价值连城LED行业分析报告：
LED市场调研与技术分析报告（连载三）
5 LED用基板
5.1 散热基板概述
LED散热基板在LED封装中发挥着重要作用，LED产业的兴起，孕育了一类新型基板的问世， 基板高散热性要求促进了LED散热基板向着更多种结构化的发展。
统计分析表明，电子产品失效中，由热引起的失效占的比重最大，为 55% ，振动失效为20%，潮湿引起失效占10%，尘埃造成失效占6%，其余为其他原因引起的失效。解决好热耗散是大功率器件封装的关键。要解决这一问题，基板的选择是关键。LED器件同样如此。
图5-1 大功率白光LED封装解决方案
LED中，70～80％转化成热能，20～30％的能量转化成光能。大功率LED将产生更多的热能。热量若不能有效散出，则会导致芯片的温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。为保证器件的寿命，一般要求pn结的温度在110℃以下。PN结温度对效率结温越高，相对光强越低，寿命也越低。结温与相对光强、寿命的关系如下图示意。
图5-2 结温与相对光强、寿命关系
对于大功率LED器件而言，其总热阻是pn结到外界环境热路上几个热沉的热阻之和，其中包括LED本身的内部热沉热阻、内部热沉到基板之间的导热胶的热阻、基板与外部热沉之间的导热胶的热阻、外部热沉的热阻等，传热回路中的每一个热沉都会对传热造成一定的阻碍。如下图示意。
图5-3 单晶片LED封装和热阻示意
大功率 LED 所产生的热量主要通过基板材料传导到外壳而散发出去，基板热阻（RθB）已是散热的主要瓶颈。不同的基板材料，其导热性能各异，高导热的基板可以满足自然冷却的要求。
多晶片产生更多的热量，封装示意图如下，基板热阻同样重要。
图5-4 多晶片LED封装示意
目前随着LED亮度的快速提高，工作电流从20mA上升至1A以上，热阻抗则从360℃/ W下降至6~10 ℃/W。
5.2 LED散热基板主要品种、特性
目前LED基板主要有：常规刚性印刷电路板（PCB）、挠性印刷电路板/软式印刷电路板(FPC)、金属芯印刷电路基板(MCPCB)、绝缘金属基板(IMS)、直接铜结合基板(DBC)、陶瓷基板、高散热复合基板等。
5.2.1 常规刚性印刷电路板(PCB)
特性：
1）以FR4为材料，可制作单层或多层设计；
2）热传到率约0.36W/m.K；
3）技术成熟，成本低，适用于大尺寸面板；
4）热性能较差，仅适用于低功率LED。
图5-5 PCB基板使用示意图
开发商：CTTIZEN、Lumileds、松下电工、台湾佳总、竞国等
5.2.2 挠性印刷电路板/软式印刷电路板(FPC)
特性：
1）以铜箔基板为主，主要是将取代传统刚性PCB板；
2）热传到系数约2～3W/m.K，重量轻，体积小，可挠性及弹性改变形状；
3）全面使用无铅(Pb-free)制程。
使用情形与常规刚性PCB板相似。
图5-6 FPC基板使用示意图
5.2.3 金属芯印刷电路基板(MCPCB)
金属芯印刷电路基板（Metal Core PCB），也称金属基板，是由金属基材、绝缘材料、导体层构成。在LED封装应用上，金属基材通常为铝或铜金属，而铝基板用量最大；绝缘层一般由绝缘树脂与介质填充料构成，这是铝基板技术核心所在；导体层一般为铜箔。因此金属基板一般为三层结构。特性如下：
1）以铝基板为主，主要是将PCB下方的基板改成金属，
2）热导率约1～2.2W/m.K；
3）价位适中，适用于大尺寸面板，广为高功率LED使用。
高导热系数铝基板结构原理图如下：
图5-7 MCPCB结构图I
图5-8 MCPCB结构图II
图5-9 MCPCB基板LED结构示意图
图5-10 使用MCPCB的LED散热路径及热阻网路
5.2.4 直接铜结合基板（DBC）与金属复合材料基板
陶瓷直接结合铜基板(DBC)是将铜箔直接键合到陶瓷材料表面而形成的金属陶瓷复合基板，陶瓷材料通常有氧化铝或氮化铝。氮化铝导热性能良好，热膨胀系数小，但其价格昂贵；所以目前的DBC基板多以氧化铝为陶瓷基材。目前，DBC基板多数应用在大功率功率模块或器件上，而汽车电子等高温应用场合也也适合DBC基板应用。
DBC主要特点：
热传导率约24～170W/m.K，热膨胀系数为5.3～7.5ppm/K；
中高价位，操作/制造过程温度可高达800℃；
适用于高功率/高电流LED使用；
主要开发商：德国Curamic等；
金属基复合材料基板：
1）热传导率约200～800W/m.K，热膨胀系数为3～11ppm/K；
2）中高价位，适用于高瓦数高密度阵列LED使用。
5.2.5 陶瓷基板
LED陶瓷基板属于高导热散热基板，基板材料主要包括AlN和Al2O3；也有少部分特殊应用领域用SiC材质，另外也有用LTCC材料制作小尺寸基板的。氮化铝（AlN）属类金刚石氮化物，最高可稳定到2200℃，室温下机械强度高，且强度随温度的升高下降较慢；导热性好，热膨胀系数小，可与芯片匹配减少热应力，是良好的耐热冲击材料。以氮化铝粉体制作的氮化铝陶瓷基板具有优良的热传导性（高热导率，氮化铝陶瓷基板的热导率约为氧化铝基板的10倍），可靠的电绝缘性，热膨胀系数与硅半导体芯片相匹配；另外，氮化铝陶瓷基板具有高电阻率及低介电常数和低介电损耗，并具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，不低于甚至超过氧化铝陶瓷基板。虽然氮化铝陶瓷基板的综合性能优于氧化铝基板，不过其价格却高于氧化铝基板。SiC陶瓷基板的总体性能虽然很优秀，但技术难度非常大，仅在宇航、核工业等极少数领域中应用，而且价格十分昂贵。
陶瓷基板主要特点如下：
1）陶瓷基板热导率约24～230W/m.K；
2）中高价位，适用于小尺寸面积，（<4.5平方英寸）
3）适用于高温环境及高功率LED使用。
高功率LED 陶瓷封装技术主要可区分成厚膜陶瓷技术与积层陶瓷技术两种。此两种技术皆曾被相关业者用于达成高功率LED 封装，并在市面上销售。然而，利用积层陶瓷作为高功率LED 封装材料并不普及，其原因在于积层陶瓷技术不论在材料成本上或在製程程序上皆比厚膜陶瓷来得不具优势，因此积层陶瓷技术较常被应用于小尺寸的低功率LED 封装。主要开发商有Kyocera、台湾禾申堂、同欣等。
