禮讚創新 工研菁英

全球獨步打擊惡「視」力！

新穎標靶青光眼藥物

2020年全世界大約有8,000萬名青光眼患者，臺灣則有45萬人，且年齡還有下降趨勢。過去青光眼多常見於60歲以上人口，但隨著3C產品普及，許多人用眼過度或受藍光侵害，現在也不乏看到2、30歲就罹患青光眼的病人。

悄然無聲的青光眼，早期症狀並不明顯，當察覺視力模糊時，視神經通常已經受損40% 以上，且目前尚未找到根治方法，只能依靠定期檢查，早期發現、早期治療。隨著青光眼用藥需求日益增加，工研院在5年前投入「新穎標靶青光眼藥物開發計畫」，領先國際打造高效又低副作用的青光眼救星，每日只需點藥1次即有效果，成為國內第一個自主研發成功的新穎標靶青光眼藥物。

鎖定新標靶　研發高效青光眼救星

罹患青光眼的原因，是眼壓過高造成的視神經萎縮，導致視野逐漸缺損，最終失明。眼睛是個有很多水分的環境，眼內分泌的「房水」，可維持眼睛的正常生理功能，但有水就會產生壓力，就像水管塞住了，水壓就會升高，如果房水排出的路線受到阻礙，眼壓也會上升，進而傷害到眼底視神經。

工研院生醫與醫材研究所組長呂瑞梅指出，目前市場上約有6、7種治療青光眼的藥物，原理是透過減少房水生成或是舒張眼睛堵塞的小樑網，讓房水順利排除，以降低眼壓，但用久了身體容易產生抗藥性。以臺灣常見的青光眼藥物Timolol來說 ，一年約有50%的病人用久了會無效，因此醫生只能在有限選擇中輪流使用，多年後病患就會面臨無藥可用的窘境。此外，其他的一線用藥，對於眼睛本就容易發炎的人，或罹患糖尿病血管和眼睛組織更脆弱的人，副作用也會更為明顯，常見紅眼、發炎，嚴重的話甚至眼球還會受損。

工研院生醫領域原本就專精於技術門檻極高的腫瘤標靶藥物領域，看到青光眼用藥需求，也運用標靶治療的概念， 5年前投入「新穎標靶青光眼藥物開發計畫」。團隊從國際研究中發現一個新的標靶－ROCK（Rho-associated Protein Kinase），這是一種蛋白激酶，當ROCK過多，容易造成小樑網收縮，房水難排出，眼壓就會升高，因此團隊從ROCK下手，開發出新一代的青光眼ROCK抑制劑藥物。

嘗試200種化合物組合　發現突破契機

團隊原以為開發眼科藥物應該不像腫瘤藥物那樣困難，沒想到眼球是人體很特別且獨立的構造，「眼球大約只有2.5到3公分大小，卻有層層相疊的複雜結構，從結膜、角膜、鞏膜、虹膜到水晶體，要做得非常精細，真的是術業有專攻，」呂瑞梅坦言。

團隊從零開始摸索，特意分成2個小組，各自開發不同的藥物化合物組合，再驗證哪個結構最有效果，加快研發速度。在進行動物驗證時，一開始在兔子身上看到顯著成果，但在下一階段的靈長類試驗中，相同藥物用在猴子上卻又卡關，透過不停調整，在嘗試200多組化合物組合後，終於找到比起國際藥效更好的青光眼藥物。

為了探究藥效更好的原因，團隊抽絲剝繭後發現，這項藥物不僅對抑制ROCK有用，抑制另一個蛋白激酶MYLK4也很有效。比起市售藥物AR-13324，對MYLK-4的抑制效果可達39倍以上，成了全球第一個可同時抑制2個新穎標靶的青光眼藥物，且副作用低，一天只需點1次就有效果，「等於雙管齊下把兩個蛋白質生成都關掉，讓眼睛更舒張。」

建構臺灣唯一一站式眼科評估平台

這項藥物在去年12月底已授權給國內生技公司，今年將進行第一期臨床試驗，「順利的話，約在2027年可以上市，」呂瑞梅說，這不僅證明臺灣有能力自主研發全新新藥，在開發藥物的同時，「團隊把整顆眼球摸得很透徹，也建構出臺灣唯一的一站式眼科評估平台。」

