2015年半導體產業七大熱點技術總結

      技術的進步不但推動科技和行業的發展與進步，使行業發展呈現出階段性的特點，並擁有時代特征。回顧2015，CSP、UV LED、量子點LED、石墨烯、矽襯底……都是過去一年LED產業技術發展的熱點關鍵詞。

 

     CSP

 

     CSP(Chip ScalePackage)，是一種新的芯片尺寸級封裝技術，封裝尺寸和芯片核心尺寸基本相同，內核麵積與封裝麵積比例約為1：1.1，凡是符合這一標準的封裝都可以稱之為“CSP”。

 

     因其單元麵積的光通量最大化(高光密度)以及芯片與封裝BOM成本最大比(低封裝成本)使CSP有望在lm/$而上打開顛覆性的突破口，被認為是 “終極”封裝形式。

 

     CSP在降低成本上具有潛在優勢，除此之外，在其他環節也具有明顯優勢，如在燈具設計上，由於CSP封裝尺寸大大減小，可使燈具設計更加靈活，結構也會更加緊湊簡潔。在性能上，由於CSP的小發光麵、高光密特性，易於光學指向性控製;利用倒裝芯片的電極設計，使其電流分配更家均衡，適合更大電流驅動;Droop效應的減緩，以及減少了光吸收，使CSP具有進一步提升光效的空間。在工藝上，藍寶石使熒光粉與芯片MQW區的距離增加，熒光粉溫度更低，白光轉換效率也更高。

 

     因此，CSP被行業寄予期望，甚至在業內流傳“CSP技術早晚要革了封裝廠的命，隻是時間還未到”的說法。

 

     對此，有業內人士表示，技術的產生無論是“反對派”的質疑，還是“支持派”的堅挺，CSP技術產品確確實實已經出來並上市。雖然當前會麵臨光效低、焊接困難、光色一致性等問題，但其發光麵小、高光密度、顏色均勻、體積小增加應用端靈活性、成本下降空間潛力大等特點，似乎也預示CSP技術將會是LED 封裝未來發展趨勢。“我們不僅要看到新技術的長處，還要看到有些短處要去彌補，有爭議、有不足才能更好的促進CSP技術的應用與發展。對於未來能否都革了封裝廠的命，還有待時間去驗證。”

 

    UV LED

 

    UV LED一般指單波長在400nm以下的不可見光，又稱紫外LED。具有方向性能好、低電壓、綠色環保、波長可測、長壽命、輕便靈活、切換迅速、耐震耐潮等優點。

 

    隨著深紫外LED(發光波長短於300nm)關鍵技術的不斷突破，紫外光源應用到了日常生活、生產科研、國土安全、生物醫療、生物探測、全天候非視距保密通訊等諸多領域。

 

    相關數據預測，過去幾年UV LED的市場年增長率平均達到28.5%，而在接下來的幾年中將加速增長，預計到2019年將達到5億美金。

 

     專家預測，未來氮化物深紫外LED作為下一代紫外光源，在工業生產、家庭衛生、生物醫療、通信安全等眾多領域，具有廣闊的應用前景，因此應及早部署，把握先機，才能成為未來市場的領導者。不過，這其中，材料製備技術仍是目前深紫外LED期間的瓶頸。
 

    量子點LED

 

    量子點(Quantum Dot，QD)，一種全新概念的納米級半導體發光粒子，1981年被發現。其組成元素不僅局限於Ⅱ-Ⅵ族(BaS、CdTe等)、Ⅲ-Ⅴ族(GaAs、 InGaAs)、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族(AgInS2等)的幾種元素，未來還將有更多體係組成將被開發出來。

 

    量子點是量子點LED(QLED)發光的基本材料。發光形式有兩種：一是采用在GaN基LED中作為光轉換層，有效吸收藍光發射出波長在可見光範圍內精確可調的各色光;二是采用其電致發光形式，將其塗敷於薄膜電極之間而發光，實現QLED發光。

 

