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1、 江苏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： 江苏省半导体光器件与照明工程技术研究中心 依托单位： 江苏稳润光电有限公司 联 系 人： 电话： 主管部门： 镇江市科学技术局 填报时间： 2007年3月22日 江苏省科学技术厅目 录一、 基本情况3二、 项目组建的必要性5三、 项目组建的可行性16四、 项目的主要目标和任务34五、 项目实施计划38一、基本情况江苏省半导体光器件与照明工程技术研究中心计划以镇江市半导体光器件与照明工程技术研究中心为基础，以江苏稳润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
2、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江苏稳润光电有限公司，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。江苏稳润光电有限公司从1992年开始引进国际先进水平的台湾LED封装产业化技术，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、LED半导体照明等产品的开发生产，至今已积累了十五年的专业经验。特别在2002年完成改制
3、后，公司集聚力量致力于对自有市场的开发和新技术的跟进，充分发挥出自身在LED封装领域管理良好、工艺成熟、基础人才队伍较为扎实的优势，企业进入良性发展的快车道，经营业绩连年实现翻番式的增长，迅速成长为国内同行业的龙头企业。公司目前注册资本4000万元，到2006年末，公司总投资规模、年营销规模均已突破2亿元，而“稳润光电”品牌产品的销售则已突破3亿元。沿袭公司创立时以外资企业管理为基础建立的严谨管理体制，及历经15年之久市场风雨的考验和磨练，公司的管理和技术团队积累了丰富的专业经验，核心团队掌握了LED封装领域国际先进水平的研发和产业转化技术。通过近年来在新品、技改方面的高强度投入，公司在LED
4、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，装备和产品均达到国际先进水平，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、欧司朗等全球500强企业的优秀合作伙伴。2006年国内市场占有率约9.2%，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，“稳润光电”品牌产品获评为“江苏省名牌产品”。自2002年完成改制以来，企业在焕发新生、取得高速发展的同时，一方面致力于以LED封装为主业做大做强做全以提升企业自身的核心竞争力，另一方面高度关注并积极投身于
5、半导体照明产业的发展，凭借在该领域较为突出的综合实力，承担了半导体光器件与照明应用领域一系列的国家级和省级重点项目。本工程技术研究中心将联合中国电子科技集团第13研究所试验中心（该中心同时为我国“国家半导体器件质量监督检验中心”）为共建合作单位，该中心是国家首批规划的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。我公司自2001年以来就与该中心、及以该中心为平台与第13研究所的数位资深专家开展了全方位的合作，
6、该中心也作为最重要的技术支撑单位参与了我公司一系列国家级、省级重点科技项目的实施。项目建设地址在位于镇江市丁卯开发区纬一路的稳润光电新厂区内的研发中心大楼。我公司新厂区总占地75亩，建筑面积26000平方米，已于2006年末正式启用。其中的研发中心大楼为三层楼结构，建筑面积约2700平方米。二、项目组建的必要性2.1 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作为半导体光器件发展最重要的终极目标之一半导体照明的光源核心部分还是LED，LED(Light Emitting Diode)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
7、和冷性发光，耗电量仅为相同亮度白炽灯的约1/8，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
8、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，并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
9、业的发展并非一帆风顺，我们结合我公司15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
10、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
