据我国芯片行业现状分析，我国政府早在2003年就提出“国家半导体照明工程”计划，“十一五”开始，国家把半导体照明作为一项重大工程进行推动;2012年8月，国务院发布《节能减排“十二五”规划》(国发〔2012〕40号)，提出要“积极发展半导体照明节能产业”。现对我国芯片行业概况及现状分析。外延片、芯片作为LED产业链的上游核心，其技术及产品的发展将直接影响LED照明市场格局变化。目前我国半导体照明主流技术多为发达国家控制，LED外延片、芯片的关键技术主要为国际少数几家大公司所垄断，也是我国LED产业中较为薄弱的环节。为此，国家将大功率LED外延片、芯片作为“绿色照明工程”、“半导体照明工程”以及“863”等重点资助工程和鼓励发展的项目。

芯片行业市场调查分析报告显示，推动半导体照明应用和LED芯片国产化的需要，我国是传统照明产品的制造和消费大国，半导体照明作为新型的节能环保技术，其核心器件产品LED芯片的效率指标以及成本偏高一直是制约我国该产业发展的重要因素。发光效率的提高取决于LED外延芯片技术的积累和进步，制造成本的降低则取决于LED芯片生产的规模化以及上游配套产业链的技术发展及成本控制能力。长期以来，以日本为代表的发达国家占据着LED芯片生产的大部分市场份额，我国本土LED芯片企业占比相对较小，配套产业链技术薄弱。近年来，随着国产LED芯片技术的不断提高，芯片产品的性能得到较大提升，在显示屏、照明、背光等诸多应用领域得以应用并逐步获得市场认可，LED芯片的国产化率在2003年为5%，按

十二五规划，半导体照明的国产化率在2015年将提升至70%以上。截止至2014年末，国产化率达 66%，但是，半导体照明的市场渗透率仍很低，截止至2014年末，LED照明产品的市场渗透率26%，预计2016年达到38%。半导体照明产业在未来3-5年将是跨越式发展阶段，芯片制造企业必须做好充分准备，应对市场需求的快速提升，特别是对高性能低成本的芯片产品。项目建成达产后，公司GaN基蓝、绿光芯片的产能规模将大幅提高，有利于推动半导体照明用的LED芯片国产化进程，降低终端应用产品的生产成本，促进产业健康发展，完善我国自主的LED产业链，提升我国半导体照明产业的国际竞争力。

提升公司市场竞争力的需要，由于我国是全球最大的照明产品生产国和出口国，所以将来中国也必然是以LED产业为核心的半导体照明产业的主要聚集区域。LED上游外延芯片行业对资金和技术要求较高，这也成为进入该行业的最大门槛。在未来日趋激烈的市场竞争中，具备规模和技术优势的企业会逐渐拉开与竞争对手的差距，从而成为行业的主导者。

华灿光电自2011年产业协会统计的数据中已处于LED芯片行业第二的地位。随着公司产品品质和知名度的不断提升，市场对公司产品的认同度也不断提高，但与台湾晶电等国际厂商相比，技术水平已在同一水平上，公司规模仍有较大的提升空间。随着公司客户基础的不断拓展和客户对公司产品需求的日益增长，公司现有规划的产能已无法与公司的市场地位相称。产能的不足不仅制约了公司收入和盈利规模的进一步提升，也在一定程度上影响到公司的市场竞争力。为了提升规模效益，提高客户忠诚度，进而保持公司的市场领先地位，扩产项目建设势在必行。通过该项目的建设，公司生产规模会更上新台阶，市场竞争力会得到显著提升。

(1)节约生产和市场成本的需要

随着LED芯片行业的快速发展，逐步转向民用白光市场，对于芯片的生产成本要求越来越高，从2014年开始4寸的LED外延片已经成为市场主流，加工的圆片向大尺寸方向发展，义乌项目全部为4寸片衬底片加工，具有天然的加工效率优势，从而带来成本优势;同时扩大生产规模，摊薄固定成本，降低单位芯片成本，大大提高我们的市场竞争力。

