Cob светодиоды что это
Несколько слов о COB-светодиодах, их отличия и особенности
Обычный светоизлучающий диод представляет собой полупроводниковое устройство, способное формировать оптическое излучение в момент, когда через него пропускается электрический ток. С другой стороны, светодиоды, выполненные по технологии COB (Chip On Board), появились значительно позже, но уже успели зарекомендовать себя, как надёжные устройства, пригодные для использования в различных осветительных приборах.
Когда были созданы мощные светодиоды SMD (Surface Mounting Device), приобрёл актуальность вопрос наращивания их светоотдачи с возможностью выработки рассеянного света. В процессе совершенствования светодиодов появилась концепция, в рамках которой предлагалось размещать на плату в едином корпусе несколько кристаллов. Дальнейшая деятельность разработчиков была связана с уменьшением размера кристаллов, а не с попытками увеличения их мощности.
В результате таких экспериментов исследователям и удалось получить COB-светодиод, имеющий одно основание, на плоскости которого размещено несколько маленьких чипов. Что касается используемой печатной платы, то в её основе имеется металлизированный слой. В целом же, печатная плата имеет три слоя:
Стоит отметить, что основание изготавливают из металла с хорошим показателем теплопроводности. Это говорит о том, что данный слой, помимо основной функции, выполняет роль радиатора, т.е. рассеивает вырабатываемое в процессе функционирования устройства тепло.
Кратко о производстве COB-светодиодов
Для объединения светодиодов с платой используется адгезив, после чего они соединяются между собой. В завершающей стадии изделие покрывается слоем люминофора. Такой подход позволяет производить COB-матрицы, формирующие луч рассеянного равномерного света без необходимости включения в конструкцию иных оптических изделий. Кроме того, технология делает возможным создание матриц практически любой формы по достаточно невысокой стоимости, что также немаловажно для производителей.
Если рассматривать процесс подготовки COB-матрицы подробнее, то он начинается с нанесения тонкого слоя адгезива, делающего возможным соединение светодиодов за счёт поверхностного сцепления с основанием. Стоит отметить, что слой должен быть нанесён таким образом, чтобы обеспечить надёжное соединение LED-кристаллов и равномерный отвод тепловой энергии. Добиться этого удалось за счёт внедрения технологии магнетронного распыления, которая помогла получить первые экземпляры плат Multi Chip On Board, т.е. с многочисленными кристаллами на едином основании.
В дальнейшем на поверхности основы устанавливаются чипы, а затем поверхность подвергается очистке от любых посторонних частиц. На следующем этапе осуществляется электрическое соединение светодиодов, после чего остаётся лишь нанести люминофор.
Достоинства и недостатки COB-матриц
Что касается сильных сторон COB-матриц, то в первую очередь следует сказать о высокой универсальности. Производители могут создавать COB-матрицы любых размеров, дополняя их всеми необходимыми функциональными элементами. Это означает, что изделие такого типа может быть изготовлено для осветительного прибора любой формы. Кроме того, при необходимости можно с лёгкостью заменять элементы, вышедшие из строя в процессе эксплуатации.
Ещё одним плюсом является равномерный рассеянный свет, излучаемый COB-светодиодами. Благодаря этому предметы, освещаемые светильником или фонарём на COB-светодиодах, имеют выраженные светотеневые границы. Важно и то, что COB-матрицы имеют неплохие показатели светоотдачи. Так, в некоторых случаях эта характеристика достигает отметки в 165 лм/вт.
Главным недостатком COB-матриц является их непригодность к ремонту. Это означает, что при выгорании хотя бы одного чипа придётся осуществлять замену всей матрицы целиком.
В качестве примера фонаря на COB-светодиодах можно рассмотреть Focusray 1062, о котором мы рассказывали недавно. Он неплохо защищён от внешнего воздействия, выдаёт рассеянный равномерный свет и отлично подойдёт для освещения участка во время отдыха в загородном доме или на даче, места туристической стоянки в походе и т.д.
Подводя итог можно сказать, что COB-светодиоды выглядят весьма перспективно. Несмотря на то, что сейчас они не слишком распространены, в будущем, вероятно, ситуация изменится в их пользу. Даже если они не найдут широкого применения в фонариках, то уж наверняка отлично подойдут для уличного освещения, ламп и некоторых других осветительных приборов.
