半导体光器件与照明工程技术研究中心建设项目可行性分析研究报告.doc

半导体光器件与照明工程技术研究中心建设项目可行性分析研究报告.doc

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XX省半导体光器件与照明工程技术研究中心

建设项目可行性研究报告

项目名称XX省半导体光器件与照明工程技术研究中心

依托单位XXXX光电有限公司

联系人电话

主管部门XX市科学技术局

填报时间2012年3月

XX省科学技术厅

目录

基本情况3

项目组建的必要性5

项目组建的可行性16

项目的主要目标和任务34

项目实施计划38

一基本情况

XX省半导体光器件与照明工程技术研究中心计划以XX市半导体光器件与照明工程技术研究中心为基础以XXXX光电有限公司为依托单位组建工程技术研究中心主要从事各种功率类型各种发光波长的单色光和混合光LED器件的封装技术研究分析与产业化技术应用同时在大功率LED应用于半导体照明的领域半导体照明与太阳能和风能结合应用的领域作深入研究

半导体光器件与照明工程技术研究中心依托于XXXX光电有限公司共建合作单位是中国电子科技集团第13研究所试验中心国家半导体器件质量监督检验中心并将与省内外有关高校和科研机构展开长期的工程化协作与技术交流

XXXX光电有限公司从1992年主要从事各种波长的LED半导体发光器件和光传感元件LED绿色照明光源LED信息显示部件等产品的开发生产至今积累了十年的专业经验通过近年来在新品技改方面的高强度投入公司在LED封装器件的序列化生产能力方面代表国内的最高水平是目前国内规模最大综合效益最好的LED封装器件专业制造企业装备产品达到国际先进水平产品销往日本美国德国法国意大利西班牙韩国等世界各地是施耐德电气通用汽车沃尔玛等500强企业的优秀合作伙伴92居全国400余家同行业企业之首公司还于2005年被认定为国家级重点高新技术企业是国家首批规划的100个国家级中心之一主要承担国家重点发展的微电子光电子技术研究和新产品的开发现主要从事半导体器件集成电路光电器件和相关部件组件小整机的研究开发及生产在光电子微电子量子器件宽禁带半导体等前沿领域不断有新的突破二项目组建的必要性

21该技术领域发展现状和国内外研究进展情况

1中美日欧盟等国纷纷启动半导体照明计划

LEDLightEmittingDiode又称发光二极管其发光原理是将电子转换成光子属于半导体中的直接发光和冷性发光耗电量仅为相同亮度白炽灯的约18寿命长达10万小时以上加上反应速度快体积小适合量产和二次装配故符合轻薄短小及高可靠性的产品应用趋势已经成为日常生活中不可或缺的重要元件

LED发光颜色丰富目前已形成全色系由于LED发光原理结构等皆与传统灯泡不同依托其固有优点产品可广泛应用于汽车通讯消费性电子及工业仪表等各种不同领域随着人们对此产品的逐渐熟悉应用面日渐扩大已成为信息显示交通特殊照明等方面不可缺的主角而近年提出的对其应用于普通家用照明的半导体照明概念则更是鼓舞人心引发LED产业成为新一轮的关注和投资热点

鉴于半导体照明产业令人鼓舞的发展前景日本美国欧盟韩国等近年来相继推出国家半导体照明计划投入巨资进行研发日本的21世纪照明计划将耗费60亿日元推行半导体照明美国的下一代照明计划时间从2000年-2010年计划投资5亿美元欧盟的彩虹计划在2000年7月启动计划通过欧共体资助推广应用白光LED

在国内国家科技部于2003年6月牵头成立了跨部门跨地区跨行业的国家半导体照明工程协调领导小组提出了我国实施半导体照明工程的总体思路结合制定国家中长期科技发展规划和第十一个科技五年计划研究提出中国半导体照明产业发展的总体战略和实施方案

