【正文】 長(zhǎng)的單色光和混合光 LED 器件的封裝技術(shù)研究、分析與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)應(yīng)用，同時(shí)在大功率 LED 應(yīng)用于半導(dǎo)體照明的領(lǐng)域、半導(dǎo)體照明與太陽(yáng)能和風(fēng)能結(jié)合應(yīng)用的領(lǐng)域作深入研究。公司還于 2021年被認(rèn)定為 國(guó)家級(jí)重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè) ，“ XX 光電”品牌產(chǎn)品獲評(píng)為“ XX 省名牌產(chǎn)品”。 5 二、項(xiàng)目組建的必要性 該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi) 外研究進(jìn)展情況 （ 1）中、美、日、歐盟等國(guó)紛紛啟動(dòng)半導(dǎo)體照明計(jì)劃 作為半導(dǎo)體光器件發(fā)展最重要的終極目標(biāo)之一 —— 半導(dǎo)體照明的光源核心部分還是 LED， LED(Light Emitting Diode)又稱發(fā)光二極管，其發(fā)光原理是將電子轉(zhuǎn)換成光子，屬于半導(dǎo)體中的直接發(fā)光和冷性發(fā)光，耗電量?jī)H為相同亮度白熾燈的約 1/8，壽命長(zhǎng)達(dá) 10 萬(wàn)小時(shí)以上，加上反應(yīng)速度快、體積小、適合量產(chǎn)和二次裝配，故符合輕、薄、短、小及高可靠性的產(chǎn)品應(yīng)用趨勢(shì)，已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的重要元件。國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)也開始生產(chǎn)，均是一些半導(dǎo)體廠的一個(gè)附屬產(chǎn)品，生產(chǎn)的組織方式也是在半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上嫁接的，遠(yuǎn)談不上專業(yè)。同時(shí)臺(tái)灣島內(nèi)上游的芯片業(yè)也開始起步，其時(shí)臺(tái)灣 行政當(dāng)局 在政策上給予了 LED 業(yè)極大的扶持，把它作為島內(nèi)除計(jì)算機(jī)與配件業(yè)外的第二大 7 制造業(yè)重點(diǎn)。但也有相當(dāng)部分臺(tái)資企業(yè)因從業(yè)經(jīng)驗(yàn)更豐富、國(guó)際化視野更寬而通過(guò) 當(dāng)時(shí)并不成熟的藍(lán)芯技術(shù)突破繼續(xù)看好此市場(chǎng)，在 1994 年、 1995 年前后改以在國(guó)內(nèi)獨(dú)資的方式發(fā)展這個(gè)產(chǎn)業(yè)，在其島內(nèi)也有上游的芯片廠家全力沖刺藍(lán)芯技術(shù)，并在此階段一舉奠定了其后來(lái)全球 LED 產(chǎn)業(yè)規(guī)模第一的地位。 在上游 LED 芯片業(yè)，技術(shù)上日、美、德領(lǐng)先，并在很多專業(yè)領(lǐng)域掌握從前到后的專利技術(shù)，但在產(chǎn)業(yè)上基本只做高端產(chǎn)品，總體市場(chǎng)份額并不大。因?yàn)楦吡炼却砣〈胀ㄕ彰鞯陌雽?dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展，進(jìn)一步的微型化則為適合更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用服務(wù) 及擴(kuò)大 半導(dǎo)體照明的適合應(yīng)用領(lǐng)域 ，目前很多的特殊場(chǎng)合照明應(yīng)用是通過(guò)封裝微型化后的多器件組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以封裝微型化 也 仍然是實(shí)現(xiàn)特殊照明乃至普通照明的重要途徑之一。目前由于絕大多數(shù)企業(yè)害怕承擔(dān)投資風(fēng)險(xiǎn)以及確實(shí)存在經(jīng)濟(jì)實(shí)力等原因，直接影響了科研成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，各級(jí)政府應(yīng)從政策和資金 上加大這方面的投入。 目前 ,獲取白光的途徑大約有三種，即光轉(zhuǎn)換型、多量子阱型和多色組合型。而每一顆白光 LED 的顏色更不盡相同。而在專利方面，利用 UV LED＋ RGB熒光粉相關(guān)的研發(fā)仍有相當(dāng)?shù)陌l(fā)揮空間。 從 LED 封裝突破進(jìn)而全面發(fā)展 LED，在國(guó)際上有成功范例，同時(shí)也是我國(guó)發(fā)展 LED 的必由之路。