“缺芯”之痛与世界半导体江湖

2019年5月，美国商务部将华为列入实体清单，禁止美国企业向华为出口技术和零部件；2020年5月，美国进一步升级对华为贸易禁令，要求凡使用了美国技术或设计的半导体芯片出口华为时，必须得到美国政府的许可证，进一步切断华为通过第三方获取芯片或代工生产的渠道。

此前，高通、英特尔和博通等美国公司都向华为提供芯片，用于华为智能手机和其他电信设备，华为手机使用谷歌的安卓 *** 作系统。华为自研的麒麟高端手机芯片，也依赖台积电代工。随着美国芯片禁令实施，华为手机业务遭遇重创，消费者业务收入大幅下滑，海外市场拓展也受到影响。

美国凭借芯片技术优势对中国企业“卡脖子”，使半导体产业陡然成为中美 科技 竞争的风暴眼。“缺芯”之痛，突显了中国半导体产业的技术短板。它如一记振聋发聩的警钟，惊醒国人看清国际 科技 竞争的残酷现实。

半导体产业是 科技 创新的龙头和先导，在信息 科技 和高端制造中占据核心地位。攻克半导体核心技术难题，解决高端芯片受制于人的现状，成为中国高 科技 发展和产业升级的当务之急。

全球半导体版图

半导体产业很典型地体现了供应链的全球化，各国在半导体产业链上分工协作，相互依赖。美国、韩国、日本、中国、欧洲等国家或地区发挥各自优势，共同组成了紧密协作的全球半导体产业链。

根据美国半导体行业协会发布的最新数据，美国的半导体企业销售额占据全球的47%，排名第二的是韩国，占比为19%，日本和欧盟半导体企业销售额占比均为10%，并列第三。中国台湾和中国大陆半导体企业销售额占比分别为6%和5%。

具体来看，美国牢牢控制半导体产业链的头部，包括最前端EDA/IP、芯片设计和关键设备等。具体而言，在全球产业链总增加值中，美国在EDA/IP上，占据74%份额；在逻辑芯片设计上，占据67%；在存储芯片设计上，占据29%；在半导体制造设备上，占据41%。

日本在芯片设计、半导体制造设备、半导体材料等重要环节掌握核心技术；韩国在存储芯片设计、半导体材料上发挥关键作用；欧洲在芯片设计、半导体制造设备和半导体材料上贡献突出；中国则在晶圆制造上发挥重要作用。

中国大陆在全球晶圆制造（后道封装、测试）增加值占比高达38%；中国台湾在全球半导体材料、晶圆制造（前道制造、后道封装、测试）增加值占比分别达到22%和47%。

以上国家和地区构成了全球半导体产业供应链的主体。

芯片是人类智慧的结晶，芯片制造是全球顶尖的高端制造产业之一，是典型的资本密集和技术密集行业。制造的过程之复杂、技术之尖端、对制造设备的苛刻要求，决定了芯片产业链的复杂性。半导体制造中的大部分设备，包含了数百家不同供应商提供的模块、激光、机电组件、控制芯片、光学、电源等，均需依托高度专业化的复杂供应链。每一个单一制造链条都可能汇集了成千上万的产品，凝聚着数十万人多年研发的积累。

芯片技术也涉及广泛的学科，需要长时期的基础研究和应用技术创新的成果累积。举例来说，一项半导体新技术方法从发布论文，到规模化量产，至少需要10-15年的时间。作为全球最先进的半导体光刻技术基础的极紫外线EUV应用，从早期的概念演示到如今的商业化花费了将近40年的时间，而EUV生产所需要的光刻机设备的10万个零部件来自全球5000多家供应商。

芯片制造的复杂性，创造了一个由无数细分专业方向组成的全球化产业链。在半导体市场中，专业的世界级公司通过几十年有针对性的研发，在自己擅长的领域建立了牢固的市场地位。比如，荷兰ASML垄断着世界光刻机的生产；美国高通、英特尔、韩国三星、中国台湾的台积电等也都形成了各自的技术优势。目前全世界最先进制程的高端芯片几乎都由台积电和三星生产。

