发光二极管LED蓝宝石衬底加工制造工业企业项目可行性实施计划书

发光二极管LED蓝宝石衬底的加工制造工业企业项目可行性研究报告目录第一章 项目总论41.1 可行性研究结论综述41.2 主要经济技术指标41.3 项目背景信息51.4 项目建设进度及运营阶段安排61.5 问题及建议6第二章 项目背景和发展概况62.1 项目提出的背景62.2 行业发展概况72.3 投资的必要性11第三章 行业和市场分析与建设规模113.1 行业分析113.1.1 LED产业链技术特点与壁垒123.1.2 LED专利分析133.1.3 全球LED行业格局143.1.4 LED产业链价值分配163.1.5 LED行业议价能力193.1.6 蓝宝石衬底行业分析193.2 市场分析213.2.1 LED衬底产品对比分析223.2.2 产品现有生产能力调查273.2.3 产品产量及销售量调查303.2.4 替代产品调查303.2.5 客户需求分析313.3 市场预测323.3.1市场需求分析323.3.2 产品价格预测383.4 营销策略及方法393.4.1 产品市场推广方案393.4.2 销售模式393.4.3 分销渠道393.4.4 销售网点建设及销售队伍建设403.4.5 价格策略及服务403.4.6 销售费用预测403.5 产品方案和建设规模403.5.1 产品方案403.5.2 建设规模413.6 产品销售收入预测41第四章 建设条件和厂址选择414.1 资源和原材料414.1.1 资源评述414.1.2 原材料及主要辅助材料的供给424.2 建设地区的选择424.3 厂址选择43第五章 工厂技术工艺方案445.1 项目组成445.2 生产技术方案445.2.1 产品标准445.2.2 生产方法455.2.3 技术参数和工艺流程515.2.4 主要工艺设备选择535.2.5 主要生产车间布置方案555.3 总平面布置和运输555.3.1 总平面布置原则555.3.2 厂外运输方案565.3.3 仓储方案565.3.4 占地面积及分析565.4 土建工程575.4.1 主要建筑构筑物的建筑特征与结构设计575.4.2 特殊基础工程设计575.5其他工程575.5.1 给排水工程575.5.2 动力及公用工程57第六章 环境保护与职业安全576.1项目主要污染源和污染物586.1.1 主要污染源586.1.2 主要污染物586.3 治理环境的方案59第七章 企业组织和劳动定员597.1 企业组织597.1.1 企业组织形式597.1.2 企业作业制度607.2 劳动定员和人员培训607.2.1 劳动定员607.2.2 年工资总额和员工年平均工资估算607.2.3 人员培训及费用估算61第八章 项目实施进度安排618.1 项目实施管理机构618.2 项目实施进度表61第九章 投资估算与资金筹措629.1 项目总投资估算629.1.1 固定资产投资总额639.1.2 流动资金估算649.2 资金筹措659.2.1 资金来源659.2.2 项目筹资方案659.3 投资使用计划669.3.1 投资使用计划669.3.2 借款偿还计划66第十章 财务与敏感性分析6610.1 生产成本和销售收入估算6610.1.1 生产总成本估算6610.1.2 单位成本估算6910.1.3 销售收入估算7010.2 财务评价7110.3 不确定性分析7210.3.1 盈亏平衡分析7210.3.2 敏感性分析7210.3.3风险分析73第十一章 可行性研究结论与建议7411.1 对推荐的拟建方案的结论性意见7411.2 就主要对比方案的说明7411.3 本可行性研究尚未解决的主要问题的解决办法和建议74第一章 项目总论1.1 可行性研究结论综述随着20XX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行业前景不可估量。下游应用市场背光源市场：LED电视、LED电脑显示屏等的放量使得上游产品供不应求,蓝宝石衬底一路上涨,价格由20XX的7美元上升到目前的32美元。市场预计未来4年蓝宝石衬底价格不会滑落甚至仍会小幅上升,且蓝宝石衬底未来10年不会被碳化硅衬底取代,因此,此时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,时机都甚是恰当。本项目规划产能为年产100万片蓝宝石衬底,计划投资XXX万元,其中：机器设备投资XXX万元,房屋建筑工程投资XXX万元,不可预见费XXX万元,建设期利息XXX万元,土地权及税费XXX万元,技术转让费XXX万元,流动资金XXX万元。项目选址于XXX经济开发区。劳动定员XXX人三班制。项目计划20XX1月启动,20XX12月底开始量产。经过财务测算,项目各类盈利指标都比集团现有业务的财务指标要好见1.2,而且,这是用一般所得税率25%计算得来的。该项目属于政府支持的高科技项目,很有可能取得15%的税率优惠。项目达产后第一年就可以取得约3000万的净利润,在项目周期15年,共取得XXX万元净利润,年均净利润XXX万元。