自上世紀(jì)60年代第一個(gè)紅光LED面世,到90年代具有歷史意義的GaN藍(lán)光LED技術(shù)的取得巨大突破,使LED白光照明得以實(shí)現(xiàn);由于LED照明生產(chǎn)的效益顯而易見,世界各國(guó)都都在政府的大力資助下加快推進(jìn)LED照明取代傳統(tǒng)照明的步伐,日本、美國(guó)、歐盟、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣和中國(guó)政府都制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。
我國(guó)政府從2005年開始批準(zhǔn)了大連、廈門、上海、南昌、深圳等五個(gè)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地,之后在2007年和2008年相繼批準(zhǔn)了石家莊、揚(yáng)州等兩個(gè)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地,在政策、稅收和資金上給予長(zhǎng)期支持。
有著對(duì)未來(lái)市場(chǎng)的額強(qiáng)烈預(yù)期,同時(shí)又有各級(jí)政府政策的積極配合,在被視為中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)“軟肋”的上游外延及芯片制造部門,吸引了大量資金的進(jìn)入。本土企業(yè)三安、藍(lán)光、華燦等均紛紛擴(kuò)產(chǎn)或建設(shè)新廠;大陸以外LED巨頭也一改往日的謹(jǐn)慎,加速了在中國(guó)大陸的布局。臺(tái)灣地區(qū)多家LED大廠,如晶電、鼎元及美國(guó)的Cree、SemiLEDs等全球巨頭均已或計(jì)劃在中國(guó)大陸建廠。中國(guó)大陸成為全球LED上游產(chǎn)能增速最快的地區(qū)。
在中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整和優(yōu)化的過(guò)程中,未來(lái)幾年,中國(guó)外延、芯片企業(yè)規(guī)模也將進(jìn)一步擴(kuò)大。到2010年8月,中國(guó)已有LED外延和芯片企業(yè)69 家(包括20余家在建或計(jì)劃中)。在已經(jīng)生產(chǎn)或在建的企業(yè)中,有48家涉及LED核心環(huán)節(jié)外延及芯片制造,有10余家專注于LED芯片制造。
據(jù)資料介紹,按2009年各芯片企業(yè)LED外延芯片的銷售額計(jì)算,中國(guó)LED芯片企業(yè)前10名排名如下:
從中國(guó)前10名LED芯片企業(yè)看,2009年前7名企業(yè)LED外延芯片的銷售都超過(guò)了1億元人民幣,前5名的銷售額都超過(guò)了1.5億元人民幣。
LED產(chǎn)業(yè)鏈大致可分為五部分:原材料、LED上游產(chǎn)業(yè)、LED中游產(chǎn)業(yè)、LED下游產(chǎn)業(yè)、測(cè)試儀器和生產(chǎn)設(shè)備,
LED發(fā)光材料和器件的原材料包括襯底材料砷化鎵單晶、氮化鋁單晶等。它們大部分是III—V族化合物半導(dǎo)體單晶,生產(chǎn)工藝比較成熟,其他材料還有金屬高純鎵。原材料的純度一般都要在6N以上。
LED上游產(chǎn)業(yè)主要是指LED發(fā)光材料外延制造和芯片制造。由于外延工藝的高度發(fā)展,器件的主要結(jié)構(gòu)如發(fā)光層、限制層、緩沖層、反射層等均已在外延工序中完成,芯片制造主要是做正、負(fù)電極和完成分割檢測(cè)。
LED中游產(chǎn)業(yè)是指LED器件封裝產(chǎn)業(yè)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,LED封裝產(chǎn)業(yè)與其他半導(dǎo)體器件封裝產(chǎn)業(yè)不同,它可以根據(jù)用于現(xiàn)實(shí)、照明、通信等不同場(chǎng)合,封裝出不同顏色、不同形狀的品種繁多的LED發(fā)光器件。
LED下游產(chǎn)業(yè)是指應(yīng)用LED顯示或照明器件后形成的產(chǎn)業(yè)。就LED應(yīng)用來(lái)講,面應(yīng)該更廣,還應(yīng)包括那些在家電、儀表、輕工業(yè)產(chǎn)品中的信息顯示,但這些不足以支撐LED下游產(chǎn)業(yè)。其中主要的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)有LED顯示屏、LED交通信號(hào)燈、太陽(yáng)能電池LED航標(biāo)燈、液晶背光源、LED車燈、LED景觀燈飾、 LED特殊照明等。
測(cè)試儀器主要有:外延材料方面的射線雙晶衍射儀、熒光譜儀、盧瑟福背散射溝道譜儀等芯片、器件測(cè)試儀器方面的 LED光電特性測(cè)試儀、光譜分析儀等。主要的測(cè)試參數(shù)有正反向電壓、電流特性、法相光強(qiáng)、光強(qiáng)分布、光通量、峰值波長(zhǎng)、主波長(zhǎng)、色坐標(biāo)、顯色指數(shù)。