1）厚膜陶瓷技术
厚膜陶瓷技术主要是利用0.2~0.4mm厚度的陶瓷基板为素材，并以具高热导係数的陶瓷基板材料为优先选择对象，如氧化铝(20W/mK)或氮化铝(170W /mK)等，皆为现今高功率LED 陶瓷封装材料的主要候选者。选定陶瓷基板材料后，再利用雷射鑽出所需的导通孔，让稍后铺设的银电极可从陶瓷基板的上表面导通至下表面；至于在银电极的铺设方面，主要是利用网印技术将银胶(Paste)印製在陶瓷基板上并产生所需之图形，经烧烤后即完成电路，此为厚膜陶瓷技术。利用此技术应用于高功率LED 封装的典型业者，首推Cree 与Lumileds公司最具代表性，两公司皆成功地分别推出XLamp与Rebel产品并于市场上销售。除了Cree 与Lumileds 外，Nippon Carbide 公司也利用厚膜陶瓷技术发展出陶瓷载板产品，该产品类似于支架(Leadframe)形式，可提供给LED 封装业者多一项选择。上述三种封装型式颇具特色，因此本文将逐一介绍此三种封装技术的特点。。
2）积层陶瓷技术
积层陶瓷技术，顾名思义是将经已打孔、填孔、印製线路的陶瓷生胚堆叠在一起，经叠压、预切与共烧等製程，即可完成具多层陶瓷与线路的基板。依其材料与烧製温度，可将积层陶瓷技术区分成低温共烧陶瓷(LTCC)与高温共烧陶瓷(HTCC)两大类，若再依其技术演变则可细分别类成下列5 种产品： 1.LTCC； 2.LTCC-M（LTCC ＋金属基板）；3.HTCC-Al2O3（材质为氧化铝）；4.HTCC-AlN（材质为氮化铝）；5.LTCC/HTCC-Heat Slug（LTCC 或HTCC Heat Slug）。
此五类产品各自拥有其竞争优势，因此皆颇为市场上所接受。京瓷(Kyocera)早在2003 年成功开发出高亮度LED 陶瓷封装，为业界最早的供应厂商之一；其封装材料主要採用高导热係数的氧化铝与氮化铝，并利用高温共烧陶瓷技术製作成具银质Reflector Cavity 的积层陶瓷封装体，如图5-10所示，该陶瓷封装因其散热性能与耐热性能皆优于树脂材料，因此当LED 晶片温度过高时，陶瓷封装较不会发生迅速老化现象。为了再提昇积层陶瓷封装体的散热性能，京瓷于去年成功地开发出具CopperHeat Slug 的积层陶瓷封装，此最新产品因使用高导热係数的铜柱作为最主要的导热介质，所以可大幅降低其热阻值。除增加积层陶瓷封装体的散热性能外，该新产品也因屏除银反射镜之设计，进而可大幅度改善硅胶与封装体间的接着性，原因在于硅胶与陶瓷间的接着特性优于硅胶与银反射镜的接着性。
图5-11 京瓷(Kyocera)公司开发的陶瓷封装基板
高功率LED 陶瓷封装的热阻量测与热模拟
在热阻量测前，可藉由热传模拟先预知高功率LED 陶瓷封装的界面温度与整体封装体的温度分佈情形，进而加以判断陶瓷封装的散热能力。以Nippon Carbide 公司开发的陶瓷载板（尺寸为7070）搭配S 公司的晶片（尺寸40mil）为例，透过Flotherm 热传模拟软体进行热传模拟，可精确地计算出LED 的界面温度，其结果如图5-10所示，界面温度会随着输入功率上升而增高，当输入功率为0.3 瓦时，其界面温度为165.64°C。此界面温度远超出125°C 操作上限，因此印证了LED不能在无散热鳍片的情况下单独操作；一般大多皆会搭配散热片如较常被选用的Star，让LED 的界面温度降低至125°C以下，使LED 得以正常运作。有鑑于此，作者亦将高功率LED 陶瓷封装焊接于Star上，再进行热模拟分析，以观察其散热改善状况，其模拟结果如图5-11所示，Star 散热片确实可有效降低LED 的界面温度，可从165.64°C 降低至107.96°C（输入功率为0.3 瓦时）。
图5-12 高功率LED 陶瓷封装的热传模拟结果
图5-13 高功率LED 陶瓷封装焊接于Star 上的热传模拟结果
以上模拟数据只能作为参考之用，事实上还是必须以实际量测结果为准则。经仪器设备量测后得知，在操作电流为350mA 下，陶瓷封装(7070) Star 的整体热阻(Rja)、界面温度(Tj)与Star 板温(Tb)分别为61.30 K/W 、91.12°C 与70.6°C ，其中界面温度91.12°C与模拟结果107.96°C 相差不大，这意味着若有足够的数据资料库来修正参数，则可让模拟结果更贴近实验数据。另外，若将整体热阻(Rja)再细分成Rjb (18.20 K/W)与Rba (43.10 K/W)，则可透过Rjb 值的大小来评断陶瓷基板的散热能力。利用此一分析方法即刻可将氮化铝基板、氧化铝基板、低温共烧陶瓷与LTCC Thermal Via 等不同封装型式作一散热性能排序，其优劣顺序依序为氮化铝基板(9.91 K/W)、氧化铝基板(18.20 K/W)、LTCC Thermal Via (20.1 K/W)与低温共烧陶瓷(46.2 K/W)。以上数据并非在同一基板厚度下进行比较，因此其数值仍会依其厚度的变异而有所不同。
以下对几种常见陶瓷基板及等效热阻进行一些比较。
1) BeO 基板
氧化铍是具有高硬度和强度的优异的热导体，氧化铍基板的导热率是氧化铝基板的十几倍，适用于大功率电路，而且其介电常数又低，还可用于高频电路。但其成本较高。BeO 的热导率为 250W /（m•K），其等效热阻为1.6647(K /W )氧化铍粉末及其蒸汽对人体有毒，且存在环境问题。
2)AlN基板
氮化铝和氧化铝不一样，在自然界没有天然形成的。因此，需要人工制造氮化铝，氮化铝的价格要比氧化铝要贵。它突出的优良性能是具有和氧化铍一样的热传导性，以及良好的电绝缘性能、介电性能。相对于氧化铝来说，绝缘电阻、绝缘耐压更高些，介电常数更低些，特别是氮化铝的热导率是氧化铝的10倍以上，CTE与硅片相匹配。氮化铝属于既具有良好
的导热性同时又具有良好的电绝缘性能的少数的几种材料之一。因此可以选择氮化铝作为支撑板材料，其热导率为200W/m•K），其等效热阻为2.081(K /W )。
3)Al2O3 基板
在实用的陶瓷基板材料中，氧化铝价格较低，从机械强度、绝缘性、导热性、耐热性、耐热冲击性、化学稳定性等方面考虑，其综合性能最好，作为基板材料使用最多。氧化铝陶瓷的玻璃成分一般由二氧化硅和其他氧化物组成，玻璃含量可有很高变化到很低，由于玻璃的导热性很差，因此，玻璃含量高的陶瓷导热性在制造高密度、大功率电路时必须予以个别注意。这里我们选用99% 氧化铝，其热导率为37W/（ m•K），其等效热阻为11.2483(K /W )。