Чем отличаются светодиоды COB и SMD?
Чем отличаются светодиоды COB и SMD?
Вы когда-нибудь задумывались о том, насколько зернышко соли маленькое? Размер одного зерна составляет около трех миллиметров. Теперь представьте предмет, размеры которого составляют третью часть зерна соли. Разместите мысленно крошку на плату – и получите светодиод, наименьший из существующих сегодня. Технологии стремятся к уменьшению размеров LED, и возникновение светодиодных ламп типа SMD и COB это подтверждает. Как они возникли, чем отличаются и где используются?
Содержание
Как пришли к созданию матриц SMD и COB
Долго время развитие светотехники двигалось в направлении увеличения мощности светодиода. Светодиоды типа DIP, со светоотдачей максимум 5 Лм или 0,08 Вт, использовались в индикаторном освещении. Тогда как для яркого освещения применялись более мощные модели (до 10 Вт, хоть большей популярностью пользовались изделия от 1 до 3 Вт). Задачей было создать источник света, увеличив его светоотдачу без увеличения количества светодиодов. Это удалось, но не стало причиной уменьшения стоимости LED-светильников. К тому же, светоотдача светильника была существенно меньше, чем у используемых в нем LED.
Главная неудача вектора развития заключалась в природе самого светодиода – это точечный источник света. Массовый потребитель ждал изобретение, которое бы создавало рассеянный свет, тогда как ему предлагали товар, который без дополнительной оптической системы создавал неприятный слепящий эффект. Оптические решения делали свет LED рассеянным, но также увеличивали стоимость продукции и становились причиной потери силы светового потока (до 35%). Производство таких светильников требовало большого объема ручного труда.
Выход из положения нашли в 2000-х годах, когда создали LED поверхностного монтажа (SMD – Surface Mounting Device – «устройство с креплением на поверхность») с размерами чипа 3,5 мм на 2,8 мм. Изобретение вызвало фурор и завоевало лидерские позиции на рынке. Позже изобрели более яркий аналог – SMD 5050.
Светодиодная матрица SMD
Массовое производство светильников с SMD-светодиодами началось с 2009 года. Особенности матриц состояли в следующим:
Кристаллы создаются искусственным образом с использованием подложек из наносапфира и галлия, что наслаиваются и соединяются с основой.
Сверху чип покрыт люминофором оранжевого или желтого цвета. Первый излучает белый свет теплой температуры свечения (2700-3500K), второй – холодной (6000-6500K). RGB модели, которые позволяют выбрать цвет свечения (синий, зеленый, красный), люминофор не содержат:
Инкапсулируют тип с помощью специального кремниевого клея, нанесенного на поверхность люминофора. К монтажной плате чип крепится припоем.
Принцип работы SMD-светодиодов (и отличие их от COB) состоит в том, что чипы крепятся на плате на расстоянии друг от друга. Это является недостатком матрицы и причиной низкой ремонтоспособности, если один из диодов вышел из строя. Проще и дешевле заменить плату, чем перепаивать составляющие ее элементы.
Светодиоды SMD выпускают нескольких размеров: 2835, 3014, 3030, 3528, 5050, 5630, от чего зависит мощность:
Более современная матрица – COB
Технология Chip On Board появилась на рынке в 2010 году. Матрица COB представляет собой размещенные на плате близко друг к другу кристаллы (в количестве от нескольких десятков и больше), покрытые общим слоем люминофора. Таким образом достигается световой поток, который мощнее, чем у матрицы SMD. COB излучает более равномерный свет, с котором отдельные точки (кристаллы) практически не различимы. К тому же, стоимость такой матрицы ниже.
Такое решение позволило изготавливать источники света той же мощности, что и SMD, но меньших размеров. Соответственно, появилось больше возможностей использовать это преимущество в дизайне светильников.
При тех же размерах, мощность COB значительно выше и достигает 100 Вт, что при хорошем теплоотводе позволяет получить светоотдачу в пределах 100–150 Лм/Вт (светоотдача лампы накаливания 100 Вт – около 12 Лм/Вт).