也就是說，未來不只是青光眼，當外界想要投入乾眼症、葡萄膜炎、視網膜神經、黃斑部病變等眼科相關疾病的藥物開發時，都能透過工研院協助評估初步藥效，縮短開發時程與成本。呂瑞梅透露，現在不只臺灣，亞洲也有新創公司的眼科新藥研發已交由工研院評估，「未來的擴散效益可長可久。」

另一方面，當全球熱門的醫藥開發都集中在腫瘤、心血管疾病等領域時，眼科其實是獨門又小眾的市場，「青光眼是臺灣的利基藥物！」呂瑞梅相信，透過這個平台，臺灣醫藥產業將率先航向眼科用藥的藍海市場，在世界上發光發熱。

全球首創虛實整合分析平台

先進半導體薄膜設備智慧製程技術

半導體是臺灣在全球高科技版圖的代名詞，而半導體的薄膜製程，可說是晶圓加工的基礎。當一片片晶圓製造完成後，就會進入加工階段，首先會在晶圓表面鍍上薄膜，依據發光、導電或保護等不同需求，這層薄膜可以是氮化鎵、砷化鎵、氮化銦鎵、二氧化矽、氮化矽等化合物材料，後續再接著進行微影和蝕刻製程。

鍍膜少則2、3層，多至10幾層，就像蓋房子，地基打得好，一層層堆疊上去才能蓋得穩又好。如果薄膜沒有鍍好，就會影響最終晶圓的良率，因此鍍膜製程極為關鍵。工研院機械與機電系統研究所副組長王慶鈞形容，「鍍膜的腔體設備宛如黑盒子，裡面有太多東西在變化，要控制各種化學和物理反應，只有達到非常均勻穩定的狀態，才能鍍出品質良好的薄膜。」

鍍膜時得考慮壓力、流量、溫度等多項參數，組合可達數百種，過去業界都用是靠人的經驗找出最佳組合，非常耗時及耗費成本。王慶鈞解釋，依照製程不同，每次鍍膜時間從幾10分鐘，甚至到8小時都有可能，以最複雜的8小時來說，當這一輪的薄膜品質不如預期時，下一輪修改就要等上8小時後才能知道結果，「一天最多只能進行2到3輪。」

打造真實腔體　突破數據關卡

為了解決這些痛點，工研院獨創製程數位化的預測技術。團隊以理論和真實數據為基礎，建立一套具備多重物理關聯的分析模型APP，模擬在不同參數下，相對應的薄膜品質，工程師只要輸入不同參數組合，就能預先知道結果，大幅縮短調整和試錯時間，「這對開發新產品特別有幫助，以後就不用再大海撈針尋找參數。」

王慶鈞指出，這和常見的大數據，甚至AI人工智慧分析有些不同。大數據分析是建立在大量的數據基礎上，但由於半導體製程往往涉及廠商機密，無法取得太多真實數據，為了突破數據關卡，團隊開發相關技術，只需少量數據即可建立分析模型；更透過虛實整合方式，打造一個接近真實鍍膜設備的腔體，首創「流場可視化」和「電漿診斷技術」，藉此取得更多真實數據回饋修正模型，讓預測更加精準。

所謂的流場可視化，是以雷射光照射腔體，觀察在不同參數下，腔體內的氣體流場變化，王慶鈞比喻，「就像烤麵包機，在烤的過程可以看到蒸氣怎麼跑，好讓麵包烤得均勻。」另一方面，也在腔體內裝設電漿即時診斷模組，收集電子密度、離子能量等電漿參數的變化。

三大效益　鞏固產業競爭優勢

由於薄膜製程牽涉許多複雜因素，這項技術需要物理、化學、材料、電子、電機、機械等跨領域人才參與，「全球很少有這樣跨領域的研發團隊，這正是工研院的優勢」王慶鈞表示。早在研發之初，工研院機械領域與電光領域即攜手合作，由機械領域團隊打造虛實整合平台，半導體經驗豐富電光團隊則扮演驗證角色，修正參數，提升模型準確率，「將模擬和實務操作對接起來，」工研院電子與光電系統研究所研發副組長傅毅耕說。