结论：本项目盈利前景比较乐观,可行性非常好,值得投资。1.2 主要经济技术指标投资规模 万元XXX投资期数一期期间投资额比例100%其中固定资产投资XXX其中流动资产投资 XXX资本来源自有XXX万元 借贷XXX万元借贷比例28.2%设计产能万片/年100全年生产量万片/年100项目总定员人XXX全员劳动生产率万元/年XXX项目占地面积20000项目建筑面积XXX年均销售收入16056年均产值16056年均总成本费用XXX平均毛利率67.51%年均净资产收益率57.30%年均单位成本费用XXX年平均投资收益率41.17%静态投资回收期3.15年均利润率45.56%财务部收益率49.33%动态投资回收期3.47借款偿还期年3基准折现率10%项目建设周期年1项目设计运营寿命年151.3 项目背景信息项目名称发光二极管用蓝宝石衬底的加工制造项目承办单位XXX项目组项目发起人和项目来源自发项目拟建地区、地点XXX可行性研究承担单位/主要负责人XXX可行性研究工作依据：1、国家半导体照明工程,20XX；2、国家中长期科学和技术发展规划纲要20062020,20XX；3、市LED产业发展规划4、集团研发与投资管理部对LED行业的调研结果。技术方案优选原则：1、 商业化应用成熟的技术；2、 未来10年不会被替代的技术和产品；3、 适度超前的产品技术安排。厂址选择原则及成果：选址原则：1贴近目标市场或距目标市场交通交流便捷；2综合运营成本较小；3能产生产业群效应。选址结果：XXX经济开发区环境影响报告编制情况：本项目不产能废气、废固；产生少量废水,可用中和或稀释方法处理后排放。环境影响报告暂未编制,将视必要性再启动环评程序。项目建设的必要性、重要性和理由：1、该项目符合集团发展节能产业的战略；2、该项目属于国家鼓励发展的项目；3、该项目属于LED行业的最上游,项目的成功实施可以解决LED行业发展的瓶颈,提升国LED行业的技术水平和国际地位。1.4 项目建设进度及运营阶段安排项目开始建设到建成投产约需12个月。产能建设按照以下顺序依次进行：先建长晶体产能,再依次建切片、研磨抛光、和图形刻蚀产能。项目建成后,以独立法人资格运营,有相对独立的董事会和管理层。运营也可按阶段进行,长晶产能建成后,可以先销售晶棒,待切片产能具备后,可销售切割片,依次递延。这样可以有效地缩短项目建设周期,同时使资本收益最大化。1.5 问题及建议本项目的难点在于生产加工工艺技术,从长晶、切片到抛光都有技术诀窍,据业资深人士讲,有了长晶炉不见得能长出合格的晶体,做了七八年的晶体生长,才出了两个掌握诀窍的操机手；做了三年,才真正掌握了切片技术。所以,为了把本项目建设运营得又好又快,就有必要高薪从业界挖几个熟手。操作工的培训和海选也很重要,而且要和项目建设同步进行。第二章 项目背景和发展概况2.1 项目提出的背景国家或行业发展规划1、国家半导体照明工程,20XX；2、国家中长期科学和技术发展规划纲要20062020,20XX3、中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯行动计划,2008 4、高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法,20085、科技部十城万盏LED路灯示计划,2009集团发展战略及投资政策符合集团XXX的公司战略与集团现有业务的关联性及协同效应蓝宝石长晶技术与集团现有业务生产技术有相似之处；与现有业务关联性非常小,但LED应用产品未来可能与集团XXX产品产生较大关联,太阳能电池+储能装置+LED可能会是一个蓝海产品项目发起人和发起缘由及投资意向蓝宝石衬底目前供应短缺,随着固体照明技术和产品推广和广泛应用,蓝宝石衬底需求量将会进一步放大,业人士估计,在未来10年,它都是一个热销和肥利产品。集团管理层发起此项目,并有意愿投资。2.2 行业发展概况图表1 LED与其他光源的总成本对比资料来源：日信证券研发部监管。因为LED有着显著的节能效应,所以世界各国都在通过实施各种政策来大力推广LED的使用。目前的主要政策是白炽灯禁用政策。见图表2图表2 全球各国禁用白炽灯情况区域容美国从20XX1月到20XX1月间,美国要逐步淘汰40W、60W、75W和100W的白炽灯泡,以节能灯泡取代替换欧盟欧盟于20XX9月起禁止销售100W传统灯泡,20XX起禁用所有瓦数的传统灯泡加拿大加拿大定于20XX开始禁止销售白炽灯澳大利亚澳大利亚20XX停止生产、最晚在20XX逐步禁止使用传统的白炽灯日本到20XX止,停止制造销售高能耗白炽灯,全面禁用白炽灯国国20XX底前禁用白炽灯中国国家发改委20XX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、加快推广节能灯行动计划资料来源：XXX部整理发展历程。LED照明技术的发展路径可以从两个维度来拆解：1、色彩丰富,从60年代的红色,到70年代的黄、绿色,直至90年代以来的蓝、白色；2、发光效率提升,从60年代0.1 lm/w,到80年代的10 lm/w,直至当前的100以上lm/w。