盤點2015年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)七大熱點技術(shù)

責(zé)任編輯:editor004

2016-01-13 11:34:59

摘自:元器件交易網(wǎng)

有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家表示,在成本持續(xù)下降的背景下,硅襯底技術(shù)如若能獲得資本大力追捧,LED產(chǎn)業(yè)格局有望被重塑。另據(jù)報道,“硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管”獲得“2015年國家技術(shù)發(fā)明一等獎”,因而多家LED公司已率先開始布局。

技術(shù)的進(jìn)步不但推動科技和行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步,使行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出階段性的特點,并擁有時代特征。回顧2015,CSP、UV LED、量子點LED、石墨烯、硅襯底……都是過去一年LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的熱點關(guān)鍵詞。

CSP

CSP(Chip ScalePackage),是一種新的芯片尺寸級封裝技術(shù),封裝尺寸和芯片核心尺寸基本相同,內(nèi)核面積與封裝面積比例約為1:1.1,凡是符合這一標(biāo)準(zhǔn)的封裝都可以稱之為“CSP”。

CSP(Chip ScalePackage),是一種新的芯片尺寸級封裝技術(shù),封裝尺寸和芯片核心尺寸基本相同,內(nèi)核面積與封裝面積比例約為1:1.1,凡是符合這一標(biāo)準(zhǔn)的封裝都可以稱之為“CSP”。

因其單元面積的光通量最大化(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(rèn)為是 “終極”封裝形式。

CSP在降低成本上具有潛在優(yōu)勢,除此之外,在其他環(huán)節(jié)也具有明顯優(yōu)勢,如在燈具設(shè)計上,由于CSP封裝尺寸大大減小,可使燈具設(shè)計更加靈活,結(jié)構(gòu)也會更加緊湊簡潔。在性能上,由于CSP的小發(fā)光面、高光密特性,易于光學(xué)指向性控制;利用倒裝芯片的電極設(shè)計,使其電流分配更家均衡,適合更大電流驅(qū)動;Droop效應(yīng)的減緩,以及減少了光吸收,使CSP具有進(jìn)一步提升光效的空間。在工藝上,藍(lán)寶石使熒光粉與芯片MQW區(qū)的距離增加,熒光粉溫度更低,白光轉(zhuǎn)換效率也更高。

因此,CSP被行業(yè)寄予期望,甚至在業(yè)內(nèi)流傳“CSP技術(shù)早晚要革了封裝廠的命,只是時間還未到”的說法。

對此,有業(yè)內(nèi)人士表示,技術(shù)的產(chǎn)生無論是“反對派”的質(zhì)疑,還是“支持派”的堅挺,CSP技術(shù)產(chǎn)品確確實實已經(jīng)出來并上市。雖然當(dāng)前會面臨光效低、焊接困難、光色一致性等問題,但其發(fā)光面小、高光密度、顏色均勻、體積小增加應(yīng)用端靈活性、成本下降空間潛力大等特點,似乎也預(yù)示CSP技術(shù)將會是LED 封裝未來發(fā)展趨勢。“我們不僅要看到新技術(shù)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(jìn)CSP技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。對于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(huán)保、波長可測、長壽命、輕便靈活、切換迅速、耐震耐潮等優(yōu)點。

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(huán)保、波長可測、長壽命、輕便靈活、切換迅速、耐震耐潮等優(yōu)點。

隨著深紫外LED(發(fā)光波長短于300nm)關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破,紫外光源應(yīng)用到了日常生活、生產(chǎn)科研、國土安全、生物醫(yī)療、生物探測、全天候非視距保密通訊等諸多領(lǐng)域。

相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測,過去幾年UV LED的市場年增長率平均達(dá)到28.5%,而在接下來的幾年中將加速增長,預(yù)計到2019年將達(dá)到5億美金。

