核心提示:LED封裝，是指將發(fā)光芯片密封在封裝體內(nèi)。雖然我國已是世界第一大照明電器生產(chǎn)國和第二大照明電器出口國，由于研發(fā)滯后，國內(nèi)的LED照明企業(yè)幾乎是跟隨與引進(jìn)國外的封裝技術(shù)，缺乏自主創(chuàng)新，技術(shù)受制于人，由此導(dǎo)致產(chǎn)品檔次低、成本高、利潤率低。
近日，中科院海西研究院（中科院福建物構(gòu)所）宣布成功研制千瓦級大功率LED照明光源，這項(xiàng)擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，以熒光陶瓷替代目前的LED核心材料熒光膠，取得重大技術(shù)突破，從而將重構(gòu)光電產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
今年6月，在2016年廣州國際照明展覽會上，一個功率達(dá)1000瓦的LED光源成為展會焦點(diǎn)：數(shù)十個光源芯片被封裝在一個直徑僅5厘米的陶瓷發(fā)光面上。這樣的光源封裝技術(shù)，是誰的杰作？
它出自中科院海西研究院。2013年，為推動熒光陶瓷產(chǎn)業(yè)化，由福建物構(gòu)所以技術(shù)出資，聯(lián)合社會資本成立福建中科芯源有限公司，成為海西研究院唯一的LED技術(shù)轉(zhuǎn)移基地和產(chǎn)業(yè)化平臺。今年1月，該院利用自主研發(fā)的熒光陶瓷白光大功率封裝技術(shù)，解決了LED大功率照明普遍存在的熱管理困難及封裝材料失效難題。
據(jù)悉，目前LED行業(yè)內(nèi)通用的是熒光膠封裝技術(shù)。當(dāng)功率超過200W時，LED光源密度封裝就會遇到技術(shù)瓶頸——在較小的發(fā)光面積集成更多芯片卻難以解決光源熱管理問題，因此難以制造大功率的LED燈。即使是處于國際領(lǐng)先水平的日本知名企業(yè)，產(chǎn)品只能做到200W以下，極限值也不超過500W。也正因此，當(dāng)前的LED燈應(yīng)用主要局限在普通照明領(lǐng)域。
中國LED產(chǎn)業(yè)面臨專利壁壘
“從2003年起，我們所就開始考慮如何突破國外的專利壁壘。”中科院福建物構(gòu)所洪茂椿院士在接受記者采訪時表示。
洪茂椿口中的專利壁壘，是指目前全球LED領(lǐng)域的技術(shù)和專利，有一半以上被美、日、德等發(fā)達(dá)國家所占有。全球已形成以日本的日亞化工和豐田合成、美國的克里和通用電器、德國的歐司朗為專利核心的技術(shù)競爭格局。它們已在全球，尤其是中國部署了專利網(wǎng)。而我國的LED產(chǎn)業(yè)處于幼小階段，產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平低。
中科芯源常務(wù)副總經(jīng)理兼技術(shù)總監(jiān)葉尚輝介紹說，目前我國生產(chǎn)的LED燈具，使用的各種光源都采用藍(lán)光芯片+熒光硅方案實(shí)現(xiàn)白光，此項(xiàng)技術(shù)方案受到國外封裝技術(shù)專利的制約，出口市場受限，而且由于熒光硅膠易老化會引起光衰。“這導(dǎo)致我國80%左右的LED產(chǎn)品集中在景觀照明、交通信號燈等應(yīng)用市場，較少涉及汽車照明、大屏幕等高端產(chǎn)品，常規(guī)產(chǎn)品市場正變成紅海。因此，我國LED產(chǎn)業(yè)要想取得長遠(yuǎn)發(fā)展，必須突破國外專利的層層包圍。”葉尚輝表示。
在這一背景下，海西研究院試圖通過大功率LED光源封裝技術(shù)突圍，改變我國LED產(chǎn)業(yè)建立在沙灘上的現(xiàn)狀。據(jù)介紹，中科芯源擁有自主研發(fā)的透明熒光陶瓷材料燒結(jié)設(shè)備、高度保密的配方、獨(dú)特封裝工藝技術(shù)，擁有從裝備、配方、到封裝工藝全鏈條技術(shù)的完全自主知識產(chǎn)權(quán)。目前這項(xiàng)技術(shù)已完成4項(xiàng)PCT申請，30余項(xiàng)國內(nèi)發(fā)明專利授權(quán)已實(shí)現(xiàn)全球?qū)＠季帧?/p>
自主研發(fā)千瓦級LED光源
用陶瓷做封裝材料，海西研究院是如何想到的？
“我們所的固體激光材料研究在國際上一直領(lǐng)先。受激光材料研究啟發(fā)，我們就想到使用激光陶瓷作為LED封裝材料。”洪茂椿告訴記者，從2007年開始，研發(fā)人員憑借激光陶瓷的技術(shù)基礎(chǔ)進(jìn)行工藝改進(jìn)，使透明熒光陶瓷實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和發(fā)光特性。
