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雷射焊接｜銅材質｜Fiber Laser (AMB) 雷射焊接與現行製程比較分析
Fiber Laser (AMB) 雷射焊接與現行製程比較分析
在AI液冷模組（尤其是水冷板）的製造中，焊接製程的選擇直接影響到產品的成本、產能與最終品質。這裡我們將新興的 Fiber Laser (AMB) 光纖雷射焊接 與現行的兩大主流製程——摩擦攪拌焊 (Friction Stir Welding, FSW) 和 釺焊 (Brazing)，從設備成本、產量與品質妥善率三個維度進行深入比較分析。
｜總覽比較表
| 製程 | Fiber Laser (AMB) 雷射焊接 | 摩擦攪拌焊 (FSW) | 釺焊 (Brazing) |
|---|---|---|---|
| 原理 | 雙光束熔融焊接 (中心光束深熔+環形光束穩定熔池) | 固相接合 (工具摩擦產熱使材料塑化後接合) | 冶金接合 (填充金屬熔化後滲透母材間隙) |
| 設備成本 | 最高 (高功率雷射源、光路系統、自動化設備) | 高 (高剛性機床、專用刀具) | 中 (真空釺焊爐、清洗設備) |
| 產量/速度 | 極高 (可達數百mm/s，連續生產) | 低 (受限於刀具移動速度，通常為數mm/s) | 中 (批次生產，單次產量大但耗時長) |
| 品質妥善率 | 高 (焊道美觀，變形小，良率>99%) | 極高 (無熔化缺陷，接頭強度高，良率近100%) | 中至高 (良率受製程控制影響大) |
| 核心優勢 | 速度快、彈性高、自動化程度高 | 接頭品質無可比擬、無熔化缺陷 | 成本相對低、可處理複雜3D結構 |
| 主要挑戰 | 設備投資高、對高反射材料(銅)有技術門檻 | 速度慢、僅限線性焊接、刀具磨損 | 熱應力變形風險、助焊劑殘留風險 |
｜1. 設備成本 (Equipment Cost) 分析
🥇Fiber Laser (AMB)
構成： 一套完整的AMB雷射焊接工作站包含：高功率光纖雷射源、AMB光學頭、高精度機械手臂或CNC龍門系統、冷水機、氣體供應系統及安全防護設施。
成本分析： 這是三者中初始投資最昂貴的方案。高功率的AMB雷射源本身就價格不菲，加上精密的自動化整合，整套系統的投資可達數百萬至上千萬新台幣。AMB技術能大幅改善對銅、鋁等高反射材料的焊接品質，但也增加了系統的複雜性與成本。
🥈摩擦攪拌焊 (FSW)
構成： FSW需要極高剛性的專用機床，以承受巨大的下壓力和扭矩。此外，還需配備高強度的專用攪拌頭（刀具）。
成本分析： 設備投資同樣很高，僅次於雷射。高剛性的機械結構和精密的控制系統是主要成本來源。攪拌頭屬於消耗品，其材質與設計會影響成本與壽命。
🥉釺焊 (Brazing)
構成： 主要設備是真空釺焊爐，此外還需要前處理的清洗設備和後處理的檢測設備。
成本分析： 單一設備的投資成本相對最低。一台大型真空爐可以同時處理大量工件。雖然爐體本身價格不菲，但若攤分到單一產品的設備成本，則較具經濟性。
｜2. 產量 (Production Volume / Throughput) 分析
🥇Fiber Laser (AMB)
速度： 這是雷射焊接無可比擬的優勢。其焊接速度可以輕易達到 100-400 mm/s，是FSW的數十倍。
生產模式： 可無縫整合至自動化產線，進行連續生產。機械手臂可靈活應對複雜路徑，生產節拍快，適合超大規模量產。AMB技術透過穩定熔池，允許在更高速度下進行穩定焊接。
🥉摩擦攪拌焊 (FSW)
速度： 這是FSW的主要瓶頸，速度通常在 5-15 mm/s 範圍內。
生產模式： 單件加工時間長，導致整體產能受限。若要提高產量，需投入大量並行機床，使設備佔地和總投資急遽增加。
🥈釺焊 (Brazing)
速度： 釺焊是批次處理，單個生產週期可能長達數小時至十幾小時。
生產模式： 優勢在於「單次產量大」。一個大型真空爐可一次性完成大量工件的焊接。但其彈性較差，無法快速切換產品或應對少量多樣的需求。
｜3. 品質妥善率 (Quality & Yield Rate) 分析
🥈Fiber Laser (AMB)
品質特性： AMB技術的環形光束能大幅減少氣孔、裂紋和飛濺等缺陷。焊道美觀、平滑，熱影響區(HAZ)極小，工件變形量也小。但對接頭的間隙要求較高。
妥善率（良率）： 在優化的製程控制下，良率非常高，通常可達 99%以上。
🥇摩擦攪拌焊 (FSW)
品質特性： 核心優勢在於固相接合，從根本上避免了所有熔融焊接的缺陷。焊接後的接頭組織緻密，力學性能優異，可靠性極高。但焊接起始和結尾處易留下「鑰匙孔」。
妥善率（良率）： 良率近乎完美 (接近100%)，特別適用於航太、軍工等高可靠性要求的領域。
🥉釺焊 (Brazing)
品質特性： 可一次性完成複雜的3D結構焊接。但品質一致性是最大挑戰，常見缺陷包括填充不全、助焊劑殘留、以及較大的熱應力變形。
妥善率（良率）： 良率波動較大，高度依賴製程經驗和控制水平，可能在 90% - 98% 之間浮動。
｜結論與趨勢
釺焊 (Brazing) 作為傳統工藝，憑藉其成本效益和處理複雜結構的能力，在目前市場仍佔有一席之地，但面臨品質穩定性和熱變形的挑戰。
摩擦攪拌焊 (FSW) 以其無可比擬的接頭品質和可靠性，成為高階液冷模組的標竿製程，但其產能瓶頸是限制其大規模普及的主要因素。
Fiber Laser (AMB) 雷射焊接 正以其速度、彈性與高品質的完美平衡迅速崛起。雖然初期投資最高，但其帶來的巨大產能、極低的長期運營成本以及高度自動化潛力，使其在大規模、高效率的AI液冷模組製造中，成為最具競爭力的下一代主流技術。
對於台灣的供應鏈來說，這三種技術並行存在。廠商會根據客戶對成本、品質等級、交貨量的不同要求，來選擇最適合的製程方案。然而，隨著AI伺服器需求量的爆發性增長，可以預見，AMB雷射焊接的應用將會越來越廣泛。
