因應(yīng)近年來疫情及國際地緣政治因素，各國紛紛盤點(diǎn)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)及原材料以降低對外依賴，將有可能影響臺灣於全球供應(yīng)鏈地位。如半導(dǎo)體、智慧機(jī)械等關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)亦須順應(yīng)情勢，利用臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聚落優(yōu)勢，積極促進(jìn)國內(nèi)外業(yè)者投資半導(dǎo)體先進(jìn)製程，在最近一段時間國際專業(yè)展會大出風(fēng)頭的精密線性馬達(dá)模組平臺，便凸顯了業(yè)界垂直整合成效。
回顧過去因?yàn)?000年兩兆雙星年代，促使臺灣在半導(dǎo)體、面板產(chǎn)業(yè)大量引進(jìn)線性傳動元件，包括滑軌、螺桿等，直到升級為更為高速且精密的線性馬達(dá)模組，甚至由工研院主導(dǎo)自行開發(fā)投入放電加工機(jī)。卻始終受制於負(fù)載、推力有限和散熱不易，未能真正普及。如今，則隨著地緣政治、後疫時期促成各國分散佈局，促成半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，造就護(hù)國群山需求，亟須透過設(shè)備自主研發(fā)，大幅提升在國際市場競爭力。
根據(jù)經(jīng)濟(jì)部最新統(tǒng)計(jì)2021年機(jī)械出口前三大品項(xiàng)為生產(chǎn)半導(dǎo)體等機(jī)械、工具機(jī)、滾珠軸承及傳動軸，各占機(jī)械總出口17.4%、10.0%、9.1%，其中生產(chǎn)半導(dǎo)體等機(jī)械自2013年起連續(xù)9年創(chuàng)新高，且於2019年擠下工具機(jī)成為主要機(jī)械出口品項(xiàng)。加上後疫時代促使高效能運(yùn)算、雲(yún)端服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)等需求增加，推升相關(guān)晶片需求勁揚(yáng)，帶動臺灣生產(chǎn)半導(dǎo)體等機(jī)械出口持續(xù)攀升，連續(xù)9年正成長，直到2021年達(dá)到48.3億美元，年增37.2%，超越中國大陸、德國，排名上升至第6。
進(jìn)而帶動2022年Q1臺灣製造業(yè)固定資產(chǎn)增購（不含土地）金額已達(dá)到4,830億元，創(chuàng)歷年同季新高，季減17.9%、年增17.8%；按固定資產(chǎn)型態(tài)分，以機(jī)械及雜項(xiàng)設(shè)備增購占84.6%最多，年增18.3%。同期製造業(yè)營業(yè)收入8兆3,612億元，為歷年同季新高，季減9.6%、年增15.3%，主因則受惠於5G、高效能運(yùn)算及車用電子等新興科技應(yīng)用持續(xù)拓展，以及雲(yún)端建置需求熱絡(luò)，推動資訊電子產(chǎn)業(yè)營收攀升；加上國際原物料價格高檔盤旋，半導(dǎo)體業(yè)擴(kuò)廠需求，帶動石化、鋼鐵、機(jī)械等各主要傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)營收均呈兩位數(shù)正成長。
| 圖1 : 臺灣生產(chǎn)半導(dǎo)體等機(jī)械自2013年起連續(xù)9年創(chuàng)新高，且於2019年擠下工具機(jī)成為主要機(jī)械出口品項(xiàng)，直到2021年排名上升至第6。（source：經(jīng)濟(jì)部統(tǒng)計(jì)處） |
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東佑達(dá)成立新創(chuàng)公司 深耕奈米級線馬模組平臺市場
東佑達(dá)自動化公司（Toyo）不僅多年來持續(xù)代理臺日系工業(yè)6軸/協(xié)作型機(jī)器人及無人搬運(yùn)車導(dǎo)引車（AGV），並鎖定滑臺模組、單軸機(jī)械手、電動夾爪、線性馬達(dá)模組、桌上型/X-Y軸直交型機(jī)器人、無人搬運(yùn)車關(guān)鍵模組，成為兩岸最大鋁擠型傳動元件/模組大廠。
