2011年LED制造用蓝宝石基板供应缺口继续扩大
随着LED TV及照明市场需求起飞，蓝宝石基板的需求也水涨船高。蓝宝石基板占LED成本高达两成，可说是LED供应链中成本最高的材料。蓝宝石(Al2O3，英文名为Sapphire)为制成氮化镓(GaN)磊晶发光层的主要基板材质，GaN可用来制作超高亮度蓝光、绿光、蓝绿光、白光LED。1993年日亚化学(Nichia)开发出以氮化镓(GaN)为材质的蓝光 LED，配合MOVPE(有机金属气相磊晶法)的磊晶技术，可制造出高亮度的蓝光LED。
蓝宝石基板过去大宗应用是导弹弹头及手表等，后来应用到LED的基板。蓝光LED晶粒的长晶材料的蓝宝石基板是由蓝宝石晶棒切割而成，蓝宝石晶棒是将氧化铝(Al2O3)的单晶作为长晶的基础，采拉晶法培育生长，培育方法因各家厂商参数不同而有不同纯度。
就上下游关系来看，蓝宝石基板的上游为蓝宝石长晶，此阶段难度颇高，因此过去多由美商Rubicon technology和俄商Monocrystal把持，且由于2009年前的市场需求不大且价格低落，因此其他地区业者并无投入的意愿。但自2009年开始，LED背光电视渗透率窜升三成，蓝宝石基板需求激增，但上游未及时扩厂，导致供不应求，因此促使价格上升。
价格上升带动毛利率持续增长，以上述Rubicon technology为例，该公司去年的蓝宝石晶棒毛利率站上63%，今年则预期仍可保有五成空间，该公司财务长William weissman日前在法人说明会上便表示：“客户一直追着我们要货。”且Rubicon的营收与获利也已呈现连续两年、六个季度不断创新高的情况。鉴于前景看好，因此许多业者，包括韩国及台湾业者皆纷纷投入此一领域。
韩国方面，STC颇为积极扩产，另外，韩国三星电子旗下三星LED日前更与日本住友化学(Sumitomo Chemical) 合资设立LED蓝宝石硅晶圆(Sapphire Wafer)公司，双方各持50％股权，共同生产蓝宝石硅晶锭(Sapphire Ingot)及蓝宝石硅晶圆。三星LED发言人表示，合资企业生产的蓝宝石晶圆将完全用来供应三星LED生产LED芯片，以协助公司进一步抢攻广泛应用LED技术的平面电视及消费性电子市场。除韩国外，台厂亦相当积极于布局蓝宝石领域。目前台湾约有中美晶、兆晶、兆远、晶美、越峰，投入基板制造业务；鑫晶钻、尚志切入晶棒的生产；合晶光则同时兼具晶棒及基板业务。
蓝宝石基板业者纷纷扩产
根据市场估计，2010年底全球蓝宝石基板供应量为3,785万片，需求为4,240万片，2011年蓝宝石基板供应量将提升至5,900万片，不过由于大陆LED 业者预计加入MOCVD机台投产，估计全球需求量约7,210万片，整体供需仍处于吃紧，尽管近期LED市场需求转淡，大陆业者产能开出进度也不如预期，不过整体市场应用规模仍持续成长，也因此各大蓝宝石基板厂2011年仍将持续扩张产能，满足市场需求。
例如目前以2英寸基板为主力的兆远科技，单月产能已从15万片扩充至30万片，且预计在第三季将进一步扩充至 50万片；兆晶目前月产能约为45万片，预计2011年底的月产能也将拉高至60万片；晶美则已于2010年底达到月产能60万片，其厂房最大并可扩充至单月100万片，值得注意的是，晶美在大陆的蓝宝石基板市场市占率超过八成，随着中国加速落实LED晶粒国产化目标，晶美有领先抢进中国市场的优势。
另外，成立届满30周年的中美晶于日前宣布“史上最大的组织调整”，将把半导体和蓝宝石部门分别切割独立为“环球晶圆”和“蓝宝科技”两家公司。中美晶总经理徐秀兰表示，由于蓝宝石基板需求强劲，因此中美晶已决定提高蓝宝石基板扩充规模，今年底月产能将从18万片提高到24万片，扩产3成，其中自行长晶产能目标为5成。中美晶已于第二季兴建新蓝宝石基板厂，欲计年底将完工，明年初量产。中美晶是在今年初正式发表台湾第1支90公斤重的蓝宝石晶体，在预期今年LED市场将大幅成长下，中美晶决定提高蓝宝石基板产能扩充的幅度。
上游晶棒产能亦加速扩充
