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LED球泡灯成本显著降低 有望实现大规模普及

文章作者:照明工业 上传时间:2019-09-13

LED照明价格战打不停,如何降低LED晶片生产成本,成为相关晶片业者重要的生存关键。雷射加工设备商大族激光表示,透过导入更先进紫外光蓝宝石基板切割技术,LED晶片业者仍可有效降低LED生产成本。

成本一直是LED照明一个主要障碍,妨碍著人们购买高能效LED球泡灯。现在,世界上最大的一家LED制造商欧司朗光电半导体公司(Osram Opto Semiconductors)表示,它已经完善技术,能显著降低LED的生产成本。

在经历了产能过剩,价格大幅下跌等悲惨市场局面后,今年蓝宝石又迎来一阵新热潮,并在LED衬底领域,以超高的市场占有率,奠定市场霸主地位。 虽然国外部分企业依然看好硅基氮化镓和GaN-on-GaN,继续投资这两种技术,但是由于没有成本优势,这两种技术目前依然无法实现大规模量产。 而GaN-on-GaN则更为冷淡。继首尔半导体在去年为GaN-on-GaN摇旗呐喊了几句之后,便没有下文了,该技术停在实验室里,依然难以走出来。 蓝宝石新热潮 受益LED照明的快速增长,蓝宝石也迎来新一轮热潮。水晶光电董秘孔文君透露,随着市场续期的扩大,公司也计划将扩产约30LED蓝宝石衬底。她表示,目前公司蓝宝石PSS产能约为15万片/年,年底前计划扩产至20万片/年的产能。 另外,东晶电子、晶盛机电、大族激光等公司也无一例外,扩大LED蓝宝石产能,或是涉足蓝宝石产业链。 虽然蓝宝石应用于消费电子领域,已为大家所知,但是这一领域还没有得到广泛的应用,LED仍是蓝宝石行业需求驱动。市场上对图形衬底的需求,也让蓝宝石基板迅速升温。CSAResearch研究数据显示,2014年季度,蓝宝石衬底的市场占有率高达87,一统衬底江湖地位。 孔文君表示,在公司生产的蓝宝石衬底产品中,目前公司PSS产能仍以2英寸为主,今年会提升4英寸产品的比重。 另一方面大尺寸蓝宝石晶片需求增加,许多海外大公司(如LG、Sharp或Osram)朝向6寸晶片生产,而台湾企业普遍以4寸晶片,国内企业也逐渐转向大尺寸。 而就在去年底,GTAT和苹果公司投资10亿美元合作成立了一间大型蓝宝石生产工厂。据悉该工厂的产能将是现有蓝宝石产能的两倍,该工厂将改变蓝宝石和LED产业的架构。 而与此同时,在这波热潮中收益的还有蓝宝石衬底切割设备。大族激光副董事长张建群表示,去年公司LED蓝宝石衬底切割设备实现接近1亿元的收入,而今年初这部分业务很好,一季度已经有接近去年总量一半的订单,行业整体需求较大,预计全年将高增长。 国外硅基氮化镓蠢蠢欲动 一些海外的公司已经大批量生产硅基氮化镓LED(GaN-on-Si)。 5月底,普莱思半导体有限公司宣布已订购爱思强生产的CRIUSII-XLMOCVD设备,用于硅基氮化LED的生产。 普莱思的技术总监KeithStrickland博士曾对媒体表示:在过去一年,我们在GaN-on-SiLED产品的推出取得了巨大成功。目前正计划加快生产,为了提升产量,又鉴于AIXTRON爱思强CRIUSII-XL系统表现出色,我们已订购另一套同一系列的设备。

大族激光小功率营销总监温博表示,LED照明灯具近年来价格持续压低,可望快速替代一般传统日光灯或是省电灯泡。

白光LED的制备,通常需要给蓝色氮化镓LED涂上黄色萤光粉。制造商通常会培育薄层氮化镓,是在昂贵的蓝宝石基质上进行。相反,欧司朗制备这种设备是在矽基板上进行。矽基板的成本是蓝宝石的三分之一多,甚至可以更便宜,因为可以制成更大的片材。

大族激光小功率营销总监温博表示,LED照明灯具近年来价格持续压低,可望快速代替一般传统日光灯或是省电灯泡,有效带动LED照明市场前景;但为了在价格竞争激烈的产业中生存,相关业者须不断提升自身的运作效率。

这家公司表示,它的矽基白色LED每瓦功率可产生127流明,电源效率为58%,可比蓝宝石上培育的最先进的商用LED。彼得·斯塔斯(Peter Stauss),是欧司朗的项目经理,他说,研究人员正在测试和优化这种设备,期望在未来两到三年开始销售它们。