11、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，其时台湾行政当局在政策上给予了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
12、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（至今稳润已是硕果仅存）。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
13、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
14、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，而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L
15、ED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AlGaInP LED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，而且因大部分具有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：因国内持续升温的城市建设市场
16、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及扩大半导体照明的适合应用领域，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，所以封装微型化也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
17、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：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；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；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，LED封装技术不一定能代表LED的未来技术目标，但LED封装产业能代表半导体照明产业的未来应用目标。2.2 本领域存在的主要问题尽管我国在半导体光器件和
18、半导体照明的科研、产业化方面有了很大的进展，取得了显著的成绩，但存在的问题也比较突出：（1）科研资源分散新型LED光源作为高新技术产品，要想实现从实验室的技术突破到产业化的市场应用，必须在该领域的技术研究与集成、产品研发与工程化应用、产业化技术研究和实施、市场开发等每一个环节上集中足够强大的科研资源，进行重点突破，合成作战，才有可能成熟。（2）技术研究与产业化实施、市场应用的脱节目前我国在新型半导体光源领域的技术研究主要集中在一些科研院所，其科研的目标往往是在通过实验室手段提升技术指标，完成实验室阶段的研发要求与目标。而根据产业化实施、市场应用需求开展的科研项目少之又少，造成市场需要的产品得不
19、到开发，已研制的科研成果得不到及时地转化与应用的局面，技术研究与产业化实施、市场应用的严重脱节。（3）技术集成能力不足由于现在高新技术产品的技术复杂性越来越高，一项满足市场需要的产品往往需要很多交叉学科的技术来支撑，而学科较为单一、工程化经验缺乏、市场开拓能力不足的科研院所，在技术集成能力方面的先天缺陷影响了产品的创新性开发。（4）产业化技术研究的科研投入不足实验室技术和工艺装备往往不能满足规模化生产的要求，要从实验室走向工厂、走向市场的过程中更需要投入大量的资金进行产业化工艺、技术、装备的研究开发和实施验证。目前由于绝大多数企业害怕承担投资风险以及确实存在经济实力等原因，直接影响了科研成果的
20、转化和产业化进程的推进，各级政府应从政策和资金上加大这方面的投入。（5）产业链有待完善我国目前在半导体光器件产业方面的优势主要在下游发光二极管的封装和产品的低端应用上，外延材料和芯片技术基础较差，这反过来也对封装和应用技术的发展形成制约。2.3 该领域当前急需解决的关键技术问题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。R.G.B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R.G.B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R.G.B三色LED的半导体材质彼此差
21、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。因为大功率LED都必须在极小的封装中处理极高的热量，若散热不理想，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，芯片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，同时更高的温度负载还会带来色移问题。面向半导体照明应用的光形设计也是产业化技术中的一个重点，因为LED有与常规灯源完全不同的发光特性，除了本身芯片尺寸极小外，各种LED不同的封装类型也会造成完全不同的发光光形，因此相对于LED照明应用的设计将不能再简单地在光源