中美芯片供应链各有软肋

“缺芯”，不仅困扰着中国企业。

自去年下半年以来，受新冠疫情及美国贸易禁令干扰，芯片产能及供应不足，全球信息产业和智能制造都遭遇了严重的“芯片荒”。

随着新一轮新冠疫情在东南亚蔓延， 汽车 行业芯片短缺进一步加剧，全球三家最大的 汽车 制造商装配线均出现中断。丰田称 9 月全球减产 40%。美国车企也不能幸免，福特 汽车 旗下一家工厂暂停组装 F-150 皮卡，通用 汽车 北美地区生产线停工时间也被迫延长。

蔓延全球的芯片荒，迫使各国对全球半导体供应链的安全性、可靠性进行重新审视和评估。中美两个大国在半导体供应链上各有优势，也各有软肋。

中国芯片产业起步较晚，但近年来加速追赶。根据中国半导体行业协会统计，2020年中国集成电路产业销售额为8848亿元，同比增长17%，5年增长了超过一倍。其中，设计业销售额为3778.4亿元，同比增长23.3%；制造业销售额为2560.1亿元，同比增长19.1%；封装测试业销售额2509.5亿元，同比增长6.8%。中国2020年出口集成电路2598亿块，出口金额1166亿美元，同比增长14.8%。

中国芯片核心技术与美国有较大差距，主要突破在芯片设计领域，芯片设计水平位列全球第二。在制造的封测环节也不是我们的短板。中国芯片制造的短板主要在三方面：核心原材料不能自己自足、芯片制造工艺与国际领先水平有较大差距、关键制造设备依赖进口。

由于不能独立完成先进制程芯片的生产制造，大量高端芯片依赖进口。2020年中国进口芯片5435亿块，进口金额3500.4亿美元。

美国是世界芯片头号强国，拥有世界领先的半导体公司，但其核心能力是主导芯片产业链的前端，包括设计、制造设备的关键技术等，但上游资源和制造能力也依赖国外。美国在全球半导体制造市场的市占率急速下降，从 1990 年 37% 滑落至目前 12%左右。

波士顿咨询公司和美国半导体行业协会在今年4月联合发布的《在不确定的时代加强全球半导体产业链》的报告显示，若按设备制造/组装所在地统计，2019年中国大陆半导体企业销售额占比高达35%；美国则排名第二，销售额占比为19%。

世界芯片的主要制造产能集中在亚洲， 2020 年中国台湾半导体产能全球占比为 22%，其次是韩国 21%，日本和中国大陆皆为 15%。这意味着美国在芯片的制造和生产环节，也存在很大的脆弱性。这也是伴随东南亚疫情爆发导致芯片产业链产能受限，美国同样遭遇“芯片荒”的原因。

对半导体产业链脆弱性的担忧，推动美国加大对半导体产业的投资和政策扶持。今年5月美国参议院通过一项两党一致同意的芯片投资法案，批准了520亿美元的紧急拨款，用以支持美国半导体芯片的生产和研发，以提升美国国内半导体产业链的韧性和竞争力。今年2月24日，美国总统拜登签署一项行政命令，推动美国加强与日本、韩国及中国台湾等盟国/地区合作，加速建立不依赖中国大陆的半导体供应链。

除了产能问题，美国在全球半导体竞争中的另一个软肋就是对中国市场的依赖。中国是全球最大的半导体需求市场，每年中国半导体的进口额都超过3000亿美元，大多数美国半导体龙头企业至少有25%的销售额来自中国市场。可以说，中国是美国及全球主要半导体供应商的最大金主。如果失去中国这个最富活力、最具成长性的市场，那么依赖高资本投入的美国各主要芯片供应商的研发成本将难以支撑，影响其研发投入及未来竞争力。