生產(chǎn)設(shè)備包括了MOCVD設(shè)備、液相外鍍爐、光刻機(jī)、劃片機(jī)、全自動(dòng)固晶機(jī)、金絲球焊機(jī)、硅鋁絲超聲壓焊機(jī)、灌膠機(jī)、真空烘箱、芯片計(jì)數(shù)儀、芯片檢測(cè)儀、倒膜機(jī)、光色點(diǎn)全自動(dòng)分選機(jī)等
這些不同類型的企業(yè)及其產(chǎn)品,只要對(duì)應(yīng)一下就很容易分辨,尤其是在展會(huì)上,參加過(guò)半導(dǎo)體或者是光博會(huì)的同事可能更有直接的印象,在展會(huì)上只要稍加留意很容易就可以區(qū)分這些企業(yè)和產(chǎn)品了,下面是LED產(chǎn)業(yè)的制造過(guò)程圖,我們可以把不同的企業(yè)和產(chǎn)品,跟圖表對(duì)應(yīng)一下,就很容易明白LED行業(yè)的一些基本情況了。
從目前我們了解的情況來(lái)看我們客戶主要是集中在LED上、中游的企業(yè),主要是襯底加工企業(yè)和芯片制造企業(yè),具體應(yīng)用就是在外延片生長(zhǎng)前襯底的研磨拋光和芯片制造過(guò)程的磨片階段。
1、外延片生長(zhǎng)前襯底的研磨拋光
我們接觸的最終使用客戶(主要聚晶微粉相關(guān)客戶)部分是藍(lán)寶石襯底加工的企業(yè),首先,我們要先了解下藍(lán)寶石襯底,1993年,日本科學(xué)家中村修二在 GaN基片上研制出第一只藍(lán)色發(fā)光二極管,實(shí)現(xiàn)了高亮發(fā)光并間接實(shí)現(xiàn)了白光,從此成為應(yīng)用最廣泛的發(fā)光半導(dǎo)體材料。能夠用于GaN的襯底材料主要有藍(lán)寶石 (Al2O3)、SiC、Si、ZnO、GaN,但只有前兩種得到了較大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用,且能夠提供產(chǎn)品的企業(yè)極少。一直以來(lái),日本日亞公司壟斷了大部分藍(lán)寶石襯底的供應(yīng),而美國(guó)Cree公司則是唯一能夠提供商用SiC襯底的企業(yè)。用Si作為襯底生長(zhǎng)GaN基LED是業(yè)界寄予厚望的一個(gè)技術(shù)路徑,但因?yàn)榇嬖诓牧鲜湟瘕斄?、發(fā)光效率低、工作電壓高、可靠性差等諸多難以克服的困難,一直沒有得到真正的商業(yè)化。藍(lán)寶石是目前主流的襯底材料,但其硬度很高 (僅次于金剛石),加工過(guò)程中鉆取、切割、研磨的工藝難度大、效率很低,且因藍(lán)寶石襯底片要求表面光潔度在納米級(jí)以上,研磨尤其困難。
以上就決定了,在半導(dǎo)體照明尤其是白光LED迅速發(fā)展時(shí),藍(lán)寶石襯底材料用量的巨大增加,同時(shí)決定了在藍(lán)寶石粗拋方面有較大優(yōu)勢(shì)的聚晶類產(chǎn)品的暢銷。
藍(lán)寶石襯底的加工工序一般包括:晶格定向切割外徑研磨(多用砂輪,可能會(huì)用到金剛石微粉);切片(線鋸或切割片);倒角(砂輪);研磨(一道或多道,多用聚晶微粉,根據(jù)最終襯底研磨要求6um、3um、1um不等);拋光(二氧化硅拋光液、黑皮拋光墊)。
除了藍(lán)寶石材料以外,GaN藍(lán)光LED襯底還有SiC材料例如中科院物理所天科合達(dá),也需要類似藍(lán)寶石襯底的研拋材料。
另外,除了藍(lán)光LED以外還有GaAs紅光、GaP綠光LED,他們的襯底材料分別是GaAs和GaP,這些襯底材料相對(duì)于藍(lán)寶石更容易加工,一般使用氧化鋁微粉研磨、二氧化硅拋光液拋光和拋光墊,即可。
2、芯片制造過(guò)程的磨片工序
GaN藍(lán)光LED芯片(微觀結(jié)構(gòu)示意圖如下)在布線檢測(cè)結(jié)束以后,為了解決藍(lán)寶石的散熱問題,同時(shí)也為了方便劃片,需要一個(gè)磨片的工序,就是將藍(lán)寶石襯底的厚度減薄,厚度從450um左右減至100um左右
這就我們常說(shuō)的LED芯片背面減薄,磨片主要有兩步:先在橫向減薄機(jī)上,用50-70um的砂輪研磨磨去300um左右的厚度;再使用拋光機(jī)(秀和、NTS、WEC等)針對(duì)不同的研磨盤(錫/銅盤),采用合適的金剛石拋光液(水/油性)對(duì)芯片背面拋光,去除損20um左右的損傷層,即完成了磨片的工作。也有個(gè)別要求較高芯片產(chǎn)品還會(huì)用二氧化硅拋光液再進(jìn)行精細(xì)拋光。
以上就是我對(duì)LED行業(yè)的簡(jiǎn)單介紹,希望能對(duì)公司同事們了解我們產(chǎn)品應(yīng)用以及客戶背景有一定幫助,進(jìn)而對(duì)各位的工作開展給予一定的幫助。我了解的東西也比較少、比較淺,希望我們?cè)谝院蟮墓ぷ髦?,加?qiáng)溝通,共同學(xué)習(xí),互通有無(wú),相互協(xié)助,一起打開LED市場(chǎng)的大門。