半导体周报(国科龙晖整理)-0716

一、行业动态及新闻：

（1）半导体设计：

Intel近期在国内举行发布会，推出了AI显卡Habana Gaudi2，这是去年底发布的AI推理加速芯片，Gaudi2从第一代的16nm工艺升级到7nm工艺，Tensor处理器核心数量增至24个，同时集成了多媒体处理引擎，内存升级至96GB HBM2E，国内版的Gaudi2主要阉割了部分网络接口，但也集成了21路100Gbps网络接口，总体来说性能依然很可观。

 

华为发布大模型时代AI存储新品，为基础模型训练、行业模型训练，细分场景模型训练推理提供存储最优解，释放AI新动能。

 

长光华芯参股公司镓锐芯光签约仪发布式圆满举行。长光华芯携手镓锐芯光，共同进军可见光领域，填补国内在氮化镓蓝绿光激光器领域产业化的空白。

 

苹果已将Vision Pro的首年预期销量调低至15万。但根据彭博社Mark Gurman，苹果的首年目标并非只有15万台，而是40万-50万台之间。

 

 

(2) 半导体制造及封测：

据成都高新西区消息，高投芯未高端功率半导体器件及模组研发生产项目在成都高新西区举行首台设备搬入仪式，项目投产后，可提供从IGBT芯片背面加工-模块封测代工-集成组件的一条龙代工服务。

 

罗姆宣布将收购原Solar Frontier国富工厂，以扩大SiC功率半导体的产能。此次收购计划于2023 年 10 月结束，计划将其作为公司的主工厂，主要生产SiC功率半导体，目标于2024年底开始运营。

 

东晓电子设计与芯片应用，三星电子4nm工艺良率已提高至75%以上。三星计划于2023年下半年在其平泽P3线开始量产芯片，而泰勒市新建厂房预计将于今年年底完工，并于2024年下半年开始运营。

 

（3）半导体设备：

华工激光半导体产品总监黄伟介绍，近期，该公司制造出我国首台核心部件100%国产化的高端晶圆激光切割设备，在半导体激光设备领域攻克多项中国第一。

 

（4）其他：

分析机构 Yole Intelligence 在处理器市场监测中表示，由于宏观经济压力导致的消费电子需求疲软，处理器市场（包括 CPU、GPU、APU 以及 FPGA）在2022年和2023 年有所下降，从2021年的峰值1590亿美元回落到1570亿美元和1500亿美元，客户端 CPU 以及 GPU 收入上，Yole Intelligence 认为在 2023 年第三季度开始，市场总量会逐渐开始复苏。

 

据媒体报道，SK集团董事长Chey Tae-won在近日举办的济州岛论坛期间表示，半导体行业已处于市场周期底部，有望在半年至一年内迎来拐点，与预期的经济反弹周期同步。

 

台湾富士康表示，已退出与印度金属石油集团Vedanta成立的价值195亿美元的半导体合资企业，这对印度总理纳伦德拉·莫迪芯片制造计划造成了挫折。

 

据台湾省媒体报道，苹果与台积电谈判中再次取得主动权，要求降低明年先进制程代工成本，后者同意将代工价格降低25%左右。

 

二、本周话题——显示面板之Micro LED

一、介绍

Micro LED 技术，即 LED 微缩化和矩阵化技术，指在一个芯片上集成高密度微小尺寸的 LED 阵列，是将 LED 进行薄膜化、微缩化和矩阵化的结果。Micro LED 一般要求芯片尺寸 小于 50μm，可实现每个图元单独定址和单独驱动发光。从显示效果上看，Micro LED 继承了无机 LED 高效率、高亮度、高可靠度以及反应时间快等优点，又具有自发光无需背光源的特性，具备体积小、轻薄的特点，可轻易实现节能的效果。 与传统 LED 显示屏相比，MicroLED 具有两大特征，一是微缩化，其像素大小和像素间距 从毫米级降低至微米级;二是矩阵化和集成化，其器件结构包括 CMOS 工艺制备的 LED 显示驱动电路和 LED 矩阵阵列。

