Прогноз стоимости светодиодных источников света PDF Печать E-mail


Возможно, к 2015 г. стоимость производства осветительных средств на светоизлучающих диодах снизится на 70%. К такому выводу пришли участники двух совещаний, состоявшихся в Министерстве энергетики США, на которых рассматривались вопросы совершенствования производства твердотельных осветительных устройств (Solid-State Lighting, SSL).

Большая доля этого снижения будет достигнута за счет уменьшения примерно на 85% стоимости корпусированных СИД, составляющей на текущий момент около 40% стоимости светильников. Такого грандиозного снижения стоимости, по всей вероятности, можно достичь в т.ч. за счет кооперации в рамках стратегического плана развития отрасли и реалистичной модели учета общих затрат, поэтому компаниям, участвующим в цепочке поставок, следует просчитать, куда целесообразнее приложить свои усилия.

Недавно Министерство энергетики США выпустило первый проект плана по технологиям производства сверхъярких СИД и ОСИД (OLED), основу которого составили итоги дискуссий представителей отраслевых компаний. Этот план касается развития производства SSL, а также аккумулирует наиболее ценный опыт и возможности совершенствования и сотрудничества между участниками рынка. «Совместными усилиями мы установили основную структуру стоимости, благодаря чему нам удалось лучше понять, в каком направлении работать», — заключил Фред Уэлш (Fred Welsh), Radcliffe Advisors, консультант при Министерстве энергетики и один из организаторов встречи.

В следующем году Министерство энергетики планирует обновить этот план, а также продолжить работу над повышением отдачи от инвестиций в совершенствование производства. Такой подход позволил бы сообществу отраслевых производителей определить неэффективные оборудование и технологии, а также лучше оценить роль выгодной цены в решении той или иной проблемы. Том Морроу (Tom Morrow), вице-президент Международной ассоциации SEMI, заявил, что уже удалось оптимизировать работу компаний в других сегментах рынка и пригласил все заинтересованные стороны к диалогу с целью оказания взаимной поддержки в усилиях.

Взгляд поставщиков оборудования В настоящее время производство сверхъярких СИД с помощью запатентованных технологий на основе 3-дюймовых пластин и с производительностью порядка 50 пластин в час, ограниченным выходом годных и сравнительно небольшим временем безотказной работы оборудования во многом схоже с состоянием полупроводникового производства образца 1975-го г. С тех пор удалось снизить стоимость полупроводниковых изделий в 4 млн раз за счет повышения эффективности производства и благодаря увеличению размера пластин на 30—50% каждые 10—15 лет. Светодиодный сегмент рынка быстро прогрессирует.

Эффективность СИД увеличилась в 1,5—2 раза, а их светоотдача — примерно в 4—6 раз благодаря более высокому управляющему току. Остальные причины такого роста связаны с повышением производительности труда и коэффициента загруженности. На рисунке 1 представлен прогноз относительной стоимости осветительного оборудования, а на рисунке 2 — прогнозируемая относительная стоимость корпусированных СИД. Рис. 1. Прогноз стоимости СИД-светильников и потенциал ее снижения Рис. 2. Прогнозируемая стоимость корпусированных СИД и потенциал ее снижения Однако степперы (установки совмещения и последовательно- го шагового мультиплицирования) слишком дорогостоящи и не подходят для решения задач производства светодиодов. По этой причине производители желают использовать заказные средства. Что препятствует их желанию? Энди Гаврилюк (Andy Hawryluk), рук. техн. отд. Ultratech, заявляет: «До сих пор у нашей компании не было стимулов создать установку для нескольких заказчиков. Надеемся, что после появления промышленных стандартов Ultratech станет продавать большое количество установок».

Производители полупроводникового оборудования утверждают, что имеются реальные способы значительно повысить выход годных и производительность труда, что позволит снизить стоимость SSL (см. рис. 3). Это станет возможным за счет освоения опыта других тонкопленочных производств и разработки оборудования, специально предназначенного для данного сегмента, а также благодаря современным средствам управления технологическим процессом и уровню производительности. Рис. 3.

