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8/12寸产线加速固态照明时代的来临

  为因应快速成长的市场需求,LED制造商已开始将现有2寸、3寸与4寸晶圆生产线升级至6寸,甚至着手布局8寸与12寸晶圆制造的研发,期提高LED晶圆产量,并改善LED成本结构,以吸引更多照明系统开发商采用,加速固态照明时代的来临。
  LED制程技术的演进速度已愈来愈趋近半导体摩尔定律(Moore旧 Law)的发展脚步。以6寸蓝宝石晶圆制造的高亮度发光二极体(LED)生产线才陆续开出,LED制造大厂已忙不迭的展开8寸及12寸晶圆制造的研发工作,除欲进一步强化市场领先地位外,也为未来一般照明与消费性电子应用市场对价格与产量的要求,预先作好准备。
  新增6寸产线 LED商扩大制造产能
  然而,要提高LED在照明市场的渗透率,LED的产量与价格将是极为重要的触媒,也因此,不少LED制造商已开始将生产线升级至6寸晶圆。
  继科锐(Cree)及Philips Lumileds后,LED晶片制造大厂欧司朗光电半导体(Osram Opto Semiconductor)也宣布,将于马来西亚槟城(Penang)及德国雷士根堡(Regensburg)的晶圆厂导入6寸产线,进一步扩大制造产能。 欧司朗光电半导体执行长Aldo Kampe表示,扩充6寸LED晶圆生产线是强化该公司竞争力与获利能力的重要策略。
  欧司朗光电光半导体位于槟城的LED晶片制造厂约在两年前启用,现正如火如荼展开扩建工程并将由原本的4寸厂转型为6寸晶圆厂,预计总生产面积可增加至约25,000平方公尺,其间并能创造约四百个新工作,而雷士根堡厂则将重新配置可用空间,并陆续移转至6寸生产线,最快在2011年夏季即可上线量产。该公司预估,未来6寸新产能加入后,将可使白光LED晶片制造产能在2012年底提升一倍之多。 每片6寸晶圆的表面面积约是3寸晶圆的四倍,2寸晶圆的九倍,4寸晶圆的两倍以上。若能确保新产能的良率与品质达到现今制造水准之上,将可大幅改善整体产能与成本结构,对提升市场竞争力有莫大助益。不仅如此,利用较大尺寸晶圆生产还可降低所谓的“边缘效应(Edge Effect)”,避免材料沉积在靠近晶圆边缘处,而造成不良特性,甚至影响晶圆良率。
  事实上,LG Innotek、科锐与Philips Lumileds也已于2010年先后宣布导入6寸晶圆生产线,其中,LG Innotek与Philips Lumileds更已率先开始量产,而科锐位于北卡罗莱纳州三角研究园区(Research Triangle Park)的6寸晶圆厂则预计于2011年6月完成试产作业。 此外,台湾的隆达电子也于2010年底宣布产出第一片6寸LED晶圆,藉由独特的聚焦曝光及研磨技术,该公司已顺利克服LED 6寸制程中可能产生的翘曲或龟裂等问题,向新世代LED制程技术迈进一大步,预计2011年下半年可开始量产。
  LED蓝宝石基板供应商Rubicon也透露,该公司早在2010年初就已获得一家LED晶片大厂高达7,000万美元的订单,即是供应其6寸抛光蓝宝石基板,足见LED业者已开始转移至较大直径的晶圆进行制造。 一旦各家LED晶片大厂6寸新产能全数开出,势将进一步加速LED在照明、汽车和消费性电子等应用领域的渗透率,并对仍采用小尺寸晶圆制造的LED晶片商造成极大威胁。
  效法摩尔定律 LED商加速大晶圆布局
  另一方面,随着6寸晶圆产线陆续启动,LED制造商也开始着手8、12寸晶圆的研发,如普瑞光电(Bridgelux)即成功以8寸硅晶圆制造硅基氮化镓(GaN-on-Silicon)LED,而蓝宝石基板供应商Monocrystal和Rubicon也分别开始供应8寸和12寸蓝宝石基板,显见未来两年LED晶片产出量将以类似摩尔定律的成长速度剧增。
  普瑞光电执行长Bill Watkins表示,硅基氮化镓LED的成本结构大幅优于现今以蓝宝石或碳化硅作为基板的LED制造技术。
  普瑞光电此次所发表的硅基氮化镓LED,发光亮度已达每瓦135流明的商用等级,公司执行长Bill Watkins指出,这项突破显示普瑞光电在硅材料与外延制程技术的专业能力,将可显著降低硅基氮化镓LED制造的成本结构,并大幅缩减固态照明所需的前期资本投资。预期在2~3年内,即使是价格敏感度最高的应用市场,如商业和办公室照明、住宅与改良式灯泡等,都可无缝且快速转换至固态照明。
  不同于以蓝宝石为基板的氮化镓LED技术,普瑞光电的硅基氮化镓LED可与既有的半导体制程相容,且比采用蓝宝石基板的技术节省约75%的成本,相当适合在现今已折旧完的8寸晶圆厂进行生产,因此普瑞光电已与全球几家8寸晶圆代工厂展开洽谈事宜。
  普瑞光电表示,现今大多数LED外延晶圆系使用蓝宝石或碳化硅(Silicon Carbide)基板,但随着晶圆尺寸愈来愈大,这些材料将遭遇成本高昂、制造困难与取得不易等问题,将阻碍LED在家庭或商业大楼的照明市场广泛普及。相反的,利用较大面积、低成本的硅晶圆作为氮化镓LED的基板,则可显著改善这些问题。
  与此同时,蓝宝石基板供应商也积极朝向8寸与12寸晶圆世代迈进。总部设于俄罗斯的LED蓝宝石基板制造商Monocrystal已宣称将开盒即可用(Epi-ready)的8寸C-plane蓝宝石基板出货给全球领先的LED制造商用于研发工作。该公司执行长Oleg Kachalov认为,LED市场激烈的竞争促使LED制造商导入更大尺寸的晶圆,因此,相较于6寸蓝宝石基板问世后3年后才有LED厂用于生产研发,8寸基板导入研发的时程已明显缩短。
  据了解,Monocrystal在2008年8月即发布8寸蓝宝石基板并出货给有机金属化学气相沉积(MOCVD)设备商,如今则已开始提供LED制造大厂进行生产研发,前后仅经过两年多的时间,显见LED制造商对导入大尺寸晶圆量产的积极度。
  另一家蓝宝石基板制造商 Rubicon也于日前宣布开始生产12寸抛光蓝宝石晶圆。该公司执行长Raja Parvez强调,由于Rubicon具备独特的先进制程技术,因而可实现高品质、大直径蓝宝石基板的量产,可因应LED在一般照明及消费性电子市场快速成长的需求规模。而随着新产品的推出,Rubicon的蓝宝石基板产品组合也将完整涵盖2寸、3寸、4寸、6寸、8寸及12寸等不同尺寸范围。

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