LED的应用围随着其色彩丰富、发光效率提升,逐步从60年代的指示灯市场,发展到90年代的手机背光源市场,直至当前的显示屏、中型尺寸LCD背光源等市场,未来还可能向大尺寸背光源、通用照明、车头灯等市场渗透,市场容量可能从几百亿美元,跃升为上千亿美元,前景看好。图表3 LED分类及应用按波长分资料来源：中国半导体照明网产业链。LED产业链大致分为制造和应用两个环节。制造环节又可细分为：上游的单晶片衬底蓝宝石衬底、碳化硅衬底等制作；中游的外延晶片生长、芯片、电极制作、切割和测试分选；下游的产品封装。应用领域又可大致分为三部分：照明应用、显示屏、背光源应用。应用。LED 的应用围主要由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,则应用越发广泛。LED 芯片按发光强度分为普通亮度LED、高亮度LED 和超高亮度LED,发光强度100mcd 通用照明 各种民用及工业用照明替代现有白炽 灯和荧光灯 注：1发光强度mcd,光通量的空间密度,即单位立体角的光通量；2光通量lm,单位时间里通过某一面积的光能。20XX背光源应用市场的突然爆发引发了LED行业的快速发展,市场预计未来4年LED的市场发展仍将以背光源应用市场为主,远期发展则要依赖照明市场的启动。见图表5、6。图表5 2008、20XX全球LED 应用结构对比数据来源：Strategies Unlimited图表6 全球LED应用趋势数量资料来源：工研院衬底。商业化大量应用的单晶片衬底有蓝宝石晶片、碳化硅晶片和砷化镓衬底等。砷化镓在生长磷化镓等外延材料后可以用来生产红光LED,蓝宝石晶片和碳化硅晶片在生产氮化镓外延材料后可以用来生产蓝光LED。背光源市场使用蓝光LED,照明市场白光LED使用红绿蓝融合LED或涂有荧光粉的蓝光LED。因为碳化硅衬底比蓝宝石衬底价格高出15倍以上,这制约了其发展,所以蓝宝石晶片成为应用最广的衬底。这还不是故事的全部,碳化硅单晶片是一种战略性材料,其功能是蓝宝石衬底无法胜任的,某些军事或高端应用,非碳化硅不可。下游背光源应用市场的爆发使得上游单晶片衬底出现短缺,蓝宝石衬底价格一路看涨,从20XX初的6-7美元涨至目前的30美元均指直径为2英寸的薄片。市场预计2010-20XX衬底短缺的情况仍将持续,衬底价格仍将在高位缓慢上行。长期来看,LED的价格会逐渐下降,衬底的价格也随着相应下降,但LED价格的下降将会启动天量照明市场的发展,这又反过来促进衬底的广泛使用,所以,LED衬底市场前景非常远大。2.3 投资的必要性项目综合利润情况年净利润7315万元,平均毛利率67.51%项目对提高公司综合竞争力的贡献提高集团的高科技形象,提升集团品牌价值；丰富集团的节能产品和优化集团产品结构项目对现有业务的协同效应与集团现有业务关联性较小,但未来该项目下游产品LED+太阳能电池+储能装置,可能会结合形成蓝海产品扩大产能,提高市场占有率该项目可以增加蓝宝石衬底的供给,一定程度缓解LED行业的需求和瓶颈采用新技术、新工艺、节约资能源、减少环境污染,提高劳动生产率情况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4英寸产品技术为主,走高质量路线,提升劳动生产率及产能利用率。取代进口或出口国际市场起先主要提供给国市场,待工艺完全稳定成熟和扩产后将销往国外市场社会价值纳税、就业、环保、科技进步等为社会提供节能产品的上游部件；壮大和提升国LED产业的力量和水平；提供XXX个就业岗位；每年产生XXX万元利税第三章 行业和市场分析与建设规模3.1 行业分析行业规模LED行业20XX产值约625亿元；蓝宝石衬底行业预计20XX产值达到25亿行业复合平均增长率LED行业2010-20XX约17%；蓝宝石衬底行业2010-20XX约60%行业结构LED上游衬底市场集中度非常高,全球前三大公司市场份额为70%；LED中游外延片和芯片市场集中度也较高,全球前五大厂商市场份额为56%；LED下游封装和应用领域市场集中度非常分散行业发展趋势随着LED行业技术的成熟,LED应用产品会越来越便宜,在照明上有全面取代白炽灯、日光灯和荧光灯的趋势；在显示器背光源上,已开始大面积取代原有传统光源行业机会从产品周期来看,LED产品和衬底产品都处于成长期中,该成长期有望持续几十年,行业发展前景远大,尽早进入可以享受到行业加速期的高额利润,并为未来在行业中的地位奠定基础3.1.1 