江苏省科技计划项目申报书.doc

计划类别： 科技支撑计划-工业部分 指南代码： xxxx 申报id号： 项目类别： 江苏省科技计划项目申报书（参考范本）( 科技支撑计划-工业部分 )项目名称： 120lm/w大功率led封装技术研发 承担单位： xxxxxxx有限公司 所在地区： 常州市,常州高新技术产业开发区 单位地址： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 邮政编码： 213000 项目负责人： xxx 电话： xxxxxxxxx 主管部门： 常州高新技术产业开发区科技局 申报日期： 2010年03月20日江苏省科学技术厅二一年 一、立项依据1、本项目国内外科技创新发展概况和最新发展趋势（）国内大功率led封装技术 国内大功率led的封装，早在上世纪九十年代就开始，一些有实力的后封装企业如佛山国星，当时就开始开发如“食人鱼”等大功率led产品，但封装企业投入研发的力度包括人力和财力还很不够，形成国内对封装技术的开发力量薄弱，其封装的技术水平与国外相比还有一部分差距，目前国内包括台湾地区大功率led封装水平发光效率在70lm/w90lm/w之间，主要存在色温一致性差、led cie空间分布不匀均、带黄圈现象、热阻太高无法提升电流密度等问题。（）国外大功率led封装技术大功率led是未来的核心部分，所以世界各大公司投入很大力量，对大功率封装技术进行研究开发，并均已将所得的新结构、新技术等申请各种专利。德国osram公司于2003年推出大功率led产品“golden dragon”，其结构特点是热沉与金属直接接触，具有很好散性能。目前osram最新一代产品为ostar系列。 美国led大厂cree于2008年10月发布大功率led最新产品xlamp系列其发光效率平均值在90lm/w，cree近期宣布,其白光led产品可以实现每瓦131流明的性能,该产品已经通过美国国家标准局(nist)的测试，其在向美国专利商标局(uspto)申请的20080272386号专利，内容是使用激光剥削或切削(laserablationorsawing)技术直接在碳化硅(sic)基板上刻出凹槽(trenches)，再利用旋转涂布法将半导体纳米晶体或荧光粉等荧光材料填入凹槽中，在凹槽间形成一个凸面桥，这个方法可以让白光led变得更小、更容易制造。 2、本项目研究的目的、意义（）研究目的目前国内包括台湾地区大功率led封装水平发光效率在70lm/w90lm/w之间，主要存在问题为led cie空间分布不匀均，带黄圈现象，热阻太高无法提升电流密度。通过本项目实施使大功率led的发光效率达到120lm/w以上，减少热阻提升大功率led电流密度，单颗led可承受电流达1000m a以上，发光效率超过韩国首尔半导体及台湾地区，达到美国cree、德国osram同一水平。（）研究意义项目完成后，大功率led发光效率超过韩国首尔半导体及台湾地区，达到美国cree、德国osram同一水平，促进我国led研发向高端技术发展，有力提升led行业及企业国际竞争力。3、本项目研究现有起点科技水平及已存在的知识产权情况目前已完成试验，并已申报“xxxxxxxx”发明专利1项；完成了xxxxxx的开发，为下一步开发xxxxxxxxx奠定了基础。 本项目将采用技术，代替原先在支架上加装环氧透镜工艺，提升整体出光效率，超越美国lumiledsr的luxeons产品；对支架中散热铜柱进行散热结构微孔化使相同体积下达到最大散热面积；采用荧光粉喷射打印技术使色温一致性控制在正负200之间，封装技术赶超国际先进水平。 项目经省科技查新表明：，国内未见文献报道(见附件:科技查新报告)。 4、本项目研究国内外竞争情况及产业化前景作为新一代照明技术，led具有节能、使用寿命长以及色彩丰富等特点，具有广阔的应用空间。很多国家都在加紧立法，鼓励使用节能型光源。欧盟、澳大利亚和美国分别将从2009、2010和2020年开始禁用白炽灯泡。国际主要照明厂商和第三方咨询机构都预测，至2010年大功率led将广泛应用于室内照明。以大功率led占普通照明市场10计，届时大功率led普通照明市场的潜在规模将达250亿美元。 