Lampada LED basata sulla tecnologia cob. Tipi e tipologie di LED: classificazione, caratteristiche, scopo. Breve tempo di funzionamento

Knyazev O.V., gruppo societario Stroy-TK, maggio 2017

Attualmente, il mercato dell'illuminazione a LED in Russia sta vivendo il suo boom; vengono messi in vendita costosi modelli di lampade e faretti high-tech, periodo di garanzia che hanno 3-7 anni, nonché prodotti LED economici che difficilmente funzioneranno senza guasti per almeno 1 anno. Proviamo a dare un senso a questa moltitudine di proposte.

Da dove vengono gli “artigianato” usa e getta economici?

Paradossalmente, è il Cliente stesso ad essere responsabile della presenza di un gran numero di offerte di lampade LED di beni di consumo a basso costo, perché il principale criterio di selezione per il Cliente è il Costo.

La situazione si ripete, come è successo prima: se c'è domanda di prodotti economici, i produttori del Regno di Mezzo forniranno l'offerta! Poiché nessuno ha il monopolio sulle importazioni dalla Cina, i concorrenti iniziano a chiedere ai produttori di ridurre costantemente i prezzi di acquisto di lotto in lotto per battere semplicemente i concorrenti sul mercato con un prezzo basso. Tuttavia, ci sono limiti ragionevoli a tutto ed è semplicemente impossibile ridurre costantemente il costo dei prodotti mantenendo tutte le caratteristiche di base. Quindi il gioco inizia a ridurre le caratteristiche prestazionali, l'affidabilità, ecc. - solo per vendere apparecchi di illuminazione, fornendo un periodo minimo di garanzia. E questo nonostante vengano annunciati tempi di funzionamento pazzeschi per i LED: da 50 a 100mila ore.

Cos'è il COB

Tecnologia COB, più recentemente MCOB (Multi Chip-on-Board) - tradotto come "Cristallo su una scheda". Considerata la tecnologia LED più avanzata fino ad oggi.

In breve, può essere descritto come segue: posizionamento dei cristalli su una tavola senza involucri e substrati ceramici, nonché copertura di tutti questi cristalli con uno strato comune di fosforo. I cristalli LED si trovano molto vicini tra loro: la densità di posizionamento può raggiungere 70 cristalli per 1 cm 2, ovvero i cristalli praticamente si fondono in un unico campo e il bagliore della matrice è molto uniforme, i singoli punti dei cristalli sono indistinguibili.

Un vantaggio importante della tecnologia è la qualità della luce emessa. Gli oggetti illuminati dalle lampade a matrice COB hanno un chiaro confine d'ombra dovuto alla distribuzione uniforme del flusso luminoso. Le lampade basate su LED SMD, sfortunatamente, non possono vantare un tale contrasto a causa del gran numero di singoli cristalli e riflettori ampiamente distanziati nello spazio.

L'efficienza energetica delle matrici COB può raggiungere i 170 Lm/W.

Vantaggi della COB

I principali vantaggi della tecnologia MCOB sono:

1. Elevata efficienza luminosa (oltre 100 lm/W);
2. Possibilità di ottenere elevate intensità di flusso luminoso con dimensioni relativamente ridotte;
3. Compatibile con vari driver, incl. con oscuramento;
4. Uniformità del flusso luminoso, assenza di effetti ombra;
5. Compattezza, dimensioni ridotte, disponibilità di varie forme;
6. Possibilità di produrre matrici di qualsiasi temperatura colore da 2700K a 7000K;
7. Indice di resa cromatica fino a 90Ra;

Svantaggi del COB

Lo svantaggio principale della tecnologia COB è la fornitura obbligatoria di una buona rimozione del calore da una potente matrice COB, che è difficile da garantire, poiché l'area della matrice è piccola ed è difficile rimuovere il calore in eccesso da una piccola area di contatto.

È qui che sta il problema: una matrice COB economica, e quindi inizialmente di bassa qualità, montata su un radiatore di raffreddamento senza un'adeguata regolazione e trattamento delle superfici di accoppiamento, non si raffredda abbastanza, inizia a surriscaldarsi e, alla fine, si brucia.

A conferma, possiamo citare il seguente fatto: non molto tempo fa, abbiamo ricevuto 57 unità presso il centro di assistenza per la diagnostica e la riparazione. Faretti LED(COB) potenza 100W. A giudicare dal loro aspetto (vedi foto), appartengono alla serie economica GS Light.

