第一節(jié) 上游 行業(yè) 發(fā)展狀況 分析

半導(dǎo)體制造商主要用拋光Si片（PW）和外延Si片作為IC的原材料。led發(fā)光顏色與亮度由磊晶材料決定，且磊晶占led制造成本70%左右，對led產(chǎn)業(yè)極為重要。上游磊晶制程順序為：單芯片(iii-v族基板)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)晶成長、材料特性/厚度測量。紅外線發(fā)光二極管主要以gaas系列材料發(fā)展為主，通常以lpe液相磊晶法的方法制作，發(fā)光波長從850~940不等。

磊晶（epitaxy）薄膜是純度極高的硅晶底層，用來在晶圓上形成一個非常均勻的晶體結(jié)構(gòu)，以便增強半導(dǎo)體芯片的工作效能。在制造半導(dǎo)體芯片的時候，多晶硅（polysilicon）材料大都用于晶體管結(jié)構(gòu)的一部份。氮化硅（siliconnitride）則是一種低壓化學(xué)氣相沉積的制程，用于半導(dǎo)體組件的晶體管成形過程，例如作為阻障層與蝕刻中止層的介電材料。

工業(yè)硅又稱金屬硅、結(jié)晶硅，在中國一般稱為工業(yè)硅，在國外英文中稱為金屬硅，在俄文中稱為結(jié)晶硅。工業(yè)硅是在礦熱電爐中將富含硅的硅石(即二氧化硅)用碳質(zhì)還原劑反應(yīng)生成的含硅在97％以上的固體產(chǎn)物。硅(Si)是介于金屬和非金屬之間的半金屬材料，中國將工業(yè)硅生產(chǎn)劃歸有色金屬的管理范圍。又由于工業(yè)硅的生產(chǎn)裝備和工藝與鋼鐵工業(yè)的鐵合金生產(chǎn)類似，有時候把工業(yè)硅放在鐵合金下面作為鐵合金的一個品種。

從工業(yè)硅的下游市場來看，工業(yè)硅主要是供應(yīng)給鋁廠，鋼廠和有機硅廠等。據(jù)統(tǒng)計，用于鋁工業(yè)的金屬硅約為60%左右，鋼鐵工業(yè)約為15%，有機硅 行業(yè) 約為20%，半導(dǎo)體及其他 行業(yè) 約為5%。

由于近幾十年，全世界工業(yè)硅在有機硅和半導(dǎo)體方面的應(yīng)用加快，需求量也年年遞增，估計今后幾年，西方國家工業(yè)硅市場平均增長率為3%左右，硅鋁合金用工業(yè)硅平均增長0.6%,而化學(xué)方面用硅以6%的增長率遞增，半導(dǎo)體用硅平均增長率8%左右。

我國的金屬硅產(chǎn)能比較大，我國每年的工業(yè)硅產(chǎn)量都達到40萬t以上，約占世界工業(yè)硅總產(chǎn)量三分之一，產(chǎn)量主要集中在貴州、云南、福建、廣西、四川、湖南。這些地區(qū)不僅硅石資源非常豐富，而且水電充沛。云南、四川和湖南地區(qū)水利資源尤其豐富，在雨水季節(jié)，廠家可以利用便宜的水電進行生產(chǎn)（在豐水期，云南有些地區(qū)的電價可以低到1毛多）。

2006-2008年國內(nèi)金屬硅生產(chǎn)和消費

第二節(jié) 下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 分析

2007年中國大陸LED產(chǎn)量已達820億只。按出口價推算，LED總銷售額已達30.1億美元，同比增長25.0.%左右，出口額占總銷售額的67.4%。2004-2007年，中國大陸LED出口逐年上升，出口量從2004年的122億只，增長到2007年的312億只，年復(fù)合增長率達36.7%；出口額從2004年的5.9億元，增長到2007年的20.3億元，年復(fù)合增長率達51.0%。2008年上半年，已出口LED257億只，出口金額達12.7億美元。預(yù)計2008年全年可實現(xiàn)出口量406億只，出口額達27.6億美元，比去年分別增長30.0%和27.6%。

