蓝宝石项目有关情况.docx

1、蓝宝石项目有关情况LED蓝宝石衬底项目有关情况随着2009年背光源市场的爆发，LED行业迎来新的发展。市场预计未来4年LED行业仍将主要由背光源市场带动发展，而从远景照明市场来看，LED行业的前景不可估量。下游应用市场的放量使得上游产品供不应求，蓝宝石衬底一路上涨。因此，选择以蓝宝石衬底为切入口介入LED行业，无论从盈利来看还是LED行业发展周期来看，时机都是恰当的。LED是由超导发光晶体产生的超高强度的灯光。发出的热量很少，不象白炽光那样浪费太多热量，不像荧光灯那样因消耗高能量而产生有毒气体，也不像霓虹灯那样要求高电压而容易损坏，已被全球公认为一代环保高科技产品。将LED与普通白炽灯、螺旋节

2、能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效理论上可以超过150lm/W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被半导体替代，每年可节电350亿美元。日本2006年就要用半导体灯大规模替代传统白炽灯。LED是继煤油灯、电灯之后人类的第三次革命。面对这样巨大的商机，全球照明巨头均把目光瞄准LED市场。一、LED 的优势1、节能：半导

3、体照明采用直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06 瓦），电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。LED 固态照明被认为是21 世纪的照明新节能光源，因为在同样亮度下，半导体灯耗电仅为普通白炽灯的1/10，而寿命却可以延长100 倍。2、环保：相对于白炽灯照明，LED 光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，是冷光源，可以安全触摸。相对于节能灯，LED 不含汞元素，是典型的绿色照明光源。3、寿命长：LED 是固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6 万到10 万小时，相当于白炽灯的100 倍。4

4、、多变换：LED 光源可利用红、绿、篮三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256 级灰度并任意混合，即可产生25625625616777216 种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。5、信息化：与传统光源单调的发光效果相比，LED 光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌级，灵活多变的特点。由于半导体照明具有上述特点，所以半导体照明被誉为人类照明历史上的第三次革命。目前全世界都在寻求解决经济发展和能源短缺的矛盾，都在寻找人类社会与环境和谐发展的途径，半导体照明产业必将带来巨大的投资机会。中国照明用电占总用电量的12，

5、到2010 年中国的发电量将达到3 万亿度，照明用电约为3600 亿度，假设采用LED 照明能够节约50的用电量，就相当于节约了两个三峡发电站的年发电量。二、蓝宝石晶体与LED的关系LED产业链的制造环节细分为：上游蓝宝石单晶片衬底制作，中游外延晶片生长、芯片、电极制作、切割和测试分选；下游的产品分装。其应用领域分为三大部分：照明应用、显示屏、背光源应用。LED的应用范围主要由LED芯片发光强度（mcd，毫坎德拉）和发光效率（lm/w，流明/瓦）决定。发光强度越大、发光效率越高，应用越广。蓝宝石的主要成分是氧化铝（Al2O3），蓝色是由于其中混有少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致。蓝宝石晶体具

6、有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高（2045）等特点，它是一种相当难加工的材料，因此常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与-和-族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键衬底材料。通常GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有很多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；

7、最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。三、市场目前全球最大的蓝宝石供应商是日本的Kyocera京瓷，2007年与Namiki（纳米奇，日本）、Rubicon（卢比肯，美国）一起排名前三，国内最大的生产厂商是哈尔滨工大奥瑞德光电有限公司，主要生产工艺采用提拉法。市场4英寸晶片的需求迅速增长欧司朗、昭和电工等一些大公司开始将部分生产转向更大尺寸的衬底，2英寸蓝宝石晶片在LED制造业中任然保持主导地位。据权威市场调研机构高工LED产业研究所(GLII)统计数据显示，2010年全球蓝宝石基板供应量为3785万片，而需求量则为4240万片。先前市场数据显示20

