【正文】 LED 產(chǎn)品的根本優(yōu)勢。 在這個(gè)環(huán)節(jié)上我們 計(jì)劃 采用美國 Lamina 陶瓷公司研究開發(fā)的Cu/Mo/Cu（銅 /鉬 /銅復(fù)合金屬）基板材料技術(shù)，將金屬基多層低溫?zé)Y(jié)陶瓷技術(shù)（ LTCCM）應(yīng)用于 LED 封裝，相比之下在熱處理方面與傳統(tǒng)封裝方法有著大幅度的改善，采用此技術(shù)，因?yàn)闊釋?dǎo)系數(shù)的提高使得其工作溫度也得以提高，該技術(shù)可應(yīng)用于封裝大多數(shù)廠家的各種 LED芯片。因此除了芯片本身外， 19 器件封裝技術(shù)也舉足輕重。而大功率芯片若采用傳統(tǒng)封裝形式，將會(huì)因散熱不良而導(dǎo)致芯片結(jié)溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃，從而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因?yàn)檠杆俚臒崤蛎浰a(chǎn)生的應(yīng)力造成開路而失效。 LED 芯片發(fā)藍(lán)光 (λp=465 納米 ,半寬度 30 納米 )， YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光，芯片的藍(lán)光和熒光粉的黃光混合在一起形成白光。其中功率型的白光封裝實(shí)際上涵蓋了兩大技術(shù)，一是基于藍(lán)光或紫光LED 芯片（在本項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施中以藍(lán)光為重點(diǎn)）的熒光粉激發(fā)再混合成白光的技術(shù)；二是功率型芯片的高散熱封裝，包括各個(gè)色別的功率型 LED 芯片。我國最多的廠商是一些小規(guī)模的封裝公司，接近 400 家，但往往是為了單一的應(yīng)用而生產(chǎn)，在產(chǎn)品序列化程度和生產(chǎn)規(guī)模上都很欠缺。 在我國，氮化鎵（ GaN）基半導(dǎo)體材料及器件被列為國家 863計(jì)劃項(xiàng)目。 國內(nèi)外都對該領(lǐng)域投入了大量的研究，美國和日本現(xiàn)已掌握生產(chǎn)純藍(lán)和純綠光的氮化鎵（ GaN）基材料的生長工藝。 16 三、項(xiàng)目組建的可行性 技術(shù)可行性 九十年代中期以來，氮化鎵（ GaN）基材料及其合金在材料制備和發(fā)光器件制作等方面取得重大技術(shù)突破，成了全球半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。在下游的應(yīng)用技術(shù)方面，公司近年已取得較好發(fā)展，而且獲得了 國家信息產(chǎn)業(yè)部、科技部和 XX省科技廳的 數(shù) 個(gè)重大項(xiàng)目立項(xiàng)支持，目前項(xiàng)目進(jìn)展非常順利。 但 國內(nèi) LED封裝 的這種業(yè)態(tài)， 還 不足以帶來在國內(nèi)的人才、技術(shù)的優(yōu)勢集聚和整合 ， 通過本項(xiàng)目的實(shí)施，我公司 計(jì)劃到 2021 年實(shí)現(xiàn) 總 銷售 10 億元，封裝產(chǎn)品的國內(nèi) 市場占有率提高到 1518%，擴(kuò)大領(lǐng)先優(yōu)勢，引導(dǎo)新一輪產(chǎn)業(yè)整合，這是做大。國內(nèi)由于市場經(jīng)濟(jì)起步較晚，民用產(chǎn)品的科研投資體制在很大程度上與國外的企業(yè)主導(dǎo)不同，讓企業(yè)做顯得實(shí)力不足，讓政府做則方向很難明確，評估和管理都是問題，所以最終這個(gè)問題的最佳解決方式還是市場化運(yùn)作、政府資助。 