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1、半导体照明产业技术路线图实践,中国科学技术发展战略研究院2009年3月,半导体照明产业技术路线图实践,产业技术路线图理论半导体照明产业技术路线图实践 作用与启示,技术路线图,定义 综合若干权威机构和专家的概念和描述， 技术路线图的定义应该是：技术路线图是通过时间序列系统描述技术创新过程中技术、产品和市场的互动关系，研究技术创新方向和产业竞争态势，确定影响未来主导产品（产业）的关键技术及其发展路径，为科学制定研发计划、有效组织产品研发、合理配置创新资源提供支撑。 到目前为止，技术路线图已经成为一些发达国家的技术前瞻、研发和管理中的一个基本工具。,技术路线图的分类,从技术路线图的开发目的来看，可分
2、为：产品规划、项目规划、战略规划从技术路线图的开发主体来看，可分为：企业技术路线图、产业技术路线图、国家技术路线图从技术路线图的格式来看，可分为：多层次型、表格型、流程型、文本型等,产业技术路线图,定义 产业技术路线图是以需求为出发点，通过联合企业、大学、研究机构和政府等技术创新主体，对产业技术及其变动因素作出判断，确认产业的技术需求，选择技术发展路径和发展重点，指出技术、产品和服务以及未来市场之间的互动关系，以提高决策的科学性。,产业技术路线图,要素 关于产业技术路线图要素，没有统一标准，根据制定主体、目的，设计不同要素。各种类型技术路线图的要素一般为35个。 四要素：时间、技术、产品或流程
3、、市场。,产业技术路线图的架构,技术层面确定产业技术分类体系和产业发展的关键技术 产品/流程层面分析不同时段市场中可能出现的主要产品，确定产品的主要特性 产业层面明确产业发展不同时段的远景目标和需求,产业技术路线图的架构,制定技术路线图的基本方法,技术路线图的制定可分为三个阶段： 1、准备阶段 2、开发阶段 3、修订阶段这是一套适合产业或大企业开发技术路线图的方法。,制定技术路线图的基本方法,满足必要条件,组建核心团队，确定参与者,明确产业目标和主导产品,确定关键特性和目标,形成技术路线图报告,分析评价并推荐需要研发的关键技术,确定主要技术领域,确定备选技术,评价技术路线图,提出实施计划,技术
4、路线图更新,确定技术路线图的范围、边界和时间,启动阶段,修订阶段,开发阶段,国外实践和经验,技术路线图始于美国汽车行业。20世纪70年代后期，摩托罗拉与康宁等企业开始在企业层面采用技术路线图方法进行产品规划和企业管理。之后，美国、加拿大、英国等国家开始绘制产业层面的技术路线图，如美国的国际半导体技术发展路线图，在行业内产生了深远影响。韩国等国家还开展了国家技术路线图研究，为科技发展规划和国家战略政策的制定提供支撑。,国外实践和经验,各国政府在制定技术路线图中发挥着重要作用1999年，美国白宫科技政策办公室要求各产业制定技术路线图以改进政府R&D资金的配置，提高产业的制造能力和竞争力。加拿大工业
5、部把制定产业技术路线图作为己任，把它作为提高产业竞争力的重要工具。日本经济产业省已经制定了三期“战略技术路线图”。,半导体照明产业技术路线图的实践,(一)背景(二)实践,(一)背景,1、我国产业技术创新存在的问题目前我国产业技术创新中，产业技术水平和组织协调能力同我国经济社会发展的要求还有许多不相适应的地方，主要表现在：一是关键技术自给率低，自主创新能力不强，产业技术的一些关键领域存在着较大的对外技术依赖，不少高技术含量和高附加值产品主要依赖进口;二是我国的产业技术创新过程存在着技术创新与市场需求、产业需求相脱节，技术的创新过程被线型分割，使得技术发明与技术创新环节无法有效衔接。企业、研究机构