(2)扩大公司发展空间，适应市场的需要

随着2013年以来，LED行业经历高速发展，快速投资，短期结构性过剩，行业的产业链各环节，经竞争后，产能规模、市场份额正在聚集到少数的、技术保持先进的、努力降低成本提高性价比的、管理好的企业之中。较强的上游供应商、下游的客户，也正在用战略发展的眼光，选择技术先进、管理好、成本低的外延芯片制造商作为长期发展的战略伙伴。在义乌新建年产值30.12亿元的LED外延芯片，能迅速扩大产品产能规模，使公司发展迈上一个新台阶，与具有国际竞争优势的上下游业务伙伴建立更加有效的合作关系。

(3)充分发挥规模效益

公司目前在技术上与台湾最好的外延芯片厂已在同一水平上，在成本和产品性价比上占有绝对优势。但现在受限于产能不足，需进一步扩产以适应未来市场的需要。自2013年8月以来，我司产品已逐渐进入韩国市场，这些客户原来是向台湾的同行采购，现转向我司采购。但现在产能不足，供货有影响。而错过此市场机遇，在此消彼长的市场竞争中，公司的发展将受到严重的影响。

LED 芯片的研究意义

随着 LED 技术的快速发展以及 LED 光效的逐步提高，LED 的应用将越来越广泛。随着全球性能源短缺问题的日益严重，人们越来越关注 LED 在照明市场的发展前景，LED 将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的潜力光源。

LED 照明市场发展空间广阔。LED 照明灯具应用已经从过去室外景观照明 LED 发展向室内照明应用。据分析未来五年内 LED 室内照明的发展将有指数型增长趋势。2011年其产值高达数百亿美元。尤其是 2009 年欧盟率先实施禁用白炽灯计划，以及节能议题备受关注，造就了 LED 室内照明巨大的市场机遇和乐观的前景。[1] 

芯片技术提升和价格走低是促进 LED 照明应用成本下降的关键。随着 LED芯片技术的提升，LED 发光效率提高后，单颗 LED 芯片所需的成本不断下降。同时，上游投资带动的大规模产能释放，引发较强的市场竞争也将带动芯片价格下降，这有效推动 LED 照明产品成本的下降。2011 年，芯片从之前的供不应求快速转换为供过于求，芯片价格快速下降。例如，小功率的 7.5mil×7.5mil 蓝光芯片和大功率的 45mil×45mil 蓝光芯片 2011 年一年内价格分别下降了 55.9%和 55.0%。[1] 

无论是面向重点照明和整体照明的高功率 LED 芯片，还是用于装饰照明和一些简单的辅助照明的低功率 LED 芯片，技术升级的关键都关乎如何开发出更高效、更稳定的 LED 芯片。在短短数年内，借助于包括新型芯片结构和多量子阱结构的新型外延机构设计在内的一系列技术改进，LED 的发光效率实现了巨大突破，这些技术突破都将为LED 半导体照明的普及铺平道路。

芯片尺寸

大功率LED芯片有尺寸为38*38mil，40*40mil，45*45mil等三种当然芯片尺寸是可以订制的，这只是一般常见的规格。mil是尺寸单位，一个mil是千分之一英寸。40mil差不多是1毫米。38mil，40mil，45mil都是1W大功率芯片的常用尺寸规格。理论上来说，芯片越大，能承受的电流及功率就越大。不过芯片材质及制程也是影响芯片功率大小的主要因素。例如CREE 40mil的芯片能承受1W到3W的功率，其他厂牌同样大小的芯片，最多能承受到2W。

