半导体照明认证工程师封装初级培训-LED标准和专利解读

1半导体照明认证工程师封装初级培训LED标准和专利解读2目录11LED封装专利介绍22标准化基础知识33LED照明标准化组织和相关标准44LED照明标准解读31、LED封装专利介绍•随着半导体发光二极管（LED）产业的迅猛发展，国际市场竞争不断加剧。知识产权成为打击竞争对手，占领市场优势的主要手段之一。2008年，美国337调查首次对中国9家LED企业立案调查，震动整个行业；2009年，日本LED巨头日亚化学（Nichia）宣布已经在美国发起针对中国大陆、香港地区以及加拿大厂商的专利侵权诉讼；2010年，美国337调查再次对涉及日本、中国、韩国及中国台湾等9个国家和地区的34家企业立案调查，其中中国大陆有4家企业被诉。我国LED产业面临着知识产权问题的严峻挑战。41.1LED技术发展趋势与应用前景51.2LED产业链及主要生产商•LED产业链包括上、中、下游三个环节：位于上游的发光材料、芯片约占行业70%的利润，位于中游的封装低于10%～20%，而位于下游的应用约占10%～20%。••全球有近200家公司和300多所大学以及研究机构从事氮化镓基LED的材料生长、器件制作工艺和相关装备制造的研究和开发工作，居于领先水平的公司主要有日本的Nichia、ToyotaGosei、索尼、三洋、美国的Cree，欧洲的Osram、飞利浦。中国台湾的芯片厂家主要有国联、晶元、光磊、广镓、灿元、连威等。由于核心技术为欧美等发达国家所掌握，国内厂商尚处在研究阶段，尚未形成规模生产，其中中电科技集团公司第四十五研究所、第四十八研究所、第二研究所3个研究所在该领域已取得一些成就。61.2LED产业链及主要生产商•下游封装行业，全球有近50家公司，居于领先地位的有：瑞士的ESEC，美国的K&S，日本的Shinkawa、Renesas，德国的西门子（F&K），香港的ASM。国内从事封装设备制造的有约30家，从技术实力来及规模来说以大族光电、翠涛自动化、大赢数控实力最强，大族2006年才进入该行业，产品仅限于固晶机、分光机，需财力较强但技术能力一般；翠涛自动化，仅固晶机、焊线机两条产品线，其中在焊线机产品线在市场上有较好的口碑；大赢数控产品线较全面，几乎涵盖了LED封装所需设备的全线产品线，主要有固晶机、焊线机、喷胶机、分光机、灌胶机、一切机，其中在分光机、灌胶机有较强的实力7基座基座基座晶粒焊線封裝基座(Diffusion)(上游)(中游)(下游)Agilent(Hp)Shin-Etsu日本信越ToshibaEpistar晶元光电CreeNichiaToyodaGoseiEtc……AgilentNichiaCreeDowaUniroyalToshibaEpistarArimaAxtU.O.EDowaHugaOptotechTyntekToyodaGoseiEtc……MajorPlayersAgilentNichiaCreeLumiledToshibaQTStanleyRohmEverlightSharpLedtechLiteonToyodaGoseiEtc…….81.3、LED产业专利技术现状-LED产业现状•目前全球LED市场由行业前5大厂商掌控，即日本的日亚化学（Nichia）和丰田合成（ToyodaGosei）、美国的科锐（CREE）以及欧洲的飞利浦（PhilipsLumileds）和欧司朗（Osram）。•目前日本是全球最大的LED生产地，约占一半的市场份额。日亚公司为全球最大的LED生产商，专长生产荧光粉和各种颜色的LED，年销售收入超过10亿美元，是全球INGANLED的领导者，以生产高亮度白光LED和大功率LED著称。丰田合成从1986年开始LED的研究和开发，1991年成功开发出世界第一个氮化镓的蓝光LED，扫除了实现白光LED的最后障碍。目前主要生产应用于移动手机的LED产品，高亮度LED年销售收入超过2.74亿美元。91.3、LED产业专利技术现状-LED产业现状•美国Cree虽然是新兴照明企业，但以其技术先进性成为LED照明产业的先锋代表。