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LED行业发展分析

发表时间:2014-12-01

  一、LED行业目前的发展势头比较好。

  自上世纪60年代第一个红光LED面世,到90年代具有历史意义的GaN蓝光LED技术的取得巨大突破,使LED白光照明得以实现;由于LED照明生产的效益显而易见,世界各国都都在政府的大力资助下加快推进LED照明取代传统照明的步伐,日本、美国、欧盟、韩国、中国台湾和中国政府都制定了相应的发展计划。

  我国政府从2005年开始批准了大连、厦门、上海、南昌、深圳等五个半导体照明产业基地,之后在2007年和2008年相继批准了石家庄、扬州等两个半导体照明产业基地,在政策、税收和资金上给予长期支持。

  有着对未来市场的额强烈预期,同时又有各级政府政策的积极配合,在被视为中国LED产业“软肋”的上游外延及芯片制造部门,吸引了大量资金的进入。本土企业三安、蓝光、华灿等均纷纷扩产或建设新厂;大陆以外LED巨头也一改往日的谨慎,加速了在中国大陆的布局。台湾地区多家LED大厂,如晶电、鼎元及美国的Cree、SemiLEDs等全球巨头均已或计划在中国大陆建厂。中国大陆成为全球LED上游产能增速最快的地区。

  在中国LED产业结构不断调整和优化的过程中,未来几年,中国外延、芯片企业规模也将进一步扩大。到2010年8月,中国已有LED外延和芯片企业69 家(包括20余家在建或计划中)。在已经生产或在建的企业中,有48家涉及LED核心环节外延及芯片制造,有10余家专注于LED芯片制造。

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  据资料介绍,按2009年各芯片企业LED外延芯片的销售额计算,中国LED芯片企业前10名排名如下:

  从中国前10名LED芯片企业看,2009年前7名企业LED外延芯片的销售都超过了1亿元人民币,前5名的销售额都超过了1.5亿元人民币。

  二、LED行业都有哪些企业?——LED行业产业链

  LED产业链大致可分为五部分:原材料、LED上游产业、LED中游产业、LED下游产业、测试仪器和生产设备,

  LED发光材料和器件的原材料包括衬底材料砷化镓单晶、氮化铝单晶等。它们大部分是III—V族化合物半导体单晶,生产工艺比较成熟,其他材料还有金属高纯镓。原材料的纯度一般都要在6N以上。

  LED上游产业主要是指LED发光材料外延制造和芯片制造。由于外延工艺的高度发展,器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、反射层等均已在外延工序中完成,芯片制造主要是做正、负电极和完成分割检测。

  LED中游产业是指LED器件封装产业。在半导体产业中,LED封装产业与其他半导体器件封装产业不同,它可以根据用于现实、照明、通信等不同场合,封装出不同颜色、不同形状的品种繁多的LED发光器件。

  LED下游产业是指应用LED显示或照明器件后形成的产业。就LED应用来讲,面应该更广,还应包括那些在家电、仪表、轻工业产品中的信息显示,但这些不足以支撑LED下游产业。其中主要的应用产业有LED显示屏、LED交通信号灯、太阳能电池LED航标灯、液晶背光源、LED车灯、LED景观灯饰、 LED特殊照明等。

  测试仪器主要有:外延材料方面的射线双晶衍射仪、荧光谱仪、卢瑟福背散射沟道谱仪等芯片、器件测试仪器方面的 LED光电特性测试仪、光谱分析仪等。主要的测试参数有正反向电压、电流特性、法相光强、光强分布、光通量、峰值波长、主波长、色坐标、显色指数。

  生产设备包括了MOCVD设备、液相外镀炉、光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊机、硅铝丝超声压焊机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、芯片检测仪、倒膜机、光色点全自动分选机等