4)SiC 基板
SiC是强共价键化合物，硬度仅次于金刚石，而且其具有优良的耐磨性、耐药品性。高纯度单晶体的导热率也仅次于金刚石。与其他材料相比，其热扩散系数很大，甚至比铜还大，而且其热膨胀系数与硅接近。室温下，其热导率比铝还高，可达氧化铝基板的 20 倍以上，但其热导率会随温度的升高明显下降。与氧化铝相比，其介电常数高，而且它的绝缘耐压差。SiC的热导率为 270W /(m•K），其等效热阻为1.5414(K /W )
5) Al-SiC 基板
SiC颗粒作为增强材料具有性能优异、成本低廉的优点，其CTE 为 4.7×10-6／K，与Si的CTE最为接近，热导率为80-170 W /（ m•K），弹性模量达450G Pa，密度为3.2g/cm3；A l作为基板材料，具有高导热（170-220 W /（m•K））、低密度（2.79g/ cm3）、价格低廉和易于加工等优点，其缺点是CTE 较高。但二者形成Al-SiC复合材料后，却能发挥出Al和SiC各自的优点，又克服了各自的缺点，所以能表现出综合的优异性能。Al-SiC的热导率约为可伐合金和Al2O3的10倍，与Si、Cu-W相当。Al-SiC的CTE与硅片相近，而且，Al-SiC 的CTE可以通过加入量来调节，从而可获得精确的热膨胀系数匹配，使相邻材料界面应力降到最小，就可以将大功率的芯片直接安装到Al-SiC基板上，而不用担心他们的失配应力问题。因此，采用A I-SiC支撑板，其热导率为160W /（ m•K），其等效热阻为2.6011(K /W )。Al-SiC与其它基板材料的物理性能、电性能、化学性能比较见附表5-1。
以上几种常用的基板材料，BeC、AlN、Al2O3的热阻率依次增加，而对于Al-SiC和 SiC这两种材料来讲，它们的热导率较高，而且从封装的对基板材料的要求来讲，如电性能、热性能、机械性能和化学性能来讲，在考虑它们的成本、工艺，以及对环境和人的影响，综合考虑，Al-SiC表现出了优异的性能，可以作为优良的新型大功率LED封装基板材料的有力选择。以下两表数据出于不同的来源，数值不完全相同，但相对比较结果基本一致。
表5-1 常用陶瓷基板材料性能比较1
表5-2 常用陶瓷基板材料性能比较2
对低功率及低热流密度的LED封装，FR4材质的PCB 基板即可满足需求。对高功率 LED(>1W)而言，MCPCB是目前市场的主流，就目前 LED厂商 产品组合的比重观察，各家厂商皆以提高高功率LED产品比重为主。因此，下一波主导散热市场的产品，台湾聚鼎、联茂的 MCPCB产品有较好竞争力来主导。
由于PCB是一层基材（玻纤布、复合材料、PI及金属等），铺上铜箔，以较常见的FR4 来说，上游就是玻纤布的厂商及铜箔厂，"铜箔基板"台湾厂商有台光电、台燿等。 Î
软板可塑性强且兼具环材概念，在产品设计上具有缩小空间、减轻重量等优点，特别适合应该在对体积有特殊需求或结构中有弯曲、折叠之产品，因 LED 即符合上述需求，且软板的热传导率亦与 MCPCB 相当，台湾"软板"厂商有新扬科、台虹、律胜、嘉联益、旗胜等。
5.3 LED用散热基板的市场现状与发展趋势
Roland Haitz从1965年LED商业化至今的发展历程观察得出，LED的价格每10年将为原来的1/10，性能则提高20倍。这个规律被业界称为Haitz定律，给LED的未来留出更多想象空间。LED散热基板的发展也依附于这一定律。
5.3.1 LED封装方式的演进
自高功率LED问世以来，LED封装方式亦随之改变，从早期砲弹型封装方式渐渐地发展至平板型的多晶粒(Multi-Chip)封装方式，而其驱动电流从早期的低功率LED约20mA 提高至高功率LED的0.33至1A。
单颗LED的功耗瓦数从0.1W提高至1W、3W及5W以上，LED封装模组的热阻抗(Thermal Resistance)则由早期的250至350K/W大幅降低至现在的小于5K/W以下。LED面临到日益严荷的热管理挑战，LED 温度升高时不仅会造成亮度下降，且温度超过100°C时将加速视的劣化，那么LED元件本身的盈热技术就必须进一步改善以满足高功率 LED 的散热需求。
早期的炮弹型 LED的一部分热源除了往大气方向散热以外，其余热源仅能透过导线往基板散热，其封装热阻抗较大，对于散热效率亦较差，至于平板型（例如SMD）则由于与基板贴合一起，增加其散热面积，且大幅降低热阻抗，因此除了往大气方向散热之外，往基板方向散热可进一步加速散热。
5.3.2 LED散热途径的演进
随着 LED 材料不断地进步，亮度、功耗量及热量亦随之提高，尤其是大幅提高的热量需要尽快地排除掉，否则将会降低其发光效率及加速 LED元件的劣化，因此LED热管理变得相当重要。
一般高功率LED单晶粒的封装模组中的散热片使用，整体封装模组的结构包括光学透镜、LED晶粒、透明封装树脂、萤光、电极导线及散热片等，其通常作法是以焊料或散热膏将LED 晶粒粘贴在散热片上，经由散热片来降低封装模组的热阻抗，这亦是市场上用最广为采用的LED封装模组，LED大厂Lumileds、Osram、Cree 及Nichia 等均采用此封装方式。
由于LED厂商在产品应用上通常将LED模组焊在一散热基板上成一背光条与阵列形或圆形排列成一照明光源。不过，对于携带型投影机、车用头灯及照明用灯源，在特定的面积下所需要的流明量远超过一千流明，因此需要多晶粒 LED封装模组与COB封装方式才能满足其需求，同时其散热基板亦为扮演整体 LED 模组散热最关键的角色。
5.3.3 LED散热基板市场预估
2017年金属基板及陶瓷基板市场规模各约500亿元、300亿元，合计 800 亿元。由于金属基板具价格优势，陶瓷基板单价较金属贵2~3 倍，故散热片中以金属基板为主流，销售额近乎陶瓷基板之3倍；且金属基板年成长性达近3成，也优于陶瓷基板的2成。
5.3.4 散热基板发展态势
从目前态势来看，LED用散热基板应用市场有以下规律：首先，从总体看，大功率及高亮度LED应用增加，特别是汽车照明和大面板背光带动LED用散热基板市场逐年增加。其次，金属基板由于其加工特性优良及价格优势，使得金属基板的市场占有率也呈逐年增长的趋势，并且金属基板以铝基板为应用主力。
