超高亮度发光二极管研发项目可行性研究报告.doc

超高亮度发光二极管研发项目可行性研究报告超高亮度发光二极管研发项目可行性研究报告 目 录一、项目产品的国际竞争力和出口前景21.1 国际水平、现状及发展趋势21.1.1国际技术发展水平及现状21.1.2应用市场发展水平及现状31.2 国内相关产品与技术发展水平、现状41.3 本项目产品的竞争优势、市场需求前景41.3.1 产品市场竞争力优势41.3.2 国际市场需求预测5二、项目产品创新性、先进性62.1 该项目产品的技术在国内外的发展情况及主要特点62.2 现有项目产品技术研发力量状况分析62.3 与现有产品、技术和装备的对比分析72.4 要达到的技术性能指标和参数82.5 采用的技术标准9三、实施方案93.1 技术特点和关键工艺93.1.1 技术特点93.1.2关键工艺技术103.2 产品外观和结构原理图103.2.1 产品外观图103.2.2 产品结构图113.2.3 产品原理图123.3项目实施的具体内容和技术路线123.3.1项目组的职责、权限123.3.2 实施的工艺技术路线123.4 实施方式（自主开发）133.5进度与完成期限13四、项目产品预计的经济效益和社会效益134.1 项目形成的生产能力134.2 量本利分析144.3 投资回收期144.4预计年产量、成本、市场销售额、利税、创汇154.5环境保护15五、资金概算及使用合理性155.1项目总资金概算155.2 资金使用明细表155.3 主要设备和仪器16六、项目承担单位财务状况16七、项目承担单位基本情况17八、项目承担单位签章18一、项目产品的国际竞争力和出口前景半导体发光二极管（LED），是将电能转变成光能的一种发光器件，具有体积小、重量轻、电压低、电流小、亮度高和发光响应速度快等优点，容易与晶体管和集成电路配套使用。LED技术在近年来不断获得新的突破，应用领域不断拓宽，目前已广泛应用于通信、汽车电子、户外及室内显示、家用电器、交通信号、照明等领域，在全球市场上十分走俏，成为新世纪极具发展潜力的电子产品之一。在国际上，许多国家，特别是工业发达国家，都在大力发展光电子技术和产业。美国商务部指出“谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”，日本政府将光电子技术列在21世纪优先发展技术的首位，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。因此，美国、日本、韩国、台湾等国家和地区对以LED为主的光电器件产业的发展给予大力资助，争相提高产品档次、提高质量，以期取得更多的国际市场份额。我国也非常重视光电子产业的发展，在国家“863”计划、国家发展和改革委员会、科学技术部和商务部共同发布的当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2004年度）、国家发展和改革委员会产业结构调整指导目录（2005年本）中将光电子材料及器件都列为重点和优先发展的方向；2003年6月17日，科技部会同有关部门共同组织实施的“国家半导体照明工程”的正式启动标志着中国LED产业进入加速发展的新阶段。2004年3月厦门、上海、大连、南昌四个国家半导体照明工程产业化基地批准建立，某联创光电科技股份有限公司为南昌国家半导体照明工程产业化基地核心企业。据国际权威市场调研公司Strategies Unlimited研究指出，高亮度LED行业在过去有着显著的增长，高亮度LED占LED产品的市场比例由2001年的40%增长到2004年的67%，预计到2008年高亮度LED的市场规模将达到59.5亿美元。按TOP系列片式LED在国际市场上的需求量约占整个高亮度LED市场的20%，直插式10mm系列超高亮度LED约占18%的市场份额计算，这两类产品在国际市场上具有相当的规模。1.1.1国际技术发展水平及现状世界半导体发光二极管封装产业经过十几年的发展，已经形成了以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的全球市场与产业分工格局，并呈现以日、美、德为代表，台湾、韩国紧随其后，中国、马来西亚等电子制造基础良好的第三世界国家积极介入这样一个梯次分布状况。目前国际上从事高亮度发光二极管封装的公司有日本的Nichia、丰田合成，德国的OSRAM等，他们的产品代表了当今世界的最高水平，并且白光LED产品的专利技术也大部分掌握在他们手中。由于便携式产品的迅速发展，造就了小型化、高亮度化的封装技术，其中表面黏着型(SMD)LED是各家下游厂商积极想发展的方向。