產(chǎn)能和良率將成為影響LED成本的重要因素

“在日本東京南部有很多LED生產(chǎn)廠，這次日本遭遇了大地震，讓我們大家一起為日本朋友祈福!”在3月16日上海SEMICON China 2011的“LED照亮未來”國際研討會(huì)上，SEMI執(zhí)行副總裁兼新興市場首席市場官Thomas Morrow在會(huì)議正式開始時(shí)首先向日本地震災(zāi)區(qū)表示了真誠慰問。

接著，他代表SEMI公布了目前LED的全球總體情況。高亮度LED市場方面，2010年全球營收為108億美元，同比增長93%。其中，日本以33%的占有率居全球之首，韓國以28%居次席，中國只占2%。2011年第一季度，4英寸晶圓每月產(chǎn)能排名全球前4位的分別是，臺(tái)灣345188片、日本320344片、韓國290125片、中國大陸202375片。

行業(yè)發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)先行

2010年底，市場上LED燈的價(jià)格基本在10-25美元，2011年將延續(xù)這一下降趨勢(shì)。

Morrow指出，目前，白光LED器件成本的下降主要受益于發(fā)光效率的提升，未來將轉(zhuǎn)向產(chǎn)能和良率的提高。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院(NIST)的研究成果表明，1996～2011年，軟件、標(biāo)定和測(cè)試方法方面的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了近100億美元的收益。而英國貿(mào)工部的研究顯示，正式標(biāo)準(zhǔn)每年對(duì)英國經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)約為25億英鎊。德國標(biāo)準(zhǔn)化研究院也認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)化可大大降低企業(yè)的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和成本。

Morrow認(rèn)為，固態(tài)照明終端產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于該行業(yè)的發(fā)展和市場采用率非常關(guān)鍵。但目前只有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織(SDOs)在從事產(chǎn)品性能和測(cè)試方面的標(biāo)準(zhǔn)工作，而材料、設(shè)備和自動(dòng)化方面的制造標(biāo)準(zhǔn)還是空白。

Morrow表示，LED制造標(biāo)準(zhǔn)的制定可使供應(yīng)商的競爭更充分，并專注于創(chuàng)新和價(jià)格、性能的改進(jìn)。因此，LED生廠商可以最小代價(jià)從不同供應(yīng)商處進(jìn)貨，從而降低成本，提高質(zhì)量，加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

2010年，6英寸藍(lán)寶石基板的市場為1%。2011年將增長到5%。因此，晶圓制造標(biāo)準(zhǔn)工作組的任務(wù)應(yīng)主要圍繞以下方面進(jìn)行：定義制造高亮度LED的 6英寸藍(lán)寶石晶圓的物理尺寸，包括晶圓基準(zhǔn)(刻痕與平整度);晶圓ID標(biāo)記(位置與內(nèi)容);中心點(diǎn)厚度/TTV、翹曲、彎曲等平整度參數(shù)。目前，該工作組的成員有歐司朗、Veeco和重慶四聯(lián)等10余家廠商。

設(shè)備自動(dòng)化和接口工作組的任務(wù)應(yīng)集中在：定義制造高亮度LED的底板載體物理接口;以及晶圓和底板載體的加工和測(cè)量工具。目前，該工作組的成員有Brooks自動(dòng)化、歐司朗、Veeco和應(yīng)用材料等10余家廠商。

裝配工作組的任務(wù)主要是：定義管芯(die)級(jí)導(dǎo)體元件由通用裝配設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化加工時(shí)的物理和封裝特征。目前，該工作組的成員有Kulicke&Soffa、Amkor、臺(tái)積電、重慶四聯(lián)、Veeco、Brooks自動(dòng)化和Entegris。

過程控制和良率是高亮度LED成本降低的關(guān)鍵

Morrow關(guān)于產(chǎn)能和良率的提高是未來白光LED器件成本下降主要因素的觀點(diǎn)，得到了出席本次會(huì)議各位演講者的贊同。

KLA Tencor全球市場總監(jiān)Srini Vedula特別強(qiáng)調(diào)，降低高亮度LED成本，必須重視制造過程控制和良率管理，這同時(shí)可以提高投資回報(bào)率(見圖1)。他表示，到2015年，全部節(jié)約成本的50%將取決于在線檢測(cè)(見圖2)。

圖1 良好的過程控制可提高投資回報(bào)率

圖2 制造過程控制對(duì)成本非常關(guān)鍵

Vedula以快速漂移檢驗(yàn)(excursion detection)為例，自動(dòng)化方式可以檢驗(yàn)出關(guān)鍵缺陷漂移問題并及時(shí)進(jìn)行反饋，而手工方式則無法做到(見圖3)。

圖3 對(duì)于快速漂移檢驗(yàn)，自動(dòng)化檢驗(yàn)與手工方式的比

另外，過程缺陷會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能惡化及可靠性降低，生產(chǎn)中各種各樣的步驟將對(duì)良率損失產(chǎn)生累積效應(yīng)。多數(shù)和少數(shù)漂移(1σ、3.6σ及10σ)對(duì)成本的影響如圖4所示。

