圖①：晶能光電芯片車間員工在操作設備進行長膜工藝流程。
本報記者 朱 磊攝
圖②：晶能光電封裝車間機臺在測試車用LED燈珠。
資料圖片
綠野汽車照明注塑車間在趕制汽車燈具的外形殼體。
本報記者 朱 磊攝
從實現(xiàn)原創(chuàng)技術(shù)突破，到延伸產(chǎn)業(yè)鏈、擴大產(chǎn)業(yè)集群，20多年來，中國在研發(fā)應用硅襯底LED藍光技術(shù)上蹚出了一條自己的路。目前，硅襯底LED技術(shù)路線已經(jīng)成為世界三大LED技術(shù)路線之一。
黨的二十大報告提出，提高科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化水平。原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)如何實現(xiàn)？新技術(shù)如何打通從科研到應用的“最后一公里”？記者近日深入調(diào)研硅襯底LED藍光技術(shù)的研發(fā)團隊及全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況，剖析這項原創(chuàng)技術(shù)從研發(fā)到大規(guī)模應用的歷程。
——編 者
杭州第十九屆亞運會上，蓮花造型的奧體中心體育場、富陽水上運動中心等多個運動場館，流光溢彩，引人贊嘆。觀眾可能并不知道，這些點亮夜晚的光源，有不少來源于我國突破的硅襯底LED芯片技術(shù)，而這項技術(shù)的起點，則在江西南昌。
全球約每3部智能手機，便有1部運用了硅襯底技術(shù)LED手機閃光燈；全球每3個手電筒，就有1個用的是硅襯底LED技術(shù)；不少城市的道路照明設施和隧道燈都已大量采用硅襯底LED芯片，產(chǎn)自南昌的LED隧道燈已經(jīng)做到同類產(chǎn)品全國出貨量排名靠前……隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，硅襯底LED技術(shù)已經(jīng)成為世界三大LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線之一。
一系列成績的背后，是一項新技術(shù)不斷革新和產(chǎn)業(yè)化的歷程。
突破一項技術(shù)
4000多次試錯，終于探索出全球第三條藍光LED技術(shù)路線
2004年，南昌大學江風益教授帶領(lǐng)的團隊研發(fā)硅襯底LED藍光技術(shù)取得突破，引來世界矚目，由此形成了藍寶石、碳化硅、硅襯底半導體照明技術(shù)方案三足鼎立的局面。
LED是發(fā)光二極管的簡稱，是第三代半導體發(fā)光光源，作為一種節(jié)能環(huán)保的冷光源，是電子信息產(chǎn)業(yè)基礎性元器件，市場應用廣泛。“當時，我們瞄準了在硅襯底上生長氮化鎵基材料這一冷門技術(shù)方向。”江風益坦言，“這是一條幾乎被外國同行放棄的技術(shù)路線。”
為什么會被放棄？原來，在LED的制備上，上游材料生長是決定LED顏色、亮度、壽命等性能指標的主要因素，也是公認的半導體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。制備LED芯片要先在襯底上長出氮化鎵發(fā)光薄膜，而硅和氮化鎵材料存在嚴重的熱失配和晶格失配，各國研發(fā)人員多年鉆研，始終沒有找到攻克關(guān)鍵技術(shù)難點的理想方法。
當時，藍光LED芯片制備已有藍寶石和碳化硅襯底兩條技術(shù)路線實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但兩項技術(shù)的主導權(quán)都掌握在國外同行手里。
2003年11月27日，江風益將行軍床搬進南昌大學幾間小小的實驗室，和團隊開始了艱難的攻關(guān)探索。當年12月28日，硅襯底藍光LED實驗材料發(fā)出的一絲微光，讓大家欣喜不已。“盡管還不夠亮，但已經(jīng)是巨大的突破，這螢火蟲般的微光，恰恰是希望之光。”說起那時的情景，江風益依舊難掩激動。
2004年，經(jīng)過4000多次的試錯，江風益團隊在國際上率先攻克了硅襯底上生長氮化鎵基LED材料的難題。“這將是一條嶄新的賽道，由我們主導的賽道！”當時一直在配合江風益工作的王敏，敏銳地察覺到這項技術(shù)可能給行業(yè)帶來的變革。