8、11年蓝宝石基板供应量将提升至5900万片，不过照目前形势观察，市场真正需求量不足4000万片。市场上2寸单片蓝宝石衬底的价格由高峰期35-40/美元左右的水平下降至约为30-36/美元，到2季度2寸基板平均价格将可能进一步下探至28-33/美元左右。到下半年蓝宝石价格大幅度下降，价格跌幅达60%，到九月份为止价格跌至10/美元左右。专家认为目前市场主流的2英寸蓝宝石衬底价格到年底前会在10-12/美金左右徘徊。对于未来价格的走势，专家认为2012年下半年市场价格才会慢慢回升，15美元应该是一个比较合理的价位。四、投资目前国内已有多家企业涉足LED蓝宝石衬底项目，投资大约都在几十亿人民币。参照

9、国内最大蓝宝石生产厂商协鑫光电科技有限公司LED用蓝宝石单晶衬底片生产线项目。协鑫集团2011年大力布局LED节能产业，首先选择了产业链上游的蓝宝石衬底材料，分别在江苏阜宁和徐州设立生产基地。到今年底将拥有多种生长方式的长晶炉300余台以及从瑞士、美国、日本等引进的尖端切片、研磨、抛光等加工及检测设备数百台，月产蓝宝石晶片可达120万片，形成中国产量最大、加工能力最强、设施最为完整的蓝宝石衬底材料产业链。协鑫LED阜宁蓝宝石项目于2010年11月开工建设，计划总投资40亿元。项目共分3个模块推进，每个模块新上160台套国际、国内技术先进的长晶炉及配套的切、磨、抛等设备300台套。项目全部投产达

10、效后，年产蓝宝石单晶衬底片1500万片；年可实现销售100亿元，利税40亿元.今年10月28日，全国重点光伏企业协鑫光电科技（徐州）有限公司举行蓝宝石晶片产能逾越1000万片蓝宝石晶片庆典。该项目成为全国最大的化工新能源材料蓝宝石晶片生产基地。五、评估与多晶硅产业相比较，LED蓝宝石衬底项目具有如下优势：1、LED蓝宝石衬底项目在国内外市场大以目前国内上游外延厂蓝宝石采购链来看，台湾晶美2010年在大陆的蓝宝石基板市场占有率超过六成，其余份额主要有蓝晶、焦作科瑞斯达、青岛嘉兴光电、武汉东骏等厂商瓜分。位居全球前十的蓝宝石供应商亚洲占有五席，约67%的市场份额，同时亚洲也是蓝宝石最大的消费地，仅

11、台湾企业和日本企业就分别用去销售总量的58%和19%。2、生产过程中污染低本项目大气污染物主要有滚磨工序产生的粉尘、清洗工序产生的硫酸雾、碱性气体、氮氧化物、氟化物等；废水主要包括生活污水、初期雨水、地面冲洗水、生产废水、两级喷淋塔排水及酸碱废水等；主要的噪声设备有研磨机、抛光机、风机等；产生的主要固体废物有生活垃圾、废抛光液、絮凝沉淀物、粉尘、原料桶、污泥等。废水：本项目产生的生活污水、生产废水、喷淋废水、初期雨水、地面冲洗水等经预处理后，近期排入自建的地埋式污水处理装置处理；远期排入污水处理厂处理，最终进入青山河。废气：本项目产生的废气主要为滚磨工序产生的粉尘及清洗工序产生的酸碱废气、氮氧

12、化物、氟化物等，其中粉尘经布袋除尘器处理后，通过15米高的排气筒排放；清洗工序产生的废气经“水洗+碱洗”两级吸收塔处理后，通过15m高的排气筒排放，可以满足大气污染物综合排放标准中相关排放标准限值要求。噪声：本项目设备产生的噪声经对设备进行合理布局、隔声、减震、消音处理后，可确保厂界噪声达标排放；项目主要对高噪声源进行控制，如风机进行安装消音器等。固废：本项目产生的生活垃圾由环卫部门统一清理；废抛光液及废研磨液由供货厂家回收处理；絮凝沉淀物外售作水泥添加剂使用；污泥及原料桶委托有资质单位处置。因此，LED蓝宝石衬底项目与多晶硅项目比较，几乎不产能废气、废固；产生少量废水，可用中和或稀释方法处理

