LED是技術(shù)引導(dǎo)型產(chǎn)業(yè)，特別是技術(shù)與資本密集型的芯片制造業(yè)，需要高端的工藝設(shè)備提供支撐。但與半導(dǎo)體投資熱潮下的“瓶頸”類似，設(shè)備研發(fā)與產(chǎn)業(yè)膨脹仍然存在著速度匹配的問題，尤其是在高端設(shè)備領(lǐng)域，大部分設(shè)備仍然需要依賴進口。進口設(shè)備的價格昂貴，采購周期過長，使中國的LED芯片制造行業(yè)急需本土設(shè)備的成長和崛起。

　　一、上游外延片生長設(shè)備國產(chǎn)化現(xiàn)狀

　　LED產(chǎn)業(yè)鏈通常定義為上游外延片生長、中游芯片制造和下游芯片封裝測試及應(yīng)用三個環(huán)節(jié)。從上游到下游行業(yè)，進入門檻逐步降低，其中LED產(chǎn)業(yè)鏈上游外延生長技術(shù)含量最高，資本投入密度最大，是國際競爭最激烈、經(jīng)營風(fēng)險最大的領(lǐng)域。在LED產(chǎn)業(yè)鏈中，外延生長與芯片制造約占行業(yè)利潤的70%，LED封裝約占10%～20%，而LED應(yīng)用大約也占10%~20%。

　　產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)使用的生產(chǎn)設(shè)備從技術(shù)到投資同樣遵循上述原則，在我國上游外延片生長和中游芯片制造的60余家企業(yè)中，核心設(shè)備基本上為國外進口，技術(shù)發(fā)展受制于人，且技術(shù)水平尚無法與國際主流廠商相比。這就意味著我國高端LED外延片、芯片的供應(yīng)能力遠遠不能滿足需要，需大量進口，從而大大制約了國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和盈利能力。

　　表1 LED產(chǎn)業(yè)鏈概況及關(guān)鍵設(shè)備介紹

上游外延生長，由于外延膜層決定了最終LED光源的性能與質(zhì)量，是LED生產(chǎn)流程的核心，用于外延片生長的MOCVD也因其技術(shù)難度高、工藝復(fù)雜成為近年來最受矚目，全球市場壟斷最嚴重的設(shè)備。因此，該設(shè)備的國產(chǎn)化受到了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界的熱捧，一些企業(yè)和研究機構(gòu)也啟動了MOCVD的研發(fā)，但何時能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用還是個未知數(shù)。

　　此外，伴隨LED外延技術(shù)的不斷創(chuàng)新，特別是藍寶石襯底(PPS)加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，藍寶石襯底刻蝕設(shè)備也逐漸成為LED外延片制造技術(shù)核心關(guān)鍵工藝設(shè)備之一，其工藝水平直接影響到成膜性能，越來越受到產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。作為國內(nèi)半導(dǎo)體裝備業(yè)的新星，北方微電子借助多年從事半導(dǎo)體、太陽能高端設(shè)備制造的技術(shù)優(yōu)勢，為LED生產(chǎn)領(lǐng)域的刻蝕應(yīng)用專門開發(fā)了ELEDETM330ICP刻蝕設(shè)備，并已成功實現(xiàn)了PSS襯底刻蝕在大生產(chǎn)線上的應(yīng)用，這可以稱得上是LED生產(chǎn)設(shè)備國產(chǎn)化領(lǐng)域的突破，勢必對LED設(shè)備國產(chǎn)化起到推動和帶頭作用。

　　二、中游芯片制造主要設(shè)備現(xiàn)狀

　　中游芯片制造用于根據(jù)LED的性能需求進行器件結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計。主要設(shè)備主要包括刻蝕機、光刻機、蒸發(fā)臺、濺射臺、激光劃片機等。

　　1．刻蝕工藝及設(shè)備

　　刻蝕工藝在中游芯片制造領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用（見表2），而隨著圖形化襯底工藝被越來越多的LED企業(yè)認可，對圖形化襯底的刻蝕需求也使ICP刻蝕機在整個LED產(chǎn)業(yè)鏈中的比重大幅度提升。更大產(chǎn)能、更高性能的ICP刻蝕機成為LED主流企業(yè)的需求目標，在產(chǎn)能方面要求刻蝕機的單批處理能力達到每盤20片以上，機臺具有更高的利用率和全自動Cassette to Cassette的生產(chǎn)流程；由于單批處理數(shù)量增大，片間和批次間的均勻性控制更加嚴格；此外，更長的維護周期和便捷的人機交互操作界面也是面向大生產(chǎn)線設(shè)備必備的條件。而北方微電子所開發(fā)的ELEDETM330刻蝕機，集成了多項先進技術(shù)，用半導(dǎo)體刻蝕工藝更為精準的設(shè)計要求來實現(xiàn)LED領(lǐng)域更高性能的刻蝕工藝，完全滿足大生產(chǎn)線對干法刻蝕工藝的上述要求。