6、、大学各创新主体彼此分离，创新链断裂，每个单位从研究到产业，一切从头做到尾，造成创新效率低下;,(一)背景,三是科技资源过于分散，科技支撑条件、资源的整合与社会共享不足，资源利用率较低。因此，提升我国产业自主创新能力，就是要构建以企业为主体，产学研相结合的技术创新体系，共同研发产业关键技术。从产业技术路线图的作用和功能看，制定产业技术路线图对于现阶段我国产业关键技术研发、产业创新链的构建、平衡产业研发的投资和政府决策方面将发挥积极作用，从而有利于构建我国技术创新体系，提升产业自主创新能力。,(一)背景,2. 目前科技管理中存在的问题一是项目论证合理性。目前项目的选择主要以开510个专家的小型专
7、家会确定，管理专家质疑是否选择其他几个专家结果是否会有不同。美国半导体协会集成了全球800多名业内专家对半导体技术发展进行了研究，制定了半导体技术路线图，具有论证的广泛性和科学性。二是既有技术研发论证只告诉管理部门唯一技术路径，由于缺乏技术路径的优劣比较，管理专家或领导人质疑是否有其他更好的技术路径。,(一)背景,三是目前科技项目安排只注重单项技术突破，而以产品为对象的技术集成相对较弱。这成为管理部门寻求突破的一个重要问题。因此，科技决策的管理专家，这些管理专家非技术专家，他们一直在考虑有没有办法在技术专家支持下做出科学的决策。从这个角度出发，希望探索一套产业技术路线图方法试图解决科技管理中的
8、困惑。,（二）半导体照明产业技术路线图的实践,根据科技部的部署，中国科学技术发展战略研究院组织开展了“产业技术路线图研究”，并以“中国半导体照明产业技术路线图研究”为例，探索一套适合我国国情的技术路线图制定的方法和流程。按照技术路线图的制定流程，战略研究院和中国半导体照明产业联盟（相当于行业协会）联合开展研究。确定了研究方案，成立了总体研究组、技术研究组、产业研究组。,研究思路,本次研究围绕“技术产品产业”为主要思路。选择以半导体照明器件发光效率为主线、兼顾成本和寿命，确定发展目标和发展道路。以器件为主轴，向上延伸到照明产品，向下延伸到技术。,器件,半导体照明研究模型,发光效率,使用寿命,应用
9、成本,研究主要内容,（一）产业和技术发展现状与趋势分析（二）技术经济分析（三）产业技术分类体系和产品特性研究（四）知识产权分析研究（五）技术清单、主导产品清单和指标体系研究（六）调查、访谈座谈及分析研究（七）政策分析研究 (八)产业技术路线图和研发计划研究,（一）产业和技术发展现状与趋势研究,通过文献调研、会议研讨等方式，完成半导体照明产业及其技术发展现状以及到2020年发展趋势，形成未来产业技术发展的趋势判断和初步结论。通过现状和趋势分析，明确了技术路线图的范围，为后面未来发展的主要产品和关键技术提供依据。,（一）产业和技术发展现状与趋势研究,国内半导体照明四大区域主要特点,（一）产业和技术
10、发展现状与趋势研究,中国高亮LED市场发展预测,“十一五”半导体照明重大项目在技术全图中的分布,（二）技术经济分析研究,通过情景分析确定未来市场中产业发展的目标和主要产品，了解未来的市场需求，通过SWOT（即未来产业发展所面临的优势、劣势、机遇和威胁 ），修正我国半导体照明发展的产业目标和主要产品。目的就是要提出未来产业及技术发展的目标，为确定不同时段研发关键技术提供支撑。,国内LED行业SWOT分析,我国LED产业应对策略,（三）产业技术分类体系和产品特性研究,根据上面的研究模型，我们主要开展了下面三个方面的研究： 1. 产业技术分类体系研究。根据产业技术的特征，归纳了三种技术领域分类，通过