近年來，團隊不停深入研究各種鍍膜技術，目前已涵蓋市場9成以上的鍍膜技術設備，可廣泛應用在半導體先進製程、化合物半導體、5G無線通訊、Micro LED與IC載板等新興產業的薄膜製程，目前已導入國內外多家半導體元件終端製造商、設備商及系統整合商使用。由於採用APP介面，廠商不需大幅改機或替換設備就能使用，降低導入門檻；對設備廠來說，未來若附加參數模擬的APP功能，也能進行高值化轉型，同時提高國產半導體設備的競爭力。

有了最佳參數助力，半導體薄膜製程的調機時間，從過去人工調整時的1周縮短為2小時，新產品開發時間從3個月縮短為1個月；每一輪製程的重覆性誤差，也從人工調整時大於4%，降低為小於2%；預測的準確度更是從過去的人為經驗調控不到80%，提升至超過95 %的高效能。

王慶鈞認為，這項技術還可為產業帶來三大效益。首先是協助臺灣半導體產業數位轉型，從仰賴經驗轉型為仰賴數據的精準預測；第二是加速半導體設備廠技術升級，提供客戶更多附加價值；第三是透過預先模擬，減少製程研發時的材料耗費，並銜接未來半導體製造的數位化整合淨零碳排趨勢。三大效益，三管齊下，持續鞏固臺灣半導體產業的競爭優勢。

突圍傳統電信生態系  開創5G新商機

推動臺灣5G O-RAN管理軟體產業化

在無線通訊架構中，由各式基地台組成的網路稱為無線電存取網路（Radio Acess Network；RAN），RAN主要由分布元件（Distributed Unit；DU）、中央元件（Central Unit；CU）、無線電元件（Radio Unit；RU）等硬體元件組成，為了管理這些散布各處的硬體，還要可靠有效的軟體。

過去RAN的硬體部分由少數通訊大廠壟斷，屬於封閉式架構，相關軟體也受制於這些通訊大廠。隨著5G時代來臨，基於成本考量及網路切片等技術演進，開放架構的O-RAN（Open RAN）於是成形，尤其在企業專網的應用上，5G O-RAN更具競爭力。

2018年，全球各大行動網路運營商組成O-RAN聯盟，並訂立相關規範，只要符合O-RAN規格的電信硬體與零組件，都能跨入5G市場，開啟網路設備「白牌化」商機。而為進一步協助業者切入5G專網管理市場，工研院也開發「5G O-RAN關鍵智能管理控制軟體」，可一鍵模擬基地台布建數量與專網布建，提供業者一站式管理系統的完整解決方案。

協助網通設備製造　轉型5G專網系統整合商

工研院資訊與通訊研究所副所長蔣村杰表示，O-RAN打破傳統電信市場生態系，讓國內的網通、伺服器等設備製造廠商，有機會吃到5G設備市場的龐大商機；這套「5G O-RAN關鍵智能管理控制軟體」，則是再進一步，讓廠商升級轉型為5G系統方案商，從製造的低毛利走向系統整合、服務的高毛利。

蔣村杰舉例，過去僅生產小型基地台的網通廠商，其產品在4G時代僅是整體電信網絡之中的一個小小硬體，附加價值低，搭配「5G O-RAN關鍵智能管理控制軟體」之後，幾個小基站就能架構成為5G專網，提供不同產業的客戶加值服務，附加價值比純硬體供應商已不能同日而語。

三大特色：高效率、高節能、高彈性

就連國內伺服器廠商也受惠。蔣村杰補充，以往伺服器廠商主要供應數據中心（Data Center），屬代工性質，毛利不高；現在這些伺服器搭載控制軟體，也能變身5G基地台，進入全新的電信設備市場；再如系統整合業者，過去多是為企業布建Wi-Fi及有線網路，有了「5G O-RAN關鍵智能管理控制軟體」，可替企業、學校、醫院等規劃設置5G專網，業務大幅拓展。