再者，由于上游蓝宝石晶棒技术含量较高，不仅具有高毛利率的优势，且占基板成本比重达6成左右，因此目前蓝宝石基板厂也纷纷强化晶棒自制率。例如兆远于2010年1月于大陆山东成立子公司元鸿，主要业务便是研发蓝宝石长晶，预计2011年上半的晶棒月产能约为1-2万片，未来将逐步扩充产能。越峰的蓝宝石晶棒月产能，则预计可从去年初的十万毫米，扩充至年底的40-45万毫米。
越峰为全球第四大蓝宝石晶棒厂，今年首季已涨价15%至20%。越峰规划今年上半年LED蓝宝石晶棒产能目标由去年底的9万毫米扩大为11万至 12万毫米，产能增幅逾三成，下半年再扩大至18万毫米，较去年底倍增，可望顺势带动营收规模同步倍增。
此外，合晶光电亦颇为积极，该公司预计在年底达到晶棒自制率由1成提升到5成的水平，合晶光总经理方金龙表示，因应LED市场快速成长，合晶光今年产能将会倍增，为稳定蓝宝石晶棒供货及降低成本，将同步扩充晶棒产能，晶棒自制比率将由目前的10%，到年底时提高到50%。合晶光今年资本支出预计在5亿至7亿台币。合晶光是台湾少数蓝宝石基板厂商拥有长晶、切片、研磨、抛光、PSS一贯化制程的厂商，尤其是PSS(图案化蓝宝石基板)为主力产品，PSS在下游制造晶粒的发光效率上，比传统使用的抛光片高出20%至25%。 目前LED产品对亮度要求愈来愈高，PSS占蓝宝石基板的使用率将逐渐提高，合晶光有其竞争优势。
除晶棒外，合晶光电目前拥有2英寸、4英寸LED蓝宝石基板的生产线，月产能为10万片，现正投入6英寸基板领域。预计月产能将从目前的10万片，提升到明年的20万片水平。此外，合晶也将投资60万美元于江苏灿扬光电，跨足LED磊晶领域，强化LED的垂直整合布局。
鑫晶钻则于去年产出80公斤蓝宝石晶体 ，鑫晶钻为LED最上游的蓝宝石长晶厂，技术来源为苏联的Monocrystal，该公司成立于96年3月，当年10月成功产出第一颗25公斤的蓝宝石晶体，来年10月产出52公斤，去年11月达80公斤的蓝宝石晶体。鑫晶钻拥有技术门坎高于蓝宝石切割研磨的蓝宝石长晶技术。
尚志半导体目前晶棒月产能约1.5万毫米，今年内则将扩产为10-15万毫米的水平，该公司表示，尚志是以c轴钻取方式钻取晶棒，c轴钻取方向与蓝宝石晶堆相同，但良率则远高于侧面钻取的KY法。蓝宝石长晶技术尚未统一，关键技术多由美国、日本、俄罗斯厂商所掌握，其中美国、日本对长晶技术有所保留，以至于其他国家难取得关键技术，因此台湾厂商技术主要来自于俄罗斯。目前以柴氏拉晶法(CZ)和凯氏长晶法(KY)为主流技术，其中最成熟也最主流KY法，其钻取率可达 40-42%，就28公斤晶柱而言，长晶所需花费时间约10天，而65公斤的则需要12-14天，大公斤的晶柱所需花的时间不会高出太多，但有良率难控制。
至于全球第一大的蓝宝石晶棒厂Rubicon，今年底预估产能将增加至100万毫米，俄罗斯的MOnocrystal预估将增加至 80万毫米左右，韩国的STC产能预估将倍增至90万毫米，将威胁Rubicon龙头宝座，这三家蓝宝石晶棒产能全球市占高达6-7成左右，若加计日本的 Namiki、Kyocera及台湾的产能，预估今年底全球的蓝宝石晶棒产能将达到400万毫米上下，然而仍将呈现略微短缺的状况。
价格下调不易
在晶棒的价格方面，由于需求旺盛，因此去年蓝宝石晶棒价格飙涨150%，至于今年，虽然有上述各家厂商提供的扩产数字，然而最后实际能开出多少产能仍是未定之数，因为此领域的技术门坎颇高，规模较小的业者可能会有验证方面的问题，因此预估整体仍是供不应求，所以仍不易跌价。以销售蓝宝石晶棒为主的尚志半导体表示，晶棒的价格第2季与第1季约略持平，蓝宝石晶棒的价格为24-25美元/毫米，晶棒价格的优势甚至超越基板。
蓝宝石基板的价格方面，根据拓?产业指出，虽然LED磊晶厂强力要求降价1成，例如璨圆董事长简奉任公开喊出，蓝宝石合理价格在20到25美元，晶元光电副总经理张世贤则指出去年第四季2英寸基板价格平均在30至 35美元，今年第一季已降到25到30美元，第二季还会再降，但幅度目前还不知。然而供应厂都反应需求仍相当强劲，Rubincon执行长Raja Parvez表示，日本LED芯片制造客户的需求有增加迹象，主因当地发生强震，导致供应链受到干扰。合晶光电总经理方金龙也表示，就上半年来看，蓝宝石基板仍是相当供不应求，上半年看不到价格向下的趋势。越峰则表示，今年LED照明市场的表现优于预期，过去LED的应用仅在背光源，如今增加照明市场，将使公司产品的需求更增加。