11、专家研讨，根据我国产业发展的需要，确定从技术到应用对我国半导体照明产业技术进行分类，具体分为四类：（1）材料外延和装备（2）芯片制备（3）封装工艺（4）应用集成,（三）产业技术分类体系和产品特性研究,2. 开展了技术全景图研究。目的有三个： 一是使参与研究的人员对整个产业技术有一个全面的了解，对一些基本问题形成共识； 二是为知识产权分析和寻找我国发展的技术路经提供基础，找出不同领域和不同路径下的关键技术； 三是为分析国家科技计划的布署和调查关键技术的分布做准备，解决管理过程中的信息不对称，为后面制定产业路线图提供基础。,技术全图,（三）产业技术分类体系和产品特性研究,3. 未来主要产品特性研究
12、。研究包括两个方面： 一是产品的选择。由于半导体照明产业的特殊性，课题组选择了产业中的中间产品器件。 二是产品特性分析。由于产品最终实现是市场，因此，影响产品的主要因素有技术因素和市场因素。通过对市场和技术因素的分析，结合调查和专家研讨，最后确定了“发光效率、寿命、成本”三个产品主要特性。,（四）知识产权分析,目的是分析我国发展半导体照明产业将遇到知识产权方面的制约和挑战，以及我国可能的机遇，最终为找出我国需要突破的主要核心技术提供依据。根据半导体照明产业技术分类体系和技术全景图，我们对领域进行细分。例如：材料外延技术与装备包括GaN、SiC、Ai2O3、Si、AiN、ZnO、MgO及复合衬底
13、等衬底材料及外延技术等 。,（四）知识产权分析,半导体照明产业技术体系整体框架,（四）知识产权分析研究,LED外延技术,（四）知识产权分析研究,专利总量分析专利国别与特点专利企业（机构）分析重要国外专利公司（机构）特点分析中国重要专利企业（机构）特点分析核心专利分析专利地图专利总量分布专利的技术重点与国别分布核心专利分布,（四）知识产权分析,检索到国内申请专利5071项，通过专家判断和筛选，找出有效专利2733项。,Ai2O3、SiC、GaN、ZnO衬底材料专利及核心专利分布,半导体照明产业相关专利总体分布,半导体照明产业相关专利分布（按国别、技术领域）,Ai2O3、SiC、GaN、ZnO等衬
14、底材料专利、核心专利分布,分析结论,1、材料外延与装备、芯片制备、封装材料、工艺技术与装备是目前专利争夺的重点，而系统集成技术及应用专利较少。2、MOCVD系统及功率型LED白光技术国外专利较多。3、目前，衬底材料专利主要集中于蓝宝石（Al2O3）为主的材料，GaN、SiC、ZnO等衬底材料的专利相当较少。4、金属键合剥离技术、键合技术、倒装芯片技术、表明粗化技术、LED衬底材料技术等上游技术，发达国家跨国公司和知名厂商通过专利加紧了争夺。5、中国在封装材料、工艺技术方面的专利处于主导地位，我国企业在该领域将大有可为。6、芯片制备专利主要以日本、中国、美国、韩国等国家为主，中国占据了一定的份额
15、。从国外主要半导体照明知名企业在中国的专利情况看，Cree、Lumileds、Toyoda Gosei、Osram等国际知名公司还没有足够关注中国市场，当前我国具有较大的发展空间。,（五）主导产品和关键技术分析,1、技术和产品的指标研究2、主导产品分析3、关键技术分析4、技术和主导产品的关联分析5、关键技术专利分析,（五）主导产品和关键技术分析,这一部分是技术路线图研究与制定的核心，主要采用文献调研、问卷调查、专家研讨等方式开展研究。其中问卷调查共发放问卷57份，结果如下：根据反馈情况，来自企业、研究机构、高校的专家比例分别为62%、31%、7%。,1、技术和产品的指标研究,根据产品特性、技术
16、因素、时间因素、国内基础、研发方式等多种要素的分析，确定所要调查的11项技术和产品指标，这些技术和产品指标通过产品特性形成有机的联系。通过这些指标对确定的关键技术和主要产品进行问卷调查。这些要素也是未来绘制技术路线图的基本要素。,1、技术和产品的指标研究,技术方面，主要涉及该技术对产业的重要性、我国的研发基础、技术发展途径、该技术对器件发光效率（单位lm/w）的作用及其实现时间、该技术发展受到的专利制约5项指标。 器件层面，主要涉及不同时间预期实现的发光效率、寿命、成本三项指标。产品层面，涉及产业发展中“道路照明、大尺寸背光源、汽车照明、通用照明”四种主要产品的“首次应用时间、大规模商业化应用