Лучшие показатели теплопроводности достигаются большей площадью подложки. В SMD тепло от диодов поступает к радиатору, проходя через электроды и подложку (чаще алюминиевую). В COB этот путь упрощен, поскольку чипы установлены сразу же на подложку (из керамики или алюминия).
Срок службы COB-матриц, как заявляют производители, составляет 30-50 тыс. часов. Эти данные получают путем математического моделирования, поскольку на стадии изготовления проверить время работы невозможно. Иначе пришлось бы ждать почти 6 лет, чтобы удостовериться, что LED работает, как заявлено. Этого времени достаточно для изобретения более эффективной модели, а полученные результаты потеряют актуальность.
Как выбрать светодиодную лампу?
Подробнее!
Для того чтоб понять, какие перспективы открывает изобретение LED-матрицы минимально возможных размеров и почему современные технологии к этому стремятся, рассмотрим пример.
Вернемся мысленно к тому времени, когда были популярны SMD, а о возможностях и коммерческом потенциале COB еще не думали. Чип с размерами 3,5 на 2,8 мм имеет мощность 0,06 Вт. Для того, чтоб сконструировать светильник 50 Вт необходимо было установить в нем 50/0,06 = 833 чипов! И это без учета того, что каждому чипу требуется место для рассеивания тепла, как и светильнику в целом. Посчитать приблизительные габариты такого прибора несложно. Сложнее представить, как им пользоваться и кто его будет покупать.
На верхнем рисунке представлены размеры чипа SMD и COB-светодиода. Мощность последнего – 50 Вт, размеры – 36 x 36 мм. Работать с осветительной техникой стало проще, модельный ряд товара вырос, о чем говорит и с ассортимент продукции ТМ Брилле. Увидеть своими глазами товар и проверить его работу можно в наших магазинах. Сайт позволяет купить светильники и LED лампы в несколько кликов с доставкой и гарантией.
Где используют SMD и COB
SMD более популярны в изготовлении светодиодных лент и лампочек, прожекторов. COB выигрывает конкуренцию при комплектации светильников для коммерческих целей и акцентной подсветки, уличной подсветки мощностью до 50 Вт. На рисунке ниже отображен видимый свет от матриц, зависимо от типа рассеивателя:
Освещение промышленных и складских помещений, где требуются светильники мощностью больше 50 Вт, обеспечивается с помощью SMD. COB в этих целях реже устанавливают из-за ослепляющего эффекта. Если персонал не работает на высоте, вблизи светильников, этот недостаток можно не брать во внимание.
COB спроектированы таким образом, что замена чипов на матрице становится невозможной. Соответственно, в случае поломки, необходимо отдавать в ремонт весь светильник (если он имеет встроенные источники света). Преимущество SMD – большая гибкость для различных инженерных идей, ведь набор микросхем зависит от компоновки платы. В бытовых условиях изменить микросхему не удасться, но при наличии оборудования это возможно.
Что такое COB LED: суть технологии, характеристики и рекомендации
При увеличении мощности светодиодов производители начали поиск возможностей усовершенствования отвода тепла. В результате появились технология COB LED, позволяющая создавать компактные и мощные источники света с высокой оптической плотностью, избыток тепла из которых отводит корпус. Эти светодиоды встраиваются в лампы и прожекторы для освещения промышленных и жилых помещений, архитектурной подсветки.
Суть технологии
В COB-светодиодах кристаллы без корпуса и подложки, располагаются близко друг к другу, соединяются последовательно параллельно и покрываются одним слоем люминофора. На 1 см 2 платы можно разместить до 70-и чипов, в результате значительно повышается оптическая плотность (свечение равномерное, без точек). Плата может иметь различные размеры, лишнее тепло уходит через корпус независимо от количества диодов.
Форма модуля может быть прямоугольная, квадратная, круглая, овальная, что позволяет установить его практически в любой осветительный прибор. Мощность зависит от площади, высокой яркости можно добиться при минимальных размерах модуля. Подобная конструкция не создает теней, поверхность освещается равномерно. Эти LED-источники хорошо работают со всеми пускорегулирующими устройствами, диммерами яркости и цвета, системами автоматического управления освещения.
