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半导体产业朝着6寸LED晶圆自动化生产方向挺进

  PAULA DOE指出,受市场需求影响,半导体产业对于基于6寸晶圆的LED自动化生产的标准渐渐达成一致。

  随着市场对于高亮LED的需求大增,无晶圆厂在过去的五年里增加了100个,目前全球总数为169个,整个产业外延片的生产规模膨胀5倍,达到每月200万片。然而,LED产业仍有较大的发展空间,通过采用更大直径晶圆的生产工艺和更严格的生产流程控制(在自动化生产过程中),能扩大产能并且削减成本,推动SSL市场发展壮大。产业的主要参与者在加速这个转变的过程中取得了实质性的进展,他们通过合作在一些LED标准方面达成了共识,这些标准包括普通晶圆参数、接口、生产设备和用于从分析工具那里传送数据的通讯软件。

  引人注目的经济

  高级LED分析师EricVirey在讨论高亮LED制造解决方案中指出,就低档前端制造成本来讲,在良率相同的条件下,6寸晶圆比4寸晶圆每单位面积要节省25%的成本。这是假设大尺寸晶圆成本下降到了150美元,是成本为50美元的4寸晶圆的3倍。虽然更大的晶圆尺寸每单位面积的成本仍然很贵,但是每个流程可以通过更多的晶圆,这使得生产过程更加有效率,而且,良率也更好,产品成本相对更低一些。

  “我们发现新一代(6寸)生产设备比3寸的设备能够得到更好的良率,”飞利浦照明生产工程副总裁、SEMI高亮LED标准委员会副主席IainBlack说道。

  Virey指出,产业朝着更大晶圆产能的转换过程比预期要花费更长的时间,因为LED制造商现在的2寸和4寸产品线产能过剩,而快速下降的4寸晶圆价格使得它变得更加具有竞争力了。但是,6寸晶圆的价格下降得也很快,而且在今年年底可以下降到200美元以下。Yole预期超过25%的蓝宝石晶圆表面处理将会在两到三年内放在6寸晶圆上,此后这一数值将是50%。

  CanaccordGenuity照明与太阳能股票研究总裁JedDorscheimer指出,提升芯片制造工艺良率是最简单的降低SSL成本推动市场需求的方式。他表示,与半导体产业95%的良率相比,本行业领先的制造商良率大致在65%-70%之间,而产业新进者只有10%。每个步骤的不良会慢慢累积最后变成产品更大的不良。高良率能够在2014年左右催生出7-8美元的60WLED灯泡,从而推进照明产业超越现实产业成为LED市场的主要驱动力。

  这些获利当中一个关键推动因素是材料和设备互操作性的标准。“标准是使供应链更加成熟的必要条件,”Black说道。“我们投入了相当大的努力在我们的产品里以提升产业链的产能。别人可以从中获得好处,但是这仍然是一个年轻的产业,而且,供应商也需要使生产过程更加成熟。如果每一项要求都唯一的话,我们达到目标的速度会很慢。就自动化而言,我们可以围绕建立半导体产业标准做更多的创新,但是,我们要得到与传统cassette和弓形晶圆不同的距离平方的产品,因此,我们也需要小心翼翼地创新。

  硅晶圆

  如果6寸的蓝宝石让良率和成本都能得到很好的改善的话,大尺寸的硅晶圆有哪些潜力呢?Virey指出,在同样良率的状态下,8寸硅晶圆可以实现60%的成本降低。虽然晶圆更加便宜了,但真正的优势还不是基板成本的改良(只占据材料成本的5%-10%),真正的好处在于它能使得高效率和高度自动化生产的半导体结构更加成熟,尤其是在使用完全折旧的CMOS晶圆工厂。但是,还需要解决的关键性问题是配热不均匀,它会造成更多的晶圆弯曲和拉紧,从而影响产品良率。这样的良率仍然低于蓝宝石晶体的良率,虽然在低成本的条件下,这样的良率是可以接受的。大多数大公司都有相关的研究项目,但是公众仍然怀疑硅是否能代替蓝宝石。

  莱迪斯半导体公司CTO赵海明(音译)指出,他们公司现在正在销售已量产的LED晶圆,基于2寸的生产线一天有几百颗的产量。该公司使用由ALN(氮化铝)和AlGaN(氮化铝镓)所组成的压力缓和层将晶圆缩小到了20-30μm以减小破裂,这可以生产出120流明/瓦45-mil的芯片。同时,该公司还在实验室中试产6寸晶圆,另外,他们还在寻找生产设施准备明年夏天开始量产。

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