雷射源產業發展近況

摘要(Abstract)

雷射產業的營收成長近幾年越來越高，隨著製造業邁向智慧化、系統化，雷射製程逐漸成為製造業不可或缺的要角。雷射源是雷射加工設備當中最主要的關鍵模組，不僅在成本上約占三分之一強，更是加工成敗的重要因素。國際上雷射源的發展日新月異，隨著產業需求而有各種不同雷射源出現，國內因雷射光谷計畫的推動，促成雷射源新創公司陸續出現，雷射產業生態鏈的上游端也開始成形。本文從國際雷射產業的市場狀況與年度國際雷射大展的雷射源展出，分析目前最新的發展狀況，並同步分享國內雷射源產業的發展現況，冀望能夠吸引台灣製造與設備產業關注自主雷射源，創造雙贏的機會與更高的產業競爭力。

The revenue growth of the laser industry is getting higher and higher in recent years and as manufacturing industry moves toward smart, intelligence and systematization, the laser material process has become an important role of the manufacturing industry. Lasers are the most important key module of the laser processing equipment, not only in the cost of about one-third, also is an important factor in the processing. The development of the lasers is changing rapidly in the world. With the demand of the industry, various kinds of lasers appear. The domestic promotion of the Laser Valley project has led to the emergence of new lasers. The upstream end of the laser industry eco-chain also began to shape. This article presents the market status of the international laser industry and the lasers of the annual international laser show, analyzing the latest developments and sharing the development of the domestic lasers industry in the hope of attracting the manufacturing and equipment industries in Taiwan focus on domestic lasers to create win-win opportunities and higher industrial competitiveness.

關鍵詞(Keywords)

雷射源、光纖雷射、雷射光谷

Laser Source, Fiber Laser, Laser Valley

前言

根據全球雷射權威Laser Focus World的統計，2016 年全球雷射源的市場規模約為104億美元，預估2017 年將增長到111 億美元[1]。單從市場規模來看，雷射產業的規模與它的應用產業如光電半導體、金屬加工等產業的規模相比顯得有些微不足道。但是雷射技術的應用卻能覆蓋各個領域，從汽車、顯示器、到手機、航太、醫療器械乃至國防軍事、食品包裝等我們能想到的產業，其實都有雷射應用其中，因此對很多產業的生產製造而言，雷射技術已經成為一種不可或缺的製程技術。眾所周知，目前全球各主要工業國正在推動其本身的製造產業政策，這些政策的核心是智慧製造，而智慧製造的核心之一是光電技術，而光電技術的核心之一正是雷射。由此可知，雷射本身的市場規模雖然小，但卻是驅動製造業發展的一大核心力量，其重要性不言而喻。

從圖1、圖2、圖3的市場資料來看，除了光通訊市場以外，目前材料加工是最大的雷射應用市場，未來隨著製造業不斷發展，材料加工市場將擁有更大的成長空間，另外，光纖雷射已經成為最多應用領域的雷射源。在材料加工市場中可以區分為高功率加工、微加工等。在高功率加工市場，2016年市場規模約為15億美元，專家預測未來五年將呈比較平穩的成長態勢[2]。千瓦級應用為高功率加工最主要的應用領域，目前金屬切割仍然是最大的一塊，約有10.5億美元，70%佔比，其次才是金屬焊接和積層製造(3D列印)，但是金屬切割的年銷售成長仍然很高，預測到2022年，金屬切割應用的市場營收將可以達到14億美元[3]，主要的雷射源供應商有IPG (光纖雷射)、Trumpf (Disk雷射、CO2雷射)、Coherent (CO2雷射、光纖雷射)、FANUC (CO2雷射)等。在微加工市場方面，2016 年全球雷射微加工市場規模大約為11億美元，預計2017 年將成長到13億美元[2]，目前微加工最大的應用市場是在半導體/PCB/顯示器等產業，除了這些光電半導體產業以外，逐漸成長的還有精密金屬加工、非金屬加工(碳纖)以及積層製造等應用，雷射源供應公司有Coherent、IPG、Trumpf及其他如，美國的Cymer、日本的Giga Photonics等。微加工應用所使用的雷射源，主要是準分子雷射、光纖雷射、CO2雷射和固態雷射，其中光纖雷射和準分子雷射的應用製程最多，CO2雷射雖然在6 mm以下薄金屬加工應用方面逐漸被光纖雷射取代，但是實際上在非金屬微加工方面卻出現很多新的應用機會，另外近年開始出現的CO雷射因為5 µm波長特性，特別適用在塑膠薄膜、聚合物、PCB的某些介質材料和銅氧化物加工，開始逐漸出現在微加工應用製程上。

圖1 全球雷射源產值

資料來源：Laser Focus World，2017/Jan. [1]

圖2 2016年全球工業雷射源應用產業分布

資料來源：激光世界，2017，工研院整理 [1]

圖3 2016年全球加工用雷射源分布

資料來源：Optech Consulting，2017 [5]

從目前主要的加工應用來看，雷射技術不僅為工業製造領域的核心技術之一，雷射源技術本身也在不斷的高速發展，正朝向『更快、更高、更好、更短』四大方向發展[3]。

更快：雷射源的脈衝速度越來越快，近幾年皮秒、飛秒等超快雷射快速發展，世界主要雷射源廠商如，IPG、Coherent、Trumpf等公司正相繼推出穩定的超快雷射源，憑藉更簡單的結構、更低的價格、更方便的操作和更穩定的性能，開始在許多產業的製程應用中出現。

更高：雷射源的功率發展越來越高，一般雷射加工應用的平均功率已經達到6 KW，更有8 KW及更高工率的雷射源正在開發以因應厚度超過30工分的鋼板切割/銲接應用需求。國際上光纖雷射的研發更是朝向10 KW以上等及開發，隨著高功率雷射二極體的開發，10 KW以上的雷射源出現是指日可待。

更好：一般加工用雷射輸出的光束品質越來越好，目前4 KW單模光纖雷射的光束品質已經達到1.1，未來10 KW雷射的光束品質隨著技術進步也會越來越提升。

更短：因應光電半導體等材料加工製程需要，短波長雷射的冷加工特性這些材料加工上可以比一般常波長雷射來的具有優勢。目前許多先進的冷加工製造製程，例如智慧型手機零組件，已經逐漸轉用短波長、短脈衝的紫外光雷射進行加工零組件的表面標記、晶圓/玻璃加工、鑽孔、切割。