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编辑：Frank项目可行性研究报告2010年9月1日学名解释：•LED（LightingEmittingDiode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED光源产品概述：•LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。•当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，半导体技术继引发微电子产业革命之后，又将孕育一场新的产业革命——照明革命。半导体照明产业是21世纪的战略性产业，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。世界行业巨头都在全力抢占这一新兴产业的制高点。续……LED作为21世纪绿色、节能的第四代照明光源,具有体积小、寿命长、安全低压、节能环保等特点。由于近几年全球变暖、环境污染等严重威胁人类可持续发展问题的恶化，发展低碳、节能环保经济成为国际社会关注的焦点问题，而LED作为低碳节能经济的主流受到了政府、研究机构和企业的青睐。我国“绿色照明工程的”实施、以及“节能、环保”政策的推行，给LED光源提供了一个非常广阔的发展空间，LED相关产品的研发、生产、应用在我国正如火如荼地展开。•近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。续……国际LED发展现状美国：从2008年开始，美国国会与政府便大力推进“灯泡革命”，纽约、华盛顿、洛杉矶等城市中一些车流量较大的交通隧道，开始以发光二极管照明灯（LED）取代传统的日光灯。美国计划在未来12年内，逐步淘汰沿用了一百多年的白炽灯泡，改用节能环保的新式照明灯。在世界能源吃紧的局面下，节能与环保是全球所有国家都无法忽视的主题，美国的举措彰显了战略转型的决心。全美国实现灯泡的全面换代之后，从2012年到2030年，美国在电灯能源上的开支将节省400亿美元，这将意味着少建了14座热力电厂和每年减少至少5100万吨的碳排放。续……•为了改变国内照明现状，节约能源保护环境，同时为了在国际LED照明竞争中占据领导地位，美国能源部制定了“半导体照明国家研究项目”计划，准备用10年时间，耗资5亿美元开发半导体照明，参加者包括13个国家重点实验室、公司和大学。实施该计划的目的是为了使美国在未来照明光源市场竞争中，领先于日本、欧洲及韩国等竞争者。国际LED发展现状根据这一计划，到2012年，所有允许使用的LED新光源灯具，都将比目前灯泡节电至少70%。该项计划预计取得如下成绩：从2000年到2020年累计的功效和节约潜力将减少2.58亿吨碳污染物的排出；少建133座新的电站；预计到2010年，55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯取代；到2025年，固态照明光源的使用将使照明用电减少一半。美国LED产业的发展受到政府的大力支持，政策带来的是市场利好，2008年12月，金融危机正肆虐时，一份来自美国ELectroniCast的调查报告显示，高亮度LED器件在这场经济衰退中逆势增长。报告认为，美国2007年照明用LED市场为2.84亿美元，其中建筑和外观照明占86％，到了2013年，照明用LED将是现在的三倍，是一个10亿美元的产业。国际LED发展现状日本：于1998年在世界率先开展“21世纪照明”计划。该计划旨在通过使用长寿命、更薄、更轻的GaN高效蓝光和紫外LED技术使得照明的能量效率提高为传统荧光灯的两倍，减少二氧化碳的产生，并在2006年完成用白光发光二极管照明替代50%的传统照明。该计划由日本金属研发中心和新能源产业技术综合开发机构发起和组织，参与机构包括4所大学、13家公司和一个协会。续……•对于日本民众来说，LED照明灯不仅意味着高效、节能，还有环保、健康等时尚理念，在很大一部分程度上，这种理念才是促进消费的主要动力。日本在LED的“环保”宣传上颇有新意。其核心是从减少二氧化碳排放量去教育民众，而且与民众的居室生活和个人健康联系起来。很多LED的宣传场合都可以看到“如果使用该种LED光源/灯具，将为您的家庭减少排放二氧化碳多少千克”。显然，民众更关心他的生活工作空间中少了多少有害气体，而不是国家会减少多少的电能消耗。从这个意义上讲，老百姓更愿意为了自己的健康买单，从而使LED室内照明自然而然的得到推广和普及。截至2009年，LED产品在日本已广泛用于手机、电脑、信号灯、车灯、农产品培育等众多领域，相关市场也得到初步培育，2008年，仅日亚化学一家公司销售收入就达到了20亿美元。国际LED发展现状韩国：韩国近年来LED产业发展迅猛，不容小视。韩国SeoulSemiconductor公司一直以高于LED整体市场发展的速度增长，在LED市场上从第十名攀升至第四名。同时韩国还率先在全球实现LED照明标准化，并于2009年3月开始执行。韩国的整个LED产业链完善，产品涉及照明、液晶显示、医学影像等多个行业，其中液晶显示更是成为仅次于日本的全球第二大产业国。根据韩国光技术院统计，截至2003年底止韩国共有140家以上LED相关厂商(包含LED及LED模块厂商)，其中年营业额达百万美元以上厂商达70家以上。韩国LED产业起步比台湾和中国大陆都要晚，但现在的发展已经明显超过这两地，它所走的路，依然是自主技术、政策扶持、市场培育和环保理念。国际LED发展现状中国：截至2008年年底，中国国内做LED外延芯片和芯片封装的公司有10家左右，产业规模小，最大的也不过2、3亿产值，但到2009年年底，我国整个LED的产业规模达到了827亿元，相关企业数量增长迅速。我国目前LED企业主要集中在中低端领域，主要是封装和应用方面，中低端产品的价格竞争比较激烈。虽然芯片生产和制造企业数量快速增长，但目前LED的核心产品外延片的生产设备MOCVD全部依赖于进口，要想突破并掌握LED的核心技术，在国际竞争中占据一席之地，仍然有很长一段路要走。总体来看，LED关键技术仍然掌握在美国、日本、德国等发达国家手中。从世界高亮LED出口情况看，日本、美国和中国台湾占到世界出口市场的86%，中国仅占3%，在未来几年内，中国需要加快自身核心技术和产业链条的发展。国际半导体照明专利拥有状况对比表单位：个项目日本美国德国中国大陆台湾地区韩国上游2053374120455955中游3815723619347150137下游58681097739392209192LED发光原理分析•LED是一种固态的半导体器件，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。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。LED产业链的上、中、下游分别为外延材料与芯片加工、产业器件与模块封装、显示与照明应用，其中核心技术主要集中在中上游，即LED外延片的生长、芯片的加工以及LED芯片的封装。生产工艺流程分析•一、工艺：a)清洗：采用超声波清洗耳恭听PCB或LED支架，并烘干。b)装架：在LED管芯（大圆片）底部电极备上银胶后进行扩张，将扩张后的管芯（大圆片）安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。c)压焊：用铝丝或金黄色丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。LED直接安装在PCB上的，一般采用铝丝焊机。（制作白光TOP-LED需要金线焊机）d)封装：通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来。有PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉（白光LED）的任务。e)焊将：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上。f)切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散、反光膜等。g)装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。h)测试：检查背光源电参数及出光均性是否良好。J)包装：将成品按要求包装、入库/封装工艺说明•二、封装工艺1．LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。2．LED封装形式LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。3．LED封装工艺流程4．封装工艺说明a．芯片检验镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill）芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整b．扩片由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1MM），不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。C．点胶在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片。工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。续……•d．备胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。e．手工刺片将扩张后LED芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品。f．自动装架自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。g．烧结烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170℃，1小时。绝缘胶一般150℃，1小时。银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。续……•h．压焊压焊的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力。对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀（钢嘴）选用、劈刀（钢嘴）运动轨迹等等。（下图是同等条