有鉴于此,大族激光推出新款紫外光雷射滑片机。此一滑片机将雷射光束聚焦于脆性材料表面,利用雷射的高峰值能量瞬间切割蓝宝石或是玻璃基板。此机台拥有切割快速、品质优异且切割强度高的特性,搭载了透明材料贯穿技术,适用于厚度1毫米以下的蓝宝石与玻璃基板切割。

欧司朗联合其他几家公司,力争把更便宜的矽基镓氮化发光二极管推向市场。中国晶能光电公司(Lattice Power)声称,已经开始商业化生产,使用的是相同的技术。上个月,加州(California)新创公司普瑞公司(Bridgelux)宣布,已经与东芝合作,制备矽基发光二极管。与此同时,英国的普莱塞半导体公司(Plessey Semiconductors)计划在年底生产矽基氮化镓发光二极管,采用的技术来自剑桥大学(Cambridge University)校办企业凯姆加恩公司。飞利浦和三星也表示,要致力于矽工艺。

值得一提的是,此设备配备该公司自主研发的DRACO紫外光雷射,以提供客户更有品质保障的设备;且该机台可进行红黄光、硅衬底晶圆切割;其内建的自动对焦系统(Auto-focus),可实现基板的快速切割对焦。

欧司朗没有说,它的新型LED会便宜多少,但普瑞公司和普莱塞公司都声,这种矽工艺可以降低LED生产成本75%以上。普瑞公司还预测,它的工艺可以降低75瓦的同种LED灯泡的成本,现在卖到40美元,可降低到5美元以下。

目前最热门的LED基材为蓝宝石与矽基氮化镓(GaN-on-Si),但大族激光仍看好蓝宝石基板前景,暂不进军矽基氮化镓相关领域。

与蓝宝石相比,制备大直径硅片更容易,也更便宜,这就可以削减成本。另一个吸引人的理由是,转向矽可以利用现有的机器,这些机器原先用来制作矽电脑芯片。普瑞公司已经演示了一些设备,就是在20厘米宽的硅片上培育的。

温博表示,该公司仍会维持既有的事业,并继续钻研蓝宝石材料相关技术,且目前的LED产业仍会优先考虑使用蓝宝石材料为主要基板。倘若矽基氮化镓有更上一层的契机,该公司也会考虑布局相关技术。

矽上培育氮化镓的挑战是,这两种材料扩大和收缩的速度不同。发光二极管是在高温下制备,材料冷却时,发光的氮化镓层就会裂开,这是因为与下面的矽的张力。为了解决这个问题,欧司朗和其他公司就培育另外的材料薄膜,如氮化铝镓,就围绕着氮化镓,这就可以平衡冷却过程中产生的张力。

新葡萄京官网,另一方面,该公司也提供在线式印刷电路板的紫外光切割专用设备。温博解释,相较于传统的切割加工方式,此一PCB切割机台为非接触式加工,所以过程中不会产生机器应力与变形,产生的粉尘较少,不易污染环境;且可一次性加工任意图形,加工图形也可随意转换,不只节省更换模具的时间,也可降低成本。

虽然许多LED厂商都选择矽,但是,加利福尼亚州的新创公司扫拉公司却在使用氮化镓基板。这也减轻了两层晶体结构之间的不匹配,扫拉公司首席技术官迈克尔•克拉梅斯(Michael Krames)说,产生的材料缺陷减少了1000倍,这是对比硅片上培育的材料而言。产生的LED比采用矽基板更昂贵,但是,它们也增亮10倍,这有助于弥补额外的费用。 “真是LED性能驱动[灯泡的总成本,”克拉梅斯说。“此外,这种基板是整体生产成本的一小部分。”

责编:CQJ

现在,虽然斯塔说,矽基板的成本优势更有利于厂商,胜过LED。“氮化镓基板可能是一个选择,只要它们便宜得多,但是,今天有没有真正的机会使用它们,”他说。

www.35222.com,史蒂夫•登巴斯(Steve Denbaars)是加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)材料和电气和电脑工程教授,也是扫拉公司创始人之一,他认为,氮化镓和矽基板都有一个公平的机会,可以取代蓝宝石。而氮化镓也会有性能优势,他说,“矽有机会将击败蓝宝石,仅仅因为有很多矽制造设施,安装在世界各地。”

采用硅片更便宜:欧司朗已在15厘米长的矽芯片上培育氮化镓,制成高性能白色LED。

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