TV需求停滯 照明產業為LED產品下一階段成長主力
- 陳南宗
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LED元件可應用在相當多的領域，除一般常見的LED lighting、LED TV、Monitors、Notebook與Netbook/Tablet外，在行動電話、可攜式消費性設備、ROY lighting、標示牌及車輛裝置…等產品上亦可見其蹤跡。台灣威科(Veeco)儀器大中華區總裁暨總經理王克揚表示，綜合DisplaySearch、Gartner及台灣威科的調查資料顯示，自2009年起，受到2009~2011年LED TV產品，以及2011~2015年LED lighting裝置兩大市場需求的推動，全球對於LED的需求量預計在2015年之前將突破2,300億顆，年複合成長率高達33%。
不過目前受到全球整體經濟景氣欠佳的影響，人們的消費預算大幅縮減，再加上LED的價格與其他類型的同級產品相比相對偏高，使得其實際的銷售量與市場滲透率，和產業早先的預期有著相當的落差。以46W LED BLU及46W CCFL BLU這兩款產品的成本結構進行比較，在2011年第2季時，兩者的材料成本即每顆相差高達66.89美元，即便預期未來第4季LED BLU的成本將會有相當程度的下滑，但兩者之間還是有54.89美元的差距。王克揚說：「這使得LED Backlight的市場滲透率，要比原先預估的數值少了50%。」
也因此LED TV業者開始紛紛在設計層面上動腦筋，以便設法降低產品的總成本，刺激消費者的買氣。以42吋LED TV為例，其LED Light bar即由2009年的4邊6條，演進至2011年的2短邊2條或1長邊2條，而LED本身也從0.4W、24 lm以下的雙晶片，改變成現在0.4W、24~34 lm單晶片或0.5W、56~62 lm雙晶片。「由於對LED晶片的功效要求規格越來越高，使得有不少不符目前LED TV市場品質要求的晶片會轉換至其他應用市場銷售，並可能造成該市場原有LED產品的滯銷。」王克揚表示：「這代表大家都在忙著清庫存。」他預測LED Backlight市場未來的成長空間將有限。即使成長，也會是薄利大量的方式。
拉動LED照明市場成長不能只靠政府力量
另一方面，根據大陸於今(2011)年3月所公布的十二五計畫，則是將其現階段經濟發展重點放在節能及環境保護、生物產業、高階設備製造、下一世代IT、新原料開發、新能源探索，以及新動力車輛開發…等項目上。王克揚說：「隨著大陸近幾年來GDP值的快速成長，其能源消耗總量也跟著水漲船高，使得大陸政府必須設法降低平均每一單位GDP的耗能量，國家才能長久發展與生存。」目前大陸的平均每一單位GDP的耗能量已由2005年的1.21下降至2010年的0.82，並計劃在2011年達到0.79的目標。而能夠大幅減少照明耗電量的LED lighting，顯然成為大陸欲積極發展的重點項目。
但王克揚也強調，要讓LED照明產業能夠真正有所成長，最終還是要靠民間的需求來帶動，絕非只單靠政府資源投入就能完成。「這個產業雖不需要政府的輔助，但是需要政府提供相關的政策，以便引導民間順利改用各式LED照明產品來取代傳統的白熾燈泡設備。」也就是說，LED照明產業必須要先進行規格標準化。「這除了可讓LED照明上下游廠商能夠彼此協同分工合作，以加快整體產業的爆發成長速度外，也是要使消費者了解其所購買到的LED照明產品，是否真能符合所需的要求。」如800 lm的LED燈泡是否就等同60W的白熾燈泡？這問題就要有很清楚的規格標準加以定義。
根據台灣威科本身的預估，LED lighting市場在未來5年的年複合成長率(CAGR)可達68%，其中的40%會用於室內照明，23%為戶外照明，商業及工業用照明則分佔22%及15%。而目前無論是在南韓及日本等地區，都有推動LED照明的政策，「南韓政府有計劃在2015年達到30%照明為LED光源，日本則更進一步，預計在2015年達到50%，2020年達到100%」至於在大陸方面，也規劃要在2015年時完成20%照明為LED光源的目標。由於看好LED照明市場的發展，今年大陸已經成為全球最大MOCVD(有機金屬化學汽相沈積系統)機台設備進口國家。