Прогноз стоимости производства твердотельных осветительных устройств на 2010 г., Pareto «Суммарная стоимость реализации эпитаксиальной технологии должна снизиться в 3 раза, и мы уже знаем, как этого добиться», — сказал Джим Дженсон (Jim Jenson), вице-президент отд. MOCVD (химическое осаждение из паровой фазы металлоорганических соединений), компания Veeco Instruments. Он заявил, что достигнут определенный успех в усовершенствовании сложного и многочасового процесса выращивания тонких пленок. Так, удалось добиться большей однородности пленок и воспроизводимости результатов, оптимизировать геометрию потока, улучшить управление температурным режимом и архитектуру системы, ускорить время обработки и оптимизировать объем серии, несмотря на то, что, возможно, потребуется несколько лет, чтобы наладить массовое производство продукции на основе этих достижений. Другой наиболее важной возможностью, рассматриваемой не только уже присутствующими на рынке, но и новыми поставщиками, является разделение эпитаксиального процесса на отдельные этапы, каждый из которых оптимизирован в соответствии с требованиями к различным слоям.

Получение толстой GaN- пленки требует технологии HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy — хлоридно-гидридная газофазная эпитаксия), для реализации которой необходимо массовое производство HVPE-реакторов. Например, компания Oxford Instruments недавно заявила о первой такой установке для одновременного выращивания пленок на нескольких подложках. Пэт Лэйми (Pat Lamey), нач. отд. развития нового бизнеса в области экологичных решений, компания Applied Materials, также заявил о достигнутых успехах по реализации решений на основе технологии MOCVD. Его компания сосредоточила усилия на комбинации широко используемых MOCVD-технологий и «технологии, о которой писали десятки лет, но никогда не применяли в производстве». По мнению Лэйми, более совершенная организация управления технологическим процессом является основой повышения выхода годных СИД и снижения их стоимости, т.к. это определяющий фактор повышения эффективности производства. «У сегмента твердотельных осветительных устройств имеется потенциал для значительного роста в ближайшие пять лет. Чем быстрее нам удастся внедрить методы производства и управления, известные из других производств, тем быстрее мы выведем продукцию на рынок, — считает Лэйми. — Стратегический план развития приносит эффективную помощь, особенно с тех пор как индустрия СИД стала переходить с 2-дюймовых на 100-мм подложки».

Вероятно, наибольших результатов в повышении эффективности производства удастся достичь тогда, когда удастся привлечь нескольких производителей полупроводников, знакомых с очень хорошо организованным управлением производства серийно выпускаемой продукции. «Клиентская база развивается, по мере того как в наш сегмент рынка приходят новые игроки из полупроводниковой промышленности, — считает Лэйми. — Их появление окажет огромное воздействие на производственную технологию». Ричард Соларц (Richard Solarz), ст. директор технол. отд., корпорация KLA-Tencor Corp., видит возможность двукратного снижения стоимости производ- ства за счет совершенствования методов контроля дефектов и анализа их возникновения — именно того, в чем в настоящее время испытывает недостаток производство СИД.

Используемые в производстве полупроводников средства обнаружения мелких дефектов в кремнии не годятся для производства СИД. Например, эти инструменты не в состоянии отличить нежелательные микроуглубления или прорастающие дислокации в сапфире от частиц, не имеющих отношения к дефектам. Кроме того, данные методы не позволяют отсортировать готовые кристаллы по представляющим интерес параметрам качества. Инструменты, применяемые при входном контроле качества поверхности несмонтированной пластины или пленки в производстве жестких дисков, не сопрягаются с инструментами для обнаружения дефектов пластины на основе изображения и созданными для контроля качества корпусирования кристалла.

