什么是LED半导体封装设备

什么是LED半导体封装设备,第1张

led半导体照明 led半导体照明(发光二极管,英文简称LED)是一种新型的固态光源,已经在特殊照明领域显现出节能效果,例如景观照明(替代霓虹灯)节能70%、交通信号灯 (替代白炽灯)节能80%。目前LED发光效率已高于白炽灯,预计2010年将超过荧光灯,有望进入占全球电力消耗15-20 %的普通照明领域,节能的效果将更加显著。综合其低功耗、长寿命等特点,在全球能源危机,环保压力又极大的情况下,半导体照明已被世界公认为一种节能环保的重要途径,正以更快的速度拓展其多种应用范围。随着技术的不断提升,大尺寸液晶电视背光源、汽车、商业和工业用照明已逐步成为LED主要应用领域。

2006年全球LED的市场超过70亿美元,年均增长率超过20 %,未来5-10年将形成500-1000亿美元以上的潜在市场。鉴于半导体照明产业令人鼓舞的发展前景,近年日本“21世纪光计划”、美国“下一代照明计划”、欧盟“彩虹计划”、韩国“GaN半导体发光计划”等政府计划纷纷启动。面对半导体照明市场的巨大诱惑,世界三大传统照明工业巨头飞利浦、通用电气、欧司朗也与半导体公司合作,成立半导体照明企业。一场抢占半导体照明新兴产业制高点的争夺战,已经在全球打响.

加强自主创新,实现我国半导体照明的跨越式发展

我国已成为世界第一大照明电器生产国和出口国,2006年中国照明行业产值约1600亿元,出口100亿美元,但仅占全球市场18 %,大而不强。面对千载难逢的历史机遇,发展中国的半导体照明新兴产业已经时不我待。2003年6月,科技部联合信息产业部、教育部、建设部、中科院、轻工业联合会等单位,成立国家半导体照明工程协调领导小组,紧急启动了国家半导体照明工程。经过“十五”期间工程的组织与实施,功率型芯片和功率型白光封装达到国际产业化先进水平,发光功率和发光效率分别达到189 mW和47 lm/W,改变了过去蓝光芯片主要依赖进口的不利局面;包括LED车灯、矿灯等四大类140多个新产品陆续开发成功,大部分已实现了批量生产。2006年国产芯片市场占有率44%,2001-2006年LED市场销售额增长率48 %,2006年LED封装产值146亿元。

已经形成了从外延片生产、芯片制备、器件封装到集成应用的比较完整的研发体系。预计2010年我国半导体照明及相关产业产值将达到1000亿元。

2006年初,国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》,“高效节能、长寿命的半导体照明产品”被列入中长期规划第一重点领域(能源)的第一优先主题(工业节能),在国内外引起广泛关注。2006年10月,国家“十一五”863计划“半导体照明工程”重大项目正式启动。我国半导体照明产业正在进入自主创新、实现跨越式发展的重大历史机遇期。

“十一五”国家半导体照明工程的发展,将重点围绕半导体普通白光照明的目标,强调创新性,突破白光照明技术的部分核心专利,实现重点跨越;强化技术集成,围绕重大战略产品,产学研上下游联合攻关,解决制约产业发展的共性关键技术;实施产业技术联盟与人才培养、基地建设战略,建立完善的技术创新体系与特色产业集群,提升产业持续创新的能力,最终形成有自主知识产权和中国特色的半导体照明新兴产业。

促进产学研联合通过联盟搭建半导体照明自主创新交流合作服务平台

在国家半导体照明工程协调领导小组的引导和支持下,国家半导体照明工程研发及产业联盟(简称“联盟”)成立于2004年10月,由国内40余家从事半导体照明行业的骨干企业和科研院所按照“自愿、平等、合作”的原则发起成立。联盟旨在“联合、创新、求实、发展”,以推进半导体照明的技术进步和产业化为目标,充分利用现有资源,通过建立网站,举办各类活动,探索资源共享机制,以共赢的商业模式提倡上下游企业的联盟合作、集群创新式的区域合作和全球范围内资源整合的国际合作,为政府出台相关产业政策提供决策参考,实现行业自律,促进联盟成员的自身发展,提升中国半导体照明产业的国际竞争力。