另因應(yīng)市場對於精密定位、高速移載與微米、奈米之控制需求不斷提升，東佑達(dá)更在2021年，成立「東佑達(dá)奈米系統(tǒng)公司」，投入研發(fā)製造與銷售奈米與微米級定位系統(tǒng)。藉此運(yùn)用該公司超過15年以上的豐富生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、規(guī)模生產(chǎn)能量，以日本技術(shù)品質(zhì)結(jié)合臺灣優(yōu)勢製造及價格，掌握從選定高自製率的完整定/轉(zhuǎn)子直驅(qū)模組元件，到成套系統(tǒng)的高階運(yùn)動整合設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)超高6自由度精度。
同時透過全球服務(wù)據(jù)點(diǎn)，全方位配合OEM/ODM等彈性合作模式，以提供產(chǎn)業(yè)鏈所需奈米級高精度線性馬達(dá)、空氣軸承定位平臺、客製化設(shè)備專用機(jī)等最佳自動化解決方案，支援半導(dǎo)體、印刷電路板、Micro/Mini LED等先進(jìn)製造應(yīng)用領(lǐng)域。
其中被東佑達(dá)視為明日之星的鋁擠型「線性馬達(dá)模組」系列產(chǎn)品，便強(qiáng)調(diào)採取先設(shè)計(jì)外型的特色，有別於坊間先設(shè)計(jì)定/轉(zhuǎn)子模式，所以在相同推力下的體積最小，推出完整系列產(chǎn)品線，包括：有鐵芯式軌道內(nèi)崁型LGW/LGF模組，係採取平板型永久磁鐵定子，以矽鋼片堆疊動子線圈，具有體積小的優(yōu)點(diǎn)，又分為LAF鋁、LSF鐵不同材質(zhì)。
東佑達(dá)甫獲得2022年臺灣精品獎的「LGW系列軌道內(nèi)嵌式線性馬達(dá)機(jī)械手」，便採用該公司高精度內(nèi)嵌式滾珠滑軌，搭配自製線性馬達(dá)的模組化設(shè)計(jì)，而大幅縮小本體高度至64~75mm，為同級商品中最低、體積減少40%以上，相對減省設(shè)備所需安裝空間、時間和人工成本。
另有為了小型化而設(shè)計(jì)的LAU無鐵芯式模組，採取U型磁石定子，內(nèi)以樹脂/環(huán)氧膠（E-POXY）固定動子線圈；與採用圓棒式磁石定子的LMR軸心式線性馬達(dá)模組。兩者皆通過電流而產(chǎn)生推力，並搭配線性滑軌支撐重量，以及讀頭、光學(xué)/磁性尺來決定精度。
經(jīng)利用雷射干涉儀測試兩者在移動速度500mm/s之下的差異，可發(fā)現(xiàn)有鐵芯式（標(biāo)準(zhǔn)）LGF系列線馬模組的速度變化量（速度漣波）頓動較大達(dá)1.5%，搭配高階控制器的奈米系統(tǒng)，可達(dá)0.1%；在加速性上因?yàn)榫哂写盆F、矽鋼片吸引力，滑塊重且反應(yīng)較慢；磁通密度高，推力較大；磁鐵用量少，成本較低。無鐵芯式LAU系列線馬模組速度變化量約0.51%，幾乎無頓動；無吸引力，使之滑塊輕，在加速性的反應(yīng)較快；但因?yàn)橛?排磁鐵的用量多，成本較高。
然而，無論是一般無蓋型LTF2、密閉防塵型LNF2，或者在1000mm/sec下測試，可達(dá)到class1等級的無塵型LCF2模組，標(biāo)準(zhǔn)型與無塵型皆可共用孔位、本體，且具備在滑座兩側(cè)設(shè)計(jì)外拉注油孔的專利設(shè)計(jì)，注油進(jìn)入滑塊潤滑；推力範(fàn)圍約14~740N，成為同級最小模組；可搭配各家驅(qū)動器、霍爾及溫度感知器，來提高精度。
東佑達(dá)進(jìn)一步指出，現(xiàn)今使用者面臨的問題還有該選擇整合型線馬模組，或者自行購入馬達(dá)動/定子、滑軌、光學(xué)尺、本機(jī)機(jī)構(gòu)等零組件組裝。前者如一次購入整套線馬模組，則可以縮短重新製圖設(shè)計(jì)、組裝、品檢的工時。Toyo還提供2D/3D圖檔，方便課戶選用適當(dāng)規(guī)格，實(shí)現(xiàn)體積/性能最佳化，縮短交期；於出廠前調(diào)適完成驅(qū)動器、模組，藉以保證精度、安裝簡易，且系統(tǒng)穩(wěn)定性高，價格又低。
此外，相較於市面上螺桿＋線軌模組差異，東佑達(dá)線馬模組可利用定子串接，使之行程長達(dá)10m；實(shí)現(xiàn)3G高加減速，且能高速移動3.5/sec，優(yōu)於螺桿1.5m/sec；仰賴光學(xué)/磁性尺，使之定位精度約±1μm；支援多滑座型式，搭配THK低發(fā)塵軌道的安靜度約57dB、視速度有別的高荷重可達(dá)250kg。
同時可以搭配東佑達(dá)自製LC100驅(qū)控器，選擇Pulse、EtherCAT等通訊模式，或者是Servotronix、三菱、松下、臺達(dá)、士林等各品牌驅(qū)動器。也獲客戶導(dǎo)入取放半導(dǎo)體被動元件製程，得以解決傳統(tǒng)皮帶在長行程運(yùn)行時，容易造成張力鬆馳問題；在使用環(huán)境較佳的半導(dǎo)體、面板領(lǐng)域，可以搭配光學(xué)尺或Toyo自製較平價的磁性尺。