Dopo la diagnostica, è stato riscontrato che nella stragrande maggioranza dei faretti (49 pezzi) la matrice LED COB si è guastata e nei restanti 8 casi il driver LED si è guastato.

Cos'è l'SMD

La tecnologia SMD (Surface Mounting Device) può essere letteralmente tradotta come “dispositivo montato su superficie”.

La differenza principale tra questa tecnologia e la tecnologia "tradizionale" a foro passante è che i componenti sono montati sulla superficie della scheda. Ciò garantisce dimensioni di progettazione più piccole, una migliore dissipazione del calore e variabilità di progettazione. Questo disegno Oggi è il più comune nell'illuminazione e viene utilizzato in quasi tutti i tipi di sorgenti luminose.

Oggi la tecnologia SMD è la più comune nell'illuminazione a LED e viene utilizzata in quasi tutti i tipi di lampade.

Questa tecnologia è stata creata per organizzare una potente illuminazione diffusa, ottenuta distribuendo un numero significativo di piccoli LED su tutta l'area della lampada (ci sono fino a 700 pezzi in un prodotto), che rende possibile non utilizzare alcun ottica aggiuntiva nelle lampade, solo ordinaria vetro protettivo corpo lampada. Per aumentare il grado di dispersione (ad esempio per ambienti con apparecchiature informatiche), viene utilizzato un diffusore lattiginoso, prismatico o microprismatico.

Poiché i LED si trovano su una grande striscia di alluminio e la distanza tra loro è piuttosto ampia, il raffreddamento dei LED non causa molte difficoltà, da qui la durata delle strisce SMD se alimentate correttamente.

Tra gli svantaggi delle lampade con linee SMD, va notato che sono molto difficili da riparare, poiché quando un LED si guasta, l'intera linea smette di illuminarsi e sostituire da soli un LED SMD è un compito piuttosto laborioso. La sostituzione dell’intera linea è già finanziariamente costosa. Per essere onesti, va detto che la maggior parte dei produttori di lampade LED in Russia, quando si presenta un caso di garanzia, sostituisce l'intera linea.

Applicazioni COB e SMD

1. Caso generale

Direi la sezione in questo modo: se il fattore di forma del corpo lampada consente di posizionare un radiatore di raffreddamento sufficientemente grande, allora è possibile utilizzare lampade LED COB, limitandone la potenza a 30 W. Tutti gli apparecchi illuminanti di potenza superiore sono esclusivamente SMD. Ma in generale opzione ideale diventerà l'introduzione dell'illuminazione a LED.

2. Ho consegnato l'oggetto e me ne sono dimenticato

Se il compito è proprio questo: consegnare l'oggetto e scappare, allora, ovviamente, è necessario utilizzare lampade o faretti economici su una matrice COB ad alta potenza. Il tempo in cui funzionano dovrebbe essere sufficiente per farti scomparire dalla vista... :)

3. Breve orario di lavoro

Se una lampada o un faretto funziona saltuariamente, accendendosi per pochi minuti (ad esempio, è dotato di sensore di presenza e si accende solo al passaggio delle persone), puoi tranquillamente scegliere COB. La matrice semplicemente non avrà il tempo di surriscaldarsi.

4. Organizzazione dell'illuminazione temporanea.

Per organizzare un'illuminazione temporanea (ad esempio in un cantiere durante i lavori di finitura), consiglierei di utilizzare proiettori COB con una potenza di 20 - 30 W.

5. Illuminazione per magazzini e locali industriali

Nei magazzini, negli edifici industriali e nei locali vengono solitamente utilizzate potenti lampade sospese ad un'altezza elevata (6-12 metri). Per la loro illuminazione elettrica è fortemente consigliato l'utilizzo di lampade realizzate su linee LED SMD. Nella scelta delle lampade, prestare particolare attenzione alla presenza di radiatori ben visibili, il cui scopo è quello di dissipare il calore in eccesso nell'ambiente.

Nell'ultimo decennio, le aziende di illuminazione hanno guadagnato una grande popolarità LED COB. Questo perché la tecnologia COB consente di progettare e produrre in serie LED a luce bianca direzionale ad alta potenza partendo da cristalli convenzionali che emettono luce in grandi volumi e con una produzione di massa. COB è un'abbreviazione, cioè una riduzione alle prime lettere della frase inglese chip-on-board. Tradotto in russo come cristallo o elemento su una tavola.