LED产业链技术特点与壁垒概述LED产业链较长,从上游衬底材料、外延生长和芯片制备,到中游的芯片封装,各个产业链环节都有比较成熟的技术路线但就整个产业发展的技术点来说,从发光理论、材料体系、器件结构到应用围都有可能找到新的方法,甚至是全新的技术路线制造环节概述LED的制造流程包括上游的单晶片衬底制作、外延晶片生长；中游的芯片、电极制作、切割和测试分选；下游的产品封装第一步晶片：单晶棒单晶片衬底在衬底上生长外延层外延片成品：单晶片、外延片第二步金属蒸镀光罩蚀刻热处理正负电极制作切割测试分选成品：芯片第三步封装：芯片粘贴焊接引线树脂封装剪脚成品：LED灯泡和组件产业链环节行业壁垒领先企业特点衬底制作原材料的纯度一般都要在6N以上日亚、Cree蓝宝石衬底生产工艺比较成熟MOCVD设备生产商技术壁垒极高德国AIXTRON、美国VEECO、日本大阳日酸LED外延片主要生产技术为MOCVD外延片、芯片关键在于技术和资本日亚、Cree、Lumileds、Osram、丰田合成、晶电进入壁垒高,技术制胜,不确定性大,投资规模大封装组件关键在于资本实力和管理的精细化国星、三安、路明、联创有一定的技术含量,投资规模较大,企业领跑,地企业跟随应用关键企业的经营、管理综合能力、质量、成本、品牌和渠道华刚光电、勤上光电、国星、鸿力应用产品多样化,投资比较小,国企业较多,整合不断,传统巨头跟进行业特征环节技术难度生产特点垄断程度进入门槛衬底材料极高技术专利寡头垄断极高MOCVD设备制造极高技术专利寡头垄断极高外延片生长偏高高技术、高资本集中度较高偏高芯片制造偏高高技术、高资本集中度较高偏高组件封装小功率芯片低劳动密集集中度很低低模块应用很低劳动密集集中度很低很低3.1.2 LED专利分析图表7 LED主要专利厂商及授权情况专利厂商专利拥有情况Nichia日亚化学全球专利。与Toyoda、CREE、Lumileds交叉授权,在日本有93项外观专利和58项设计专利,在美国有30项专利,中国有32项专利,有2项专利。授权鸿海集团、斯坦利电气、西铁城,与光磊合作,光磊代工日亚芯片CREE科锐有全球专利。并与日亚和TG交叉授权,授权红绿蓝sunlight使用芯片Lumileds与日亚交叉授权Osram欧司朗与日亚交叉授权Toyoda丰田合成与日亚交叉授权。授权于日亚化学、欧司朗、飞利浦、昭和电工Bridgelux有全球专利,已授权红绿蓝sunlight使用芯片资料来源：根据互联网资料整理图表8 全球LED制造商之间的专利关系资料来源：工研院图表9 我国与外国专利申请差距比较分支领域名称衬底技术外延技术芯片结构封装/荧光材料封装技术应用技术我国申请量比例7.86%1.3%0.6%3%/16%1%7%日本申请量比例76.2%82.2%64.2l%83%/5l%81%43%美国申请量比例8.33%9.2%19.43%5%/11%8%14%德国申请量比例2.38%2.1%7.28%3%/7%4%14%中国地区申请量比例1.43%1.8%2.48%3%/8%2%2.15%专利申请差距年数6-1911-175-1520/107-241l-17我国申请中发明专利的比例68%91.9%100%100% 28.1%10%我国的申请人类型36%/64%2.7%/97.3%0/100%9%/91% 19%/81%49%/51%65%/35%数据来源：市科技信息研究院、市知识产权发展研究中心半导体照明LED封装及照明应用产业专利战略分析报告申请数量能够从一定程度上说明我国目前LED技术领域的知识产权保护状况和技术发展情况。从上表可以看出,我国的申请数量与半导体照明技术强国的差距非常巨大,在外延技术、芯片结构、封底技术领域的申请数量也低于美国、德国以及后起之秀地区的申请数量,照明应用领域的申请量仅高于地区的申请量。3.1.3 全球LED行业格局图表10 全球LED产值区域分布格局20XX资料来源：XXX部资料整理图表11 大陆LED产值区域分布格局20XX资料来源：XXX部资料整理从全球看,LED的主导厂商是日本的日亚化学Nichia和丰田合成Toyoda Gosei、美国的Cree以及欧洲的Philips Lumileds和欧司朗Osram五大厂商。他们无一例外都在上中游拥有强大技术实力和产能。 从收入看,目前日本是全球最大的LED生产地,20XX约占一半的市场份额,20XX其市场份额下滑至37%,主要厂商为日亚公司和丰田合成公司。其中日亚公司为全球最大的LED生产商,专长生产荧光粉和各种颜色的LED,年销售收入超过10亿美元,以生产高亮度白光LED和大功率LED著称。丰田合成从1986年开始LED 的研究和开发,1991年成功开发出世界第一个氮化镓的蓝光LED,扫除了实现白光LED的最后障碍。在全球市场份额中排名第二,市场份额20XX提升至24%。其LED技术含量与日本、欧美的主要企业相比还存在一定距离。地区LED产业是典型的下游切入模式,即通过二十多年下游封装领域的经验积累,逐步延伸拓展到上游/中游的衬底/外延片/芯片领域。欧美也是LED 的传统强势区域,其主要厂商是Cree和Philips Lumileds。美国Cree虽然是新兴照明企业,但以其技术先进性成为LED照明产业的先锋代表。20XX3月,Cree完成对元老级厂LED Lighting Fixture Inc公司的收购,使其在产品丰富性及技术先进性上得到进一步加强。20XX上半年Cree销售收入超过8.7亿美元,比20XX5.7亿美元的总收入还高出3亿美元。Philips Lumileds Lighting目前是飞利浦的全资子公司,总部设在加州圣何塞,是世界领先的高功率LED的制造商,同时也是为日常用途,包括汽车照明、照相机闪光灯、LCD显示器和电视、便携照明、投影和普通照明等领域,开发半导体照明解决方案的开创者。