这从另一方面说，恰是中国的优势，中国庞大的市场需求和发展空间，足以支撑芯片产业链的高强度资本投入与技术研发，并推动技术和产品迭代。

“中国芯”提速

随着中国推进《中国制造2025》，芯片制造一直是中国 科技 发展的优先事项。如今，美国在芯片供应和制造上进行霸凌式断供，使中国构建自主可控、安全高效的半导体产业链的目标更加紧迫。

客观上，半导体产业链需要各国协作，这从成本和技术进步角度，对各国都是互利共赢。但美国的断供行为改变了传统的商业与贸易逻辑。在大国竞争的背景下，对具有战略意义的半导体和芯片产业链，安全、可靠成为主导的逻辑。

中国要成为制造强国，实现在全球产业链、价值链的跃升，摆脱关键技术受制于人的困境，芯片制造这道坎儿就必须跨过。

随着越来越多的中国高 科技 企业被列入美国实体清单，迫使半导体产业链中的许多中国企业不得不“抱团取暖”，携手合作，努力寻求供应链的“本土化”。“中国芯”突围，成为中国 科技 界、产业界不得不面对的一场“新的长征”。中国半导体产业进入攻坚期，也由此迎来发展的重大战略机遇期。

在国家“十四五”规划和2035远景目标纲要中，把 科技 自立自强作为创新驱动的战略优先目标，致力打造“自主可控、安全高效”的产业链、供应链；国家将集中资金和优势 科技 力量，打好关键核心技术攻坚战，在卡脖子领域实现更多“由零到一”的突破。国家明确提出到2025年实现芯片自给率70%的目标。

2020年8月，国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，瞄准国产芯片受制于人的短板，在投融资、人才和市场落地等方面进一步加大政策支持，助力打通和拓展企业融资渠道，加快促进集成电路全产业链联动，做大做强人才培养体系等。

全国多地制定半导体产业发展规划和扶持政策，积极打造半导体产业链。长三角地区是我国半导体产业重点聚集区，深圳市则是珠三角地区集成电路产业的龙头，京津冀及中西部地区的半导体产业也正在加快布局。

作为中国创新基地，上海市政府6月21日发布《战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划》，其中集成电路产业列为第一位的发展项目，提出产业规模年均增速达到20%左右，力争在制造领域有两家企业营收进入世界前列，并在芯片设计、制造设备和材料领域培育一批上市企业。

上海市的规划中，对芯片制造也制定出具体目标和实施路径：加快研制具有国际一流水平的刻蚀机、清洗机、离子注入机、量测设备等高端产品；开展核心装备关键零部件研发；提升12英寸硅片、先进光刻胶研发和产业化能力。到2025年，基本建成具有全球影响力的集成电路产业创新高地，先进制造工艺进一步提升，芯片设计能力国际领先，核心装备和关键材料国产化水平进一步提高，基本形成自主可控的产业体系。

上海联合中科院和产业龙头企业，投资5000亿元，打造世界级芯片产业基地：东方芯港。目前东方芯港项目已引进40余家行业标杆企业，初步形成了覆盖芯片设计、特色工艺制造、新型存储、第三代半导体、封装测试以及装备、材料等环节的集成电路全产业链生态体系。

在国家政策指引和强劲市场的驱动下，国家、企业、科研机构、大学、 社会 资金等集体发力，中国芯片行业正展现出空前的发展动能和势头。

在外部倒逼和内部技术提升的共同作用下，中国芯片产业第一次迎来资金、技术、人才、设备、材料、工艺、设计、软件等各发展要素和环节的整体爆发。国产芯片也在加速试错、改造、提升，正在经历从“不可用”到“基本可用”、再到“好用”的转变。