17、时间、所需LED的发光效率”三项指标。,2、主导产品分析,产品的器件目标,专家对半导体照明器件预期实现发光效率的判断（专家比例：）,半导体照明器件预期寿命（单位：kh）,半导体照明器件成本（单位：元/1000lm）,半导体照明产品首次市场应用和大规模应用时间表（年）,产品市场规模分析,3、关键技术分析,采用文献调研、问卷调查、专家研讨等方式，收集到国内外产业发展主要技术，在考虑到技术发展的延续性、产业及其技术国际竞争特点、技术的实现时间、技术对未来主导产品的贡献等要素，已收集产业发展关键技术102项进行分析、归纳整理，凝练成37项。具体分布如下：,合计,37项技术在技术全图中的分布,对器件发光
18、效率达到70100 lm/w比较重要的技术及其实现时间,对器件发光效率达到70100 lm/w比较重要的技术及其实现时间,对器件发光效率达到150200 lm/w比较重要的技术及其实现时间,4、技术和主导产品的关联分析,专家对半导体照明器件预期实现发光效率的判断（专家比例：）,专家对半导体照明产品所需器件发光效率的判断（专家比例：）,5、关键技术专利分析,通过收集的专利数据，对调查的关键技术的知识产权情况进行了更深入的分析。如材料外延技术与装备领域，主要涉及GaAs、Al2O3、SiC、Si、ZnO等衬底材料与外延材料，及其MOCVD系统（包括MO源、高纯NH3气等）相关制备装备技术。LED产
19、业技术路线图中，此领域所需要重点发展的关键技术包括6项技术，具体如下：提高内量子效率和出光效率的外延生长技术图形化衬底外延技术AlGaInP四元系材料外延MOCVD装备国产化关键技术金属有机源及高纯氨气产业化技术开发非蓝宝石衬底外延技术,材料外延与装备领域关键技术专利制约分布图,材料外延与装备领域关键技术专利分析结论,MOCVD系统的技术的专利主要被发达国家（德国、美国等）所掌握，对中国形成专利技术壁垒；Al2O3与SiC衬底材料的专利受到的制约也相对较大，但是ZnO、Si等衬底材料的专利制约较小，存在较大的发展空间，为未来衬底材料的突破提供了可能性。,技术路线图,（六）发展路径选择和技术发展
20、重点,1.衬底材料技术路径 当前衬底材料是多路径发展趋势。 蓝宝石是当前的主流技术，但是一个过渡性技术，未来35年将被其他材料取代。 未来主要技术方向可能是GaN和Si衬底。目前，GaN正处于研发的前沿，各国都存在一定的发展机会。硅衬底我国具有较好的研发基础，知识产权制约小，并具有成本低的优势，可能成为我国半导体照明产业发展的一个机会。我国半导体照明应主要以GaN衬底和Si衬底的技术研发为重点，兼顾氧化锌等衬底材料的研发。,（六）发展路径选择和技术发展重点,2. 核心装备的技术路径MOCVD装备是提升产业竞争能力的核心，我国MOCVD装备需求将大量增长。国内基础差，自主研发可能性不大；我国研发
21、能力不足，联合开发的可能性几乎没有。因此，MOCVD装备的研发只能走引进消化吸收再创新的道路。路径：通过引进消化吸收再创新，攻克核心技术，形成自己的知识产权，实现MOCVD装备的国产化，并力争未来5年左右时间形成MOCVD装备的重大应用。,（六）发展路径选择和技术发展重点,3. 技术发展重点 我国半导体照明产业技术研发的重点应放在上游的、基础性衬底材料和装备技术的研发，主要包括提高以GaN和Si衬底内量子效率和出光效率的外延生长技术、功率型GaN基芯片设计加工技术、MOCVD反应器设计技术、MO源和荧光粉等核心原材料的研制。 同时，也要加强驱动电路的设计、散热技术、封装技术、光学设计等关键应用
