半导体照明产业技术路线图

半导体照明产业技术路线图实践中国科学技术发展战略研究院2009年3月半导体照明产业技术路线图实践产业技术路线图理论半导体照明产业技术路线图实践作用与启示技术路线图定义综合若干权威机构和专家的概念和描述，技术路线图的定义应该是：技术路线图是通过时间序列系统描述技术创新过程中技术、产品和市场的互动关系，研究技术创新方向和产业竞争态势，确定影响未来主导产品（产业）的关键技术及其发展路径，为科学制定研发计划、有效组织产品研发、合理配置创新资源提供支撑。到目前为止，技术路线图已经成为一些发达国家的技术前瞻、研发和管理中的一个基本工具。技术路线图的分类从技术路线图的开发目的来看，可分为：产品规划、项目规划、战略规划从技术路线图的开发主体来看，可分为：企业技术路线图、产业技术路线图、国家技术路线图从技术路线图的格式来看，可分为：多层次型、表格型、流程型、文本型等产业技术路线图定义产业技术路线图是以需求为出发点，通过联合企业、大学、研究机构和政府等技术创新主体，对产业技术及其变动因素作出判断，确认产业的技术需求，选择技术发展路径和发展重点，指出技术、产品和服务以及未来市场之间的互动关系，以提高决策的科学性。产业技术路线图要素关于产业技术路线图要素，没有统一标准，根据制定主体、目的，设计不同要素。各种类型技术路线图的要素一般为3～5个。四要素：时间、技术、产品或流程、市场。产业技术路线图的架构技术层面确定产业技术分类体系和产业发展的关键技术产品/流程层面分析不同时段市场中可能出现的主要产品，确定产品的主要特性产业层面明确产业发展不同时段的远景目标和需求产业技术路线图的架构产业产品技术201020152020时间制定技术路线图的基本方法技术路线图的制定可分为三个阶段：1、准备阶段2、开发阶段3、修订阶段这是一套适合产业或大企业开发技术路线图的方法。制定技术路线图的基本方法满足必要条件组建核心团队，确定参与者明确产业目标和主导产品确定关键特性和目标形成技术路线图报告分析评价并推荐需要研发的关键技术确定主要技术领域确定备选技术评价技术路线图提出实施计划技术路线图更新确定技术路线图的范围、边界和时间启动阶段修订阶段开发阶段国外实践和经验技术路线图始于美国汽车行业。20世纪70年代后期，摩托罗拉与康宁等企业开始在企业层面采用技术路线图方法进行产品规划和企业管理。之后，美国、加拿大、英国等国家开始绘制产业层面的技术路线图，如美国的国际半导体技术发展路线图，在行业内产生了深远影响。韩国等国家还开展了国家技术路线图研究，为科技发展规划和国家战略政策的制定提供支撑。国外实践和经验各国政府在制定技术路线图中发挥着重要作用1999年，美国白宫科技政策办公室要求各产业制定技术路线图以改进政府R&D资金的配置，提高产业的制造能力和竞争力。加拿大工业部把制定产业技术路线图作为己任，把它作为提高产业竞争力的重要工具。日本经济产业省已经制定了三期“战略技术路线图”。半导体照明产业技术路线图的实践(一)背景(二)实践(一)背景1、我国产业技术创新存在的问题目前我国产业技术创新中，产业技术水平和组织协调能力同我国经济社会发展的要求还有许多不相适应的地方，主要表现在：一是关键技术自给率低，自主创新能力不强，产业技术的一些关键领域存在着较大的对外技术依赖，不少高技术含量和高附加值产品主要依赖进口;二是我国的产业技术创新过程存在着技术创新与市场需求、产业需求相脱节，技术的创新过程被线型分割，使得技术发明与技术创新环节无法有效衔接。企业、研究机构、大学各创新主体彼此分离，创新链断裂，每个单位从研究到产业，一切从头做到尾，造成创新效率低下;(一)背景三是科技资源过于分散，科技支撑条件、资源的整合与社会共享不足，资源利用率较低。因此，提升我国产业自主创新能力，就是要构建以企业为主体，产学研相结合的技术创新体系，共同研发产业关键技术。