L'idea di questo metodo è semplice e antica quanto le piramidi egiziane: se la forza di una persona o la luce di un LED non sono sufficienti, attira un centinaio di persone per tirare la pietra verso la piramide. Oppure posiziona una dozzina di cristalli che emettono luce in un unico alloggiamento. LED COB Si tratta di una piastra rettangolare o rotonda di colore giallo, alloggiata in un alloggiamento con coperchio trasparente o ricoperta da una lente di ottica LED secondaria. La lente forma lo schema direzionale desiderato per il flusso luminoso e protegge la struttura COB da polvere, acqua, sollecitazioni meccaniche, ecc.

L'essenza della tecnologia COB

I chip LED finiti senza alloggiamento vengono incollati su un substrato di zaffiro artificiale termoconduttore o saldati su un wafer di silicio semiconduttore. A seconda della tensione operativa, i chip sono collegati in circuiti in serie. Per 9 V – 3 pezzi, 12 V – 4 pezzi. ecc. La catena è alimentata da una corrente di una grandezza: la corrente operativa nominale per cristalli di questo tipo, ad esempio 20 mA. Le catene seriali sono collegate in parallelo, guadagnando potenza o flusso luminoso. Quindi i cristalli LED a luce blu vengono rivestiti con un fosforo giallo. Ecco come componi il numero LED pesanti PANNOCCHIA.

Cosa significa la frase LED COB SMD? Questa è una matrice COB alloggiata in un pacchetto SMD. Questi alloggiamenti sono progettati per l'installazione automatizzata di ERE (elementi elettro-radio) direttamente sulla superficie scheda a circuito stampato. COB è un insieme di operazioni tecnologiche per la produzione di LED ad alta e ultra-alta potenza sotto forma di un'unica matrice. La matrice è composta da decine o centinaia di cristalli.

Con l’aumento della potenza dei LED, i produttori hanno iniziato a cercare modi per migliorare la dissipazione del calore. Di conseguenza, è emersa la tecnologia LED COB, che consente di creare sorgenti luminose compatte e potenti con elevata densità ottica, da cui il calore in eccesso viene rimosso dall'alloggiamento. Questi LED sono integrati in lampade e faretti per l'illuminazione di locali industriali e residenziali e per l'illuminazione architettonica.

Nei LED COB, i cristalli senza alloggiamento o substrato si trovano uno vicino all'altro, collegati in serie in parallelo e ricoperti da un unico strato di fosforo. Su 1 cm2 di pannello possono essere posizionati fino a 70 chip, di conseguenza la densità ottica aumenta notevolmente (la luminosità è uniforme, senza punti). La scheda può avere dimensioni diverse; il calore in eccesso viene disperso attraverso il case, indipendentemente dal numero di diodi.

La forma del modulo può essere rettangolare, quadrata, rotonda, ovale, il che ne consente l'installazione in quasi tutti gli apparecchi di illuminazione. La potenza dipende dall'area, alta luminosità può essere ottenuto con dimensioni minime dei moduli. Questo design non crea ombre, la superficie è illuminata in modo uniforme. Queste sorgenti LED funzionano bene con tutti i reattori, i dimmer di luminosità e colore e i sistemi di controllo automatico dell'illuminazione.

Attenzione! Ottenere più potenza, è possibile utilizzare una matrice LED COB miniaturizzata invece di una matrice SMD volumetrica.

Processo produttivo

Il processo di produzione dei LED COB si compone di numerose fasi:

• produzione di substrati;
• applicare loro una composizione che garantisca l'adesione;
• installazioni di cristalli;
• indurimento del rivestimento adesivo;
• pulizia del plasma da contaminanti;
• collegamento elettrico dei LED;
• rivestendo i cristalli con un fosforo, fornendo sigillatura.

Il circuito stampato ha tre strati: una base metallica, un dielettrico, uno strato che conduce corrente.

Per molto tempo, l'implementazione della tecnologia SOV è stata impedita dalla mancanza di un metodo per applicare uniformemente una composizione adesiva sui substrati. Deve avere un certo spessore; non sono ammessi né aumenti né diminuzioni. Nella prima opzione si interrompe il contatto termico con il corpo, nella seconda i cristalli si staccano.