中国终将重构全球半导体格局

中国芯片制造重大技术突破接踵而至：

中微半导体公司成功研制了5纳米等离子蚀刻机。经过三年的发展，中微公司5纳米蚀刻机的制造技术更加成熟。该设备已交付台积电投入使用。

上海微电子已经成功研发出我国首款28纳米光刻机设备，预计将在2021年交付使用，实现了光刻机技术从无到有的突破。

中芯国际成功推出N+1芯片工艺技术，依托该工艺，中芯国际芯片制程不断向新的高度突破，同时成熟的28纳米制程扩大产能。

7月29日，南大光电承担的国家 科技 重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”之光刻胶项目通过了专家组验收。

8月2日青岛芯恩公司宣布8寸晶圆投片成功，良率达90%以上，12寸晶圆厂也将于8月15日开始投片。

2017年，合肥晶合集成电路12寸晶圆制造基地建成投产，至2021年合肥集成电路企业数量已发展到近280家。

中国半导体行业集中蓄势发力，在关键技术和设备等瓶颈领域，从无到有，由易入难，积小成而大成，关键技术和工艺水平正在取得整体跃迁。

小成靠朋友，大成靠对手。某种意义上，我们应该感谢美国的遏制与封锁，逼迫我们在芯片和半导体行业加速摆脱对外部的依赖。

回望新中国 科技 发展史，凡是西方封锁和控制的领域，也是中国技术发展最快的领域：远的如两d一星、核潜艇，近的如北斗导航系统以及登月、空间站、火星探测等航天工程。在外部压力的逼迫下，中国 科技 与研发潜能将前所未有地爆发。

实际上，中国的整体 科技 实力与美国的差距正在迅速缩小。在一些尖端领域，比如高温超导、纳米材料、超级计算机、航天技术、量子通讯、5G技术、人工智能、古生物考古、生命科学等领域已经居于世界前沿水平。

英国世界大学新闻网站8月29日刊发分析文章，梳理了中国 科技 水平的颠覆性变化：

在创新领域，中国在全球研发支出排名第二，全球创新指数在中等收入国家中排名第一，正在从创新落伍者转变为创新领导者。

人才方面，拥有庞大的高端理工人才库，中国已是知识资本的重要创造者，美中 科技 关系从高度不对称转变为在能力和实力上更加对等。

技术转让方面，中国从单纯的学习者和技术接收者，转变为技术转让的来源和跨境技术标准的塑造者。

人才回流，中国正在扭转人才流失问题，积极从世界各地招募科学和工程人才。

这些变化表明，中国 科技 整体实力已经从追赶转变为能够与国际前沿竞争，由全球 科技 中的边缘角色转变为具有重要影响力的国家之一。

中国的基础研究水平也在突飞猛进。据《日经新闻》8月10日报道，在统计2017年至2019年间全球被引用次数排名前10%的论文时，中国首次超过美国，位居榜首位置。报道还着重指出中国在人工智能领域相关论文总数占据20.7%，美国为19.8%，显示中国在人工智能领域的研究成果正在超越美国。

另有日本学者在研究2021QS世界大学排名后，发现世界排名前20的理工类大学中，中国有7所上榜，清华大学居于第一位，而美国有5所。如果进一步细分到“机械工程”、“电气与电子工程”，中国大学在排名前20中的数量更是全面碾压美国。

芯片技术反映了一个国家整体 科技 水平和综合研发实力，中国的基础研究、应用研究、人才实力具备了突破芯片核心技术的基础和能力。

正如世界光刻机龙头企业——荷兰ASML总裁温尼克今年4月接受采访时所说：美国不能无限打压中国，对中国实施出口管制，将逼迫中国寻求 科技 自主，现在不把光刻机卖给中国，估计3年后中国就会自己掌握这个技术。“一旦中国被逼急了，不出15年他们就会什么都能自己做。”

