2015年半导体产业七大热点技术总结

      技术的进步不但推动科技和行业的发展与进步，使行业发展呈现出阶段性的特点，并拥有时代特征。回顾2015，CSP、UV LED、量子点LED、石墨烯、硅衬底……都是过去一年LED产业技术发展的热点关键词。

 

     CSP

 

     CSP(Chip ScalePackage)，是一种新的芯片尺寸级封装技术，封装尺寸和芯片核心尺寸基本相同，内核面积与封装面积比例约为1：1.1，凡是符合这一标准的封装都可以称之为“CSP”。

 

     因其单元面积的光通量最大化(高光密度)以及芯片与封装BOM成本最大比(低封装成本)使CSP有望在lm/$而上打开颠覆性的突破口，被认为是 “终极”封装形式。

 

     CSP在降低成本上具有潜在优势，除此之外，在其他环节也具有明显优势，如在灯具设计上，由于CSP封装尺寸大大减小，可使灯具设计更加灵活，结构也会更加紧凑简洁。在性能上，由于CSP的小发光面、高光密特性，易于光学指向性控制;利用倒装芯片的电极设计，使其电流分配更家均衡，适合更大电流驱动;Droop效应的减缓，以及减少了光吸收，使CSP具有进一步提升光效的空间。在工艺上，蓝宝石使荧光粉与芯片MQW区的距离增加，荧光粉温度更低，白光转换效率也更高。

 

     因此，CSP被行业寄予期望，甚至在业内流传“CSP技术早晚要革了封装厂的命，只是时间还未到”的说法。

 

     对此，有业内人士表示，技术的产生无论是“反对派”的质疑，还是“支持派”的坚挺，CSP技术产品确确实实已经出来并上市。虽然当前会面临光效低、焊接困难、光色一致性等问题，但其发光面小、高光密度、颜色均匀、体积小增加应用端灵活性、成本下降空间潜力大等特点，似乎也预示CSP技术将会是LED 封装未来发展趋势。“我们不仅要看到新技术的长处，还要看到有些短处要去弥补，有争议、有不足才能更好的促进CSP技术的应用与发展。对于未来能否都革了封装厂的命，还有待时间去验证。”

 

    UV LED

 

    UV LED一般指单波长在400nm以下的不可见光，又称紫外LED。具有方向性能好、低电压、绿色环保、波长可测、长寿命、轻便灵活、切换迅速、耐震耐潮等优点。

 

    随着深紫外LED(发光波长短于300nm)关键技术的不断突破，紫外光源应用到了日常生活、生产科研、国土安全、生物医疗、生物探测、全天候非视距保密通讯等诸多领域。

 

    相关数据预测，过去几年UV LED的市场年增长率平均达到28.5%，而在接下来的几年中将加速增长，预计到2019年将达到5亿美金。

 

     专家预测，未来氮化物深紫外LED作为下一代紫外光源，在工业生产、家庭卫生、生物医疗、通信安全等众多领域，具有广阔的应用前景，因此应及早部署，把握先机，才能成为未来市场的领导者。不过，这其中，材料制备技术仍是目前深紫外LED期间的瓶颈。
 

    量子点LED

 

    量子点(Quantum Dot，QD)，一种全新概念的纳米级半导体发光粒子，1981年被发现。其组成元素不仅局限于Ⅱ-Ⅵ族(BaS、CdTe等)、Ⅲ-Ⅴ族(GaAs、 InGaAs)、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族(AgInS2等)的几种元素，未来还将有更多体系组成将被开发出来。

 

    量子点是量子点LED(QLED)发光的基本材料。发光形式有两种：一是采用在GaN基LED中作为光转换层，有效吸收蓝光发射出波长在可见光范围内精确可调的各色光;二是采用其电致发光形式，将其涂敷于薄膜电极之间而发光，实现QLED发光。

 

    作为照明用的量子点LED(QLED)优点有三：一，能发射出全光谱，即涵盖整个可见光和红外光区;二，它们能局限量子发光性质，并释放出较小频宽的色光，发射出的波长半宽度在20 nm以下，因而呈现出更加饱和的光色;三，量子效率可达90%，以后还将会有更高的提升空间。

 

    随着量子点制备技术的提高，尤其是量子点技术的光谱随尺寸可调、斯托克斯位移大、发光效率高、发光稳定性好等一系列独特的光学性能，使其更成为近年来研究的焦点，并取得了重大进展。

 

    目前，量子点LED(QLED)光源也在实验室里诞生。且更有预测显示，未来15年量子点LED将点亮全球。

 

     量子点已经对LED技术产生了广泛的商业影响，当前，改善其制造步骤并提高利润是研究领域的重点。据报道，美国俄勒冈州立大学的研究人员已展示了一种新的量子点制造技术，不仅能保证所造量子点的大小和形状始终如一，还能进行更精确的颜色控制，可能意味着LED照明新时代的来临。

 

     石墨烯

 

     石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来得，由碳原子以特殊结构排列组成的只有一层原子厚度的二维晶体。是目前已知的自然界最薄、强度最高的材料，断裂强度比最好的钢材高200倍。它不仅是世界上最硬的材料，而且柔韧性也最强，具有很好的弹性，可以被无限拉伸，拉伸幅度能达到自身尺寸的 20%，可抵抗很大的压力，而且具有非同寻常的导热性和导电性，被称之为“奇迹材料”。

 

     石墨烯的奇特之处在于“零渗透”，所有气体、液体都无法渗透，使得石墨烯产品有了“针插不进、水泼不进”的本事。不仅如此，石墨烯还具有超强吸附性，和具有非常好的透光性，适合作为透明电子产品原料。