Nel 2009 è stato proposto il metodo magnetron sputtering, che consente di creare un contatto termico di qualità superiore a quello creato sui circuiti stampati SMD. Il nuovo metodo è stato chiamato MCOB (Multi Chip-onBoard). Al momento lo utilizzano tutti i migliori produttori.

Attenzione! Anche nelle pubblicazioni scientifiche COB e MCOB hanno lo stesso significato.

La tecnologia SOV consente di creare matrici di qualsiasi forma senza elementi ottici aggiuntivi.

Esprimiamo il nostro punto di vista su questo dilemma, che comincia ad assomigliare a un dibattito su quale sia meglio iOS o Android. Non esiste una risposta chiara a questa domanda. È necessario comprendere chiaramente lo scopo della lampada, che utilizza una matrice di diodi. Per alcuni, il COB sarà migliore, per altri, l'SMD.

COB per poco lampade potenti luce direzionale

Ad esempio, il COB vince chiaramente negli apparecchi di illuminazione direzionale commerciale. Come luci a binario, downlight e altri tipi di illuminazione d'accento.

Per l'illuminazione commerciale diffusa, l'illuminazione convenzionale è più adatta. Striscia LED oppure un righello montato attorno al perimetro del corpo lampada sotto il diffusore. Le matrici COB si comportano piuttosto bene anche nei proiettori stradali con potenza fino a 50 Watt.

SMD per plafoniere industriali superiori a 50W

Per quanto riguarda l'illuminazione delle imprese industriali, ad esempio, nelle lampade a LED industriali c'è un campanello
È quasi impossibile trovare una matrice COB (vedi figura a destra) da produttori avanzati di fama mondiale, anche se qualche anno fa tutti amavano tali esperimenti.

Le lampade a cupola a LED industriali con matrice COB sono molto più economiche di una lampada con scheda a diodi SMD, come le lampade a cupola industriali.

Ciò è dovuto al fatto che una matrice COB con diodi dello stesso produttore costa il 30-50% in meno, il che riduce il costo della lampada. Lo svantaggio, secondo le recensioni dei più noti produttori di illuminazione industriale e stradale, è la frequente sostituzione delle matrici COB in garanzia se la potenza della lampada è superiore a 50 W.

In una delle fabbriche con cui collaboriamo, ci è stata raccontata la storia di come una lampada a campana a LED industriale con un sistema di dissipazione del calore di alta qualità e un diodo COB di alta qualità è stata lasciata accesa con il chip sul tavolo, e nel giro di 2 ore il tavolo prese fuoco.

Esperienza reale

Dalla nostra pratica personale conosciamo la storia di come un ingegnere energetico di una grande azienda, per risparmiare denaro a scapito della qualità, ha acquistato lampade a cupola industriali con diodi COB e ora deve pagare per la sua decisione sbagliata: ogni anno cambiare le schede dei diodi nel 15-20% delle lampade.

Per non essere rimproverato dai suoi superiori per aver fatto una volta la scelta sbagliata, chiede che gli vengano fatturate lampade fluorescenti e materiali di consumo elettrici vari invece delle matrici COB, in modo da nascondere le spese reali.

Degradazione dei diodi COB

Non dovremmo inoltre dimenticare il reale degrado dei diodi negli apparecchi industriali ad alta potenza, che, secondo le osservazioni degli utenti, è maggiore per gli apparecchi ad alta potenza con elementi COB. Ma molto raramente qualcuno effettua misurazioni annuali dell'illuminazione ambientale.

Contraffazione di diodi: come identificare i produttori senza scrupoli di apparecchi di illuminazione industriale?

Effetto abbagliamento dei diodi COB

Un'altra osservazione degli utenti è il fatto che le luci a cupola LED COB industriali nei magazzini e nelle officine producono un effetto abbagliante più forte, che rende difficile per il personale lavorare in quota.

Opinione di un esperto: “La nostra opinione: gli apparecchi LED con matrice COB lo sono La migliore decisione per apparecchi di luce d'accento e di moderata potenza fino a 50W. Le uniche eccezioni sono i sistemi multi-modulo, in cui ciascun modulo è una matrice COB separata di moderata potenza. Per l'illuminazione superiore a 50 watt, è preferibile utilizzare lampade a campana industriali con matrice SMD. Inoltre, maggiore è il numero di diodi per 1 watt di potenza, meglio è”, afferma Alexey Frolov, ingegnere illuminotecnico della Grandenergoproekt.