我国大陆地区LED起步较晚,也是从下游封装做起,逐步进入中游外延片/芯片和上游衬底生产。特别是在20XX开始加大了对高亮度四元芯片和GaN芯片的投资。随着三安、路美等一批高亮度芯片生产企业的产能释放,国高亮度芯片产量出现井喷式增长。2003-20XX芯片产量年增长率超过100%。据LED产业研究机构LEDinside统计,至20XX8月,中国大陆现存LED芯片生产企业达62个,而1998年只有3个。、企业数量明显领先于其他地区,有10个占16.1%,有8个占12.9%。7个国家半导体照明产业化基地所在的省/直辖市,LED芯片企业数量都在4个或以上。7个国个半导体照明产业化基地所在的省/直辖市、LED芯片企业合计41个,约占LED芯片企业总数的2/3。10个LED芯片企业主要分布在、江门四个城市,分别是世纪晶源、方大国科、奥德伦、鼎友、福地、洲磊、高辉、普光、晶科、江门鹤山银雨灯饰真明丽。8个LED芯片企业主要分布在、三个城市,分别是三安、安美、明达、干照、晶宇、晶蓝、和谐、福日科。其他地区企业典型企业还有欣磊、晶能、路美、蓝宝、大晨、蓝光、汇能、立德、士兰明芯、华光、迪源、华灿等等。3.1.4 LED产业链价值分配图表12 LED产业链产值分布图上游衬底下游封装应用中游外延片+芯片 产值占比：1% 现有企业投资规模：3000万元以上 产值占比：9% 现有企业投资规模：1亿元以上、6000万元以上；5000万元以上、3000 万元以上 产值：90% 现有企业投资规模：2000万元以上图表13 国LED产业20XX各环节产值亿元及占比资料来源：中国光电子协会,XXX部资料整理图表14 全球产业链各链点代表公司的营收状况万元RMB产业链代表公司市场占有率财务指标2007200820092010上半年上游衬底制作+MOCVD设备美国Rubicon30%营收22983254771334518400毛利率35.5%32.0%-18.2%41.7%净利率-8.5%11.6%-48.5%20.0%德国Aixtron60%营收187735239825264822302666毛利率40%41%44%53%净利率8.1%8.4%14.8%21.4%中游外延片+芯片美国Cree营收265637332484382333584553毛利率34.0%33.6%37.4%47.4%净利率14.6%6.8%5.3%17.6%中国三安光电营收-213164702936452毛利率-41.3%42.0%43.5%净利率-24.4%38.3%33.2%下游封装亿光电子营收21803243542433317767毛利率36%30%35%35%净利率22%12%16%17%中国国星光电营收44387566726279140682毛利率29.1%34.8%33.4%32.6%净利率14.1%18.8%18.3%17.7%注：1Rubicon公司为全球蓝宝石衬底龙头供应商,晶棒销售占比66%,主要销往亚洲82%；其和Monocrystal、京瓷占有全球70%的市场份额。2Aixtron公司为全球MOCVD龙头供应商,其和Veeco30%、大阳日酸占据了95%以上的份额。3Cree公司为美国外延片和芯片的龙头供应商,其产品主要采用自产的SiC衬底；三安光电为大陆外延片和芯片的龙头供应商。4亿光电子为LED封装龙头；国星光电为大陆三大LED封装龙头之一。5全球LED龙头企业为日本日亚公司,因为其只出售芯片产品和没有公开上市,所以无法获得其资料；6表中数据来源于各公司公开报表,计算汇率采用：1美元=6.74人民币,1欧元=8.74人民币,1人民币=12.60日元,1人民币=4.72新台币。图表15 LED不同环节的平均毛利率资料来源：日信证券研发部3.1.5 LED行业议价能力环节衬底制作设备制造外延片、芯片封装组件对下游议价能力强,衬底材料必然会影响整个产业,是各个技术环节的关键强,MOCVD的供货能力是限制LED芯片公司产能扩的瓶颈中高端拥有较强议价能力；低端产能旺盛,议价能力不足弱,除非有技术含量的大功率、多芯片封装供需寡头垄断,供给稳定,需求旺盛以销定产,下游需求旺盛GaN基芯片产能扩大较快。低档产品供大于求,高档产品则价高难求属于劳动密集行业,市场供给充分目前LED行业议价能力最强的环节是MOCVD设备厂商,MOCVD已成为行业发展瓶颈。MOCVD 设备制造商主要有两家：分别是德国AIXTRON 公司和美国VEECO 公司。著名厂商英国THOMAS SWAN 公司已被AIXTRON 收购。另一家美国公司EMCORE 则在2003 年被VEECO 收购。AIXTRON 公司含THOMAS SWAN 公司大约占60%的国际市场份额,累计销售超过1200台,而VEECO 公司占约30%。其他厂家主要包括大阳日酸Taiyo Nippon Sanso和日新电机Nissin Electric等,其市场基本限于日本国。此外,日亚公司和丰田合成的设备主要是自己研发,其GaN-MOCVD 设备不在市场上销售,仅供自用。