在未来，散热基板市场发展方向为：一、散热基板市场将随着LED的高速成长而不断壮大。二、散热基板的主力仍集中在金属基板。三、陶瓷散热基板的优劣将取决于高导热陶瓷粉末的好坏。
6 LED专利状况
目前，世界范围内在GaN基高亮度及半导体全固态光源的研发方面居于领先水平的公司主要有：美国的Lumi、HP/Agilent和Cree，日本的Nichia、Toyoda Gosei、Sony、Toshiba和其他综合性大公司(如NEC、Matsushita、Mitsubishi 及Sumitomo等)，德国的Osram等等。这些跨国公司多数有原创性的专利，引领技术发展的潮流，占有绝大多数的市场份额。而我国台湾省的一些光电企业(如国联光电、光宝电子、光磊科技、亿光电子、鼎元光电等)以及韩国的若干研发单位，在下游工艺和封装以及上游材料外延方面也具备各自的若干自主知识产权，占有一定的市场份额。
调查显示，Nichia、Cree、Lumi、OSRAM、ToyodaGosei、Toshiba和Rohm等占据了绝大多数市场份额的大公司拥有着该领域80%～90%的原创性发明专利(集中于材料生长、器件制作、后步封装等方面)，而其余大多数公司所拥有的多是实用新型专利(主要针对器件可靠性以及产品应用开发方面进行研究)。
材料基础：各大公司技术路线趋同。
GaN基宽带隙半导体材料的研究始于20世纪六七十年代，但较之其他传统的III/V族化合物半导体(如GaAs基和InP基材料)，其商品化应用到20世纪90年代初/中期才得以实现，因此有关其基础物理/化学性质的研究尚存在着许多难题。在这些方面，美国、日韩和欧洲的一些著名学府和科研机构享有研究声誉，这些学术单位在与合 作企业进行各项产业化技术研究(基于MOCVD金属有机化学气相外延生长方法)的同时，也通过RS-MBE(射频源分子束外延)等技术路线对GaN基材料的基础物理/化学性质进行研究。对1993年到2002年这10年间发表于Journal of Crystal Growth、Applied Physics Letters这两份具有代表性的SCI索引期刊上的学术论文做了统计后。在所抽样调查的877份有关GaN发光器件的研究论文中，约60%以上的实验样品(531份相关论文)是由MOCVD技术外延生长获得的，其余40%的实验样品则由RS-MBE、HVPE等其他技术手段获得的。
可见，就整个全球产业界而言，基于MOCVD外延生长的技术路线是发展GaN基光电子材料与器件的主要技术潮流，RS-MBE等技术路线更适于进行基础性学术研究工作。所以，本专利调查报告主要针对MOCVD外延生长的GaN材料来展开。
对比由SiC、ZnS及其他II/VI族化合物半导体宽带隙材料所制成的蓝绿光发光器件，GaN基器件的寿命长，发光效率高，价格相对便宜，被公认为是全固态光源用管芯器件的首选材料。
6.1 外延技术专利
外延技术：竞争焦点
总体来说，GaN基材料的外延生长是发展GaN基高亮度和全固态半导体白光光源的核心技术，是所有关键难题中的重中之重，因此在这个问题上有大量专利被申请，如高质量GaN外延生长设备(US5433169、EP0887436)、衬底预处理技术(JP7142763)缓冲层技术(采用AlN的JP2000124499、采用GaN的JP7312350、采用SiNx的EP1111663)、多缓冲层技术(US6495867)、采用超晶格阻断位错(US2001035531)、横向外延过生长技术(EP0942459)以及悬挂外延技术(US6285696)等等。
我们将大致按照有关技术的发展历程来做一概述。首先，日亚化学公司开创性地申请了双束流MOCVD系统专利(US5433169)，由于这种新型MOCVD系统的出现，MOCVD生长的GaN材料晶体质量得以大大提高。
其次，缓冲层技术的出现解决了异质衬底上生长GaN材料时大晶格失配和热失配的问题。由于缓冲层技术条件下生长出的GaN材料仍具有较高的缺陷密度，会影响到发光器件的发光强度、工作寿命和反向特性等重要技术指标，因此人们又在该基础上发展了多缓冲层技术，从而获得更高质量的GaN单晶材料。
至此，GaN材料已经足可以满足一般高亮度器件制作的需求，但要在此基础上制作出GaN基蓝/绿光激光还必须进一步降低GaN基材料的缺陷密度。随后出现的横向外延过生长技术(OG，Epitaxy of Lateral Over-growth)和悬挂外延技术正是为了解决这一问题而提出的。当然，以这种OG为代表的外延优化技术成本较高，用于制作大功率管芯器件的GaN外延材料没必要非采取该条技术路线，但其设计思想是值得我们借鉴的，即最大限度地设法降低外延材料中的缺陷密度，提高器件综合性能。
在GaN基光电子器件中，大量的专利内容集中于发光区的结构设计，主要包括：普通双异质结0599224)；一般的方形量子阱(包括单量子阱和多量子阱、EP1189289和JP11054847)；梯形量子阱(US6309459)；三角量子阱以及非对称量子阱(GB2361354)；采用非掺杂的载流子限制层(US2002093020)；活性层与p型层之间加入缓冲层(US2001011731)；采用多量子垒(MQB)做载流子限制层(US2001030317)等等。这些专利设计的目的均是为了提高活性区的发光效率。
6.2 器件制作专利
器件制作：以8项典型技术为代表。
基于物理机制和工艺技术的讨论，我们对有关GaN基发光产品的全套器件制作专利做了分析，现列举8项典型代表技术：
一是美国专利US5631190(Method for producing high efficiency light-emitting diodes and resulting diode structures)，即制作高效和实现结构的方法。其专利拥有者为CreeResearch。
二是美国专利US5912477(High efficiency light emitting diodes)，即高效率，其专利拥有者为CreeResearch。
三是专利WO0141223(Scalable with improved current spread-ing)，即具有改进的电流分布层的。其专利拥有者为CreeRe-search。
