
即便在藍寶石生產工藝上,是使用熱交換法還是泡生法依舊存在爭議,但許多業內人士預測2015年將是LED照明產業爆發的元年,借助藍寶石材料在LED行業被廣泛應用于芯片襯底,國內生產藍寶石晶體和襯底的廠商、以及許多芯片大廠趁勢發力,奪取以往被國外領先大廠霸占的市場份額。
以華燦光電股份有限公司為例,2014年10月發布公告稱,擬計劃在武漢現有廠區內進行“PSS藍寶石襯底片擴產項目”的建設,投資1289萬元新增年生產96萬片2英寸PSS襯底片的生產能力,力求不落人后。
現階段LED芯片以藍寶石為主要襯底材料,2014年折合2英寸片的藍寶石需求為6091萬mm,預計2015年為7453萬mm,到2016年將增長到8889萬mm,年增長率保持在20%左右。
伴隨著LED芯片價格不斷下降的趨勢,藍寶石襯底價格也逐步走低,而襯底大尺寸技術能降低生產成本,促使國內一部分具備技術、資金和人才優勢的企業,未來將著重向4英寸及更大尺寸襯底上進軍,預計未來兩年內4英寸襯底占有率將達到80%以上。
熱交換法與泡生法 量產晶體
作為前蘋果屏幕供應商,GTAT曾經帶動國內藍寶石概念股瘋長,其長晶設備備受國內藍寶石企業追捧,然而宣告破產后光環不再。國內以貴州皓天為代表購買GTAT設備的企業,卻“仕途”大好。
貴州皓天董事長季泳欣喜的表示:“公司目前折合2寸襯底產能已經超過100萬片/月,其中165kg長晶爐占到10%,其余長晶爐也都為115kg級。”
目前來看,國際上使用的主要長晶方法分別是“熱交換法”和“泡生法”,運用熱交換法的GTAT,雖然無法生產出符合蘋果公司要求的藍寶石屏幕,但國內使用GTAT設備的企業,已經具備了自主研發、生產的能力,產品是完全可以滿足LED市場需求的。
GTAT熱交換法技術路線可以成熟量產120kg級別的晶體,較之泡生法技術路線量產80kg級別的晶體,熱交換法生產出的晶體擁有高品質、大尺寸的優點?墒枪耪Z有云“魚與熊掌不可兼得”,熱交換法對長晶設備要求高、工藝復雜、成本高昂,更為致命的是生產出的晶體容易開裂,因此低缺陷密度、低成本、高產能的泡生法技術路線在藍寶石晶體市場份額占比高達80%。
世界上領先的藍寶石生產企業美國Rubicon和俄羅斯Monocrystal,還有國內以南京京晶光電科技有限公司(以下簡稱:京晶光電)為代表的藍寶石生產企業,同樣都是采用泡生法技術路線生產藍寶石晶體。半導體照明行業70%藍寶石襯底都是采用的這種技術。
京晶光電常務副總經理鄭松森透露:“我們的長晶設備生長出的晶體都是大規格的泡生法晶體,目前最小的也是85kg,而120kg級也具備了量產條件。”
現階段每一種技術路線都有各自的市場,“熱交換法”與“泡生法”能成功量產大公斤級別晶體,是基于企業在生產設備上大規模的引進及自身技術上的不斷完善。
襯底新工藝與大尺寸 推陳出新
國內對于藍寶石襯底的大力投產,源于藍寶石襯底在LED行業襯底材料中難以撼動的地位,當前市場上絕大多數的芯片制造商都采用藍寶石襯底。
浙江東晶博藍特光電有限公司(以下簡稱:博藍特)利用自主研發的高速甩膜或提拉法均勻涂覆氧化硅納米球做掩膜,并使用ICP干法刻蝕技術制備出的微納米級圖形尺寸的4英寸半球形和三角錐形藍寶石襯底(PSS),有別于市場上微米級圖形化藍寶石襯底(PSS),因此,博藍特的產品一致性好、密度高、缺陷低。
圖形化藍寶石襯底(PSS)越來越多的被采用到實際生產過程中,這項技術在提高LED亮度的同時延長了LED的使用壽命。
企業在藍寶石襯底產品光效提高的同時,對成本的控制也有了一定程度的改善。貴州皓天研發出的方形襯底獨具匠心,將MOCVD的產能發揮到最大,產能利用率提高30%以上。
貴州皓天董事長季泳介紹:“目前公司除了2寸方形襯底之外,4寸和6寸也可以出貨。因為方形襯底的面積比同尺寸圓形襯底的面積大,對藍寶石制造商工藝的要求更高,目前已經給臺灣芯片廠家小批量供貨。”
“在方形襯底加工的過程中,主要存在以下幾個難點:晶棒加工中的晶向控制和定位倒角的加工,磨拋過程中BOW和LTV控制,清洗過程的顆粒度控制。另外,在加工過程中需根據產品要求,設計新的夾具配合使用。”
即便方形襯底比同尺寸圓形面積大,但其工藝復雜,市場上更多的廠家熱衷于生產圓形的大尺寸襯底,而大尺寸襯底被不斷應用的優勢在于大尺寸的晶棒可以降低原材料的損耗,以便在外延片生長中外周形成更多的芯片。
企業推動藍寶石襯底產業發展
曾在2010—2011年,LED行業推動藍寶石需求看漲,國內新增的藍寶石襯底項目也隨之增多,參與企業計劃產能達到千萬片級。
直至今年,藍寶石襯底業務依舊炙手可熱。2014年11月28日浙江東晶電子股份有限公司(以下簡稱:東晶電子)發布晚間公告稱,公司全資子公司擬與自然人共同出資,設立從事藍寶石材料、襯底片等產品研發、生產、銷售于一體的浙江東晶新材料有限公司。
東晶電子不僅樂于開拓新領土,早期還擬以現金方式對博藍特增資800萬美元,幫助博藍特更好的開展LED圖形化藍寶石襯底、外延片和芯片等各項業務。
不僅僅是東晶電子看好LED藍寶石襯底市場這塊肥肉,重金增資藍寶石產業,同樣頗有抱負的還有重慶四聯光電科技有限公司,在2008年順利收購霍尼韋爾藍寶石業務后,同年12月占地面積349畝的LED重慶產業基地奠基,預計到2015年,將建成亞洲最大的藍寶石基地,形成1800萬片LED藍寶石基片的年生產能力。

現在看來行業內硅襯底技術炒得火熱,但針對藍寶石襯底的新技術更利于實際生產。
就在前不久,中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所劉建平團隊,通過采用新型藍光LED有源區結構,在平片藍寶石襯底上實現了超低效率下降的藍光LED。
藍寶石襯底技術壁壘難以跨越、生產成本高昂的問題在越來越多的企業參與藍寶石行業的過程中得到改善,這將會縮小國內企業與國外巨頭擁有專利優勢之間的距離。唯有技術上的不斷更迭轉化為產能,才能帶來產業的欣欣向榮,國內藍寶石襯底行業因此將迎來井噴時期。