及可靠性的要求。

 

 

完美整合跨領域技術 符合產業所需

 

周大鑫分析,這套全球首創的綠色軟板製程不僅解決了黃光微影蝕刻造成的環境問題,還能進一步達成印刷電子細線化優勢,主要歸功於關鍵技術的掌握,包含創新的模具製造技術,模具經過表面處理,使油墨自模具完美轉移至基板;其次,用作印刷的油墨材料可轉印並牢牢黏在基板上,滿足細線化及金屬化製程,使線路具高導電及可靠性,這都有賴油墨材料的創新研發;此外,製造設備還必須符合高精度的需求,「三者缺一不可」。

 

「凹版轉印、金屬化都是產業原本就有的技術,但能將這些技術完美整合銜接,得力於工研院跨領域的優勢,」周大鑫說,團隊結合來自材料、電機、機械、化工、物理等領域人才,因而能突破研發瓶頸,還能依照產品特性修改製程以符合產業規範、需求,也是此綠色製程成功的重要關鍵。

 

加成法微細電子線路綠色製造技術現已技轉國內軟板大廠嘉聯益,新型軟板產品正進行打樣測試;在此同時,嘉聯益也與妙印精機、達邁及創新應材等上游材料、設備商共組研發聯盟,從材料、設備、耗材到印刷電路板製造,由上到下將這項軟板綠色化生產的研發成果落實到產業上,建立起完整生態系。

 

科技不只是帶來更便利的生活,還要為打造永續的未來而努力。周大鑫希望這套綠色製程,能擴散到更多光電及電子產品製造上,未來還將進一步導入AI與再製造技術,提升產品開發效率及產線良率,在節能環保的同時,邁向產品零缺陷的理想目標。

 

材料設備國產化

李正中打造台灣顯示「軟」實力

 

 

美國消費性電子展中,可捲起融入裝潢的65吋電視,讓人印象深刻,軟性顯示技術成為未來顯示新方向。工研院深耕軟顯多年,不僅打造出可摺疊面板,還能捲起收藏、伸縮自如。帶領軟顯團隊走在尖端的,正是今年榮獲經濟部國家產業創新獎「創新菁英獎」的工研院電子與光電系統研究所副所長李正中。

 

今年是李正中在工研院任職的第21個年頭,職涯中有三分之二的時間貢獻給顯示技術。李正中回憶道,正是從科幻電影「關鍵報告」中,看到男主角湯姆克魯斯隔空操縱面板的帥氣模樣,看到軟性顯示的機會。李正中認為,未來手機螢幕一定會變大,若要兼顧可攜性,軟性顯示技術有其潛力,因此決定投入相關技術研發,並在2012年開始將研發重點鎖定Flexible AMOLED。

 

研發之初,一切猶如在黑暗中摸索前進。李正中直言,當時只爭取到50萬元的科專計畫經費。隨著腳步愈走愈穩,計畫經費才逐年增加,2011到2017年經費增加到5億元的規模。

 

李正中並不依循過往扶植TFT面板廠的老路,而是從扶植軟性顯示所需的材料廠與設備廠開始,他認為,當時各國在AMOLED所需的材料和設備方面的國產自主化程度很低,正是台廠攻占全球市場的好機會。他為軟性顯示產業打造完整產業鏈,以協助國內面板廠商早一步站穩軟性顯示的關鍵戰略位置。

 

李正中帶領團隊開發領先國際的內摺/外摺7吋Foldable AMOLED面板模組,同時滿足抗刮、耐磨、耐衝擊與可摺疊特性。他和研發團隊建立面板級製程技術新應用開發平台,協助台灣面板廠轉型升級及半導體封裝產業技術升級。

 

此外,透過軟性面板關鍵技術與專利群組布局成果,李正中與團隊協助國內面板廠以既有玻璃產線轉型升級至軟性面板量產技術開發,並以策略性合作方式鏈結國際材料、設備廠,引進先進技術能量在台投資開發關鍵技術,強化國內軟性顯示器產業自主供應鏈。

 

李正中自嘲,回顧自己的顯示技術生涯,可說是「苦過來的」,但從未想過要放棄。熱衷衝浪的他,以衝浪為比喻,剛開始一道道打過來的浪猶如是阻礙你往前的敵人,一旦滑水追浪,站上衝浪板時,這時的浪反而成為盟友,助人向前。「時時訓練自己、培養實力,失敗就會成為成功的養分,有什麼好怕的?」

 

技術狀元生意囝

方彥翔領跑Micro LED國家隊

 

 

Micro LED具有低功耗、高亮度等優勢,市場對其取代OLED作為下世代照明技術,無不寄予厚望。工研院電子與光電系統研究所副組長方彥翔深耕LED技術,認為台灣Micro LED的發展有賴產業橫向聯繫,組織產業聯盟,鏈結全球材料/精密設備/半導體/IC/LED等相關資源,打造Micro LED專用試量產線,獲第六屆國家產業創新獎「創新菁英獎」。

 

方彥翔還記得,5年前,面對台灣應如何布局下世代顯示技術,應選擇哪項技術,院內曾有過一番討論,「當時許多人都傾向發展技術較成熟的OLED,但三星在OLED技術開發與成本優勢已大幅領先,不利於競爭,」方彥翔認為,投入具前瞻性但難度高的Micro LED,「要就要跑在世界前端,」獲得工研院電光系統所所長吳志毅、副所長高明哲及組長朱慕道、組長林建中等的大力支持、強大技術團隊支援、經濟部技術處經費補助及林淵博博士在處內的溝通下,也啟動了台灣Micro LED的發展引擎。

 

相較於過往的顯示技術,Micro LED最大的不同點,就是其製程所牽涉的領域非常廣,方彥翔表示,「企業通常只熟悉自己的業務,必須有一個平台把產業鏈全部串接起來。」在方彥翔建議下,2016年底工研院成立「Micro LED聯盟」,橫向鏈結國內外半導體、IC、PCB、設備及封裝,共同開發關鍵技術,並針對品牌廠所需的系統規格串連供應鏈,為廠商找到「出海口」。其中,室內顯示屏已進入試量產測試,電競螢幕、車載螢幕等產品,數年內也將看見成果。

 

要說服跨領域廠商共同投入平台並不容易,方彥翔逐一克服挑戰,「最大樂趣就是成功說服國內外系統、品牌大廠實際投入大量資源參加研發平台!」他指出,溝通的關鍵是要站在對方立場,設想如何解決痛點,並充分掌握不同國情與思考模式。像是到日本拜訪廠商,「日人英文好不好不是重點,用母語還是最能表達出實際內心的想法,請翻譯用日語溝通,比直接用英文,更能打動他們。」

 

家中為鐘錶盤商,從小看著父母親讓利予下游商家同時兼顧上游的銷貨數量,讓方彥翔對產業鏈共好這件事有著強烈使命感。台灣LED產業在全球名列前茅,工研院在Micro LED的專利數量上也高居全球第三名,台灣必須要把強項連結起來,站在既有的利基發展,才能立於不敗之地。他也期許,能盡一己之力,整合跨領域技術,協助產業翻轉躍升,讓台灣在下世代顯示技術中持續發光發熱。

 

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