Это обстоятельство затрудняет оперативное отслеживание дефектов и обнаружение причин их возникновения. «Осознав, в чем заключаются основные потребности в средствах обнаружения дефектов у многих производств СИД, мы установили, какие меры следует предпринять для удовлетворения этих потребностей, — заявил Соларц. — Мы надеемся снизить стоимость производства в два раза». По его мнению, существует и другая возможность повысить выход годных, но только в том случае, если ведущим отраслевым компаниям удастся достигнуть согласия по некоторым вопросам. Например, существуют полярные мнения в отношении необходимости использования цветных мониторов с высоким качеством воспроизведения.

В этих условиях, заявляет Соларц, компании KLA-Tencor трудно придти к однозначному выводу о востребованности на рынке конкретных средств диагностики. Энди Гаврилюк также считает, что имеются все возможности по двукратному снижению стоимости литографии за счет перехода от использования литографических установок к 1× степперам, которые обеспечивают лучшую производительность и стоимость владения. Используемые в настоящее время установки фотолитографии с зазором начинают испытывать трудности с фокусированием и износом масок при работе с большими часто деформирующимися пластинами.

Перекос 4-дюймовой пластины, как правило, достигает 100 мкм, а 6-дюймовой — до 200 мкм. Ultratech разрабатывает новую модель 1× проекционного степпера на базе платформы, изначально применявшейся в проектировании силовых полупроводников, MEMS-систем и тонкопленочных головок, а затем перепроектированной под нужды СИД-производства. Выпуск этой установки, предназначенной для более эффективной работы с перекошенными пластинами, планируется на середину 2010 г.

Компания EV Group видит возможность повышения светоотдачи СИД путем структурирования поверхности с помощью нанопечати для извлечения большего количества света. Большинство производителей изучает этот метод, несмотря на то что стоимость материалов и производительность по-прежнему вызывают вопросы, сообщает Пол Линднер (Paul Lindner), исполнительный директор отд. технологий. Оптическая система или корпусирование на уровне подложки кристалла также значительно позволяют снизить стоимость производства. «Большие пластины и технология корпусирования на базе подложки весьма перспективны, — утверждает Линднер, говоря о появлении на рынке 6-дюймовых пластин. — Мы очень внимательно следим за происходящим в этом направлении». Если бы удалось за счет таких пластин добиться высокого выхода годных и снизить стоимость производства, повысилась бы эффективность процесса присоединения выводов на уровне пластин с захватом и биннингом на завершающем этапе. Вероятно, можно было бы также воспользоваться технологией создания КМОП-датчиков изображения для реализации процессов печати оптических линз.

Производители СИД предупреждают производителей полупроводников о том, что СИД — отличные от кремниевых устройства, в отношении которых основные положения о масштабировании, размере пластины, управления выходом годных и о процессе автоматизации не должны обязательно быть применимы. Например, мощный стандартный СИД является, за некоторыми исключениями, отдельным устройством площадью около 1 мм 2 . Значение кремниевых пластин большого диаметра становится скромнее на фоне установки MOCVD, которая уже позволяет получать крупные партии небольших пластин. Взгляд поставщиков материалов Крупнейшие производители ЖКД, которые ускоренно переходят на серийный выпуск сверхъярких СИД задней подсветки для собственных нужд, начинают использовать 4-дюймовые сапфировые пластины вместо широко распространенных 2-дюймовых подложек. Достаточно серьезно прорабатывается вопрос о применении 6-дюймовых пластин в ближайшие два-три года. Установку для эпитаксиального выращивания можно легко приспособить для загрузки, например, двенадцати 4-дюймовых пластин вместо более сорока 2-дюймовых.

