LED業者加速投入照明應用 PSS晶圓蝕刻需求攀升
LED照明發展將推升相關設備與材料需求。圖形化藍寶石晶圓基板(PSS)技術由于可提升LED亮度,已獲得大多數廠商青睞,因此隨著2013年起,LED業者加速投入一般照明應用的產品制造,PSS晶圓蝕刻與電漿工具需求亦將隨之攀升。
根據統計,雖然LED還未大規模進入一般照明市場,但用來制造照明裝置的最新設備需求在過去2年已達高峰。2010~2012年,LED制造商分別花費19億、17億及6億美元在先進制造設備上。
可預見在2013年后半,業界又將開始投資LED設備,因而在2014年,LED設備將再次經歷大幅度成長,但其成長幅度將受限,而且很有可能是LED業界最后一個大型的投資周期。在那之后,生產設備的市場將會縮小,并且照明裝備的更換將為主要驅動因素。
下一波的設備投資可視為照明業界對終極的應用--傳統照明所做的準備,在不久后的將來,這筆投資將會造成LED半導體材料晶片營收的大幅成長--在2012~2018年整體的晶片出貨量將有接近四倍的成長,其中,一般照明的晶片成長力道強勁。2018年以后,LED在一般照明應用的占比將會從接近零,成長到50%,且LED將占所有照明工具的80%,因此,2018年LED收益將到達170億美元的顛峰,并在2019年到達最高出貨量之后,開始慢慢下降。
在2020年之后,有兩項因素會導致LED需求下滑。其一是每單位照明量已大幅增加、其二是LED裝置的壽命遠大于其他現有技術。傳統燈泡1~2年就要換一次,而LED燈每10年才要換。因此,更換的需求將會大幅下滑,全球人造光源的更換需求與成長比例將會大幅下降。
雖然未來5年LED的生產將大幅成長,生產設備的市場卻已達到頂峰。2010年與2011年的過度投資主要是大陸大陸政府對有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)設備的補貼,而業者大幅卡位所造成。在2010年大陸大陸只有不到十家LED業者,但目前已有七十家,其中,許多業者將在其長晶反應爐(Reactor)尚未建置好、或連一顆LED燈都還沒賣不出去的情況下,就直接在數年后一一消失。不過,這樣的緊縮是必要的,也是可以預期的--LED產業向來如此。因此,這也是為何2012與2013年在將是LED設備投資上偏低的年度。反觀許多成功的LED制造商,比起購買全新設備,他們將透過整合與并購上述經營失敗的LED企業,并得到生產設備,以增加產能。
PSS技術增加LED亮度蝕刻/電漿工具需求上漲
除了MOCVD之外,LED業界的近期成長也讓過去在相關產業使用的設備移轉到此一行業來。過去數年光微投影與蝕刻技術多半是標準的半導體儀器,這些儀器被翻新或重新調整以便制造LED。不過,這些設備并不完全適合LED制程需求,從2009年起,開始觀察到設備制造商在光微影或電漿工具上提供專門的設備,有趣的是,傳統的半導體設備商并沒有踏足這個業界。
這種專門設備的出現是因為過去在制造LED時,若不考慮制造差別,使用的設備都很類似。設備使用者的展望與設備的購買上有不同的作法,因此可以把業者分為兩類--有一些人希望將生產成本降到最小,因此縮減資本支出,選擇最便宜的設備;另一些人則認為在一些情況下,投資較高階的設備比較值得,因為這些設備有最好的可靠度,可以提供較低的維護成本。
雖然一些新的大陸大陸業者屬于上述的前者,但大陸大陸與其他地區的業者未必如此涇渭分明。如果要大略區分,那可以說,許多大陸大陸LED制造商一開始都是購買便宜設備,然而,在時間的推進之下,發現一些大陸大陸廠商已快速認知到,在一些情況下有必要投資較高階的特定設備。
LED生產工具設備大多屬于MOCVD的變形,因此,預期這些設備在2012年的銷售量將比2010與2011年更低。不過,圖形化藍寶石晶圓基板(PSS)技術因為可以增加LED亮度,因而推動LED設計技術改變。在過去12~18個月,觀察到業界的大幅改變--LED業界大約有80%的晶圓都使用PSS技術,該技術推升PSS晶圓的蝕刻與電漿工具的需求。
該需求導致電漿干式蝕刻工具的大幅成長。目前大約有兩百八十臺干式蝕刻設備用來做PSS,除此之外,從2011~2012年大概有接近兩百臺的機器安裝量。2012年電漿蝕刻工具的成長將十分強勁,將比2011年還高。在其商業模式尚未建立以前,未來將有三種類型的公司會購買PSS技術--首先是藍寶石晶圓制造商、接著是購買標準晶圓然后徑行使用PSS技術的LED制造商,最后是所謂的純PSS代工廠,該公司將會購買基板、將其圖形化以后賣出。
LED制程須漸與半導體商相似
在光阻上覆蓋圖案之后,就要進行晶體電漿蝕刻技術,目前是使用光罩的對齊設備與步進機,因此上述設備上銷售量亦有所長,不過目前這些設備并非完全適合該制程。光罩的對齊設備商努力提供專為PSS制程訂做的解決方案。而步進機也面臨了如何在整個晶圓大小圖案上,可以無斷面貼合的問題。傳統使用2吋晶圓的PSS良率大約是80~93%,但若擴大到4吋晶圓,良率就會下降到40~70%,因此就需要像是奈米光微影(NIL)之類的新技術。在接下來的半年內,各種企業解決方案以及使用NIL的PSS制造商將會出現,因為這會降低PSS的成本,同時也可以增加晶圓的尺寸。
然而,對LED制造商來說,要推廣LED固態照明(Solid-state Illumination),光是提升其生產設備數量是不夠的。到最后,成本必須要下降,而效能與可靠度必須要提升,要達到此一目標,LED制造商須要慢慢變得跟傳統半導體廠商更為類似--須要更專注于細節,也需要更多的自動化技術及更多的制造管理軟體,更多的制造流程控制與更多模組化的系統,以達到規模經濟。
愈能將制程調整得跟現今半導體市場的模式愈接近的公司,就愈能擊敗對手,然后更進一步壓低成本。有趣的是,觀察到一些大陸大陸新廠商作法與傳統半導體商完全相反,該公司建立不太干凈的無塵室,大多依賴勞工的手動技術、對細節不太重視,但這個現象將很快改變,因為有許多公司都認知到,只要用這種方法營運,大概沒辦法達到獲利與銷售的效能與良率。這些公司不是快速改變,就是快速消失。新的LED公司彼此整并之后,制造技術將會有所改變,在那之后,LED業者將可以到達一定規模,并開始部署相關技術。
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