LED SMD vs COB: Compreende realmente os tipos de LEDs e os seus cenários de utilização?

Índice

1. Introdução

Existem vários métodos de embalagem de LED, incluindo SMD、COB、MCOB, CSP, DOB, EMC, FC e AC LED. Tanto o SMD como o COB são métodos de embalagem de LED (ou seja, como o chip emissor de luz é instalado, ligado e conduzido pelo calor), o que afecta o ângulo de emissão de luz, o brilho, a capacidade de dissipação de calor, a vida útil, etc. da lâmpada. Este capítulo leva-o a explorar as diferenças entre SMD e COB.

2. Conceitos fundamentais de SMD

SMD significa Surface-Mounted Device (Dispositivo de Montagem em Superfície), que é a tecnologia de embalagem de LED mais utilizada e madura. Um único chip de LED é embalado num invólucro de plástico ou cerâmica com pinos metálicos (pads). Este dispositivo independente embalado pode ser soldado diretamente numa placa de circuito impresso através da tecnologia de montagem em superfície.

2.1 Caraterísticas

Dispositivos discretos: Cada embalagem SMD contém normalmente 1 (em alguns casos, 2-4) chips de LED.

Normalização: Existem vários tamanhos normalizados (tais como 3528, 2835, 5050, 3030, 5630, etc.), que são fáceis de automatizar a produção e o design.

Caraterísticas da fonte de luz pontual: Um único SMD é uma pequena fonte de luz pontual. São utilizados vários SMDs em combinação.

Flexibilidade: Pode ser disposto de forma flexível na placa de circuito impresso e concebido em diferentes formas (tiras de luz, módulos, placas de luz de lâmpadas, etc.).

Conceção ótica: Cada SMD tem normalmente de ser combinado com uma lente independente ou com um copo refletor para a conceção ótica secundária.

3. Conceitos fundamentais do COB

Abreviatura de COB (Chip-on-Board), que é uma tecnologia de embalagem mais integrada. Múltiplas (geralmente dezenas ou mesmo centenas) de pastilhas de LED nuas não encapsuladas são diretamente solidificadas, soldadas e interligadas eletricamente no mesmo substrato (geralmente custódia metálica ou substrato cerâmico) e, em seguida, cobertas globalmente com uma camada de fósforo comum (para formar uma grande área de superfície emissora de luz) e, finalmente, podem ser cobertas com uma camada de lentes de proteção.

3.1 Caraterísticas

Fonte de luz integrada: Um módulo COB é uma fonte de luz integrada que contém vários chips.

Caraterísticas da fonte de luz de superfície: emite uma superfície emissora de luz relativamente uniforme e contínua, com pontos mais suaves e menos reflexos.

Alta densidade: Os chips são dispostos de forma compacta numa área muito pequena para obter uma elevada densidade de potência.

Montagem simplificada: Em vez de dezenas de dispositivos SMD, apenas um módulo de fonte de luz COB precisa de ser manuseado no fabrico da luminária.

Ótica simplificada: normalmente, é necessária apenas uma lente ou refletor que cubra toda a superfície de emissão de luz do COB.

4. Diferenças entre o LED SMD e o LED COB

Estrutura básica: SMD é um único / pequeno número de chips são embalados de forma independente com pinos e montados em um PCB. COB são vários chips nus diretamente integrados em um substrato e cobertos com uma camada de fósforo comum.
Caraterísticas da fonte de luz：SMD é uma fonte de luz pontual (combinação de vários pontos). COB é uma fonte de luz de superfície (superfície única e uniforme de emissão de luz).
Eficiência luminosa: SMD, elevada (especialmente na gama de potência baixa a média). Dados de laboratório até 220 lm/W+, corrente principal comercial 120-180 lm/W. COBs, elevado potencial teórico, mas normalmente ligeiramente inferior ao SMD de topo para a mesma potência devido a desafios de gestão térmica densamente alinhados (a diferença está a diminuir). Comercialmente correntes 100-160 lm/W.
Densidade de potência：SMD, média. A potência de um único dispositivo é limitada (normalmente <1W), sendo necessárias várias combinações para obter uma potência elevada. COB, alta. Vários chips são integrados em uma área muito pequena, facilitando a obtenção de alta potência em um único módulo (10W, 20W, 50W, 100W +).
Flexibilidade de design：SMD, muito alta. Pode ser organizado livremente para atender a várias formas, tamanhos, potências e requisitos de distribuição de luz (como formas lineares, circulares e especiais). COB, relativamente baixo. A forma da superfície luminosa é fixa (principalmente circular, quadrada e tiras longas), e a potência e a distribuição da luz são determinadas principalmente pelo modelo do módulo.
Utilizações principais: A SMD fornece soluções flexíveis, padronizadas e económicas de fontes de luz LED adequadas para cenários diversificados de pequena e média potência. O COB fornece fontes de luz integradas com alta densidade de potência, alto fluxo luminoso, luz uniforme e suave e excelente gerenciamento térmico, que pode atender às necessidades de alto brilho e iluminação de alta qualidade e simplificar a fabricação de lâmpadas.

5. Vantagens e desvantagens dos LED SMD e COB

5.1 Qualidade da luz

SMD: As vantagens são uma vasta gama de opções de reprodução de cores e um controlo preciso da temperatura da cor. As desvantagens são que a combinação de várias fontes de luz pontuais é propensa a múltiplas sombras, granulação e brilho (é necessária uma boa conceção ótica).