22、技术的研发。,作用与启示,（一）作用 表现在两个方面：1. 对产业科技规划编制的作用2. 对科研管理的作用,1. 对产业科技规划编制的作用,第一，找出一系列需求和满足它们的技术方面达成共识。如半导体照明产业未来不同时段可能会出现不同的产品（道路照明、大尺寸背光源、汽车照明、通用照明等），而这些产品需要的主要技术是哪些，通过本次路线图的制定基本上在企业、大学、研究机构之间达成共识。,1. 对产业科技规划编制的作用,第二，明确了关键技术或必须解决的技术差距。如在半导体照明产业中，我国与发达国家在材料外延装备、芯片制备领域存在较大的差距，并提出解决差距的研发重点。,1. 对产业科技规划编制的作用,第
23、三，对产业发展的路径和重点技术的开发达成共识。在路径方面，确定了GaN和Si衬底的发展路径；在装备方面，确定了通过引进消化吸收，然后再集成创新的发展路径。第四，加强了企业、大学、研究机构之间的合作和交流。通过路线图的制定解决了产业科技规划中未来的技术发展路径、研发重点以及应用之间的关系。,2. 对科研管理的作用,第一，通过路线图的制定，使管理部门有了产业技术发展的比较完全的信息。通过项目技术全景图的绘制，管理部门可以对不同技术路径的优劣加以区分，选择恰当的关键技术路径。第二，通过专利地图的绘制，管理部门对产业知识产权和专利分布有了比较清晰的了解，对未来关键技术研发和产业化可能面临的知识产权障碍
24、有一个比较明确的判断。,2. 对科研管理的作用,第三，通过路线图中关键技术研发的时序分析，管理部门可以明确自己支持的重点、支持的方式以及什么时候对其进行支持。第四，通过技术和产品、产业、市场之间的关联分析，管理部门可以明确支持目标实现的可能性以及未来的经济社会价值。,作用与启示,（二）启示有两个方面：1.对产业路线图制定的思考2.对改善国家科技管理的思考,1.对产业路线图制定的思考,第一， 产业技术路线图的制定要有一个好的团队。团队结构要合理，必须有包括企业、大学、研究机构、政府等技术创新主体的广泛参与，充分反映各自的需求，为以后的合作打下基础。第二， 产业技术路线图的制定要有一个好的研究模型
25、。产业技术路线图根据产业发展的不同阶段可以分为问题导向、需求导向和技术突变三类，不同类型路线图的研究模式是不同的。第三， 产业技术路线图的制定要找准市场或产业中的产品、问题等特性。影响产品、问题的特性有很多，但要通过多种分析方法找出一定时段内发挥作用的主要特性。,2.对改善国家科技管理的思考,第一，应用产业技术路线图的制定方法编制国家科技计划。 利用产业技术路线图的理念和方法编制领域技术路线图，确定各技术领域未来一段时期的目标、任务和需要解决的问题，明确不同时段的研发重点和投资结构。国家各科技计划可以根据各自的定位和功能，结合领域技术路线图的研发重点编制计划，实现目标、任务和项目的紧密结合，改
26、进科技计划编制和后期管理。例如，863计划选择领域内超前的研发重点，而支撑计划选择当前急需解决的领域研发重点。这样，可以实现各计划之间研发重点的系统考虑，最终实现各计划研发任务的衔接和高效成果转化。,2.对改善国家科技管理的思考,第二. 以产业技术路线图为工具改善国家重大科技项目立项评审。 通过产业技术路线图的制定，政府可以全面掌握产业发展中哪些技术是政府应该支持，以及采取哪些更有效的手段支持这些研发重点。这样，政府在进行规划和决策时，可以比较准确地明确产业发展目标、战略任务、政府支持的发展重点及其相互关系，使政府管理决策与产业发展更紧密结合起来。同时，也可以将产业技术路线图的方法运用到国家科技计划中的重大项目论证，确定不同时段重大项目的研发目标和研发任务，提高重大项目管理和决策的科学化。,谢谢！,