四是美国专利US6526082(P-con-tact for GaN-based semiconductors utilizing areverse-biased tunn junction)，即用反偏的隧道制作GaN基半导体的P型接触层。其专利拥有者为Lumi。
五是美国专利US2002017652(Semiconductor chip for opto ectronics)，即管芯的制作方法。其专利拥有者为Osram。
六是US6538302(Semiconductor chip and method for the production thereof)，即半导体芯片及其制作方法.其专利拥有者为Osram。
七是专利DE10064448。其专利拥有者为Osram。
八是美国专利US6078064(Indium Gallium Nitridight emitting diode)，即InGaN。其专利拥有者为EPISTAR。
其他有关GaN基高亮度及全固态光源用管芯器件制作的重要专利还有O03026029、US2003015708、US2003062525和US2002017696等等。
总之，基于产业化技术需求的GaN基器件制作，既要考虑到工艺可操作性和简易性，同时也必须以一定的复杂性与冗余性手段来保证器件的可靠性与稳定性，这也是我们足可挖掘的技术创新点之一。
6.3 封装技术专利
封装技术：焊装和材料填充专利分布集中。
在制作完成了高亮度GaN管芯器件之后，还要经磨片、划片、裂片、焊装、树脂和荧光材料填充等后步封装工艺。其中，知识产权主要集中于焊装和树脂/荧光材料填充这两大部分。
在焊装问题方面，Nichia早期的电极设计和封装专利已有所覆盖，如JP7221103、JP8279643和JP9045965等等。在器件热沉设计上，Lumi公司拥有热沉设计技术，其基于Si基材料倒装焊("Flip-Chip")的封装工艺居业界领先水平，代表专利包括US2003089917、US6498355和US6573537；"Flip-chip"倒装焊优化设计包括EP1204150和EP1256987；Power package包括US6492725。
在出光提取效率方面，Lumi的倒装焊技术中采用了高反射率欧姆电极和侧面倾斜技术以增加采光(其专利号为US2001000209)，但Osram公司在此之前于SiC基GaN-的出光提取方面开创性地提出了端面"Faceting"概念，覆盖了大多数的相关专利。此外，HP(EP1081771)、Cree(US5631190)在管芯出光采集方面也均有各自的特色。
在树脂和荧光材料填充方面，值得注意的是有关新型高效长寿命可见光荧光材料的开发工作，如Nichia的JP9139191和Lumi的EP1267424等等。总之，GaN基大功率器件的封装技术方面存在着大量"know-how"，值得我们深入研究。
6.4 工艺技术专利
工艺技术：专利覆盖较严密。
在干法刻蚀方面，由于GaN基材料的硬度高、化学稳定性好，采用常见的半导体湿法刻蚀技术不能适应产业化运作的需求，因此必须采用新型的干法刻蚀技术，即不采用化学酸碱溶液腐蚀，而通过气相等离子体轰击等物理/化学反应来获得高刻蚀速率、垂直侧壁、低损伤、各向异性和高选择比的刻蚀效果，为GaN基高性能器件的工艺制作奠定基础。
在欧姆电极方面，GaN材料、特别是p-GaN材料的欧姆接触问题是早期阻碍其商品化应用的主要难题之一。Nichia申请了如下几个主要专利：EP0622858(1994)、JP7221103(1995)和JP8279643(1997)；ToyodaGosei在这方面的工作起步也较早，主要是选用不同的合金材料并相应地优化其退火温度，如Ni/Au(JP10135515)、Co/Au(JP10163529)、Mn/Au(JP10270758)、Ni/ u(US6008539)和Ti/Ni(JP2002026390)。另外还有Lumi的专利US6526082等等。
总之，在上述干法刻蚀和欧姆电极这两大工艺技术领域，专利覆盖比较严密，但各研究小组立足于自身的工艺条件和技术优势，也有一定的创新空间。
6.5 衬底专利
衬底专利：分散于多家企业。
由于GaN基材料极高的熔解温度和极高的氮气饱和蒸气压，使得获得同质外延大面积GaN单晶非常困难，一般采用异质衬底来进行外延生长。
目前，有关大失配衬底异质外延生长方法已较为成熟，获得专利的衬底材料包括：AlN、GaN、Sapphire、6H-SiC、ZnO、Li AlO2、LiGaO2、MgAl2O4、Si、GaAs、3C-SiC及MgO。
以Nichia/HP/Lumi/Toyoda-Gosei为代表的公司采用sapphire(蓝宝石)衬底来进行GaN材料的MOCVD异质外延生长。其中，Nichia在1994年和1995年申请获得的4项专利(其专利号分别是US5433169、JP7312350、EP0599224和EP0622858)以及Lumi的相关专利(US6537513)具有开创性意义。
而Cree/Osram为代表的公司则采用SiC衬底进行MOCVD异质外延生长，并相应地发展和完善了基于SiC衬底的封装技术等后步工艺，其代表性专利的专利号是US5631190、US2002093020、US2003015708
及US2003062525等等。
当然，为了改善所生长GaN材料的晶体质量，人们发展了许多衬底预处理方法，这方面的专利主要集中于Nichia、Cree、Toyoda -Gosei和Sony等业界的先行企业手中。以Sony/Toshiba/Sanya 为代表的日本数家大公司致力于发展新一代超大容量信息存储DVD("Blu-ray Disc")光驱用蓝紫色激光，均采用Free-standing
GaN基材料来作为同质外延生长的基底。
最后，需要指出的一点是：在日本Nichia公司的Nakamura 于1994年和1995年率先取得GaN蓝光的突破性成果之前，Cree(基于SiC)、Toshiba(基于Sapphire和MgAl2O4)和Toyoda(基于Sapphire)等企业于1991年到1993年间已经申请了若干件GaN 基外延生长和衬底选用的美国专利，因而GaN材料衬底选用的核心专利散布于多家主要的业界公司手中，没有出现独家垄断的局面。