同時(shí)，在封裝技術(shù)上定位于消化吸收國(guó)際最新的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，如目前實(shí)施的白光 LED、功率管、 SMD功率管、一體化太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明燈 生產(chǎn)線等，建設(shè)國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、裝備最先進(jìn)、自動(dòng)化程度最高、器件序列化程度最好的研發(fā)和生產(chǎn)基地，積極參與國(guó)際競(jìng) 15 爭(zhēng)，這是做強(qiáng)。目前紅、普綠、黃、橙黃等發(fā)光二極管的技術(shù)已經(jīng)成熟而且已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，構(gòu)成全彩色的三原色光分別為 RGB（ Red、 Green、Blue），即純紅光、純綠光、純藍(lán)光，而純綠、純藍(lán)發(fā)光二極管是長(zhǎng)期困擾本行業(yè)的難題。我國(guó)已在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)出氮化鎵（ GaN）基藍(lán)色發(fā)光材料，目前正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè) 化生產(chǎn)方面的研究。這兩項(xiàng)技術(shù)是 LED 器件在特定領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)照明技術(shù)應(yīng)用的代表、也是今后取代普通照明的最重要路線，白光 LED 則是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體照明 的核心技術(shù)和核心器件。因此對(duì)于大功率高亮度 LED 芯片，低熱阻、散熱良好及低應(yīng)力的新的封裝結(jié)構(gòu)是大功率 LED 器件的技術(shù)關(guān)鍵。通過(guò)提高熱導(dǎo)系數(shù)、采用覆晶式晶片、降低熱膨脹系數(shù)不匹配度增強(qiáng)了 LED的熱處理性能，與傳統(tǒng)的散熱通道相比，散熱環(huán)節(jié)減少，由于芯片直接焊裝在復(fù)合金屬基板上，散熱效率更高，芯片到封裝基板之間的熱阻系數(shù)僅僅相當(dāng)于傳統(tǒng)方式的 1/6。灌膠技術(shù)則 可以 適用于 功率 LED 芯片，一般使用 帶邊框的支架結(jié)構(gòu)，只是封裝框架尺寸比常規(guī)要小許多，其成品有引腳，發(fā)光視角較小，大多用于側(cè)部發(fā)光，有單芯及多芯類型。 指示燈應(yīng)用技術(shù)在 LED 業(yè)內(nèi)所處的領(lǐng)域比較特殊，是介于 LED 封裝和 LED 應(yīng)用之間的一種技術(shù)，它與 LED 封裝的區(qū)別在于其封裝中包含了 LED 芯片以外的電路組件組合設(shè)計(jì)（如電阻、電容等）、而與 LED應(yīng)用的區(qū)別在于其主要構(gòu)成材料不是 LED 封裝器件而是 LED芯片。 ★改革傳統(tǒng)的 LED 電阻限流驅(qū)動(dòng)，改以 恒流源驅(qū)動(dòng)，效率更高。 我們?cè)趯?duì)太陽(yáng)能半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的研究中，前期重點(diǎn)面向太陽(yáng)能半導(dǎo)體路燈，并根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種新型的太陽(yáng)能半導(dǎo)體路燈控制器，由微處理器電路、 DCDC 升壓電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、充放電保護(hù)電路、路燈開關(guān)電路等五部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)蓄電池的充放電管理，防過(guò)充、放過(guò)放。我公司產(chǎn)品憑借優(yōu)良的性價(jià)比，已成功進(jìn)入美國(guó)的高速公路顯示屏應(yīng)用市場(chǎng)。 4）交通信號(hào)燈：由于高亮度 LED 有亮度高、省電及壽 命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，可節(jié)約能源、減少維修費(fèi)用并提供駕駛?cè)溯^佳的辨視能力，在交通信號(hào)燈市場(chǎng)的需求大幅增加，現(xiàn)在已在世界各地普遍使用。 