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PCB搶進智慧減碳革新
囊括廠務與製程兩端節能

【作者: 陳念舜】   2024年10月29日 星期二

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面對當前國內外電子品牌大廠積極推動產品碳中和浪潮下的綠色生產議題,卻也累積推進台灣PCB廠商等上游製程端節能減碳的壓力,持續往高階供應鏈轉型發展。並依TPCA盤點產業耗電後,更需要及早投入低碳製造布局,以維持產業競爭優勢。



根據2023年台灣電路板協會(TPCA)最新公布台灣PCB低碳轉型策略,遵循著自主節能、再生能源與負碳/碳交易3大推動主軸,揭示未來淨零路徑,將以2020年為基礎,2030年減碳30%、2050年達淨零排放為目標。


其中因為2023年碳排放量大幅下降,再加上持續導入節措施與再生能源。即便預估2024年與2025年整體碳排仍將緩步增加。但在增幅有限的情況下,台灣PCB產業已於2022年達到443萬公噸/CO2e的峰值;2030年則維持以30%的減碳目標,促排碳量下降至303萬CO2e。


從今年再次啟動的觀測研究中,也可看到台灣PCB產業已積極提早進行碳盤查與自主減碳,超前原路徑進展,惟仍需要多元的低碳與再生能源,降低台灣電力係數,以因應未來PCB與載板廠持續在台擴充高階製程的高能耗挑戰,達到長期淨零目標。


然而,目前台廠多採取購買綠電、汰換成高效率設備及部份製程升級等快速作法來滿足供應鏈減碳要求,多於從簡化基板結構或創新設備投入者。舉製程設備約有60%碳排來自馬達及動力系統為例,自馬達智慧感控促使設備和製程低碳排,並於製程環境應用,提供空壓及冰水系統降低排碳,進一步透過智慧感測資料,提供軟體端進行精準智能化監控,提高整體節能減碳效益。



圖一 : 台灣PCB產業已積極提早進行碳盤查與自主減碳,以因應未來PCB與載板廠持續在台擴充高階製程的高能耗挑戰。
圖一 : 台灣PCB產業已積極提早進行碳盤查與自主減碳,以因應未來PCB與載板廠持續在台擴充高階製程的高能耗挑戰。

東元與臻鼎戰略合作 深化節能減碳與永續發展

機電系統大廠東元電機也與全球PCB製造大廠臻鼎科技共同宣佈,雙方將簽署戰略合作框架協議,推動PCB產業節能減碳和永續發展。首波將在「智慧能源管理」項目全方位合作,充分發揮各自的技術優勢和創新能力;並透過技術交流與經驗分享,共同推進PCB產業的低碳節能和綠色轉型。


其中由東元提供的廠房節能「減碳包」,已於2023年在臻鼎科技集團深圳園區和秦皇島園區順利完工,實現了相當於150萬人民幣(約合台幣683萬元)/年的電費節約,年減少碳排放約1800噸CO2e,效果顯著。



圖二 : 東元電機與全球PCB製造大廠臻鼎科技共同宣佈,雙方將簽署戰略合作框架協議,推動PCB產業節能減碳和永續發展。(source:東元)
圖二 : 東元電機與全球PCB製造大廠臻鼎科技共同宣佈,雙方將簽署戰略合作框架協議,推動PCB產業節能減碳和永續發展。(source:東元)

東元電機董事長利明獻表示,透過東元成熟豐富的節能改造方案和完善的維保服務體系,將為戰略合作夥伴臻鼎科技集團的全球廠區,實現綠色轉型,推動智慧能源管理進程。本合作案不但符合東元規劃3年發展策略中的節能減碳項目,更進一步攜手建構PCB產業的低碳生態,雙方將以每年減碳5,000噸以上為目標,持續優化升級。


臻鼎科技集團董事長沈慶芳指出,此次合作期望利用東元的智慧化管理技術,協助臻鼎建立設備健康管理平台,利用最新物聯網、雲計算、大數據和行動通訊等技術,對設備運行狀態進行全生命週期服務;並提供節能、創能及儲能等綠色能源整合方案,為臻鼎安全生產、連續生產、低碳智慧生產保駕護航。


雙方合作範圍也涵蓋東元電機為臻鼎提供各種工況的技改服務,與各種動力能源系統的整體解決方案,包括電機驅動系統、迴圈水系統、風機系統、空調系統、空壓系統、和餘熱利用等;在能源管理合作方面,雙方將優先試行太陽能、儲能系統建設與運維;同時對設備智慧健康運行的監測、預警、診斷、趨勢分析也將陸續展開深入合作。


聚焦全球載板減碳創新 囊括製造與廠務工程兩端

此外,在今年TPCA展期中也透過舉行「全球載板減碳創新論壇」,揭露台灣PCB與載板在低碳轉型的深切呼籲與具體行動。工研院產科國際所研究員張淵菘表示,據統計2023年台灣PCB與載板排碳量,整體PCB產業排碳達3,891,575噸/CO2e。其中載板業排碳1,696,234噸/CO2e,約占整體PCB排碳量44%,比起2022年下降約17%,主要原因是產業衰退導致生產量下降及排碳量減少。