相比之下，國內(nèi)的中游封裝與國外的差距要小得多，原因是目前全球 LED 封裝產(chǎn)業(yè)做得最好的是我國的臺灣地區(qū)，而臺灣 LED 封裝企業(yè)出于生產(chǎn)成本的考慮從 20 世紀(jì) 90 年代起就大量的將生產(chǎn)基地設(shè)到國內(nèi)，這樣一來實(shí)際上我國就成了全球最大的 LED封裝器件生產(chǎn)基地，也培養(yǎng)了大批的本地 LED 封裝技術(shù)人才，加上比較良好的商業(yè)交往和同業(yè)交流，使得內(nèi)資的 LED 封裝企業(yè)在信息、技術(shù)等方面都不落后，差距很大程度上只體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模和優(yōu)勢整合上。 （ 1）發(fā)展 LED封裝是 我省和 我國 半導(dǎo)體照明產(chǎn) 業(yè)發(fā)展的突破點(diǎn) LED 業(yè)的發(fā)展在技術(shù)上寄希望于上游，在產(chǎn)業(yè)推廣上寄希望于中游封裝。并可通過各色熒光粉的選擇及配比，調(diào)制出可接受色溫及演色性的白光。因此開發(fā)一個(gè)效果更好且沒有專利問題的技術(shù)是 研究的 重大課題 。 雖然說利用藍(lán)光芯片配合黃光 YAG 熒光粉的白光 LED 封裝技術(shù)是目前較成熟的技術(shù)，但是利用這樣方法封裝出來的白光 LED 有幾個(gè)嚴(yán)重的問題遲遲無法解決 ：首先是均勻度的問題，因?yàn)榧ぐl(fā)黃光熒光粉的藍(lán)光芯片實(shí)際上參與白光的配色，因此藍(lán)光芯片發(fā)光波長的偏移、強(qiáng)度的變化及熒光粉涂布厚度的改變都會(huì)影響白光的均勻度。再是豐田合成公司（ ToyodaGosei）與東芝共同開發(fā)的白光 LED，他們采用紫外光 UV LED與 RGB 熒光體組合的方式得到白光。 面向半導(dǎo)體照明應(yīng)用的光形設(shè)計(jì)也是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)中的一個(gè)重點(diǎn)，因?yàn)?LED 有與常規(guī)燈源 完全不同的發(fā)光特性，除了本身芯片尺寸極小外，各種 LED 不同的封裝類型也會(huì)造成完全不同的發(fā)光光形，因此相對于 LED 照明應(yīng)用的設(shè)計(jì)將不能再簡單地在光源上套上聚光透鏡或是反射鏡，而是必須經(jīng)過更針對性的光學(xué)設(shè)計(jì)。 11 三色 LED 的有效選擇與匹配以構(gòu)成高顯色指數(shù)的白光，及對混色光的光色動(dòng)態(tài)調(diào)校技術(shù)研究很重要。 （ 4）產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究的科研投入不足 實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和工藝裝備往往不能滿足規(guī)?；a(chǎn)的要求，要從實(shí)驗(yàn)室走向工廠、走向市場的過程中更需要投入大量的資金進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化工藝、技術(shù)、裝備的研究開發(fā)和實(shí)施驗(yàn)證。 本領(lǐng)域存在的主要問題 盡管我國在半導(dǎo)體光器件和半導(dǎo)體照明的科研、產(chǎn)業(yè)化方面有了很大的進(jìn)展，取得了顯著的成績，但存在的問題也比較突出： （ 1）科研資源分散 新型 LED 光源作為高新技術(shù)產(chǎn)品，要想實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化的市場應(yīng)用，必須在該領(lǐng)域的技術(shù)研究與集成、產(chǎn)品研發(fā)與工程化應(yīng)用、 產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究和實(shí)施、市場開發(fā)等每一個(gè)環(huán)節(jié)上集中足夠強(qiáng)大的科研資源，進(jìn)行重點(diǎn)突破，合成作戰(zhàn)，才有可能成熟。 