13、后排放。污染少；占地面积相对小，对环境影响小；产品重量小、体积小，便于运输。3、投资小2011年国内蓝宝石衬底企业十五强显示：协鑫光电投资40亿、重庆四联30亿、青岛嘉星1.2亿、哈工大奥瑞德光电投资20亿等等。投资额度都在40亿以下，大多数企业在一个亿左右，投资额度较小。而多晶硅项目则需要上百亿的投资，使入蓝宝石项目的企业可以更有余力进行项目的投资。4、产业链增值高LED蓝宝石项目拥有从蓝宝石晶棒、切片、圆片、基板（衬底）完整的产业链。高纯氧化铝（三氧化二铝），纯度是5N(99.999%)一般市场价格是350-550人民币/公斤。1公斤5N三氧化二铝粉体长出的1公斤晶棒晶体可以卖1.5万-4

14、万。由原料价格55.56-87.3美元增值到2380.95-6349.21美元。而多晶硅项目产业链的增值情况为：大约200元/公斤多晶硅料长出晶棒可以卖到857元，大约增值了4倍，相比较而言蓝宝石衬底产业链的增值高，资本收益最大化。5、国家发改委控制门槛低LED蓝宝石衬底项目符合集团发展节能产业的战略，属于国家鼓励发展的项目，属于LED行业的最上游，是解决LED行业发展的瓶颈。业内人士指出，LED市场准入门槛较低，初始投资1亿元就可建厂，使得各地纷纷上马LED项目，而不少以前从未涉足LED产业的上市公司也纷纷加入其中。大量LED项目建成后将会凸显LED产业不集中、产能过剩、市场无序竞争、人才缺

15、乏等棘手问题。从上面来看进行LED项目有许多劣势，这如有人说过“没有倒闭的行业，只有倒闭的企业”，这些都是现在入市的最佳优势，蓝宝石衬底价格的下降，必然会使一些低产能、低投资、低科技含量且盲目入市的中小企业遭到淘汰，从而使这一产业进行新一轮的洗牌。这些都促使一些有经济能力且对技术进行改革的大型企业脱颖而出，大型国企的优势在于国家的大力扶持和他们本身有其他企业作为这一项目的坚实后盾。今年1月24日,工业和信息化部、国家发展和改革委员会、环保部等三部委共同发布了多晶硅行业准入条件,对于多晶硅项目建设条件和生产布局、生产规模和技术装备、资源回收利用及能耗、环境保护、监督与管理等方面做出详细规定之后，

16、多晶硅项目的审批工作就变的异常困难，而现在国家并没有对蓝宝石项目给予限制，这就使蓝宝石项目的申报工作可以顺利成章的进行。当前受国际、国内市场的影响，尤其是各国制定的专项推进计划，LED产业发展形势趋好。2003年7月，我国正式启动了“国家半导体照明工程”； 国家发改委2008年与联合国开发计划署（UNDP）、全球环境基金（GEF）合作共同开展“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯”项目，开始研究编制中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯。符合国家或行业发展规划。2009年10月12日，由国家发改委、科技部等6部门联合制定的半导体照明节能产业发展意见正式发布，组织实施“十城万盏”工程，将有力的带动国内

17、LED照明市场的发展。预计到2015年，LED产业规模将突破5000亿元。六、技术1、蓝宝石的生长技术（1）铝矿石原料到5N高纯氧化铝的生产技术蓝宝石晶体原材料为氧化铝碎晶，生产利用率大于97%，已经完全国产化。氧化铝主要是从铝矿石中提取出来的，铝矿石主要有一水硬铝石一水软铝石和三水铝石。这些都是炼铝的矿石。从矿石提取氧化铝有多种方法，例如：拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法、醇铝法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95左右。拜耳法拜耳法是奥地利拜耳（K.J.Bayer）于 1888年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸

18、钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净,并在9501200温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。碱石灰烧结法适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2OAl2O3)、铁酸钠(Na2OFe2O3、原硅酸钙（2CaOSiO2）和钛酸钠（CaOTiO2）组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3H2O 等组成赤

19、泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaOAl2O3xSiO2(62x)H2O沉淀(其中x0.1),而使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。拜耳烧结联合法该方法可充分发挥两法优点，取长补短,利用铝硅比较低的铝土矿,求得更好的经济效果。联合法有多种形式,均以拜耳法为主,而辅以烧结法。按联合法的目的和流程连接方式不同，又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程。醇铝法国外用醇铝