22、上套上聚光透镜或是反射镜，而是必须经过更针对性的光学设计。目前,获取白光的途径大约有三种，即光转换型、多量子阱型和多色组合型。为了用光转换型得到白光，日本的日亚化学公司（Nichia）以460nm波长的蓝光芯片涂上一层YAG荧光粉，利用蓝光LED照射此荧光物质以产生与蓝光互补的555nm波长的黄色光，再利用透镜原理将互补的黄光和蓝光混合以得到所需的白光。其次是日本住友电工开发的以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率稍差。再是丰田合成公司（ToyodaGosei）与东芝共同开发的白光LED，他们采用紫外光UV LED与RGB荧光体组合的方式得到白光。多量子阱型是在芯片发光层的生长过程中掺杂不
23、同的杂质以控制结构不同的量子阱,通过不同量子阱发出的多种光子复合直接发出白光。我国台湾有企业在PN结二极管中生长量子阱结构，在特定的参数范围内使量子阱结构发射出不同能量的光子，调变出白光。该方法的优点是可以提高发光效率、降低成本、降低封装及控制电路的难度，但工艺控制过程的技术难度相对较大。虽然说利用蓝光芯片配合黄光YAG荧光粉的白光LED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LED有几个严重的问题迟迟无法解决：首先是均匀度的问题，因为激发黄光荧光粉的蓝光芯片实际上参与白光的配色，因此蓝光芯片发光波长的偏移、强度的变化及荧光粉涂布厚度的改变都会影响白光的均匀度。而每一颗白光L
24、ED的颜色更不尽相同。另一方面，发展此技术的日亚公司拥有大部分相关于蓝光芯片工艺技术与黄光YAG荧光粉相关白光LED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LED的厂商都存在一定风险。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研究的重大课题。UV LED配上三色（R、G、B）荧光粉提供了另一个研究方向。其方法主要是利用实际上不参与配出白光的UV LED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UV LED不实际参与白光的配色，因此
25、UV LED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UV LEDRGB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UV LED光效偏低，且激发效率不高。2.4 项目组建后对我省相关行业的重要意义结合国内半导体光器件与照明产业各环节的实际，再借鉴台湾的发展模式，本项目重点在于对应用于半导体照明的核心LED器件封装研究并着力于产业化转化，对于提升我省乃至我国半导体照明产业地位，进而向上下游延伸和发展具有重大作用和意义。（1）发展LED封装是我省和我国半导体照明产业发展的突破点LE
26、D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。我国发展半导体照明产业，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晶片技术只落后国际最高水平2-3年，理论依据是在1961年国外最早在实验室推出LED晶片后不到三年，我国也在实验室制造出了LED晶片，而且其后国外每一阶段的成果我们也似乎都在不长的时间内紧紧跟上了。在这个问题上，我公司作为目前国内企业中最大的LED晶片采购和使用厂家有着很多实际的体会，这种论断忽视了或者说故意回避了除实验室技术外两个最重要的问题，一是产业化水平的问题，二是国外机构和企业对未产业化的技术做技术储备和保密的问题，这两点其
27、实在LED发展的每一阶段都在印证，从黄、红、绿晶片到蓝晶片到白光技术到SMD技术再到功率管技术等等，技术上落后美国日本、产业化水平落后台湾都有六、七年甚至十年以上的差距。相比之下，国内的中游封装与国外的差距要小得多，原因是目前全球LED封装产业做得最好的是我国的台湾地区，而台湾LED封装企业出于生产成本的考虑从20世纪90年代起就大量的将生产基地设到国内，这样一来实际上我国就成了全球最大的LED封装器件生产基地，也培养了大批的本地LED封装技术人才，加上比较良好的商业交往和同业交流，使得内资的LED封装企业在信息、技术等方面都不落后，差距很大程度上只体现在产业规模和优势整合上。从LED封装突破
