LED產業(yè)與發(fā)展2013年

1、2022-6-22系列講座-LEDLED照明基礎照明基礎江江門職業(yè)門職業(yè)技技術學術學院院 唐幸唐幸兒兒（備份備份）2022-6-22一一二二LED產業(yè)鏈產業(yè)鏈及及發(fā)發(fā)展展應應用用現(xiàn)狀現(xiàn)狀四四半導體綠色照明及其產業(yè)現(xiàn)狀半導體綠色照明及其產業(yè)現(xiàn)狀LEDLED制造技術概況制造技術概況2022-6-22一一 半導體綠色照明及其產業(yè)現(xiàn)狀半導體綠色照明及其產業(yè)現(xiàn)狀 半導體綠色照明與半導體綠色照明與LEDLED的概念的概念 LED LED產業(yè)背景及產業(yè)鏈產業(yè)背景及產業(yè)鏈 國內外扶持國內外扶持LEDLED產業(yè)的政策和現(xiàn)狀產業(yè)的政策和現(xiàn)狀固體（態(tài)）照明（固體（態(tài)）照明（Solid State LightingS

2、olid State Lighting）？）？能源問題越來越嚴重能源問題越來越嚴重 辦法辦法 開源、節(jié)流開源、節(jié)流1. 1. 半導體綠色照明與半導體綠色照明與LEDLED的概的概念念半導體（半導體（SemiconductorSemiconductor）綠色照明（綠色照明（Green LightingGreen Lighting）2022-6-22城市照明是現(xiàn)代化的重要標志之一。目前世界上的電能五分之一用于照明。城市照明是現(xiàn)代化的重要標志之一。目前世界上的電能五分之一用于照明。2022-6-22 中國使用的電力約中國使用的電力約1.65萬億度萬億度/2002，1.91萬億度萬億度/2003，2.

3、19萬億度萬億度/2004。其中照明用電約。其中照明用電約2.6千億度。千億度。 2020年我國的電力需求為年我國的電力需求為4.6萬億千瓦時，其中年照明用電萬億千瓦時，其中年照明用電量約占總發(fā)電量的量約占總發(fā)電量的15，為，為6.9千億度千億度 (8個三峽的總量）個三峽的總量） 三峽裝機容量三峽裝機容量980萬千瓦萬千瓦,一年不停機一年不停機,可發(fā)電可發(fā)電0.86千億度。千億度。2022-6-22LED僅使用傳統(tǒng)照明僅使用傳統(tǒng)照明1/10的的電力電力LED是目前照明燈具是目前照明燈具10倍以上的壽命倍以上的壽命(10年年)白光白光LED商品化商品化Forbes, Sept. 99:“(LED

4、s).an invention that will kill off the lightbulb.”固態(tài)照明照明技術的革命！中村修二中村修二發(fā)展歷程1. 1907 碳化硅里觀察到電致發(fā)光(黃光太暗)。 20年代晚從鋅硫化物與銅提煉的黃磷光(發(fā)光暗淡)2. 50年代使用半導體砷化鎵,發(fā)明第一個具有現(xiàn)代意義的 LED(紅外光)。3. 60年代砷化鎵上用磷化物,第一個紅光問世.甚至產生橙色。4. 70年代用金剛砂制造出黃光和綠光。5. 80年代砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度LED的誕生。6. 90年代初銦鋁磷化鎵生產出橘紅 、橙、黃、和綠光LED 。 第一個有歷史意義的藍光也產生。 90年代中出

5、現(xiàn)了超高亮度藍光銦氮化鎵LED發(fā)光芯片，在其抹上熒光磷，然后熒光磷吸收來自芯片上的藍光再轉化成白光。2022-6-22LED（Light Emitting Diode）：發(fā)光二極管發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的，是一種固態(tài)的半導體半導體器件，器件，它可以直接把電轉化為光。它可以直接把電轉化為光。LED的心臟：的心臟：是一個半導體的是一個半導體的晶片晶片，晶片的一端附在一個，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。主要材料：主要材料：二元芯片二元芯片(GaP) (GaP) 三元芯片

6、三元芯片(GaAsP) (GaAsP) 四元芯片四元芯片(InGaAlP) (InGaAlP) 藍、綠芯片（藍、綠芯片（InGaNInGaN） 白光芯片白光芯片(InGaN)+(InGaN)+熒光粉熒光粉（1）什么是什么是LED2022-6-22（2 2） 發(fā)光二極管的工作原理發(fā)光二極管的工作原理 半導體晶片由兩部分組成，一部分是半導體晶片由兩部分組成，一部分是P P型半導體型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是在它里面空穴占主導地位，另一端是N N型半導體型半導體，在這邊主要是電子。這兩種半導體連接起來的時候在這邊主要是電子。這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就會形成一個結區(qū)，叫，它們

7、之間就會形成一個結區(qū)，叫“P-NP-N結結”。當。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向推向P P區(qū)，在區(qū)，在P P區(qū)里區(qū)里電子跟空穴復合電子跟空穴復合，然后就會以光，然后就會以光子的形式發(fā)出能量（子的形式發(fā)出能量（發(fā)射光子發(fā)射光子）。）。2022-6-22系列講座-LED 發(fā)光二極管是由半導體材發(fā)光二極管是由半導體材所制成的發(fā)光元件，元件具有兩所制成的發(fā)光元件，元件具有兩個電極，在兩電極間加上順向電壓，通入極小的電個電極，在兩電極間加上順向電壓，通入極小的電，經(jīng)由，經(jīng)由電子空穴的結合電子空穴的結合可將可將剩余能剩余能以光的形式以光的形式