strategiesunlimited预计，2008年全球大功率led封装的销售收入增长12，2012年全球大功率led销售收入将达到114亿美元，平均每年增长18。信号灯和显示器，包括液晶电视背光在内，将是最大的应用领域。strategiesunlimited预计，固态照明(ssl)将是推动led市场增长的主要动力，2012年其销售收入将增长到13.7亿美元，大尺寸背光到2010年将达27亿美元。 国内大功率led市场中，国产产品占有率不足1/5，主要竞争仍然来源于国际大公司如德国osram的ostar系列、日本nichia的ncsw136系列、美国philips lumileds的luxeon rebel系列、cree的xlamp系列、韩国首尔半导体p7系列。本项目完成后，大功率led封装在成本优势的情况下达到国际先进水平，产品性价比高，具有较强的市场竞争力。 二、研究内容1、具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题；（1）主要研究开发内容 大功率led封装由于结构和工艺复杂，直接影响到led的使用性能与寿命，主要涉及光、热、电、结构与工艺方面，这此因素彼此既相互独立，又相互影响，其中led封装的目的，热是关键，电、结构与工艺是手段，而性能是封装水平的具体体现，led封装设计与芯片设计同时进行，既芯片设计时就应考虑封装结构与工艺。 外延芯片设计与荧光粉涂布技术 普通封装工艺在涂布荧光粉时采用点胶工艺，其工艺段在芯片固晶与芯片焊线之后，采用点胶机将荧光粉与硅胶混合液点在大功率支架杯内部。采用此工艺有几个问题会产生：（1）由于点胶机胶量不稳形成胶量或多或少的情况，从而使大功率led产品色温分布很广，一批产品同一时间生产做成成品后色温从5000到10000色温都有可能；（2）荧光粉比重比硅胶要大，在生产过程中产生荧光粉沉淀现象进一步使其色温产生变化；（3）荧光粉与硅胶混合液受到支架杯口影响会产生黄圈现象，原因是芯片到荧光粉的距离不同；（4）影响发光效率，采用点胶方式荧光粉与硅胶混合液浓度没法做到很高，这样就要增加混合液胶量，混合液胶量越多发光效率越差。 本项目目前对外延芯片设计与荧光粉涂布已做了一定的研发，xxxxxx于2008年入股台湾前三大外延芯片制造商台湾璨圆光电，取得董事席位代替原奇美，目前正在配合进行荧光粉涂布前移至外延芯片端开发，采用喷射打印方式使在外延芯片上形成一层荧光粉薄膜。已完成初步研发试样工作。 全自动硅胶透镜工艺 目前国内包括美国philips lumileds的第一代产品luxeon系列产品在制作透镜时采用环氧树脂成形后盖在led支架上，并在内部填充硅胶。这样的工艺有几个缺点：（1）发光效率受影响，因环氧树脂折射率比硅胶低有部分光会产生反射内部的情况；（2）可靠性受影响，因环氧树脂在过回流焊时会产生环氧树脂变型情况，例如2008年3月ledinside报导，因发现使用的环氧树脂封装材料有问题，philips lumileds决定暂停其led产品luxeon的生产线，并回收有问题的luxeon led产品。 本项目将采用自动硅胶透镜工艺，不加环氧树脂透镜直接以压模的形式在大功率led支架上面形成一个全硅胶透镜。采用此工艺的优点在于：（1）提高发光效率，因没有环氧树脂透镜阻挡，由原硅胶加环氧树脂层二层变成全硅胶层防止挡光；（2）提升可靠性，无环氧树脂变形问题。此工艺重点需自主开发一台全自动硅胶透镜压模机，目前半自动硅胶压模机已开发完成。 改善散热封装工艺 对于现有的led光效水平而言，由于输入电能的80左右转变成为热量，且led芯片面积小，因此，芯片散热是led必须解决的关键问题。主要包括芯片布置、封装材料选择与工艺、热沉设计。 公司将与清华大学合作，在整体铜柱纤维化，相同体积下达到最达散热面积方面开展研究；采用共晶制程技术，使芯片与支架在氮气保护与氢气还原下进行高温共晶作业；各层内应力如何有效释放工艺研究，以解决芯片散热问题。 支架与铜柱整体注塑技术 现有大功率支架采用铜柱在注塑完成后进行嵌入，采用此工艺完成的产品在进行过无铅回流焊时铜柱会产生松动，而影响可靠性。