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2020-05-14國研院攜上銀打造更高效能的太陽能板檢測設備
461 期
Author 作者
郭家銘／本刊主編。
臺灣傳動產業大廠上銀集團，對半導體材料硒化銅銦鎵（Copper Indium Gallium Diselenide, CIGS）的自主研發實力早名聞遐邇。上銀光電挾著半導體研製的強項，日前結合上銀科技自家的機械手臂，與擅長光機電相關技術整合的國家實驗研究院台灣儀器科技研究中心（以下稱國研院儀科中心）合作完成「太陽能板產線智慧即時回饋檢測設備」，並於去（2019）年與生產線完成聯測。
此次合作由儀科中心針對光學檢測系統進行開發，包括系統規劃、取像系統、演算法、軟體與人機介面的建立。上銀科技負責開發精密定位移動平台與上下料機械手臂等自動化平台，上銀光電則扮演提出需求規格並驗證、測試系統設備的角色。
利用光學檢測瑕疵並非是一項全新的技術。儀科中心組長陳明福表示，這是目前臺灣唯一可完成客製化開發的設備，不僅可大面積檢測CIGS產品，更能針對CIGS太陽能板生產線進行「線上全自動檢測」，即時回饋與修正生產流程所遇到的問題。
薄膜屬性， 可用於可撓式裝置
太陽能產業依技術不同，大致可分為矽晶類與薄膜類兩種。前者屬半導體製程且技術成熟，製造成本低，目前佔市場大宗；後者則利用鍍膜的方式進行製造，由於反應層僅有幾微米厚，生產材料的成本亦較低，CIGS太陽能板即為此類。由於CIGS太陽能板的光譜吸收範圍較寬，可應用在可撓式的基板上，且製造與應用彈性也較大，在綠能產業、建築整合太陽能（buildingintegrated photovoltaics, BIPV）與太陽能電池部署上極具市場潛力。
檢測速度大勝傳統設備
傳統CIGS太陽能板的生產，是先在基板上置入一個塗被電極（coated electrode）並做一次刻畫，再於後續進行雷射刻畫。檢測流程上，則是在完成機械刻畫後，透過離線、人工的方式做抽檢，檢測一片就得花費至少30分鐘的時間。
與傳統相比，新設備的「即時回饋檢測流程」可使每片板材的檢測時間縮短為一分鐘，並在不同檢測站進行線上同步全檢測。此外，根據系統分析與研判的結果，該設備亦可對不同的製程進行調整，以提高生產效能與製造品質。
快速取像與上下料同步結合
如此快速的檢測是如何完成的？儀科中心所開發的「陣列式光學取像系統」功不可沒。該系統由四部線掃描光機組成陣列式取像系統， 能大幅提高取像效率，每20秒就能完成一片太陽能板（規格為62×122 公分）的檢測。由於該系統解析度相當高，因此每片的影像皆超過300億畫素。
不過，由於大面積板材可能會有平面翹曲問題，易造成局部影像不清晰，因此，研究人員結合一套「精密陶瓷吸盤載台」將板材吸平，使它的平坦度符合清晰取像的條件。解決這個問題後，利用上銀科技研發的「精密定位移動平台」，就能提供自動化取像所需要的精密定位桿移動，達到大面積板材快速取像的功能。除此之外，上銀科技開發的「上下料機械手臂」將檢測工作與產線結合，能在線上檢測的同時完成上下料的程序。
影像資料處理，回饋產線修正錯誤
因應取像系統產生的巨量資料，透過儀科中心開發的「高效能運算儲存系統」，可完成影像的擷取、運算與儲存控制。此外，該系統也採用整合多組伺服器與磁碟陣列的分散式系統架構，經過四部行程間通訊（inter-process communication, IPC）電腦解算後，可由主電腦完成整合，板材的取像與運算儲存只需40秒。
之後，再運用「量檢測運算核心」，便能以軟體完成板材的量檢測與品質判別，檢測結果輸出後可建立資料庫，以追溯分析產品並改善不符條件的製程。而圖形化的人機介面也可提高系統操作、管理上的便利性。
完成前面幾項核心技術與系統建置、利用光機電整合技術完成連結測試後，搭配產線系統，就能完成操作流程與資料介面整合。此外，該系統亦具備感測器、邊緣計算以及人工智慧物聯網（AIoT）的架構，可望打造出新一代的智慧工廠生產線。目前，該系統已通過效能及壓力的測試與驗證，並持續運用在上銀的太陽能板產線上。
太陽能板產線智慧即時回饋檢測設備。（國研院提供）不只太陽能板，其它產業技術也能藉此獲益
此次的合作不僅有助於CIGS太陽能板的製造，類似的合作模式也能用於玻璃基板、平面顯示器、液晶顯示器、印刷電路板、半導體晶片與紡織皮革等領域，依照客戶的要求做出相應的量檢測設備。在策略聯盟與技術互補等多元合作模式下，儀科中心盼能透過這樣的客製化產物，協助電子與傳統產業提升競爭力、掌握自主化關鍵技術並降低設備成本。