根据报导，最早是由Osram公司推出了金属框架的PLCC封装结构的“Power TOP LED”。之后一些公司推出了多种封装结构的TOP LED，其中一种PLCC-4结构封装形式，其输入功率约为200-300mW，这些结构的热阻一般为75-125/W。传统的支架式封装的LED的输入功率100mW，封装结构一般是用导电胶或非导电胶将芯片装在小尺寸的反射杯中或载片台上，由金丝完成器件的内外连接后，用环氧树脂封而成，其热阻高达250-300/W。TOP结构LED的输入功率比支架式封装的LED提高了好几倍，热阻下降了好几倍。TOP系列和直插式10mm系列超高亮度LED若采用传统的LED封装形式，将会因散热不良而导致芯片结温迅速上升，从而造成器件的加速光衰，直至失效。因此低热阻、散热良好、取光效率高、低应力是LED器件的关键封装技术。1.1.2应用市场发展水平及现状随着LED亮度和电性能、寿命等使用性能的提高，LED产品的应用领域不断拓宽。超高亮度LED在照明光源市场、景观装饰灯市场和车用市场中的应用日益广泛，其中，TOP系列LED，因为亮度要比普通的贴片式LED高很多，散热方式比线路板结构的贴片式LED更好，产品的可靠性比贴片式LED更强，可以广泛应用于汽车、仪器仪表以及LED装饰照明领域，随着汽车等行业的发展将具有良好的市场前景；直插式10mm超高亮度LED，其亮度及光效比普通直插式（5mm）LED高很多，主要应用于头灯、矿灯、特种照明领域，具有巨大的市场潜力。照明光源市场潜力巨大。由于LED光源耐振动、寿命长、省电，适合于蓄电池供电、固体化、携带方便等优点，LED将在照明光源方面有较大发展。目前采用白光LED制成头灯、矿灯、交通警示灯、阅读台灯、手电筒等特殊照明光源及灯具已得到广泛应用。随着光通量的提高和价格的下降，估计2010年前将进入通用照明领域。景观装饰照明应用市场广阔。景观照明包括建筑装饰、室内装饰、旅游景点装饰等，主要用于重要建筑、街道、商业中心、名胜古迹、桥梁、社区、庭院、楼宇、家居、休闲娱乐场所的装饰照明，以及集装饰与广告宣传为一体的商业装饰照明。由于超高亮度LED亮度的提高和价格的下降，再加上长寿命、节电，驱动和控制又较霓虹灯简单，所以用超高亮度LED做成单色、多色乃至变色的发光条和其它形状的发光单元来装饰高大建筑物、桥梁、景观工程的尝试已获得成功，目前正开始逐步推广，国内相关产品以出口为主。汽车照明应用市场是超高亮度LED的高成长领域。超高亮度LED被称为第四代汽车光源，LED车灯除一次性投入较高外，具有质量好、品位高等白炽灯无法比拟的优点。汽车用LED可分为车内LED与车外LED两大类。车内LED主要用在数字仪表组成的指示灯背光显示等方面，其技术性能指标与手机等消费产品的LED类似，但对LED的角度、色差、亮度、阀值电压、电流等光学、电学性能的一致性和可靠性要求更高。车外LED主要用在制动灯、前转向灯、后转向灯、侧转向灯、后雾灯和倒车灯等方面。当前车用LED市场主要由HP及Osram Opto占有大部分。高亮度LED于1997年开始用于车内照明，2002年车内照明高亮度LED的市场规模为2.55亿美元（占整个高亮度LED市场的14%），预估到2008年，LED在汽车照明市场规模将突破8.65亿美元，占整个高亮度LED市场的15%左右。1.2 国内相关产品与技术发展水平、现状目前国内进行超高亮度LED的应用开发及生产单位超过200家，主要生产中低档LED，高亮度化、全色化一直是各企业LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。TOP-LED的工作电流可达30mA至100mA（普通的片式LED的工作电流一般为20mA），因此亮度要比普通的贴片式LED要高很多，散热方式比线路板结构的贴片式LED更好，产品的可靠性比贴片式LED更强；直插式10mm LED比普通直插式5mm LED具有更高的亮度和光效；所以大陆厂商们都在关注表面灌注型LED(TOP-LED)和直插式10mm 超高亮度LED的发展。但由于没有成熟的设计开发体系，自主创新能力较弱，加上国际专利障碍和技术装备所限，目前国内在TOP系列片式LED及直插式10mm超高亮度LED研发与生产上仍处于起步阶段，LED的质量和一致性较差，生产规模偏小，白光LED的封装技术更有待提高。