大功率 LED 芯片的研究现状

近年来 LED 上游领域产业得到迅速的发展，市场的激烈竞争使得芯片成本降低，然而较之于传统照明，成本仍然较高，LED 要取代传统的照明，成本因素成为一个重要方面，而封装作为决定 LED 光源价格的重要环节，未来超低成本 LED 照明需要使用更少的 LED 灯珠，势必需要尺寸更大的芯片，因此大电流驱动下的高性能的大功率 LED 芯片成为 LED 上游的必争领域。国内外的半导体照明领域的机构和科研院所都在致力于此类高端芯片产业化的研究和探索，虽然由于生产工艺复杂、产品良率低、以及成本过高因素的制约，仍有许多优异的高端产品和先进的制造技术被开发出来，极大地推动了功率型 LED 芯片的产业化进程。

业界认为 LED 照明技术公认的发展路线为：发光效率从 2002 年的25lm/w 提高到 2007 年 75lm/w、2012 年其发光效率将达到 150lm/w，而在 LED芯片商业化的 2020 年，其发光效率将突破 200lm/w；发光成本从 2002 年的 200美元/千流明下降到 2007 年的 20 美元/千流明、2012 年下降到 5 美元/千流明，到 2020 年将降低到 2 美元/千流明；从 2007 年 LED 照明开始进入白炽灯照明领域，到 2012 年进入荧光灯市场，在 2020 年普及取代白炽灯和荧光灯。

全球 LED 市场的规模年均增长率超过 20%；高亮度 LED 市场的成长更加迅速，1995-2005 年的年均增长率达到 46%，2008 年的市场规模达到 51 亿美元，占 LED 市场的比例由 2001 年的40%增长到 2008 年的 80%以上，保守预估 2012 年的市场规模可望到达 114 亿美元。市场需求拉动了生产环节的发展，也有其他行业的大型企业转战这一市场。世界不少 500强的巨头公司都已进军 LED 蓝海市场。LED 半导体照明作为新型的绿色能源，无论是节能效益还是经济效益都是非常显著的，因此各国政府都在大力地推进 LED 照明普及。

作为新兴的产业，LED 半导体照明仍处在不断进步的过程中。 业界认为 LED 芯片发光效率的发展路线为：从 2002 年的 25lm/w 提高到 2007 年75lm/w、2012 年发光效率将普遍达到 150lm/w，而在 2020 年商业化的 LED 芯片的发光效率将突破 200lm/w。从 2007 年 LED 照明开始发展进入白炽灯照明领域，直到 2012年进入荧光灯照明市场，而将在 2020 年普及取代如今的白炽灯和荧光灯。

大功率 LED 芯片存在的主要问题

LED 芯片，尤其是大功率 LED 芯片，目前面临的主要技术难点主要是以下几个方面：

1、发光效率低

虽然现在各厂家量产的封装后的白光 LED 出光效率都达到 100lm/w 以上，但是相比较于小尺寸的 LED 芯片，其出光效率依然很低。大尺寸的 LED 芯片由于尺寸较大，当光线在器件内部传播时，光线通过的路程要比小尺寸的芯片经过的路程长，导致器件材料对光线的吸收概率较大，大量的光线被限制在器件内部无法出射，导致出光效率较低。

2、电流扩散不均匀

对于大功率 LED 芯片而言，需要大的电流驱动（一般为 350mA），为了得到均匀的电流扩散，需设计合理的电极结构以使得电流在 P 型层面得到均匀分布，大功率 LED 芯片由于芯片尺寸较大，同时 P 型层的电流很难在 P 型层面得到均匀扩散导致电流积聚在电极下方，造成电流拥挤效应。由于电流积聚效应，即电流主要集中在电极正下方区域，横向扩展比较小，电流分布很不均匀，导致局部电流密度过大。

3、光电特性不稳定

由于大功率 LED 芯片器件出光效率底下，大量光线被器件内部吸收，这些被吸收的光线在器件内部转换成热能，造成 LED 芯片结温的升高，结温的升高不但会造成光衰严，严重影响了 LED 芯片的寿命，同时温度的升高会导致芯片的蓝光波峰向长波长方向偏移（即红移），造成芯片的发光波长和荧光粉的激发波长不匹配，也会造成显色性的降低。

