提升我国LED制造装备的创新能力

三、我国LED制造装备产业现状在国家产业扶持、台商加入及国际巨头三方推进下，LED产业在我国已具相当规模，到2004年底全国已有LED各类企业约3500余家，从业人员50余万人，LED器件产量400亿只/年以上，已初步形成从外延片生产、芯片制备到器件封装集成应用比较完整的产业链，生产企业重点分布在长三角、珠三角、江西、福建及环渤海湾等地区。据统计，2004年中国大陆的LED需求量约240亿只，应用市场达300亿元，2005年总需求量为300亿只，应用市场达到360亿元。LED生产主要有3个环节，就是发光半导体外延片的生长、芯片制作和封装，目前国内3个环节都有，尤其是外延片的生长环节，我国与世界一流水平还有较大的差距。从产业价值链的情况看，高质量的外延片已经成为中国LED产业发展的主要制约环节，中国的LED产业面临一个巨大的问题就是技术水平太低，中国LED产业刚刚处于起步阶段，不但与日本、美国、欧洲有巨大的差距，即便是与中国台湾相比，也相去甚远，国内LED的产业规模在100亿左右，仅是日本日亚化学一家的一半多一点。目前国内有十几家作LED外延芯片和芯片封装的公司，产业规模较小，最大的也不过2、3亿的产值。国内的外延片生长技术主要源于美国、基本上是进口美国的有机金属化学气相沉淀（MOCVD）装备，这些装备在美国就不是一流的装备，在整个LED产业外延片的生长、芯片、芯片封装3个环节中，外延片生长投资要占到70%，外延片成本要占到封装成成品的70%，同时外延片生长技术的人才全世界都缺乏，简单的说，外延片的水平决定了整个LED产业水平，国内近几年也陆续引进了50多台MOCVD装备，均处理大生产工艺摸索阶段，一旦工艺成熟，则会上10倍地增大装备数量形成规模生产，市场需求巨大。 国家"863"计划和信息产业发展基金及时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发（中科院半导体所、中电科技集团公司第四十八所），通过整机消化吸收，关键技术再创新等措施，填补了国内空白，使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。随着国家照明工程的起步，国内led芯片设备的巨大需求再次引起了国外半导体设备生产商的积极响应，他们日益重视中国这个巨大的市场，但是，这里面也存在着一个隐忧，国外芯片设备高昂的价格，相对制约了国内企业的规模化、产业化发展，也消耗了国家大量宝贵的外汇。同样也挤占了国内设备生产商的发展空间。由于LED外延片及芯片制造所需的装备要比集成电路芯片制造装备相对简单一些，我国除一些关键装备（如MOCVD、等离子刻蚀机、光电特性测试分选机）尚存一定差距外，其余大部分装备都能自主生产，装备的技术可靠性已经接近国外同类装备的水平，中电科技集团公司第四十五研究所、第四十八研究所、第二研究所3个研究所在各自的专业领域已具备了生产、开发LED全线装备的能力，如中电科技集团第四十五研究所生产的切片机、光刻机、清洗甩干机、探针测试台等，中电科技集团第四十八研究所生产的离子注入机等，它们均已在集成电路和电子元器件生产线上发挥作用。四、存在的主要问题及原因1、产品自主创新不够，艰难地跟随国外技术；2、核心设备受制于人（虽不禁运，但价格具有掠夺性）； 3、主要设备产业化水平适应不了生产需要； 4、系统集成能力弱。 五、国内LED装备市场需求根据国家照明工程目标：LED2010年达到100lm/W的光效指标，使LED进入千家万户照明。2004年中国LED总产量突破240亿只，2005年中国LED的产量已经达到262.1亿只，市场规模更是突破百亿元大关达到114.9亿元，预计，2010年中国LED总产值将达600亿元。预计未来5-8年内，中国将会成为led半导体照明产业一个投资热点地区，我国led封装产业将占全球市场的70%；新上或扩建规模生产线约100余条（其中新建年产5亿只以上的生产线将有15-20条）；所需装备从外延片生产过程中的MOCVD装备到外延片的测试装备到芯片生产中的光刻、蒸发、干法腐蚀、减薄等装备，再到芯片后续工艺中的芯片安放、引线焊接、划片、测试分选、编带等约5000多台套。