Внимание! Чтобы получить большую мощность, можно использовать миниатюрную матрицу СОВ LED вместо объемной матрицы из SMD.
Процесс производства
Процесс производства COB LED состоит из множества этапов:
Печатная плата трехслойная: основание из металла, диэлектрик, слой, проводящий ток.
Длительное время реализовать СОВ технологию не позволяло отсутствие способа равномерного нанесения на подложки адгезивного состава. Он должен быть определенной толщины, не допускается ни увеличение, ни уменьшение. При первом варианте нарушается тепловой контакт с корпусом, при втором кристаллы отклеиваются.
В 2009 году был предложен метод magnetron sputtering (магнетронное распыление), позволяющий создать тепловой контакт, по качеству превышающий тот, который создается на печатных платах SMD. Новый метод назвали MCOB (Multi Chip-onBoard). На данный момент его используют все лучшие производители.
Внимание! Даже в научных изданиях COB и MCOB обладает одним и тем же смыслом.
СОВ технология позволяет создавать матрицы любой формы без дополнительных оптических элементов.
Светодиоды типа COB
Что такое COB светодиоды?
COB светодиоды – это обычно конструкции в виде матрицы, содержащей от нескольких десятков до нескольких сотен светоизлучающих кристаллов. Примером светодиода, собранного по технологии COB является популярный светодиод типа SMD 2835, о котором есть информация в статье об отличии SMD 2835 и 3528 светодиодов.
Развитие светодиодных устройств идет по пути увеличения их яркости, точнее получения всё большего светового потока. Поток можно увеличить несколькими способами:
Первые попытки были в виде светодиодов типа «Пиранья». В них в один корпус помещали три или четыре кристалла небольшой мощности. Еще одним примером такого подхода стал трех-кристальный светодиод SMD 5050.
В «Пиранье» кристаллы припаиваются на торец проволочного вывода, который является пассивным теплоотводом, отводящим тепло на плату и токопроводящие медные дорожки.
В SMD корпусах кристалл(ы) устанавливаются на тонкое дно корпуса или керамические подложки. Тепло отводится через несколько тепловых контактов-переходов: кристалл – подложка – внутреннее дно корпуса, наружное дно корпуса – печатная плата или поверхность радиатора. Эти переходы имеют солидные тепловые сопротивления, не дающие теплу уходить от кристалла. Поэтому кристаллы в таких корпусах охлаждается не очень хорошо.
SMD-корпуса при установке большого количества светодиодов занимают немало места, «раздвигая» светящиеся точки светодиодов. Поэтому для выравнивания плотности свечения светильника в его конструкцию вводятся матовые или микропризматические светорассеиватели. Таким решением уменьшается световой поток. Даже прозрачные «экраны» поглощают до 10 % потока. А матовые – до 20 – 25 %.
Отличное решение этой проблемы нашли в начале этого столетия. Инженеры предложили размещать LED-кристаллы на подложке больших размеров. Если в SMD диоде ее размеры составляют от 1,4 до 6 мм, то новые подложки были диаметром 10 – 30 мм или прямоугольные – до 120 × 30 мм. Подложки изготавливают из теплопроводящей керамики, искусственного сапфира или просто из полупроводникового кремния. Кристаллы вначале приклеивали, но толщина клея была большая и его тепловое сопротивление тоже велико.
Приклеенные кристаллы соединяли в последовательные цепочки, работавшие от напряжения 9, 12, 24 В или более. Цепочки соединяли параллельно для набора нужной мощности и/или светового потока. Соединенные и проверенные цепочки покрывали люминофором на основе силикона или эпоксидных смол. Такой способ изготовления светодиодных матриц назвали COB-технологий. COB – это Chip-on-Board или «кристаллы на плате».
В 2009 г. в китайской Академии Наук придумали способ напыления тончайшего слоя адгезива («клея»). Технология получила имя Multi Chip on Board или МСОВ.