值得一提的是，由於東佑達(dá)奈米級線性馬達(dá)平臺係採取線性馬達(dá)及滑軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了精度比起一般螺桿更高，以1μm精度與自家線性馬達(dá)模組市場區(qū)隔，不致於因?yàn)閭鹘y(tǒng)滾珠滑軌結(jié)構(gòu)面對面接觸、磨擦而生熱或噪音，縮短使用壽命。
進(jìn)而搭配熱膨脹係數(shù)低，剛性與穩(wěn)定度俱佳的天然花崗巖基座、空氣軸承的專利「共面式結(jié)構(gòu)」設(shè)計(jì)，共用同一基準(zhǔn)面，克服在平面、正交垂直面上的直線X-Y軸上下堆疊設(shè)計(jì)，容易累積誤差問題；並通過包括水平度、垂直度、Pitch、Roll、軸線性位移、Yaw等超高6D自由度精度驗(yàn)證，分別達(dá)到<1μm、1marc sec，使用速度可達(dá)到1m/sec、重覆精度+/-1μm~0.3μm。
此亦歸功於東佑達(dá)利用自家廠內(nèi)加工的優(yōu)勢，將節(jié)流元件直接崁入花崗巖基座再經(jīng)過研磨，讓空氣通過而形成pad浮起檯面。有別於國內(nèi)外同業(yè)在機(jī)臺四角以螺絲鎖固節(jié)流元件方式，難以精準(zhǔn)控制空氣流量，一旦未調(diào)整好角度時，就會受到移動過程中震動而偏移、撞機(jī)，導(dǎo)致節(jié)流元件變形，未能使檯面完全浮起，恐讓結(jié)構(gòu)長期摩擦受損。
反觀東佑達(dá)奈米級空氣軸承平臺，即使撞機(jī)也不會失效，也會透過感測器監(jiān)控氣壓是否足夠，不足時停機(jī)以防止磨擦而失去精度。且因?yàn)榻?jīng)過不同角度通過的空氣維持結(jié)構(gòu)面零接觸，甚至可實(shí)現(xiàn)高剛性與高承載能力，承受10G加減速度衝擊。「以此推算，倘若一般滑軌大約以1kg力道就能推動10kg物件，空氣軸承便相當(dāng)於可以相同力道推動100kg物件，降低所需馬達(dá)規(guī)格、功率，既省錢又節(jié)能。」
目前已成功售出數(shù)十部空氣軸承單軸雙動子/直交、龍門雙驅(qū)、XYZ跳水臺式、XYZθ龍門雙驅(qū)平臺機(jī)種，再讓客戶自行選配雷射、視覺模組，分別應(yīng)用於半導(dǎo)體封測產(chǎn)業(yè)的高速移載取放料、微鑽孔/雷射精密加工、光罩AOI檢查、印刷電路板DI曝光機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域。
| 圖2 : 東佑達(dá)在2021年成立「東佑達(dá)奈米系統(tǒng)公司」，以日本技術(shù)品質(zhì)結(jié)合臺灣優(yōu)勢製造及價格，掌握從選定高自製率的完整定/轉(zhuǎn)子元件，到成套系統(tǒng)的高階運(yùn)動整合設(shè)計(jì)能力，投入研製與銷售奈米定位系統(tǒng)。（攝影：陳念舜） |
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海德漢發(fā)表ETEL抑震平臺 結(jié)合數(shù)控實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位
德系數(shù)控系統(tǒng)大廠海德漢公司（HEIDENHAIN），向來不遺餘力協(xié)助臺廠跨足半導(dǎo)體領(lǐng)域，並持續(xù)發(fā)表最新運(yùn)動控制解決方案，其實(shí)旗下早已有多家運(yùn)動控制系統(tǒng)品牌，包括：ETEL、RSF等產(chǎn)品普及於電子設(shè)備業(yè)應(yīng)用，也協(xié)助如Micro/Mini LED產(chǎn)業(yè)，滿足對於巨量轉(zhuǎn)移的高精度運(yùn)動控制要求，甚至是ASML曝光機(jī)達(dá)到奈米級精準(zhǔn)定位。
相較於目前臺灣半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)還有很大努力空間去達(dá)到精密定位，即除了改善馬達(dá)本體材質(zhì)、轉(zhuǎn)子繞線外，若能搭配外商光學(xué)尺等關(guān)鍵零組件，就有機(jī)會提升精密等級。近年來海德漢也持續(xù)發(fā)表眾多軸向/旋轉(zhuǎn)運(yùn)動控制（Motion Control）的產(chǎn)品，並搭配上位控制器、驅(qū)動器，構(gòu)成完整閉迴路（Close Loop）系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。