業(yè)間公認(rèn)， LED 業(yè)的未來發(fā)展將繼續(xù)以高亮度 和微型化為主線。 在中游 LED 封裝業(yè)，技術(shù)上大抵同芯片業(yè)，但在該領(lǐng)域日本的技術(shù)封鎖政策已遭突破。 （ 3）各國 LED發(fā)展各有專長， 而 封裝技術(shù)是應(yīng)用的關(guān)鍵 根據(jù) LED 產(chǎn)品特點(diǎn)，業(yè)間一般又將 LED 行業(yè)分為上游芯片制造、中游封裝和下游應(yīng)用三大部分。這個(gè)階段還有一件值得一提的、對全球 LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展將產(chǎn)生潛在但卻影響深遠(yuǎn)的事情是對日亞化學(xué)關(guān)鍵技術(shù)的知識產(chǎn) 權(quán)突破。這一階段，國內(nèi) 20 世紀(jì) 90年代初成立的 10余家合資廠紛紛倒閉（至今 XX 已是碩果僅存）。 這一階段是LED 業(yè)比較低谷的一段。國內(nèi)原始的 LED 封裝業(yè)則因技術(shù)落后全面退出。 1985年日本尼桑公司在一款新型車上應(yīng)用了 LED 高位剎車燈，其 “ 納秒 ” 級的反應(yīng)速度引起了人們的關(guān)注，再加上其良好的顯色指數(shù)，人們開始意識到 LED可以發(fā)揮更大的作用。由于其可以發(fā)紅、黃、綠光的特點(diǎn)，一般是把它作為一種可以為儀器、設(shè)備、家電作配套指示的小范圍應(yīng)用元器件。日本的 “ 21 世紀(jì)照明計(jì)劃 ” ，將耗費(fèi) 60 億日元推行半導(dǎo)體照明；美國的 “ 下一代 照明計(jì)劃 ” ，時(shí)間從 2021年 2021 年，計(jì)劃投資 5 億美元；歐盟的 “ 彩虹計(jì)劃 ” 在 2021年 7 月啟動(dòng)，計(jì)劃通過歐共體資助推廣應(yīng)用白光 LED。其中的研發(fā)中心大樓為三層樓結(jié)構(gòu)，建筑面積約 2700 平方米?，F(xiàn)主要從事半導(dǎo)體器件、集成電路、光電器件和相關(guān)部件、組件、小整機(jī)的研究、開發(fā)及生產(chǎn) ， 在光電 子、微電子、量子器件、寬禁帶半導(dǎo)體等前沿領(lǐng)域不斷有新的突破。 2021年國內(nèi)市場占有率約%，居全國 400 余家同行業(yè)企業(yè)之首。特別在 2021年完成改制后，公司集聚力量致力于對自有市場的開發(fā)和新技術(shù)的跟進(jìn)，充分發(fā)揮出自身在 LED 封裝領(lǐng)域管理良好、工藝成熟、基礎(chǔ)人才 隊(duì)伍較為扎實(shí)的優(yōu)勢，企業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展的快車道，經(jīng)營業(yè)績連年實(shí)現(xiàn)翻番式的增長，迅速成長為國內(nèi)同行業(yè)的龍頭企業(yè)。 1 XX 省半導(dǎo)體光器件與照明工程技術(shù)研究中心 建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告 項(xiàng)目名稱： XX 省半導(dǎo)體光器件與照明工程技術(shù)研究中心 依托單位： XXXX 光電有限公司 聯(lián) 系 人： 電話： 主管部門： XX市科學(xué)技術(shù)局 填報(bào)時(shí)間： 2021 年 3 月 XX 省科學(xué)技術(shù)廳 2 目 錄 一、 基本情況 …………………………… ……………… 3 二、 項(xiàng)目組建的必要性 ………………………………… 5 三、 項(xiàng)目組建的可行性 ………………………………… 16 四、 項(xiàng)目的主要目標(biāo)和任務(wù) …………………………… 34 五、 項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃 ……………………………………… 38 3 一、基本情況 XX 省半導(dǎo)體光器件與照明工程技術(shù)研究中心計(jì)劃以 XX 市半導(dǎo)體光器件與照明工程技術(shù)研究中心為基礎(chǔ)，以 XXXX光電有限公司為依托單位組建。 