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正文內(nèi)容

江蘇省半導體光器件與照明工程技術(shù)研究中心建設(shè)項目可行性研究報告(編輯修改稿)

2025-06-10 07:02 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 權(quán),僅采自行生產(chǎn)策略,意圖獨占市場,使得藍光LED價格高昂。但各國已具備生產(chǎn)能力的業(yè)者對此相當不以為然,即使日本本土也有住友電工、豐田合成、東芝、夏普等相當部分同業(yè)者認為其策略將使日本在藍光及白光LED競爭中逐步被歐美及其他國家的LED業(yè)者搶得先機,從而對日本LED產(chǎn)業(yè)造成嚴重傷害。本世紀初,日亞化學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)的方式收場相當程度上印證了其專利封鎖政策的失敗,這樣其實對代表半導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作用。(3)各國LED發(fā)展各有專長,而封裝技術(shù)是應用的關(guān)鍵根據(jù)LED產(chǎn)品特點,業(yè)間一般又將LED行業(yè)分為上游芯片制造、中游封裝和下游應用三大部分。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,總體市場份額并不大。產(chǎn)業(yè)規(guī)模上臺灣領(lǐng)先,目前LED外延和芯片產(chǎn)量約占全球70%以上。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,而且絕大部分是進口外延做切割。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。產(chǎn)業(yè)規(guī)模上臺灣占優(yōu)勢,國內(nèi)也已有相當規(guī)模,大小LED封裝廠家超過400家,產(chǎn)業(yè)化能力較強,而且因大部分具有一定規(guī)模的臺資企業(yè)均在國內(nèi)設(shè)廠從而帶來了技術(shù)和人才的本地化,所以國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)也基本與國際先進水平保持同步,差距在于產(chǎn)業(yè)過于分散沒有形成產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、人才的集聚優(yōu)勢。在下游LED應用業(yè):因國內(nèi)持續(xù)升溫的城市建設(shè)市場拉動,國內(nèi)LED應用市場目前是全球最大規(guī)模的市場,而且絕大部分是本土企業(yè)的自有市場,但最大的問題是市場較混亂、惡性競爭的現(xiàn)象非常普遍,目前國內(nèi)企業(yè)數(shù)量超過1000家,絕大部分投資規(guī)模較小。由于缺乏必要的技術(shù)基礎(chǔ)和質(zhì)量控制手段,產(chǎn)品主要以低價競爭,產(chǎn)品附加值低,缺乏國際市場競爭力。業(yè)間公認,LED業(yè)的未來發(fā)展將繼續(xù)以高亮度和微型化為主線。因為高亮度代表取代普通照明的半導體照明技術(shù)發(fā)展,進一步的微型化則為適合更廣泛領(lǐng)域的應用服務及擴大半導體照明的適合應用領(lǐng)域,目前很多的特殊場合照明應用是通過封裝微型化后的多器件組合來實現(xiàn),所以封裝微型化也仍然是實現(xiàn)特殊照明乃至普通照明的重要途徑之一。通過以上的分析也可以看出,從推廣應用和產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展的角度講,中游的封裝業(yè)作用非常關(guān)鍵。因為: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,而是要結(jié)合到電路、光學設(shè)計、控制系統(tǒng)等方面去;③封裝是一個把高技術(shù)的LED芯片通過特定工藝技術(shù)轉(zhuǎn)化為可簡單應用的元器件的過程,形象點說,就是擔負著把LED化繁為簡的責任,然后直接面向終端消費品的應用,從這個意義上講,LED封裝技術(shù)不一定能代表LED的未來技術(shù)目標,但LED封裝產(chǎn)業(yè)能代表半導體照明產(chǎn)業(yè)的未來應用目標。 本領(lǐng)域存在的主要問題盡管我國在半導體光器件和半導體照明的科研、產(chǎn)業(yè)化方面有了很大的進展,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,要想實現(xiàn)從實驗室的技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化的市場應用,必須在該領(lǐng)域的技術(shù)研究與集成、產(chǎn)品研發(fā)與工程化應用、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究和實施、市場開發(fā)等每一個環(huán)節(jié)上集中足夠強大的科研資源,進行重點突破,合成作戰(zhàn),才有可能成熟。