8、激發(fā)釋出，此即激發(fā)釋出，此即LEDLED的基本發(fā)光原的基本發(fā)光原, ,如圖示：如圖示：2022-6-22（3 3）. . 按光分類按光分類的的LEDLED一般亮度一般亮度 短波長紅外光短波長紅外光 高亮度高亮度長波長紅外光長波長紅外光可見光可見光不可見光不可見光LED波長380780nm光波長8501550nm850950nm9501550nm目前目前LEDLED的發(fā)展的發(fā)展以高亮度白光以高亮度白光LEDLED為為主流主流2022-6-22（4 4）LEDLED（芯片）燈的顏色（芯片）燈的顏色 二極管晶圓制造過程中所添加的金屬元素不同二極管晶圓制造過程中所添加的金屬元素不同, ,成分比例不成分

9、比例不同同, ,發(fā)出的光波長不同。發(fā)出的光波長不同。 460nm 460nm發(fā)藍光發(fā)藍光, , 520nm 520nm發(fā)綠光發(fā)綠光, , 570nm 570nm發(fā)黃光發(fā)黃光, , 630nm 630nm發(fā)紅光。發(fā)紅光。 藍光及綠光價格較高藍光及綠光價格較高,每一顆藍綠光的每一顆藍綠光的LED晶片都是在藍寶石基片晶片都是在藍寶石基片上制成。上制成。2022-6-22如何如何發(fā)出發(fā)出白光呢？白光呢？ LED LED只能發(fā)出藍、綠、黃、只能發(fā)出藍、綠、黃、紅四種顏色的光。要發(fā)出白光紅四種顏色的光。要發(fā)出白光需要用互補原理產生白光需要用互補原理產生白光 目前采用藍光芯片激發(fā)黃目前采用藍光芯片激發(fā)黃色色

10、 (YAG (YAG yttrium aluminum garnet 釔鋁柘榴石釔鋁柘榴石 ) )熒熒光粉來制造光粉來制造. . 專利被日本專利被日本( (日亞日亞) )綁住，白光綁住，白光價錢最高價錢最高. .色坐標色坐標2022-6-22（5 5）LEDLED燈的壽命燈的壽命？u LED LED燈的壽命在燈的壽命在100000100000小時以上；小時以上；u 環(huán)境溫度高于環(huán)境溫度高于8080度會顯著減低使用壽命；度會顯著減低使用壽命；u LEDLED有正負極性分別有正負極性分別, ,如果正負極接如果正負極接 錯點亮可能會造成錯點亮可能會造成LEDLED燈泡燒毀；燈泡燒毀；u 使用電壓過高

11、或是電流過大使用電壓過高或是電流過大,LED,LED會會 產生逆向電流造成二極體雪崩而燒毀。產生逆向電流造成二極體雪崩而燒毀。2022-6-22缺點：缺點：I.I.熱影響較大熱影響較大J.J.具有衰減性具有衰減性K.K.易受靜電損傷易受靜電損傷（6）LED的基本特點的基本特點a.a.體積小體積小 b.b.壽命長壽命長 c.c.驅動電壓低驅動電壓低 d.d.耗電量低耗電量低 e.e.反應速率快反應速率快f.f.耐震性好耐震性好g.單單色性佳色性佳h.無無污污染染優(yōu)優(yōu)點點2022-6-22A.指示燈指示燈B.汽車光源汽車光源C.交通信號燈交通信號燈D.顯示看板顯示看板E.背光源背光源（7）LED的

12、應用范圍的應用范圍F.特殊光源特殊光源G.普通燈飾普通燈飾H.激光唱機激光唱機I.光通信光通信K.農業(yè)、漁業(yè)農業(yè)、漁業(yè)2. LED產業(yè)產業(yè)背景及背景及產業(yè)鏈產業(yè)鏈（1 1）LEDLED產業(yè)背景產業(yè)背景芯片芯片- - 封裝封裝- - 應用應用2022-6-22（2 2）LEDLED的產業(yè)鏈的產業(yè)鏈上游上游：外延片生產 中游中游：芯片制造、芯片封裝下游：下游：LED應用 LED產業(yè)鏈產業(yè)鏈 LED產業(yè)鏈產業(yè)鏈大致可分大致可分為為五部分：原材料，五部分：原材料，LED上游上游產業(yè)產業(yè)，LED中游中游產業(yè)產業(yè)，LED下游下游產業(yè)產業(yè)，測試儀測試儀器和生器和生產設備產設備。1、原材料、原材料 LED的原

13、材料包括的原材料包括襯襯底材料底材料砷砷化化鎵鎵、氮氮化化鋁鋁、磷化磷化鎵鎵、磷、磷砷砷化化鎵鎵、銦鎵鋁銦鎵鋁磷、磷、銦鎵氮銦鎵氮等。等。它們它們大部分是大部分是IIIV族化合物半族化合物半導導體體單單晶，生晶，生產產工工藝藝比比較較成熟。原材料的成熟。原材料的純純度一般都要在度一般都要在6N以上以上 2、LED上游上游產業(yè)產業(yè) 主要是指主要是指LED發(fā)發(fā)光材料外延制造和芯片制造。由于外延工光材料外延制造和芯片制造。由于外延工藝藝的高度的高度發(fā)發(fā)展，器件的主要展，器件的主要結構結構如如發(fā)發(fā)光光層層、限制、限制層層、緩緩沖沖層層、反射、反射層層等均已在外延工序中完成，芯片制造主要是做正、等均已在