專家預(yù)測,未來氮化物深紫外LED作為下一代紫外光源,在工業(yè)生產(chǎn)、家庭衛(wèi)生、生物醫(yī)療、通信安全等眾多領(lǐng)域,具有廣闊的應(yīng)用前景,因此應(yīng)及早部署,把握先機,才能成為未來市場的領(lǐng)導(dǎo)者。不過,這其中,材料制備技術(shù)仍是目前深紫外LED期間的瓶頸?! ×孔狱cLED

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

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

量子點是量子點LED(QLED)發(fā)光的基本材料。發(fā)光形式有兩種:一是采用在GaN基LED中作為光轉(zhuǎn)換層,有效吸收藍(lán)光發(fā)射出波長在可見光范圍內(nèi)精確可調(diào)的各色光;二是采用其電致發(fā)光形式,將其涂敷于薄膜電極之間而發(fā)光,實現(xiàn)QLED發(fā)光。

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

隨著量子點制備技術(shù)的提高,尤其是量子點技術(shù)的光譜隨尺寸可調(diào)、斯托克斯位移大、發(fā)光效率高、發(fā)光穩(wěn)定性好等一系列獨特的光學(xué)性能,使其更成為近年來研究的焦點,并取得了重大進(jìn)展。

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

量子點已經(jīng)對LED技術(shù)產(chǎn)生了廣泛的商業(yè)影響,當(dāng)前,改善其制造步驟并提高利潤是研究領(lǐng)域的重點。據(jù)報道,美國俄勒岡州立大學(xué)的研究人員已展示了一種新的量子點制造技術(shù),不僅能保證所造量子點的大小和形狀始終如一,還能進(jìn)行更精確的顏色控制,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(jié)構(gòu)排列組成的只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(dá)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(dǎo)熱性和導(dǎo)電性,被稱之為“奇跡材料”。

石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來得,由碳原子以特殊結(jié)構(gòu)排列組成的只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(dá)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(dǎo)熱性和導(dǎo)電性,被稱之為“奇跡材料”。

石墨烯的奇特之處在于“零滲透”,所有氣體、液體都無法滲透,使得石墨烯產(chǎn)品有了“針插不進(jìn)、水潑不進(jìn)”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(chǎn)品原料。

石墨烯不僅技術(shù)含量非常高、應(yīng)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)、鋰離子電池、航天、軍工、新一代顯示器等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新興領(lǐng)域都將帶來革命性的技術(shù)進(jìn)步?! 」枰r底技術(shù)

盤點2015年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)七大熱點技術(shù)

硅襯底技術(shù)是LED芯片襯底主要有三條技術(shù)路線之一。即碳化硅襯底、藍(lán)寶石襯底、硅襯底。其中,碳化硅襯底技術(shù)走的是“貴族路線”,成本高昂,其襯底及LED制備技術(shù)被美國公司壟斷。藍(lán)寶石襯底技術(shù)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(lán)寶石晶圓散熱較差,晶體垂直生長困難很難做到大尺寸、無法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件,襯底也較難剝離。而第三條路線就是中國自主發(fā)展起來的硅襯底技術(shù),它彌補了前兩大技術(shù)路線之不足。

作為第三條LED芯片制造技術(shù)路線的硅襯底技術(shù)與其他兩種相比具有四大優(yōu)勢:

一是硅材料比藍(lán)寶石和碳化硅價格便宜,且生產(chǎn)效率更高,因此成本低廉,能使LED芯片成本比藍(lán)寶石襯底芯片大幅降低;二是器件具有優(yōu)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(jié)構(gòu),在器件封裝時,只需單電極引線,簡化封裝工藝的同時,更節(jié)約封裝成本;四是具有自主知識產(chǎn)權(quán),產(chǎn)品可銷往國際市場,不受國際專利的限制。

有產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家表示,在成本持續(xù)下降的背景下,硅襯底技術(shù)如若能獲得資本大力追捧,LED產(chǎn)業(yè)格局有望被重塑。