温尼克的忧虑，正在一步步变成现实。全球半导体产业正进入重大变革期，中国在芯片制造领域的发愤图强，正在改写世界半导体产业的竞争格局。

中国的市场优势加上国家政策优势、资金优势以及基础研究的深入，打破美国在芯片制造领域的技术垄断和封锁，这一天不会太遥远。

三星电子（Samsung Electronics）今年下半年开始量产3纳米（台湾译奈米）的半导体晶片（chip，又称芯片）。面对挑战，全球晶片代工龙头台积电（TSMC）也宣布其3奈米制程（泛指晶圆生产加工的过程）将如期于下半年进入量产。全球两大晶圆代工龙头在先进制程的角力进入新阶段。

与此同时，晶片背后的地缘政治竞逐也越来越白热化。美国总统拜登（Joe Biden）上台后力推的晶片法案（CHIPS Act），本周三已经在参议院通过，预计众议院周四表决。

该法案旨在协助美国半导体产业自给自足，并补助“价值相近”的外国半导体大厂在美设厂，扩展就业机会。但是，该法案在补助外国大厂的但书（法律文本）上，要求受补助者10年内不得在中国建造新的半导体厂房等。有分析认为，这是美国围堵中国半导体发展的新战略。

《纽约时报》评论称，一向反对政府高度干预商业的共和党，此刻支持民主党法案，罕见达成两党共识，除了扶持美国本土半导体之外，也是为了围堵中国半导体产业。

事实上，半导体晶片已经如同本世纪的石油，一般手机、高阶军武、5G及电动车等都需要晶片协助升级。中国在AI人工智慧及5G科技的迅速发展，迫使美国希望拉拢盟友，掣肘中国的半导体发展。

新加坡国立大学李光耀管理学院资深研究员艾力克斯·卡普里 （Alex Capri ）向BBC中文解释，三星与台积电的竞争再激烈，美商英特尔也以IC设计等技术领先业界。但他称，台韩美大厂都是“竞争性的合作关系”，并非希望消灭对方。他赞同美国的策略是与这些半导体大厂或政府合作，目的是抵御中国在半导体科技的发展。

台北智库“台湾经济研究院”分析师刘佩真告诉BBC中文称，今年5月美国总统拜登（Joe Biden）上任的首次亚洲行首选韩国，并亲访三星，加上三星宣布将大举投资美国及宣布设厂，未来韩国政经情势上往美国靠拢的机会较大。“台湾现阶段政府较为亲美，而两岸关系较为紧张，因而美国极力拉拢台、韩、日等国共同抗中的形势日趋显著”，她说。

三星量产三奈米晶片

2022年起，台积电、三星及英特尔（Intel）代表台湾、美国及韩国三强，在晶圆代工领域的技术领先。根据半导体研究机构集邦谘询（Trendforce）统计，2022年首季，台积电于全球晶圆代工领域的占比达53.6％，位居第二的三星则达16.3％。

刘佩真分析，现在三星希望以新的环绕式栅极（Gate-All-Around，GAA），在3奈米晶片制程超前台积电，主要原因之一是自2016到2022年连续7年，台积电独家拿到大客户苹果公司（Apple）应用处理器代工的订单，三星因此希望将苹果订单重新夺回。

中国半导体分析师杜芹在微信公众号“半导体行业观察”解释，从财报上看，苹果是台积电的最大客户，两者在半导体的合作紧密。“苹果设计，台积电代工”的商业模式一直是两公司合作模式。

他说，目前半导体业界判断，台积电2025年计划生产的2奈米晶片，苹果仍有可能是优先客户，判断来自苹果和台积电正在联合开发1奈米晶片，用于增强苹果未来想要推广的和苹果汽车计划。

“两家公司彼此成就，在十年后的今天都成为了各自赛道的领头羊。没有苹果这么强势的客户的帮助，台积电难以在代工界领先。而如今，无论是苹果的A系列、M系列、还是基带芯片，乃至未来的汽车芯片，都将离不开台积电的代工支持。这两家公司已经密不可分”，他强调。