4、产业化研究光效远低于实验室研发水平

现在国际上主流的 LED 芯片厂商，虽然实验室研发已到达较高的水平，但是产业化的研究水平依然底下，造成其主要的原因是产业化不但要考虑到成本的需求同时还要兼顾生产工艺的复杂程度以及芯片良率的问题。

LED芯片制造设备现状及其工艺介绍

一、上游外延片生长设备国产化现状

LED产业链通常定义为上游外延片生长、中游芯片制造和下游芯片封装测试及应用三个环节。从上游到下游行业，进入门槛逐步降低，其中LED产业链上游外延生长技术含量最高，资本投入密度最大，是国际竞争最激烈、经营风险最大的领域。在LED产业链中，外延生长与芯片制造约占行业利润的70%，LED封装约占10%～20%，而LED应用大约也占10%~20%。

产业链各环节使用的生产设备从技术到投资同样遵循上述原则，在我国上游外延片生长和中游芯片制造的60余家企业中，核心设备基本上为国外进口，技术发展受制于人，且技术水平尚无法与国际主流厂商相比。这就意味着我国高端LED外延片、芯片的供应能力远远不能满足需要，需大量进口，从而大大制约了国内LED产业的发展和盈利能力。

表1 LED产业链概况及关键设备介绍

LED产业链概况及关键设备介绍

上游外延生长，由于外延膜层决定了最终LED光源的性能与质量，是LED生产流程的核心，用于外延片生长的MOCVD也因其技术难度高、工艺复杂成为近年来最受瞩目，全球市场垄断最严重的设备。因此，该设备的国产化受到了国内产业界的热捧，一些企业和研究机构也启动了MOCVD的研发，但何时能实现产业应用还是个未知数。

　　此外，伴随LED外延技术的不断创新，特别是蓝宝石衬底(PPS)加工技术的广泛应用，蓝宝石衬底刻蚀设备也逐渐成为LED外延片制造技术核心关键工艺设备之一，其工艺水平直接影响到成膜性能，越来越受到产业界的关注。作为国内半导体装备业的新星，北方微电子借助多年从事半导体、太阳能高端设备制造的技术优势，为LED生产领域的刻蚀应用专门开发了ELEDETM330ICP刻蚀设备，并已成功实现了PSS衬底刻蚀在大生产线上的应用，这可以称得上是LED生产设备国产化领域的突破，势必对LED设备国产化起到推动和带头作用。

二、中游芯片制造主要设备现状

中游芯片制造用于根据LED的性能需求进行器件结构和工艺设计。主要设备主要包括刻蚀机、光刻机、蒸发台、溅射台、激光划片机等。

1．刻蚀工艺及设备

刻蚀工艺在中游芯片制造领域有着广泛的应用（见表2），而随着图形化衬底工艺被越来越多的LED企业认可，对图形化衬底的刻蚀需求也使ICP刻蚀机在整个LED产业链中的比重大幅度提升。更大产能、更高性能的ICP刻蚀机成为LED主流企业的需求目标，在产能方面要求刻蚀机的单批处理能力达到每盘20片以上，机台具有更高的利用率和全自动Cassette to Cassette的生产流程；由于单批处理数量增大，片间和批次间的均匀性控制更加严格；此外，更长的维护周期和便捷的人机交互操作界面也是面向大生产线设备必备的条件。而北方微电子所开发的ELEDETM330刻蚀机，集成了多项先进技术，用半导体刻蚀工艺更为精准的设计要求来实现LED领域更高性能的刻蚀工艺，完全满足大生产线对干法刻蚀工艺的上述要求。