1.3 本项目产品的竞争优势、市场需求前景 1.3.1 产品市场竞争力优势TOP 3528系列片式LED和直插式10mm系列超高亮度LED是联创光电根据市场需求，自主研发的产品，与其他结构LED的产品相比，具有如下特点：（1）散热方式更好、工作电流更大、亮度更高、可靠性更强，附加值更高，应用范围更广；（2）制造成本低：公司利用自己研发生产LED外延片、芯片的优势，南昌劳动力成本、水电成本的比较优势，以降低产品的成本，增强产品在国际市场的价格竞争优势；（3）公司对本项目的投资能满足批量生产的条件，同时公司具备在本项目实施后进一步扩大生产规模的条件和能力，对适应未来市场价格变化和建立新的市场格局都具有一定的优势；优越的综合性能和较高的性价比，使本项目产品无论在国内市场还是国外市场，都会具有较强的竞争优势，加上公司良好的内、外销渠道，本项目产品会在这一有巨大需求量的市场中占有一定比重。1.3.2 国际市场需求预测据国际权威市场调研公司Strategies Unlimited研究指出，高亮度LED行业在过去有着显著的增长，高亮度LED占LED产品的市场比例由2001年的40%增长到2004年的67%，预计到2007年，高亮度LED的增长速率为30%。在未来，随着超高亮度LED在照明光源市场、景观装饰灯市场和车用市场应用的成熟，对超高亮LED的需求将会呈大幅增长态势。超高亮度LED在整个LED市场需求中所占的份额也会不断增加，将占据市场的主导地位。预计未来在LED成本进一步降低、照明应用领域愈加广泛、汽车应用日益广泛的情形下，超高亮度LED将向具有更为可观的市场规模突破。高亮度LED应用发展预测 （按照应用领域划分，20032008年） 单位：百万美元应用领域200320042005200620072008年平均增长率标识/显示481526572643773109217.8%移动应用13691896219722722300226310.6%信号50637487989413.2%汽车39745753462573586516.9%照明12919728238652269139.8%电子设备/其他27643654066481894628.0%总计27023576420046775247595217.1%资料来源：中国半导体照明产业发展报告，2005其中，根据统计，按TOP系列片式LED在国际市场上的需求量约占整个高亮度LED市场的20%，直插式10mm系列超高亮度LED约占18%的市场份额计算，这两类产品在国际市场上具有相当的规模。并随着应用领域的不断拓宽，其市场前景将更为广阔。综上所述，本项目产品具有广阔的国际、国内市场需求和良好的发展前景，符合国家产业政策，通过研发生产具有自主知识产权的LED产品，提升产品技术档次和国际市场竞争力，扩大产品出口。二、项目产品创新性、先进性2.1 该项目产品的技术在国内外的发展情况及主要特点高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。经过几十年的发展，世界主要厂商已形成了各自的技术特色。目前国际上从事高亮度发光二极管封装的公司有日本的Nichia、丰田合成，德国的OSRAM等，他们的产品代表了当今世界的最高水平。在TOP-LED方面，德国的OSRAM公司技术比较成熟。公司研制开发的TOP 3528系列片式LED和直插式10mm系列超高亮度LED的主要技术特点： 1.在紫光、蓝光、绿光、白光装配过程中，通过植入静电保护元件，提高产品的抗静电能力。2.焊线工序中，利用导电胶或金球对内引线二焊点保护技术，增强产品的可靠性。3.运用新型的荧光粉配备和涂覆技术，提高产品的发光效率和显色指数的一致性。4.采用蓝色芯片合成白光的工艺。在黄色荧光粉中加入红色荧光粉或绿色荧光粉，或使用蓝色芯片加入红、绿荧光粉合成白光，有效地回避国外白光技术专利。2.2 现有项目产品技术研发力量状况分析联创光电为某省高新技术企业，国家火炬计划重点高新技术企业，国家高新技术研究发展计划（863计划）成果产业化基地，国家“铟镓氮LED外延片、芯片产业化”示范工程，南昌国家半导体照明工程产业化基地核心企业。公司具有健全的技术开发体系和雄厚的科研开发力量。公司从1973年开始从事LED技术的研究工作，“七五”期间，就从德国引进了磷化镓LED外延片、芯片、器件封装的完整生产线，是国内最早大批量生产磷化镓外延片、芯片及器件的企业。公司承担了国家“863计划”磷化镓LED外延材料生产关键技术研究项目并于2000年11月通过国家验收，2002年承担了国家“863”计划引导项目紫色、绿色高亮度LED外延材料、芯片及器件项目，2002年承担了电子信息产业发展基金专项片式蓝、绿、白光LED项目。近三年公司还承担了半导体蓝色发光二极管项目、片式发光二极管等国家重点新产品项目15项，国家火炬计划5项。