14、外延工序中完成，芯片制造主要是做正、負電極負電極和完和完成分割成分割檢測檢測。 3、LED中游產業(yè)中游產業(yè) 是指是指LED器件封裝產業(yè)。根據(jù)用于現(xiàn)實、照明、通信等不同場器件封裝產業(yè)。根據(jù)用于現(xiàn)實、照明、通信等不同場合，封裝出不同顏色、不同形狀的品種繁多的合，封裝出不同顏色、不同形狀的品種繁多的LED發(fā)光器件。發(fā)光器件。4、LED下游下游產業(yè)產業(yè) 是指是指應應用用LED作作為顯為顯示或照明器件后形成的示或照明器件后形成的產業(yè)產業(yè)。主要的。主要的應應用用產業(yè)產業(yè)有有LED顯顯示示屏屏、LED交通信交通信號號燈、燈、LED航航標標燈、燈、 LED景景觀觀燈燈飾飾、液晶背光源、液晶背光源、LED車車燈

15、、燈、LED特殊照明等。特殊照明等。水立方景觀照明2022-6-22外延工藝：外延工藝：襯底 結構設計 緩沖層生長 N型層生長 發(fā)光層生長 P型層生長 退火 檢測 外延片芯片工藝芯片工藝：外延片 設計、加工掩模版 光 刻 離子刻蝕 N型電極 P型電極 劃片 分檢 包裝封裝工藝：封裝工藝：擴晶 固晶 烘烤 焊線 封膠 前切腳 排測 后切腳 測試 包裝2022-6-22常見幾種芯片常見幾種芯片 目前是以藍光目前是以藍光LEDLED為主為主，未來，未來 廠商要走向白光廠商要走向白光LEDLED以及以及可可 光光LEDLED幾個方面發(fā)展。幾個方面發(fā)展。 高功高功紫外光紫外光(InGaN)LED 、 高

16、高藍綠光藍綠光(InGaN)、綠光、綠光LED 、 單一半導體型白光單一半導體型白光(InGaN) LED2022-6-22各種各種白色白色光源光源特性特性比較比較2022-6-22全彩全彩特殊應用特殊應用白色白色特種光源特種光源室外室外光源光源室內室內方向性方向性室內室內普通光源普通光源冷白光源冷白光源LED暖白光源暖白光源LED Year 2007 Mid.HB-LED & SSL 主要應用示例及演進趨勢主要應用示例及演進趨勢2022-6-22發(fā)光效率(lm/W )201040601996 1998 2000 2002 2004 2006指 示 燈 、 信號 燈 、 LED顯 示

17、器彩 色 手 機之 背 光 源照 相 手 機輔 助 光 源一 般 照 明LCD背 光 源車 外 光 源車 內 光 源車 用 顯 示器 背 光 源特 殊 照 明發(fā)光效率(lm/W )20104060發(fā)光效率(lm/W )發(fā)光效率(lm/W )20104060201040601996 1998 2000 2002 2004 2006指 示 燈 、 信號 燈 、 LED顯 示 器彩 色 手 機之 背 光 源照 相 手 機輔 助 光 源一 般 照 明LCD背 光 源車 外 光 源車 內 光 源車 用 顯 示器 背 光 源特 殊 照 明1996 1998 2000 2002 2004 2006指 示 燈

18、 、 信號 燈 、 LED顯 示 器彩 色 手 機之 背 光 源照 相 手 機輔 助 光 源一 般 照 明LCD背 光 源車 外 光 源車 內 光 源車 用 顯 示器 背 光 源特 殊 照 明指 示 燈 、 信號 燈 、 LED顯 示 器彩 色 手 機之 背 光 源照 相 手 機輔 助 光 源一 般 照 明LCD背 光 源車 外 光 源車 內 光 源車 用 顯 示器 背 光 源特 殊 照 明指 示 燈 、 信號 燈 、 LED顯 示 器彩 色 手 機之 背 光 源照 相 手 機輔 助 光 源一 般 照 明LCD背 光 源車 外 光 源車 內 光 源車 用 顯 示器 背 光 源特 殊 照 明指

19、示 燈 、 信號 燈 、 LED顯 示 器指 示 燈 、 信號 燈 、 LED顯 示 器彩 色 手 機之 背 光 源彩 色 手 機之 背 光 源照 相 手 機輔 助 光 源照 相 手 機輔 助 光 源一 般 照 明一 般 照 明LCD背 光 源LCD背 光 源車 外 光 源車 外 光 源車 內 光 源車 內 光 源車 用 顯 示器 背 光 源車 用 顯 示器 背 光 源特 殊 照 明特 殊 照 明白光白光應應用用發(fā)發(fā)展展趨勢趨勢2022-6-22LED及及SSL半導體照明半導體照明 全球知名企業(yè)全球知名企業(yè)CREE & COTCO 華剛華剛2022-6-22三三(4)LED(4)LED

20、產品應用圖例產品應用圖例u建筑建筑u景觀裝飾景觀裝飾u顯示屏顯示屏u背光源背光源u交通信號交通信號u指示指示u汽車照明等汽車照明等 2022-6-22功率型LED制造的上海通用別克君威概念車燈，跑車試驗 LEDLED車燈在汽車上的廣泛使用車燈在汽車上的廣泛使用2022-6-22LED景觀照明景觀照明與顯示與顯示2022-6-222022-6-22白色LED照明燈地磚燈禮品燈手電筒2022-6-222022-6-22 太陽能太陽能LED 庭院景觀庭院景觀LV飯店日本企業(yè)公司2022-6-22道路安全警示太陽能交通信號太陽能LED路燈2022-6-22LED燈條2022-6-223. 3. 國內外