6.6白光LED专利状况
五大公司 Nichia、Osram、Toyoda Gosei、Cree 和 Lumileds 几乎控制了整个白光 产业,这里专利密集,可以说是雷区重重,使得想进驻这一领域的其他商家忧虑重重、望而却步,尽管如此,很多公司还是极力争取在此领域占有一立足之地方。白光 LED 的广泛、快速应用，以及各大公司在此领域的大力投入,专利侵权、交叉授权等法律事务不断发生。
各公司从1990年开始了LED相关专利申请，到了2010年有效专利期限20年保护将逐渐到期，产业专利结构将产生变化，是其它厂商切入市场的新机会。但是，现阶段包括日亚化、丰田合成、Cree、Philips、OSRAM等欧美与日本重要的LED大厂，开始展开与其他业者交叉授权的方式，一来规避专利问题，二来形成联盟阵营，这是LED以外的产业鲜少发生的情况。2005年9月以来，白光 LED 领域里的授权和专利纠纷（主要知识产权关系）关系图如下。
图6-1 白光LED专利纠纷图
日亚和首尔半导体之间的专利纠纷事例，自1999年以来，这两家相关的的全球诉讼案件不断（如表6-1），到了2009年2月，日亚网站发布信息，宣告和首尔达成了和解，他们经历了一个专利纠纷至交叉授权的过程。诸如这样，LED产业领域安静下来了。但对此领域里或想进驻此领域的其他商家，门槛无疑提高了。
表6-1日亚化学、首尔半导体及台湾厂商于全球LED专利诉讼调查初步统计
各大公司授权的范围涵盖了固定发光晶体管技术的方方面面，但在此领域最重要也是最有意义的技术是使用磷光粉将蓝光和紫外光转化成白光的技术。这样一来，各大公司不必再为了他们自己各种各样的专利的有效性而相互争论，而是将注意力放在是否有人侵犯了他们的专利，并且将自己的技术授权其他较次的公司。
不过，这些协议对澄清保护范围、确定哪些专利有效、哪些有优先权等并没有多大帮助。专利文献中经常可以发现一系列与美国专利重复甚至冲突的专利文件存在。目前，有关侵权的法令已逐渐颁布，虽然有一部分上诉存在侵权行为，但另一部分人却驳回此类上诉。到目前为止，真正有关专利有效性的法令还是十分有限的。
在很多实际案例当中，专利需要保护的主体不是很清晰。当时甚至没有一份真正有效的专利对白光LED的发光原理进行保护。1970年那份保护用屏幕来转换颜色的美国专利也不例外，1991 年Nichia通过利用荧光粉来将蓝LED转成白光的专利申请在美国申请专利而遭拒绝。至于拒绝的理由，不知道是否是因为先前美国专利局已经受理过相同性质的专利。
比较一下众多专利，不难看出其保护重点都集中在磷光体的使用上（交叉约定签订之前，Nichia上诉Osram公司侵权使用一份日本专利而遭到拒绝，拒绝理由就是 Osram 并没有使用石榴石磷光体）。因此，之后的专利就开始扩展保护范围，以至于保护的内容越来越广但同时也越来越不清晰。
白光 LED 美国专利状况
如果 Nichia 是在 1996 年首先将白光 LED 推向商业化，那么白光 LED 的历史可以说是十分复杂。在美国，专利状况大体上如下：
贝尔实验室将单个或多个磷光体用于荧光屏的发光，得到了美国专利 (3,691,482) 的保护，同时也建立起了光的波长转换原理。该专利受理时间是1970年1月 17日。
Nichia于1991年11月25日为"荧光粉使用在树脂中并用来模塑成型"这一方法申请一项日本专利，该技术已于1993年6月18日公布，但是申请于1998年6月23日被拒绝并于1999年12月2日，Nichia 收回此项申请。
Cree拥有一项专利6,600,175 所有权（该专利最初被授权给AMTI ），受理日期是1996 年3月26日，授权日期是2003年7月29日。该专利声称保护一项"由单颗 LED 通过降频变换的磷光体产生白光的设备"，并且该专利试图保护所有与之相关的技术和工艺。但是该专利提到的仅仅是白光之外的光源对磷光体的激励，似乎没有涵盖通常的蓝光 LED 对黄色磷光体的激励，Nichia在专利中提到了蓝光LED对黄色磷光体的激励，但是没有对之进行论述，也没有对基于石榴石的磷光体技术进行论述。
Osram的专利6,245,259在美国专利受理是在2000年8月29日，授权日期是在2001年6月12日，但在此之前的1997年6月26日，他已经获得国际专利的保护。从那时起，就开始存在专利重叠问题了。最初的专利说明了蓝、绿和紫外线LED与掺铈、铽或硫代石榴石的磷光体。这一点在之前的Nichia白光LED和Nichia日本专利申请中都没有提到。这项技术保护的重点似乎在磷光体尺寸规格上（尺寸要在5 微米之下）。
HP（Agilent）专利5,847,507受理日期是1997年7月14日，授权日期是1998年12月 8日。该专利的描述涉及到已经存在的Nichia产品并且保护的重点是磷光体的发光原理（方式），这就涵盖了较大范围里的各种式样的磷光体。
在白光LED应用方面的第一个Nichia专利5,998,925在美国被授权是在1999年12月7 日，它的受理日期是1997 年7月29日，它被整合到后来Nichia专利6,069,440和6,614,179 中。如期望的那样，此专利涉及到基于石榴石的GaN LED磷光体——描述了Nichia 商业白光LED。尽管Nichia美国专利公开涉及了到他们早期的专利，但这也是对"首个商业化白光LED供应商有最新的优先权日期"这一说法的有力讽刺。
Toyoda Gosei拥有专利6,809,347保护掺入铕的碱土正硅酸盐磷光体和蓝色或紫外线 LED 配合使用。此专利具有2000年12月28日的优先权日期，授权时间是2004年10月26日，它似乎轮廓鲜明地把保护重点集中在一种特别的磷光体设计上，它不象其它专利一样措词含糊，它的保护内容清楚明朗。
磷光体专利
与众多专利的最大不同之处在于：可以自由地选择磷光体。主要磷光体有下面一些：
掺入铈元素的钇铝石榴石（YAG），此种化合材料在 460 纳闷米光波的照射下处于受激状态，能发出宽范围内的 550 纳米的光波；
Osram 公司授权给少数生产商的铽铝石榴石（TAG）；