XXXX 光電有限 公司從 1992 年 開始引進(jìn)國際先進(jìn)水平的臺灣 LED封裝產(chǎn)業(yè)化技術(shù)， 主要從事各種波長的 LED 半導(dǎo)體發(fā)光器件和光傳感元件、 LED綠色照明光源、 LED 信息顯示部件 、 LED 半導(dǎo)體照明 等產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)，至今 已 積累了十 五 年的專業(yè)經(jīng)驗(yàn) 。 通過近年來在新品、技改方面的高強(qiáng)度投入，公司在 LED 封裝器件的序列化生產(chǎn)能 力方面代表國內(nèi)的最高水平，是目前 4 國內(nèi)規(guī)模最大、綜合效益最好的 LED 封裝器件專業(yè)制造企業(yè)，裝備 和產(chǎn)品 均 達(dá)到國際先進(jìn)水平 ， 產(chǎn)品銷往日本、美國、德國、法國、意大利、西班牙、韓國等世界各地，是施耐德電氣、通用汽車、沃爾瑪 、歐司朗 等 全球 500強(qiáng)企業(yè)的優(yōu)秀合作伙伴。 本工程技術(shù)研究中心將聯(lián)合中國電子科技集團(tuán)第 13 研究所試驗(yàn)中心（該中心同時(shí)為我國“國家半導(dǎo)體器件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”）為共建合作單位，該中心 是國家首批規(guī)劃的 100 個(gè)國家級中心之一 ， 主要承擔(dān)國家重點(diǎn)發(fā)展的微電子、光電子技術(shù)研究和新產(chǎn)品的開發(fā)。我公司新廠區(qū)總占地 75 畝，建筑面積 26000 平方米，已于 2021年末正式啟用。 鑒于半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)令人鼓舞的發(fā)展前景，日本、美國、歐盟、韓國等近年來相繼推出國家半導(dǎo)體照明計(jì)劃，投入巨資進(jìn)行研發(fā)。 LED作為一個(gè)半導(dǎo)體新產(chǎn)品進(jìn)入人們視線，但也僅僅是作為一種新產(chǎn)品。 第二個(gè)階段 —— 1985年到 20世紀(jì) 90年代初期。我公司在 1992 年的成立就是這一背景的產(chǎn)物。 第三個(gè)階段 —— 20 世紀(jì) 90 年代初期到 1997年前后。 1994年前后，日本技術(shù)的藍(lán)芯片推向市場也沒有當(dāng)時(shí)就發(fā)揮出效應(yīng)，因采用新技術(shù)制藍(lán)芯片成品率非常低，導(dǎo)致價(jià)格昂貴相當(dāng)于普通芯片的 20倍左右，而且一致性很差，很多專業(yè)人士認(rèn)為這種技術(shù)路線走不通。 LED業(yè)在 30余年歷練后盡顯崢嶸，藍(lán)芯的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)突破帶來了 LED 業(yè)發(fā)展真正意義上的春天，以全色化為基礎(chǔ)的配套技術(shù)、輔助技術(shù)、新應(yīng)用技術(shù)紛紛推出，市場應(yīng)用進(jìn)入高速增長。本世紀(jì)初，日亞 化學(xué)針對德國歐司朗和臺灣億光的侵權(quán)訴訟最后以調(diào)解和交叉授權(quán)的方式收場相當(dāng)程度上印證了其專利封鎖政策的失敗，這樣其實(shí)對代表半導(dǎo)體照明未來的全球白光 LED 產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、市場化是起到了積極的促進(jìn)作用。