21、扶持國內外扶持LEDLED產業(yè)的政策和現(xiàn)狀產業(yè)的政策和現(xiàn)狀2022-6-22(1)、各國和地區(qū)政府計劃、各國和地區(qū)政府計劃 日本日本“2121世紀光計劃世紀光計劃” 美國美國“國家半導體照明研究計劃國家半導體照明研究計劃”估計估計1010年后相關產業(yè)年后相關產業(yè) 將達將達500500億美元億美元 歐盟歐盟“彩虹計劃彩虹計劃” 韓國韓國“GaNGaN半導體開發(fā)計劃半導體開發(fā)計劃” 我國臺灣地區(qū)我國臺灣地區(qū)“次世代照明光源開發(fā)計劃次世代照明光源開發(fā)計劃” 20032003年年6 6月啟動月啟動“國家半導體照明工程國家半導體照明工程” ” ：v 科技部、信息產業(yè)部等科技部、信息產業(yè)部等8 8個部門和

22、個部門和1616家地方政府參與；家地方政府參與；v 1515家研究機構和家研究機構和5050多家企業(yè)。多家企業(yè)。2022-6-22系列講座-LED LEDLED產業(yè)是世界未來產業(yè)是世界未來2020年內最具有發(fā)展前景的朝陽產業(yè)。年內最具有發(fā)展前景的朝陽產業(yè)。 20092009世界總產值約為世界總產值約為540540億美元，億美元，20102010年超過年超過700700億美元。億美元。 中國中國LEDLED產業(yè)總值大約占世界的產業(yè)總值大約占世界的33%33%。20102010年年12601260億。億。 臺灣的臺灣的LEDLED產產值產產值20092009就接近就接近9090億美元。億美元。 中

23、國政府把發(fā)展中國政府把發(fā)展LEDLED綠色光源產業(yè)作為國家重大發(fā)展戰(zhàn)略。綠色光源產業(yè)作為國家重大發(fā)展戰(zhàn)略。 廣東?。◤V東廣東?。◤V東20102010年年853853億億,67.7%),67.7%) 也把半導體也把半導體LEDLED綠色照綠色照 明產業(yè)作為政府十二五規(guī)劃的重要內容，并在政策、資金、明產業(yè)作為政府十二五規(guī)劃的重要內容，并在政策、資金、 項目等多方面將給與大力扶持。項目等多方面將給與大力扶持。（2）、）、國內國內外外LED產業(yè)現(xiàn)狀產業(yè)現(xiàn)狀2022-6-22世界世界LEDLED產業(yè)分布產業(yè)分布2022-6-22世界主要LED企業(yè)2022-6-22國家的幾個主要LED產業(yè)基地2022-6

24、-22中國大陸的LED重點企業(yè)2022-6-222022-6-22系列講座-LED（3）、江）、江門門市周市周邊邊城市城市LED發(fā)發(fā)展展狀況狀況中山市：中山市：2009年全市年全市LED及相關配套產業(yè)實現(xiàn)產值及相關配套產業(yè)實現(xiàn)產值65億元，增速達億元，增速達30%. 封封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長，照明產品及應用取得較大進展，并擁有了較強的裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長，照明產品及應用取得較大進展，并擁有了較強的市場優(yōu)勢，產業(yè)規(guī)模僅次于深圳居全省第二。市場優(yōu)勢，產業(yè)規(guī)模僅次于深圳居全省第二。佛山市佛山市：是國內重要的傳統(tǒng)照明光源生產與研發(fā)基地，：是國內重要的傳統(tǒng)照明光源生產與研發(fā)基地，2009年產

25、值超年產值超100億元，億元，擁有龐大的照明產業(yè)集群，目前相關上中下游企業(yè)超過擁有龐大的照明產業(yè)集群，目前相關上中下游企業(yè)超過400家，電光源產業(yè)的高新家，電光源產業(yè)的高新技術企業(yè)達技術企業(yè)達45家，占全市高新企業(yè)總數(shù)的家，占全市高新企業(yè)總數(shù)的9.5%; 深深圳圳市：市：2009年年LED產業(yè)產值產業(yè)產值突破突破200億億元，同比增元，同比增長長超超過過30%2022-6-22（4 4）. . 江門市的優(yōu)勢與劣勢江門市的優(yōu)勢與劣勢服務內容服務內容2022-6-22 現(xiàn)有企業(yè)：近現(xiàn)有企業(yè)：近300家，已形成較為完整的產業(yè)鏈家，已形成較為完整的產業(yè)鏈2010年：電子信息產業(yè)產值超年：電子信息產業(yè)產

26、值超137億元億元2012年：綠色（半導體）光源產業(yè)產值達年：綠色（半導體）光源產業(yè)產值達300億元億元2018年：信息產業(yè)實現(xiàn)產值年：信息產業(yè)實現(xiàn)產值1000億元億元1)1)、良好的產業(yè)基礎和產業(yè)優(yōu)勢、良好的產業(yè)基礎和產業(yè)優(yōu)勢 江門市的優(yōu)勢江門市的優(yōu)勢 建設廣東?。ńT）綠色（半導體）光源產業(yè)建設廣東?。ńT）綠色（半導體）光源產業(yè)基地，核心園區(qū)基地，核心園區(qū)4平方公里平方公里 江門市信息產業(yè)化和工業(yè)化融合實施方案江門市信息產業(yè)化和工業(yè)化融合實施方案2022-6-22 珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要(2008-2020(2008-2020年年) )： 重點發(fā)展新