Это позволит несколько повысить выход годных за счет уменьшения суммарной площади краев, более подверженных дефектам. Однако значительный прирост годных достигается за счет обработки меньшего количества мелких элементов. Санил Пахтак (Sunil Pahtak), вице-президент отд. проектирования, компания Rubicon Technology, утверждает, что 4-дюймовые сапфировые пластины получат широкое распространение в 2010 г. Он также заметил, что уже появились опытные партии 6-дюймовых пластин, а их серийный выпуск ожидается к 2011–2012 гг. За два года компания Rubicon отгрузила более 30 тыс. 6-дюймовых подложек с полированным эпитаксиальным слоем. Цены на большие пластины выглядели угрожающе, по сравнению с 10-долл. ценами на 2-дюймовые сапфировые пластины, но поставщики считают, что благодаря большим объемам продукции и некоторым соглашениям по стандартам стоимость все же удастся снизить. Вполне вероятно, что для повышения выхода годных следует производить обработку сапфировой поверхности, а первый GaN- слой — наносить отдельно. Чтобы достичь лучшей производительности и повысить выход годных, следует уменьшить плотность дефектов, для чего, в свою очередь, необходимо снизить рассогласование параметров решетки и степень термического несовпадения между подложкой и слоями СИД. По мнению Кита Эванса (Keith Evans), президента Kyma Technologies, объемный GaN позволяет добиться впечатляющих показателей эффективности (см. рис. 4), однако до сих пор не накоплен достаточный опыт применения этого материала. В то же время возникла настоятельная потребность немедленно решить этот вопрос. Рис. 4.

Прогноз тенденции совершенствования подложки СИД Первым таким решением, на которое стоит обратить самое серьезное внимание, является структурированный сапфир. За счет структурирования поверхности с помощью жидкого и сухого травителя повышается качество верхних эпислоев, и увеличивается светоотдача, но до сих пор этот эффект не изучен. Кроме того, первые эксперименты показали, что благодаря нанесению AlN на поверхность структурированного сапфира повысилась яркость СИД и стал более однородным спектр излучения. По мнению Эванса, эти результаты также могут способствовать снижению стоимости, т.к. отпадает необходимость в некоторых этапах MOCVD: покрытая нитридом алюминия сапфировая подложка быстрее нагревается до необходимой температуры и не требует использования буферного слоя, благодаря чему можно сразу перейти к фазе высокотемпературного осаждения нитрида галлия, а объем выпуска изделий вырастает. Поставки таких подложек ожидаются в 2010 г.

Существует и более радикальный вариант, при котором на сапфировое основание наносят нитрид галлия. Затем основание удаляется, а полученную GaN- фольгу используют для выращивания слоев СИД. В компании Goldeneye выращивают 30-мкм слой GaN с помощью технологии HVPE, а затем его удаляют с поверхности лазером. Тонкие GaN-пленки площадью около 1 см 2 (см. рис. 5) можно быстро нагреть и охладить, благодаря чему цикл эпитаксиального роста занимает 30 мин, по заявлению Скотта Циммермана (Scott Zimmerman), вице-президента отд. технологий, компания Goldeneye.

Эта компания только недавно получила первую установку, специально перепроектированную под быстрые циклы. Европейский научно-исследовательский консорциум IMEC в настоящее время разрабатывает средства контроля над термическим несовпадением между кремниевой подложкой и слоем GaN, отслеживая его рост и устраняя напряжения. «Наилучший способ добиться снижения стоимости производства — использовать структуру «нитрид галлия — кремний», — считает Марианна Джермэйн (Marianne Germain), руководитель проекта, IMEC. — Только у кремниевых пластин относительно большой диаметр и низкая стоимость». IMEC заявляет об уменьшении дефектов примерно до того уровня, что у сапфировых подложек, за счет использования нескольких промежуточных слоев AlGaN и нитрида кремния (SiN) между кремниевой подложкой и GaN.

 
Главная страница Советы Прогноз стоимости светодиодных источников света
Создание сайтов в Ростове-на-Дону, продвижение сайтов в Ростове-на-Дону
Создание и продвижение сайтов в Ростове-на-Дону WEB-студия Rostov-Design
Карта сайта

Яндекс.Метрика