TV需求停滞 照明产业为LED产品下一阶段成长主力
- 陈南宗
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LED元件可应用在相当多的领域，除一般常见的LED lighting、LED TV、Monitors、Notebook与Netbook/Tablet外，在移动电话、可携式消费性设备、ROY lighting、标示牌及车辆装置…等产品上亦可见其踪迹。台湾威科(Veeco)仪器大中华区总裁暨总经理王克扬表示，综合DisplaySearch、Gartner及台湾威科的调查数据显示，自2009年起，受到2009~2011年LED TV产品，以及2011~2015年LED lighting装置两大市场需求的推动，全球对于LED的需求量预计在2015年之前将突破2,300亿颗，年复合成长率高达33%。
不过目前受到全球整体经济景气欠佳的影响，人们的消费预算大幅缩减，再加上LED的价格与其他类型的同级产品相比相对偏高，使得其实际的销售量与市场渗透率，和产业早先的预期有着相当的落差。以46W LED BLU及46W CCFL BLU这两款产品的成本结构进行比较，在2011年第2季时，两者的材料成本即每颗相差高达66.89美元，即便预期未来第4季LED BLU的成本将会有相当程度的下滑，但两者之间还是有54.89美元的差距。王克扬说：「这使得LED Backlight的市场渗透率，要比原先预估的数值少了50%。」
也因此LED TV业者开始纷纷在设计层面上动脑筋，以便设法降低产品的总成本，刺激消费者的买气。以42寸LED TV为例，其LED Light bar即由2009年的4边6条，演进至2011年的2短边2条或1长边2条，而LED本身也从0.4W、24 lm以下的双芯片，改变成现在0.4W、24~34 lm单芯片或0.5W、56~62 lm双芯片。「由于对LED芯片的功效要求规格越来越高，使得有不少不符目前LED TV市场品质要求的芯片会转换至其他应用市场销售，并可能造成该市场原有LED产品的滞销。」王克扬表示：「这代表大家都在忙着清库存。」他预测LED Backlight市场未来的成长空间将有限。即使成长，也会是薄利大量的方式。
拉动LED照明市场成长不能只靠政府力量
另一方面，根据大陆于今(2011)年3月所公布的十二五计划，则是将其现阶段经济发展重点放在节能及环境保护、生物产业、高端设备制造、下一时代IT、新原料开发、新能源探索，以及新动力车辆开发…等项目上。王克扬说：「随着大陆近几年来GDP值的快速成长，其能源消耗总量也跟着水涨船高，使得大陆政府必须设法降低平均每一单位GDP的耗能量，国家才能长久发展与生存。」目前大陆的平均每一单位GDP的耗能量已由2005年的1.21下降至2010年的0.82，并计划在2011年达到0.79的目标。而能够大幅减少照明耗电量的LED lighting，显然成为大陆欲积极发展的重点项目。
但王克扬也强调，要让LED照明产业能够真正有所成长，最终还是要靠民间的需求来带动，绝非只单靠政府资源投入就能完成。「这个产业虽不需要政府的辅助，但是需要政府提供相关的政策，以便引导民间顺利改用各式LED照明产品来取代传统的白炽灯泡设备。」也就是说，LED照明产业必须要先进行规格标准化。「这除了可让LED照明上下游厂商能够彼此协同分工合作，以加快整体产业的爆发成长速度外，也是要使消费者了解其所购买到的LED照明产品，是否真能符合所需的要求。」如800 lm的LED灯泡是否就等同60W的白炽灯泡？这问题就要有很清楚的规格标准加以定义。
根据台湾威科本身的预估，LED lighting市场在未来5年的年复合成长率(CAGR)可达68%，其中的40%会用于室内照明，23%为户外照明，商业及工业用照明则分占22%及15%。而目前无论是在韩国及日本等地区，都有推动LED照明的政策，「韩国政府有计划在2015年达到30%照明为LED光源，日本则更进一步，预计在2015年达到50%，2020年达到100%」至于在大陆方面，也规划要在2015年时完成20%照明为LED光源的目标。由于看好LED照明市场的发展，今年大陆已经成为全球最大MOCVD(有机金属化学汽相沈积系统)机台设备进口国家。