27、型平板顯示、半導體照明等產業(yè)；加強行業(yè)重點發(fā)展新型平板顯示、半導體照明等產業(yè)；加強行業(yè) 公共技術平臺建設和創(chuàng)新服務體系建設公共技術平臺建設和創(chuàng)新服務體系建設江門市自主創(chuàng)新總體規(guī)劃實施方案江門市自主創(chuàng)新總體規(guī)劃實施方案： 加快發(fā)展綠色（半導體）光源產業(yè)，加快檢測中心建設加快發(fā)展綠色（半導體）光源產業(yè)，加快檢測中心建設江門半導體綠色照明產業(yè)化發(fā)展規(guī)劃江門半導體綠色照明產業(yè)化發(fā)展規(guī)劃： 將江門市打造成為國內和國際半導體綠色照明產業(yè)核心將江門市打造成為國內和國際半導體綠色照明產業(yè)核心 集聚區(qū)，集聚區(qū)，20182018年半導體綠色照明產業(yè)規(guī)模超過年半導體綠色照明產業(yè)規(guī)模超過10001000億元億元2)2

28、)、產業(yè)扶持政策、產業(yè)扶持政策江門市的優(yōu)勢江門市的優(yōu)勢2022-6-22 研究生：研究生：稀土發(fā)光材料、大功率白光稀土發(fā)光材料、大功率白光LED材料、材料、薄膜芯片材料等相關研究方向薄膜芯片材料等相關研究方向 本科本科/大專生：大專生：應用物理光電子、電子信息工程應用物理光電子、電子信息工程(光電工程）專業(yè)，培養(yǎng)光電子材料與器件、光電工程）專業(yè)，培養(yǎng)光電子材料與器件、LED芯芯片、片、LED封裝、光電檢測、光電顯示、光機電一體化封裝、光電檢測、光電顯示、光機電一體化等領域專門人才，滿足珠三角乃至全國急需的等領域專門人才，滿足珠三角乃至全國急需的LED綠綠色照明光電子產業(yè)的工程技術人才色照明光電

29、子產業(yè)的工程技術人才 人才培養(yǎng)特色：人才培養(yǎng)特色：LED上游產品上游產品LED封裝中游產封裝中游產品品LED下游工程下游工程人才培養(yǎng)人才培養(yǎng)- - 江門市江門市”十百千萬十百千萬“人才計劃人才計劃五邑大學的優(yōu)勢五邑大學的優(yōu)勢2022-6-22 正在建設正在建設“國家國家（江門）半導體光電檢測重點實驗室（江門）半導體光電檢測重點實驗室”和和“江門市綠色（半導體）光源江門市綠色（半導體）光源LEDLED研究院研究院” 支持平板顯示、半導體照明材料等研究支持平板顯示、半導體照明材料等研究 支持相關企業(yè)支持相關企業(yè)LEDLED芯片開發(fā)與封裝、半導體發(fā)光材芯片開發(fā)與封裝、半導體發(fā)光材料、集成電路封裝測試

30、等研發(fā)和生產料、集成電路封裝測試等研發(fā)和生產 五邑大學的優(yōu)勢五邑大學的優(yōu)勢2022-6-22 江門市最新出臺的江門市最新出臺的江門市高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)江門市高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)LED產業(yè)產業(yè)發(fā)展優(yōu)惠暫行辦法發(fā)展優(yōu)惠暫行辦法優(yōu)惠措施，吸引了一批海內外優(yōu)惠措施，吸引了一批海內外LED業(yè)界知業(yè)界知名企業(yè)的關注，一批規(guī)模較大的投資項目正在洽談落實中。名企業(yè)的關注，一批規(guī)模較大的投資項目正在洽談落實中。 江門江門LED產業(yè)起步早，已基本形成從外延、芯片、封裝、產業(yè)起步早，已基本形成從外延、芯片、封裝、應用的由上游到下游的較完整的產業(yè)鏈。應用的由上游到下游的較完整的產業(yè)鏈。2022-6-22 20101 1

31、月月2424日，由中國電子技術標準化研究所、工業(yè)和信息化部半導體日，由中國電子技術標準化研究所、工業(yè)和信息化部半導體照明技術標準化工作組等聯(lián)合主辦的照明技術標準化工作組等聯(lián)合主辦的20102010年全國半導體照明電子行業(yè)標準年全國半導體照明電子行業(yè)標準發(fā)布及宣傳貫徹大會在廣東省江門市召開，標志著我國發(fā)布及宣傳貫徹大會在廣東省江門市召開，標志著我國LEDLED產業(yè)發(fā)展進入產業(yè)發(fā)展進入一個新的歷史時期。一個新的歷史時期。 后續(xù)又有部分標準出臺。后續(xù)又有部分標準出臺。 新出臺的新出臺的9 9項國家標準項國家標準半導體光電子器件功率發(fā)光二極管空白詳細規(guī)范半導體光電子器件功率發(fā)光二極管空白詳細規(guī)范、半導

32、體發(fā)光二極管測試方法半導體發(fā)光二極管測試方法、氮化鎵基發(fā)光二極管用藍寶石襯底片氮化鎵基發(fā)光二極管用藍寶石襯底片、半導體發(fā)光二極管用熒光粉半導體發(fā)光二極管用熒光粉、功率半導體發(fā)光二極管芯片技術規(guī)范功率半導體發(fā)光二極管芯片技術規(guī)范、半導體發(fā)光二極管芯片測試方法半導體發(fā)光二極管芯片測試方法、半導體光電子器件小功率發(fā)光二極管空白詳細規(guī)范半導體光電子器件小功率發(fā)光二極管空白詳細規(guī)范、半導體發(fā)光二極管產品系列型譜半導體發(fā)光二極管產品系列型譜、LEDLED照明名詞術語照明名詞術語 （5）LED標準標準2022-6-22二、二、LEDLED制造技術概況制造技術概況2022-6-22系列講座-LED13主要內容

