DOE 2012年半导体照明生产研发路线图概述

DOE 2012年半导体照明生产研发路线图概述
2012-11-16 15:28:52 《半导体照明》杂志中国半导体照明网刘振梅（译）行业分类:其它浏览

　　　美国能源部在2012年更新了半导体照明生产研发路线图来指导LED以及OLED的生产，目标是指导研发策略，实现全美国生产技术的提升并在2015年和2020年实现半导体照明产品的成本价格大幅下降。该路线图在2009年首次提出，2010年和2011年已经更新过两次，而且每年都会更新。本次更新工作开始于2012年4月，能源部召集了圆桌会议，来自LED以及OLED的专家为美国近期即将实现的特定任务，进行讨论并提出建设性的意见和建议。2012年6月12日-14日，来自半导体照明全价值链、跨部门跨领域跨学科的200多位专家召开了研讨会，就2012年半导体照明路线图中的目标和任务优先级进行了意见反馈。

　　一、2012年路线图中的目标和任务

　　美国能源部提出的生产研发倡议的目标包括降低半导体照明光源和灯具的成本价格；在保持产品高质量的同时，提高产品发光的一致性和稳定性；使美国国内生产在半导体照明领域快速发展、保持领导地位并实现可持续发展等三个方面。美国能源部充分意识到研发新的生产技术、鼓励选用最优生产方法、弄清常用设备需求、加强过程控制以及学习其他产业的生产方法是实现这些目标的最佳方案。

　　新路线图的目标之一就是指导研发计划并帮助直募资金，因为该产业发展迅速，资金需求量大增。路线图的第二个目标，也是更重要的目标，就是基于半导体照明生产发展中的产业共识，为材料和设备供应商提供指导，以降低风险、提高产品质量，增加产出并最终实现路线图一贯追求的目标：降低成本（成本跟踪预测如图1）。

　　本次圆桌会议和研讨会提出的倡议涉及政府资金支持的企业包括：Universal Display Corp (UDC)、 Moser Baer、Applied Materials、Veeco、Sandia National Labs、KLA-Tencor、GE Lighting Solutions、 Ultratech、Philips Lumileds以及DuPont Displays等。

　　二、2012圆桌会议及研讨会的主要发现和总体建议

　　1.LED生产目标

　　半导体照明领域的专家们确定了四个优先发展的任务，包括支持发展高端的模组、光引擎和照明灯具的柔性生产；开发快速、非破坏性检测设备并为半导体照明灯具生产的不同阶段制定检测指标；找出LED封装灯具终端过程的关键问题；高效生产荧光粉并提高荧光粉在半导体照明中的应用。

　　路线图指出，灯具（模组）的可持续发展活动可以归入下述的一个或者多个领域：灯具中应用先进的LED封装和模具集成（如精密封装技术和贴片技术等）；高效使用元器件和原材料；散热设计简化；重量减轻；高效低成本生产的优化设计（如易于安装）；加强机械、电气和光学功能的集成；通过自动化技术、改进了的生产工具或者产品设计软件来降低生产成本。

　　路线图规定到2015年的具体目标包括：生产能力提高1倍，把原始设备制造商处的灯具价格从50美元/千流明降低到10美元/千流明，每2-3年封装成本降低50%（封装成本预测见图2），改进色差控制使得色容差从7降到4。

　　圆桌会议的讨论集中在LED封装领域使用成本较低的材料和制造工艺两个领域。具体而言，到2012年，封装LED产出量每年增加1倍，每2-3年减少50%的装配成本（即千流明的成本），每2-3年减少50%的包装成本(美元/平方毫米)、每2-3年每千流明成本(美元/千流明)减少50%。

　　在测试和检验的讨论中，专家呼吁支持开发高速、高分辨率、非破坏性的检测设备，标准化的测试程序和全价值链每个阶段，包括半导体芯片、外延层、LED模具、封装的LED、模组、灯具以及光学元件等各个阶段等的度量指标。检测设备可以用于保证产品质量、进行现场过程监控、进行在线过程监控以及实现最终的产品测试和分级。到2015年测试和检验具体目标为：每单位/小时生产能力达到原来的2倍，且每5年购经营成本下降至少50%。

　　专家特别关注的领域主要是在晶圆级LED工作温度下，对光输出、光质量以及光一致性进行快速监测。这种测试设备将会促进LED和荧光粉的自动匹配并有利于最终的设备分级。

　　关于提高荧光粉制造方面，路线图要求到2015年，荧光粉的批量大小从1～5kg增至20kg，每2-3年每公斤的成本减少50%，利用率从50%提高至90%，把PSD范围的均匀性从30提高到10，对深紫外线的控制从小于0.012提高到小于0.002，把厚度均匀性从5%每西格玛提高到2%每西格玛，减少50%的成本，把不同灯具之间的色容差从4降到2。

　　2012年路线图较之前几年的路线图更重要的一点变化是将降低制造成本作为重点而不是降价。因此，千万不要把图1和图2混淆，图1是关于A19型60W灯具的成本价格分析，而图2是封装好的LED的成本价格（即价格）。

　　2.OLED生产目标

　　为了减少支出费用，OLED专家团决定把OLED的优先发展任务从去年的3个减少到2个。2012年的两个优先发展任务包括研发改进型的OLED沉积设备并开发更好的OLED材料。路线图要求研发OLED生产设备，使之能够快速、低价、均匀地生产优质OLED面板（成本目标是优质面板的成本低于每平方米100美元）。

　　在材料方面，无论是衬底还是封装材料都需要在2015年达到规定要求，包括衬底提取率达到50%，每平方米的表面电阻小于1欧姆而且总成本达到每平方米60美元。封装材料必须达到透水性测试要求，即10～6g/m2/day，透氧性达到10～4cc/m2/day/atm而且成本价格达到35美元/m2。

　　当前OLED样品灯具的价格为每千流明1500～2000美元，飞利浦表示面板的买入价格大约是每千流明800美元。2012年路线图认为，如果到2015年OLED研发成果能够投产的话，那么OLED灯具成本价可以低至每千流明50美元，同时OLED面板的成本价格可以达到每千流明30美元（见图3）。路线图制定的2015年的OLED的成本目标是基于Moser Baer公司的估算，该公司的策略目标是把生产周期缩到最短同时使用较小的衬底。

　　路线图列举了短期内OLED所面临的挑战包括批量生产衬底的时间周期减少到大约1分钟；材料的利用率大于70%；优质面板产量比率提高到约80%；衬底部分光发射率约为80%；生产故障率减少至约20%。

　　总的来说，OLED生产成本需要减至现在价格的1/20到1/100，这样OLED才可以在市场上与照明用漫射型LED灯具抗衡。

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