工研院資通所副組長邱碧貞表示，「5G O-RAN關鍵智能管理控制軟體」是專為5G專網開發的管理軟體，具備三大特色：首先是高布建效率，可從無到有，自動規劃網路架構，一鍵搞定；其次是高節能效益，遇淡季或下班時間，可預測使用流量，主動將基地台部分關閉，需要時再開啟，以100座5G基站規模的專網為例，1個月可減少12,750千瓦，約當7,060公斤的碳排放；第三是高彈性應用，軟體導入AI人工智慧、機器學習技術，並已智慧模組化，不同類型專網就像套用APP一樣簡便，不論是智慧工廠、醫院、無人機或倉儲管理專網，都可以此軟體作為開發與應用平台。

從制訂需求規格到人才培育　為產業贏商機

「5G O-RAN關鍵智能管理控制軟體」開發過程中最大的挑戰，要屬最初產品規格的制定。邱碧貞說，由於目標技轉客戶對於5G專網應該有什麼功能所知有限，工研院團隊只好向客戶的客戶取經，了解電信業者、專網客戶的使用需求；軟體開發完成後，由於目標客戶過去的經驗都在硬體製造而非系統管理，為此工研院也投入許多資源，為客戶進行教育訓練；此外，4G從硬體到軟體多由大廠壟斷，國內普遍缺乏5G架構管理工程師，為了讓技轉客戶不受「缺人才」之苦，工研院也與經濟部工業局、電機電子公會等合作，舉辦APP開發競賽，鼓勵學界投入5G O-RAN領域，對產業的服務，可說是無微不至。

在此努力下，工研院「5G O-RAN關鍵智能管理控制軟體」的產業化成果相當豐碩，不僅成功技轉，包括和碩科技在內8家國內廠商，並導入農業、醫療、工廠等不同場景，提升附加價值；在國內試行成功後，更推廣到國際市場，目前「5G O-RAN關鍵智能管理控制軟體」與電信合作夥伴進行5G專網的場域驗證，東南亞、北美市場均有合作正在洽談當中。由此可見，以臺灣既有的網通製造優勢，結合工研院的技術整合能量，在5G O-RAN時代，未來的發展可說是無可限量！

產業落地、轉型升級

高能雷射銲接應用與國產化設備推動

銲接是機械製造領域重要的加工技術，要牢牢接合金屬，銲接的技術可說是實用又可靠。近年來，雷射銲接因加工光點小、能量集中、銲速快等特性，不僅能加快生產速度，也能兼顧品質，因此國際間掀起一股雷射銲接旋風。隨著雷射銲接技術的快速發展，臺灣是全球具代表性的加工製造與機械設備出口基地，相關產業也正積極導入雷射銲接技術。

檢測與補償系統　助攻銲接良率

「從傳統走到新技術與應用，雷射運用在未來的10至30年間，預估會有2位數的成長。」工研院南分院執行長曹芳海進一步分析，尤其在銲接的使用上，相較於傳統銲接銲點大，且必須輸入極高能量才能銲得深，雷射銲接光能照射面積僅傳統銲接的十分之一至百分之一，銲後外形美觀，且能量集中、聚焦，無須太高的能量就能銲得深，減碳效益可達50%至80%，加上雷射銲接速度快，大規模生產效益更佳。

另外，面臨銲接人力短缺及高技術門檻、作業環境辛苦等挑戰，曹芳海認為導入雷射銲接是相關應用產業必要走的路。其中高能雷射，又稱高功率雷射，其輸入功率超過1,000瓦，且為連續輸出，對於在銲接後必須保有高機械強度與高導電性等需求的應用，像是電動車、建築與能源等產業是一大助力。

放眼國際，尤其歐洲國家，高能雷射銲接的應用多已臻成熟，然而需要補足、改善之處也不少。長年浸淫製造現場，工研院南分院經理王雍行看見了產業在導入高能雷射銲接時會遇到的問題。