(2)技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化實施、市場應用的脫節(jié)目前我國在新型半導體光源領(lǐng)域的技術(shù)研究主要集中在一些科研院所,其科研的目標往往是在通過實驗室手段提升技術(shù)指標,完成實驗室階段的研發(fā)要求與目標。而根據(jù)產(chǎn)業(yè)化實施、市場應用需求開展的科研項目少之又少,造成市場需要的產(chǎn)品得不到開發(fā),已研制的科研成果得不到及時地轉(zhuǎn)化與應用的局面,技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化實施、市場應用的嚴重脫節(jié)。(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)復雜性越來越高,一項滿足市場需要的產(chǎn)品往往需要很多交叉學科的技術(shù)來支撐,而學科較為單一、工程化經(jīng)驗缺乏、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)。(4)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究的科研投入不足實驗室技術(shù)和工藝裝備往往不能滿足規(guī)模化生產(chǎn)的要求,要從實驗室走向工廠、走向市場的過程中更需要投入大量的資金進行產(chǎn)業(yè)化工藝、技術(shù)、裝備的研究開發(fā)和實施驗證。目前由于絕大多數(shù)企業(yè)害怕承擔投資風險以及確實存在經(jīng)濟實力等原因,直接影響了科研成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化進程的推進,各級政府應從政策和資金上加大這方面的投入。(5)產(chǎn)業(yè)鏈有待完善我國目前在半導體光器件產(chǎn)業(yè)方面的優(yōu)勢主要在下游發(fā)光二極管的封裝和產(chǎn)品的低端應用上,外延材料和芯片技術(shù)基礎(chǔ)較差,這反過來也對封裝和應用技術(shù)的發(fā)展形成制約。 該領(lǐng)域當前急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題RGB三基色技術(shù)和大功率白光技術(shù)是當前半導體光器件與照明應用研究的熱點,也是最主要的難點所在。,及對混色光的光色動態(tài)調(diào)校技術(shù)研究很重要。,具體表現(xiàn)為驅(qū)動電壓相差大、三色發(fā)光波長半幅值狹窄、及個別單色LED的劣化將導致發(fā)光色不純或不均勻。其次,良好的散熱設(shè)計是封裝技術(shù)的重要課題。因為大功率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因為彼此間膨脹系數(shù)的不同而有產(chǎn)品可靠度的問題外,芯片的發(fā)光效能也會隨著溫度的上升而明顯下降,并造成壽命縮短,同時更高的溫度負載還會帶來色移問題。面向半導體照明應用的光形設(shè)計也是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)中的一個重點,因為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造成完全不同的發(fā)光光形,因此相對于LED照明應用的設(shè)計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)過更針對性的光學設(shè)計。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。為了用光轉(zhuǎn)換型得到白光,日本的日亞化學公司(Nichia)以460nm波長的藍光芯片涂上一層YAG熒光粉,利用藍光LED照射此熒光物質(zhì)以產(chǎn)生與藍光互補的555nm波長的黃色光,再利用透鏡原理將互補的黃光和藍光混合以得到所需的白光。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。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。多量子阱型是在芯片發(fā)光層的生長過程中摻雜不同的雜質(zhì)以控制結(jié)構(gòu)不同的量子阱,通過不同量子阱發(fā)出的多種光子復合直接發(fā)出白光。我國臺灣有企業(yè)在PN結(jié)二極管中生長量子阱結(jié)構(gòu),在特定的參數(shù)范圍內(nèi)使量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)射出不同能量的光子,調(diào)變出白光。