LED 產(chǎn)品在各應(yīng)用領(lǐng)域與可替代產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析 應(yīng)用 產(chǎn)品 領(lǐng)域 名稱 照明 交通燈 指示燈 汽車 顯示屏 背光源 LED 未來(lái)必有 大發(fā)展 已成為主流 不可 替代 將由第三剎車燈領(lǐng) 域擴(kuò)展到其他燈 在戶內(nèi)外大屏幕顯示領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯 占據(jù)小尺寸領(lǐng)域主導(dǎo)，正向大尺寸領(lǐng)域滲透 白熾燈 鹵素?zé)? 短時(shí)間內(nèi)仍為主流 已逐漸被LED 取代 ※ 將被 LED逐步取代 ※ ※ PDP 等離子 顯示 ※ ※ ※ ※ 室內(nèi)小屏幕展示有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力 ※ CCFL 冷陰極射線管 ※ ※ ※ ※ ※ 在大尺寸 LCD市場(chǎng)目前占主導(dǎo) LCD 液晶 顯示 ※ ※ ※ ※ 室內(nèi)中小尺寸顯示屏，市場(chǎng)潛力大 ※ 注： ※ 代表此產(chǎn)品不會(huì)在該領(lǐng)域應(yīng)用 。 據(jù)臺(tái)灣富邦公司預(yù)測(cè)，未來(lái) 5 年，全球高亮度發(fā)光二極管年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 20％，至 2021年整體市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá) 44 億美元。 4） 發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)能夠發(fā)揮我國(guó)的比較優(yōu)勢(shì)。 中國(guó)擁有巨大照明市場(chǎng)。 可大幅度減少燈具損壞拋棄帶來(lái)的環(huán)境污染。 截止 2021年末新廠區(qū)建設(shè)完成， 公司總投資現(xiàn)已超過(guò) 元，是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)領(lǐng)先、裝備最先進(jìn)的 LED 封裝及應(yīng)用產(chǎn)品制造企業(yè) 。建設(shè)了一支 30余人的專業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍，共有高級(jí)職稱 9 人，其中研究員 1 人、教授級(jí)高工 2 人；中級(jí)職稱 12 人；初級(jí)職稱 10人。 2021年 2項(xiàng)科技成果通過(guò) XX省科技廳組織的 “ 科學(xué)技術(shù)成果鑒定 ” ，證書編號(hào)：蘇科鑒字 [2021]第 600 號(hào)、 601 號(hào) ，并已申報(bào)獲得 XX省高新技術(shù)產(chǎn)品8 項(xiàng) ?，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。項(xiàng)目建成后，企業(yè)研發(fā)人員隊(duì)伍將達(dá)到 60人，占 職工 總?cè)藬?shù) 10%，其中高級(jí)職稱 15人以上，中級(jí)職稱 20 人以上，人才隊(duì)伍水平達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。 （ 8）加強(qiáng)市場(chǎng)的研究與開發(fā)，具備對(duì)半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的科技成果產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和工程設(shè)計(jì)、咨詢、評(píng)估及建設(shè)的能力。 （ 3）充分依托 XX 光電已有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)人才一流、技術(shù)一流、設(shè)備一流、管理一流、成果一流的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略，為國(guó)家推進(jìn)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)提供主導(dǎo)技術(shù)和示范產(chǎn)品。啟動(dòng)資金的來(lái)源由 XX 光電提供，并提供工程中心建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施和進(jìn)行新型半導(dǎo)體發(fā)光材料和器件技術(shù)研 39 究、產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)與實(shí)施的部分儀器、設(shè)備，適當(dāng)向市、區(qū)科技部門申請(qǐng)部分資助資金。 