 

    石墨烯不仅技术含量非常高、应用潜力也非常广泛的碳材料。作为高新科技材料，石墨烯在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、军工、新一代显示器等传统领域和新兴领域都将带来革命性的技术进步。

 

     硅衬底技术

 

     硅衬底技术是LED芯片衬底主要有三条技术路线之一。即碳化硅衬底、蓝宝石衬底、硅衬底。其中，碳化硅衬底技术走的是“贵族路线”，成本高昂，其衬底及LED制备技术被美国公司垄断。蓝宝石衬底技术则主要掌握在日本公司手中，成本较低，是目前市场上的主流路线;但蓝宝石晶圆散热较差，晶体垂直生长困难很难做到大尺寸、无法制作垂直结构的器件，衬底也较难剥离。而第三条路线就是中国自主发展起来的硅衬底技术，它弥补了前两大技术路线之不足。

 

     作为第三条LED芯片制造技术路线的硅衬底技术与其他两种相比具有四大优势：

 

     一是硅材料比蓝宝石和碳化硅价格便宜，且生产效率更高，因此成本低廉，能使LED芯片成本比蓝宝石衬底芯片大幅降低;二是器件具有优良的性能，芯片的抗静电性能好、寿命长、可承受的 电流密度高;三是芯片封装工艺简单，芯片为上下电极，单引线垂直结构，在器件封装时，只需单电极引线，简化封装工艺的同时，更节约封装成本;四是具有自主知识产权，产品可销往国际市场，不受国际专利的限制。

 

     有产业经济学家表示，在成本持续下降的背景下，硅衬底技术如若能获得资本大力追捧，LED产业格局有望被重塑。

 

     从国家战略层面讲，硅基氮化镓技术是我国拥有自主知识产权的技术路线，可以构建中国完全自主的LED产业;从产业层面讲，基于硅材料的价格低廉和易于获取、硅基氮化镓技术的优势，利用成熟的集成电路产能，可以推动从设备到芯片、封装等全产业链成本大为下降。“硅基氮化镓技术接下来应该会得到国家相关政策的进一步扶持和支持，这对LED整个产业链都将会有巨大的影响，我们非常期待这些政策的落地。”业内人士表示。

 

      另据报道，“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”获得“2015年国家技术发明一等奖”，因而多家LED公司已率先开始布局。

 

     “硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”由江西省申报，项目主要参与人员包括南昌大学的江风益教授、晶能光电(江西)有限公司的孙钱等人。
 

      LiFi：LED 下一个杀手级应用?

 

      LiFi技术已经不陌生，基于可见光通信技术下开发的可穿戴设备将在未来大面积推广普及，而智慧照明的理念也将深入日常生活的方方面面，包括智能家装、农业照明、医疗应用等多个领域。

 

      2014年诺贝尔物理学奖得主中村修二预言，LED产业的下个杀手级应用在可见光通讯(LiFi)。中村修二指出，现有通讯方式主要以光纤有线通讯搭配微波无线通讯(如WiFi)为主，但WiFi的易遭拦截、微波有害人体成为被诟病的两大缺点。
 

     而以LED光线做为传输讯号的载具，就没有这些问题，只要讯号一遭拦截，光就被遮断，肉眼立刻能够察觉，安全性更高。另外，LED光线没有微波，不伤害人体，也不会干扰仪器，目前在医院、飞机机舱等条件限制较高的场所，均已使用。
 

     相对于WiFi，LiFi LED灯的数据传输速率在提升，且可见光不能穿越墙壁，家庭上网将变得更加安全。此外，在精确定位领域，LiFi也展示出了优势。支持者认为，LiFi技术具有替代WiFi 的基础。不过也有人认为，LiFi的替代效应虽然存在，不过将可见光作为通信载体还有一定局限性，未来，LiFi可能会与WiFi 互补共存，应用于智慧城市。互补与共存，都说明LIFI 具有不可忽视的作用。

 

      虽然LED光通讯的应用，不过，业界人士表示，未来若普及，只要有光线，就有讯号。例如打开桌上的台灯，可下载影音。站在路灯下可以上网查地图;在超市的各个架位，也可透过光线来发送不同产品讯息给消费者。甚至在水面下的海底探勘，只要灯光照得到就能传输讯号。

 

      目前，LiFi技术还处在发展阶段，大部分还依旧停留在实验室阶段，对于LiFi技术研发、产业化等问题需解决，也未被大规模开发与应用，但未来也业界所看好，认为其必然成为LED应用的重要方向。现日本、美国、英国、德国、法国和中国都在全力开发可见光通信技术，预计LiFi技术提供的解决方案会在全球创造一个全新的信息市场。

 

      技术布局：第三代半导体照明材料

 

      第三代半导体材料是近年来迅速发展起来的以GaN、SiC和ZnO为代表的新型半导体材料，具有禁带宽度大，击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高及抗辐射能力强的优点，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景，可望成为支撑信息、能源、交通、国防等发展的重点新材料，正在成为全球半导体产业新的战略高地。

 

     据预测，到2020年，第三代半导体技术的应用将催生我国在上述三大领域均出现上万亿元的潜在市场价值，届时将催生巨大市场应用空间。

 

     我国政府十分重视第三代半导体材料与器件的研发及产业化，在政府的持续部署支持下，我国材料研发的整体水平与国际上差距不大，如在第三代半导体材料第一个产业化的应用方面--半导体照明已经在关键技术上实现突破，创新应用国际领先;在第三代半导体电子器件应用方面，在移动通讯、光伏逆变、雷达领域已有少量示范应用。