目前拥有高亮度、超高亮度和片式LED生产线，掌握了包括白光在内的全色系LED产品的制造工艺，为本项目的产品开发奠定了良好的基础。公司拥有一支富有创新精神的专业化管理、技术研发队伍，公司技术中心现有人员100余人，其中，中高级职称专业技术人员80余人，主要从事高亮度LED、半导体照明光源及灯具的科研开发。参与本项目产品研发的专门人员有12人，其中工程师、高级工程师8人。主要参与人员如下表所示：表21： 主要参与人员一览表序号姓 名职称专业承担技术内容1xx高级工程师固体物理项目总体设计2xx高级工程师半导体物理项目总体设计、产品结构分解3xx高级工程师研发顾问4xx工程师电子元件工艺研制、过程控制等5xx工程师电子元件工艺研制、过程控制等6xx工程师半导体器件封装样品试制及分析7xx工程师半导体器件封装产品可靠性研究分析及试验8xx工程师模具设计图纸设计9xx助理工程师半导体器件封装封装荧光粉配方的研制10xx助理工程师应用电子前工序材料选择及工艺研制11xx工艺员电子信息产品测试12xx工艺员电子科学与技术产品测试2.3 与现有产品、技术和装备的对比分析2002年公司从日本、台湾、香港等国家和地区引进了具有国际先进水平的粘片机、压焊机（键合机）、测试分类编带机等关键设备，建立了高亮度、超高亮度LED及片式LED全自动生产线,重点解决了色度控制技术、小尺寸器件封装技术等问题，掌握了包括白光在内的LED封装技术。目前公司生产的产品可达到国外同类产品技术水平，保持国内领先水平。但由于公司与国际大厂相比产品规模小，品种不全，目前主要生产中低档次的产品即直插式5mm系列高亮度、超高亮度LED和普通贴片式LED（SMD0603）。公司研发的TOP 3528系列片式LED属功率型LED，封装技术与SMD0603产品的封装技术大体上相同，但TOP-LED的电流为30mA至100mA，亮度要比普通的贴片式LED高很多，对产品的散热性能和可靠性提出了更高的要求。因此在现有基础上，需增加全自动固晶机、焊线机、灌胶机、自动测试分类机、LED可靠性试验设备等关键设备、仪器，建立TOP3528系列片式LED和直插式10mm系列超高亮度LED产品中试生产线，调整产品结构，提升产品技术水平和档次，增强国际市场竞争力，扩大产品出口。2.4 要达到的技术性能指标和参数本项目代表产品的主要性能指标和参数见表2-2、2-3。表2-2 TOP3528系列片式（SMD）LED主要性能指标(测试条件:IF=20m A)主要参数发光颜色正向压降Vf（V）发光强度（mcd）峰值波长p （nm）白 色3.51000x:0.310y:0.320蓝 色3.5500465-470绿 色3.5920520-530黄 色2.3850585-595红 色2.3850620-630表2-3 直插式10mm系列超高亮度LED主要性能指标(测试条件:IF=20m A)主要参数发光颜色正向压降Vf（V）发光强度（mcd）峰值波长p （nm）白 色3.550000x:0.310y:0.320蓝 色3.520000460-465绿 色3.530000500-525黄 色2.325000585-590红 色2.325000620-6252.5 采用的技术标准GB/T18904.3-2002 半导体器件12-3：光电子器件 显示用发光二极管空白详细规范（采用IEC60747-12-3：1998）IEC60747-12-3 Semiconductor devices-part12-3: optoelectronic devices-Blank detail specification for light-emitting diodes-Display application (1998-02)中文名称：IEC60747-12-3 半导体分立器件12-3：光电子器件-显示用发光二极管空白详细标准（1998-02）CIE/ISO standards on LED intensity measurements 中文名称：CIE/ISO LED强度测试标准三、实施方案3.1 技术特点和关键工艺3.1.1 技术特点（1） TOP3528系列片式LED采用PLCC-2型PCB板进行LED芯片装配；直插式10mm超高亮度LED选用特殊铜材支架进行LED芯片装配。（2） 利用金丝球焊机进行内引线连接。（3） TOP3528系列片式LED选用透光率高、抗UV性能好、折射率与空气较匹配的硅胶进行实封；直插式10mm超高亮度LED选用透光率高、抗UV性能好、抗老化性能好、折射率与空气较匹配的环氧树脂进行实封。（4） TOP3528系列片式LED采用编带方式进行包装。