可以说，这些年来三星与台积电在高阶晶片生产代工的竞逐，关键便是在良率。

科技网站WccfTech分析，同样接到高通公司（Qualcomm）升级版Snapdragon 8 Gen 1处理器的4奈米晶片订单，三星代工的晶片良率为 35%，台积电则达70%，这使高通最后选择了台积电成为其代工伙伴。不过，高通的第一代Snapdragon 7 Gen 1仍继续让三星晶圆代工，三星仍是高通的第三大客户。

朱岳中强调，三星紧追台积电试图以新的代工技术，打破良率表现落后台积电的劣势，还需要许多资金及技术投入。他认为，“良率就等于厂商的成本，也与产品的效能相关，这是产品能不能销售出去的重点。在晶片制程拼搏谁的制程比较快，其实意义不大”。

刘佩真亦同意，虽然三星率先宣布3奈米GAA制程，意图超越台积电，“但（3奈米晶片）良率情况仍不明，且也尚未取得大量客户订单，加上GAA制程良率要提升仍有相当的难度，故短期内仍看好台积电先进制程竞争力”。

目前台积电3奈米制程预计仍采用鳍式场效电晶体，在2奈米制程才使用GAA新技术。

无论如何，韩国这几年几乎是倾全国之力，扶持三星。根据路透社，在今年5月拜登及尹锡悦总统访问三星厂房后，三星集团随即在5月底宣布，该公司未来五年资本支出将增高至450兆韩元（约3,600亿美元）领域，是该集团成立数十年以来最大的投资金额。

此外，6月，三星负责人李在镕飞抵荷兰，与全球最大晶片光刻机（又称曝光机）供应商艾司摩尔（ASML）高层会面，称三星已确保能取得“额外”的极紫外光（EUV）设备，并保证光刻机机台能在韩国组装。

艾司摩尔是高阶晶片制程的设备制造商，该公司全球独家生产的EUV机台，是确保晶圆切割精确的机台，因此成为半导体大厂的必争之地，也被认为是李在镕亲自飞往荷兰与该国政府及厂商谈判的原因。

三星希望抢下更多机台，为其高阶晶片代工加快脚步。根据《日经新闻》（Nikkei）统计，目前台积电拥有50台艾司摩尔EUV机台，三星则有20台。

三星未来在晶片代工市占率及良率，能否迎头追上或超前台积电，都是科技界观察重点。

半导体良率是什么？

具体而言，一般商品良率即是“良品数”在总产量的比例。但晶圆制造的良率计算就更加复杂。根据朱岳中博士分析，晶圆制造良率泛指Wafer(晶圆)良率、Die(晶粒)良率和封测良率三者的总乘积。

晶圆良率越高，意味同一片晶圆上产出通过测试的好晶片数量越多。没通过测试的晶粒就会被淘汰，不会被封装成晶片。当然，封装过程也可能再次出问题，所以还会再次测试。“事实上晶圆制造过程有超过300个步骤，每个步骤都有可能产生问题，所以都会有专门的工程师监控测试，随时注意良率变化。所以制造厂商其实也不知道具体良率，只知道最终总良率。”

他分析，基本上一平方单位英寸上会有动辄数亿颗的电晶体，但不可能每一个电晶体都是好的，“良率越高，意味好的电晶体数越多，效能自然也会越好。良率低不意味产品是坏掉或故障的，因为真的有问题的，在测试过程中就已经被淘汰，但势必效能会较差。”

而良率确实是厂商的商业机密，并没有专门统计的机构。但基于商业诚信及对投资者及股东负责，基本上厂商都会在财报中揭露大致数据，客户端其实也有专门推算的部门。过去就有半导体大厂疑似窜改良率数据，被发现丢掉订单的纪录。

台工研院携手 LED 驱动 IC 厂聚积 科技 、PCB 厂欣兴电子与半导体厂錼创 科技 ，四方合力研发的次世代显示技术微发光二极管（Micro LED）又有新进展。继去年展出全球第一个直接转移至 PCB 基板的 Micro LED 显示模块后，时隔一年再公开的合作结晶成功实现了「RGB」全彩，但小小一块板子背后所要解决的技术问题尽是挑战。