「首先，是雷射銲接物件的待銲邊緣需要平整無縫隙，但實務上常見銲接物件的邊緣不平整或彎曲，就會產生縫隙導致施做困難，兩者勉強銲在一起，成功機率大打折扣。」王雍行說，為此，研發團隊開發出一系列檢測與補償系統，如「銲前檢測技術」，將縫隙太大、尺寸落差過多的物件一一檢測挑出；對於縫隙較小、非直線需轉彎的物件，則透過「智慧銲道追蹤補償技術」，利用不同的銲接參數以及加溫熱能動態調整，讓熱融後的物件得以交融均勻並將縫隙補滿；「對於熔點高，卻又相對較薄的金屬，過往總難免碰到加熱後捲翹變形的難題，團隊也研發出『高效夾持模組』，消除熱應力以抑制變形，讓銲接的效果更臻完美。」

智慧雷射銲接專家系統　減少成本損耗

銲接物的型態將影響雷射銲接效果，在已知材質的狀況下，可透過檢測或參數調整來提升銲接品質，但對於未知或未曾做過的材料，要怎麼才能確保雷銲成功、品質過關？工研院團隊也有解決方案。

王雍行說明，過去業界在進行新材料的雷射銲接之前，為了計算出該材料的雷射吸收率，往往只能以土法煉鋼的試誤法，靠經驗設定一個功率參數進行銲接，銲接完成後再透過機械加工切開，經研磨、腐蝕至平滑後，再放置顯微鏡下觀察其銲接深度與寬度是否達到標準，常需要來來回回調整，少說得做個10幾、20次後，才能得到一個完美的參數，不僅耗時費日，成本的消耗更是一大損失。

為解決此問題，團隊設計出「智慧雷射銲接專家系統」，使用者僅須輸入雷射功率、銲接速度以及路徑，系統即能透過計算反推新材料的吸收率，得出可能的銲接深度、寬度、機械強度、抗衝擊等數據。王雍行坦言，現階段該系統所推估參數正確率約7到8成，雖還未達百分之百，「但至少可以得出一個參數雛形，後續再調整數次就能定案，大幅降低試誤次數。」

從核心技術到落地普及　雷銲產業漸露曙光

「我們最大的成就感來自將高能雷射銲接應用落實到產業，」曹芳海說，高能雷射銲接是帶動產業升級的重點技術，短期以研發與布局核心技術切入，以特色化光路、智慧化製程來凸顯技術差異性與價值；中期則布建雷銲試製示範場域，以製程應用先行，走向國產化模組自主，進而達成國產設備的擴散；長期則規畫串接公協會與學界，達到技術落地普及與人才培育的目標。

「目前研發團隊已將成果實際應用於產線，」曹芳海說，截至2021年底，已與螺絲扣件、電動巴士、熱交換器、鋰電池模組、電子產業管件工程系統及雷射設備等大廠建立示範產線，並有雷射源、銲接頭、鏡組、雷射控制器與雷射設備業者加入國產雷銲供應鏈，落地商轉。帶動應用產業轉型升級之餘，臺灣雷銲產業也在團隊積極推動下漸露曙光。

上下游攜手升級  利基應用即將爆發

翻轉面板產業之micro-LED顯示技術

micro-LED技術的競賽，不只拼技術，還要拼耐力。在經濟部技術處全力支持研發及工業局協助擴大應用範疇下，工研院電子與光電系統研究所組長方彥翔與團隊投入10年，從最初的大膽選題，投入高難度的micro-LED研發；2016年成立「micro-LED聯盟」，橫向整合產業鏈，串連上游半導體、先進封測，到下游面板廠至國際出海口，將臺灣推向下世代顯示技術的領導地位。近期工研院推出全球首款「micro-LED微型全彩顯示器」，結合量子點材料，成為市場上唯一單一面板具備紅綠藍三原色的高沈浸、高解析方案。

工研院除在micro-LED的研發上下足苦功，背後更重大的意義是促成國內產業鏈的攜手合作及升級。方彥翔表示，「micro-LED研發成功是臺灣顯示科技的重大突破，國內業者從過去的單打獨鬥，到現在直接綁定終端系統及品牌業者，同時串接上下游共同開發，切入以功能需求為導向的micro-LED顯示市場，附加價值已成功提升。」