該方法的優(yōu)點是可以提高發(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。雖然說利用藍光芯片配合黃光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有幾個嚴重的問題遲遲無法解決:首先是均勻度的問題,因為激發(fā)黃光熒光粉的藍光芯片實際上參與白光的配色,因此藍光芯片發(fā)光波長的偏移、強度的變化及熒光粉涂布厚度的改變都會影響白光的均勻度。而每一顆白光LED的顏色更不盡相同。另一方面,發(fā)展此技術(shù)的日亞公司擁有大部分相關(guān)于藍光芯片工藝技術(shù)與黃光YAG熒光粉相關(guān)白光LED的專利,而日亞公司對于專利是采取寡占市場的態(tài)度,因此對于利用藍光芯片配合黃光熒光粉生產(chǎn)白光LED的廠商都存在一定風險。而利用藍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。因此開發(fā)一個效果更好且沒有專利問題的技術(shù)是研究的重大課題。UV LED配上三色(R、G、B)熒光粉提供了另一個研究方向。其方法主要是利用實際上不參與配出白光的UV LED激發(fā)紅、綠、藍三色熒光粉,通過三色熒光粉發(fā)出的三色光配成白光。這樣的方法因為UV LED不實際參與白光的配色,因此UV LED波長與強度的波動對于配出的白光而言不會特別的敏感。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。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?shù)陌l(fā)揮空間。但是這樣的技術(shù)雖然有種種的優(yōu)點,但是UV LED光效偏低,且激發(fā)效率不高。 項目組建后對我省相關(guān)行業(yè)的重要意義結(jié)合國內(nèi)半導體光器件與照明產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)的實際,再借鑒臺灣的發(fā)展模式,本項目重點在于對應用于半導體照明的核心LED器件封裝研究并著力于產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化,對于提升我省乃至我國半導體照明產(chǎn)業(yè)地位,進而向上下游延伸和發(fā)展具有重大作用和意義。(1)發(fā)展LED封裝是我省和我國半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突破點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。我國發(fā)展半導體照明產(chǎn)業(yè),LED封裝是突破點。在上游,盡管有相當部分科研類的論文很樂觀的認為國內(nèi)的LED晶片技術(shù)只落后國際最高水平23年,理論依據(jù)是在1961年國外最早在實驗室推出LED晶片后不到三年,我國也在實驗室制造出了LED晶片,而且其后國外每一階段的成果我們也似乎都在不長的時間內(nèi)緊緊跟上了。在這個問題上,我公司作為目前國內(nèi)企業(yè)中最大的LED晶片采購和使用廠家有著很多實際的體會,這種論斷忽視了或者說故意回避了除實驗室技術(shù)外兩個最重要的問題,一是產(chǎn)業(yè)化水平的問題,二是國外機構(gòu)和企業(yè)對未產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)做技術(shù)儲備和保密的問題,這兩點其實在LED發(fā)展的每一階段都在印證,從黃、紅、綠晶片到藍晶片到白光技術(shù)到SMD技術(shù)再到功率管技術(shù)等等,技術(shù)上落后美國日本、產(chǎn)業(yè)化水平落后臺灣都有六、七年甚至十年以上的差距。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。從LED封裝突破進而全面發(fā)展LED,在國際上有成功范例,同時也是我國發(fā)展LED的必由之路。最典型的莫過于臺灣島內(nèi)的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展:臺灣的芯片企業(yè)是在封裝產(chǎn)業(yè)首先形成規(guī)模、形成人才積淀的基礎(chǔ)上成功崛起的,這其中有技術(shù)、人才、市場培育等等多方面的綜合因素。對于我國LED業(yè)發(fā)展而言,因為上游LED芯片業(yè)需要高度專業(yè)化和團隊化的人才積淀、以及很高的市場風險承受能力;同時下游的應用由于絕大部分技術(shù)含量較低或技術(shù)側(cè)重點不同,在封裝業(yè)發(fā)展良好的基礎(chǔ)上,會有很自然的發(fā)展,這其中行業(yè)規(guī)范倒是一個重點,另外部分關(guān)鍵技術(shù),如面向普通照明的燈具開發(fā)和設(shè)計,形成一定的自主知識產(chǎn)權(quán)也很重要;所以,以發(fā)展較成熟的封裝產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)進而向上游延伸就是最可行的發(fā)展思路。