“十五”期间,联盟积极参与半导体照明工程战略研究工作,通过承办“中国国际半导体照明论坛与展览会”( CHINA SSL )以及首届国家半导体照明工程创新大奖赛等工作广泛开展国际及区域间合作,促进人才引进和信息交流。联盟秘书处设在“中国半导体照明网”( www.china-led.net ),目前已成为国内外备受关注的LED专业垂直门户网站之一,日均点击率5000次,月均浏览量35.7万人次;联盟还积极参与奥运、世博等重大工程的示范工作,首次在国内半导体照明行业和重大工程建设单位之间搭建了供需交流平台,并积极推进半导体照明行业标准的制定与实施,参与制定了行业标准3项,2项标准将于2007年颁布实施。

“十一五”是我国半导体照明自主创新、实现跨越式发展的关键时期,在2006年7月深圳召开的国家半导体照明工程协调领导小组第四次工作会议上,明确提出“要重点支持建立以企业为主体的体系,要支持建立企业间的战略联盟”。“十一五”期间,联盟将继续完善组织机构,提升业界地位,深化合作机制,促进资源共享。为产、学、研深入合作搭建桥梁,成为政府与企业、研发机构之间的纽带;能够在我国半导体照明产业的技术创新与产业发展的重要时期,起到积极地推动和促进作用。为新兴的科技产业如何形成完整的技术创新体系探索可行的建设思路和发展模式,为建设有国际竞争力的中国半导体照明新兴产业贡献一份力量。

整合各方资源继续打造高水平、重实效的国际交流合作与交易平台

为了促进我国半导体照明产业的不断升级,国家半导体照明工程启动后,协调领导小组办公室十分重视开展与海内外科技界、产业界的交流与合作。在国家相关部门、行业组织和地方政府的大力支持下,自2004年起,国家半导体照明研发及产业联盟联合有关单位已分别在上海、厦门和深圳成功主办三届“中国国际半导体照明论坛暨展览会”( CHINA SSL )。海内外的官、产、学、研、用、资等精英荟萃,共谋半导体照明产业发展大计;并且高层次的国际论坛与展览会同期召开,相得益彰,提供了全产业链范围内的交流合作平台。

在海内外业界人士的高度关注与广泛支持下,CHINA SSL的规模不断扩展。论坛累计参会人数达到1400人,展览会观众人数累计超过30000人。2006年7月12日-14日在深圳举办的2006 CHINA SSL,共有524名海内外知名专家、政府官员参加论坛;157家国内外知名企业参展,CHINA SSL已成为中国规模最大、内容最全、影响最广的半导体照明专业盛会。

面对“十一五”半导体照明工程的新战略目标,作为国家科技部唯一授权并重点支持的半导体照明领域权威会展,将从2007年起,在上海和深圳两个城市轮流举办年度性的China SSL盛会,强势打造高水平、重实效的国际交流合作与交易平台。第四届CHINA SSL将于2007年8月22日-24日在上海举行,国家半导体照明工程协调领导小组第五次工作会议也将同期在上海召开。

为加强会展资源的整合,以增强其带动效应。自2007年4月起CHINA SSL主办方将与“中国(上海)国际LED与半导体照明展览会”( Lighting EXPO )的主办方——上海市光电子行业协会展开深度合作,并且与深圳“高交会”的承办方(高交会交易中心)合作,共享超过50万的国内外专业观众数据。同时,也得到了2007CHINA SSL举办地合作单位——上海半导体照明工程技术研究中心的大力支持。为了做好与传统照明的紧密衔接工作,进一步以应用促进半导体照明新兴产业的发展, 2007 CHINA SSL还将与“第十三届中国(上海)照明电器博览会”( LIGHTING CHINA )同期同地举办。由此强强联手、创新运作,充分利用各方资源,组织高质量的买家参观和采购,也将大大减少展商与观众的参展和参观成本,为中外业界提供更优质的服务。2007 CHINA SSL的新技术、新设备、新产品、新材料的信息发布将继续举行并具有国际性,奥运、世博等重大工程的商机也将一并发布。此外,中外机构还将首次策划与组织由国际知名企业高层人士参与的“中外企业发展战略对话”,加强中外业界人士的了解与沟通,寻求共同发展的平台。

led半导体照明技术的提升正在不断拓展新的应用,给社会一个又一个的惊喜;全新升级的CHINA SSL也将给予业界新的影响,促进中国半导体照明产业国际竞争力的快速提高。

LED(Light Emitting Diode),发光二极管,简称LED,,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。 它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。由于具有容易控制、低压直流驱动、组合后色彩表现丰富、使用寿命长等优点,广泛应用于城市各工程中、大屏幕显示系统。LED可以作为显示屏,在计算机控制下,显示色彩变化万千的视频和图片。 LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。

LED外延片工艺[2]流程:

近十几年来,为了开发蓝色高亮度发光二极管,世界各地相关研究的人员无不全力投入。而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管LED及激光二级管LD的应用无不说明了III-V族元素所蕴藏的潜能。在目前商品化LED之材料及其外延技术中,红色及绿色发光二极管之外延技术大多为液相外延成长法为主,而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷砷化镓GaAsP材料为主。

一般来说,GaN的成长须要很高的温度来打断NH3之N-H的键解,另外一方面由动力学仿真也得知NH3和MO Gas会进行反应产生没有挥发性的副产物。

LED外延片工艺流程如下:

衬底 - 结构设计 - 缓冲层生长 - N型GaN层生长 - 多量子阱发光层生 - P型GaN层生长 - 退火 - 检测(光荧光、X射线) - 外延片

外延片- 设计、加工掩模版 - 光刻 - 离子刻蚀 - N型电极(镀膜、退火、刻蚀) - P型电极(镀膜、退火、刻蚀) - 划片 - 芯片分检、分级

全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出,节能和环保是中国实现社会经济可持续发展所急需解决的问题。 每年照明电能消耗约占全部电能消耗的12%~15%,作为能源消耗的大户,必须尽快寻找可以替代传统光源的新一代节能环保光源。

LED以其较之于传统照明光源所没有的优势,诸如较低的功率需求、较好的驱动特性、较快的响应速度、较高的抗震能力、较长的使用寿命、绿色环保以及不断快速提高的发光效率等,成为目前世界上最有可能替代传统光源的新一代光源。

虽然半导体照明事业才刚刚起步,照明用LED还有很多问题要解决,但是,随着化合物半导体技术的迅猛突破和封装技术的不断提高,LED在照明领域的应用开始形成并逐步扩大。现阶段LED的发光效率偏低和光通量成本偏高是制约其大规模进入照明领域的两大瓶颈。目前LED的应用领域主要集中在信号指示、智能显示、汽车灯具、景观照明和特殊照明等。

2003年6月17日,由科技部牵头成立了跨部门、跨地区、跨行业的“国家半导体照明工程协调领导小组”。从协调领导小组成立起,到2005年年底之前的这段时间将是半导体照明工程项目的紧急启动期。从2006年的“十一五”开始,国家将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。2003年我国人均GDP首次突破获1000美元大关,经济实力得到了进一步的增强,已经初步具备了接受较高光通量成本(初始成本)的光源的能力。

在未来的5~10年内,用半导体LED作为光源的固态照明灯,将逐渐取代传统的照明灯而进入每一个角落,半导体LED固态光源替代传统照明光源已是大势所趋。我国的半导体LED产业链经过多年的发展已相对完善,具备了一定的发展基础。同时,我国又是照明灯具产业的大国,只要政府和业界适当协调整合得当,发展半导体LED照明产业是大有可为的。LED半导体照明市场潜力巨大,发展前景被广泛看好。 长期以来,由于LED光效低的原因,其应用主要集中在各种显示领域。随着超高亮度LED(特别是白光LED)的出现,在照明领域的应用成为可能。据国际权威机构预测,二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代,被称为第四代新光源。

中国照明行业网说目前,照明消耗约占整个电力消耗的20%,大大降低照明用电是节省能源的重要途径,为实现这一目标业界已研究开发出许多种节能照明器具,并达到了一定的成效。但是,距离“绿色照明”的要求还远远不够,开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。LED以其固有的优越性正吸引着世界的目光。美国、日本等国家和台湾地区对LED照明效益进行了预测,美国55%白炽灯及55%的日光灯被LED取代,每年节省350亿美元电费,每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。日本100%白炽灯换成LED,可减少1~2座核电厂发电量,每年节省10亿公升以上的原油消耗。台湾地区25%白炽灯及100%的日光灯被白光LED取代,每年节省110亿度电。

日本早在1998年就编制“21世纪计划”,针对新世纪照明用LED光源进行实用性研究。近年来,日本日亚化工、丰田合成、SONY、佳友电工等都已有LED照明产品问世。世界著名的照明公司如飞利浦、欧司朗、GE等也投入大量的人力物力进行LED照明产品的研究开发和生产。美国GE公司和EMCORE公司合作成立新公司,专门开发白光LED,以取代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和汽车灯。德国欧司朗公司与西门子公司合作开发LED照明系统。台湾目前的LED产量仅次于日本列在美国之前,从1998年开始投入6亿台币进行相关开发工作。

LED发展历史已经几十年,但在照明领域的应用还是新技术。随着LED技术的迅猛发展,其发光效率的逐步提高,LED的应用市场将更加广泛,特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,LED在照明市场的前景更备受全球瞩目,被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。


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