2007年度國內(nèi)LED產(chǎn)量、芯片產(chǎn)量及芯片國產(chǎn)率

與此同時，中國大陸LED進口也逐年增加，進口量從2004年的148億只，增長到2007年的401億只，年復(fù)合增長率達39.4%；進口額從2004年的16.3億元，增長到2007年的30.1億元，年復(fù)合增長率達22.7%。

2008年上半年，已進口LED219億只，進口金額達17.6億美元。預(yù)計2008年全年可實現(xiàn)進口量489億只，進口額達39.7億美元，比去年分別增長22.0%和32.0%。從進出口量比較，近幾年進口量一直大于出口量50-90億只；從進出口金額比較，進口金額也一直大于出口金額8-12億美元，還呈現(xiàn)出有所上升的趨勢。雖然中國大陸的LED產(chǎn)量已經(jīng)有很大的增長，但自產(chǎn)的led芯片，外延片產(chǎn)量仍有限，其產(chǎn)品以中、低檔為主，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模偏小，只能滿足國內(nèi)封裝企業(yè)需求量的20%-30%，大部分高性能LED和功率LED產(chǎn)品均要依賴進口。

近幾年在“國家半導(dǎo)體照明工程”的推動下，形成了上海、大連、南昌、廈門和深圳等國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長、照明應(yīng)用取得較大進展。在產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速增長的同時，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也有了較大提升，中高端產(chǎn)品份額逐步增加，如顯示屏|顯示器件芯片、SMD和大功率封裝產(chǎn)品、路燈等照明產(chǎn)品都有明顯進步。另外，臺灣LED產(chǎn)業(yè)大量向中國大陸轉(zhuǎn)移，也使中國大陸LED的產(chǎn)能大為提高。

第三節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前主流的恒流源芯片最大輸出電流多定義為單路最大輸出電流，一般90 mA左右。電流恒定是專用芯片的基本特性，也是得到高畫質(zhì)的基礎(chǔ)。而每個通道同時輸出恒定電流的最大值(即最大恒定輸出電流)對顯示屏更有意義，因為在白平衡狀態(tài)下，要求每一路都同時輸出恒流電流。一般最大恒流輸出電流小于允許的最大輸出電流。

恒流源輸出路數(shù)有8位(8路恒源)和16位(16路恒源)兩種規(guī)格，現(xiàn)在16位源占主流，其主要優(yōu)勢在于減少了芯片尺寸，便于LED驅(qū)動板(PCB)布線，特別是對于點間距較小的LED驅(qū)動板更有利。

電流輸出誤差分為兩種，一種是位間電流誤差，即同一個芯片每路輸出之間的誤差；另一種是片間電流誤差，即不同芯片之間輸出電流的誤差。電流輸出誤差是個很關(guān)鍵的參數(shù)，對顯示屏的均勻性影響很大。誤差越大，顯示屏的均勻性越差，很難使屏體達到白平衡。目前主流恒流源芯片的位間電流誤差(bit to bit)一般在+60%以內(nèi)，(chip to chip)片間電流誤差在±15％以內(nèi)。

數(shù)據(jù)移位時鐘決定了顯示數(shù)據(jù)的傳輸速度，是影響顯示屏的更新速率的關(guān)鍵指標。作為大尺寸顯示器件，顯示刷新率應(yīng)該在85 Hz以上，才能保證穩(wěn)定的畫面(無掃描閃爍感)。較高的數(shù)據(jù)移位時鐘是顯示屏獲取高刷新率畫面的基礎(chǔ)。目前主流恒流源驅(qū)動芯片移位時鐘頻率一般都在15 MHz以上。

目前我國主流芯片主要分為3個檔次。第一檔次是具有灰度機制的芯片，這類芯片內(nèi)部具有PWM功能，可以根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生灰度，更易形成深層次灰度，顯示高品質(zhì)畫面。第二檔次是具有輸出開路檢測(LOD)、溫度過熱保護(TSD)、亮度調(diào)節(jié)功能的芯片，這些芯片由于有了附加功能而更適用于特定場合，如用于可變情報板，則要求芯片具有偵測LED錯誤的功能。第三檔為不帶任何附加功能的恒流源芯片，此類芯片只為LED提供恒流源，保證屏體顯示畫面質(zhì)量良好。