此后，王敏與江風益聯(lián)合創(chuàng)立晶能光電（江西）有限公司，推動硅襯底LED藍光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。在南昌大學400多平方米的實驗室里，一個“實驗室+企業(yè)”的新形態(tài)正式運轉(zhuǎn)起來。“那個時候，實驗室?guī)缀跏侨旌蜻\轉(zhuǎn)，被大家稱為‘不熄燈的工作室’。”王敏說，“實驗室的產(chǎn)品數(shù)據(jù)顯示，新產(chǎn)品光效高且抗大電流能力強，這給了我們很大的信心。”
造出一條生產(chǎn)線
從實驗品到產(chǎn)品的路，用了幾年才走完
2012年，晶能硅襯底大功率LED芯片量產(chǎn)，被國際半導體照明聯(lián)盟（ISA）評為“全球半導體照明2012年度新聞事件”。2004年技術(shù)實現(xiàn)突破，2006年晶能光電成立并開始推進產(chǎn)業(yè)化，為什么2012年才實現(xiàn)量產(chǎn)？
如果說，江風益團隊攻克硅襯底藍光LED技術(shù)實現(xiàn)了“從0到1”的突破，那么晶能光電的成立則是立志于“從1到10”的跨越，意味著成果要從實驗室走出來，迎接大規(guī)模的量產(chǎn)。這個過程中出現(xiàn)的困難是當初每個人都沒有想到的。
2006年，拿到風投資金的王敏信心滿滿，決心干出一番事業(yè)。廠房拔地而起，設備迎接調(diào)試，一張張嶄新的面孔被吸納進公司。2007年10月27日，晶能光電正式入駐南昌國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)。
2008年5月，第一批產(chǎn)品正式下線。大家滿懷期待，可良品率卻起伏不定，離量產(chǎn)期望差距不小。經(jīng)過團隊夜以繼日地分析、調(diào)整，良品率逐步穩(wěn)定并不斷提升。
江風益坦言，硅襯底LED芯片技術(shù)容錯率不高，哪怕是一點點溫度的變化都會對產(chǎn)品有影響。實驗室設計的產(chǎn)品“走進”廠房，難免會出現(xiàn)一些紕漏和瑕疵，而每個微小的紕漏和瑕疵，最終就會疊加成一個嚴重問題。
解決問題的關(guān)鍵，仍然是技術(shù)攻關(guān)。企業(yè)一面不斷招收技術(shù)人員，一面推動研發(fā)骨干走進生產(chǎn)線，成為一線工程師，帶著工人們一同攻關(guān)。在這樣的背景下，從成都電子科技大學微電子專業(yè)畢業(yè)的黃濤等人，走進了晶能光電，成為助理工程師。
“一進公司，我們就被分到生產(chǎn)線上。當時技術(shù)部門列出了十大難題，包括發(fā)光材料起翹、硅芯片掉電極等，因為沒有文本參考、沒有成熟技術(shù)可借鑒，面對40多個生產(chǎn)工序，我們既當技術(shù)員，又當操作員，決心一定要啃下硬骨頭。”黃濤回憶。
在許多人的不懈努力下，2009年，數(shù)碼顯示用小功率LED芯片量產(chǎn)，并達到了較高的良品率。又經(jīng)過3年的苦心磨礪，2012年，晶能光電一舉突破了硅襯底大功率LED芯片量產(chǎn)的瓶頸，產(chǎn)品良品率超過60%，超出預期20多個百分點。“那一天，是2012年12月30日。”王敏記憶猶新。
延伸一條產(chǎn)業(yè)鏈
從芯片到封裝，補鏈延鏈成效顯現(xiàn)
走進晶能光電的產(chǎn)品展示區(qū)域，大到覆蓋整面墻壁的LED高清屏幕、大型路燈，小到手機閃光燈、小型美甲機，近百種產(chǎn)品依次擺放。如今的晶能光電，已經(jīng)是為全球客戶提供全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合制程（IDM）的半導體光電器件商家。
讓人想不到的是，推動產(chǎn)業(yè)鏈補鏈延鏈，其實是晶能光電被迫的選擇。
企業(yè)當初的設想是，有了先進的產(chǎn)品，自然會有中下游廠商跟進開發(fā)。然而，2012年硅襯底大功率LED芯片上市之初，并不被市場看好。不少下游照明應用企業(yè)，已經(jīng)習慣使用成熟的藍寶石襯底LED芯片，而且認為硅襯底LED芯片由晶能光電獨家供應，擔心影響自己的供應鏈安全。
于是，王敏決定自己做封裝，走垂直整合之路。就這樣，一條陶瓷封裝線于2014年正式上馬，批量生產(chǎn)晶能光電自己的“燈泡”。為了打入市場，王敏帶著銷售人員進駐被譽為“手電筒之鄉(xiāng)”的浙江寧波西店鎮(zhèn)，挨個拜訪客戶，并和客戶合作，制作了一個超大手電筒。“手電筒發(fā)出的光可以照到兩公里外，吸引了不少客戶。”王敏回憶。