 

资料来源：互联网公开资料整理

 

Micro LED显示原理

Micro LED在结构上与LED芯片的结构类似，且都是通过在P-N结两侧施加电压实现发光。目前最主流的方法为RGB三色LED法，部分厂商采用UV/蓝光LED+发光介质法。

1、RGB三色LED法：利用Micro LED芯片上有源层组成来改变发光波长，通过不同外延结构实现红色-LED、绿色-LED和蓝色-LED，调控三组有源层（例如InxGayN/GaN）多量子阱的发光波长为红绿蓝RGB波段的任意波长,可在同一晶圆上制作的RGB任意排列组合及任意波段组合的红绿蓝RGB模块。在形成RGB模块后，通过对不同颜色Micro LED芯片施加不同的电流即可控制其亮度值，从而实现三原色的组合，达到全彩色显示的效果。

 

单个RGB模块示意图

 

资料来源：互联网公开资料整理

每个RGB模块即构成一个像素，每个像素包含红色-LED、绿色-LED和蓝色-LED（RGB-LED），将不同颜色的Micro LED芯片转移到基板上后，将P和N电极与电路基板连接，利用驱动IC实现对每个Micro LED芯片进行脉冲宽度调制（PWM）电流驱动，可调整高电平电流的占空比来进行光强平衡，实现数字调光。

2、UV/蓝光LED+发光介质法，是采用了LED作为发光器件，同时在LED表面涂覆发光介质，该层发光介质具有光致发光的效果，可在蓝光或紫外光LED的激发下发出特定波长的光，通过对发光介质的选择即可实现RGB三色配比。

 

Micro LED与TFT—LCD、OLED比较

 

资料来源：互联网公开资料整理

 

小间距LED技术比较 

本质上来说，Mini LED 和 Micro LED 与传统小间距 LED 相似，都是基于微小的 LED 晶体颗粒作为像素发光点，区别在于相邻灯珠点间距和和芯片尺寸不同。Micro LED 要求相邻灯珠点间距小于0.1mm(P0.1)，且芯片尺寸一般小于50μm，像素单元被高密度集成在一个芯片上;Mini LED点间距介于0.1mm(P0.1)至 1.0mm(P1.0)之间，芯片尺寸介于50-200μm，而小间距LED芯片尺寸则大于200μm。

由于芯片尺寸存在差异，各 LED 显示技术应用领域也有所不同。一般情况下，更小的像素间距意味着更近的观看距离，传统 LED 显示以照明和显示器背光模块为主;传统小间距 LED 通常应用于大尺寸且对画质要求一般的显示场景;Mini LED 既可作为背光源应用于大尺寸显示屏、智能手机、车用面板以及电竞型笔记本等产品，也可以 RGB 三色 LED 芯片实现自发光显示;而 Micro LED 具备极小间距、高对比度和高刷新率，适用于智能 手表、AR、VR 等近距离观看的智能穿戴领域，目前苹果、三星等消费电子巨头已开始相关技术投入，未来有望实现产业化。

 

资料来源：LEDinside，东莞证券研究所

 

各类显示技术参数对比

 

资料来源：利亚德集团微信公众号，国海证券研究所

 

二、制造工艺

Micro LED作为小型化的LED，制备工序与LED类似。大致可以分为：外延及芯片的制造，巨量转移，全彩显示，显示驱动四个环节。

（一）、外延及芯片制造

目前蓝、绿光LED衬底一般采用在蓝宝石（Al2O3）、Si、SiC和GaN衬底上生长InGaN等材料，红光LED大多通过在GaAs衬底上生长AlGaInP外延层获得。

芯片制造工艺流程为：（1）外延：利用MOCVD进行气相外延， 分别生长N型 GaN 层、多 层量子阱、P 型 GaN 层 ；（2）台阶刻蚀：利用等离子体刻蚀工艺 刻蚀到N型GaN层；（3）导电层制备：在样品表面形成氧化铟 锡(ITO)透明导电层；（4）电机制备：电子束蒸发法形成金属 电极(例如Au)。