28、进而全面发展LED，在国际上有成功范例，同时也是我国发展LED的必由之路。最典型的莫过于台湾岛内的LED产业发展：台湾的芯片企业是在封装产业首先形成规模、形成人才积淀的基础上成功崛起的，这其中有技术、人才、市场培育等等多方面的综合因素。对于我国LED业发展而言，因为上游LED芯片业需要高度专业化和团队化的人才积淀、以及很高的市场风险承受能力；同时下游的应用由于绝大部分技术含量较低或技术侧重点不同，在封装业发展良好的基础上，会有很自然的发展，这其中行业规范倒是一个重点，另外部分关键技术，如面向普通照明的灯具开发和设计，形成一定的自主知识产权也很重要；所以，以发展较成熟的封装产业为基础进而向上游延
29、伸就是最可行的发展思路。国内由于市场经济起步较晚，民用产品的科研投资体制在很大程度上与国外的企业主导不同，让企业做显得实力不足，让政府做则方向很难明确，评估和管理都是问题，所以最终这个问题的最佳解决方式还是市场化运作、政府资助。（2）项目实施有利于我国半导体照明产业发展首先在LED封装方面做大做强国内的封装同类企业已有约400家，产业布局上非常分散。我公司通过近几年的发展，2005年本部实现含税价销售1.5亿元；2006年本部销售2.2亿元，累计各投资分公司业绩和销售代理处增值业绩，总销售业绩近3亿元。这个业绩约占国内本土封装企业（不含国内台商独资企业）总业绩的8%左右，居国内同业首位。但国内
30、LED封装的这种业态，还不足以带来在国内的人才、技术的优势集聚和整合，通过本项目的实施，我公司计划到2010年实现总销售10亿元，封装产品的国内市场占有率提高到15-18%，扩大领先优势，引导新一轮产业整合，这是做大。同时，在封装技术上定位于消化吸收国际最新的产业化技术，如目前实施的白光LED、功率管、SMD功率管、一体化太阳能半导体照明灯生产线等，建设国内规模最大、装备最先进、自动化程度最高、器件序列化程度最好的研发和生产基地，积极参与国际竞争，这是做强。（3）项目实施有利于半导体照明业上游技术和应用技术的发展在做大做强封装的基础上，我们将积极向LED业上下游延伸。在上游芯片方面，公司的策略
31、是分阶段切入，计划在2007年完成第一条芯片切割线的建设（月产50KK），视项目进展再决定是否扩大规模及在何时机进入LED外延生长领域。在下游的应用技术方面，公司近年已取得较好发展，而且获得了国家信息产业部、科技部和江苏省科技厅的数个重大项目立项支持，目前项目进展非常顺利。同时，本项目的实施，将为下游应用行业提供产品，有利于应用行业的发展。江苏省半导体光器件与照明工程技术研究中心的功能就是作为凝聚技术、人才及企业的重要载体，为众多中小企业提供人才培养、产品设计、检测等多方位服务，拉动全省半导体照明产业的发展，提高新产品的研发能力和技术水平，逐步形成具有显著规模效益、成熟的新型工业结构体系。综合
32、而言，本项目的实施对提高半导体照明民族产业在国际上的地位及以一定高度和规模参与全球竞争具有重要意义，并将对我省、我国LED业整个上中下游产业链的协调发展产生深远影响。三、项目组建的可行性3.1 技术可行性九十年代中期以来，氮化镓（GaN）基材料及其合金在材料制备和发光器件制作等方面取得重大技术突破，成了全球半导体研究领域的前沿和热点。目前红、普绿、黄、橙黄等发光二极管的技术已经成熟而且已经产业化，构成全彩色的三原色光分别为RGB（Red、Green、Blue），即纯红光、纯绿光、纯蓝光，而纯绿、纯蓝发光二极管是长期困扰本行业的难题。 蓝色发光二极管制作工艺上可分为三步：（1）发光晶体（上游产品
33、）-氮化镓（GaN）基材料制作；（2）管芯（中游产品）制作；（3）管芯的封装。而从上游产品-氮化镓（GaN）基材料到中游产品-蓝、绿发光二极管LED和激光二极管LD（又称激光器）之间存在着很高的技术壁垒。 国内外都对该领域投入了大量的研究，美国和日本现已掌握生产纯蓝和纯绿光的氮化镓（GaN）基材料的生长工艺。目前只有日本日亚公司Nichia、丰田合成Toyota Gosei、美国克雷Cree、惠普HP、德国西门子Siemens等几家公司生产和销售蓝、绿光LED。亚太地区，韩国三星先进技术研究所最近公布了采用多量子阱技术的高亮度蓝光和绿光LED的开发情况，并预计近期可以面市。台湾许多大的光电公司
34、，如国联、光磊、亿光、李洲、汉光、光宝、光鼎、天如、旭嘉、松下产业等，在原有的成熟下游封装工艺基础上，积极向蓝、绿光LED中游产品领域进军。在我国，氮化镓（GaN）基半导体材料及器件被列为国家863计划项目。我国已在实验室生产出氮化镓（GaN）基蓝色发光材料，目前正在进行产业化生产方面的研究。我国总体在LED产业的发展低于日本、美国和欧洲各国，也没有台湾的发展规模。目前在外延晶片生长方面，我国只能生长很少一部分高亮度的红光和黄光，尽管有几家公司在蓝光LED生产上经过的不少的努力，但还没有形成批量生产。我国最多的厂商是一些小规模的封装公司，接近400家，但往往是为了单一的应用而生产，在产品序列化