3.1.6 蓝宝石衬底行业分析图表16 全球蓝宝石长晶厂家市场份额资料来源：XXX部调研整理图表17 蓝宝石衬底价值分布图晶 棒晶片切 片20XX初,XX晶棒报价6.9美元/毫米2英寸；20XX末,XX晶棒报价17美元/毫米；目前,XX晶棒报价24-27美元/毫米；晶棒成本与工艺密切相关晶棒切割后2英寸切片增值3-4美元,切割厂家可得净利润1美元；切片成本除原料晶棒外无变化；切片价格随晶棒而动切片经研磨和抛光之后2英寸晶片增值4美元,磨抛厂家约得净利润1美元；晶片成本除原料切片外无变化；晶片价格随切片而动资料来源：XXX部调研整理蓝宝石衬底基本上由国外厂商垄断。LED供应链最上游之蓝宝石晶棒长期掌握在外商手中,全球前3大产商俄罗斯的Mono Crystal、美国Rubicon和日本京瓷占全球近7成的产量。蓝宝石晶棒主要供货商还有国STC 及的合晶光电、越峰、尚志及鑫晶钻等。蓝宝石晶片衬底的供应方面目前主要有美国的Rubicon、Crystal Systems、法国Saint-Gobain、俄罗斯Monocrystal、日本的京都瓷Kyocera、Namiki、Mahk,及的兆远、兆晶、晶美、合晶及中美晶等公司。泡生法工艺生长的蓝宝石晶体约为目前市场份额的70%。图表18 蓝宝石衬底制造成本构成资源来源：Yole Development.LED用蓝宝石晶锭自20XX出现缺货潮后,蓝宝石晶片价格应声而涨,目前蓝宝石晶片价格较20XX同期增加3倍,较20XX第1季增加约50%,也助长LED封装等成品价格上升。业界正努力确保价格及供货量,20XX底晶片供不应求现象恐将持续。LED业者指出,蓝宝石晶片占芯片成本比重约20%至30%,且多以外购为主,供应厂商主要为美国的Rubicon及俄国Monocrystal等,目前蓝宝石晶片自制率约26%,生产厂商包括鑫晶钻和越峰,中美晶及合晶也积极介入。3.2 市场分析图表19 全球LED市场规模增长情况亿元资料来源：中国电子信息产业发展研究院图表20 中国LED市场规模增长情况亿元资料来源：中国电子信息产业发展研究院3.2.1 LED衬底产品对比分析图表21 LED衬底性价比分析应用领域红黄光LED蓝绿光LED外延材料GaP、AlGaAs、AlGaInPGaN衬底产品砷化镓GaAs磷化镓蓝宝石碳化硅硅氮化镓氧化锌ZnO导电性良良无良良良良热导性W/cm-K良良差35优490良120良良尺度效应发光效率稳定发光效率稳定发光效率与芯片面积成反比发光效率稳定发光效率稳定发光效率稳定发光效率暂不稳定热膨胀系数10-6/与外延材料匹配与外延材料匹配与GaN匹配与GaN匹配略低完全匹配匹配晶格匹配佳差差中差佳佳抗静电能力良良中优优良良成本-x15x1.2x-产品周期成熟期成熟期成长期成长期开发期开发期开发期次要应用太阳能电池-军工窗口片军工用品太阳能电池大功率、高频器件液晶显示器基片又称衬底,也有称之为支撑衬底。衬底主要是外延层生长的基板,在生产和制作过程中,起到支撑和固定的作用。它与外延层的特性配合要求比较严格,否则会影响到外延层的生长或是芯片的品质。对于制作LED芯片来说,基片材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底,需要根据设备和LED器件的要求进行选择。目前市面上GaN基系列一般有三种材料可作为衬底：蓝宝石Al2O3、硅 、碳化硅SiC。除了以上三种常用的衬底材料之外,还有GaAs、AlN目前还在基础研究中、ZnO等材料也可作为衬底,通常根据设计的需要选择使用。1蓝宝石衬底蓝宝石英文名为Sapphire的组成为氧化铝,是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合而成,其晶体结构为六方晶格结构。它常被应用的切面有A-Plane、C-Plane及R-Plane。由于蓝宝石的光学穿透带很宽,从近紫外光到中红外线都具有很好的透光性,因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上,它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、高熔点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的关键材料。1993年日亚化开发出以氮化镓GaN为材质的蓝光LED,配合MOCVD的磊晶技术,可制造出高亮度的蓝光LED。通常,GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石基片上。蓝宝石基片有许多的优点：首先, 蓝宝石基片的生产技术成熟、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；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。图表21示例了使用蓝宝石衬底做成的LED芯片。