              外延                            台阶刻蚀

 

导电层制备                电机制备

资料来源：智慧芽

主要技术难点：（1）波长均匀性：标准LED制造中，整个晶圆上的波长变化在6-12nm， 而Micro-LED的波长均匀性要做到2nm以内，意味着外延过程中晶圆表面的温度差不能超过1°C。随着衬底尺寸的增加，外延过程中的波长均匀性控制愈加困难。（2）低缺陷：主要包括由芯片外延、制造的环境或设备引入的颗粒物、污染物、刮痕、凹坑等。对直径大于0.8μm的颗粒物，要求其缺陷密度小于0.1/cm2。（3）量子效率：随着Micro-LED尺寸的缩小，小电流密度下的外量子效率急剧降低，这主要是由于制造过程中等离子体刻蚀产生的侧壁损伤引入了非辐射复合中心和漏电流。

解决方案：（1）改进芯片结构：限制电流远离侧壁、斜角LED结构；（2）改进制造工艺：改进刻蚀、侧壁钝化；（3）避免刻蚀工艺：利用隧道效应、3D纳米线LED。

（二）、巨量转移

由于Micro-LED发光层和驱动基板生长工艺差异，很难通过生长工艺将显示阵列和驱动器件集成起来，所以需要转移步骤将制作好的Micro-LED晶粒转移到驱动电路基板上。

随着 LED 芯片尺寸的缩小，单位面积 LED 数量成倍增长，以 4K 屏幕为例，若以 3840*2160RGB 三色计算，需要转移的微米级芯片数量高达 2400 多万颗，传统 的 Pick-place 的机械转移方法无法保证精度和良率。如何实现 99.9999%的转移良率，且将每颗芯片的精准度控制在±0.5μm 以内，是巨量转移技术的主要难点，使其成为当前限制 Micro LED 大规模商业化的瓶颈技术。

巨量转移技术示意图    资料来源：Yole Développement，国海证券研究所

 

（三）、全彩显示

蓝绿光Micro LED和红光Micro LED的外延生长材质完全不同。不管是大屏幕巨量转移还是单片集成的路线，都涉及到后期的色彩转换实现全彩。最直接的方法是在显示基板上组合RGB三色Micro LED单元。这种方式可以获得较高的显色指数，但是外延制造困难，并且驱动电路较为复杂，红、绿、蓝三色LED工作电压不同，衰减速率也不同，很难保证光色的一致，因此会影响整个光学系统的可靠性。

 

 RGB三色LED法  

第二种方法为波长转换法：蓝光/紫外Micro-LED作为激发光照射到量子点材料分别辐射出红光和绿光，即可实现全彩显示的功能。主要的技术挑战:量子转换效率和光串扰问题。

 

  波长转换法

 

（四）、显示驱动

Micro-LED是电流驱动型发光器件，其驱动方式一般有两种模式，无源选址驱动与有源选址驱动。

驱动方式介绍：（1）被动驱动：Micro-LED阵列用行列扫描方式驱动点亮，列信号由数 据信号充当，行信号由选择信号充当。当X行和Y列被选通时，点 (X，Y)被点亮，以高频逐点扫描显示图像。被动驱动结构简单、技术门槛低、成本低，但亮度不均匀，发光损耗大；（2）TFT主动驱动：使用键合技术将Micro-LED阵列转移到含有TFT驱动背板上，或者直接在Micro-LED上生长TFT驱动电路。TFT主动驱动的优点是大面积、高分辨率、亮度均匀、技术较成熟，但是成本较高；（3）CMOS主动驱动：采用共N极倒装结构，发光芯片采用单片或者单晶粒形式，倒装到驱动基板后再应用倒装键合技术将芯片倒装到硅基CMOS 驱动基板上。CMOS主动驱动的优点是高分辨率、亮度均匀，但是成本高、且有Micro-LED阵列转移和键合等技术问题的限制。