从产业技术路线图的作用和功能看，制定产业技术路线图对于现阶段我国产业关键技术研发、产业创新链的构建、平衡产业研发的投资和政府决策方面将发挥积极作用，从而有利于构建我国技术创新体系，提升产业自主创新能力。(一)背景2.目前科技管理中存在的问题一是项目论证合理性。目前项目的选择主要以开5—10个专家的小型专家会确定，管理专家质疑是否选择其他几个专家结果是否会有不同。美国半导体协会集成了全球800多名业内专家对半导体技术发展进行了研究，制定了《半导体技术路线图》，具有论证的广泛性和科学性。二是既有技术研发论证只告诉管理部门唯一技术路径，由于缺乏技术路径的优劣比较，管理专家或领导人质疑是否有其他更好的技术路径。(一)背景三是目前科技项目安排只注重单项技术突破，而以产品为对象的技术集成相对较弱。这成为管理部门寻求突破的一个重要问题。因此，科技决策的管理专家，这些管理专家非技术专家，他们一直在考虑有没有办法在技术专家支持下做出科学的决策。从这个角度出发，希望探索一套产业技术路线图方法试图解决科技管理中的困惑。（二）半导体照明产业技术路线图的实践根据科技部的部署，中国科学技术发展战略研究院组织开展了“产业技术路线图研究”，并以“中国半导体照明产业技术路线图研究”为例，探索一套适合我国国情的技术路线图制定的方法和流程。按照技术路线图的制定流程，战略研究院和中国半导体照明产业联盟（相当于行业协会）联合开展研究。确定了研究方案，成立了总体研究组、技术研究组、产业研究组。研究思路本次研究围绕“技术—产品—产业”为主要思路。选择以半导体照明器件发光效率为主线、兼顾成本和寿命，确定发展目标和发展道路。以器件为主轴，向上延伸到照明产品，向下延伸到技术。器件半导体照明研究模型发光效率使用寿命应用成本技术层技术发展重点产品层道路照明大尺寸背光源汽车照明通用照明产业层材料外延与装备芯片制备封装集成与应用研究主要内容（一）产业和技术发展现状与趋势分析（二）技术经济分析（三）产业技术分类体系和产品特性研究（四）知识产权分析研究（五）技术清单、主导产品清单和指标体系研究（六）调查、访谈座谈及分析研究（七）政策分析研究(八)产业技术路线图和研发计划研究（一）产业和技术发展现状与趋势研究通过文献调研、会议研讨等方式，完成半导体照明产业及其技术发展现状以及到2020年发展趋势，形成未来产业技术发展的趋势判断和初步结论。通过现状和趋势分析，明确了技术路线图的范围，为后面未来发展的主要产品和关键技术提供依据。（一）产业和技术发展现状与趋势研究区域主要特点上海、江苏、浙江（长三角）产业配套能力最强，高端应用突出，人才、资金比较集中。深圳、佛山、广州（珠三角）封装和应用国内规模最大、离市场最近，投资活跃。北京、大连、河北（北方地区）研发力量最强，研发机构最集中，拥有国内外延芯片的最好技术。厦门、南昌（闽三角）外延及芯片产能国内最大，普亮芯片企业规模较大。国内半导体照明四大区域主要特点（一）产业和技术发展现状与趋势研究050100150200250300350销售额亿元759812014517521526533020052006200720082009201020112012中国高亮LED市场发展预测“十一五”半导体照明重大项目在技术全图中的分布基质材料外延材料芯片制备薄GaN缓冲层ELOGaN缓冲层厚的可剥离的GaN缓冲层缓冲层热交换法（HEM）边缘限定硅膜生长法Czochralski法物理气象传输（PVT）法近距离升华法有机金属气相外延（OMVPE）分子束外延（MBE）氢化物气相外延（HVPE）外延横向再生长（ELO）量子阱应力调控技术）横向外延技术压力控制的溶液生长法低压溶液生长法高压溶液生长法物理气相传输（PVT）法近距离升华法氨热生长法基质材料外延工艺技术与装备基质材料生长技术氢化物气相外延（HVPE）有机金属化学气相沉积（MOCVD）蚀刻、芯片修理与纹理化金属化与薄膜晶片键合与薄膜转移器件工艺技术与装备单片白光LED绿色、蓝色与紫外LED红色LEDLED与集成LEDTFFC芯片制备技术选择性刻蚀技术光子晶体技术硅上GaN的剥离技术金属/薄膜转移技术用于刻蚀与抛光的激光切割技术光增强电化学刻蚀技术干法刻蚀技术VCSELs边缘发射激光器共振腔与超发光LED光电仿真工具定向发射器热控制的封装材料新型添加剂新型热阻材料虑紫外的封装材料模封大功率LED技术多芯片集成封装技术LED单芯片封装技术封装材料在线芯片测试技术装备包装技术分选技术及装备芯片检测技术划片（切片）技术芯片封装墨水“印刷”新的合成技术涂敷磷光质磷光质粉浆与封装材料的集成纳米晶体磷光质封装材料与技术磷光质的合成与应用磷光质材料大功率灯具灯与电子装置长期可靠性角度及温度稳定性建模工具发生器新型衬底与散热材料新型封装结构芯片装配选择技术芯片装配和焊接技术灯具设计技术散热技术砷化镓（GaAs）氧化锌（ZnO）氮化镓(GaN)碳化硅（SiC）蓝宝石（Al2O3）硅（Si）氮化铝(AlN)GaN材料AlGaInAs器件材料）AlGaInN器件材料AlGaInP器件材料绿色、蓝色、紫外系列外延材料红、黄、橙系列外延材料反应器气体输送加热和温度控制计算机及安全控制废气处理设备器件设计与装备技术溅射蒸发设备PECVDICP键合设备光刻设备芯片集成封装集成技术与照明系统器件工艺与装备封装装备技术智能切割技术激光剥离技术非极性面的生长）AlInGaN四元系技术偏振LED材料外延技术P型GaN掺杂与激活技术激光剥离设备大功率LED点胶技术封装胶体制备技术磷（荧）光质材料技术散热材料技术le共晶焊、倒装焊芯片粘接技术高振动频率的磷光质多波长转换纳米晶体半导体材料新型感光剂设计技术有机复合成分的磷光质纳米尺度半导体的光学性评价技术与带电状态设计磷光质组合发现电子驱动器混色与波长转换照明系统光学器件背光源灯具可靠性与废弃1547、482、4、7、8、9、10、11、12、1845、461、328、2940、4155、56、57、66、67、68、69、7026、52、53、54、5849、50、5163、64、6530、31、3233、36、37、3839271714、23、24、25121342、4416（二）技术经济分析研究通过情景分析确定未来市场中产业发展的目标和主要产品，了解未来的市场需求，通过SWOT（即未来产业发展所面临的优势、劣势、机遇和威胁），修正我国半导体照明发展的产业目标和主要产品。目的就是要提出未来产业及技术发展的目标，为确定不同时段研发关键技术提供支撑。国内LED行业SWOT分析我国LED产业应对策略（三）产业技术分类体系和产品特性研究根据上面的研究模型，我们主要开展了下面三个方面的研究：1.产业技术分类体系研究。根据产业技术的特征，归纳了三种技术领域分类，通过专家研讨，根据我国产业发展的需要，确定从技术到应用对我国半导体照明产业技术进行分类，具体分为四类：（1）材料外延和装备（2）芯片制备（3）封装工艺（4）应用集成（三）产业技术分类体系和产品特性研究2.开展了技术全景图研究。目的有三个：一是使参与研究的人员对整个产业技术有一个全面的了解，对一些基本问题形成共识；二是为知识产权分析和寻找我国发展的技术路经提供基础，找出不同领域和不同路径下的关键技术；三是为分析国家科技计划的布署和调查关键技术的分布做准备，解决管理过程中的信息不对称，为后面制定产业路线图提供基础。技术全图基质材料外延材料芯片制备薄GaN缓冲层ELOGaN缓冲层厚的可剥离的GaN缓冲层缓冲层热交换法（HEM）边缘限定硅膜生长法Czochralski法物理气象传输（PVT）法近距离升华法有机金属气相外延（OMVPE）分子束外延（MBE）氢化物气相外延（HVPE）外延横向再生长（ELO）量子阱应力调控技术）横向外延技术压力控制的溶液生长法低压溶液生长法高压溶液生长法物理气相传输（PVT）法近距离升华法氨热生长法基质材料外延工艺技术与装备基质材料生长技术氢化物气相外延（HVPE）有机金属化学气相沉积（MOCV