　　2.光刻工藝及設(shè)備

　　光刻工藝是指在晶片上涂布光阻溶液，經(jīng)曝光后在晶片上形成一定圖案的工藝。LED芯片生產(chǎn)中通過光刻來實現(xiàn)在PSS工藝中形成刻蝕所需特定圖案掩模以及在芯片制造中制備電極。LED光刻工藝主要采用投影式光刻、接觸式光刻和納米壓印三種技術(shù)。接觸式光刻由于價格低，是目前應(yīng)用主流，但隨著PSS襯底普及，圖形尺寸精細化，投影式光刻逐漸成為主流。納米壓印由于不需光阻，工藝簡單，綜合成本較低，但由于重復(fù)性較差，還處于研發(fā)階段。

　　表2 LED上中游刻蝕設(shè)備的應(yīng)用

　　國內(nèi)LED生產(chǎn)用接觸式光刻機主要依賴進口，投影式光刻機多為二手半導(dǎo)體光刻機翻新。而鑒于國內(nèi)光刻設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和在翻新業(yè)務(wù)中取得的經(jīng)驗積累，相信假以時日開發(fā)出國產(chǎn)的LED光刻設(shè)備的前景一片光明。納米壓印是通過模版熱壓的技術(shù)制備納米級圖形，在美國、臺灣等均有較深入的研究，工業(yè)化應(yīng)用還不成熟，但仍存在較大的應(yīng)用潛力。

　　3．蒸鍍工藝及設(shè)備

　　蒸鍍工藝是指在晶片表面鍍上一層或多層ITO透明電極和Cr、Ni、Pt、Au等金屬，一般將晶片置于高溫真空下，將熔化的金屬蒸著在晶片上。LED芯片生產(chǎn)中采用蒸鍍工藝在晶片上焊接電極并通過蒸鍍金屬加大晶片的電流導(dǎo)電面積。

　　蒸鍍臺按能量來源主要分為熱蒸鍍臺和電子束蒸鍍臺，鑒于作為電極的金屬熔點高，金屬附著力要求較高，LED行業(yè)普遍使用電子束蒸鍍機（Ebeam Evaporator）。目前國內(nèi)LED生產(chǎn)用蒸鍍臺目前仍以進口為主。國內(nèi)雖然已掌握蒸鍍臺原理，并能自行制造實驗室用蒸鍍臺，但由于自動化程度、工藝重復(fù)性、均勻性等問題，沒有進入大生產(chǎn)線使用。鑒于LED電極沉積用蒸鍍臺相比半導(dǎo)體PVD設(shè)備難度較低這一情況，國內(nèi)具有半導(dǎo)體PVD設(shè)備開發(fā)經(jīng)驗的設(shè)備商，將有能力實現(xiàn)LED蒸鍍臺國產(chǎn)化。

　　4．PECVD工藝及設(shè)備

　　PECVD（等離子增強化學(xué)氣相沉積）工藝是在完成外延工藝后，在晶片表面鍍上一層SiO2或SiNx，作為電極刻蝕需要的硬掩模，以增大掩模與GaN外延層的刻蝕選擇比，獲得更好的刻蝕剖面形貌。

　　目前LED主流使用PECVD一般為采用13.56MHz的平板式PECVD，在250~300℃左右溫度進行成膜，一次成膜可達40多片（2寸襯底），國內(nèi)LED生產(chǎn)用PECVD目前仍以進口為主。LED采用PECVD與傳統(tǒng)PECVD有相同的技術(shù)難點，關(guān)鍵技術(shù)仍在于溫度控制、等離子體技術(shù)、真空系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等。國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)成功晶硅太陽能電池用平板PECVD設(shè)備，該設(shè)備與LED用PECVD設(shè)備有很大的相通性，經(jīng)過局部硬件改進設(shè)計，比較容易實現(xiàn)LED用PECVD國產(chǎn)化。

　　三、下游封裝制造主要設(shè)備現(xiàn)狀

　　產(chǎn)業(yè)鏈下游為封裝測試以及應(yīng)用，是指將外引線連接到中游生產(chǎn)的LED芯片電極上，形成LED器件，再將這些器件應(yīng)用于制造LED大型顯示屏、LED背光源等最終產(chǎn)品的過程。在這一環(huán)節(jié)中使用的生產(chǎn)設(shè)備相對簡單，并具備一定電子行業(yè)通用性，如固晶機、焊線機等。

　　此外，在各個產(chǎn)業(yè)鏈中，還要使用到多種膜層性能、參數(shù)的檢測設(shè)備，如X射線衍射、光致發(fā)光譜儀、霍爾效應(yīng)檢測儀、橢偏儀、透射電鏡、掃描電鏡、電阻測試儀等，但這些檢測設(shè)備大多數(shù)為電子行業(yè)通用設(shè)備，國內(nèi)外生產(chǎn)應(yīng)用已非常成熟。

　　LED產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展為LED裝備帶來了廣闊的發(fā)展空間，為我國LED裝備的跨越式發(fā)展提供了前所未有的歷史機遇，隨著高亮度LED芯片市場需求的不斷攀升，作為其技術(shù)