在LED上游外延片、芯片生產(chǎn)上，美國、日本、歐盟仍擁有很大的技術(shù)優(yōu)勢，而中國臺灣地區(qū)則已成為全球重要的LED生產(chǎn)基地。雖然中國在LED外延片、芯片的生產(chǎn)技術(shù)上距離國際先進水平還有較大差距，國內(nèi)芯片、外延片的生產(chǎn)還集中在中低端產(chǎn)品，但是國內(nèi)龐大的應(yīng)用需求，給LED下游廠商帶來巨大的發(fā)展機會。

第四節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

近幾年人們制造LED芯片過程中首先在襯底上制作氮化鎵（GaN）基的外延片(外延片)，外延片所需的材料源(碳化硅SiC)和各種高純的氣體如氫氣H2或氬氣Ar等惰性氣體作為載體之后，按照工藝的要求就可以逐步把外延片做好。接下來是對LED-PN結(jié)的兩個電極進行加工，并對LED毛片進行減薄，劃片。然后對毛片進行測試和分選，就可以得到所需的LED芯片。

首先在襯低上制作氮化鎵（GaN）基的外延片，這個過程主要是在金屬有機化學(xué)氣相沉積外延片爐(MOCVD)中完成的。準備好制作GaN基外延片所需的材料源和各種高純的氣體之后，按照工藝的要求就可以逐步把外延片做好。常用的襯底主要有藍寶石、碳化硅和硅襯底，還有GaAs、AlN、ZnO等材料。

MOCVD是利用氣相反應(yīng)物（前驅(qū)物）及Ⅲ族的有機金屬和Ⅴ族的NH3在襯底表面進行反應(yīng)，將所需的產(chǎn)物沉積在襯底表面。通過控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。MOCVD外延爐是制作LED外延片最常用的設(shè)備。

然后是對LED PN結(jié)的兩個電極進行加工，電極加工也是制作LED芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨；然后對LED毛片進行劃片、測試和分選，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不夠乾凈，蒸鍍系統(tǒng)不正常，會導(dǎo)致蒸鍍出來的金屬層（指蝕刻后的電極）會有脫落，金屬層外觀變色，金泡等異常。

蒸鍍過程中有時需用彈簧夾固定芯片，因此會產(chǎn)生夾痕（在目檢必須挑除）。黃光作業(yè)內(nèi)容包括烘烤、上光阻、照相曝光、顯影等，若顯影不完全及光罩有破洞會有發(fā)光區(qū)殘多出金屬。

芯片在前段工藝中，各項工藝如清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨等作業(yè)都必須使用鑷子及花籃、載具等，因此會有芯片電極刮傷情形發(fā)生。

LED芯片制造流程圖

BCD工藝概述

BCD工藝是一種可在單片芯片上集成Bipolar、CMOS和DMOS三種晶體管的IC制造工藝，其中:BIPolar雙極型晶體管;

CMOS—Complementary Metal Oxide Semiconduetor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管;

DMOS—Double-diffused Metal Oxide Semiconduetor，雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。

相對于傳統(tǒng)的雙極功率工藝，BCD工藝具有顯著的優(yōu)勢，設(shè)計者可以在具有高精度模擬性能的雙極型器件，高集成度的CMOS器件和作為功率級的DMOS器件之間自由選擇。由于DMOS和硅柵CMOS兼容，并且具有高效率、低損耗、無二次擊穿、高耐壓和高速的開關(guān)特性，所以BCD工藝特別適合制造功率集成電路。由于BCD工藝中器件種類多，這就要求必須做到高壓器件和低壓器件的兼容;雙極工藝和CMOS工藝的兼容，尤其要選擇合適的隔離技術(shù);為控制制造成本，必須考慮光刻版的兼容性。

第五節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

未來，國內(nèi)外LED驅(qū)動芯片技術(shù)重點是提高發(fā)光效率、降低成本的技術(shù)，提高器件功率的技術(shù)，方向上有現(xiàn)有技術(shù)路線的延伸，也有可能出現(xiàn)新的技術(shù)路線。也包括獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的工藝技術(shù)，如提高可靠性、一致性和壽命，以及外圍如照明系統(tǒng)設(shè)計及驅(qū)動芯片設(shè)計技術(shù)。發(fā)展趨勢是向小面積、大功率、多通道、方向發(fā)展。

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