33、主要內容4LED芯片的制造技芯片的制造技術概術概括括LED芯片封裝制造工芯片封裝制造工藝概藝概括括LED應應用用產產品品開發(fā)開發(fā)技技術概術概括括LED應應用用產產品的品的類類型和市型和市場場5LED應應用用開發(fā)對產業(yè)發(fā)開發(fā)對產業(yè)發(fā)展的影展的影響響22022-6-22系列講座-LED1. LED芯片的制造技芯片的制造技術概術概括括 LEDLED外延設備外延設備 LEDLED芯片制造設備芯片制造設備 LEDLED芯片結構芯片結構2022-6-22系列講座-LEDLED芯芯片片工工藝藝流流程程圖圖2022-6-22（1）.LED芯片外延設備芯片外延設備2022-6-22磊晶設備MOCVD (Meta

34、l Organic Chemical Vapor Deposition) 金屬有機化學氣相沉積金屬有機化學氣相沉積2022-6-22 1968 1968年由洛克威爾公司提出來的一項制備化合物半導體年由洛克威爾公司提出來的一項制備化合物半導體單品薄膜的新技術單品薄膜的新技術MOCVDMOCVD（Meltal-Organic Chemical Vapor Meltal-Organic Chemical Vapor DepositionDeposition）誕生）誕生 。 生產生產外延片外延片的技術要求極高、難度極大。目前多數(shù)企業(yè)的技術要求極高、難度極大。目前多數(shù)企業(yè)生產生產LEDLED外延片都采用

35、外延片都采用MOCVDMOCVD這一專業(yè)設備。這一專業(yè)設備。 設備集精密機械、半導體材料、真空電子、流體力學、設備集精密機械、半導體材料、真空電子、流體力學、光學、化學、計算機多學科為一體光學、化學、計算機多學科為一體. . 技術集成度高，尖端光技術集成度高，尖端光電子專業(yè)設備。電子專業(yè)設備。MOCVD2022-6-22MOCVD的產能 一臺一臺MOCVD月產外延片月產外延片2000片；片； 真明麗公司現(xiàn)有真明麗公司現(xiàn)有19臺臺MOCVD，其月產能可達，其月產能可達30000多片；多片； 真明麗計劃將引進真明麗計劃將引進60臺臺MOCVD，屆時一個月生，屆時一個月生產產120000片外延片！片

36、外延片！2022-6-22LEDLED產業(yè)鏈條的上游部分產業(yè)鏈條的上游部分外延片的制程外延片的制程外延片的生成制作過程非常復雜。外延片的生成制作過程非常復雜。AlAl2 2O O3 3襯底放入外延爐，通襯底放入外延爐，通入入，族金屬元素的烷基化合物（族金屬元素的烷基化合物（甲基或乙基化物）甲基或乙基化物）蒸汽蒸汽與非金屬（與非金屬（或或族金屬元素）的氫化物族金屬元素）的氫化物（或烷基物）（或烷基物）氣體，氣體，在高溫下，發(fā)生熱解發(fā)應，生成在高溫下，發(fā)生熱解發(fā)應，生成-或或-族化合物沉積族化合物沉積在襯底上，生長出厚度為幾微米的化合物半導體外延層。在襯底上，生長出厚度為幾微米的化合物半導體外延層

37、。長有外延層的長有外延層的GaNGaN片也就是常稱的外延片，長完外延片，對片也就是常稱的外延片，長完外延片，對外延片做測試，符合要求的就是良品，其余為不良品（外延片做測試，符合要求的就是良品，其余為不良品（電壓電壓偏差很大，波長偏短或偏長等偏差很大，波長偏短或偏長等）。）。2022-6-22 MOCVD內部反應過程 族的(CH3)3Ga TMGa (三甲基鎵) 、(CH3)3In TMIn (三甲基銦)等，與族特殊氣體如：AsH3 (arsine) 砷化氫、PH3 (phosphine)磷化氫、NH3等。 通過特殊載體氣流送到高溫的GaAs晶片、人造藍寶石等晶片上，在Reactor反應器內的高

38、溫下，這些材料發(fā)生化學反應，並使反應物沉積在晶片上，而得到磊晶片上形成一層半導體結晶膜。MOCVD反應原理反應原理2022-6-22Recipe（處處方）方） MOCVD設備設備 = 磊晶結果磊晶結果 基本化基本化學反應學反應式：式：四元 TMGa(g) + AsH3(g) GaAs(s) +CH4(g) 藍光TMGa(g) + NH3(g)GaN(s)+CH4(g)+N2(g)+H2(g)2022-6-22MOCVDMOCVD設備設備及及其其系統(tǒng)系統(tǒng)PpPpPpPppppH2N2PumpScrubberExhaustNH3SiH4V-ManIII-ManUp-carrierLow-carri

39、erVentTMGTMATMICp Mg2ValveCheck valveMFCPressureregulator反應腔Reactor氣體傳輸系統(tǒng)gas mixing system電控系統(tǒng) E -Control unitCooling unitHeater unitTemp. control unitPressure control unitGlovebox后端管路抽氣系統(tǒng)Exhaust systemFilterButterfly valveVacuum Pumpgas supplypowerControl computerPLC SLCSafety control system Coolin

40、g supply氣體探測器氣體探測器2022-6-22MOCVD 薄膜生長過程boundary layersurface diffusionand reactionincorporationand growthCH4 =CH3 + HN*+N*=N2wafer surfacemass transferby diffusionHHHNCH3GaCH3CH3precursordecomposition-radicaladsorptionCH3CH3-radicalHHHNGaCH3CH3CH3H2H2H2H2gas phase2022-6-22（2）、）、LED芯片的制備芯片的制備2022-6-2

