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 .
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.
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.
Технология COB (Chip On Board) добралась и до светодиодов. Метод, при котором чип монтируют непосредственно на плате, давно используется в штамповке унифицированных электронных плат и зарекомендовал себя чрезвычайной надёжностью и миниатюрностью. Его появление внесло новизну в развивающийся светодиодный мир, позволило заглянуть за горизонт возможностей полупроводниковых компонентов.
Идея размещения множества кристаллов светодиодов на плате в одном корпусе, возникла в результате неудачных попыток повысить светоотдачу и одновременно получить рассеянный свет от группы мощных светоизлучающих SMD элементов. Мощные SMD светодиоды нуждаются в сложной системе охлаждения, что влечет за собой значительное повышение стоимости конечного изделия.
Ученые отказались от увеличения мощности одного кристалла и начать эксперименты по увеличению и минимизации чипов светодиодов в одном корпусе. Результатом опытов стала технология COB, которая подразумевает монтаж множества мельчайших чипов, включенных последовательно-параллельно, на общее основание. Печатная плата, как правило, изготавливается на металлической основе (Metal Core Printed Circuit Board, MCPCB) и состоит из трех основных слоев – самой металлической основы, диэлектрика и токопроводящего слоя. Основу изготавливают из металлических сплавов с высокой теплопроводностью. Таким образом MCPCB выполняет роль не только материнской платы, но и является хорошим теплопроводом. На MCPCB чипы светодиодов крепятся при помощи адгезива, затем соединяются между собой и покрывают единым слоем люминофора.
Полученная COB матрица испускает равномерно рассеянный свет, не перегревается (при должном теплоотводе) и не требует сложных оптических систем. С помощью COB технологии можно изготавливать матрицы абсолютно любой геометрической формы с малой себестоимостью, чего нельзя было достичь ранее известными способами.
Изготовление COB матрицы начинается с подготовки подложки, на рабочую поверхность которой наносят тонкий слой адгезива. Требования к толщине слоя адгезива очень высокие. С одной стороны он должен обеспечить надёжный контакт с LED кристаллами микроскопических размеров, а с другой – гарантировать равномерный отвод тепла.
Ученым удалось достичь равномерного распределения вещества с высокой адгезией по поверхности основания, применив метод магнетронного распыления. В результате тепловой контакт между чипом и основанием стал более совершенным, а технологию стали именовать MCOB (Multi Chip-on-Board).
В научной литературе понятия COB и MCOB зачастую имеют один общий смысл.
На подготовленную основу будущего COB светодиода устанавливают чипы и методом плазменной очистки удаляют мельчайшие частички мусора. Затем производят электрическое соединение светодиодов и, в конце, наносят слой жидкого люминофора. После затвердевания он не только не пропускает ультрафиолет, но и защищает элементы платы от внешнего воздействия.
Наравне с другими типами светодиодов, COB матрицы имеют свои «светлые и темные стороны», о которых стоит упомянуть. Первый плюс в пользу COB – это форма матрицы, которую можно изготовить круглой, квадратной, с технологическими отверстиями… В общем, любой. Это позволяет дублировать размеры практически любого источника искусственного света и подстраиваться под нужную форму. Второй положительный аспект – качество излучаемого света. Предметы, освещаемые COB светильниками, имеют чёткую теневую границу за счет равномерного распределения светового потока. Лампы на SMD светодиодах не могут похвастаться такой контрастностью из-за отдельно расположенных кристаллов и отражателей.
Нельзя пройти мимо энергетических показателей. Мощность одной COB матрицы зависит от её геометрии, количества кристаллов и совершенства применяемой технологии изготовления. Стоит отметить высокую светоотдачу COB матриц. Например, наиболее технологически совершенная, массово производимая COB матрица CXB1820 от компании Cree, имеет светоотдачу в 166 лм/Вт.
Недостатком COB технологии можно назвать не ремонтопригодность матрицы в случае частичного или полного выхода из строя отдельных чипов.
В экономически развитых странах COB светильники уже доказывают своё превосходство на практике. Не дожидаясь совершенствования технологического процесса и снижения себестоимости COB матриц, швейцарцы активно переоборудуют уличные фонари и рекламные вывески под новую технологию. В крупных универмагах и мелких магазинах на смену люминесцентным лампам пришли светодиоды. Такое активное внедрение энергосберегающих технологий объясняется желанием богатой Швейцарии в ближайшие 20 лет полностью отказаться от атомных электростанций.
В других странах Еврозоны светодиодные источники света также превалируют над люминесцентными, за счет государственной поддержки и рекламных акций. На российском рынке выпуск мощных светоизлучающих диодов COB наладила компания «Оптоган». Сегодня компанией «Оптоган» наиболее совершенная линейка COB светодиодных матриц представлена серией OCC. Каждая COB матрица может иметь определённую температуру цвета (тёплую, нормальную, дневную или холодную) с четким указанием бина яркости. Более подробную информацию можно найти в спецификации.