自此，晶能光電的封裝產(chǎn)品以更高的性價比，一路高歌猛進，最終占據(jù)了全球30%左右的移動照明市場。如今，晶能光電中游封裝的子公司晶能半導體有限公司，月產(chǎn)能可達1億顆。
除了封裝線，晶能光電還不斷拓展產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，在政府的大力支持下，引進金沙江聯(lián)合資本等知名風投基金到南昌設立子基金，相繼孵化出晶和照明、晶弘新材料，并引進易美芯光、凱迅光電等企業(yè)，推動硅襯底LED產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈做大做強。
2012年，中國節(jié)能環(huán)保集團成立中節(jié)能江西公司，并投資晶和科技（原晶和照明）。“這次合作讓更多用戶體驗到硅襯底大功率LED的優(yōu)勢，幫我們更快打開了各級市場。”中節(jié)能晶和科技總裁陳昕說。
“只用了短短幾年，我們累計投運的合同能源管理項目就達到50多個，助力30多個城市完成了大規(guī)模照明節(jié)能改造與智慧升級。”中節(jié)能晶和科技副總經(jīng)理陳耀庭說。
形成一個產(chǎn)業(yè)集群
持續(xù)放大硅襯底技術(shù)應用優(yōu)勢，南昌打造產(chǎn)業(yè)矩陣
“我們現(xiàn)在不愁訂單，而是發(fā)愁產(chǎn)量跟不上，不敢多接訂單。”位于南昌青山湖區(qū)的綠野汽車照明有限公司總經(jīng)理涂鴻斌介紹，得益于南昌本地的車規(guī)級LED產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，近幾年公司產(chǎn)值持續(xù)大幅增長。如今，公司已經(jīng)在考察二期廠房位置。
從2014年到2017年，洪城資本基金成立并投資包括硅襯底LED項目在內(nèi)的高科技項目。其中與多家投資公司一起孵化的綠野汽車照明，便是一家硅襯底LED車燈廠家。
硅襯底LED車燈作為一款新技術(shù)產(chǎn)品，相較傳統(tǒng)鹵素燈泡壽命更長、亮度更高、能耗更低、光束更集中。但是面對新產(chǎn)品，一些傳統(tǒng)車企卻不敢輕易嘗試。
“很多時候，技術(shù)風口并不等于產(chǎn)業(yè)風口。不過我們很幸運，在趕上技術(shù)風口的同時，也趕上了產(chǎn)業(yè)風口。”涂鴻斌介紹，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的興起讓硅襯底LED車燈有了華麗的舞臺。
基于硅襯底LED技術(shù)，南昌在LED行業(yè)全球賽道中闖出了一條自主創(chuàng)新之路。如今，硅襯底LED技術(shù)還在不斷誕生黃光、紅光等世界級創(chuàng)新成果，在這項技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動和政府LED發(fā)展政策的推動下，南昌已經(jīng)建成LED全產(chǎn)業(yè)鏈，成為國內(nèi)最大的大功率LED光源生產(chǎn)基地。
2019年，規(guī)模10億元的光谷基金成立，致力于放大硅襯底LED技術(shù)的應用優(yōu)勢。同時，兆馳股份、乾照光電、鴻利智匯等一批國內(nèi)LED龍頭企業(yè)被吸引而來，2022年，南昌LED產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)營收212億元。
根據(jù)南昌市人民政府2023年10月印發(fā)的《關(guān)于進一步推動電子信息產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的實施意見（修訂版）》，南昌將深耕LED芯片制造和封裝，打造以硅襯底LED為特色、以藍寶石襯底LED為基礎的“南昌光谷”。高新區(qū)重點打造硅襯底LED全產(chǎn)業(yè)鏈集群，經(jīng)開區(qū)重點發(fā)展基礎材料、芯片封裝和終端應用環(huán)節(jié)，其他區(qū)縣重點發(fā)展配套缺鏈環(huán)節(jié)，力爭2026年全市LED產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到500億元。
《 人民日報 》（ 2024年01月15日 第 08 版）
