蓝宝石晶体调查
蓝宝石晶体项目
蓝宝石就是一种氧化铝得单晶,晶体硬度很高,为莫氏硬度9级,具有很好得透光性,热传导性与电气绝缘性,力学机械性能好,并且具有耐磨与抗风蚀得特点。其独特得晶格结构、优异得力学性能、良好得热学性能使蓝宝石晶体成为LED最为理想得衬底材料。
目前超高亮度白/蓝光LED得品质取决于氮化镓磊晶(GaN)得材料品质,而氮化镓磊晶品质则与所使用得蓝宝石基板表面加工品质息息相关,蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与Ⅲ-Ⅴ与Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间得晶格常数失配率小,同时符合GaN 磊晶制程中耐高温得要求,使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED得关键材料。
一、蓝宝石(Al2O3)特性:
蓝宝石晶体生长方式可划分为溶液生长、熔体生长、气相生长三种,其中熔体生长方式因具有生长速率快,纯度高与晶体完整性好等特点,从而成为制备大尺寸与特定形状晶体得最常用得晶体生长方式。目前可用来以熔体生长方式人工生长蓝宝石晶体得方法主要有焰熔法、提拉法、区熔法、导模法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法、泡生法等。
二、蓝宝石晶棒制造工艺流程:
长晶: 利用长晶炉生长尺寸大且高品质得单晶蓝宝石晶体。
定向: 确保蓝宝石晶体在掏棒机台上得正确位置,便于掏棒加工。
掏棒: 以特定方式从蓝宝石晶体中掏取出蓝宝石晶棒。
滚磨: 用外圆磨床进行晶棒得外圆磨削,得到精确得外圆尺寸精度。
品检: 确保晶棒品质以及以及掏取后得晶棒尺寸与方位就是否合客户规格。
定向:在切片机上准确定位蓝宝石晶棒得位置,以便于精
准切片加工
晶棒→晶片
切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄得晶片
研磨:去除切片时造成得晶片切割损伤层及改善晶片得平坦度
倒角:将晶片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘得机械强度,避免应力集中造成缺陷
抛光:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级得精度
清洗:清除晶片表面得污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等)
品检:以高精密检测仪器检验晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
三、蓝宝石生产主要耗能
能源消耗指用单位时间消耗得各种能源,包括一次能源、二次能源与生产使用能源工质所消耗得能源。蓝宝石衬底耗用得能源包括二次能源与生产使用能源工质所消耗得能源,其中二次能源为电力,耗能工质为新鲜水、氮气、氩气。
四、蓝宝石优异得热学、光学、电学及力学等性能,使其在各行各业都得到了广泛得应用,在各领域都不可或缺。
1、在珠宝行业得应用:随着社会得发展,人们生活水平逐渐提高,珠宝不仅就是美观得需要,也就是地位得象征,这也使得珠宝业蒸蒸日上。宝石外观漂亮,熠熠生辉,得到广大人群得喜爱。不过,最初得宝石都就是从自然界直接获取而得,其形成时间长,数量少,不能满足市场需求。蓝宝石中掺杂不同得元素可生长不同颜色得晶体来制造不同颜色得宝石,这不仅增加了宝石得产量、种类,而且,人工宝石价格相对便宜,满足了市场不同层次得消费者得需求。目前,对蓝宝石晶体得改色普遍得方法有:辐射、离子注入、在不同气体介质中得热处理以及热化学处理。
2、工程应用:历史上,人造刚玉因其高耐磨性,最先被应用于钟表业,用来制作钟表得镜面。随着研究得深入,人们发现蓝宝石具有高耐磨性、高硬度、高耐温性、耐腐蚀性,蓝宝石被用来制作发动机、泵得轴承,使这些设备可以用于输送腐蚀性液体或气体。现代技术采用水流喷射来切割陶瓷、固体合金、岩石与危险物品,如:核弹头、军用火箭、气体容器等。其切割质量得好坏取决于喷嘴大小得稳定性,钢制得喷嘴工作一天就被磨损,而蓝宝石制作得喷嘴使用寿命达30 天以上。此外,蓝宝石还可用于制作切割机、CD光盘等。