2蓝芯产业化技术突破带来了LED业发展的春天

LED业的发展并非一帆风顺我们结合我公司1年的从业历程对LED行业进行了深入的分析认为LED业从二十世纪七十年代前后开始发展到现在基本可分为四个阶段

第一个阶段20世纪60年代LED技术出现到1985年左右LED作为一个半导体新产品进入人们视线但也仅仅是作为一种新产品由于其可以发红黄绿光的特点一般是把它作为一种可以为仪器设备家电作配套指示的小范围应用元器件国内当时也开始生产均是一些半导体厂的一个附属产品生产的组织方式也是在半导体器件基础上嫁接的远谈不上专业但其时作为LED业先锋的日本已经有专业生产组织方式并在20世纪80年代前后完成了向台湾的技术输出和产业转移

第二个阶段1985年到20世纪90年代初期1985年日本尼桑公司在一款新型车上应用了LED高位刹车灯其纳秒级的反应速度引起了人们的关注再加上其良好的显色指数人们开始意识到LED可以发挥更大的作用另外随着对LED的逐渐熟悉其普通应用领域也已得到拓展最典型的是当时在一些玩具上的应用当时还有一个很特殊的市场就是欧美国家装饰圣诞树其低压驱动安全的特性切合了圣诞树面向儿童对安全要求更高的特点所以一举取代了原来的霓虹灯并且以此为突破口在其它领域也开始取代这一阶段台湾的LED业发展非常快其中的封装业并且因竞争激烈开始在20世纪90年代初向国内转移以谋求降低成本我公司在1992年的成立就是这一背景的产物国内原始的LED封装业则因技术落后全面退出同时台湾岛内上游的芯片业也开始起步其时台湾在政策上给予了LED业极大的扶持把它作为岛内除计算机与配件业外的第二大制造业重点日美德等国则继续在高端研究上下工夫

第三个阶段20世纪90年代初期到1997年前后这一阶段是LED业比较低谷的一段很多关于LED业的悲观论调也是这一阶段出现的甚至出现夕阳行业的说法究其原因是当时LED业长期在发光颜色的全色化上没有突破三基色中只有红黄没有蓝色导致应用受限而传统市场经过多年发展后市场空间拓宽的余地在缩小1994年前后日本技术的蓝芯片推向市场也没有当时就发挥出效应因采用新技术制蓝芯片成品率非常低导致价格昂贵相当于普通芯片的20倍左右而且一致性很差很多专业人士认为这种技术路线走不通这一阶段国内20世纪90年代初成立的10余家合资厂纷纷倒闭至今XX已是硕果仅存但也有相当部分台资企业因从业经验更丰富国际化视野更宽而通过当时并不成熟的蓝芯技术突破继续看好此市场在1994年1995年前后改以在国内独资的方式发展这个产业在其岛内也有上游的芯片厂家全力冲刺蓝芯技术并在此阶段一举奠定了其后来全球LED产业规模第一的地位

第四个阶段1998年前后至今LED业在30余年历练后尽显峥嵘蓝芯的产业化技术突破带来了LED业发展真正意义上的春天以全色化为基础的配套技术辅助技术新应用技术纷纷推出市场应用进入高速增长这个阶段还有一件值得一提的对全球LED产业发展将产生潜在但却影响深远的事情是对日亚化学关键技术的知识产权突破日本的日亚化学是全球LED业界握有蓝光LED专利权的重量级业者最早运用基于蓝光芯片的荧光粉激发混合白光的工艺研发出不同波长的高亮度LED在其取得蓝色LED生产及电极构造等众多基本专利后坚持不对外提供授权仅采自行生产策略意图独占市场使得蓝光LED价格高昂但各国已具备生产能力的业者对此相当不以为然即使日本本土也有住友电工丰田合成东芝夏普等相当部分同业者认为其策略将使日本在蓝光及白光LED竞争中逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机从而对日本LED产业造成严重伤害本世纪初日亚化学针对德国欧司朗和台湾亿光的侵权诉讼最后以调解和交叉授权的方式收场相当程度上印证了其专利封锁政策的失败这样其实对代表半导体照明未来的全球白光LED产品的产业化市场化是起到了积极的促进作用

3各国LED发展各有专长封装技术是应用的关键

根据LED产品特点业间一般又将LED行业分为上游芯片制造中游封装和下游应用三大部分

在上游LED芯片业技术上日美德领先并在很多专业领域掌握从前到后的专利技术但在产业上基本只做高端产品总体市场份额并不大产业规模上台湾领先目前LED外延和芯片产量约占全球70以上国内刚起步虽然有几家公司在AlGaInPLED的材料外延和芯片制造产业化方面取得了一些进展能小批量提供外延片和芯片但总产量很少而且绝大部分是进口外延做切割