2.光刻工艺及设备

光刻工艺是指在晶片上涂布光阻溶液，经曝光后在晶片上形成一定图案的工艺。LED芯片生产中通过光刻来实现在PSS工艺中形成刻蚀所需特定图案掩模以及在芯片制造中制备电极。LED光刻工艺主要采用投影式光刻、接触式光刻和纳米压印三种技术。接触式光刻由于价格低，是目前应用主流，但随着PSS衬底普及，图形尺寸精细化，投影式光刻逐渐成为主流。纳米压印由于不需光阻，工艺简单，综合成本较低，但由于重复性较差，还处于研发阶段。

表2 LED上中游刻蚀设备的应用

LED芯片制造设备现状及其工艺介绍

国内LED生产用接触式光刻机主要依赖进口，投影式光刻机多为二手半导体光刻机翻新。而鉴于国内光刻设备生产企业的技术基础和在翻新业务中取得的经验积累，相信假以时日开发出国产的LED光刻设备的前景一片光明。纳米压印是通过模版热压的技术制备纳米级图形，在美国、台湾等均有较深入的研究，工业化应用还不成熟，但仍存在较大的应用潜力。

3．蒸镀工艺及设备

蒸镀工艺是指在晶片表面镀上一层或多层ITO透明电极和Cr、Ni、Pt、Au等金属，一般将晶片置于高温真空下，将熔化的金属蒸着在晶片上。LED芯片生产中采用蒸镀工艺在晶片上焊接电极并通过蒸镀金属加大晶片的电流导电面积。

蒸镀台按能量来源主要分为热蒸镀台和电子束蒸镀台，鉴于作为电极的金属熔点高，金属附着力要求较高，LED行业普遍使用电子束蒸镀机（Ebeam Evaporator）。目前国内LED生产用蒸镀台目前仍以进口为主。国内虽然已掌握蒸镀台原理，并能自行制造实验室用蒸镀台，但由于自动化程度、工艺重复性、均匀性等问题，没有进入大生产线使用。鉴于LED电极沉积用蒸镀台相比半导体PVD设备难度较低这一情况，国内具有半导体PVD设备开发经验的设备商，将有能力实现LED蒸镀台国产化。

4．PECVD工艺及设备

PECVD（等离子增强化学气相沉积）工艺是在完成外延工艺后，在晶片表面镀上一层SiO2或SiNx，作为电极刻蚀需要的硬掩模，以增大掩模与GaN外延层的刻蚀选择比，获得更好的刻蚀剖面形貌。

目前LED主流使用PECVD一般为采用13.56MHz的平板式PECVD，在250~300℃左右温度进行成膜，一次成膜可达40多片（2寸衬底），国内LED生产用PECVD目前仍以进口为主。LED采用PECVD与传统PECVD有相同的技术难点，关键技术仍在于温度控制、等离子体技术、真空系统、软件系统等。国内已经开发成功晶硅太阳能电池用平板PECVD设备，该设备与LED用PECVD设备有很大的相通性，经过局部硬件改进设计，比较容易实现LED用PECVD国产化。

三、下游封装制造主要设备现状

产业链下游为封装测试以及应用，是指将外引线连接到中游生产的LED芯片电极上，形成LED器件，再将这些器件应用于制造LED大型显示屏、LED背光源等最终产品的过程。在这一环节中使用的生产设备相对简单，并具备一定电子行业通用性，如固晶机、焊线机等。

此外，在各个产业链中，还要使用到多种膜层性能、参数的检测设备，如X射线衍射、光致发光谱仪、霍尔效应检测仪、椭偏仪、透射电镜、扫描电镜、电阻测试仪等，但这些检测设备大多数为电子行业通用设备，国内外生产应用已非常成熟。

LED产业的蓬勃发展为LED装备带来了广阔的发展空间，为我国LED装备的跨越式发展提供了前所未有的历史机遇，随着高亮度LED芯片市场需求的不断攀升，作为其技术