项目将研究设计铜柱与支架整体注塑成型工艺，保证产品可靠性。 （2）本项目重点解决的关键技术问题有以下几个：1、 全硅胶透镜自动化封装设备研发 2、 光学出光设计 3、 高折射率封装材料开发 4、 在外延片芯片制程中加入荧光粉涂布 5、 打印喷射涂布 6、 研究渗透与反渗透荧光粉与硅胶混合体 7、 铜柱整体纤维化技术研究 8、 各材料膨胀率与工艺过程中产生内应力问题研究 2、项目的特色和创新之处； （1）荧光粉与芯片结合制程前移至外延芯片端； （2）全硅胶透镜自动化封装，提高出光效率，整体产品可过回流焊； （3）采用喷射打印荧光粉工艺，使其色温范围控制在正负200； （4）散热铜柱整体纤维化使相同体积下达到最大散热面积； （5）散热铜柱与支架整体注塑成型工艺； （6）采用高折射率材料进行封装。 3、要达到的主要技术、经济指标及社会、经济效益。（1）主要技术指标： 1、提高led发光效率 1.1全硅胶透镜自动化封装设备研发1.2光学出光设计1.3高折射率封装材料合作开发（xxxx大学合作）2、空间色度匀均性 2.1荧光粉涂布工艺方向：喷射涂布渗透与反渗透涂布3、改善散热技术 3.1采用共晶或高热导热性进行bonding（xxxx大学合作）3.2铜柱整体纤维化技术，在相同体积下提升铜柱散热面积4、半导体照明散热技术及其可靠性 各材料膨胀率与工艺过程中产生内应力问题。5、降低大功率led成本6、发光效率达到120lm/w以上（2）社会经济效益 项目开发成功后，技术将超过韩国首尔半导体及台湾地区，达到美国cree、德国osram世界先进水平，解决国内大功率led路灯照明开发的关键技术瓶颈，对促进我国led照明行业快速发展，提升国际竞争力与影响力有着重要作用。 三、研究试验方法、技术路线以及工艺流程1、研究试验方法： （1）芯片喷射打印荧光粉试验方法 外延片芯片在pn电极做完后进行预切割但不做全切，完成预切后进行分类测试，并标明芯片光强、电压、波长区域图。采用带ccd辩识功能喷射打印荧光粉混合液，喷射打印机具有区域区识别功能。在喷射打印过程中需绕开pn电极（否则在封装工艺时无法进行焊线作业），打印完成后进行一次反渗透膜操作提高荧光粉混合液中荧光粉的浓度。 （2）全自动透镜硅胶灌胶试验方法 目前还没有全自动透镜硅胶灌胶设备，需自主开发。目前对手动透镜硅胶已完成试验，方法如下：一个pmma封模模条做为透镜外壳，外壳二边各留二个小孔可以进行注胶做业，硅胶从一个孔流向第二个孔，当第二孔有胶溢出时，完成注胶作业。一个大功率led支架，注胶时pmma模条与大功率led支架用夹具合在一起进行注胶。注胶完成后进行烘烤作业，但考虑到模条与支架的膨胀问题需用夹具一起烘烤。采用全自动封模初步制定试验方法为模具为分二区，上区为冷却区（防止在抽胶过程中固化），下区为加热区（进行固化）。二个抽胶泵，一个片式挤压硅胶区，自动进支架平台。整体模具开发。 （3）光学设计 试验方法为采用光学模拟软件进行光学模拟，使结构合理化达到最大发光效率。 （4）散热铜柱纤维化试验方法 计划与清华大学合作研发大功率led散热铜柱纤维化技术，其基本试验方法为铜柱在高压下放催化剂进行催化，使相同体积下达到最大散热面积。 （5）外延片与芯片技术 单纯讲大功率led封装很难有较大突破性，只有封装与外延片芯片结合才有革命性突破，伟志集团总经理姚志图进入台湾璨圆董事会取的一席董事会席议，台湾璨圆对磊晶技术进行设计调整达到项目所需芯片。 2、技术路线与工艺流程 整体wafer荧光粉打印切割二次反转至蓝膜（静电消除）高温共晶（静电消除）电浆清洗焊线硅胶脱泡全自动硅胶成型（透镜部分） 冲模切脚（静电消除） -分光分色测试（静电消除）包装（防静电） 四、工作基础和条件1、承担单位概况，拥有知识产权状况有限公司成立于2005年，位于江苏省常州国家高新技术产业开发区，注册资本为美元，初期投资万美元。企业年产led 4.8亿只，主要为纯绿、蓝光、白光等高端贴片式led及大功率led产品，背光源年产12kk，产品不但畅销国内而且远销日本、美国、欧洲、东南亚等几十个国家和地区。