工研院的機械與系統所,有群18人組成的「閃電團隊」,不是因為他們行動敏捷像閃電一樣,而是他們的工作和電有關,團隊夥伴身上常常「放電」(帶靜電),幾個關鍵的研發人員有時必須冒著觸電的危險,完成許多重要的實驗。
「我們團隊中常有人被電到,不過他們可能不太願意分享這些糗事,」留著一頭捲髮,閃電團隊的負責人張加強經理如此解釋,初次見面,還真以為他的頭髮被電過。
很難想像,閃電與機械製程有什麼關係。「我們是從大自然中閃電與龍捲風的現象獲得靈感,應用在電漿鍍膜製程上,」有著電漿背景的張加強試著解說,真空電漿就像是極光,當它靠近地面就變成閃電,如何從極光變為閃電,這中間的技術可以靈活運用。
自然現象帶來製程靈感
「低溫大氣壓電漿鍍膜技術」就是在一般大氣的環境下,只需使用空氣與含金屬離子的水溶液,就可以在短短數分鐘內完成透明導電膜(TCO)鍍膜,是突破當前光電產業中關鍵「金屬氧化物材料」(metal-oxide)之鍍膜難以在環保及成本上兼顧的瓶頸,具備了省時、低成本、環保等效益。
「簡單地說,這項製程可解決兩個問題:真空製程的耗電,解決有毒材料帶來的環保問題,」新任的機械與系統所長張所鋐指出,傳統的鍍膜製程需要在真空下運作,要營造這個環境的成本很高;此外,傳統的做法必須使用一種材料ITO(銦),除了被少數財團壟斷,還帶有毒性。
張所長舉例,台積電這麼大的公司其實只做三件事情:一、均勻塗上一層薄膜。二、微影術。三、除去不要的部分。就是這些技術領先全世界,但其實整個製程過程都很毒,不夠綠化。
而閃電團隊就是要解決過程中「毒的問題」,如何讓製程更加環保。「不需要真空環境,不要微影術,碳排放可節省92%,自動化可節省能源,這項技術對於製成的簡化與型態的改變,帶來相當大的影響,」張所鋐說。
民生到醫療 應用範圍廣
走進實驗室實地觀察,傳統的機器體型龐大,動輒就要上億元,而且必須在真空狀態,工作時也要穿上無塵衣;而新開發的製程機器相對小,成本只要原來的1/10。機器裝備一排設有七個像筆的裝置,筆裡面發出藍色的閃電,看起來溫度很高,利用龍捲風的原理讓溫度變低,其實大約只有40℃。就是這幾枝「神來之筆」,短短幾分鐘可以鍍上一層透明導電薄膜。
可別小看這層薄膜,可應用產業非常廣泛,包含民生化工、光電半導體、機械、生醫、紡織、汽車工業等。張所鋐所長指出,這項技術有太多可應用,「例如手機的觸控面板,或是電視電腦螢幕,需要透明導電膜,既要導電又要讓眼睛可看穿過去。」
現在,這項既環保又綠化的技術,受到各界的矚目,但又有誰知道,其實一開始並不順利。從點子的發想,到研發成功,歷經7、8年的時間,中間還有兩年完全沒有任何進展,連研發人員幾乎快要放棄,直到一次突破性的實驗,才讓大家重拾信心。
「其實是在一個蠻突然的狀況,」外號阿吉的工程師吳清吉回憶著說,前兩年他做過了無數次的實驗,沒有太多成績,到了最後一年,他幾乎都快放棄,心想如果做不成,這個案子可能就會沒了。
有一次他突發奇想,做了個文獻上沒有的實驗,把材料換成酒精,沒想到竟成功地鍍出黑色的膜。這次的結果就好像個轉捩點,從原本完全鍍不出膜,到鍍成黑色,雖不是完美,但整個計畫馬上從零跳到至少50%。後來經過幾次的修改,終於成功地鍍出透明的膜。
瘋狂創意 「邏輯對了就去做」
阿吉是團隊中的創意人,常有「瘋狂」的點子與想法。「通常電不喜歡碰水,但全世界最環保的材料都和水有關。我只能試著把水丟到電裡面,但做電相關的,死都不會這麼做!」他解釋為何中間兩年研發幾乎停擺,因為不合常理的假設,需要更多時間尋找技術去克服與突破。這幾年當中,到底做過多少實驗?「肯定有上百次,」阿吉回答。
但好的創意與想法,需要實際做出來,就像好的食譜配方,沒有好的鍋子也做不出可口的佳餚。團隊口中國寶級的蔡大哥蔡陳德,就是創意的執行者,也是裝置的核心,簡單地說,就是如何把電加水做好,不會被電到。他是國內少見資深設計與實作經驗的工程師。
同時,蔡陳德也擔任團隊「生命守護神」的重責大任,如果高壓電沒設計好,後面就很危險。有時團隊的成員害怕被電到,會請他去處理,問他害怕嗎?他淡定地回答:「這些是經過科學研究,邏輯對了就去做。」
所有的電漿頭到接電的地方,為了安全,蔡陳德都堅持自己去接。其實裡面的高壓電有1萬2000伏特,如果不是專業人員處理,危險可想而知。
企業爭相合作 「學而優則創」
「這項技術最難能可貴的,是從開始到研發完成,完全是由工研院一手打造出來的,」張所鋐所長指出,最初他就相當支持,也是該計畫主要推手之一。
除了國內面板廠友達與奇美,這項技術將與德國工研院合作,共同研發環保製程(Eco Touch),要做出全世界第一完全綠化的工業技術。
團隊的下一步會怎麼做?張加強引用「學而優則創」,台積電董事長張忠謀當選工研院第一屆院士的演講題目,「怎樣做對這項發明最有效率,對技術最好,我們就往這個方向努力。」