2008年3月，Cree完成对元老级厂商LEDLightingFixtureInc公司的收购，使其在产品丰富性及技术先进性上得到进一步加强。2008财年CREE的销售收入达到5亿美元。101.3、LED产业专利技术现状-LED产业现状•欧洲企业一方面具备较强的科研能力，同时善于开发针对LED应用、生产附加价值相对较高的产品。PhilipsLumiledsLighting是世界领先的高功率LED的制造商，同时也是为日常用途，包括汽车照明、照相机闪光灯、LCD显示器和电视、便携照明、投影和普通照明等领域，开发固态照明解决方案的开创者。Osram在白光LED用荧光材料方面具有领先优势，广泛切入汽车电子、背光、照明等多个领域。111.3、LED产业专利技术现状-LED专利联盟•为了维持竞争优势、保持自身市场份额，五大厂商申请了多项专利，几乎覆盖了原材料、设备、封装、应用在内的整个产业链。据统计，LED50%以上的核心专利，特别是白光、大功率LED灯的热平衡问题、持久高效的萤光粉等关键专利，都掌握在五大厂商手中。121.3、LED产业专利技术现状-LED专利联盟•2002年前，日亚化学凭借1991年至2001年间取得的74件基本专利，涵盖了LED结构、外延、芯片、封装的制造全过程技术及荧光粉等相关原材料，在LED领域占有绝对垄断地位。这个时期，日亚化学主要依靠构建专利壁垒及专利诉讼阻止其它厂商进入市场与其竞争，以获取高额的独占市场利益。但是，随着欧司朗、丰田合成、科锐、飞利浦等公司在LED领域拥有的专利数不断增加，2001年起专利诉讼的方式已经开始损及自身。日亚化学不得不更改专利授权的态度，分别与上述公司达成了专利和解和授权协议，形成所谓专利联盟。。131.3、LED产业专利技术现状-LED专利联盟白光LED领域主要知识产权关系（2005年9月以来）141.3、LED产业专利技术现状-LED专利联盟•与此同时，随着拥有核心专利的公司进一步增多，五大厂商一方面挥舞专利大棒，另一方面又更加积极地通过专利授权扩大自身在LED市场的影响力，并通过台湾及韩国企业的授权代工来扩大产品的市场份额。LED厂商间通过专利授权和交叉授权来进行研发和生产，不仅阻碍了新进入者的产生，某种程度上也增加了企业的生产成本。151.4、我国LED产业专利现状•我国大陆地区LED产业起步较晚，从封装做起，逐步进入上游外延片生产，特别是在2000年开始加大了对高亮度四元芯片和GaN芯片的投资。但中国LED企业的技术优势集中在封装和应用。台湾地区LED产业也是典型的下游切入模式，其LED技术含量与日本、欧美的主要企业相比还存在一定距离。•据广东省知识产权局和广东省信息产业厅联合发布的《LED产业专利态势分析报告》显示：在LED应用的相关专利国家中，日本独占鳌头揽下全球专利的27.9%，而中国仅占9.34%。相关调查显示，封装是我国的主要研发和申请领域，专利申请数占总体的39%，其他依次为应用技术、外延技术、芯片技术、白光技术及衬底技术，相关专利主要涉及LED的制备方法和设备。161.4、我国LED产业专利现状•白光LED技术是符合当前世界各国倡导节能照明的先进技术,各企业院所将自己的研究成果申请专利进行保护,能在半导体照明行业中有一席之地,从专利的申请数量来看,2005年以来LED技术发展很快,每年以约25%的速度增加。•从上游、中游到下游,专利申请涉及LED的整个产业链,具体涉及到外延、衬底、封装方式、路灯、灯具等,截至2009年7月,已受理或授权的上游专利约1206件,中游约1036件专利,大约95%为国外专利,下游的封装和应用分别约为4437件和11004件,其中大部分为国内专利。在LED产业链上,下游的封装和应用的技术要求不高,较易切入,我国专利在这个领域内数量较多171.4、我国LED产业专利现状•专利最重要的是荧光粉和衬底材料，•荧光粉主要掌握在日亚手中，采用的是铝酸盐的材料，国内在大力研发硅酸盐和氮化物，要在可靠性和稳定性上再提高才行；•衬底目前比较常用的是采用蓝宝石衬底，我国目前在推动研发以硅衬底为主，若是能够将集成电路的制程工艺应用在LED上，一定会极大的降低成本，提高可靠性。