图表22 LED结构图使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题,例如晶格失配和热应力失配,这会在外延层中产生大量缺陷,同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体,常温下的电阻率大于1011cm,在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型 和p型电极如图1所示。在上表面制作两个电极,造成了有效发光面积减少,同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程,结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难,当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法,使电流扩散,以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30%40%的光,同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高,不容易对其进行刻蚀,因此在刻蚀过程中需要较好的设备,这将会增加生产成本。蓝宝石的硬度非常高,在自然材料中其硬度仅次于金刚石,但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割从400m减到100m左右。添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资。蓝宝石的导热性能不是很好在100约为35W/mK。LED器件工作时,会传导出大量的热量,特别是对面积较大的大功率器件,导热性能是一个非常重要的考虑因素。为了克服以上困难,很多人试图将GaN光电器件直接生长在硅衬底上,从而改善导热和导电性能。 2硅衬底目前有部分LED芯片采用硅衬底。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式,分别是L接触Lateral-contact , 水平接触和V接触Vertical-contact,垂直接触,以下简称为L型电极和V型电极。通过这两种接触方式,LED芯片部的电流可以是横向流动的,也可以是纵向流动的。由于电流可以纵向流动,因此增大了LED的发光面积,从而提高了LED的出光效率。因为硅是热的良导体,所以器件的导热性能可以明显改善,从而延长了器件的寿命。 3碳化硅衬底SiC是IV-IV族二元化合物,也是元素周期表IV族元素中唯一的稳定固态化合物,一种重要的半导体材料。它具有优良的热学、力学、化学和电学性质,不但是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一,同时又可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料。用SiC所制功率器件可以承受更高电压、更大电流、发光层可以做的更薄,因而工作速度更快,可使器件体积更小、重量更轻。图表23 采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片碳化硅衬底美国的CREE公司专门采用SiC材料作为衬底的LED芯片电极是L型电极,电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好,有利于做成面积较大的大功率器件。碳化硅衬底的导热性能碳化硅的导热系数为490W/mK要比蓝宝石衬底高出10倍以上。蓝宝石本身是热的不良导体,并且在制作器件时底部需要使用银胶固晶,这种银胶的传热性能也很差。使用碳化硅衬底的芯片电极为L型,两个电极分布在器件的表面和底部,所产生的热量可以通过电极直接导出；同时这种衬底不需要电流扩散层,因此光不会被电流扩散层的材料吸收,这样又提高了出光效率。但是相对于蓝宝石衬底而言,碳化硅制造成本较高,实现其商业化还需要降低相应的成本。另外,SiC衬底吸收380纳米以下的紫外光,不适合用来研发380纳米以下的紫外LED。 4氮化镓用于GaN生长的最理想衬底是GaN单晶材料,可以大大提高外延膜的晶体质量,降低位错密度,提高器件工作寿命,提高发光效率,提高器件工作电流密度。但是制备GaN体单晶非常困难,到目前为止还未有行之有效的办法。 5氧化锌ZnO之所以能成为GaN外延的候选衬底,是因为两者晶体结构相同、晶格失配度非常小,禁带宽度接近能带不连续值小,接触势垒小。但是,ZnO作为GaN外延衬底的致命弱点是在GaN外延生长的温度和气氛中易分解和腐蚀。目前,ZnO半导体材料尚不能用来制造光电子器件或高温电子器件,主要是材料质量达不到器件水平和P型掺杂问题没有得到真正解决,适合ZnO基半导体材料生长的设备尚未研制成功。6 LED用基片衬底的选择LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。