我国LED外延芯片行业技术水平发展趋势及行业竞争格局

    近年来，LED 产业链中各环节的技术发展和工艺改进，推动了LED 成本大幅下降，促进了LED 应用全面发展。LED 外延生长和芯片制造是LED 生产过程中最为核心的环节，其技术发展水平决定了LED 应用的渗透范围。提高发光效率（lm/W）和降低单位成本（元/lm）是LED 外延芯片行业技术发展的主要目标。发光效率是 LED 产品的标志性技术指标，发光效率除了影响LED 芯片的亮度及能耗外，也影响着LED 芯片的成本及可靠性。近年来，为了提高发光效率，研究人员在提升LED 内量子效率及光提取效率方面做了大量的研发工作，提出了PSS 衬底外延片、粗化外延表面、金属键合剥离、倒装芯片结构、垂直芯片结构等技术，使得LED 发光效率得到了大幅提升。目前，LED 光源器件的商用发光效率已达到150lm/W 左右，国际主流实验室水平已达到230lm/W。LED 行业领导者美国科锐公司2014 年3 月发布了发光效率为303lm/W 的LED，实现LED 技术发光效率进一步提升。

    近几年，由于我国政府政策支持及企业研发资金密集投入，并伴随大量台湾和韩国LED 产业技术专家和团队加入本土企业，国内LED 外延芯片企业的平均技术水平有了长足发展，已经和台湾企业较为接近。在专利方面，国内LED 外延芯片企业虽然已经具有了一定的实力，但整体上处于落后地位。相对日本日亚、美国科锐、德国欧司朗、美国Lumileds 等国际巨头，国内LED 企业在芯片外延方面的专利实力相对较为薄弱。

    降低外延、芯片成本对推广 LED 应用至关重要。近年来，研究人员从新技术新结构、新工艺着手，通过技术创新，不断降低外延、芯片生产成本。根据美国能源部的预测，白光LED 封装的成本将从2009 年的25 美元/klm 降至2015年的2美元/klm，2020 年将降至0.7 美元/klm，LED 成本的终极目标为0.5 美元/klm平均每年的成本下降在30%以上。

    除发光效率及单位成本外，在LED 显示屏、背光源等应用领域，LED 芯片的光衰亮度、色度一致性以及抗静电能力也是关系LED 应用的关键技术指标。
LED 外延芯片行业进入壁垒

    （1）技术壁垒

    LED 外延生长及芯片制造过程需要多项专门技术，涉及光学、电学、化学、物理学、材料学等专业学科知识，以及物理分析、结构设计、参数设置、设备调控等多个生产环节，生产过程中需调控的工艺参数多达百余个，这不仅需要深厚全面的理论知识，更需要长期的实验测试及海量的实验数据作为基础。因此，传统的半导体技术理论并不能完全解决外延芯片生产中的所有问题。在LED 外延生长过程中，MOCVD 设备的温区设置、变温变压过程调节、生长速率控制、自动化程度、载气与气源配比等操作参数设置，需要技术人员在生产经验和操作经验方面具有较长时间的积累。MOCVD 属于高精度设备，在外延片生长过程中，设备的运行需要与外延生长技术精确匹配，而且每台MOCVD 设备由于自身固有差异在工艺参数设置上均有所不同，要求操作工程师熟练掌握设备调控、参数设置、流程控制以及生产管理等方面的技术诀窍。因此，新进入企业很难在短时间内开展LED 外延片及芯片的批量化生产。

    （2）工艺管理壁垒

    LED 外延生产及芯片制造过程涉及物理分析、结构设计、参数设置、设备调控等多个生产环节，生产过程中需调控的工艺参数多达百余个，其中外延生长有上百个步骤，芯片制造约五十多道主要工序，整个制造过程属于精细生产过程，需要严格的工序流程管理及生产控制。企业需要通过生产流程管理、强化质量控制等方式提高生产效率。大规模产业化生产的管理经验和能力制约着企业的规模。同时，LED 下游产品对于芯片的生产良率要求很高，在批量生产时，少量芯片的不合格将会导致终端产品的整体报废，因而对LED 芯片的稳定性及可靠性提出了较高的要求。在规模化生产的同时确保芯片质量稳定，并能有效控制成本的工艺流程管理，须通过长时间、规模化生产经验的积累。因此，新进入企业在短时间内很难形成较稳定、完善的工艺管理体系。

    （3）规模化生产壁垒

    LED 外延芯片产业强调技术实力和规模效应，由于LED 外延芯片企业前期投入大，产品固定成本高，需要形成规模优势、提高设备利用效率才能有效控制成本，强化企业竞争实力。随着国内外延芯片企业规模扩大，产能集中释放，外延芯片行业竞争日益激烈，产业整合速度明显加快，产业集中度逐步提高，各种企业运营资源会进一步向运营状况好、规模较大的企业集中，呈现强者愈强、弱者愈弱的趋势。随着封装、照明应用市场的需求扩张，芯片订单逐渐大批量化，封装厂商通常希望所选定的芯片供应商能够充分匹配其产能需求，以保证所采购芯片产品的稳定性及一致性，因而只有具有规模生产能力的外延芯片厂商才能与下游大客户建立起稳定的合作关系。新进入企业难以在短时间内形成规模化生产管理经验，无法形成规模化生产带来的成本优势。

    （4）品牌壁垒

    LED 外延芯片是LED 产业链中最为关键的环节，尤其LED 芯片质量对下游封装环节或终端产品的质量有重大影响，客户对LED 芯片的一致性、稳定性、光衰等指标有较高的要求。LED 芯片产品通常需要半年左右的认证过程才能最终被下游厂商所接受，而下游厂商选定供应商后也会形成一定的稳定性和延续性，具有一定品牌和市场声誉的芯片生产企业具有与下游客户形成稳定供销关系的优势。新进入的公司必须要能长时间稳定和批量化地提供高质量的芯片才能获得下游厂商的认可。因此，在激烈的市场竞争中，LED 外延芯片厂商的品牌和市场声誉对新进入者形成一定的壁垒。

    （5）人才壁垒

    LED 外延芯片产品的研发、生产需要大量素质高、基本功扎实的专业人员。在研发上，外延芯片行业一直面临专业人员短缺、人才集中度较高的局面。以我国实际情况为例，一般高等院校没有开设直接对应的专业，经过系统化专业化知识培训的人员相对缺乏；早期参与外延芯片项目研究的人员较少，资深专家更少且大多集中在少数企业。在生产上，由于生产工艺的复杂性，需要对生产过程进行精密控制，一名合格的工程人员不仅需要具备扎实的理论基础，而且需要具有产业化生产的丰富经验和很强的动手能力以解决实际生产中遇到的各种问题，企业需要花费较多的人力、物力和时间对新进的员工进行系统的培训，以使其满足。

    相关报告：产业信息网（http://www.chyxx.com）发布的《2016-2022年中国LED产业调研现状及投资咨询战略研究报告》