COB светодиоды и лампы на их основе

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 см² 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:

• изготовления подложек;
• нанесения на них состава, обеспечивающего адгезию;
• установки кристаллов;
• затвердения клеящего покрытия;
• плазменной очистки от загрязнений;
• электрического соединения светодиодов;
• покрытия кристаллов люминофором, обеспечивающим герметизацию.

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.

Читайте также  Все о светодиодах Cree Q5

Отличительные характеристики COB

Светодиоды COB – полупроводники с напряжением 12-39 В, током до 160-900 Ма, мощностью 3-30 Вт и световым потоком 90-110 лм.

Как любой источник света, COB LED обладают достоинствами и недостатками, к первым можно отнести:

• разнообразие форм;
• возможность оснащения технологическими отверстиями;
• наличие четкой теневой границы благодаря плавному распределению луча;
• высокую светоотдачу;
• зависимость мощности только от количества кристаллов и геометрии платы.

Основной недостаток – не ремонтопригодность (при выходе из строя нескольких чипов необходимо менять всю матрицу).

Filament LED – модификация COB- матрицы, так как обе изготовлены по одной технологии. Так как кристаллы нанесены на стеклянный стержень, технология переименована в COG (Chip-on-Glass).

На рынке доступны светодиодные «кукурузы». Такая лампа состоит из СОВ-пластин, по внешнему виду схожа с изделием из SMD 5730 или 5630.

Технические параметры:

• цоколь Е27;
• напряжение 3-35 В;
• мощность примерно 9 Вт;
• ток от 100 мА до 2,5 А;
• свет белый теплый;
• поток 800 лм.

Блок питания из 2-х конденсаторов, сглаживающих напряжение и устраняющих пульсацию. Такие лампочки греются, но не слишком. Отремонтировать их нельзя, нужно менять всю подложку. Чтобы продлить срок службы, необходимо создать оптимальные условия эксплуатации.

Монтаж COB светодиодов

Основное преимущество COB LED – упрощение монтажа кристаллов. Не требуется защитный корпус, светодиоды крепятся к радиатору (по сути, к корпусу светильника). Схема такая же, как у самых популярных светодиодов SMD, но один диод заменяет цепочка, состоящая из нескольких кристаллов.

Справка! В мощной СОВ-матрице может быть десятки и сотни кристаллов, соединенных последовательно и параллельно, для питания требуется блок на 9-40В. 

Рекомендации по работе с COB светодиодами

COB используются для индикации и освещения, световой поток мощнее, чем у СМД. Но СОВ LED излучают свет под углом 180 градусов, поэтому не пригодны для систем с узконаправленным излучением.

Читайте также  Особенности устройства и схема светодиодных ламп на 220 В

Светильники из этих матриц подвергаются различным экспериментам, по результатам можно сделать определенные выводы:

• это лучший вариант для коммерческих светильников с направленным лучом света;
• хорошо подходят для уличных прожекторов с мощностью до 50 Вт;
• для промышленных светильников «колокол» это не лучший вариант (особенно, если мощность более 50 Вт).

При выборе стоит помнить о том, что СОВ деградируют быстрее, чем СМД. В промышленности мешает такой фактор, как ослепление, мешающие работе. 

Для жилых помещений производятся компактные прожекторы для декоративной подсветки и акцентирования отдельных элементов интерьера. Приборы с мощностью 7-9 Вт пригодны для архитектурной подсветки. CREE предлагает точечные настенные и потолочные светильники, излучающие свет без бликов и хорошо работающие с диммером.

Домашние мастера пытаются делать светильники своими руками, используя низкопрофильные держатели для СОВ-светодиодов. Они избавляют от необходимости работать с паяльником и специальными инструментами при установке матрицы в корпус светильника. Большинство этих изделий комплектуется пластинами, удерживающими диод, и проводами.

Основные выводы

COB-технология усложняет рядовому потребителю выбор при покупке, особенно, если производитель неизвестный. Параметры по внешнему виду определить невозможно.

Производители заявляют, что срок службы COB LED 30 тыс. часов. Такой результат достигнут при помощи испытаний в экстремальных условиях и математического моделирования. Проверить правдивость данного утверждения пока никому не удалось, так как на это требуется 5-6 лет. То, что это оценка производителя, подтверждается сроком гарантии на 20 тыс. часов. 

Светильники с COB LED проще по конструкции, так как в них устанавливается одна матрица вместо нескольких светодиодов. Не требуется производство печатных плат и дополнительных оптических элементов, компактные размеры позволяют уменьшить габариты светильников. Сборка осветительных приборов проще: требуется только модуль, радиатор, линза и драйвер. Все эти аспекты снижают себестоимость.

При выборе важно учесть недостатки. Срок службы даже самых качественных COB LED меньше, чем СМД, а стоимость отличается мало.

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.

Суть технологии

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.

Еще пару слов о производстве

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.

Отличительные характеристики COB

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.

О продукции

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.

Filament LED и лампы на их основе

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.