 

三、核心难点：巨量转移工艺

巨量转移技术是提高晶粒转移良率和精度、制约 Micro LED 量产的关键。巨量 转移是将数百万甚至数千万颗微米级的 LED 晶粒快速且精准地转移到驱动电路 基板上，并与驱动电路之间形成良好的电气连接和机械固定的过程。

巨量转移目前存在的难点：

(1)Micro-LED芯片需要进行多次转移(至少需要从蓝宝石衬底→临时衬底→新衬底)，且每次转移芯片量非常大，对转移工艺的稳定性和精确度要求非常高。

(2)对于 R/G/B 全彩显示而言，由于每一种工艺只能生产一种颜色的芯片，故需要将红/ 绿/蓝芯片分别进行转移，需要非常精准的工艺进行芯片的定位，极大的增加了转移的工艺难度。

(3)Micro-LED 的厚度仅为几微米，将其精确地放臵在目标衬底上的难度非常高，芯片尺寸及间距都很小，要将芯片连上电路也是一个挑战。

 

业界目前对芯片巨量转移难题的解决方案：

（1）静电力吸附转移方式 :原理主要是利用静电力来控制内外电极电压差，实现对晶粒的吸附和转移。静电力采用具有双级结构的转移头，转移头被介电层对半分离呈一对 Si 电极。拾取晶 粒阶段，在吸附转移头和芯片上产生不同电荷，利用异性相吸的原理将晶粒吸附拾取。放置晶粒阶段，通过调节电极电压差，同性电荷相斥，把晶粒放到既定位臵完成转移。在转移过程中要求被吸取的微型晶粒衬底平整度必须精确控制，以免造成无效的抓取动作，降低良率。

 

静电力吸附示意图

 

 

资料来源：LuxVue 公司专利 US 20140299837A1，安信证券研究中心

(2) 流体装配转移技术: 原理是将芯片分装在流体内，通过控制流体的流动，利用流体的流力和重力作用，将其中的 Micro LED 芯片颗粒捕获并放臵到衬底上的对应井中。流体组装技术仅需在 Micro LED 芯片上做特殊设计，芯片即可精准对位。

 

流体装配转移技术示意图

 

资料来源：eLux 公司专利，安信证券研究中心

（3）弹性印模转移技术:原理是先处理 Micro LED 芯片衬底，使其只通过锚点和断裂链固定在基底上，然后利用聚二甲基硅氧烷作为转移膜材料制作弹性印模。弹性印模与芯片通过范德华力结合，断裂链发生断裂，所有芯片按原来的阵列排布被转移到弹性体上面，通过调整印模与芯片之间的黏着性，完成释放动作。要求精准控制各个阶段粘力大小，且印模必须表面度极为平坦，才不影响转移的良率和精度。

 

弹性印模转移技术示意图

 

资料来源：X-Celeprint 官网，安信证券研究中心

（4）选择性释放转移技术 :选择性释放转移技术跳过拾取和释放的环节，直接从原有的衬底上将 LED 进行转移。目前实现方式通常是通过高能量脉冲激光透过镀有材料薄膜的基底，聚焦到 基底与材料薄膜的交界面上，使薄膜被加热至熔融状态，基底上的芯片即可转移沉积到与之平行放臵的受体上。该转移技术需要精准控制激光的功率和分辨率，才能不影响芯片性能并达到产品良率。

德国激光微加工系统厂商 3D-Micromac 推出新型 micro CETI 巨量转移平台，根据其白皮书显示，micro CETI 设备科支持小于 2μm 精度，每小时颗转移 1.3 亿颗 Micro LED 芯片，即效率为 130KK/小时，而机械转移受限于拾取/放臵的速度和精度。

 

3D-Micromac 激光转移技术示意

资料来源：3D-Micromac 白皮书，安信证券研究中心

（5）滚轴转印转移技术 :利用带有计算机接口的滚轮系统，反馈模块包含两个负载传感器和两个 Z 轴执行器，滚轮系统通过两个显微镜保持精确对准，通过反馈模块精准控制，将 Micro LED 转印至接收衬底上。

