人造蓝宝石技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

一、新技术研发、应用情况

1、高品质蓝宝石晶片核心技术应用于霍尼韦尔朗能LED照明

霍尼韦尔作为全球蓝宝石晶体的主要生产商之一，是世界公认的定制蓝宝石应用产品一流厂商，可生产2英寸、3英寸和4英寸规格的蓝宝石晶片。霍尼韦尔朗能LED照明在沃尔玛的成功运用，主要得益于其蓝宝石等核心技术的掌握。

2、思科掌握用于LED的蓝宝石底板芯片加工技术

日本迪思科（Disco）开发出了用于LED的蓝宝石底板芯片加工技术。该技术的特点是，在切割蓝宝石底板时可同时兼顾LED的质量及成品率。该公司称其为“蓝宝石底板的Stealth Dicing Process”。
原来采用金刚石划片器切割蓝宝石底板的方法有赖于操作人员的技术水平，因此在质量稳定性及成品率方面存在问题。所以，利用激光成了切割蓝宝石底板的主要方法，该公司此前也推出过激光划片（Laser Scribing）装置。采用激光划片，可全自动高速加工，改善成品率。

不过，激光划片加工与采用金刚石划片器的方法相比，存在LED亮度低的问题。因此，此次通过采用滨松光子学（Hamamatsu Photonics）的激光芯片技术“Stealth Dicing ”，解决了该问题。所以，在不降低成品率的情况下，控制了LED亮度的降低。还可切割厚100μm以上的外延片。

3、Vishay发布陶瓷封装的蓝宝石InGaN/TAG白光SMD LED

Vishay Intertechnology日前推出采用CLCC-2扁平陶瓷封装且基于蓝宝石InGaN/TAG技术的高强度白光功率SMD LED系列──VLMW84..，可降低高容量应用的成本，它们具有25K/W的低热阻以及5,600mcd～14,000mcd的高光功率。

该组件厚度仅0.75mm，采CLCC-2扁平陶瓷封装，可实现能够达到最大光输出的额外电流驱动，同时保持长达50,000小时的高使用寿命，这使它们在热管理为主要考虑因素的空间受限应用中成为理想光源。

这些新型组件专门针对汽车与运输、消费类及普通应用中的显示屏背光与照明而进行了优化。Vishay CLCC-2 LED是CCFL显示屏背光装置的环保替代产品，其在小型封装(3.3mm x 3.4mm)中具有出色的光效率、较长的使用寿命以及出色的省电特性。典型的终端产品包括照相机的闪光灯；应急灯与标志；汽车仪表板以及外部照明装置，例如剎车灯及转向讯号灯。

这些LED可提供27,000mlm的典型光通量以及100mA时40lm/W的光效率。这些组件具有高达5V的正向电压、60°的半强度角。

VLMW84..LED与IR回流焊制程兼容，符合CECC 00802及J-STD-020C规范。根据JEDEC Level 4标准预处理的CLCC-2扁平封装无铅(Pb)，且符合RoHS。这些组件已通过AEC-Q101汽车认证，具有高达1kV的ESD耐压值，并符合JESD22-A114-B规范。

二、技术开发热点、难点 分析

超大尺寸蓝宝石晶体成为目前人造蓝宝石 行业 企业研发的热点，目前Rubicon公司已成成功研发生产成功重达200公斤的蓝宝石晶体，号称是世界上最大的蓝宝石晶体。

由于大尺寸蓝宝石晶圆具有更好的成本效益或经济效益，因此超大尺寸人造蓝宝石可使得制造大尺寸晶圆的LED工艺设备商、LED厂商减少总体投资成本，确保厂商能适应快速增长的LED市场。

但目前的难点问题是，超大尺寸蓝宝石晶体的生产工艺复杂，技术条件要求较高。且由于产品技术专利的问题，国内企业在这一技术方面有较大难度。

第二节 产品工艺特点或流程

目前合成刚玉的方法主要有：

1、水热法

水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。水热法通过加入不同的致色离子，可得到不同颜色的刚玉晶体。

2、焰熔法

焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在籽晶上固结逐渐生长形成晶体。

最早是1885年由弗雷米(E．Fremy)等人利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶(Vemeuil)改进并发展；这一技术，合成了完美的红宝石，使之能进行商业化生产，这种方法又被称为维尔纳叶法。焰熔法可生产无色蓝宝石和各种彩色蓝宝石、红宝石以及彩色星光红蓝宝石，通过加入微量的铬呈现红色，形成红宝石，加入微量的钛形成蓝宝石。

3、助熔剂法

助熔剂法是将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中，使之形成饱和溶液，然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，使熔融液处于过饱和状态，从而使宝石晶体析出生长的方法。助熔剂通常为无机盐类，故也被称为盐熔法或熔剂法。

助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同分为两大类：自发成核法和籽晶生长法。

4、区域熔炼法

区域熔炼法是上个世纪50年代初期发展起来的一项合成技术，此技术主要为半导体工业提供高纯度的晶体。在进行区域熔炼过程中，物质的固相和液相在密度差的驱动下，物质会发生输运。因此，通过区域熔炼可以控制或重新分配存在于原料中的可溶性杂质或相。利用一个或数个熔区在同一方向上重复通过原料烧结以除去有害杂质；利用区域熔炼过程有效地消除分凝效应，也可将所期望的杂质均匀地掺入到晶体中去，并在一定程度上控制和消除位错、包裹体等结构缺陷。目前主要用于合成红宝石。

5、其他方法

除此之外还有一些其他的方法：火熔法，热液作用法，吉罗普罗斯法，直拉法(丘克拉斯基法)等。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

人造蓝宝石性能的优越性导致其具备广泛的使用价值，因此有关人造蓝宝石的制备方法也随着科技的进步而逐渐发展的越来越多、越来越好。由传统的焰熔法到熔剂法，由单一的工艺制备到多渠道综合工艺的产生，除了 研究 制备人造蓝宝石的合成技术、微结构控制技术和要掌握微结构与其性能间的关系外，人们越来越关注有关同等制备成果中工艺能耗、反应时间、环境污染等的有关问题。而人造蓝宝石的制备工艺也逐渐向着节能、高效、绿色工业化的方向发展。相信在不久的将来，在化学 研究 者的努力下，新型合成手段的产生，势必会为人造蓝宝石的应用带来更为宽广的发展空间。

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