即便在藍(lán)寶石生產(chǎn)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(yè)內(nèi)人士預(yù)測2015年將是LED照明產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的元年，借助藍(lán)寶石材料在LED行業(yè)被廣泛應(yīng)用于芯片襯底，國內(nèi)生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體和襯底的廠商、以及許多芯片大廠趁勢發(fā)力，奪取以往被國外領(lǐng)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(fā)布公告稱，擬計(jì)劃在武漢現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行“PSS藍(lán)寶石襯底片擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目”的建設(shè)，投資1289萬元新增年生產(chǎn)96萬片2英寸PSS襯底片的生產(chǎn)能力，力求不落人后。
現(xiàn)階段LED芯片以藍(lán)寶石為主要襯底材料，2014年折合2英寸片的藍(lán)寶石需求為6091萬mm，預(yù)計(jì)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(lán)寶石襯底價格也逐步走低，而襯底大尺寸技術(shù)能降低生產(chǎn)成本，促使國內(nèi)一部分具備技術(shù)、資金和人才優(yōu)勢的企業(yè)，未來將著重向4英寸及更大尺寸襯底上進(jìn)軍，預(yù)計(jì)未來兩年內(nèi)4英寸襯底占有率將達(dá)到80%以上。
熱交換法與泡生法 量產(chǎn)晶體
作為前蘋果屏幕供應(yīng)商，GTAT曾經(jīng)帶動國內(nèi)藍(lán)寶石概念股瘋長，其長晶設(shè)備備受國內(nèi)藍(lán)寶石企業(yè)追捧，然而宣告破產(chǎn)后光環(huán)不再。國內(nèi)以貴州皓天為代表購買GTAT設(shè)備的企業(yè)，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(chǎn)能已經(jīng)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(yùn)用熱交換法的GTAT，雖然無法生產(chǎn)出符合蘋果公司要求的藍(lán)寶石屏幕，但國內(nèi)使用GTAT設(shè)備的企業(yè)，已經(jīng)具備了自主研發(fā)、生產(chǎn)的能力，產(chǎn)品是完全可以滿足LED市場需求的。
GTAT熱交換法技術(shù)路線可以成熟量產(chǎn)120kg級別的晶體，較之泡生法技術(shù)路線量產(chǎn)80kg級別的晶體，熱交換法生產(chǎn)出的晶體擁有高品質(zhì)、大尺寸的優(yōu)點(diǎn)。可是古語有云“魚與熊掌不可兼得”，熱交換法對長晶設(shè)備要求高、工藝復(fù)雜、成本高昂，更為致命的是生產(chǎn)出的晶體容易開裂，因此低缺陷密度、低成本、高產(chǎn)能的泡生法技術(shù)路線在藍(lán)寶石晶體市場份額占比高達(dá)80%。
世界上領(lǐng)先的藍(lán)寶石生產(chǎn)企業(yè)美國Rubicon和俄羅斯Monocrystal，還有國內(nèi)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(lán)寶石生產(chǎn)企業(yè)，同樣都是采用泡生法技術(shù)路線生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體。半導(dǎo)體照明行業(yè)70%藍(lán)寶石襯底都是采用的這種技術(shù)。
京晶光電常務(wù)副總經(jīng)理鄭松森透露：“我們的長晶設(shè)備生長出的晶體都是大規(guī)格的泡生法晶體，目前最小的也是85kg，而120kg級也具備了量產(chǎn)條件。”
現(xiàn)階段每一種技術(shù)路線都有各自的市場，“熱交換法”與“泡生法”能成功量產(chǎn)大公斤級別晶體，是基于企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備上大規(guī)模的引進(jìn)及自身技術(shù)上的不斷完善。
襯底新工藝與大尺寸 推陳出新
國內(nèi)對于藍(lán)寶石襯底的大力投產(chǎn)，源于藍(lán)寶石襯底在LED行業(yè)襯底材料中難以撼動的地位，當(dāng)前市場上絕大多數(shù)的芯片制造商都采用藍(lán)寶石襯底。
浙江東晶博藍(lán)特光電有限公司（以下簡稱：博藍(lán)特）利用自主研發(fā)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(shù)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(lán)寶石襯底（PSS），有別于市場上微米級圖形化藍(lán)寶石襯底（PSS），因此，博藍(lán)特的產(chǎn)品一致性好、密度高、缺陷低。
圖形化藍(lán)寶石襯底（PSS）越來越多的被采用到實(shí)際生產(chǎn)過程中，這項(xiàng)技術(shù)在提高LED亮度的同時延長了LED的使用壽命。
企業(yè)在藍(lán)寶石襯底產(chǎn)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(fā)出的方形襯底獨(dú)具匠心，將MOCVD的產(chǎn)能發(fā)揮到最大，產(chǎn)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?yàn)榉叫我r底的面積比同尺寸圓形襯底的面積大，對藍(lán)寶石制造商工藝的要求更高，目前已經(jīng)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(diǎn)：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(jù)產(chǎn)品要求，設(shè)計(jì)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(fù)雜，市場上更多的廠家熱衷于生產(chǎn)圓形的大尺寸襯底，而大尺寸襯底被不斷應(yīng)用的優(yōu)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(yè)推動藍(lán)寶石襯底產(chǎn)業(yè)發(fā)展
曾在2010—2011年，LED行業(yè)推動藍(lán)寶石需求看漲，國內(nèi)新增的藍(lán)寶石襯底項(xiàng)目也隨之增多，參與企業(yè)計(jì)劃產(chǎn)能達(dá)到千萬片級。
直至今年，藍(lán)寶石襯底業(yè)務(wù)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(fā)布晚間公告稱，公司全資子公司擬與自然人共同出資，設(shè)立從事藍(lán)寶石材料、襯底片等產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、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(lǐng)土，早期還擬以現(xiàn)金方式對博藍(lán)特增資800萬美元，幫助博藍(lán)特更好的開展LED圖形化藍(lán)寶石襯底、外延片和芯片等各項(xiàng)業(yè)務(wù)。
不僅僅是東晶電子看好LED藍(lán)寶石襯底市場這塊肥肉，重金增資藍(lán)寶石產(chǎn)業(yè)，同樣頗有抱負(fù)的還有重慶四聯(lián)光電科技有限公司，在2008年順利收購霍尼韋爾藍(lán)寶石業(yè)務(wù)后，同年12月占地面積349畝的LED重慶產(chǎn)業(yè)基地奠基，預(yù)計(jì)到2015年，將建成亞洲最大的藍(lán)寶石基地，形成1800萬片LED藍(lán)寶石基片的年生產(chǎn)能力。
現(xiàn)在看來行業(yè)內(nèi)硅襯底技術(shù)炒得火熱，但針對藍(lán)寶石襯底的新技術(shù)更利于實(shí)際生產(chǎn)。
就在前不久，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所劉建平團(tuán)隊(duì)，通過采用新型藍(lán)光LED有源區(qū)結(jié)構(gòu)，在平片藍(lán)寶石襯底上實(shí)現(xiàn)了超低效率下降的藍(lán)光LED。
藍(lán)寶石襯底技術(shù)壁壘難以跨越、生產(chǎn)成本高昂的問題在越來越多的企業(yè)參與藍(lán)寶石行業(yè)的過程中得到改善，這將會縮小國內(nèi)企業(yè)與國外巨頭擁有專利優(yōu)勢之間的距離。唯有技術(shù)上的不斷更迭轉(zhuǎn)化為產(chǎn)能，才能帶來產(chǎn)業(yè)的欣欣向榮，國內(nèi)藍(lán)寶石襯底行業(yè)因此將迎來井噴時期。