 

滚轴转印转移技术示意图

 

资料来源：Micro-LED 技术路线图，安信证券研究中心

 

四、行业现状

头部厂商加速扩产，Mini/Micro LED进入商业化时代。根据LEDinside不完全统计，2021年共有13个Mini/Micro LED相关项目立项、12个 Mini/Micro LED相关项目陆续开工和投产;2022年迄今已有不少于10个项目立项，投资总额超270亿元。

供给端来看，产业链各环节争相扩产带来规模效应，叠加技术和良率提升，将助推Mini/Micro LED产品平均成本下降。集邦咨询预计，在材料、技术和产能的同步提升下，一台89英寸4K Micro LED电视成本2021年至2026年可下降70%以上。

需求端来看，Mini/Micro LED应用场景拓宽，相关笔电、TV、显示器等产品不断涌现，带动需求再次升级。据Aritzon预测，2024年全球Mini/Micro LED市场规模可达63亿美元，增速147.9%。随着产业链各环节厂商扩产提速，迎接下半年Mini/Micro需求放量，我们看好Mini/Micro LED走向商业化时代。

 

资料来源：Aritzon(含预测)，中信证券研究部

Micro LED 市场空间巨大，未来将实现快速增长。根据 Yole 预测，全球 Micro LED 显示屏出货量将从 2019 年的约 610 万片增长至 2025 年的 3.29 亿片，年均复合增长率为 94.38%, 显示市场规模将从 2019 年的 6 亿美元飙升至 2025 年的 205 亿美元，年均复合增长率高达 80.1%。LEDinside 也在 2019 年的报告中指出，Micro LED 各项功能性指标(PPI、亮度、 功耗、薄度等)均表现优异，未来成长空间巨大，市场规模有望达到 300-400 亿美元。

 

全球 Micro LED 显示屏预计出货量

 

资料来源：Yole，东莞证券研究所

 

消费级AR/VR蓬勃发展， Micro LED在AR/VR领域应用前景广阔。Trendforce集邦咨询预测，2025-2026年，Micro LED AR眼镜显示器芯片 产值将迎来大幅成长，2026年产值可达4100万美元。国内，LED显示产业链企业对AR/VR等市场布局良久。华灿光电曾表示公司的Mini/Micro LED 芯片可用于VR/AR产品。乾照光电也透露，公司的VCSEL、Micro LED可作为VR/AR的元器件。在LED芯片、封装领域，随着技术成熟，成本下降 ，未来有望实现更多搭载Micro LED的消费级AR/VR量产。

 

资料来源：Trendforce(含预测)，中信证券研究部

Micro LED持续推进，品牌厂商加速布局，带动Micro LED市场规模提升。虽然Micro LED如今发展困难重重，但是LED企业加大对Micro LED的布局，使得Micro LED正逐渐走向更广阔的消费电子应用。TrendForce集邦咨询指出，Micro LED是未来LED产业最重点发展的方向，其中以大型显示、穿戴式装置与头戴式装置市场潜力应用无限。根据 TrendForce的预测，Micro LED面板到 2026 年的晶片产值预计为 27 亿美元，2021- 2026 年的CAGR将达到241%。

 

资料来源:TrendForce，中信证券研究部含预测

 

竞争格局

在全球Micro-LED专利申请量TOP15的企业中，中国企业占据一半以上，其中京东方、华星光电这2家中国企业已跻身全球5。可见中国头部企业在Micro-LED领域具有较强优势，特别是显示面板类企业。而在中国头部企业之外，韩国三星、LG公司的专利申请量同样排在全球前列，尤其是三星，技术优势显著。

Micro-LED技术研发创新较活跃的区域主要集中在分布在中、美、韩三国。从全球头部创新主体来看，同样是中国、韩国、美国企业占据更大的优势，且主要以显示面板、光电类企业为主。在技术储备上，全球的头部企业技术储备丰富，与后梯队的创新主体拉开明显的差距。