工程中心實(shí)行管理委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)下的工程中心主任負(fù)責(zé)制，同時(shí)設(shè)立技術(shù)委員會(huì)，作為工程中心的技術(shù)咨詢機(jī)構(gòu)，工程中心主任任技術(shù)委員會(huì)主任。在產(chǎn)品發(fā)展方向中，器件類產(chǎn)品的序列化是一個(gè)重要著力點(diǎn)，爭(zhēng)取為 LED器件使用廠家提供 “ 一站式 ” 服務(wù)，當(dāng)前的工作中，功率型、控制型、應(yīng)用型 LED 是研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的重點(diǎn)。 36 （ 4）根據(jù)市場(chǎng)需求，不斷推出具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的功率型高亮度LED 新產(chǎn)品。 （ 2）在前期功率型高亮度 LED封裝技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)集成和試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，完成產(chǎn)業(yè)化工藝、技術(shù)、裝備的研究開發(fā)與實(shí)施，成為國(guó)內(nèi)主要的功率型高亮度 LED產(chǎn)業(yè)化 研發(fā) 基地。作為 XX“ 國(guó)家光電子與通信元器件產(chǎn)業(yè)基地 ” 內(nèi) “ XX 省光電子技術(shù)中心 ” 的骨干企業(yè)，高度重視企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力建設(shè)，為使公司的產(chǎn)品不斷保持在市場(chǎng)上的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，加大對(duì)行業(yè)關(guān)鍵和共性技術(shù)研發(fā)的投入力度，為企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展做戰(zhàn)略性技術(shù)儲(chǔ)備。 本次申請(qǐng)組建的省級(jí)半導(dǎo)體光器件與照明工程技術(shù)研究中心依托于 XXXX 光電有限公司，共建合作單位是中國(guó)電子科技集團(tuán)第 13 研究所試驗(yàn)中心（國(guó)家半導(dǎo)體器件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心），并將與省內(nèi)外有關(guān)高校和科研機(jī)構(gòu)展開長(zhǎng)期的工程化協(xié)作與技術(shù)交流。 公司于 2021 年 開始組建 XX 市半導(dǎo)體光器件與照明工程技術(shù)研究中心， 2021 年獲 XX 市科技局批復(fù)。公司現(xiàn)有員工 580人，大專以上學(xué)歷 212 人，占總?cè)藬?shù)的 37%。 全面建設(shè)小康社會(huì)，廣大群眾對(duì)新型照明更是有著旺盛的需求。傳統(tǒng)白熾燈泡采用熱發(fā)光技術(shù)，浪費(fèi)了 90%的能源 。 通過(guò)本項(xiàng)目的建設(shè)， 其所能取得 社會(huì)效益將更加明顯： 1）國(guó)內(nèi)的照明和 LED企業(yè)由于缺乏高新技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系作支撐，只在低附加值的領(lǐng)域徘徊，通過(guò)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的突破，將為我國(guó)自主開發(fā)下一代半導(dǎo)體照明提供核心技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)我國(guó)照明工業(yè)的跨越式發(fā)展。 通過(guò)本項(xiàng)目的建設(shè)，其研究成果對(duì)降低大功率高亮度 LED 的成本、提高可靠性， 與目前國(guó)外普遍使用的封裝工藝相比， 可使大功率 LED的封裝成本下降 30%，同時(shí)生產(chǎn)效率提高 50%，并具有 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，將使我省在半導(dǎo)體照明 領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)取得技術(shù)與市場(chǎng)領(lǐng)先地位，大幅提升產(chǎn)量和市場(chǎng)份額。 5）白光照明：隨著 LED發(fā)光效率的不斷提升，目前已快速進(jìn)入了特殊照明領(lǐng) 域，如果 LED技術(shù)和成本突破能帶來(lái)向整個(gè)照明市場(chǎng)進(jìn)軍，則 LED 的最大增長(zhǎng)點(diǎn)就將來(lái)自照明的應(yīng)用。 