核心提示:LED封裝，是指將發光芯片密封在封裝體內。雖然我國已是世界第一大照明電器生產國和第二大照明電器出口國，由于研發滯后，國內的LED照明企業幾乎是跟隨與引進國外的封裝技術，缺乏自主創新，技術受制于人，由此導致產品檔次低、成本高、利潤率低。
近日，中科院海西研究院（中科院福建物構所）宣布成功研制千瓦級大功率LED照明光源，這項擁有完全自主知識產權的技術，以熒光陶瓷替代目前的LED核心材料熒光膠，取得重大技術突破，從而將重構光電產業生態。
今年6月，在2016年廣州國際照明展覽會上，一個功率達1000瓦的LED光源成為展會焦點：數十個光源芯片被封裝在一個直徑僅5厘米的陶瓷發光面上。這樣的光源封裝技術，是誰的杰作？
它出自中科院海西研究院。2013年，為推動熒光陶瓷產業化，由福建物構所以技術出資，聯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技術轉移基地和產業化平臺。今年1月，該院利用自主研發的熒光陶瓷白光大功率封裝技術，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。
據悉，目前LED行業內通用的是熒光膠封裝技術。當功率超過200W時，LED光源密度封裝就會遇到技術瓶頸——在較小的發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。即使是處于國際領先水平的日本知名企業，產品只能做到200W以下，極限值也不超過500W。也正因此，當前的LED燈應用主要局限在普通照明領域。
中國LED產業面臨專利壁壘
“從2003年起，我們所就開始考慮如何突破國外的專利壁壘?！敝锌圃焊＝ㄎ飿嬎槊辉菏吭诮邮苡浾卟稍L時表示。
洪茂椿口中的專利壁壘，是指目前全球LED領域的技術和專利，有一半以上被美、日、德等發達國家所占有。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競爭格局。它們已在全球，尤其是中國部署了專利網。而我國的LED產業處于幼小階段，產業技術水平低。
中科芯源常務副總經理兼技術總監葉尚輝介紹說，目前我國生產的LED燈具，使用的各種光源都采用藍光芯片+熒光硅方案實現白光，此項技術方案受到國外封裝技術專利的制約，出口市場受限，而且由于熒光硅膠易老化會引起光衰。“這導致我國80%左右的LED產品集中在景觀照明、交通信號燈等應用市場，較少涉及汽車照明、大屏幕等高端產品，常規產品市場正變成紅海。因此，我國LED產業要想取得長遠發展，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光源封裝技術突圍，改變我國LED產業建立在沙灘上的現狀。據介紹，中科芯源擁有自主研發的透明熒光陶瓷材料燒結設備、高度保密的配方、獨特封裝工藝技術，擁有從裝備、配方、到封裝工藝全鏈條技術的完全自主知識產權。目前這項技術已完成4項PCT申請，30余項國內發明專利授權已實現全球專利布局。
自主研發千瓦級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先。受激光材料研究啟發，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，研發人員憑借激光陶瓷的技術基礎進行工藝改進，使透明熒光陶瓷實現更為優異的導熱性能和發光特性。
葉尚輝告訴記者，他們研發的陶瓷封裝技術，具有導熱率高、耐高溫、耐腐蝕、抗熱沖擊性好等特點。不僅可以做到光源面積小，還能實現很好地散熱。目前中科芯源已成為全球首個生產1000瓦光源模組的企業。這一研發使LED進入大功率照明市場，進而實現對傳統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。而中科芯源生產的600W光源模組此前已應用于北京2018年北京冬奧會訓練場館照明，替代2000W金鹵燈。
節能，是LED照明產品公認的特點。大功率LED照明產品，同樣能明顯減少用電量和碳排放量，平均節電率可達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。如實現替換以每天使用10小時測算，1年即可收回成本，5年可節電1.2萬千瓦時?！比~尚輝說。
串起上下游助推產業發展
為加快這一技術的應用推廣，中科芯源已聯合全國電源、散熱、合同能源管理等上游企業，組建產業技術聯盟，進行協同創新。目前與大功率熒光陶瓷LED匹配的電源、散熱等聯盟廠商已開發出相應產品，產業聯盟同時開始向下游應用企業輸出完整的產品技術解決方案。
“我們會根據LED下游燈具廠商的需求，基于熒光陶瓷及其封裝技術，為其開發系列產品解決方案，并輸出技術和科技服務。”葉尚輝表示，熒光陶瓷封裝技術相較傳統技術，在燈具制造過程中簡化了貼片與回流焊工藝，可以大大降低其產業化過程中的投資成本?！皩τ谝淹懂a的LED封裝廠，利用現有的生產設備就可進行技術升級，不用再購置新的生產設備?！北热?，中科芯源正與傳統金鹵燈、高壓鈉燈生產企業合作，為其提供熒光陶瓷封裝高功率LED光源模組。
這樣便利的技術改造，讓中科芯源的產品開始走向全國。濟南坤銳光學科技有限公司是一家專業生產LED路燈透鏡、工礦燈透鏡、隧道燈透鏡等產品的照明企業，是中科芯源技術戰略聯盟的合作成員之一，公司利用中科芯源的全新光源封裝技術，正在開發新的透鏡產品。致力智能化照明整體解決方案的福建省兩岸照明節能科技有限公司，是中科芯源的用戶，公司目前正在計劃利用中科芯源的產品，打造公用照明的樣板。
2015年初，中科芯源與中科院半導體研究所、中科院物質結構研究所、中科院工程熱物理所、長春希達電子技術有限公司簽訂“璀璨行動”的五方協議，達成配合開發、生產、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產業上游芯片企業以三安為龍頭，下游應用有鴻博光電、福日照明、廈門信達等。如再有熒光陶瓷封裝核心技術的廣泛應用，則上中下游可形成技術相互支撐，產業鏈協同合作，必將使我省的LED產業發展邁入新時代?！敝锌圃何飿嬎献靼l展處處長張云峰表示。
