【記者林昕璿綜合報導】晶圓鍵合為使兩片晶圓相互接合的應用技術，傳統是以高溫處理方式，透過熱能使材料接面結合。國立中央大學機械工程學系教授李天錫與研究團隊，發現銅與矽的表面鍵合關鍵來自電子轉移，而非退火溫度，可望進一步縮短製程、降低元件製作成本。此研究成果刊載於金屬頂尖期刊《材料學報》（Acta Materialia）。 國立中央大學機械工程學系教授李天錫帶領研究團隊，證實銅矽晶圓鍵合關鍵來自電子轉移，而非熱能。　圖／石孟佳提供團隊透過電能取代熱能，使銅與矽不受限於溫度直接鍵結，增加鍵合強度與穩定性。此外，由於過程不需於高溫下進行，除減少能量耗損之外，因在短時間就能達成，也可縮短製程並降低生產成本。另一方面，亦避免原先高溫狀態下可能造成的元件毀損，「因物質的熱膨脹係數（註）不同，當兩相異物質在高溫狀態接合，膨脹係數大的一方會向外拉扯，反之則會收縮，在這過程中容易導致元件破裂。」李天錫補充說。註：指物質在熱漲冷縮效應下，物體體積隨溫度變化成比例改變。熱膨脹係數不同，意及在相同溫度變化幅度下，不同物質的體積變化不一。 此為電化學實驗中，銅與矽鍵合的概念圖，圖中紅色圓球代表銅原子，橘色圓球則為與矽鍵結的銅離子。此圖刊載於2021年《材料學報》第204卷。　圖／李天錫提供晶圓鍵合技術為製作半導體材料的關鍵技術之一，不用膠黏合而是透過材料接觸表面形成鍵結，傳統是在高溫下進行，而製成的半導體元件則可應用於手機、電腦等電子設備。然因矽屬共價鍵，銅屬金屬鍵，兩者鍵結方式不同，不易結合，故現有銅矽鍵合技術是應用壓縮鍵合法，需先於矽晶圓表面鍍上一層黏著層，再將此黏著層與隨後鍍上的銅薄膜相黏，最後經熱處理與另一銅材質表面結合。團隊成員中大機械系學生簡伯諺表示，此製程較為耗時與耗能。團隊所運用的「電化學」方式，可透過銅片表面游離化的原子與矽的懸掛鍵相互接合，「就像魔鬼氈上的鉤子一樣，讓矽勾住銅離子。」李天錫解釋。此外，實驗在攝氏負70度下的低溫進行，更證實銅與矽的鍵合與熱能並無太大關聯，是應用電子轉移產生離子直接鍵合。簡伯諺說明，因為銅是金屬鍵，在電場下會失去電子、形成帶正電的離子，進而受到矽表層未配對的電子吸引並產生鍵結。其實此原理是在合成奈米矽晶實驗中意外發現的成果。李天錫提及，團隊過往拆卸電化學實驗樣品時，發現有一層殘餘的銅薄膜緊密黏於矽晶圓上，經三代研究生的實驗皆發生此現象，因而從自身所學與研究經驗，提出電子轉移造成鍵合的原理。 團隊透過「電化學」方式使銅游離化，並與表面的矽產生鍵結。圖為團隊學生正進行電化學實驗前的溶液製備。　圖／簡伯諺提供國立臺灣大學化學工程學系學生利昀陽認為，此技術提供一種於低溫下進行製程的方式，在不需以熱能形式給予活化能的情況下，就有更大彈性選擇操作溫度，以調整反應速率。在未來應用上，李天錫表示，就現有技術而言，此原理可應用於現今半導體元件製造所用的銅製程，也能進一步擴展至其他金屬與矽的鍵合。

【記者羅文妤綜合報導】為推動國產控制器產業的發展，財團法人精密機械研究發展中心辦理「2017CNC國產控制器團隊競賽」，透過產官學研四方合作，提供學生隊伍實作平台。由國立中正大學團隊研發的「高效率切削加工模組」因突破市售控制器限制，獲得競賽應用創意組冠軍。 2017年國產控制器團隊競賽，應用創意組冠軍「高效率切削加工模組」。　圖／競賽小組辦公室聯絡人楊琇雯提供「高效率切削加工模組」主要應用於電腦數值控制（Computer Numerical Control, CNC）銑床上，用於切割製作精密的金屬零件。運用範圍廣泛，小至電子產業、大至航太工業。目前業界使用的CNC銑床，會外加感測器，來決定移除材料的多寡，進而調整切削速度。然而團隊認為外加感測器讓資料無法即時傳遞，易造成切割速度不穩，並縮短銑床壽命。因此團隊研發出一套模組，透過即時通訊的方式取得銑床切削材料的體積，不僅增加機器運作穩定性，同時也降低加工成本。「高效率切削加工模組」研發歷時半年，團隊成員、中正機械工程學系學生洪茂棋表示，研發過程中實驗的印證最為繁雜。實驗時常受雜訊干擾，使研究結果不精確，必須反覆多次分析數據、修正實驗過程及校正設備。同為團隊成員、中正機械系的葉哲昌持續延伸開發，力求突破目前僅適用於國產控制器的限制，嘗試將模組用於台灣市佔率最高，日本發那科公司（FANUC Corporation）生產的控制器，同時希望未來能廣泛運用在各類控制器。中正機械系教授、競賽計畫執行人高永洲教授表示，此次競賽透過教育部及經濟部工業局推動，搭建產業界及學界的橋樑、提供學生實作的平台，望能彌補學校設備不足的問題。高永洲提到，日商發那科公司的控制器之所以稱霸全球，是因為他們採一條龍式的行銷手法，囊括控制器、驅動器及馬達，而台灣廠商多半只生產其一或其二。若台灣廠商能將體系完整化，亦能提高國產控制器的競爭力。