整体而言，LED照明启动，加上LED 背光液晶电视的渗透率大幅提高，让蓝宝石基板的身价水涨船高，去年供不应求，价格一路飙高。不过，去年第三季LED进行库存调整，蓝宝石基板的价格仍居高不下，今年第一季价格下滑10%至15%，LED业者预估第二季仍会再跌，不过，基板厂却认为不会跌价。主要是因为在日本强震影响下，日商出货减少，加上今年LED市场需求持续热络，蓝宝石基板的供给将持续紧张，缺口将提升至19％，因此最后协调出价格下跌5%以内，2英寸平均价格落在28.5美元左右，同时蓝宝石基板厂为求高毛利，将逐渐提高4英寸出货比重。
基本上，蓝宝石基板4英寸价格优于2英寸，第2季的价格大约在120美元至130美元之间。对下游LED晶粒、封装厂不断高喊蓝宝石基板降价，中美晶总经理徐秀兰则认为市场需求还是相当旺盛，而上游长晶产能短时间还不会有供给过剩现象，预期上半年基板降价的机会并不高，仅会应客户要求微幅调整，至下半年新产能大量开出后，则看市场供需决定是否降价。合晶总经理方金龙则指出，材料端大缺，主要是LED磊晶厂扩产幅度甚大，但上游材料厂产能却一时无法衔接，自然推升价格向上。合晶认为，LED蓝宝石材料的爆发力才刚开始，以目前情势来看，缺货恐延到明年。
LED需求持续畅旺
整体而言，LED需求旺，今年LED背光液晶电视渗透率将超过五成，以及LED照明组件的启动等，都带动蓝宝石基板的需求。由于日本这次的天灾和核灾，影响全球约6%的蓝宝石基板供应量，各厂更积极展开扩产，迎接LED产业的荣景。
不过，由于蓝宝石基板供需吃紧，因此其他选择，例如硅基板也开始受到瞩目，据了解，硅基板LED晶粒虽然产品质量较稳定，但成本较高，而且从材料掌握就具有高技术门坎，加上Cree握有许多硅基板型LED专利技术，许多厂商为了避免专利问题，都没有采用硅基板。不过，就技术层面来看，以硅基板取代蓝宝石基板，有助于强化LED 散热。因为蓝宝石在高电流通过时，效能就会开始下滑，但硅基板无此问题，而散热考虑在LED照明领域尤为重要。
基本上，应用在照明的LED不仅亮度要够，散热也是关键课题。随着发光效率越来越高，散热也日益重要。因此，在照明领域中，除了蓝宝石基板外，硅基板的使用不失为另一可能性。
延伸阅读：今年LED TV市场将对蓝宝石衬底提出大规模需求
去年，背光源市场是推动蓝宝石衬底需求的绝对力量，其中手机、显示器、液晶电视等行业的出货量直接拉动了蓝宝石衬底的需求，但随着渗透率逐渐加大，手机市场对蓝宝石衬底需求的增长趋势逐渐放缓，未来蓝宝石衬底的大量需求将主要来自LEDTV的大规模需求上。此外，随着去年12月份《平板电视能效限定值及能效等级》的实施，LEDTV的需求开始打开新的突破口。
根据中投顾问发布的《2010-2015年中国半导体照明(LED) 产业投资分析及前景预测报告》显示，2010年整体LED 背光源的晶粒需求总量占比达到48%,这就意味着对蓝宝石衬底的需求应该高达350万片。LED照明渗透率每提高1%，就将直接推动107万片蓝宝石衬底的增长需求，如果全球达到50%的渗透率，将会形成对蓝宝石衬底5350万片的增量需求。
在目前的衬底技术中，蓝宝石衬底以绝对的优势占据主流地位。日亚化学和丰田合成都采用蓝宝石衬底技术，大型LED供应商中，只有科锐(Cree)采用碳化硅衬底，因为其掌握成熟的碳化硅生成技术，因此形成了其在碳化硅领域一家独大的局面。对于大部分商家而言，选择具有成熟技术的蓝宝石衬底明显优于性价比较差的碳化硅技术，其中，性价比既是蓝宝石衬底得以抢占大部分市场的原因，也是碳化硅与GaN衬底没能大规模发展的原因。
中投顾问研究总监张砚霖指出，下游电子市场的需求将愈见强烈，如此大规模的需求将促使生产厂商不断增加产能以满足市场需求，但是由于该行业的进入壁垒较高，在短期供不应求的状况下，产品价格必然会明显上涨，这已经在 2010年上半年内有所体现，在价格与需求量上涨的双重影响下，现有厂商将明显获利。