资料来源：互联网公开资料整理

 

大陆相关企业

巨量转移工艺企业：

利亚德

利亚德光电股份有限公司前身为北京利亚德电子科技有限公司,成立于1995年8月21日。2010年11月,利亚德光电股份有限公司由有限责任公司整体变更设立股份有限公司。利亚德光电股份有限公司是一家专业从事LED应用产品研发、设计、生产、销售和服务的高新技术企业,致力于为客户提供高效、节能、可靠的LED应用产品及其整体解决方案。主营业务为 LED 显示技术开发及 LED 显示产品的生产及服务。公司显示产品主要包括 LED 通用显示、LED 专业显示、LED 创意显示等， 产品间距覆盖大间距、小间距与微间距，销售范围以亚洲、北美、欧洲、南美为主，形成全球化布 局。公司通过外延并购，在夜景照明、文化旅游、VR 娱乐三大领域也进行了布局。外延业务在带 来营收增量的同时，也可与主营的显示业务产生协同效应。公司成立以来，三次通过创新来推动 LED 显示行业的技术发展进步，目前市场占有率连续 4 年位居行业第一。利亚德激光巨量转移设备良率已从投产时的 98.9%提升至 99.995%;

 

海目星

海目星 2008 年成立，推出便携式激光机，次年推出蚀刻模板激光机。2010-2011 年， 广州海目星成立，引进专业团队，切入激光班级加工设备市场和自动化领域。随后公司 推出 5W 冷风激光激光器和激光精密设备。2015 年公司推出新能源行业专业设备，切入 锂电新能源激光及自动化市场。2017 年，公司先后成立江门海目星、江苏海目星。2019 年生产基地正式投产，主要以动力电池激光及自动化设备及钣金激光切割设备的生产、 销售。2020 年，公司于创业板上市。公司深耕激光和自动化领域，目前主要从事锂电、光伏、消费电子、钣金加工、先 进显示等行业激光及自动化设备的研发、设计、生产及销售，在激光、自动化和智能化 综合运用领域已形成较强的优势。公司专注于激光光学及控制技术、与激光系统相配套 的自动化技术，同时公司坚持技术创新，持续加大研发投入，公司研发团队具备 3C、医 疗、电力、半导体等跨行业工作背景人才，助力公司技术提升。2022 年 9 月，海目星首批 Micro LED 巨量转移设备顺利出货，良率可达 99.99%以上，效率 25-100kk/h。

 

德龙激光

德龙激光 2005 年由赵裕兴博士创办，2022 年于上交所科创板上市。主营业 务为精密激光加工设备及激光器的研发、生产、销售，并为客户提供激光设备租 赁和激光加工服务。公司持续开发迭代、拓展应用领域，目前产品应用于半导体、 显示、精密电子和新能源领域，并为高校科研提供定制化的方案。公司着眼于技 术含量高、应用前沿高端的方向，对各种激光应用材料及工艺进行了前沿性的研 发，及时推出精密激光加工解决方案，不断拓展激光精细微加工应用领域，助力 中国制造业转型升级。目前，公司产品批量应用于碳化硅、氮化镓等第三代半导 体材料晶圆划片、MEMS 芯片的切割、Mini LED 以及 5G 天线等的切割、加工等。德龙激光自主研发的激光剥离技术，可支持最小晶粒尺寸 10μm，最 小晶粒间隔 5μm。

 

免责声明：本文不涉及投资建议，仅供分享观点所用。

 

参考资料：

中信证券：LED行业深度追踪系列第42期(2022年8月)

安信证券：Micro LED 巨量转移技术持续进展， Mini LED 应用方兴未艾

东方证券：利亚德：全球 LED 显示龙头，从小间距到Mini/Micro+LED

国海证券：巨量转移设备国产化加速，Micro LED 商业化可期

东莞证券：LED 行业专题报告：小间距持续景气，Mini、Micro LED引领成长

智慧芽：2023 Micro-LED产业技术洞察白皮书