公司目前共有员工350人，大专以上学历人员150人，其中硕士以上学历3人，高级工程师20人，工程师50人，建有江苏省led外商研发中心，管理和技术人员具有较强专业知识、生产经验和组织能力，优秀的人才队伍为公司完成本项目奠定了坚实的基础。 在内部建立了较为完善的质量体系，2006年通过了英国bsi9000和14000体系认证，严格按照体系要求经营管理。公司依靠先进的基础设施和高素质的人才队伍，不断为客户提供优质产品。2008年公司总资产12300万元，销售收入6100万元。 目前公司拥有14项专利，其中发明专利5项，本项目申请发明专利1项。 专利号：200610139865.1 专利号：200610125642 专利号：200610111042.4 专利号：200810145237.3 专利号：200810030137.6 2、本项目现有的研究工作基础本项目前期已投入研发经费xxxxxxxxx万元，完成了半自动全硅胶透镜封装工艺，荧光粉与芯片结合制程前移至外延芯片端初步研究，并引进了大功率led自动焊线asm iharwc设备。在荧光粉涂布方面申请了发明专利1项。 公司拥有1500平方米的洁净厂房，7条国际一流的smd led生产线，包括日本nec的固晶机、日本kaijo的焊线机、日本disco的切割机、日本nihon garter的测试、包装设备、长裕欣业的分光测试仪等制程设备和尚泽光电的光谱仪、先锋科技的s370、角度测试机、光学平台、冷热冲击试验机、恒温恒湿机等先进的检测设备。 3、项目负责人以往承担国家、省级等各类科技计划项目完成情况项目负责人：，男，董事长。美国newport university mba，担任香港经贸商会副会长、香港内坑镇联乡总会常务副会长、广东省博罗县政协委员、广东省工商联晋江商会副会长、深圳市宝安区企业联合会常务副会长、晋江市内坑镇归国华侨联合会顾问。多年从事led技术开发及企业管理，获得了14项国家专利：“双面发光背光源”“平面上置光源”“底侧面用高效led白灯”“色变换型亚白色led背光源”“扩散型led照明光源”“带散热功能的led”“手拉充电式电筒”“新型医用观片灯”。 技术负责人：，男，硕士，毕业于台湾交通大学应用化学所，先后就职于台湾科技、连硕科技、香港应用科技研究院等公司，担任总经理职务，现任xxxxxxxxx有限公司技术总监。多年从事电子照明技术的研发和管理工作，曾在香港应用科技研究院担任led组件制程部门经理，有着丰富的理论和实践经验，并拥有多项专利技术： 1、high efficiency leds and method to make the same,2nd inventor,us patent/pending,appl.no.11/516.632 2、enhanced-side optical field leds and method to make the same,1stinventor,us patent/pending ,appl.no.11/516.564 3、high efficiency leds with enhanced thermal dissipation and method to make the same,1stinventor,uspatent/pending,appl.no.11/518.912 4、项目实施具备的人才队伍、经费配套投入能力及科技服务管理能力；本企业属于技术知识密集型企业，有一支业务素质较高的研究开发、工程设计和试验的专业科技队伍。公司拥有省led外商研发中心，汇集了大陆、台、港三地的光电人才，科技人员占到职工总数的23，直接从事高新技术产品开发人员为80人。公司注重提升企业创新能力，08年投入研发与试验经费350万元，占公司全年销售的5.8，全部用于技术研究开发。公司在注重新品开发的同时不断提升管理水平，建立严格的质量管理体系，使生产经营管理步入规范化轨道。 5、本项目实施可能对环境的影响及预防治理方案。本项目为节能环保产品，不会对环境造成影响。 五、项目研究预期成果及效益项目完成后，120lm/w大功率led封装技术达到国际先进水平，授权实用新型专利1项，申请发明专利2项并获受理，自主研发全自动封硅胶透镜设备1台，形成芯片与荧