若從碳排放密度看來,2023年數據低於2021年,主因是廠商持續汰換老舊設備,並提升能源使用效率;但比2022年略高的主因,則是廠商為了改善生產良率,提高了無塵室等級和適用範圍,導致廠務設備耗電量大幅增加。進一步分析整體PCB產業耗電熱點,包含製程設備41.3%、廠務設備47.5%;載板產業的耗電熱點,包含製程設備36.2%、廠務設備54.5%。


景碩科技公司副永續長黃耿芳也呼應榮譽董事長童子賢的意見,認為:「危害地球的是排碳而非核能,台灣缺少的是低排碳的電,並敢於挑戰能源5:3:2配比,降低台電碳排係數,至今仍不放棄尋找自發自用的合作方案。」包含2016~2025年間廠區廣設太陽能板;廠務部也規劃2024年將斥資8500萬元預算,針對製程節能減碳的流程合理化、淘汰耗能機台、引進新技術。


例如藉此引進聲學成像儀檢測機台設備時,常態性量測距離3m、最長10m,即可利用氣體洩漏產生湍流,或物體摩擦時發出的聲波和超音波與影像合成技術,立即判斷異常點而縮短查修時數、減少洩漏損耗,來達到節能減碳目標;進而提前示警以減少異常發生,可應用於氣體、蒸氣洩漏、異音檢測,降低環境災害風險。


由長興材料公司製程技術部長羅仕瀚分享的淨零碳排執行策略,也針對綠色製程「節能減碳」的製程創新領域,為降低冷/熱能耗損時,重新設計廢氣助燃風量控制策略為PID自動變頻控制,調整天然氣燃燒空氣量,控制減少尾氣過剩氧含量現象;進而優化生產控制策略排程,包含產能分配、營業需求預估、公用能資源供應,以及產品庫存指數,極大化能資源使用效率。並利用模擬計算資源,重新設計製程單元操作技術;長興也自2012年起開始新購或汰換改用IE3以上高效能馬達,並嘗試導入創新節能公用設備。


在潔淨能源領域加強更換低碳燃料,自2015年逐步取代化石燃料專案,2024年起長興在世界各地工廠主要直接燃燒的溫室氣體排放源幾乎無重油/柴油,現在持續推動生活、運輸,或備援發電機等輔助工具電氣化或低碳化燃料汰換;且自2020年起,逐步提高綠電使用量占全球總用電量占比。


東台PCB整合性生產解決方案 協助製程設備優化節能

東台精機副總經理陳育斌進一步指出,該公司正朝「價值創造流程」的方向轉型前進,協助解決客戶痛點。認為台灣PCB製造耗能的熱點,以電鍍(16.0%)、線路(10.1%)、壓合(6.6%)及空調(19.0%)、空壓(10.5%)、冰水系統(6.5%),分占製程與廠務設備耗能的前3名。


至於機械鑽孔在廠務設備主要的能耗來源,則包含空調/冰水、空壓、集塵、照明。東台提供的集塵節能方案,便透過智能化排程,增加集中使用集塵設備期間,將有效減少15%的集塵電力損耗;冷卻循環節能方案,則是當待機時間超過設定時間時,將會自動關閉空氣供給閥門與冷卻水系統;空壓設備管制,則是若設備閒置時間超過設定值,將會停止供應壓縮空氣。


另加入降低冰水機散熱對廠內空調耗能方案,採用外循環冰水機,利用熱交換方式取得冷卻機台用冰水;經過水冷系統系統進行冷媒散熱;再利用排風罩將冷卻機熱方引導到工廠外部。降低壓縮機工作時間,即等於增加冷卻系統效率。


此外,東台還發現微泡對切削的作用,有助於切削冷卻、水槽的散熱,亦可抑制機械的溫升、降低熱變位,並提高機械精度。切削液因此有較大表面積,冷卻作用向上,使切屑的洗淨效果較佳;切削液濃度可降低而節省原液,降低切削液的供給量而抑制腐敗。經過車削的實驗結果,微泡對切削點的冷卻及刀具與工件之間潤滑,將有助於抑制刀具磨耗。在切削高溫下讓刀具充份冷卻而保持硬度,不易磨損,提升面粗品質。


在精密研磨時採用微泡研磨液,同樣可因微泡破裂產生的衝擊波,將附著於磨粒上的切削去除而保持銳利度,而增加切削條件、縮短研磨時間。若用於SiC晶圓鏡面研磨,也會收到同樣效果。因微泡破列去除切屑及工件面的洗淨,讓面粗度提高、浸透性良好,藉此降低磨擦,而延長氧化磨粒壽命。