В СОВ-матрицах стоимость одного люмена светового потока колеблется от 0,07 руб. до 0,2 руб. При этом плотность кристаллов достигает 70 на кв. см. Светящиеся точки в матрице расположены намного плотнее, чем на плате с SMD-диодами. Люминофор может быть выполнен в виде линзы, которая сформирует нужную диаграмму светового потока. Так размеры COB-матрицы стали много меньше аналогичной по потоку SMD-«матрицы».
Мощность COB-матрицы может достигать сотен ватт, светоотдача – 120 – 160 Лм/Вт. Срок службы – до 50 – 60 тыс. часов. Высокая степень автоматизации производства довела среднюю стоимость не очень мощной COB-матрицы до эквивалента нескольких долларов. Поэтому ремонт светильника заменой матрицы может быть дешевле покупки нового светильника.
В чем разница между COB и SMD светодиодами?
SMD – это способ монтажа электронных элементов на печатной плате. В SMD-корпусах размещают резисторы, конденсаторы, транзисторы, катушки индуктивности и пр.
Светодиоды типа COB – это технология изготовления обычно мощного или очень мощного светодиода. Светодиоды COB могут размещаться в корпусе типа SMD. Пример, SMD 2835 изготавливается по технологии COB.
Отличие светодиода типа SMD от COB состоит в том, что SMD – это вид корпуса светодиода, предназначенного для монтажа на поверхности платы, а COB – это технология изготовления светодиода или ценой матрицы.
Описание светодиодов типа COB
Что такое COB-светодиод
С тех пор, как появились SMD-светодиоды, инженерная мысль не стояла на месте. Разработчики многих производителей решали задачи уменьшения размеров осветительной аппаратуры, увеличения светоотдачи, упрощения и удешевления технологии монтажа, сборки и т.д. Сейчас трудно установить, кому первому пришла в голову идея не заключать каждый p-n переход в отдельный корпус, покрытый люминофором, а поместить несколько арсенид-галлиевых кристаллов в одну оболочку. Но первый образец такой продукции появился на рынке в 2003 году от фирмы Citizen Electronics.
Идея оказалась прорывной. Помимо решения упомянутых задач, появилась возможность сконцентрировать излучающие элементы на относительно малой площади и получить меньшее рассеяние света. Такая технология получила наименование COB – chip-on-board, «чип на плате». Возможно, более верным переводом была бы фраза «элемент на плате» или «кристалл на плате».
Долгое время выпуск матриц, изготовленных по такому принципу, сдерживала сложность наклейки светодиодов на подложку. Толщина клея должна быть строго выверена: уменьшение слоя ведет к снижению прочности крепления, увеличение – к снижению эффективности отведения тепла. В 2009 году эта проблема была решена и COB-технология начала свое триумфальное шествие по миру светотехники.
Модуль, произведенный по такому принципу, содержит матрицу из светодиодов без корпусов, размещенных на основании. За счет отсутствия оболочек удалось повысить плотность размещения излучающих элементов и увеличить яркость, снимаемую с единицы поверхности. В некоторых случаях светодиоды заливают прозрачным компаундом для прочности. Верхняя часть оболочки покрыта люминофором.
Печатная плата производится по обычной технологии, состоит из токопроводящих дорожек, расположенных на диэлектрической основе. Снизу приклеивается пластина из металла с высокой теплопроводностью, и изделие получает законченный вид.
Важно! В большинстве случаев штатного радиатора недостаточно для обеспечения нормальной рабочей температуры светодиодов. Необходимо использовать дополнительный внешний теплоотвод.
Типовые значения светового потока матриц с размером кристалла 0,762*0,762 мм в зависимости от мощности указаны в таблице.
| Электрическая мощность, Вт | Количество элементов, шт | Световой поток, лм |
| 10 | 9 | 450-550 |
| 30 | 30 | 1800-2200 |
| 50 | 50 | 2550-2750 |
| 100 | 100 | 4500-5500 |
Фактически параметры могут отличаться в небольших пределах из-за дополнительных условий.
В последнее время на рынке появились COB-светодиоды со встроенными драйверами. «На борту» теперь не только матрица, но и элементы выпрямителя, а также микросхема стабилизации тока через излучающие элементы. Как видно, дополнительные элементы не спрятаны под общий кожух, а смонтированы на отдельной плате и объединены в модуль.