35、程度和生产规模上都很欠缺。在封装领域，鉴于LED产品难以取代的优异特性及伴随着近10年以来的技术进步，产业界对LED行业的发展在两个方面寄予厚望，一是特殊照明应用和取代普通照明的半导体照明技术发展，二是进一步的微型化以适合更广泛领域的应用（实际上也包含了拓展半导体照明应用的另一重要实现途径）。基于以上的分析，在我公司制定的发展规划中，研发、技改和扩产项目的实施都是以照明应用和微型化封装为中心，而本项目的建设和实施总体上也是以LED照明应用技术的实现和封装器件的SMD技术为两大主线。按实现的技术路线分，则可以分成四大类别：大功率、高亮度LED（白光为主，包括其它色别）SMD微型化封装技术（其中功
36、率芯片的SMD封装是重点）太阳能半导体照明一体化技术特殊照明灯产品直接封装技术（以信号指示灯为代表）（1）大功率、高亮度LED工艺路线与技术特点实现半导体照明的光源中，最重要、最常用的是白光LED光源，恰恰也是实现难度最大的，白光LED封装又分为普通型和功率型封装。其中功率型的白光封装实际上涵盖了两大技术，一是基于蓝光或紫光LED芯片（在本项目的产业化实施中以蓝光为重点）的荧光粉激发再混合成白光的技术；二是功率型芯片的高散热封装，包括各个色别的功率型LED芯片。这两项技术是LED器件在特定领域率先实现照明技术应用的代表、也是今后取代普通照明的最重要路线，白光LED则是实现半导体照明的核心技术和
37、核心器件。LED发光颜色丰富，目前已形成全色系，但对于一般照明而言,人们更需要白色的LED。在白光技术的实现上，我公司是消化吸收了日本日亚公司的技术，即将InGaN或GaN蓝光LED芯片和钇铝石榴石(YAG)荧光粉封装在一起做成。LED芯片发蓝光(p=465纳米,半宽度30纳米)，YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光，芯片的蓝光和荧光粉的黄光混合在一起形成白光。普通型白光LED分别在GaN和InGaN 两种蓝色芯片上与光致发光荧光粉结合得到，荧光粉的配比与调节涂敷方式、以及在此基础上通过添加红色硫化物调节白光色温是创新之处。产品使用标准引线支架装配GaN或InGaN蓝色芯片，然后同时通过对蓝色
38、芯片的防静电加工和低温压焊，在用高透光率的环氧树脂灌封前，按照所用蓝色芯片的发光波长选用与其匹配的黄磷与适当比例的ML粉（根据用途的不同，对色温值要求低的产品，还将添加含硫化物的红色荧光粉）进行调配后在蓝色芯片上用自主设计研制的旋转式点胶头进行涂敷，通过精确控制对芯片的包封程度，获得色度极佳的白光LED。传统的指示灯型LED封装结构，通常用导电或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上，由金丝完成器件的内外连接后用环氧树脂封装而成，其热阻高达250/W300/W。而大功率芯片若采用传统封装形式，将会因散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧碳化变黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至因为迅速
39、的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。因此对于大功率高亮度LED芯片，低热阻、散热良好及低应力的新的封装结构是大功率LED器件的技术关键。由于LED芯片输入功率的不断提高，对大功率高亮度LED的封装技术提出了更高的要求。大功率高亮度LED封装技术主要应满足以下两点要求：一是封装结构要有高的取光效率，二是热量要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性能和可靠性。因此除了芯片本身外，器件封装技术也举足轻重。大功率高亮度LED以封装散热结构为核心，要解决封装材料选择技术的产业化应用问题，并特别针对白光产品继续提高荧光粉配比技术与涂敷工艺水平，实现完整的共晶焊封装工艺流程。在封装过程中LED照明光源需要
40、解决如下二个环节的散热问题：一是芯片到封装基板的散热；二是封装基板到外部冷却装置的导热。这二个环节构成LED照明光源热传导的通道，热传导通道上任何薄弱环节都会使热导设计毁于一旦。在这个环节上我们计划采用美国Lamina陶瓷公司研究开发的Cu/Mo/Cu（铜/钼/铜复合金属）基板材料技术，将金属基多层低温烧结陶瓷技术（LTCC-M）应用于LED封装，相比之下在热处理方面与传统封装方法有着大幅度的改善，采用此技术，因为热导系数的提高使得其工作温度也得以提高，该技术可应用于封装大多数厂家的各种LED芯片。通过提高热导系数、采用覆晶式晶片、降低热膨胀系数不匹配度增强了LED的热处理性能，与传统的散热通
41、道相比，散热环节减少，由于芯片直接焊装在复合金属基板上，散热效率更高，芯片到封装基板之间的热阻系数仅仅相当于传统方式的1/6。封装材料制备选择技术的产业化应用方面，我们在芯片下部加铜或铝质热沉并采用半包封结构，加速散热来降低器件的热阻；在器件的内部填充透明度高的柔性硅橡胶，防止出现变黄现象和胶体因温度骤然变化导致器件开路；零件材料也应充分考虑其导热、散热特性，以获得良好的整体热特性。在即将实施的规模化生产线组装中，我们将从芯片的分选和原材料的质量控制入手，建立规范的质量保证控制体系，在关键工艺上如填充料快速填充工艺、荧光粉配胶和涂胶工艺等采用高度自动化的设备和工艺流程，确保工艺过程的一致性。（