圖4 多數(shù)和少數(shù)漂移(1σ、3.6σ及10σ)對(duì)成本的影響

基于上述分析，Vedula提出了如下檢驗(yàn)策略：為提高良率制定嚴(yán)格的缺陷檢驗(yàn)規(guī)范;MOCVD(金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積)過程中進(jìn)行SPC控制。

Philips Lumileds 亞太區(qū)市場總監(jiān)周學(xué)軍也表示，發(fā)光效率會(huì)持續(xù)影響LED成本的降低，但生產(chǎn)制造和封裝今后將起更大作用(見圖5)。

圖5 生產(chǎn)制造和封裝今后對(duì)LED成本降低將起更大作用

他還介紹了Lumileds薄膜倒裝芯片(TFFC)工藝和Lumiramic熒光技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)可提供優(yōu)化的白點(diǎn)精度及色溫一致性。

MOCVD市場激增

MOCVD已出現(xiàn)連續(xù)6個(gè)季度的增長，不過2011年將會(huì)平穩(wěn)發(fā)展。盡管如此，2011年-2012年仍可能會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)過剩情況。2010年， MOCVD全球出貨量為786臺(tái)，其中中國大陸占34%，韓國為31%，臺(tái)灣占27%。而2009年上述數(shù)字分別為13%、40%和35%。只有中國大陸暴增，而韓國和臺(tái)灣則大幅下滑，且韓國在2011年的投資意愿將不再像前幾年那樣狂熱，這似乎表明MOCVD市場重心將從韓國轉(zhuǎn)向中國大陸。

英國IMS研究機(jī)構(gòu)的臺(tái)灣地區(qū)顯示與LED部總監(jiān)徐玉娟表示，中國的MOCVD刺激計(jì)劃使更多廠商進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域，韓國與臺(tái)灣也在大陸積極建立產(chǎn)能。自2010年第三季度起，中國在MOCVD安裝方面首次領(lǐng)先，且2011年將繼續(xù)保持這一趨勢(shì)。

由于中國大陸的MOCVD主要集中在2英寸晶圓，這曾使2英寸藍(lán)寶石的供應(yīng)在2010年出現(xiàn)吃緊局面，價(jià)格上升了50%。

不過，Veeco大中華區(qū)總裁王克揚(yáng)表示，隨著青島嘉星晶電、江蘇協(xié)鑫光電科技、歐亞藍(lán)寶光電、浙江水晶光電、天通、哈工大光電、重慶四聯(lián)、云南藍(lán)晶和貴陽工投等大陸廠商藍(lán)寶石底板的投產(chǎn)，之前一直困擾業(yè)界的藍(lán)寶石缺貨問題已基本解決。

王克揚(yáng)指出，一旦通用照明市場需求起來后，4英寸藍(lán)寶石底板的采用率就會(huì)加速，可能會(huì)從目前的27%增長到50%左右。

但業(yè)內(nèi)人士對(duì)通用照明市場出現(xiàn)快速發(fā)展的時(shí)間看法有所分歧，有人認(rèn)為2012年就會(huì)出現(xiàn)，而另一部分人認(rèn)為，至少要到2015年才能看到這種情況。

MOCVD反應(yīng)腔設(shè)計(jì)

MOCVD反應(yīng)腔的設(shè)計(jì)對(duì)薄膜厚度一致性和材料質(zhì)量非常關(guān)鍵。理論上，所有MOCVD的加工都采用沉積模式，但涂層一定要保證加工的穩(wěn)定性。

間距決定著腔體體積和表面積，間距控制不好會(huì)引起顆粒問題，并造成鉬元素的浪費(fèi)。雖然窄間距可以使氣體更好地分配并減少鉬的消耗，但會(huì)使噴頭頻繁出現(xiàn)堵塞;而寬間距雖然使用較多的鉬，但可以保證加工的穩(wěn)定性，并避免出現(xiàn)顆粒問題。

良好的MOCVD反應(yīng)腔設(shè)計(jì)要保證供氣的均勻性;加熱問題;減少預(yù)反應(yīng);不能有腔體殘留未反應(yīng)的現(xiàn)象。

圖6托盤優(yōu)化和溫控改進(jìn)可增加機(jī)臺(tái)產(chǎn)能

另外，王克揚(yáng)表示，托盤優(yōu)化和溫控改進(jìn)可增加機(jī)臺(tái)產(chǎn)能(見圖6)。為了有效控制外延成本，高產(chǎn)能的MOCVD需要多功能的生產(chǎn)方式。在Veeco制造的生產(chǎn)高亮度LED所用的MaxBright氮化鎵MOCVD多反應(yīng)器系統(tǒng)中，MaxBright將多個(gè)高流量MOCVD反應(yīng)器運(yùn)用到模塊化的2個(gè)或4個(gè)群反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn) FlowFlange和自動(dòng)化技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)是，比標(biāo)準(zhǔn)K465i的產(chǎn)量高25%，具有很好的一致性、可重復(fù)性和材料質(zhì)量。

Sophy