國內(nèi)由于市場經(jīng)濟起步較晚,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)主導不同,讓企業(yè)做顯得實力不足,讓政府做則方向很難明確,評估和管理都是問題,所以最終這個問題的最佳解決方式還是市場化運作、政府資助。(2)項目實施有利于我國半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展首先在LED封裝方面做大做強國內(nèi)的封裝同類企業(yè)已有約400家,產(chǎn)業(yè)布局上非常分散。我公司通過近幾年的發(fā)展,;,累計各投資分公司業(yè)績和銷售代理處增值業(yè)績,總銷售業(yè)績近3億元。這個業(yè)績約占國內(nèi)本土封裝企業(yè)(不含國內(nèi)臺商獨資企業(yè))總業(yè)績的8%左右,居國內(nèi)同業(yè)首位。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,通過本項目的實施,我公司計劃到2010年實現(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%,擴大領(lǐng)先優(yōu)勢,引導新一輪產(chǎn)業(yè)整合,這是做大。同時,在封裝技術(shù)上定位于消化吸收國際最新的產(chǎn)業(yè)化技術(shù),如目前實施的白光LED、功率管、SMD功率管、一體化太陽能半導體照明燈生產(chǎn)線等,建設(shè)國內(nèi)規(guī)模最大、裝備最先進、自動化程度最高、器件序列化程度最好的研發(fā)和生產(chǎn)基地,積極參與國際競爭,這是做強。(3)項目實施有利于半導體照明業(yè)上游技術(shù)和應用技術(shù)的發(fā)展在做大做強封裝的基礎(chǔ)上,我們將積極向LED業(yè)上下游延伸。在上游芯片方面,公司的策略是分階段切入,計劃在2007年完成第一條芯片切割線的建設(shè)(月產(chǎn)50KK),視項目進展再決定是否擴大規(guī)模及在何時機進入LED外延生長領(lǐng)域。在下游的應用技術(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、科技部和江蘇省科技廳的數(shù)個重大項目立項支持,目前項目進展非常順利。同時,本項目的實施,將為下游應用行業(yè)提供產(chǎn)品,有利于應用行業(yè)的發(fā)展。江蘇省半導體光器件與照明工程技術(shù)研究中心的功能就是作為凝聚技術(shù)、人才及企業(yè)的重要載體,為眾多中小企業(yè)提供人才培養(yǎng)、產(chǎn)品設(shè)計、檢測等多方位服務,拉動全省半導體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,提高新產(chǎn)品的研發(fā)能力和技術(shù)水平,逐步形成具有顯著規(guī)模效益、成熟的新型工業(yè)結(jié)構(gòu)體系。綜合而言,本項目的實施對提高半導體照明民族產(chǎn)業(yè)在國際上的地位及以一定高度和規(guī)模參與全球競爭具有重要意義,并將對我省、我國LED業(yè)整個上中下游產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。 三、項目組建的可行性 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,成了全球半導體研究領(lǐng)域的前沿和熱點。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、純藍光,而純綠、純藍發(fā)光二極管是長期困擾本行業(yè)的難題。 藍色發(fā)光二極管制作工藝上可分為三步:(1)發(fā)光晶體(上游產(chǎn)品)氮化鎵(GaN)基材料制作;(2)管芯(中游產(chǎn)品)制作;(3)管芯的封裝。而從上游產(chǎn)品氮化鎵(GaN)基材料到中游產(chǎn)品藍、綠發(fā)光二極管LED和激光二極管LD(又稱激光器)之間存在著很高的技術(shù)壁壘。 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)純藍和純綠光的氮化鎵(GaN)基材料的生長工藝。目前只有日本日亞公司Nichia、豐田合成Toyota Gosei、美國克雷Cree、惠普HP、德國西門子Siemens等幾家公司生產(chǎn)和銷售藍、綠光LED。亞太地區(qū),韓國三星先進技術(shù)研究所最
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