硫化物构成的磷光体，如掺入铕元素的硫代锶酸盐，此种化合材料在 460 纳闷米光波的照射下处于受激状态，并能够发出波长为 550 钠米的绿光；或者掺入铕元素的锶的硫化物，在该条件下能产生红光；含硅酸盐基的磷光体，该用法已被 Toyoda Gosei 和 Tridonic 还有 Intematix 申请专利保护；有机磷光体或者染料（粉），荧光渲色是否包括了第一二项的做法，暂时还没有资料明确说明；毫微粒子磷光体，是其它专利使用最多的方法，但该方法（工艺）在以上几条中均没有提到。
6.7 国内专利状况
知识产权状况左右着半导体产业国际分工和相应的利益分配，要想提高我国半导体领域的国际竞争力，必须在高功率领域有自主知识产权。目前在国内半导体行业特别是大功率的专利部署方面情况怎样？其部署状态如何？
大功率LED专利技术分布如下：
我国国家知识产权局总计公开约408项大功率封装的专利文献，发明文献约占16%，其中公司发明专利申请中有南京汉德森半导体有限公司、大连路美光电公司、方大集团、台湾诠兴开发科技、光磊、光鼎、国联，国外有丰田合成、安捷伦科技、松下电工、LG电子公司、克立、奥斯兰姆、西铁城电子股份有限公司等专利技术分布最广，技术性最强，其中诠兴开发科技、国联、西铁城电子、奥斯兰姆申请并授权专利量最大，基本专利最多、最强。个人发明专利申请中，葛世潮、陈鸿文、朱建钦的文献较多。从技术内容看，国家知识产权局专利技术文献主要分布在如下七个领域：
第一、基底散热技术
西铁城电子的03110492.4号文献涉及用于发光二极管的基片。这种基片包括一对金属基底和设置于两金属基底之间的第一绝热层。第二绝热层牢固地装在金属基底上，并且一对电路图案牢固地装在第二绝热层上以用来安装发光二极管。其高热辐射性能以及优秀的绝热性能且可靠的基片，特别适用于诸如便携式装备之类。葛世潮个人专利200310113782.1号文献涉及大功率发光二极管基片。它包括有至少一个发光二极管芯片，所述芯片p-n结外表面上的光反射金属电极经高热导率材料直接贴装在一个金属底座上或经热导率比铜高几倍的金刚石基板贴装在一个金属底座上，所述高热导率粘贴材料可为混有小银珠或小金珠的焊锡、金刚石粉导热胶或混有银珠、银粉的导热胶；所述芯片的电极经金刚石基板上的导电层或电路板引出，所述金属底座有至少一个螺丝或螺丝孔，用于连接散热器；芯片和金属底座上有透光介质、透镜、发光材料，它可用于制造发光二极管灯、太阳能发光二极管灯、液晶显示的背和信息显示等。南京汉德森半导体有限公司的200510040764.4号文献涉及高散热效率的大功率半导体发光二极管封装基座及生产工艺，主要特征如下：在保持封装基座的外形尺寸不变和易于批量生产的情况下，扩大热沉底部的接触面积。主要工艺步骤如下：制造金属支架模片，注塑金属支架模片形成封装基座模片(不包括热沉)，在每一个封装基座的背面点胶，把热沉放置在每一个封装基座中，固化胶。本发明揭示的新型的具有高散热效率的热沉的大功率半导体发光二极管封装基座(包括热沉)，也可以应用于其他半导体芯片或器件的封装基座。
第二、环氧树脂等透镜处理技术
诠兴开发科技股份有限公司的01144154.2号文献涉及具有微小透镜的表面黏著型发光二极管，包含：支架或基板：导电电极建构于其上；发光晶片：通以直流电流流经其正负电极后可发出特定波长的光线；导电线或导电材料：用来连接发光晶片与支架或基板；封装树脂：用以保护发光晶片及导电线或导电材料等；透过导电物质或黏著剂，将发光晶片固定在支架或基板上，再经过焊线作业后，将发光晶片的正负电极和支架或基板上的导电电极连接，将用模铸法(Molding)的方式封装树脂、发光晶片和导电线包覆成SMD，其特征在于：发光二极管在封装树脂表面具有复数个微小透镜结构，此结构可以提高发光亮度，使光指向性更集中。南京汉德森半导体有限公司的200510123050.X号文献涉及涉及采用1W以上大功率、高亮度的发光二极管()作为白光时所使用的出光透镜。通过合理的加工处理，使得透镜的出光面表面粗糙化并产生微观柔焦效应，减少了内反射，有效消除了白光聚焦光束光斑周围存在的其它颜色的光晕。该技术方案对于透镜材料的电光特性不构成损伤，透镜的透射率所受到的影响微乎其微。本发明可以有效提高大功率白光的发光质量，对于采用荧光粉配置的白光有着很好的应用前景。
第三、低成本紧凑型制造技术
克立公司的200480030943.3号文献涉及采用电表面安装的发光晶片封装。本发明揭示一种发光晶片封装。所述晶片封装包含衬底、反射板和透镜。所述衬底可由导热但电绝缘的材料制成，或者由既导热又导电的材料制成。在其中所述衬底由导电材料制成的实施例中，所述衬底进一步包含形成在所述导电材料上的电绝缘、导热的材料。所述衬底具有用以连接到安装垫上的发光二极管()的迹线。所述反射板耦合到所述衬底且大体上围绕所述安装垫。所述反射板包含一反射表面，用以将来自所述的光沿所要方向引导。安捷伦科技有限公司的200510127642.9号文献涉及具有增强热耗散的小型发光器件封装和制造该封装的方法。该发明公开了一种发光器件封装和用于制造此封装的方法，利用了具有第一表面的第一引线框和具有第二表面的第二引线框，其相对定位为使得第二表面在比第一表面更高的层面处。发光器件封装包括例如发光二极管管芯的，其安装在第一引线框的第一表面上并电连接到第二引线框的第二表面。
第四、电路板上散热处理技术
诠兴开发科技股份有限公司的00133311.9号文献涉及大功率发光二极管的封装方法。他的特征是在电路板基材的预设位置放置发光二极管晶粒位置，做钻孔贯穿基板，并做贯孔电镀，再将电路板过焊锡炉，使有贯孔位置的孔洞填满焊锡而形成焊锡点，后再用模具将焊锡点冲压成凹槽反射座，再将晶粒放置于凹槽反射座中，焊电极线和用封胶树脂封装成型，能形成具有反射座的表面粘着发光二极管。安捷伦科技有限公司的200510115071.7号文献涉及安装具有增强热耗散的。通过使用安装到LCD面板支撑结构的现有PCB封装从而排除了对金属核PCB的需求。使用具有热耗散垫的反向安装优化金属层的热传输，该金属层放置方式为与LCD支撑结构相接触，用于提高显示器的热耗散。三星的200410071337.8号文献涉及高功率封装，其中由高反射率的金属制成的基本上为平面的第一和第二引线框彼此预定的间隙。一个芯片被固定在至少一个引线框上面，使接线端分别和引线框连接。树脂制成的封装体将芯片密封在其中，同时牢靠地将引线框固定在其底部，密封材料填充到第一和第二引线框之间的间隙里面。该封装的结构可以有效地提高热辐射效率，从而减小其尺寸和厚度。