На общей подложке размещают кристаллы, что позволяет отводить больше тепла и получать больше люменов с квадратного сантиметра площади. По не проверенной информации от китайцев, один кристалл на подложке дает 5 Лм, то есть по яркости  такой же как у SMD3528, у  5050 стоят 3 таких кристалла. Так как по сути это один большой светодиод, и для его внутренних кристаллов не требуются корпуса, то это удешевляет стоимость 1 Люмена примерно в 2 раза, по сравнению со старой технологией. Матрица COB покрывается слоем люминофора, благодаря ему он светится единым целым, а не точечно. Еще не требуется пайки многочисленных SMD диодов, припаял пару проводов и осветительный прибор готов. Это тоже влияет на цену бюджетных ламп из Китая, потому что некоторые безымянные китайские производители умудряются производить пайку вручную.

Недостатки КОБ лампы

Недостатки светодиодов нового поколения

COB диод обладает всеми характеристиками обычных предыдущего поколения. Технология позволяет производить их любой формы: квадратной, овальной, круглой, с дырочкой посередине, что позволяет вписать его в любой осветительный прибор или просто модернизировать имеющийся.

Чем больше площадь – там выше его мощность, размером 12 на 3 см. можно уже применять для уличного освещения. Но в любом случае не забываем о хорошем теплоотводе, нагрев никто не отменял.

Новая технология принесла и новые проблемы в эксплуатацию светодиодных ламп для дома. Все знают, насколько ремонтопригодны изделия на SMD светодиодах, ремонт делается за 5 минут. Теперь выход из строя COB требуется замены всего светоизлучающего элемента, например, а не, одного из 42, как было раньше. Со временем этот недостаток не будет большим, так как стоимость должна значительно снизится на такие диоды. Сейчас цены завышены, потому что новинка, и можно неплохо приврать про характеристики. Кода все начнут разбираться в этой технологии, то ажиотаж снизится до нормального уровня.

Как выбрать COB LED лампочку

Новая технология усложняет выбор изделий неизвестного производства, особенно китайских. При покупке лампочек на SMD диодах можно было видеть маркировку, подсчитать количество и затем вычислить мощность, независимо от того что написано в характеристиках.

В нашем случае по фото и конструкции будет не узнать её мощность, так как невозможно установить потреблеиен COB светодиода по его внешнему виду. Количество, мощность и плотность кристаллов может быть абсолютно любым.

Вероятно, ситуация с китайскими COB будет такая же, как из SMD. Недорогие светодиоды китайцы включают на треть от номинала для длительной службы. В случае с КОБ, наверное, будет тоже самое, бюджетные COB тоже будут включать на 30% мощности. Если у СМД режим работы можно было определить по количеству элементов, то в нашем случаем площадь не будет привязана к характеристикам светодиода. Китайские интернет-магазины вероятно будут этим пользоваться, ненавязчиво завышая световой поток продукции. Ведь обычный покупатель в большинстве случаев не сможет узнать, продали ему лампу на фирменных диодах или бюджетных китайских.

Тест светодиодной кукурузы на КОБ

Размеры и конструкция схожи с кукурузой на 60 штук SMD 5730, только вместо паяных  установлены COB пластины. Точно таких же габаритов выпускаются  лампы для дома на SMD 5630.

COB лампочка на 9 Ватт

Стоили 9$ за штуку, цена конечно завышена, похожая на SMD 5730 стоит 6$, аналогичная на SMD 5050 немного подешевле, но ради интереса пришлось купить. Продавец пообещал:

• цоколь Е27;
• питание 220В;
• ток потребления 32 мА;
• теплый белый;
• мощность 9 Вт;
• световой поток 800-900 Лм.

Энергосберегающая и светодиодная в люстре

Яркость сравнивал с новой энергосберегающей Филипс на 800 Лм, одинаковая яркость, свет и оттенок. В люстре на фото стоит две новых и две люминесцентных. Яркость китайских COB составляет до 100 Лм на Ватт, как в нашем случае.

Внутренности COB кукурузы

Питание сделано на балластном конденсаторе, но впаян дополнительный конденсатор для уменьшения коэффициента пульсаций. Мерцание присутствует, но оно не такое сильное, как у других недорогих, то есть в пределах нормы. Лампочка греется, но не перегревается, площадь боковой окружности все таки немалая, температура в пределах допустимого.

Тестирование показало, что она соответствует заявленным характеристикам, качество достаточное хорошее, в сборке дефектов не нашел.

Итоги

Новая технология показывает неплохие характеристики, яркость уже  до 120 Лм на ватт, вместо прежних 80 Лм на Ватт. Но не торопитесь покупать, цены завышены на них, типа используются нанотехнологии и андронный коллайдер. Их цена должна опуститься ниже стоимости ламп на СМД элементах.

Используемые источники:

• https://svetilnik.info/svetodiody/cob-led.html
• https://ledjournal.info/spravochnik/cob-svetodiody-i-lampy.html
• http://led-obzor.ru/led-svetodiodyi-cob