COB: As vantagens são a luz uniforme e suave, a transição natural do ponto de luz, o bom controlo do brilho e o elevado conforto visual. As desvantagens são que a reprodução de cores é normalmente ligeiramente inferior à SMD de topo (em fase de aperfeiçoamento) e a consistência da temperatura da cor é ligeiramente mais difícil de controlar (é necessário um revestimento de fósforo preciso).

5.2 Gestão térmica

SMD: A vantagem é que o calor gerado por um único chip é disperso e o caminho térmico é relativamente curto (chip->embalagem->PCB->dissipador de calor). A desvantagem é que o projeto térmico da placa de circuito impresso é complexo quando são combinados vários dispositivos, sendo necessários bons materiais condutores térmicos e dissipadores de calor.

COB: A vantagem é que o chip está diretamente ligado a um substrato altamente condutor de calor (frequentemente cerâmica ou metal), que tem uma resistência térmica mais baixa e facilita a exportação do calor da fonte. A desvantagem é que o calor está altamente concentrado e requer uma solução de arrefecimento mais potente (grande dissipador de calor/arrefecimento ativo).

5.3 Fiabilidade

SMD: A vantagem é que a tecnologia está madura e a falha de um único dispositivo afecta a área local. A desvantagem é que há muitas juntas de solda (pinos do dispositivo -> PCB) e há muitos pontos de falha potenciais; o stress do ciclo térmico pode afetar a vida das juntas de solda.

COB: A vantagem é que há menos juntas de solda (o chip é soldado diretamente ao substrato), a estrutura é mais sólida e a resistência à vibração mecânica é boa; o caminho térmico é direto. A desvantagem é que a falha de um único chip pode causar a falha de todo o módulo ou uma cor de luz anormal; a camada de fósforo é grande e os danos locais afectam o conjunto.

5.3 Custo

SMD: As vantagens são os componentes normalizados, a produção automatizada madura e os baixos custos iniciais dos componentes; os SMD individuais podem ser substituídos para manutenção. As desvantagens são a existência de muitos processos de montagem (montagem de chips, soldadura por refluxo) e a conceção complexa de PCB.

COB: A vantagem é que o processo de montagem da lâmpada é simplificado (só é necessário processar um módulo de fonte de luz), reduzindo os custos de mão de obra e de fabrico. A desvantagem é que o próprio módulo COB tem um custo de fabrico elevado (substrato, cristal sólido, processo de revestimento com fósforo); o custo de manutenção é elevado (normalmente, todo o módulo é substituído).

5. Principais áreas de aplicação

SMD: Lâmpadas LED, tubos, tiras de luz LED / luzes de néon, iluminação decorativa (como luzes de Natal, luzes de atmosfera), luzes de fundo (TV, monitores), lâmpadas de formato especial, iluminação automotiva (luzes traseiras, luzes interiores), downlights de média e baixa potência, holofotes, luzes de painel.

COB: Requisitos de alta potência / alto fluxo luminoso, luzes de baía alta, lâmpadas de rua, luzes de teto alto, luzes de estádio. Requer luz uniforme e suave, holofotes comerciais, downlights (mainstream), luzes de gabinete, luzes de pista. Requer uma superfície luminosa pequena e uma intensidade de luz elevada, lanternas, luzes de palco, luzes de fotografia, luzes de automóveis (faróis). Algumas luzes de painel topo de gama.

6. Resumo e sugestões de seleção de SMD、COB

Ambas estão a evoluir, as SMD em busca de uma maior eficácia luminosa e de tamanhos mais pequenos (por exemplo, micro LED) e as COB que continuam a melhorar a eficácia luminosa, a reprodução de cores, a fiabilidade e a redução de custos. As tecnologias emergentes, como MCOB (multiple COB arrays), COG (Chip-on-Glass), Flip-Chip COB, etc., também estão a integrar as vantagens de ambas. Atualmente, a SMD e a COB coexistem de forma complementar no mercado, desempenhando cada uma delas um papel importante nas suas áreas de especialização.

Escolha SMD quando:

É necessária flexibilidade de conceção (forma, tamanho, distribuição especial da luz).
A aplicação é de baixa a média potência (como lâmpadas domésticas, fitas de luz, luzes decorativas, iluminação de fundo).
O custo é a principal consideração (especialmente o custo inicial do dispositivo).
Fácil de reparar (substituir LEDs individuais).
O índice de restituição de cor mais elevado é extremamente exigente (alguns SMD de topo podem atingir CRI>98).

Selecionar COB quando:

Necessita de alta potência/alta luminosidade (luzes industriais, luzes de rua).
A uniformidade da luz, a suavidade e o baixo encandeamento são fundamentais (por exemplo, projectores comerciais, downlights, iluminação interior de alta qualidade).
As luminárias têm um espaço limitado e requerem pequenas superfícies luminosas para atingir uma elevada intensidade de luz (por exemplo, lanternas, faróis).
Desejo de simplificar o processo de montagem e fabrico da luminária.
O bom desempenho da gestão térmica é um requisito fundamental (o COB tem uma clara vantagem de baixa resistência térmica).
Procura de uma experiência visual mais próxima da das fontes de luz tradicionais (caraterísticas de emissão de superfície).