红光良率不比蓝绿，弱化结构更是难题

Micro LED 技术谈了好多年，众所周知这是一门需要颠覆传统制程、牵涉产业领域甚广的破坏式创新技术，各个技术环节对领域专家而言都有不易突破的瓶颈。去年台工研院与三厂合作开发的被动矩阵式驱动超小间距 Micro LED 显示模块，成功将 Micro LED 阵列芯片直接转移到 PCB 基板，只是RGB 全彩独缺红光。经过一番努力，今年总算是让红光「亮」了相。

有别于先前 6 cm x 6 cm 的 Micro LED 显示模块，间距（Pitch）小于 800 μm、分辨率 80 x 80 pixel，新版模块尺寸为 6 cm x 10 cm，间距约在 700 μm 以下、分辨率 96 x 160 pixel，LED 芯片尺寸则同样在 100 μm内。从前端制程到后端转移，台工研院电光所智能应用微系统组副组长方彦翔博士提到两大技术难题，一是红光芯片利用率与良率不足，二是「弱化结构」。

2018 年所展出的超小间距 Micro LED 显示模块独缺红光，间距小于 800 μm、分辨率 80 x 80 pixel

2019 年新版 Micro LED 显示模块成功达成 RGB，间距约 700 μm以下、分辨率 96 x 160 pixel

「以芯片利用率和良率来看，红光还是问题，」方彦翔以 4 英寸 LED 晶圆为例指出，晶圆扣除 2 mm 外径后，可用区域的良率在单一标准值下或许可达 99％，也就是单看波长（Dominant Wavelength，Wd）、驱动电压（Forward Voltage，Vf）或反向漏电（流）（Reverse Leakage (Current)，Ir）；但若三项数值标准都要兼备，整体良率很可能不到 60％，尤其红光受限于材料与特性，或许连 50％ 良率都未必能达到。

光看可用区域的良率并不够，方彦翔表示，Micro LED 制程下需要针对转移的面积去定义良率。简单来说，假设巨量转移模块的转移面积是 6 cm x 3 cm，就表示在该矩形区域（block）里的 Micro LED 阵列芯片都必须符合前述三项良率标准，不能有坏点才能进行转移，也就是说整片晶圆里可能只有某个特定区块符合所有标准，良率不够稳定导致能转移的区域少、整片利用率也大幅下降。以目前产业最顶尖的技术来说，晶圆芯片要做到超高均匀度都还有很大努力空间。

红光受限于材料与特性，良率比蓝光、绿光相对更低

不仅 Micro LED 红光良率有待改善，具有弱化结构的 Micro LED 更是难求。

弱化结构是巨量转移成功与否的一大关键。方彦翔说明，Micro LED 芯片在制程阶段得先跟硅或玻璃等材质的暂时基板接合，再透过雷射剥离（laser lift-off）去除蓝宝石基板，接着以覆晶形式将原本的 LED 结构翻转、正面朝下，并使 P 型与 N 型电极制作于同一侧，对于微缩到微米等级的 Micro LED 来说又更具难度。

为了让 Micro LED 在巨量转移的吸取过程中，能够顺利脱离暂时基板又不至破片，因此得在 LED 下方制作中空型的弱化结构，也就是以小于 1 μm 的微米级柱子支撑。当转移模块向上吸取 LED 时，只要断开柱子便能将 Micro LED 脱离暂时基板，再转移下压至 TFT 或 PCB 板上，但这一步骤也考验 LED 本身够不够强固、承受压力时是否仍能保持完好，而红光比起蓝光和绿光相对更脆弱易破，加上 PCB 板粗糙度（roughness）较大、上下高低差大于 200 μm，稍微施压不当就可能降低红光转移成功率。