3）背光源：高亮度、微型化 LED在背光源應(yīng)用市場(chǎng)的需求主要來(lái)自手機(jī)、 PDA及數(shù)字相機(jī) (DSC)， 2021年全球移動(dòng) 電話產(chǎn)量為 部，對(duì)高亮度發(fā)光二極管的需求量就超過(guò) 50 億顆。 25 經(jīng)濟(jì)可行性 （ 1） LED 光源的主要應(yīng)用市場(chǎng)概述 LED的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從最初簡(jiǎn)單的電器指示燈、 LED 顯示屏發(fā)展到大屏幕顯示、汽車用燈、交通信 號(hào)燈、 LCD 背光源、景觀照明、室內(nèi)裝飾燈等其他領(lǐng)域。目前調(diào)節(jié) LED 亮度的方式有兩種： (1)調(diào)節(jié)工作電流方式 —— 除了紅光 LED 隨著電流的升高亮度會(huì)飽和外，一般其他 LED 的亮度都會(huì)隨著 其工作電流的增大而增大，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié) LED 的工作電流的方法在較大范圍內(nèi)控制 LED 的亮度，這也是在 LED照明應(yīng)用中最常規(guī)的應(yīng)用方式。 我公司實(shí)施該項(xiàng)目研究的創(chuàng)新之處在于： ★首先是在結(jié)合應(yīng)用中回避兩者在常規(guī)應(yīng)用中都存在的能源轉(zhuǎn)化問(wèn)題，以提高能源的利用率 —— 太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，所以在一般作為電源的要求中還要將其再轉(zhuǎn)化為交流電才能使用，這其中就存在電源轉(zhuǎn)換的損耗；而 LED 則恰恰是使用直流電源工作，常 23 規(guī)使用中反而存在要將市供的交流電再轉(zhuǎn)換成直流電的損耗。 （ 3） 特殊照明燈產(chǎn)品直接封裝的 工藝路線與技術(shù)特 點(diǎn) 在目前的晶片技術(shù)離取代照明產(chǎn)品還有 一定 距離的情況下，研究和解決 LED 在一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用有非常重要的意義，一是以現(xiàn)有的發(fā)光晶片制備技術(shù)結(jié)合合理的封裝設(shè)計(jì)，已經(jīng)能足以在一些特殊場(chǎng)合解決掉傳統(tǒng)產(chǎn)品存在的弊端，如在礦下照明解決節(jié)能、長(zhǎng)效尤其是防爆的問(wèn)題，機(jī)械設(shè)備輔助照明設(shè)施解決便于移動(dòng)、安全的問(wèn)題，設(shè)計(jì)使用時(shí)間特別長(zhǎng)的工程和產(chǎn)品解決照明或顯示配件頻繁更換的問(wèn)題等等；二是這種應(yīng)用將為今后晶片技術(shù)成熟后用 LED 產(chǎn)品替代傳統(tǒng)照明產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)，更好的拓寬應(yīng)用思路。故業(yè)界認(rèn)為，在一些對(duì)亮度要求不十分敏感的照明應(yīng)用場(chǎng)合，如家庭中的裝飾性照明，以 LED 封裝器件微型化為基礎(chǔ)通過(guò)多器件組合使用提高亮度（同時(shí)也需解決散熱問(wèn)題）是可行的。 大功率高亮度 LED 以封裝散熱結(jié)構(gòu)為核心， 要 解決封裝材料選擇技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用問(wèn)題，并特別針對(duì)白光產(chǎn)品繼續(xù)提高熒光粉配比技術(shù)與涂敷工藝水平，實(shí)現(xiàn)完整的共晶焊封裝工藝流程。 普通型白光 LED分別在 GaN和 InGaN 兩種藍(lán)色芯片上與光致發(fā)光熒光粉結(jié)合得到，熒光粉的配比與調(diào)節(jié)涂敷方式、以及在此基礎(chǔ)上通過(guò)添 加紅色硫化物調(diào)節(jié)白光色溫是創(chuàng)新之處。 在封裝領(lǐng)域， 鑒于 LED產(chǎn)品難以取代的優(yōu)異特性及伴隨著近 10 年以來(lái)的技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)界對(duì) LED 行業(yè)的發(fā)展在兩個(gè)方面寄予厚望，一是特殊照明應(yīng)用和取代普通照明的半導(dǎo)體照 明技術(shù)發(fā)展，二是進(jìn)一步的微型化以適合更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用 （實(shí)際上也包含了拓展半導(dǎo)體照明應(yīng)用的另一重要實(shí)現(xiàn)途徑） 。目前只有日本日亞公司 Nichia、豐田合成 Toyota Gosei、美國(guó)克雷 Cree、惠普 HP、德