不同的衬底材料,需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术,衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。用于氮化镓研究的衬底材料比较多,但是能用于大量生产的衬底目前只有二种,即蓝宝石和碳化硅衬底。如下图中所示不同半导体材料对应的LED所发出的光的颜色：图表24 不同半导体材料所对应的波长由此可见,氮化镓基LED在LED行业中的重要性,用于氮化镓生长的最普遍的衬底是蓝宝石,其优点是化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟,不足方面虽然很多,但均一一被克服：很大的晶格失配被过渡层生长技术所克服,导电性能差通过同侧P、N电极所克服,机械性能差不易切割通过雷射划片所克服,很大的热失配对外延层形成压应力因而不会龟裂,利用倒装技术解决了导热性能差蓝宝石的透光性能好。市调机构Yole Developpement发表研究报告指出,由于LED行业需求强劲,预期自明年起蓝宝石基片出货量将占整体化合物半导体基片已处理面积的50%以上,成为主要的化合物半导体基片材料。另外,由于蓝宝石晶体具有独特性能,蓝宝石广泛应用二极管、蓝光激光器工业的基片、红外窗口和高档窗口片等。3.2.2 产品现有生产能力调查图表25 全球蓝宝石晶棒产能名 称产业链段与产品目前晶棒年产量万毫米未来动向备注拉晶晶锭掏棒晶棒切割切片磨抛晶片美国Rubicon600预计20XX将扩大产能至650万毫米晶棒规模销售晶棒为主；100多台单晶炉俄罗斯Monocrystal480预计20XX增加50万毫米至530万毫米晶棒规模销售晶棒为主；100多台单晶炉日本京瓷450不详晶棒产能约400-500万毫米之间,以中位数450万毫米计算国STC360计划年底将产能提升至约420万毫米,且将兴建6寸晶棒为主的新厂,预料20XX底产能倍增越峰180计划在2年內将蓝宝石单晶产能再扩充2倍,月产能将上看50-60万毫米目前市场占有率约为7%鑫晶钻90预计20XX将单晶炉增加到60台约40台单晶炉其他410主要包括日本并木精密、国Astek、哈工大奥瑞德、蓝晶等合计2570以1mm晶棒切割1片晶片的平均切割率计算,那么20XX市场晶片生产量为2570万片。图表 26 大陆具备生产能力的蓝宝石衬底企业公司产业链段与产品目前年产量未来动向备注拉晶晶锭掏棒晶棒切割切片磨抛晶片哈工大奥瑞德约年产80万毫米晶棒正在增加单晶炉年产45吨蓝宝石晶体；主要供给军工,少量外售给民用；改良泡生法蓝晶约年产200万毫米晶棒,折合200万片晶片不详约400台单晶炉,5台切割机；提拉法东骏年产2000毫米晶棒正在增加单晶炉外卖晶棒；提拉法四联年产12万片晶片20XX将形成年产能120万片晶片文登华博年产140万片切片随市场增加产能,有可能做回拉晶为国晶棒和少量国外晶棒加工；两台切割机科瑞斯达年产60万片晶片不详技术较好嘉星年产15万片晶片预计三年年产能将扩大到180万片；20XX60万片购买哈工大和国外晶棒合计国年产量约为280万毫米晶棒、287万片晶片20XX产量约为320万毫米晶棒、440万片晶片晶片没有计哈工大、东骏的晶棒和华博的切片资料来源：XXX部调研整理图表27 大陆尚未量产的蓝宝石企业名 称现 状未来动向备注巨化停产两年现申请恢复生产20XX建厂,已能用泡生法量产晶体,因前几年市场不好而屡陷亏损XX赛法不详不详其前身是美国晶体技术AXT蓝宝石事业部；2008初自称已能量产,但市场少见其产品华夏研发中不详成立于20XX,现在主要生产AlGaInP芯片,蓝宝石晶体尚在研发中虹源建设中三至五年拟投资50亿以上由淼浩公司投资,创建于20XX8月,注册资本1.3亿元,项目总投资2.5亿元。拟打通产业链欧亚建设中计划1-2年年产120万片,3-5年产300-400万片蓝宝石衬底项目投资2亿元；项目二三期投资将超过5亿元兴化祥盛小量生产不详20XX开始与中国科学院光机所合作研制开发的23英寸蓝宝石衬底基片； 华泰建设中不详20XX成立迪光,主营蓝宝石衬底基片研制 宏帆建设前期拟年产蓝宝石10吨总投资6026万元；备案中连城鑫晶建设中拟年产85吨晶体约200台蓝宝石单晶体生长炉天通股份中试不详拟实施高效LED照明用蓝宝石基板材料中试线项目,项目总投资不超过1亿元德豪润达规划中项目还存在较大变数拟在淮投资年产330吨蓝宝石晶体、450万片衬底晶圆、300万片图形衬底项目。项目投资总额20.8亿元协鑫建设中拟年产2000万片总投资30亿元,上500台蓝宝石长晶炉；采用泡生法。09年在签订合作协议资料来源：XXX部调研整理3.2.3 产品产量及销售量调查因为产品供不应求,各衬底厂家都在满负荷生产,其生产能力基本上代表了其产量和销售量,见图表25、26。对晶棒需求量最大区域是和日本地区,其次是国。和国主要购买美国和俄罗斯的晶棒,日本则是自给自足。从Rubicon的销售地和客户构成可以看到,Rubicon 82%的产品销往亚洲,来自兆远、兆