  这些不同类型的企业及其产品,只要对应一下就很容易分辨,尤其是在展会上,参加过半导体或者是光博会的同事可能更有直接的印象,在展会上只要稍加留意很容易就可以区分这些企业和产品了,下面是LED产业的制造过程图,我们可以把不同的企业和产品,跟图表对应一下,就很容易明白LED行业的一些基本情况了。

  三、哪些企业是我们的客户?他们都需要什么产品。

  从目前我们了解的情况来看我们客户主要是集中在LED上、中游的企业,主要是衬底加工企业和芯片制造企业,具体应用就是在外延片生长前衬底的研磨抛光和芯片制造过程的磨片阶段。

  1、外延片生长前衬底的研磨抛光

  我们接触的最终使用客户(主要聚晶微粉相关客户)部分是蓝宝石衬底加工的企业,首先,我们要先了解下蓝宝石衬底,1993年,日本科学家中村修二在 GaN基片上研制出第一只蓝色发光二极管,实现了高亮发光并间接实现了白光,从此成为应用最广泛的发光半导体材料。能够用于GaN的衬底材料主要有蓝宝石 (Al2O3)、SiC、Si、ZnO、GaN,但只有前两种得到了较大规模的商业化应用,且能够提供产品的企业极少。一直以来,日本日亚公司垄断了大部分蓝宝石衬底的供应,而美国Cree公司则是唯一能够提供商用SiC衬底的企业。用Si作为衬底生长GaN基LED是业界寄予厚望的一个技术路径,但因为存在材料失配引起龟裂、发光效率低、工作电压高、可靠性差等诸多难以克服的困难,一直没有得到真正的商业化。蓝宝石是目前主流的衬底材料,但其硬度很高 (仅次于金刚石),加工过程中钻取、切割、研磨的工艺难度大、效率很低,且因蓝宝石衬底片要求表面光洁度在纳米级以上,研磨尤其困难。

  以上就决定了,在半导体照明尤其是白光LED迅速发展时,蓝宝石衬底材料用量的巨大增加,同时决定了在蓝宝石粗抛方面有较大优势的聚晶类产品的畅销。

  蓝宝石衬底的加工工序一般包括:晶格定向切割外径研磨(多用砂轮,可能会用到金刚石微粉);切片(线锯或切割片);倒角(砂轮);研磨(一道或多道,多用聚晶微粉,根据最终衬底研磨要求6um、3um、1um不等);抛光(二氧化硅抛光液、黑皮抛光垫)。

  除了蓝宝石材料以外,GaN蓝光LED衬底还有SiC材料例如中科院物理所天科合达,也需要类似蓝宝石衬底的研抛材料。

  另外,除了蓝光LED以外还有GaAs红光、GaP绿光LED,他们的衬底材料分别是GaAs和GaP,这些衬底材料相对于蓝宝石更容易加工,一般使用氧化铝微粉研磨、二氧化硅抛光液抛光和抛光垫,即可。

  2、芯片制造过程的磨片工序

  GaN蓝光LED芯片(微观结构示意图如下)在布线检测结束以后,为了解决蓝宝石的散热问题,同时也为了方便划片,需要一个磨片的工序,就是将蓝宝石衬底的厚度减薄,厚度从450um左右减至100um左右

  这就我们常说的LED芯片背面减薄,磨片主要有两步:先在横向减薄机上,用50-70um的砂轮研磨磨去300um左右的厚度;再使用抛光机(秀和、NTS、WEC等)针对不同的研磨盘(锡/铜盘),采用合适的金刚石抛光液(水/油性)对芯片背面抛光,去除损20um左右的损伤层,即完成了磨片的工作。也有个别要求较高芯片产品还会用二氧化硅抛光液再进行精细抛光。

  四、结尾。

  以上就是我对LED行业的简单介绍,希望能对公司同事们了解我们产品应用以及客户背景有一定帮助,进而对各位的工作开展给予一定的帮助。我了解的东西也比较少、比较浅,希望我们在以后的工作中,加强沟通,共同学习,互通有无,相互协助,一起打开LED市场的大门。

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