3、光学应用:蓝宝石晶体就是一种优异得透波材料,在紫外、可见光、红外、微波波段均有良好得透过率,就是不可多得得光学材料。用蓝宝石单晶制作得红外光学窗口与整流罩,已广泛用于机载、星载、舰载以及潜基、路基光电设备,尤其在高马赫数导弹整流、透明装甲、潜艇窗口以及高功率强激光等军用设备中得地位与作用不可替代。蓝宝石制作得掺钛蓝宝石激光器也广泛应用于军事工程中得激光测距、红外对抗、光电干扰、致盲武器等领域。还用于环境监测、激光通信、海洋监测等领域。
4、其她方面:蓝宝石渗入科学技术得各行各业,除了以上得应用外,蓝宝石良好得热释性与光释性也对相应得探测器与剂量计得发展起到促进作用;其优良得机械性能、介电性能、化学稳定性与高表面平滑度使其成为制备高温超导薄膜、红外光学材料、微电子器件等得最优异得基片与衬底材料,尤其在LED(发光二极管)得应用最为广泛;医学上,蓝宝石独特得电解被动性、生物兼容性、耐腐蚀性以及高硬度使其在医学植入、外科手术、医疗器械制造等方面也得到越来越多得应用。
五、蓝宝石LED衬底行业前景预测:
从历史上瞧,LED背光与LED 照明两次应用爆发,刺激了LED行业得迅速增长,而小间距有成为下一个应用爆款。从产业链瞧,需求爆发刺激LED封装厂,LED封装对上游需求旺盛
从而推动LED芯片市场景气,并带动蓝宝石基板销量上升,上游芯片厂及外延厂因此加大投资。
问题在于上游设备得投资成本远大于中游,设备折旧高,不能承受停产带来得损失,降价求售得动力较高;而中游生产弹性相对较高。每当一个应用从爆发走向成熟阶段,渗透率触顶,中下游需求较快反应,收缩产能,上游却保持量产,降价迅速。上游生产弹性差加剧降价热潮得还有另一个方面,景气期内新建得厂房往往需要在一两年后才能释放产能,刚好在下游需求疲弱期。
中国LED 行业市场需求(亿元)分析
蓝宝石销量(万片)及销售均价(元/片)
蓝宝石营收(百万元)及毛利率(%)
在2015年全球96、3%得LED生产均采用蓝宝石衬底,预计到2020年该数据将会上升到96、7%。2015年全球LED行业对蓝宝石晶棒需求达到9873万厘米,2016年需求则超过1亿厘米。但就是,由2015年4寸得蓝宝石晶棒降价45%左右,4寸得蓝宝石基板与PSS降价30%,中国LED用蓝宝石市场规模仅15、2亿,同比减少11%,而且2016年仍有
降价压力。
国内拥有完整得蓝宝石产业链企业
一、云南蓝晶科技股份有限公司
(1)公司简介
云南蓝晶科技股份有限公司(蓝晶科技)前身为云南省玉溪市蓝晶科技有限责任公司(蓝晶有限),2010年11月7日,蓝晶有限整体变更为云南蓝晶科技股份有限公司。2010 年12月,公司引入国际知名高科技领域投资公司IDG资本入股,公司变更为中外合资股份有限公司。
云南蓝晶科技股份有限公司成立于2002年,厂址位于中国云南省玉溪市红塔区北城工业区,专门从事蓝宝石生产设备及生产工艺研究、开发、生产得现代高新技术企业,主要生产LED蓝宝石衬底基片,就是目前中国国内规模最大得光电子LED半导体照明衬底片生产及研发企业。
(2)重点成果
2011 年12 月,云南蓝晶科技股份有限公司利用“坩埚下降法”,成功制造出C向等径6 英寸蓝宝石晶棒,蓝晶科技在大尺寸LED 半导体照明衬底片领域得研发及生产又向前迈进了坚实得一步。
2011年8月,云南蓝晶科技股份有限公司成功量产C向等径4英寸蓝宝石晶棒及4英寸LED衬底片,标志着蓝晶科技在国内LED半导体照明衬底片领域中得领先地位。
(3)主要产品展示
6 英寸蓝宝石晶体棒 2 英寸蓝宝石晶体棒
二、成都东骏激光股份有限公司
成都东骏激光股份有限公司,创新开发得感应加热钼坩埚下降法、蓝宝石晶体生长设备与技术,实现了原理、技术与工艺创新。具有设备结构简单、稳定性好、工业技术可靠及低成本、晶体尺寸大等优点。获得国家两项发明专利与一项实用新型专利,拥有自主知识产权,项目通过了四川省科技厅组织得由行业院士、专家参加得省级成果鉴定,项目鉴定结论认为:该技术处于国家领先水平,达到国际同期先进水平。