在中游LED封装业技术上大抵同芯片业但在该领域日本的技术封锁政策已遭突破产业规模上台湾占优势国内也已有相当规模大小LED封装厂家超过400家产业化能力较强而且因大部分具一定规模的台资企业均在国内设厂从而带来了技术和人才的本地化所以国内的产业技术也基本与国际先进水平保持同步差距在于产业过于分散没有形成产业技术人才的集聚优势

在下游LED应用业因国内持续温的城市建设市场拉动国内LED应用市场目前是全球最大规模的市场而且绝大部分是本土企业的自有市场但最大的问题是市场较混乱恶性竞争的现象非常普遍目前国内企业数量超过1000家绝大部分投资规模较小由于缺乏必要的技术基础和质量控制手段产品主要以低价竞争产品附加值低缺乏国际市场竞争力

业间公认LED业的未来发展将继续以高亮度和微型化为主线因为高亮度代表取代普通照明的半导体照明技术发展进一步的微型化则为适合更广泛领域的应用服务目前很多的特殊场合照明应用是通过封装微型化后的多器件组合来实现所以封装微型化仍然是实现特殊照明乃至普通照明的重要途径之一

通过以上的分析也可以看出从推广应用和产业规模发展的角度讲中游的封装业作用非常关键因为

①上游的芯片业尽管技术很集中但相对而言变数也最大专业要求非常高技术路线各不相同

②下游的应用则又体现出很大程度的多样化技术上并不以LED专有技术为重点而是要结合到电路光学设计控制系统等方面去

③封装是一个把高技术的LED芯片通过特定工艺技术转化为可简单应用的元器件的过程形象点说就是担负着把LED化繁为简的责任然后直接面向终端消费品的应用从这个意义上讲封装技术不一定能代表LED的未来技术目标但封装产业能代表的未来应用目标RGB三基色技术和大功率白光技术是当前半导体光器件与照明应用研究的热点也是最主要的难点所在

RGB三色LED的有效选择与匹配以构成高显色指数的白光及对混色光的光色动态调校技术研究很重要因为RGB三色组合作为在技术上最单纯的白光实现方法却迟迟无法商业化最主要的原因就在于RGB三色LED的半导体材质彼此差异极大具体表现为驱动电压相差大三色发光波长半幅值狭窄及个别单色LED的劣化将导致发光色不纯或不均匀

其次良好的散热设计是封装技术的重要课题都必须在极小的封装中处理极高的热量若除了各种封装材料会因为彼此间膨胀系数的不同而有产品可靠度的问题外的发光效能也会随着温度的上升而明显下降并造成寿命缩短YAG荧光粉的白光封装技术是目前较成熟的技术但是利用这样方法封装出来的白光有几个严重的问题迟迟无法解决YAG荧光粉相关白光的专利而日亚公司对于专利是采取寡占市场的态度因此对于利用蓝光芯片配合黄光荧光粉生产白光的厂商都而利用蓝光芯片配上黄光荧光粉的白光LED技术更有白光色温偏高演色性偏低等问题因此开发一个效果更好且没有专利问题的技术是重大课题UVLED配上三色RGB荧光粉提供了另一个方向其方法主要是利用实际上不参与配出白光的UVLED激发红绿蓝三色荧光粉通过三色荧光粉发出的三色光配成白光这样的方法因为UVLED不实际参与白光的配色因此UVLED波长与强度的波动对于配出的白光而言不会特别的敏感并可通过各色荧光粉的选择及配比调制出可接受色温及演色性的白光而在专利方面利用UVLED＋RGB荧光粉相关的研发仍有相当的发挥空间但是这样的技术虽然有种种的优点但是UVLED结合国内产业各环节的实际再借鉴台湾的发展模式本项目LED器件封装对于提升我国产业地位进而向上下游延伸和发展具有重大作用和意义

1发展LED封装是我国业发展的突破点

LED业的发展在技术上寄希望于上游在产业推广上寄希望于中游封装我国发展LED封装是突破点

在上游尽管有相当部分科研类的论文很乐观的认为国内的LED晶片技术