    作為照明用的量子點LED(QLED)優點有三：一，能發射出全光譜，即涵蓋整個可見光和紅外光區;二，它們能局限量子發光性質，並釋放出較小頻寬的色光，發射出的波長半寬度在20 nm以下，因而呈現出更加飽和的光色;三，量子效率可達90%，以後還將會有更高的提升空間。

 

    隨著量子點製備技術的提高，尤其是量子點技術的光譜隨尺寸可調、斯托克斯位移大、發光效率高、發光穩定性好等一係列獨特的光學性能，使其更成為近年來研究的焦點，並取得了重大進展。

 

    目前，量子點LED(QLED)光源也在實驗室裏誕生。且更有預測顯示，未來15年量子點LED將點亮全球。

 

     量子點已經對LED技術產生了廣泛的商業影響，當前，改善其製造步驟並提高利潤是研究領域的重點。據報道，美國俄勒岡州立大學的研究人員已展示了一種新的量子點製造技術，不僅能保證所造量子點的大小和形狀始終如一，還能進行更精確的顏色控製，可能意味著LED照明新時代的來臨。

 

     石墨烯

 

     石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來得，由碳原子以特殊結構排列組成的隻有一層原子厚度的二維晶體。是目前已知的自然界最薄、強度最高的材料，斷裂強度比最好的鋼材高200倍。它不僅是世界上最硬的材料，而且柔韌性也最強，具有很好的彈性，可以被無限拉伸，拉伸幅度能達到自身尺寸的 20%，可抵抗很大的壓力，而且具有非同尋常的導熱性和導電性，被稱之為“奇跡材料”。

 

     石墨烯的奇特之處在於“零滲透”，所有氣體、液體都無法滲透，使得石墨烯產品有了“針插不進、水潑不進”的本事。不僅如此，石墨烯還具有超強吸附性，和具有非常好的透光性，適合作為透明電子產品原料。

 

    石墨烯不僅技術含量非常高、應用潛力也非常廣泛的碳材料。作為高新科技材料，石墨烯在半導體產業、光伏產業、鋰離子電池、航天、軍工、新一代顯示器等傳統領域和新興領域都將帶來革命性的技術進步。

 

     矽襯底技術

 

     矽襯底技術是LED芯片襯底主要有三條技術路線之一。即碳化矽襯底、藍寶石襯底、矽襯底。其中，碳化矽襯底技術走的是“貴族路線”，成本高昂，其襯底及LED製備技術被美國公司壟斷。藍寶石襯底技術則主要掌握在日本公司手中，成本較低，是目前市場上的主流路線;但藍寶石晶圓散熱較差，晶體垂直生長困難很難做到大尺寸、無法製作垂直結構的器件，襯底也較難剝離。而第三條路線就是中國自主發展起來的矽襯底技術，它彌補了前兩大技術路線之不足。

 

     作為第三條LED芯片製造技術路線的矽襯底技術與其他兩種相比具有四大優勢：

 

     一是矽材料比藍寶石和碳化矽價格便宜，且生產效率更高，因此成本低廉，能使LED芯片成本比藍寶石襯底芯片大幅降低;二是器件具有優良的性能，芯片的抗靜電性能好、壽命長、可承受的 電流密度高;三是芯片封裝工藝簡單，芯片為上下電極，單引線垂直結構，在器件封裝時，隻需單電極引線，簡化封裝工藝的同時，更節約封裝成本;四是具有自主知識產權，產品可銷往國際市場，不受國際專利的限製。

 

     有產業經濟學家表示，在成本持續下降的背景下，矽襯底技術如若能獲得資本大力追捧，LED產業格局有望被重塑。

 

     從國家戰略層麵講，矽基氮化镓技術是我國擁有自主知識產權的技術路線，可以構建中國完全自主的LED產業;從產業層麵講，基於矽材料的價格低廉和易於獲取、矽基氮化镓技術的優勢，利用成熟的集成電路產能，可以推動從設備到芯片、封裝等全產業鏈成本大為下降。“矽基氮化镓技術接下來應該會得到國家相關政策的進一步扶持和支持，這對LED整個產業鏈都將會有巨大的影響，我們非常期待這些政策的落地。”業內人士表示。