國內(nèi)剛起步，雖然有幾家公司在 AlGaInP LED 的材料外延和芯片制造產(chǎn)業(yè)化方面取得了一些進(jìn)展，能小批量提供外延片和芯片，但總產(chǎn)量很少，而且絕大部分是進(jìn)口外延做切割。由于缺乏必要的技術(shù)基礎(chǔ)和質(zhì)量控制手段，產(chǎn)品主要以低價(jià)競爭，產(chǎn)品附加值低， 9 缺乏國際市場競爭力。因?yàn)椋? ① 上游的芯片業(yè)盡管技術(shù)很集中，但相對而言變數(shù)也最大，專業(yè)要求非常高，技術(shù)路線各不相同； ② 下游的應(yīng)用則又體現(xiàn)出很大程度的多樣化，技術(shù)上并不以 LED專有技術(shù)為重點(diǎn)，而是要結(jié)合到電路、光學(xué)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)等方面去； ③ 封裝是一個(gè)把高技術(shù)的 LED 芯片通過特定工藝技術(shù)轉(zhuǎn)化為 可簡單應(yīng)用的元器件的過程，形象點(diǎn)說，就是擔(dān)負(fù)著把 LED 化繁為簡的責(zé)任，然后直接面向終端消費(fèi)品的應(yīng)用，從這個(gè)意義上講， LED 封裝技術(shù)不一定能代表 LED 的未來技術(shù)目標(biāo)，但 LED 封裝產(chǎn)業(yè)能代表 半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè) 的未來應(yīng)用目標(biāo)。 （ 3）技術(shù)集成能力不足 由于現(xiàn)在高新技術(shù)產(chǎn)品 的技術(shù)復(fù)雜性越來越高，一項(xiàng)滿足市場需要的產(chǎn)品往往需要很多交叉學(xué)科的技術(shù)來支撐，而學(xué)科較為單一、工程化經(jīng)驗(yàn)缺乏、市場開拓能力不足的科研院所，在技術(shù)集成能力方面的先天缺陷影響了產(chǎn)品的創(chuàng)新性開發(fā)。 該領(lǐng)域當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題 RGB 三基色技術(shù)和大功率白光技術(shù)是當(dāng)前半導(dǎo)體光器件與照明應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，也是最主要的難點(diǎn)所在。因?yàn)榇蠊β?LED都必須在極小的封裝中處理極高的熱量，若 散熱不理想 ，除了各種封裝材料會(huì)因?yàn)楸舜碎g膨脹系數(shù)的不同而有產(chǎn)品可靠度的問題外， 芯片的發(fā)光效能也會(huì)隨著溫度的上升而明顯下降，并造成壽命縮短 ，同時(shí)更高的溫度負(fù)載還會(huì)帶來色移問題 。其次是日 本住友電工開發(fā)的以 ZnSe 為材料的白光 LED，不過發(fā)光效率稍差。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以提高發(fā)光效率、降低成本、降低封裝及控制電路的難度，但工藝控制過程的技術(shù) 難度相對較大。而利用藍(lán)光芯片配上黃光熒光粉的白光 LED 技術(shù)，更有白光色溫偏高、演色性偏低等問題。這樣的方法因?yàn)?UV LED不實(shí)際參與白光的配色，因此 UV LED波長與強(qiáng)度的波動(dòng)對于配出的白光而言不會(huì)特別的敏感。 項(xiàng)目組建后對我省相關(guān)行業(yè)的重要意義 結(jié)合國內(nèi) 半導(dǎo)體光器件與照明 產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)的實(shí)際，再借鑒臺灣的發(fā)展模式，本項(xiàng)目 重點(diǎn)在于對應(yīng)用于半導(dǎo)體照明的核心 LED 器件 封裝 13 研究