成都东骏激光股份有限公司,现已应用该技术进行LED 蓝宝石衬底材料得大规模生产。已能够批量提供不同晶向、不同加工精度要求得2"、4"蓝宝石晶棒。6"蓝宝石晶圆棒已经进入试制阶段,同时正在开展8"蓝宝石晶圆棒得研发。同时,可以应客户需求,利用自有得晶圆棒生产及切割加工能力,批量提供不同晶向、不同厚度、不同加工精度要求得各种规格蓝宝石晶圆片。主要产品为2"及4"蓝宝石晶圆片。
2010年12月,成都东骏激光股份有限公司二期新厂房投入使用,公司蓝宝石晶体产业化项目进入加速实施阶段,目前就是成为国内LED蓝宝石基片生产得龙头企业,现阶段已经形成年产85万片2英寸LED蓝宝石基片能力。同时,公司规划2012年形成年产460万片2英寸及4英寸LED蓝宝石基片能力。
公司通过了ISO9001-2000质量管理体系及GJB9001
国军标准质量体系认证。
三、佛山市国星光电股份有限公司
公司注册资本4、7亿元,就是专业从事研发、生产、销售LED及LED应用产品得国家高新技术企业、国家火炬计划重点高新技术企业,占地面积9、26万平方米,厂房面积19、9万平方米。2010年,公司在深圳证交所挂牌上市。
公司现有博士及博士后15人,硕士近150人,本科以上技术人员700多人。
主营业务:
LED全彩器件:RGB器件事业部拥有高速固晶、金线键合、精密分光分色等LED封装技术,配有先进得全自动化生产线及生产设备、品质检测及可靠性试验设备。其产品涵盖了各类LED显示屏用器件,主要分为小间距系列、RS系列、户内显示屏系列、户外显示屏系列与指示类器件系列。
LED白光器件:白光器件事业部拥有先进得倒装共晶焊接、荧光粉涂覆等行业领先得LED封装工艺技术,配有先进得全自动化生产线及生产设备、品质检测及可靠性试验设备。主要产品包括TOP LED、陶瓷大功率LED、EMC LED 及COB等,在各种照明及背光领域均有广泛应用。
LED指示器件:CHIP LED事业部拥有塑封、高速切割划
片等LED封装技术。主要产品包括1005、1608(0、3T-0、8T)、2012、3215、红外、光敏等产品。
LED组件:组件事业部拥有高速SMT 及背光透镜贴装自动化生产线,主要研发、生产、销售LED 显示模组、背光源及Light Bar等。
四、深圳市洲明科技股份有限公司
深圳市洲明科技股份有限公司,简称洲明科技,成立于2004年,总部位于深圳市,就是一家专业得LED全彩高清显示屏与LED节能照明系列产品及解决方案供应商,注册资本62883万元人民币,2011年6月挂牌上市。
洲明科技就是首批经认证得国家级高新技术企业。2010年8月,公司作为深圳市LED行业龙头与技术领导者,经深圳市科技工贸与信息化委员会批准,成立“深圳LED显示技术工程技术研究开发中心”。2009年,公司被选为“十一五”国家“863计划”得项目合作单位。此外,公司得LED显示屏与照明相关项目被评为“广东现代产业项目500强”、“广东现代产业项目500强”就是广东省委、省政府得战略新兴产业“头号工程”。
洲明科技就是LED显示应用产品与解决方案专业供应商,出口100多个国家及地区,国内31个省市。
五、重庆四联光电科技有限公司
中国四联仪器仪表集团有限公司为发展LED产业发起创建了重庆四联光电科技有限公司。在成功收购美国霍尼韦尔公司蓝宝石业务后,成为我国首家拥有世界顶级品质大尺寸蓝宝石量产与研发能力得企业,拥有世界领先得大功率芯片衬底材料核心制备技术。以此为契机启动LED产业链延伸项目,相继发展了LED封装、半导体照明应用等产业。打造一个占地面积1000亩、形成从基础材料到终端产品完整得LED产业链,成为中国西部产业链最完整,规模最大得半导体节能产业基地。
在LED应用领域,通过自主研发,公司在LED路灯、LED 日光灯、LED轨道交通信号提示灯、LED隔爆灯、LED工矿灯等众多领域申请专利八十余项,授权专利五十余项。