42、2）功率芯片的SMD微型化封装工艺路线与技术特点目前，以成熟的LED芯片技术在继续提高单管功效方面尚存在不小的障碍，而尚未成熟的大功率芯片技术在提高亮度的同时难以解决散热问题不得不以牺牲寿命为代价，这一矛盾削弱了LED产品的根本优势。故业界认为，在一些对亮度要求不十分敏感的照明应用场合，如家庭中的装饰性照明，以LED封装器件微型化为基础通过多器件组合使用提高亮度（同时也需解决散热问题）是可行的。同时，SMD微型LED在常规领域也是LED器件发展中最具潜力的产品，与常规器件相比体积超薄短小、视角大、稳定性高，在小电流下工作一般10mA有足够亮度，可节省便携式产品的耗电量，适用于手机或其他便携式微
43、电子产品，亮度分级后更可用于室内全彩显示屏和汽车内饰照明等应用。贴片技术分为压胶式贴片技术（以下简称“SMD微型LED”）和灌胶式框架贴片技术（以下简称“TOP微型LED”），这两类技术又均可以嫁接“白光技术”中的荧光粉激发技术或改良（主要指改上面的荧光粉涂敷为直接添加到封装用的环氧树脂中）此技术衍生出两种白光贴片；而且这两种技术还有一个重要应用是均可以通过三基色全彩封装实现白光显示，基于其体积更微小的优势，这在微型、高分辨率的显示屏领域是一项极为重要的应用。压胶技术主要应用于平面式PCB结构，即低功率“SMD微型LED”产品，其成品无引脚，通过PCB背面的电极焊盘用导电胶进行安装，其封装工艺
44、较为复杂，但制成品胶体外形多样，出光角度大，属新型的贴片点光源。灌胶技术则可以适用于功率LED芯片，一般使用带边框的支架结构，只是封装框架尺寸比常规要小许多，其成品有引脚，发光视角较小，大多用于侧部发光，有单芯及多芯类型。这两类产品与目前常规发光二极管相比共同的优点是：尺寸小，规格品种丰富，贴片安装不影响PCB的强度及布线精度；引脚不需焊接，保证了器件的可靠性；卷带包装，适合于SMT自动化生产线作业，生产效率高。而在功率型微型LED的技术实现上，除与SMD微型LED同样的芯片选用要求外，在封装工艺上采用精确点胶技术，保证成品的封装无缺陷（如气泡等）和成型外观良好（不能造成缺胶或溢胶）；成品的平
45、板式引脚采用封装后成型的方式，以提高工效及降低材料采购成本。另外，我们还在此结构基础上实现了三芯片全色化封装，从而使得本产品可以有两种以上的白光实现方式，由于其混合白光可以实现色温连续可调和在一定范围内亮度连续可调的特性。（3）特殊照明灯产品直接封装的工艺路线与技术特点在目前的晶片技术离取代照明产品还有一定距离的情况下，研究和解决LED在一些特殊场合的应用有非常重要的意义，一是以现有的发光晶片制备技术结合合理的封装设计，已经能足以在一些特殊场合解决掉传统产品存在的弊端，如在矿下照明解决节能、长效尤其是防爆的问题，机械设备辅助照明设施解决便于移动、安全的问题，设计使用时间特别长的工程和产品解决照
46、明或显示配件频繁更换的问题等等；二是这种应用将为今后晶片技术成熟后用LED产品替代传统照明产品打下良好的基础，更好的拓宽应用思路。LED信号指示灯是直接封装的特殊照明灯产品的代表，也是这一类应用的重要代表。LED信号指示灯主要应用于电力控制系统设备的照明和信号指示，在LED产品之前，这种信号指示一般是使用氖泡加滤光片的设计，以达到其信号明确、光线柔和的应用要求。LED产品一经推出，对比这种设计的优势立即得到了充分体现：第一个优势是长寿命，尤其是对于如三峡工程这样的百年大计的工程应用来讲，指示部件的长寿命带来避免频繁更换的成本优势、安全优势和整机技术指标优势是不言而喻的；第二个优势是由于LED是
47、主动发光，单色性好，解决信号明确这一技术要求也更有利；第三个优势是对光线的技术要求可以通过对指示灯内部的晶片选择和线路设计来控制，不需要影响到成品外观，何况，光线柔和正是目前成熟的晶片技术中适应性最对口的部分；第四个优势是发光晶片本身的必须空间很小，这样对产品的外形设计可以有更大的自由度，如我公司目前设计的信号指示灯产品尺寸最小的直径仅8mm，最大的可以在26mm 以上，同时发光晶片的小体积也使指示灯内部的电路组件（如电阻等）可以有更大的设计空间，使得LED信号指示灯产品直流工作电压的设计可以从6V、12V、24V、36V、110V到220V，交流工作电压可以扩大设计到380V，适应的范围更广
48、。指示灯应用技术在LED业内所处的领域比较特殊，是介于LED封装和LED应用之间的一种技术，它与LED封装的区别在于其封装中包含了LED芯片以外的电路组件组合设计（如电阻、电容等）、而与LED应用的区别在于其主要构成材料不是LED封装器件而是LED芯片。（4）太阳能半导体照明一体化技术的工艺路线与技术特点太阳能和半导体照明是21世纪全球两大热点技术，都有着广阔的发展空间。与此同时，由于此两项技术都还处在发展阶段，离成熟的市场化应用都还有不小的距离，特别是高成本是两者都面临的共同问题。本项目在找到两大热点技术结合点的同时，更要在其结合模式中形成互补效应，把各自的优势发挥得更明显，从而达到在特定领域提高竞争优势、推广产业化应用的目的。我公司实施该项目研究的创新之