東台精機今年和東捷科技、陽程科技、得力富企業聯合展出「PCB整合性生產解決方案」,結合東台鑽孔機、東捷TGV技術、陽程自動化與得力富X-ray設備等各自的技術優勢,共同致力於提升PCB產業的自動化與精密加工水準,為客戶提供更加高效、智能化的解決方案。


東台精機為此展出兩台大檯面展機,分別為獨立軸鑽孔機TCDM-6CL與線性馬達鑽孔機TDL-6CL,各軸獨立線性馬達鑽孔機TCDM-6CL,採XYZ軸獨立控制,搭載CCD視覺系統,可補償板材歪斜與漲縮,專為HLC伺服板/IC載板高精密加工設計;高效型線性馬達鑽孔機TDL-6CL首次採用人造礦物鑄件,具備優異的吸震性及低導熱性,適用於高精度載板、HDI及PCB等各式複雜加工需求。


東台精機更與陽程科技共同推出鑽孔自動化解決方案,具備智能鑽孔上下料自動化及智慧排程設計,與傳統上下料設備相比,能顯著提升場地利用率;還能與舊機台兼容,為客戶提供靈活的升級選項。該方案還可整合配針系統,並搭載智能化加工排程功能,進一步提升生產效率與產品品質。


得力富在背鑽加工領域也有突破性的發展,其設備能在背鑽前後進行訊號層深度精準量測,經專利演算法搭配東台鑽孔機加工,使背鑽精度輕易達到4mil(±2mil)以內,顯著提高PCB製造的精密度與一致性。這一創新技術,將大幅降低背鑽板製程中所產生累積誤差的不確定性,為高階高層伺服板製造提供更可靠的技術支撐。


東捷科技重點展示「先進玻璃載板製程解決方案」特別是高精度玻璃載板穿孔(TGV)、玻璃雷射切割及3D自動光學檢測技術,更結合子公司富臨科技在TGV種子層(Seed Layer)鍍膜及電漿蝕刻設備方面的領先優勢,進一步提升先進載板線路製程的生產效益與品質,支援下一代先進封裝技術的玻璃基板(Glass Core Substrate;GCS)。



圖三 : 東台精機今年和東捷科技、陽程科技、得力富企業聯合展出「PCB整合性生產解決方案」,為客戶提供更加高效、智能化的解決方案。(攝影:陳念舜)
圖三 : 東台精機今年和東捷科技、陽程科技、得力富企業聯合展出「PCB整合性生產解決方案」,為客戶提供更加高效、智能化的解決方案。(攝影:陳念舜)

樂觀PCB設備產業否極泰來 預估2024年產值達新台幣590億元

依TPCA統計2023年台灣PCB設備產值(含外商在台生產)約為560億新台幣,較2022年衰退16.8%。在產品結構部份,前5大製程設備分別為機械/雷射鑽孔、成型等工具機(19.2%);濕製程,包含DES、前處理、水洗線等設備(15.0%);針具/刀具,如鑽針、銑刀等(12.2%);輸送及自動化設備(11.3%)、防焊,包含塗佈印刷機、烤箱等(9.1%)。


面對當時市場景氣不振,PCB板廠被迫大砍資本支出或延緩進機日程,導致幾乎所有設備營收都衰退,僅防焊類逆勢成長。這主要得益於台系防焊設備皆已成功打入載板與半導體市場,能在主打性價比的陸系品牌,以及高階路線的日韓品牌中突圍,並具備一定的市場占有率。


預估未來PCB產品朝向高階化與高值化發展是必然的趨勢,特別是細線路製程會是最關鍵領域,技術的提升會驅動板廠汰舊換新設備,進而在設備市場形成正向循環,推進長期發展。否則回頭來看,PCB產業2023年表現不佳的設備類別,多與高階細線路製程相關,反映出台廠在高階應用的不足,是台灣PCB設備業的一大隱憂。



圖四 : 隨著全球經濟和終端市場展望逐步明朗化,加上AI與電動車市場需求的推動力,可以樂觀期待PCB產業前景,也有部份板廠開始擴張資本支出,預計2024年將進入裝機熱潮。
圖四 : 隨著全球經濟和終端市場展望逐步明朗化,加上AI與電動車市場需求的推動力,可以樂觀期待PCB產業前景,也有部份板廠開始擴張資本支出,預計2024年將進入裝機熱潮。

展望2024年,隨著全球經濟和終端市場展望逐步明朗化,加上AI與電動車市場需求的推動力,可以樂觀期待PCB產業前景,也有部份板廠開始擴張資本支出;同時在東南亞的建廠進程亦在持續推動,預計2024年將進入裝機熱潮。


但台廠同時須警惕來自國際同業的挑戰,尤其是產品定位相近的陸資設備廠,將會對產業發展構成不利影響。因此預估PCB設備市場成長速度將略低於製造和材料廠,2024年成長率5.4%,產值約為新台幣590億元。


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