Такой тип светодиодов технологии COB представляет собой единый блок, к которому осталось только подвести питающее напряжение.
Принцип работы и характеристики
Управление
Управление COB-светодиодом сводится к коммутации питающего напряжения, и в этом плане принципиальных отличий от обычных приборов нет. Включать и выключать такой элемент можно:
Надо только учитывать, что мощность такого светодиода может достигать 100 Вт, а рабочее напряжение – 220 В. Коммутационный элемент должен иметь соответствующие параметры.
Рекомендуем к просмотру: COB led против smd led
Плюсы и минусы
Важно! С учетом дешевизны производства COB-светодиодов эти недостатки постепенно теряют значение. Все идет к тому, что экономически выгоднее становится заменить матрицу, а не восстанавливать.
Декларации производителей о повышенной светоотдаче по отношению к мощности за счет применения новых принципов производства, скорее всего, надо относить к маркетинговым ходам. Уже отмечалось, что новых принципов в основу работы COB-матриц не положено. А некоторое увеличение светоотдачи может быть связано с естественным развитием технологий производства люминофоров и полупроводниковых кристаллов.
Срок службы
Производители COB-матриц заявляют средний срок службы около 30 000 часов. Это около 3,5 лет непрерывной работы. У обычных светодиодов в технических характеристиках этот период указывается обычно в пределах до 50 000 часов (5,5 лет). Часто делается вывод о низкой надежности COB-элементов. На самом деле опыт эксплуатации новых светоизлучающих приборов еще не накоплен. Все цифры получены в результате расчетов, в которых часто не учитываются условия эксплуатации. И вряд ли кто-либо из изготовителей проводил реальные ресурсные испытания, длящиеся несколько лет. В них нет смысла – за это время придут новые технологии и материалы.
Надо учитывать, что гарантийные сроки и тех, и других элементов устанавливаются примерно одинаковыми – в районе 15 000 часов. Все, что дальше – прогнозы и чистый маркетинг. Поэтому все сведения о сроке службы на сегодняшний день носят характер деклараций, и относиться к ним следует с осторожностью.
Светодиодная лампа на COB-светодиодах
Еще одно достоинство новой технологии – можно выпускать матрицы любой формы и размеров. В большинстве случаев выпускаются приборы круглой и прямоугольной (квадратной формы), из которых можно изготовить лампы разных конфигураций.
Лампа «кукуруза», получившая свое название из-за дискретных элементов, напоминающих зерна сельхозкультуры, получила новый вид. Теперь нет светящихся точек, поверхность стала сплошной, излучение — более равномерным. Размер подобных ламп сейчас ограничивается требованиями механической прочности матрицы, но есть надежда, что развитие технологий в ближайшее время позволит обойти эту проблему.
LED-прожектор с использованием таких матриц может иметь либо один излучающий элемент, либо несколько – в зависимости от требуемой яркости свечения. Одной матрицей, заменяющей несколько меньших, светильники пока не оснащаются из-за упомянутых ограничений по размерам.
Схема подключения
Схема подключения зависит от исполнения матрицы. Если это просто параллельные цепочки элементов, то включать их в бытовую однофазную сеть 220 В надо через выпрямитель или драйвер на соответствующее напряжение и ток, подобно обычным одиночным светодиодам или сборкам.
Распиновка
Светодиод, как и обычный диод, является прибором, проводящим ток в одну сторону. Поэтому при подключении надо соблюдать полярность. Анод должен быть подключен к плюсовому выводу источника питания, катод – к минусовому.
Определить расположение выводов COB-матрицы легко – маркировка наносится прямо на корпус. Выводы обозначены символами «+» и «-». Если сборка может быть включена непосредственно в цепь переменного напряжения, то выводы маркируются L (фазный) и N (нулевой).
Существует мнение, что осветительные элементы, произведенные по COB-технологии, в ближайшее время полностью вытеснят SMD-светодиоды. На самом деле это едва ли произойдет. Ведь СМД-элементы так полностью и не заменили выводные, хотя и значительно потеснили их. Наиболее вероятно, что и здесь будет та же ситуация – каждая технология займет свою нишу.