41、2芯片制程芯片制程一：芯片前段制程一：芯片前段制程 1.化學區(qū)清洗和濕法刻蝕制程化學區(qū)清洗和濕法刻蝕制程：用化學藥品對晶片進行有機：用化學藥品對晶片進行有機 物和其它顆粒的去除，以及有些膜層的化學腐蝕物和其它顆粒的去除，以及有些膜層的化學腐蝕 2.蒸鍍和干法蝕刻制程蒸鍍和干法蝕刻制程：在晶片上制作可以導入電流的引線：在晶片上制作可以導入電流的引線電極。電極。 3.黃光室制程黃光室制程：利用光刻膠的特性把圖形轉移到晶片上。：利用光刻膠的特性把圖形轉移到晶片上。二：芯片后段制程二：芯片后段制程 點測：點測：將每個將每個LED器件的特性進行量測器件的特性進行量測(Vf Iv d Ir) 研磨切割：研

42、磨切割：2”外延片約切割成外延片約切割成20,000個至個至50,000個個LED器件器件 分類：分類：將特性一樣的將特性一樣的LED器件分成同一類器件分成同一類 目檢目檢：將外觀異常的：將外觀異常的LED器件挑除器件挑除2022-6-22真明麗晶片廠真明麗晶片廠2022-6-22uLED完整產業(yè)鏈條分為完整產業(yè)鏈條分為LED外延片、外延片、LED芯片、芯片、LED封裝、封裝、LED應用。應用。u晶片廠成立于晶片廠成立于2008年，公年，公司所有技術人員司所有技術人員120人人（比例（比例1/3)。u公司擁有千級無塵室公司擁有千級無塵室500平方米，萬級無塵室平方米，萬級無塵室3500平方米，

43、配備有世界先進平方米，配備有世界先進的生產設備。的生產設備。u如：如：MOCVD、X-ray、PL、可見光光譜儀、可見光光譜儀、ICP、PECVD、激光切割機、激光切割機、進口金相顯微鏡等等。進口金相顯微鏡等等。 2022-6-22主要設備主要設備 MOCVD（有有機氣機氣相外延相外延設備）設備） ICP-RIE（電（電感偶合等感偶合等離離子刻子刻蝕機）蝕機） PECVD （等等離離子薄膜沉子薄膜沉積設備）積設備） 高精度曝光高精度曝光機機 等等離離子薄膜蒸發(fā)臺子薄膜蒸發(fā)臺 高精度激光劃片高精度激光劃片機機 研磨機研磨機2022-6-22 ICP-RIE（電（電感感耦合耦合反應反應等等離離子子

44、刻刻蝕機）蝕機）2022-6-22 PECVD2022-6-22高高精精度度曝曝光光機機2022-6-22等離子等離子薄膜薄膜蒸發(fā)臺蒸發(fā)臺2022-6-22各種大宗氣體設備各種大宗氣體設備 除除MOCVD等設備外，還配備有等設備外，還配備有生產所需的各種大宗氣體設備，生產所需的各種大宗氣體設備，如氮氣、氨氣、氫氣等等。如氮氣、氨氣、氫氣等等。2022-6-22等等離子離子薄膜車間薄膜車間PECVDPECVD研磨切割車間研磨切割車間2022-6-22（3 3）發(fā)光二極管及芯片基本結構）發(fā)光二極管及芯片基本結構L球透鏡球透鏡環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂P P層層有源層有源層N N層層發(fā)光區(qū)發(fā)光區(qū)(a)(a)正

45、面發(fā)光型正面發(fā)光型微透鏡微透鏡P P型限制層型限制層有源層有源層波導層波導層N N型限制層型限制層(b)(b)側面發(fā)光型側面發(fā)光型2022-6-22 提高白光芯片光效的方法提高白光芯片光效的方法109108107106104103102101112109110111105109108107106104103102101212109110111105專利保護的背反射鏡的示意圖專利保護的背反射鏡的示意圖2022-6-22 LEDLED分類分類1、 按發(fā)光管發(fā)光顏色分按發(fā)光管發(fā)光顏色分 按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分

46、黃綠、標準綠和 純綠）、藍光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。純綠）、藍光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。2 按發(fā)光管出光面特征分按發(fā)光管出光面特征分 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側向管、表面安裝按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側向管、表面安裝用微型管等。用微型管等。 3 按發(fā)光二極管的結構分按發(fā)光二極管的結構分 按發(fā)光二極管的結構分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧按發(fā)光二極管的結構分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結構。封裝及玻璃封裝等結構。 4 按發(fā)光強度和工作電流分按發(fā)光強度

47、和工作電流分 、普通亮度的、普通亮度的LEDLED（發(fā)光強度（發(fā)光強度100mcd100mcd）；）； 、高亮度發(fā)光二極管。（發(fā)光強度、高亮度發(fā)光二極管。（發(fā)光強度1010100mcd 100mcd ）；）； 、一般、一般LEDLED的工作電流在十幾的工作電流在十幾mAmA至幾十至幾十mAmA，而低電流，而低電流LEDLED的工作電流在的工作電流在 2mA2mA以下。以下。2022-6-22系列講座-LED 1 產品封裝結構類型產品封裝結構類型 2 引腳式封裝引腳式封裝 3 表面貼裝封裝表面貼裝封裝 4 功率型封裝功率型封裝 led光譜光譜 2. LED芯片封裝制造工芯片封裝制造工藝概藝概括括

48、2022-6-2284LED封裝形式: LED封裝形式可以說是五花八門，根據(jù)不同的應用場合采用相應的外形尺寸，散熱對策和出光效果。LED按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。LED封裝任務: 是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。關鍵工序有裝架、壓焊、封裝。2022-6-22系列講座-LED2022-6-22LED 封裝設備全自動固晶機全自動焊線機2022-6-22多晶圓環(huán)固晶機全自動焊線機2022-6-222022-6-22全自動貼片機2022-6-22全自動回流焊