擴大Chamber規模 非提升MOCVD設備產能的最佳方法
MOCVD是一種用於GaN(氮化鎵)系半導體材料外延生長，以及製造藍色、綠色或紫外線LED類型晶片的製程技術，在本質上即為一項GaN材料的熱反應過程。王克揚說：「該製程產品生產結果品質的好壞，決定於『先導反應源(Precursors)是否均勻分布』及『基板(Substrate)的加溫過程是否一致』。」而確保避免氣相反應(Gas phase reaction)及Chamber記憶效應…等狀況發生，並做好In-situ流程監控與閉迴路控制(Close-loop control)，以確保生產良率的一致性，也是穩定其晶片品質的重要關鍵。」
目前MOCVD設備的MO原料氣體輸出方式可分為Showerhead及Center Gas injection兩種，其中Showerhead的設計較為簡單，但容易發生氣體噴出口太小而導致堵塞的問題；相反的，Center Gas injection結構雖然看起來較為精緻，不過當Chamber大小增加時，其所需消耗的Mo原料即會呈現快速飛增。更嚴重的問題是Mo源的濃度控制也越趨複雜。因為chamber中央Mo源的濃度永遠是高於周邊的。至於在基板加溫方面，RTP lamp具有可快速升降溫的優勢，但是卻有燈泡容易燒壞故障的問題；RF coil則是速度較為緩慢，不過也因此為其帶來較為穩定、可靠的好處。「都有各自的優缺點，要看用戶如何取捨。」
此外，對於Chamber的設計走向，新的思維是將傳統單一Chamber拆成多個來分階段進行。「每一層材料成長所需的溫度條件都不相同。」王克揚說，這表示同一個Chamber在晶元成長過程中，其溫度必須不停地予以升高或下降，不僅增加許多無謂的等待時間，並且也會造成加熱線絲壽命的縮短。「如果能將其拆成多個反應爐批次處理，即可有效改善此一狀況，同時提升晶元的產量。」而另一方面，對於一般業者常用的「擴大Chamber規模」之做法，台灣威科綜整以往的設計經驗後也認為，並非增加晶元產能的正確解決之道。
台灣威科的改進之道
王克揚強調：「我們當然可以做1個Chamber，搞到像上課教室那麼大，1次就能生產出以往1個月的需求量。」不過任何事物都有其無法克服的物理極限，當Chamber擴充得過於龐大時，其製造過程的供氣與加熱程序勢必就無法做到均勻，所製造出的晶片整體品質也就必定下滑。「設法找出Chamber最佳化的設計，才是解決上述問題的最好方式。」以Veeco的改善方式為例，除了在維持Chamber相同大小的條件下，將其托盤重新進行排列組合，以便塞入更多的數量之外，並將chamber內部氣體動態重做設計，以達到均勻的效果。新的MOCVD機台都配有4個K465i的Chamber，以有效節省更多的設備所佔空間。「氣態MO源也先做預熱，以加快半導體材料的反應速度，節省不必要的氣體耗損。」
目前台灣威科於2009年第4季才推出的K465i機台，在短短1年內即贏得42%的市場佔有率，高居MOCVD設備的銷售第1位，而緊接著於今年上市的MaxBright也將延續此一領導地位。王克揚說：「我們除了在其Chamber設計上持績進行優化外，在配備上亦是延用K465i的標準，以便讓之前採用該設備的廠商能夠於無痛的狀態下，快速升級至此一產品。」而根據分析資料顯示，MaxBright在每個拖盤上的晶元產量較之前產品可多出20%，更快的溫度轉換時間可提高5~10%的產出量，佔地面積利用效率與競爭廠商的3項產品加總相比，則要高出45%。「我們相信，在K465i的Chamber設計基礎上，MaxBright必定可協助業者以最低營業成本，達到最高生產力的目標。」