過去臺灣曾是顯示器生產大國，可惜產品多屬固定規格，且創新研發的部分都由客戶主導。工研院投入micro-LED之初，便摒除單純以成本做為市場切入的顯示產品，而是思考能完美發揮micro-LED特性的前瞻產品出海口為前提，進而掌握獨步全球的micro-LED技術，加上供應鏈完整，說服美、日等材料與系統大廠參與，和臺灣廠商共同研發。

先找出海口　串連上下游供應鏈合力開發

方彥翔表示，研發初期，工研院團隊便擬定「先找到出海口」的目標，因此概念驗證（Proof of Concept；POC）很重要；為此工研院開發出各種micro-LED的原型展示品，跑遍全球科技大展，向市場介紹這項新技術的可行性與潛力。努力沒有白費，握有終端出海口的車載、TV、AR等國際品牌業者，看到了工研院的概念驗證成功，決定導入micro-LED這項下世代顯示技術。

一旦下游出口海確定，國內供應鏈廠商便可放心大膽地投資研發，而工研院也得以扮演技術整合者的角色，在micro-LED產業聯盟中，還囊括了以往不屬於顯示產業的業者如：半導體設備、PCB、先進封裝及檢測等。

「micro-LED關鍵技術是巨量轉移，這部分技術工研院已經掌握，但仍須有巨量檢測、巨量修補的配合。」方彥翔解釋，micro-LED的生產良率固然已達99.99%（每萬顆micro-LED僅一顆micro-LED損壞），然而以4K、2K顯示器來看，內含2,400萬顆micro-LED，上述良率代表每個顯示器中將有數千顆不良品，如何在巨量轉移前挑揀出來及巨量轉移後進行快速修補，是關鍵Know-how；再加上micro-LED因技術前瞻，都須配合品牌廠的獨特需求進行客製開發，巨量檢測或修補也沒有前例可循。從技術開發到產業整合，「每一階段都是挑戰，」方彥翔坦言。

車載、AR／MR、透明顯示　三大利基應用

micro-LED最快實現的利基應用包括：車載市場、AR╱MR、透明顯示器等。首先在車載領域，micro-LED的微型、低功耗及高亮度特性，可將感測器整合入同一模組，未來汽車內部的主駕、儀表板、中控等系統導入micro-LED後，將合併為單一大螢幕，並具備曲面、互動智慧座艙特性，可偵測駕駛或乘客的手勢、眼球等生物特徵，帶動高沈浸的智慧化體驗。

在AR╱MR領域，也就是元宇宙應用，micro-LED的高亮度、高省電、體積小及高解析等特性，在日光下也能清楚顯示；同時功耗極低，可解決長時間穿戴電力不足的瓶頸。元宇宙的另一特性是互動，感測元件扮演重要角色，micro-LED體積輕薄，可輕易整合感測元件，未來採用micro-LED的AR眼鏡，外型與一般眼鏡相差無幾。

應用之三是透明顯示器，在高鐵、捷運、火車、巴士的車窗上導入micro-LED技術，便能在行經風景名勝時，於車窗玻璃上顯示旅遊及歷史資訊。此外，商場櫥窗、住家的鏡子及玻璃等，都有機會成為micro-LED透明顯示的應用場域，市場相當廣泛。

附加價值提升　顯示產業轉骨正在發生

除了引進新的供應鏈業者，micro-LED也協助傳統顯示廠商成功轉型。以面板廠為例，不再被動依照客戶規格進行大量生產，而是根據上述利基應用，從設計開發（Design-in）階段就參與，並邀集上下游的材料、設備、檢測廠共同開發，附加價值因此可大幅提升。

方彥翔表示，micro-LED讓臺灣面板廠搖身成為品牌廠的Tier 1供應商，扮演系統整合的角色，非常適合臺灣「小島密集供應鏈」的產業特性，「micro-LED帶動面板產業的轉型升級已經發生，成果將在3～5年內展現。」

想了解更多工研菁英精彩報導，請看7月號工業技術與資訊月刊