20、法了，醇铝法工艺得到高纯的氧化铝是有多种方法决定 。醇铝法纯度比金属铝直接水解法、硫酸铝氨法、拜耳法高1-2个数量级。具体工艺过程如下：第一醇铝法用5个9金属铝块反应，因为金属铝和异丙醇丁醇、乙醇反应快，不需要用刀具加工成铝粉末，这个就避免了用刀具加工带入铁的污染。第二得到了金属乙醇铝异丙醇铝后他是金属有机化合物，可以在230-250度精馏，可以去掉前馏分和底馏分杂质，收集主流段得到高纯的醇铝液体，精馏醇铝气化经过冷凝得到液体。被蒸馏的物料其中即使有铁、镍、硅铜等杂质也不会气化，留在了釜底，这样就提纯了产品，这个是其他工艺没法做到的。第三乙醇铝精馏后在230度进行陶瓷膜（5个9氧化铝陶瓷膜提纯

21、）分离提纯，除去钾钠锌等杂质，进一步提纯。经过了两道提纯。最后醇铝再和高纯水水解，这个和其他一样。然后采用陶瓷膜在150-160度继续分离，除去杂质再进行水洗净化。这个工艺要用到醇，高温，高压，成本高。 国外企业由于这个工艺出来的产品纯度高，能确保达到长出优质LED衬底用蓝宝石的要求。众所周知，长LED蓝宝石的5N 氧化铝 ，铁必须小于6pp， 硅小于5pp，锆小于1pp，铜小于1ppm，钾、钠小于1ppm 否则不能用。此外，长LED蓝宝石的高纯氧化铝要纯度高、长晶体过程中不能有气泡、要白。长出的晶体位错、晶格要匹配，否则没用，只能做工业宝石，不发光，卖不出价格。长蓝宝石衬底要用5个9氧化铝原

22、料。 不能用4个9氧化铝块。用4个9烧的晶体长不出优质的蓝宝石。（2）蓝宝石晶棒生长技术目前，世界上蓝宝石生长技术主要有两种，分别是泡生法和单晶提拉法。先介绍这两种方法如下：晶体提拉法简称CZ 提拉法,先将原料加热至熔点后熔化形成溶烫，再利用一单晶晶种接触到熔汤表面，在镜中与熔汤的固液界面上因温度差而形成过冷。于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的单晶。晶种同时以极缓慢的速度网上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着晶种的向上拉升，熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶棒。这是从熔体中生长晶体最常用的方法之一。泡生法的原理是先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶

23、之晶种(又称籽晶棒)接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶棒。从上面对两种长晶方法的比较，泡生法更有优势，泡生法可以生长大尺寸的蓝宝石晶体，从工艺角度，泡生法在晶体生长过程中，除了晶颈需拉升外，其余只需控制温度比阿华，就可使晶体成型，少了拉升和旋转的干扰，比较好控制，可得到最佳的质量。因此，采用世界最新工艺技术泡生法长晶技术和目前国际上最好的设备，以2英寸产品技术

24、为主，走高质量路线，提升劳动生产率及产能利用率。（3）制作蓝宝石基片的过程晶棒加工：把蓝宝石晶棒端面切割并将其外径研磨。切片：将滚圆后的晶棒利用覆盖有浆料的钢丝线进行线切割，最终成为一定尺寸的薄晶片。圆边倒角及双面研磨：在已切片完的镜片在平坦度、弯曲度、厚度上无法达到所要求的规格时，就将进行双面研磨。镜面抛光：在切片、研磨后进行镜面抛光处理。清洗及检验：对抛光完的晶片进行清洗处理，把上面的脏污清洗干净后进行检验。2、制作LED的过程在蓝宝石衬底上镀GaN半导体材料，具体P-N结结构如下图：先在蓝宝石衬底上镀一层GaN的过渡层，再在其上镀一层N型半导体材料（通常是掺杂Si的GaN），接着再镀一层P型半导体材料（通常是掺杂Mg的GaN）构成P-N结，最后制作电极。LED的镜片结构如上图所示。 LED芯片通过封装技术，先把LED的芯片固定在带引线的架子上，使用环氧树脂将其保护起来，一段电极用金线和引线连接起来，构成LED器件封装结构，如上图所示。