（5）产品除了具有一般LED所具有特性外，TOP3528系列片式LED还具有视角大、平整度好、亮度高等特点；直插式10mm超高亮度LED还具有工作电流大、亮度高等特点。3.1.2关键工艺技术（1）在紫光、蓝光、绿光、白光装配过程中，通过植入静电保护元件，提高产品的抗静电能力。（2）焊线工序中，内引线二焊点保护技术，提高器件的可靠性。（3）荧光粉配备和涂覆技术，规避国外用蓝光芯片激发黄色YAG荧光粉制作白光的专利技术。3.2 产品外观和结构原理图3.2.1 产品外观图 10mm超高亮度LEDTOP3528 单色系列产品白色TOP3528产品3.2.2 产品结构图图一：TOP3528系列产品结构图图二：直插式10mm系列超高亮度LED产品结构图3.2.3 产品原理图图三：蓝光、绿光白光产品原理图3.3项目实施的具体内容和技术路线3.3.1项目组的职责、权限项目组的职责和权限为负责产品的结构设计，制造工艺路线设计，完成该产品的技术方案确定、工艺文件及检验规程的编制工作。在产品小批量生产过程中，做好技术支持、总结工作，确保该产品形成批量生产能力。3.3.2 实施的工艺技术路线TOP3528片式LED系列白光产品和直插式10mm超高亮度LED系列白光产品均采用高亮度蓝光LED芯片激发荧光粉而形成白光。TOP 3528片式LED系列（蓝、绿、黄、红色）产品和直插式10mm超高亮度LED系列（蓝、绿、黄、红色）产品均分别采用高亮度（蓝、绿、黄、红色）LED芯片直接封装而成。具体的封装工艺流程：备料固晶固晶检验粘接胶烘烤焊线焊线检验荧光粉涂覆（只用于制作白光）封装老化一切（10mmLED）测试外观检验二切包装品检入库3.4 实施方式（自主开发）本项目产品利用公司现有技术基础，进行自主研发，以规避国外相关专利技术。3.5进度与完成期限本项目实施期限为2006年3月至2006年 12月，具体项目实施进度安排如下：1. 第一阶段完成时间：2006年5月内容：新产品结构设计；产品制造工艺设计。2. 第二阶段完成时间：2006年6月内容：新产品试制；新产品测试和修正。3. 第三阶段完成时间：2006年8月内容：（1）根据新产品试制结果,更改产品制造工艺。 （2）编写操作指导书及各产品规格书。4. 第四阶段完成时间：2006年10月内容：小批量生产5. 第五阶段完成时间：2006年12月内容：项目验收四、项目产品预计的经济效益和社会效益4.1 项目形成的生产能力 本项目产品市场需求广阔，项目实施将提高公司新产品的研发速度，提高公司产品的技术含量，缩小与国际先进水平的差距，扩大产品出口,对公司的市场占有率和综合竞争力有很大提升作用。项目预计2007年可达产，达产后，将新增年产TOP 3528系列片式LED和直插式10mm超高亮度LED 5000万只的生产能力。4.2 量本利分析盈亏平衡点=固定成本/(产品单价-单位变动成本-单位销售税金)= 285/(0.8-0.64-0.064)=2968.75 (万只) 4.3 投资回收期 因本项目依托公司原有的厂房、生产设备等固定资产，所以只需新增部分设备和检测仪器。投资回收期（年）=投资总额/（年利税+年折旧）=600/（205+28.5）=2.57年4.4预计年产量、成本、市场销售额、利税、创汇根据该市场的年需求量，结合公司的市场开拓能力和速度，保守估计，本项目达产后，新增年产量5000万只，因为本项目产品各种颜色产品的市场价格不同，而且考虑到未来市场发展，所以我们预计所有项目产品平均单只售价0.8元，新增销售收入4000万元，新增利润205万元，税金320万元，新增出口创汇150万美元。4.5环境保护本项目属光电器件的封装，生产过程中基本无废气、废水产生，对于产生噪声和振动的设备，公司在设备选型上会选用低噪声设备并采取减振设备基础。五、资金概算及使用合理性5.1项目总资金概算 项目总资金概算600万元（含外汇32万美元）。 资金来源：公司自筹500万元，向国家申请高新技术出口产品研究开发资金补助100万元。5.2 资金使用明细表资金使用具体情况如下：a.设备、仪器购置费： 285万元（含外汇32万美元）b.材料购置费： 78万元c.研发、试验费用： 205万元d.调查研究费用及资料费： 11万元e. 项目鉴定费： 6万元f. 其他费用： 15万元 合计： 600万元（含外汇32万美元）5.3 主要设备和仪器为加快新品研发速度，提高产品可靠性，本项目需新增实验、检测设备和仪器9台（套），其中进口设备仪器5台（套）；国产设备仪器 4 台（套）。进口设备仪器清单 单位：万美元序号设备名称型号制造商数量单价总价1全自动固晶机AD