Светодиодные нити (filament LED) являются модифицированной версией COB матриц. Несмотря на то что COB и filament основаны на общей технологической базе, они имеют явные конструктивные отличия. В светодиодных нитях кристаллы наносят не на металлическую пластину, а, как правило, по окружности стеклянного стержня. Поэтому технологию часто называют сокращенно COG (Chip-on-Glass).
Практическое применение светодиодных нитей продиктовано необходимостью создания экономичных осветительных приборов, максимально схожих с лампами накаливания. Вместо нити накала в стандартный корпус Е14, Е27 со стеклянной колбой встраивают несколько filament стержней, а в цоколе монтируют миниатюрный драйвер. Функцию радиатора выполняет тонкое стекло колбы и газ, которым она заполнена. Конечно, конусное расположение филаментов внутри колбы не позволяет полностью имитировать нить накала, но вся конструкция в целом сохраняет эстетические свойства своего предшественника. Кроме этого, такая разновидность COB технологии дала жизнь новому подвиду светодиодных ламп.
Готовые светодиодные светильники, прожекторы и просто лампы, сконструированные по COB технологии, только берут разбег в гонке, в то время, когда аналогичная SMD продукция уже мчится на большой скорости. Этот факт хорошо заметен в розничной торговле, где по-прежнему преобладают дешёвые лампочки на SMD светодиодах. Но это только начало. Пройдет немного времени и люди достойно оценят преимущества COB технологии, что непременно отразится на спросе продукции на основе технологии Chip On Board.
Читайте так же
В последнее десятилетие большую популярность у светотехнических компаний получили светодиоды COB . Это произошло потому, что технология COB позволяет создавать и серийно производить мощные светодиоды направленного белого света на основе обычных светоизлучающих кристаллов крупносерийного массового производства. COB – это аббревиатура, т. е. сокращение до первых букв английского словосочетания chip-on-board. На русский язык переводится как кристалл или элемент на плате.
Идея этого способа проста и стара как египетские пирамиды: если не хватает силы одного человека или света одного светодиода, то привлеки сотню людей тянуть камень для пирамиды. Или десяток излучающих свет кристаллов размести в одном корпусе. Светодиод типа COB это прямоугольная или круглая пластина желтого цвета, размещенная в корпусе с прозрачной крышкой или накрытая линзой вторичной светодиодной оптики. Линза формирует нужную диаграмму направленности потоку света и защищает COB-конструкцию от пыли, воды, механического воздействия и т. п.
Готовые светодиодные кристаллы без корпусов наклеивают на теплопроводящую подложку из искусственного сапфира или припаивают на пластину полупроводникового кремния. Чипы в зависимости от рабочего напряжения соединяют в последовательные цепочки. На 9 В – 3 шт., 12 В – 4 шт. и т. д. Цепочка запитывается током одной величины – номинальным рабочим для кристаллов этого типа, например, 20 мА. Последовательные цепочки соединяют параллельно, набирая мощность или величину светового потока. Потом кристаллы светодиодов синего света покрывают желтым люминофором. Таким способом набирают сверхмощные светодиоды COB.
Что значит словосочетание светодиоды SMD COB ? Это COB-матрица, размещенная в SMD-корпусе. Эти корпуса предназначены для автоматизированного монтажа ЭРЭ (электро-радиоэлементов) прямо на поверхность печатной платы. COB – это набор технологических операций по изготовлению мощных и сверхмощных светодиодов в виде единой матрицы. Матрица состоит из десятков или сотен кристаллов.
Князев О.В., ГК «Строй-ТК», май 2017г.
В настоящее время рынок светодиодного освещения в России переживает свой бум, в продаже представлены как высокотехнологичные дорогие модели светильников и прожекторов, гарантийный срок на которые составляет 3-7 лет, так и дешевые светодиодные изделия, вряд ли отработающие без поломок хотя бы 1 год. Попытаемся разобраться в этом множестве предложений.
Как ни парадоксально - в наличии большого количества предложений дешевых ширпотребных светодиодных светильников виноват сам Заказчик, ведь основным критерием выбора для Заказчика является Стоимость.
Ситуация повторяется, как это было ранее с : если есть спрос на дешевую продукцию, производители из Поднебесной обеспечат и предложение! Поскольку на ввоз из Китая ни у кого нет монополии, конкуренты начинают требовать у производителей постоянного, от партии к партии, снижения закупочных цен, чтобы просто забить конкурентов на рынке низкой ценой. Однако всему есть разумные пределы и постоянное снижение стоимости изделий при сохранении всех основных характеристик просто невозможно. Вот и начинается игра на снижение эксплуатационных характеристик, надежности и т.п. - лишь бы продать осветительное оборудование, поставив минимальный срок гарантии. И это при том, что для светодиодов анонсируются сумасшедшие сроки наработки - от 50 до 100 тыс. часов.