49、機點點膠膠機機2022-6-223. LED應應用用產產品品開發(fā)開發(fā)技技術概術概括括（1）LED產產品品應應用的用的種類種類 （2）LED產產品品開發(fā)應開發(fā)應用中的幾大技用中的幾大技術難題術難題 （3）LED產產品品開發(fā)開發(fā)的新技的新技術應術應用用 2022-6-2293（1）LED產品封裝類型1）直插式LED產品的封裝2）數(shù)碼管類產品的封裝3）大功率LED產品的封裝2022-6-2294LED封裝的種類2022-6-2295LED構造2022-6-22962022-6-2297SMD LED生產流程2022-6-2298數(shù)碼管 LED生產流程 2022-6-22992022-6-22100L

50、ED封裝的主要技術工藝1）固晶工藝；2）焊線工藝；3）調膠工藝；4）膠封工藝；5）調色工藝；無無論哪個論哪個工工藝藝，都需要根據(jù)，都需要根據(jù)你你制制備產備產品的需求品的需求來進來進行工行工藝藝設計設計和和調試調試。2022-6-22LEDLED產品開發(fā)應用中的幾大技術難題產品開發(fā)應用中的幾大技術難題 2022-6-22大功率芯片的貼片技術與穩(wěn)定性問題；大功率芯片的貼片技術與穩(wěn)定性問題；溫度引起的量子效率降低問題；溫度引起的量子效率降低問題；熒光粉的封裝與質量穩(wěn)定問題；熒光粉的封裝與質量穩(wěn)定問題；光學設計與散熱問題；光學設計與散熱問題；驅動電路的耐久性問題；驅動電路的耐久性問題；綜合性能設計問題

51、。綜合性能設計問題。2022-6-222022-6-222022-6-22散熱問題2022-6-22LEDLED產品開發(fā)的新技術應用產品開發(fā)的新技術應用 （1 1）光機電一體化設計；）光機電一體化設計；（2 2）大功率貼片技術與穩(wěn)定性設計；）大功率貼片技術與穩(wěn)定性設計；（3 3）光污染控制問題；）光污染控制問題；（4 4）智能化設計；）智能化設計；（5 5）大尺寸背光源與直接貼片；）大尺寸背光源與直接貼片；（6 6）光通信與特出光源替代。）光通信與特出光源替代。2022-6-221.1.室內裝飾與照明室內裝飾與照明4. LED應應用用產產品的品的類類型和市型和市場場2022-6-222022-

52、6-222022-6-222022-6-222.2.外部景觀與顯示外部景觀與顯示2022-6-222022-6-222022-6-223.3.路燈路燈2022-6-22系列講座-LED2022-6-222022-6-222022-6-222022-6-222022-6-22系列講座-LED4. 4. 背光源背光源2022-6-222022-6-222022-6-22大功率白光LED技術2022-6-22紫外紫外LED激發(fā)白激發(fā)白光光源光光源三基色白光光源三基色白光光源藍光藍光LED激發(fā)白光激發(fā)白光光源光源2022-6-222022-6-22大功率貼片大功率貼片2022-6-222022-6-2

53、2系列講座-LED5. LED應應用用開發(fā)對產業(yè)發(fā)開發(fā)對產業(yè)發(fā)展的影展的影響響各國及地區(qū)半導體照明研發(fā)計劃表各國及地區(qū)半導體照明研發(fā)計劃表 （單位：（單位：lm/w） 2022-6-22全球全球LEDLED市場規(guī)模與增長率市場規(guī)模與增長率 單位：百萬美元單位：百萬美元 020004000600080001000012000140001600020012002200320042005200620072008200920102011-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%規(guī)模規(guī)模增長率增長率手機背光手機背光帶動增長帶動增長手機背光手機背光增長放緩增長放緩新應用推動新應用推動新一波增長新

54、一波增長n在在20082008年，年，NBNB背光源、汽車照明市場、背光源、汽車照明市場、LEDLED路燈等新應用將持續(xù)帶動路燈等新應用將持續(xù)帶動LEDLED產業(yè)成長。產業(yè)成長。預期在預期在20102010年以后，將由半導體照明應用為年以后，將由半導體照明應用為LEDLED帶來另一波成長的契機。帶來另一波成長的契機。2022-6-22 全球白熾燈禁用時間表全球白熾燈禁用時間表2022-6-22 全球白熾燈禁用時間表全球白熾燈禁用時間表2022-6-22近近2-3年半導體照明重點工程年半導體照明重點工程 室內外照明室內外照明 20082008年中國路燈市場規(guī)模大約年中國路燈市場規(guī)模大約1,5001,500萬盞左右，萬盞左右，其中其中LEDLED路燈的裝置數(shù)量大約在路燈的裝置數(shù)量大約在5050萬盞。萬盞。 20092009年中國年中國LEDLED路燈市場的裝置數(shù)量預計將高達路燈市場的裝置數(shù)量預計將高達250250萬盞左右。萬盞左右。 廣東省廣東省2 2年內在年內在1010個城市實現(xiàn)個城市實現(xiàn)“千里十萬工程千里十萬工程” 瓦房店市瓦房店市7 7萬盞萬盞LEDLED路燈，年節(jié)約電費路燈，年節(jié)約電費500500多萬元多萬元 濰坊濰坊 2 2萬盞萬盞LEDLED路燈路燈 天津工業(yè)大學實現(xiàn)天津工業(yè)大學實現(xiàn)50005000盞