181.4、我国LED产业专利现状•目前存在的问题：–专利和核心技术缺乏–产业整体水平较低–标准和检测体系不完善–低水平的盲目投资严重192、标准化基础知识202.1、标准和标准化的概念•GB/T20000.1-2002《标准化工作指南第1部分:标准化和相关活动的通用词汇》中对标准的定义是：–　　为了在一定范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用的和重复使用的一种规范性文件。•标准是科学、技术和实践经验的总结。为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动，即制定、发布及实施标准的过程，称为标准化。212.2、标准体系•2.2.1定义–标准体系是一定范围内的标准按其内在联系形成的有机整体。也可以说标准体系是一种由标准组成的系统。•2.2.2标准体系表–一定规模的标准体系内的标准，按照一定形式排列起来的图表。它是标准体系的一种直观表现形式，其组成单元是标准。222.3、标准层次按使用范围划分有国际标准、区域标准、国家标准、行业标准、地方标准、企业标准；•国际标准–是指国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）和国际电信联盟（ITU）制定的标准，以及国际标准化组织确认并公布的其他国际组织制定的标准。国际标准在世界范围内统一使用。232.3、标准层次按使用范围划分有国际标准、区域标准、国家标准、行业标准、地方标准、企业标准；•区域标准–　　区域标准又称为地区标准，泛指世界某一区域标准化团体所通过的标准。通常提到的区域标准，主要是指原经互会标准化组织、欧洲标准化委员会、非洲地区标准化组织等地区组织所制定和使用的标准。–　　区域标准化组织如：PASC太平洋地区标准会议、CEN欧洲标准委员会、ASAC亚洲标准咨询委员会、ARSO非洲地区标准化组织、AOW亚洲大洋洲开放系统互联研讨会、ASEB亚洲电子数据交换理事会、CENELEC欧洲电工标准化委员会、EBU欧洲广播联盟等。242.3、标准层次按使用范围划分有国际标准、区域标准、国家标准、行业标准、地方标准、企业标准；•国家标准–是指由国家标准化主管机构批准发布，对全国经济、技术发展有重大意义，且在全国范围内统一的标准，统一审批、编号、发布。国家标准的年限一般为5年，过了年限后，国家标准就要被修订或重新制定。–国家标准分为强制性国标（GB）和推荐性国标（GB/T）。国家标准的编号由国家标准的代号、国家标准发布的顺序号和国家标准发布的年号（发布年份）构成。强制性国标是保障人体健康、人身、财产安全的标准和法律及行政法规规定强制执行的国家标准；推荐性国标是指生产、检验、使用等方面，通过经济手段或市场调节而自愿采用的国家标准。但推荐性国标一经接受并采用，或各方商定同意纳入经济合同中，就成为各方必须共同遵守的技术依据，具有法律上的约束性。252.3、标准层次按使用范围划分有国际标准、区域标准、国家标准、行业标准、地方标准、企业标准；•行业标准–根据《中华人民共和国标准化法》的规定：由我国各主管部、委（局）批准发布，在该部门范围内统一使用的标准，称为行业标准。例如：机械、电子、建筑、化工、冶金、轻工、纺织、交通、能源、农业、林业、水利等等，都制定有行业标准。–　　在全国某个行业范围内统一的标准。行业标准由国务院有关行政主管部门制定，并报国务院标准化行政主管部门备案。当同一内容的国家标准公布后，则该内容的行业标准即行废止。–　　行业标准由行业标准归口部门统一管理。行业标准的归口部门及其所管理的行业标准范围，由国务院有关行政主管部门提出申请报告，国务院标准化行政主管部门审查确定，并公布该行业的行业标准代号。–SJ电子行业标准，QJ航天行业标准，QC汽车行