 

      另據報道，“矽襯底高光效GaN基藍色發光二極管”獲得“2015年國家技術發明一等獎”，因而多家LED公司已率先開始布局。

 

     “矽襯底高光效GaN基藍色發光二極管”由江西省申報，項目主要參與人員包括南昌大學的江風益教授、晶能光電(江西)有限公司的孫錢等人。
 

      LiFi：LED 下一個殺手級應用?

 

      LiFi技術已經不陌生，基於可見光通信技術下開發的可穿戴設備將在未來大麵積推廣普及，而智慧照明的理念也將深入日常生活的方方麵麵，包括智能家裝、農業照明、醫療應用等多個領域。

 

      2014年諾貝爾物理學獎得主中村修二預言，LED產業的下個殺手級應用在可見光通訊(LiFi)。中村修二指出，現有通訊方式主要以光纖有線通訊搭配微波無線通訊(如WiFi)為主，但WiFi的易遭攔截、微波有害人體成為被詬病的兩大缺點。
 

     而以LED光線做為傳輸訊號的載具，就沒有這些問題，隻要訊號一遭攔截，光就被遮斷，肉眼立刻能夠察覺，安全性更高。另外，LED光線沒有微波，不傷害人體，也不會幹擾儀器，目前在醫院、飛機機艙等條件限製較高的場所，均已使用。
 

     相對於WiFi，LiFi LED燈的數據傳輸速率在提升，且可見光不能穿越牆壁，家庭上網將變得更加安全。此外，在精確定位領域，LiFi也展示出了優勢。支持者認為，LiFi技術具有替代WiFi 的基礎。不過也有人認為，LiFi的替代效應雖然存在，不過將可見光作為通信載體還有一定局限性，未來，LiFi可能會與WiFi 互補共存，應用於智慧城市。互補與共存，都說明LIFI 具有不可忽視的作用。

 

      雖然LED光通訊的應用，不過，業界人士表示，未來若普及，隻要有光線，就有訊號。例如打開桌上的台燈，可下載影音。站在路燈下可以上網查地圖;在超市的各個架位，也可透過光線來發送不同產品訊息給消費者。甚至在水麵下的海底探勘，隻要燈光照得到就能傳輸訊號。

 

      目前，LiFi技術還處在發展階段，大部分還依舊停留在實驗室階段，對於LiFi技術研發、產業化等問題需解決，也未被大規模開發與應用，但未來也業界所看好，認為其必然成為LED應用的重要方向。現日本、美國、英國、德國、法國和中國都在全力開發可見光通信技術，預計LiFi技術提供的解決方案會在全球創造一個全新的信息市場。

 

      技術布局：第三代半導體照明材料

 

      第三代半導體材料是近年來迅速發展起來的以GaN、SiC和ZnO為代表的新型半導體材料，具有禁帶寬度大，擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高及抗輻射能力強的優點，是固態光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，在半導體照明、新一代移動通信、智能電網、高速軌道交通、新能源汽車、消費類電子等領域有廣闊的應用前景，可望成為支撐信息、能源、交通、國防等發展的重點新材料，正在成為全球半導體產業新的戰略高地。

 

     據預測，到2020年，第三代半導體技術的應用將催生我國在上述三大領域均出現上萬億元的潛在市場價值，屆時將催生巨大市場應用空間。

 

     我國政府十分重視第三代半導體材料與器件的研發及產業化，在政府的持續部署支持下，我國材料研發的整體水平與國際上差距不大，如在第三代半導體材料第一個產業化的應用方麵--半導體照明已經在關鍵技術上實現突破，創新應用國際領先;在第三代半導體電子器件應用方麵，在移動通訊、光伏逆變、雷達領域已有少量示範應用。