第五、静电处理技术
光磊科技股份有限公司的200410003284.6号文献涉及可防止静电破坏的发光二极管元件。该发明与一种发光二极管元件有关，尤指一种可防止静电破坏的发光二极管元件。主要是在一个表面绝缘基板上设有至少一个第一供电电路及至少一个第二供电电路，第一供电电路可电性连接于发光二极管的第一电极及抗静电保护元件的ESD第二电极，而第二供电电路则可电性连接于发光二极管的第二电极及抗静电保护元件的ESD第一电极，致使发光二极管及抗静电保护元件形成反接的并联电路。由于第一供电电路及第二供电电路的作用面积大于ESD第一电极及ESD第二电极的特性，因此，不但可简化制作程序及提高生产效率，又可增加发光二极管元件的使用寿命。北京工业大学的200410062248.7号文献涉及高抗静电高效发光二极管和制作方法，它包含利用一个导电型半导体材料制作的基板及发光二极管芯片，基板上制作有集成的双向稳压二极管，发光二极管芯片主要包含在透明蓝宝石衬底及在此衬底上的GaN结构层和整面P电极、N电极，将发光二极管芯片倒装在该基板上。发光二极管有源区发出的光从背面蓝宝石端取出，增加了取光面积，可以提高发光二极管的发光效率1.5-2倍。由于基板上集成了抗静电保护双向稳压二极管，有效增强了发光二极管抗静电放电能力，且发光二极管直接通过电极与特殊制作的基板接触，增大了接触面积，改善了蓝宝石散热不佳的特性，可实现大功率输出、降低成本、提高器件可靠性等作用。
第六、芯片电流均匀扩散技术
路美光电公司的03815816.7号文献涉及大功率、高光通量发光二极管及其制作方法，包括：衬底、发光结构，其沿着一垂直轴而被置于所述衬底之上。该发光结构包括：第一覆盖层和第二覆盖层；第一电极，其与所述发光结构的第一覆盖层接触，该第一电极有一条引线在第一方向上沿着一水平轴延伸，该水平轴垂直于所述垂直轴；第二电极，其与所述发光结构的第二覆盖层接触，该第二电极有至少两条引线在第二方向上沿着所述水平轴延伸，该第二方向与所述第一方向相反，所述第一电极的引线的一部分散置于所述第二电极的两条引线的相应部分之间并与其分隔开。厦门大学的200610092944.1号文献涉及树叶脉络形大功率氮化镓基发光二极管芯片的P、N电极，不仅能使芯片的电流较均匀地扩展，而且对散热和减小光线的全反射也有一定帮助的树叶脉络形大功率GaN基芯片的P、N电极。设有P电极和N电极，在GaN外延片的正面刻蚀出沟槽，将芯片分成至少2个小区域的集合，在P型GaN的表面生长一层透明导电层，在透明导电层上淀积P型电极，在沟槽内淀积N型电极，N型电极沿芯片对角线分布成树叶脉络的形状，P型电极环绕在芯片的边缘，并有触角伸出，可使大功率GaN基的电流在P、N电极之间更均匀地扩散，提高发光效率。
第七、特殊散热技术
朱建钦的朱建钦200610061225.3号文献涉及一种大功率半导体发光元件的封袋，包括至少一个以上内外电连接的芯片、基板。至少一个以上的芯片每一个都在基板正面固定，基板底面接合半导体电子制冷片，半导体电子制冷片具有一冷端、一热端，冷端与基板底面接合，热端与散热底座形成热接触。该发明与传统散热片、热管等被动散热方式封装技术相比，在通电时就具有制冷功能，主动迅速地吸收大功率半导体发光芯片工作时产生的大量热量，为发光芯片和散热载片之间提供了一个高效的散热通道。吕大明的200510021051.3号文献涉及器件及其封装方法，将管芯用充有封装液的透光壳体密封起来，并将其导电端用电极从壳体内引出，所述封装液是具有大电阻率的透光液体，其电阻率远大于管芯的导通电阻率。该发明是采用上述封装方法的器件。其优点在于：突破性地采用液态封装技术来取代常规的全固体结构，使得管芯的散热可通过电极传导和封装液对流的双重方式来进行，为大功率封装开辟出了一条崭新的发展道路。
专利部署态势
我国国家知识产权局大功率封装专利部署有以下特点：1、大部分重要封装专利来自我国台湾厂商和国外大公司；2、国内专利为院校和企业共同拥有但为数不多；3、有少数专利掌握在个人手里。从知识产权局专利分布上看：国际上技术核心专利都被外国几家大公司，这些公司利用各自的核心专利，采取横向纵向扩展方式，在全世界范围内布置专利网。这些关键专利都掌握在日本、美国、德国少数国家的少数大公司手中，如日本的日亚、丰电合成、东芝、索尼，美国的克立、LUMIS，德国的欧斯兰等公司，基本覆盖了从衬底制备、外延材料、器件设计、管芯工艺到封装和应用设计的各个方面。我国申请人未掌握上游核心技术。发明专利少，大多是外围技术，然而数量不多的外围专利和下游水平底无法形成专利网布局。另外，一些申请人未向境外申请专利。这种境内无法形成专利网布局、境外没有专利保护的现状，使得我国半导体领域的知识产权成为产业发展的软肋。封装领域，在国际主流封装技术领域中基座和荧光粉材料方面我国与国外差距巨大。
但我国的专利申请有自身的优势分支，如二次光学设计和散热等。根据我国国家知识产权局专利布局及产业的发展可以看出封装产品在整个产业链的发展上起着举足轻重的作用。只有这样才能使整个产业链获得更大的发展。在知识产权方面，国家鼓励多种技术路线并存，鼓励发明创新，以外围专利包围核心专利。上中游产业以开拓新的白光技术路线为主，发展市场前景好、可操作性强的技术，并以发明专利为主进行专利申报；同时不放松对上中游产业主流技术路线的外围专利技术开发，形成以外围专利包围核心专利的态势，在市场竞争中占据有利地位。在下游封装及应用产品领域，可充分发挥我国实用新型专利多的优势，提倡申报应用产品的外观设计专利。
充分利用政策环境的优势、市场的优势、产业自身的优势、成本优势等，集中精力在一些技术关键点实现突破，形成自主知识产权。尤其是下游的大功率的封装技术，虽然与国外技术差距大，但可选准选好技术突破点，集中国内优势力量进行攻关，同时，要特别重视知识产权的保护。尽可能在一些技术关键点上作出突破并拥有专利，从而有效保护国内市场不为国外企业通过专利来垄断，也为企业走出去开拓市场奠定基础。
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