從國家戰(zhàn)略層面講,硅基氮化鎵技術(shù)是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線,可以構(gòu)建中國完全自主的LED產(chǎn)業(yè);從產(chǎn)業(yè)層面講,基于硅材料的價格低廉和易于獲取、硅基氮化鎵技術(shù)的優(yōu)勢,利用成熟的集成電路產(chǎn)能,可以推動從設(shè)備到芯片、封裝等全產(chǎn)業(yè)鏈成本大為下降。“硅基氮化鎵技術(shù)接下來應(yīng)該會得到國家相關(guān)政策的進(jìn)一步扶持和支持,這對LED整個產(chǎn)業(yè)鏈都將會有巨大的影響,我們非常期待這些政策的落地。”業(yè)內(nèi)人士表示。

另據(jù)報道,“硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管”獲得“2015年國家技術(shù)發(fā)明一等獎”,因而多家LED公司已率先開始布局。

“硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管”由江西省申報,項目主要參與人員包括南昌大學(xué)的江風(fēng)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(yīng)用?

LiFi技術(shù)已經(jīng)不陌生,基于可見光通信技術(shù)下開發(fā)的可穿戴設(shè)備將在未來大面積推廣普及,而智慧照明的理念也將深入日常生活的方方面面,包括智能家裝、農(nóng)業(yè)照明、醫(yī)療應(yīng)用等多個領(lǐng)域。

LiFi技術(shù)已經(jīng)不陌生,基于可見光通信技術(shù)下開發(fā)的可穿戴設(shè)備將在未來大面積推廣普及,而智慧照明的理念也將深入日常生活的方方面面,包括智能家裝、農(nóng)業(yè)照明、醫(yī)療應(yīng)用等多個領(lǐng)域。

2014年諾貝爾物理學(xué)獎得主中村修二預(yù)言,LED產(chǎn)業(yè)的下個殺手級應(yīng)用在可見光通訊(LiFi)。中村修二指出,現(xiàn)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,只要訊號一遭攔截,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,也不會干擾儀器,目前在醫(yī)院、飛機機艙等條件限制較高的場所,均已使用。

相對于WiFi,LiFi LED燈的數(shù)據(jù)傳輸速率在提升,且可見光不能穿越墻壁,家庭上網(wǎng)將變得更加安全。此外,在精確定位領(lǐng)域,LiFi也展示出了優(yōu)勢。支持者認(rèn)為,LiFi技術(shù)具有替代WiFi 的基礎(chǔ)。不過也有人認(rèn)為,LiFi的替代效應(yīng)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(yīng)用于智慧城市。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(yīng)用,不過,業(yè)界人士表示,未來若普及,只要有光線,就有訊號。例如打開桌上的臺燈,可下載影音。站在路燈下可以上網(wǎng)查地圖;在超市的各個架位,也可透過光線來發(fā)送不同產(chǎn)品訊息給消費者。甚至在水面下的海底探勘,只要燈光照得到就能傳輸訊號。

目前,LiFi技術(shù)還處在發(fā)展階段,大部分還依舊停留在實驗室階段,對于LiFi技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化等問題需解決,也未被大規(guī)模開發(fā)與應(yīng)用,但未來也業(yè)界所看好,認(rèn)為其必然成為LED應(yīng)用的重要方向。現(xiàn)日本、美國、英國、德國、法國和中國都在全力開發(fā)可見光通信技術(shù),預(yù)計LiFi技術(shù)提供的解決方案會在全球創(chuàng)造一個全新的信息市場。

技術(shù)布局:第三代半導(dǎo)體照明材料

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

據(jù)預(yù)測,到2020年,第三代半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用將催生我國在上述三大領(lǐng)域均出現(xiàn)上萬億元的潛在市場價值,屆時將催生巨大市場應(yīng)用空間。

我國政府十分重視第三代半導(dǎo)體材料與器件的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化,在政府的持續(xù)部署支持下,我國材料研發(fā)的整體水平與國際上差距不大,如在第三代半導(dǎo)體材料第一個產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用方面--半導(dǎo)體照明已經(jīng)在關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)突破,創(chuàng)新應(yīng)用國際領(lǐng)先;在第三代半導(dǎo)體電子器件應(yīng)用方面,在移動通訊、光伏逆變、雷達(dá)領(lǐng)域已有少量示范應(yīng)用。

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