扩大Chamber规模 非提升MOCVD设备产能的最佳方法
MOCVD是一种用于GaN(氮化镓)系半导体材料外延生长，以及制造蓝色、绿色或紫外线LED类型芯片的制程技术，在本质上即为一项GaN材料的热反应过程。王克扬说：「该制程产品生产结果品质的好坏，决定于『先导反应源(Precursors)是否均匀分布』及『基板(Substrate)的加温过程是否一致』。」而确保避免气相反应(Gas phase reaction)及Chamber记忆效应…等状况发生，并做好In-situ流程监控与闭回路控制(Close-loop control)，以确保生产良率的一致性，也是稳定其芯片品质的重要关键。」
目前MOCVD设备的MO原料气体输出方式可分为Showerhead及Center Gas injection两种，其中Showerhead的设计较为简单，但容易发生气体喷出口太小而导致堵塞的问题；相反的，Center Gas injection结构虽然看起来较为精致，不过当Chamber大小增加时，其所需消耗的Mo原料即会呈现快速飞增。更严重的问题是Mo源的浓度控制也越趋复杂。因为chamber中央Mo源的浓度永远是高于周边的。至于在基板加温方面，RTP lamp具有可快速升降温的优势，但是却有灯泡容易烧坏故障的问题；RF coil则是速度较为缓慢，不过也因此为其带来较为稳定、可靠的好处。「都有各自的优缺点，要看用户如何取舍。」
此外，对于Chamber的设计走向，新的思维是将传统单一Chamber拆成多个来分阶段进行。「每一层材料成长所需的温度条件都不相同。」王克扬说，这表示同一个Chamber在晶元成长过程中，其温度必须不停地予以升高或下降，不仅增加许多无谓的等待时间，并且也会造成加热线丝寿命的缩短。「如果能将其拆成多个反应炉批次处理，即可有效改善此一状况，同时提升晶元的产量。」而另一方面，对于一般业者常用的「扩大Chamber规模」之做法，台湾威科综整以往的设计经验后也认为，并非增加晶元产能的正确解决之道。
台湾威科的改进之道
王克扬强调：「我们当然可以做1个Chamber，搞到像上课教室那麽大，1次就能生产出以往1个月的需求量。」不过任何事物都有其无法克服的物理极限，当Chamber扩充得过于庞大时，其制造过程的供气与加热程序势必就无法做到均匀，所制造出的芯片整体品质也就必定下滑。「设法找出Chamber最佳化的设计，才是解决上述问题的最好方式。」以Veeco的改善方式为例，除了在维持Chamber相同大小的条件下，将其托盘重新进行排列组合，以便塞入更多的数量之外，并将chamber内部气体动态重做设计，以达到均匀的效果。新的MOCVD机台都配有4个K465i的Chamber，以有效节省更多的设备所占空间。「气态MO源也先做预热，以加快半导体材料的反应速度，节省不必要的气体耗损。」
目前台湾威科于2009年第4季才推出的K465i机台，在短短1年内即赢得42%的市场占有率，高居MOCVD设备的销售第1位，而紧接着于今年上市的MaxBright也将延续此一领导地位。王克扬说：「我们除了在其Chamber设计上持绩进行优化外，在配备上亦是延用K465i的标准，以便让之前采用该设备的厂商能够于无痛的状态下，快速升级至此一产品。」而根据分析数据显示，MaxBright在每个拖盘上的晶元产量较之前产品可多出20%，更快的温度转换时间可提高5~10%的产出量，占地面积利用效率与竞争厂商的3项产品加总相比，则要高出45%。「我们相信，在K465i的Chamber设计基础上，MaxBright必定可协助业者以最低营业成本，达到最高生产力的目标。」