其中ETEL最新上市抑震平臺，便強(qiáng)調(diào)可用來補(bǔ)正6個自由度，當(dāng)機(jī)臺執(zhí)行3~4G加速度動作後，僅須不到0.1sec就能完成重新整定回復(fù)，同時降低成本、提高產(chǎn)能和加快上市時間。例如可協(xié)助12吋晶圓模擬檢測平臺，採取有別於傳統(tǒng)X-Y軸交叉型式，而是加入減縮占用空間的旋轉(zhuǎn)軸堆疊架構(gòu)，除了可用來量測晶圓厚薄、平整度外，還能充分納入晶圓兩端對角邊緣範(fàn)圍，以對應(yīng)半導(dǎo)體業(yè)對於晶圓精準(zhǔn)定位需求，現(xiàn)已實(shí)際供貨國內(nèi)外半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)者。
進(jìn)而利用海德漢反饋及控制系統(tǒng)來提升精度，並搭配主動式抑震平臺、輕量化機(jī)架，將光學(xué)尺雜訊降至1nm以下，不致造成控制器整定困難；以及新增HSP1.0晶片，一旦開啟後的訊差比約5~10倍之間，即使遭受掉落雜物、粉塵、油污，皆不致影響機(jī)臺回授訊號的穩(wěn)定效果，提升機(jī)臺可靠度及壽命，得以在170ms內(nèi)兼顧100nm、Z軸1nm精度，又不影響輸出產(chǎn)能。
迎合現(xiàn)今國際淨(jìng)零碳排趨勢，設(shè)備業(yè)者利用海德漢數(shù)控系統(tǒng)在通訊介面上單一電纜（one cable）回授動力和資訊串連多軸，將更有助於節(jié)能；搭配ETEL線性/扭矩馬達(dá)等完整數(shù)控系統(tǒng)解決方案，具備高推力密度和動態(tài)特性，並將材質(zhì)與繞線都納入考量，以改善馬達(dá)效率。
| 圖3 : 海德漢公司旗下ETEL最新上市抑震平臺，便強(qiáng)調(diào)可用來補(bǔ)正6個自由度，可供業(yè)者導(dǎo)入12吋晶圓模擬檢測平臺，除了可用來量測晶圓厚薄、平整度外，還能充分納入晶圓兩端對角邊緣範(fàn)圍，以對應(yīng)半導(dǎo)體業(yè)對於晶圓精準(zhǔn)定位需求。（攝影：陳念舜） |
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結(jié)語
回顧臺灣因?yàn)閾碛袃?yōu)質(zhì)的人力、技術(shù)跟法規(guī)環(huán)境，經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展以來，已建構(gòu)創(chuàng)新、韌性、高效率的產(chǎn)業(yè)鏈，足以快速因應(yīng)市場變化，提供優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新的高科技產(chǎn)品，成為國際大廠長期可信賴的合作夥伴，於全球供應(yīng)鏈有獨(dú)特性與不可取代性。
惟在近期一連串全球重大事件，如美中貿(mào)易、科技爭端、COVID-19疫情及俄烏戰(zhàn)爭，全球供應(yīng)鏈走向區(qū)域化、產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行重組之際，各國基於強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)韌性與國家安全考量，紛紛盤點(diǎn)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)及原材料，並積極推動產(chǎn)業(yè)自主以降低對外依賴，將有可能減弱過往的合作關(guān)係，甚至帶來新的競爭，進(jìn)一步影響臺灣於全球供應(yīng)鏈地位。
如半導(dǎo)體、5G等關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)亦須順應(yīng)新競合情勢，利用臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聚落優(yōu)勢以及龐大的未來需求，積極促進(jìn)業(yè)者投資半導(dǎo)體先進(jìn)製程，內(nèi)外垂直整合設(shè)備與關(guān)鍵零組件，始能提升競爭力。包含協(xié)助設(shè)備及材料外商在臺擴(kuò)大投資建置在地供應(yīng)鏈，以持續(xù)完善半導(dǎo)體供應(yīng)鏈生態(tài)系；並輔導(dǎo)引進(jìn)臺灣設(shè)備零組件及材料業(yè)者提升製造技術(shù)，打造最高品質(zhì)規(guī)格產(chǎn)品，逐步提升半導(dǎo)體設(shè)備及材料自主性，以強(qiáng)化臺廠在全球供應(yīng)鏈的競爭優(yōu)勢，成為世界上不可或缺的角色。
**刊頭圖（source：img.directindustry.com）