葉尚輝告訴記者，他們研發(fā)的陶瓷封裝技術(shù)，具有導(dǎo)熱率高、耐高溫、耐腐蝕、抗熱沖擊性好等特點(diǎn)。不僅可以做到光源面積小，還能實(shí)現(xiàn)很好地散熱。目前中科芯源已成為全球首個生產(chǎn)1000瓦光源模組的企業(yè)。這一研發(fā)使LED進(jìn)入大功率照明市場，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)照明的全替代成為可能。
在中科芯源的展示廳，記者看到了那盞成功封裝1000W光源的LED燈，整塊光源芯片面積只比1元錢硬幣大一點(diǎn)。而中科芯源生產(chǎn)的600W光源模組此前已應(yīng)用于北京2018年北京冬奧會訓(xùn)練場館照明，替代2000W金鹵燈。
節(jié)能，是LED照明產(chǎn)品公認(rèn)的特點(diǎn)。大功率LED照明產(chǎn)品，同樣能明顯減少用電量和碳排放量，平均節(jié)電率可達(dá)70％左右。“以300W透明熒光陶瓷封裝LED工礦燈替代1000W金鹵燈為例：1000W金鹵燈約2000元，使用壽命約為1年，LED燈價格按金鹵燈的2倍即4000元測算，壽命至少5年。如實(shí)現(xiàn)替換以每天使用10小時測算，1年即可收回成本，5年可節(jié)電1.2萬千瓦時。”葉尚輝說。
串起上下游助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展
為加快這一技術(shù)的應(yīng)用推廣，中科芯源已聯(lián)合全國電源、散熱、合同能源管理等上游企業(yè)，組建產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新。目前與大功率熒光陶瓷LED匹配的電源、散熱等聯(lián)盟廠商已開發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟同時開始向下游應(yīng)用企業(yè)輸出完整的產(chǎn)品技術(shù)解決方案。
“我們會根據(jù)LED下游燈具廠商的需求，基于熒光陶瓷及其封裝技術(shù)，為其開發(fā)系列產(chǎn)品解決方案，并輸出技術(shù)和科技服務(wù)。”葉尚輝表示，熒光陶瓷封裝技術(shù)相較傳統(tǒng)技術(shù)，在燈具制造過程中簡化了貼片與回流焊工藝，可以大大降低其產(chǎn)業(yè)化過程中的投資成本。“對于已投產(chǎn)的LED封裝廠，利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備就可進(jìn)行技術(shù)升級，不用再購置新的生產(chǎn)設(shè)備。”比如，中科芯源正與傳統(tǒng)金鹵燈、高壓鈉燈生產(chǎn)企業(yè)合作，為其提供熒光陶瓷封裝高功率LED光源模組。
這樣便利的技術(shù)改造，讓中科芯源的產(chǎn)品開始走向全國。濟(jì)南坤銳光學(xué)科技有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)LED路燈透鏡、工礦燈透鏡、隧道燈透鏡等產(chǎn)品的照明企業(yè)，是中科芯源技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟的合作成員之一，公司利用中科芯源的全新光源封裝技術(shù)，正在開發(fā)新的透鏡產(chǎn)品。致力智能化照明整體解決方案的福建省兩岸照明節(jié)能科技有限公司，是中科芯源的用戶，公司目前正在計(jì)劃利用中科芯源的產(chǎn)品，打造公用照明的樣板。
2015年初，中科芯源與中科院半導(dǎo)體研究所、中科院物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所、中科院工程熱物理所、長春希達(dá)電子技術(shù)有限公司簽訂“璀璨行動”的五方協(xié)議，達(dá)成配合開發(fā)、生產(chǎn)、銷售大功率集成透明熒光陶瓷COB光源及其燈具的合作。
“福建LED產(chǎn)業(yè)上游芯片企業(yè)以三安為龍頭，下游應(yīng)用有鴻博光電、福日照明、廈門信達(dá)等。如再有熒光陶瓷封裝核心技術(shù)的廣泛應(yīng)用，則上中下游可形成技術(shù)相互支撐，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同合作，必將使我省的LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁入新時代。”中科院物構(gòu)所合作發(fā)展處處長張?jiān)品灞硎?/p>