Технология COB, в последнее время MCOB (Multi Chip-on-Board) - переводится как «Кристалл На Плате». Считается наиболее продвинутой на сегодняшний день светодиодной технологией.
Кратко её можно описать так: размещение на плате кристаллов без корпусов и керамических подложек, а также покрытие всех этих кристаллов общим слоем люминофора. Кристаллы светодиодов располагаются очень близко друг к другу - плотность размещения может достигать 70 кристаллов на 1 см 2 , т.е. кристаллы практически сливаются в единое поле и свечение матрицы получается очень равномерным, отдельные точки кристаллов неразличимы.
Немаловажный плюс технологии - качество излучаемого света. Предметы, освещаемые светильниками на COB-матрице, имеют чёткую теневую границу за счет равномерного распределения светового потока. Светильники на SMD светодиодах, к сожалению, не могут похвастаться такой контрастностью из-за большого количества сильно разнесенных в пространстве отдельных кристаллов и отражателей.
Энергоэффективность COB матриц может достигать 170 Лм/Вт.
Основными преимуществами технологии MCOB считаются:
Основным минусом технологии COB является обязательное обеспечение хорошего теплоотвода от мощной COB матрицы, который обеспечить сложно, поскольку площадь матрицы мала, а с маленькой площади контакта сложно снять теплоизбытки.
Здесь-то и кроется подвох: дешевая, а значит изначально некачественная, матрица COB, смонтированная на радиатор охлаждения без должной подгонки и обработки поверхностей сопряжения, недостаточно охлаждается, начинает перегреваться и, в конце концов, перегорает.
В качестве подтверждения можно привести такой факт: не так давно нам в сервисный центр по поступили для диагностики и ремонта 57 светодиодных прожекторов (COB) мощностью 100Вт. Судя по их виду (см. фото), из дешевой серии GS Light .
После проведения диагностики выявлено, что в подавляющем большинстве прожекторов (49 штук) вышла из строя светодиодная матрица COB, а в остальных 8 случаях - светодиодный драйвер.
Технология SMD (Surface Mounting Device) - дословно можно перевести как «устройство с креплением на поверхность».
Основным отличием этой технологии от «традиционной» технологии сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность платы. Это обеспечивает меньшие габариты конструкции, лучший теплоотвод, вариативность исполнения. Данная конструкция на сегодня является самой распространенной в освещении и используется в источниках света практически всех типов.
На сегодняшний день именно технология SMD является самой распространенной в светодиодном освещении и используется в светильниках практически всех типов.
Данная технология прямо-таки создана для организации мощного рассеянного освещения, которое достигается за счет распределения по всей площади светильника значительного количества мелких светодиодов (в одном изделии бывает до 700 шт), что позволяет не применять в светильниках никакой дополнительной оптики, только обычное защитное стекло корпуса светильника. Для увеличения степени рассеивания (например для помещений с компьютерной техникой), применяется молочный, призматический либо микропризматический рассеиватель.
Поскольку светодиоды располагаются на алюминиевой линейке большой площади, а расстояние между ними достаточно велико, охлаждение LED не вызывает больших трудностей, отсюда и долговечность SMD линеек при правильном их питании.
Их из минусов светильников с SMD линейками следует отметить большую сложность их ремонта, поскольку при выходе из строя одного светодиода перестает гореть вся линейка, а заменить SMD-светодиод самостоятельно - достаточно трудоемкая задача. Замена же линейки целиком - уже накладна в финансовом плане. Справедливости ради нужно сказать, что большинство Производителей светодиодных светильников в России при возникновении гарантийного случая заменяют линейку целиком.
Я бы сделал раздел таким образом: если форм-фактор корпуса светильника позволяет разместить достаточно большой радиатор охлаждения, то можно применять светильники на COB LED, ограничив их мощностью до 30 Вт. Вся светотехника с более высокой мощностью - исключительно SMD. А вообще идеальным вариантом внедрения светодиодного освещения станет .
Если задача именно такова - сдать объект и убежать, то, конечно же, нужно применять дешевые светильники или прожекторы на COB матрице большой мощности. Времени их работы должно хватить для того, чтобы Вы успели скрыться из поля видимости... :)
Если светильник или прожектор работает изредка, включаясь на несколько минут (например оснащен датчиком присутствия и включается только при проходе людей), можно безбоязненно выбирать COB. Матрица просто не будет успевать перегреваться.
Для организации временного освещения (например на строительной площадке при выполнении отделочных работ), я бы рекомендовал применять прожекторы COB мощностью 20 - 30 Вт.
На складах, в производственных зданиях и помещениях, обычно применяют мощные светильники, подвешенные на большой (6-12 метров) высоте. Для их электроосвещения настоятельно рекомендуется применять светильники, выполненные на светодиодных линейках SMD. При выборе светильников особое внимание уделять наличию хорошо различимых радиаторов, назначение которых - рассеивание избытков тепла в окружающую среду.
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.
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 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.