至于玻璃基板则因为粗糙度没有 PCB 板来得大，Micro LED 转移难度也相对较低。去年台工研院便展出过一款 6 cm x 6 cm、间距约 750 μm、分辨率 80 x 80 pixel 的 Micro LED 透明显示模块，所采用的就是超薄玻璃基板，技术上成功实现了 RGB 三色；而今年所制作的新版 Micro LED 透明显示模块，尺寸为 4.8 cm x 4.8 cm，间距约 375 μm、分辨率 120 x 120 pixel，明显比前一款的显示效果更为细致。

2018 年版 Micro LED 透明显示模块，间距约 750 μm、分辨率 80 x 80 pixel

2019 年版 Micro LED 透明显示模块，间距约 375 μm、分辨率 120 x 120 pixel

聚焦三大应用：电竞屏幕、AR、透明显示器

Micro LED 具备高亮度、高效率低功耗、超高分辨率与色彩饱和度、使用寿命较长等特性，在电竞屏幕（Gaming Monitor）、扩增实境（AR）、透明显示器等应用领域，要比 OLED、LCD 更能发挥优势，而这三大应用也是台工研院最为看好也正积极发展的方向。

以电竞屏幕应用来看，方彦翔提到目前市场上虽然已有次毫米发光二极管（Mini LED）技术切入，但始终是做为显示器背光，Micro LED 则可直接做为 pixel 显示不需背光源。相较于 Mini LED 或同样为自发光显示技术的 OLED，Micro LED 对比度更高更纯净、显色表现也更佳，在最关键的刷新率表现上也优于 OLED，而且无烙印或衰退问题，未来在高端消费市场的发展潜力相当可期。

台工研院 Mini LED 显示模块采用 PCB 基板，模块尺寸 6 cm x 6 cm、间距小于 800 μm、分辨率 80 x 80 pixel

提到 Micro LED 应用于 AR 的发展机会，方彦翔已不只一次表达过正面看法。他认为 Micro LED 有机会在 AR 领域发展为显示光源主流技术，但就技术而言还有很多难题有待克服，除了 Micro LED RGB 三色良率和效率问题需要重新调整外，若以单色 Micro LED 结合量子点（QD）色转换材料的方式，也还有其他问题存在。

而且，AR 成像目前遇到的问题为系统光波导（Optical Waveguide）吸收率极高，因此若要在系统要求的低功耗前提下，Micro LED 所需要的亮度将高达 100 万 nits，别说 Micro LED 现在还很难做到，连技术成熟的 OLED 和 LCD 都无法达到，更何况 AR 画素密度约 2,000 ppi 以上，间距在 12.8 μm 左右，单一子画素（Sub-pixel）必须微缩到 4 μm 以下，Micro LED 若以传统制程进行制作，效率将大幅下降，在一定功耗要求下，光要达到 10 万 nits 就已经非常困难。

「所以 LED 小于 10 μm 以后，亮度就是另一个世界，」方彦翔说，「要提升 LED 在 AR 上的效率，就必须从半导体的结构和制程去改变，要有突破才有办法达到」。尽管 AR 应用可能还需要五年才有机会实现，但他认为这确实是台湾地区可以发展的 Micro LED 利基市场。

至于台工研院所开发的透明显示器采被动式无 TFT，主要以 3 到 4 英寸模块拼接形式，聚焦车载和被动式应用。提到透明显示器车载应用，方彦翔指出，OLED 透明度虽然可达 60％ 到 70％，但分辨率难做高；Micro LED 透明度可达 70％ 以上，显示也相对更清晰。目前台工研院正与厂商进行产品试做，也会持续发展有关应用。

方彦翔直言，Micro LED 就技术开发来说还需要一段时间，若朝 OLED 和 LCD 现有市场发展替代应用已经太晚，也不一定会有竞争优势，加上良率有限、成本难降，要跟技术成熟的 LCD 和 OLED 竞争并不容易。但他相信，OLED 或 LCD 达不到的技术就是 Micro LED 的机会，尤其电竞屏幕、AR 和透明显示器等高技术门槛的利基应用，或许可为台湾地区发展 Micro LED 的路上亮起希望。

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