装备投资额在50亿元以上，以芯片键合机为例，对于年产量10亿只产能的生产线，需20多台键合机（8000只/h，目前我国生产线主流机型ASM809A的效率）两个班次进行生产，如果国内年产量要达到300亿只，那么就需要此种机型700台左右（价值近亿美元），而目前能达到此产能的在线机器不足百台。据预算，若半导体照明占到整个国家照明市场的20%时，LED的能量需求将为1000亿kW/h，其对应的功率需求将为50GW，仅满足这一市场需求的LED生产线的MOCVD装备投资将达7.5亿美元以上。六、LED器件装设备的突破通过"863"计划等科技计划的支持，我国已经初步形成从外延片生产、芯片制备、器件封装集成应用比较完整的产业链，现在全国从事半导体LED器件及照明系统规模生产的企业有400多家，LED器件封装在国际市场上已占有相当大的份额。中电科技集团公司第四十五研究所LED芯片键合设备、引线键合机的研制过程中，首先打破国有机制的传统观念，组建新型技术团队，制定高效的激励机制，以高薪从国外引进国际一流的高层次项目开发技术和管理人才，带进国外先进的管理模式，直接参与项目的核心管理团队进行全面管理：吸纳在海外电子专用装备大公司工作过的高级专业人才回国创业，将国外的管理模式与我国国情相结合，把国外的经验进行一定的改革后引入国内，利用国外成熟技术资源，提高技术起点，通过机制体制的转变，为项目的顺利实施打下了良好的基础，从而使得企业对IC装备产业和市场的认识有了很大的提高，建立了国际竞争的理念，采取与国际大公司相同的研制路线和市场运作模式，创建了一流的研发平台，经过近2年的研究，成功地开发出、8-12线/s引线键合机、LED芯片键合机商品化样机。中电科技集团公司第四十五研究所在LED芯片键合设备整机研制的全过程中，始终与工艺单位紧密结合，首先对设备的工艺要求进行系统的了解，之后组织设计人员分期分批的到国内的一些大型LED生产线进行实习，亲自动手熟悉产品的工艺流程，结合创新，建立工艺平台，并将创新工艺"物化"在制造设备的设计中。在完成样机开发后，为了验证设备工艺性能，与设备使用厂家进行深入沟通，免费提供设备供厂家考核、试用，到生产线上进行工艺调试，并且针对所发现的问题再结合产品工艺对各个部件进行了不同角度的改进，改进完成后的样机再次进入生产线进行工艺考核，接下来对已经基本达到设计要求和工艺要求的样机，进行稳定性考核，再一次的来验证机器的整体效能，经过1年半的努力，现已成功开发出了一种适合于垂直式LED制程的DB-8002粘片机，该机的粘片速度达到了每秒2只，生产效率每小时7000只以上，粘片精度±50μm，其指标全面达到国外同类机型的水平，并且已有2台交付河北廊坊鑫谷光电科技有限公司和国外著名品牌机型并线生产，进行考核实验，已经过了5个月的工艺考核，运行情况良好，预计到2006年年底，该机将完成30台的批量生产，提供给国内LED封装厂商，从而使研制的设备实现了真正意义上的自主创新。 在LED引线键合机，粘片机商品化样机的研制中，通过引进、消化、吸收再创新，取得了关键单元技术突破，掌握了9项发明专利技术。七、提升LED制造装备的思考"十一五"期间，结合国家半导体照明工程的实施，突破以蓝光照明的MOCVD芯片制造装备和后封装关键设备及工艺技术，具备此类装备的批量生产能力及技术，接近或初步达到国际先进水平，研发应用于白光照明LED生产的关键装备与工艺，实现产业化，到2008年具备提供半导体照明生产线装备与生产工艺的能力，实现国内建线60%的国产设备配置目标。到2015年，掌握半导体照明制造装备尤其是关键的前工序装备先进工艺及技术，拥有核心技术的自主知识产权，研究应用于100lm/W功率型白光led器件封装关键技术，装备及产业化技术，研发完成适合硅基材料或其它新型基片材料的半导体照明核心装备并实现产业化，进一步提高白光LED发光效率，具备半导体照明制造装备整线配套达到国际先进水平，具备自主知识产权和创新能力，进一步形成统一的标准。产业化目标，通过装备制造企业与用户的合作，2年内解决工艺适应性、效率，可靠性等问题，具备国内配套及批量供应能力。2008年实现6片型MOCVD、芯片键合机，引线键合机的产业化。技术攻关目标：在国家的支持下，研究Si衬底GaN基LED外延片制造关键技术，突破100mm氮化镓基外延片生长技术，进行21片MOCVD、激光划片机、倒装芯片键合机、芯片自动检测分选机攻关；掌握核心技术的自主知识产权，完成样机定型，实现商品化。