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关于COB封装的一些看法

:2018-03-12    :333

 说到COB的缺点,有三个词一定绕不过去。那就是,散热、发光效率和眩光。所有问题都是由COB自身的产品结构决定的。

 

对COB来说,散热是第一个“阿克琉斯之踵”。一般9W COB的尺寸是一个直径大约为10mm的圆形,这决定了它只能在这个面积内直接作用于发热源,至于面积以外的范围就仅作为散热的辅助。而同样9W的SMD,基板直径一般在100mm左右。对散热来讲,低发热量、大面积散热的情形要远好于高发热、小面积散热的情形。

至于COB厂家一直在大肆宣传的低热阻,其实说的是导热能力好。

 

不过请注意,所谓的「导热能力好」只是能把COB产生的热导出来,至于接下来对热的处理COB是完全被动的。就好比一条高速公路,车在路上是跑得很快,可到收费站就开始堵了,这个和COB的情形类似。

 

不同点:

1. 不同意在光源器件上谈散热。散热的功能实现是散热器该去完成的任务,不要强加在光源上。对于光源的评估主要应该集中在导热能力上,即热阻 。或者评估从芯片结温到PCB焊点的温差值。导热好的特性是能在更短的时间内把芯片的温度传到散热器上。

 

2. 对散热来讲,低发热量、大面积散热的情形要远好于高发热、小面积散热的情形。 这一种散热模式的假设是基于传导途径而言,如果从辐射的途径上谈散热,温度高的产品辐射率更大。故,建议综合考虑散热的三种模式:传导、对流和辐射的系统散热。同时,也有的COB是发光面大,功率小。这类COB一般不会用在射灯上,不符合射灯的要求。

 

3. 文中提到:一般9W COB的尺寸是一个直径大约为10mm的圆形,这决定了它只能在这个面积内直接作用于发热源,至于面积以外的范围就仅作为散热的辅助。而同样9W的SMD,基板直径一般在100mm左右。  A:10mm的面积为发光面及芯片固定位置和封装区域,其余面积不是作为散热用,而是导热用。B:SMD基板直径在10mm左右并不是用来做射灯的,我们可以算算9W的常用射灯规格的灯具最大尺寸:MR16PAR20,光源基板面积比灯具大,显然不可能。

 

4. 就好比一条高速公路,车在路上是跑得很快,可到收费站就开始堵了,这个和COB的情形类似。 这个例子很好,只是说反了,COB的导热能力强,瓶颈是散热器的匹配问题,散热器散热速率越快COB产品结温越低。而导热不好的产品会卡在导热的瓶颈上所以只会卡在收费站。

 

COB的第二个缺点是光效。由于在一个狭小的面积上紧密排列了多颗LED芯片,所以单颗芯片所发出的靠近水平方向的光会遇到相邻芯片而不断形成全反射,最后被封装材料吸收,不能发射出去。而对于SMD,只要间距合理,就不存在这个问题(见图 b)。正是这个全反射使得COB的发光效率从一开始就比LED灯珠的表面贴装低10%。同时,封装材料吸收水平方向光线所带来的热量和芯片密集排列本身产生的热量叠加,导致COB工作温度偏高,再次影响芯片光效。即使使用相同的芯片,COB也要比表面贴装少20 lm/W左右。

不同点:

 

1. 并没有证据证明同样的芯片封装COB的光效率会比封装单颗器件光效低20%。COB光源产品一般功率大,封装胶水表面温度高,考虑到封装胶水的耐温性能,会采用折射率n=1.41左右的胶水;而单颗器件功率小,胶水表面温度低,一般都会使用折射率n=1.5以上的胶水。折射率越高,越有利于LED芯片(n=2)的出光,同时由于胶水的特性折射率高的胶水耐温性差(胶水分子结构造成特性)。

 

2. 以上例子所说的芯片排布密集的情况是专门正对射灯用的COB产品。也有很多芯片排布间隙大的COB产品,还有COB产品每颗芯片上都加了透镜,这样也避免了芯片直接的光干扰。

 

3. 请注意定语:文章在提到COB产品时使用了“狭小“和”紧密排列“,在SMD产品是用词:”只要间距合理“。可见老军医的比较方法是:狭小、紧密排列的COB产品 和 间距合理的SMD产品的光效对比。这样是没有可比性的,

 

4. 还是再说下射灯吧,射灯产品考虑中心光强的因素会更重于光效。射灯属于整灯的区域照明,不同于广泛照明的球泡灯或者路灯。例如:球泡灯整灯光效可以达到130lm/W; 路灯也有150lm/W,可是射灯很少有达到100lm/W的产品。

 

第三个缺点就是眩光。同样基于COB的小面积大功率,所以不可避免地存在眩光问题,基本上使用COB的射灯都必须配一个非常深的灯杯,除了配光需要更是为了防止过于强烈的眩光。

 

眩光的产生不是由于使用了COB就有眩光,不用COB就没有眩光。并且在灯具设计时需要考虑对眩光进行处理,不仅仅是加一个深杯就能解决。

 

不同点:

 

1. 眩光的定义:眩光(Dazzle)是指视野中由于不适宜亮度分布,或在空间或时间上存在极端的亮度对比,以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。视野内产生人眼无法适应之光亮感觉,可能引起厌恶、不舒服甚至丧失明视度。在视野中某—局部地方出现过高的亮度或前后发生过大的亮度变化。 所以眩光的原罪不能说是COB造成的。

 

2. 非常深的反光杯一般是用来制造更小角度的灯具。至于反射杯的效率,COB的反射杯效率和单颗器件的反射杯效率接近(相同角度)。

 

3. 按照文中描述:除了配光需要更是为了防止过于强烈的眩光。是否可以理解为COB配了深杯后就没有强烈的眩光?那从严谨的角度说,到底有还是没有?

 

既然COB有这么多毛病为毛倒成了射灯的主要光源呢?很简单,因为COB的产品形态最接近传统光源,所以原有的灯杯,灯具,设计方式都可以照搬(注意到了吗,这和灯丝灯的逻辑何其相似)。

 

不同点:

 

1、 COB并不是最接近传统光源,而是使用方式接近传统光源。越方便用户使用的产品越能得到广泛推广。COB无需贴片,无需设计电路板,这是为灯具厂商提供制造商的便利。

 

2、 文中提到“所以原有的灯杯,灯具,设计方式都可以照搬” 传统反光杯的焦距中心和COB匹配的反光杯焦距不同,不可以照搬。每款COB产品做特定角度的射灯,都需要经过光学设计模拟,反光杯模具实验,改模完善,最终才成为通用品。

 

 

射灯的应用特性讨论:

 

射灯主要考虑到局部照明,主要应用在商业照明。商业照明对灯具功率要求越来越高,角度要求越来越小,同时灯具体积要小。小出光面,高功率的COB是为了迎合客户的需求而生产。如果采用单颗器件贴装,整体光源的面积大,导致需要配更大的反光杯或者透镜(光源面积和反光杯或者透镜的出光面是有放大比例关系),很难匹配最终用户的需求。

 

COB光源的出现大约在2008年。当时是为了解决LED灯具的“鬼影”问题——在LED灯具照射下,被照物会产生几个不完全重叠的影子从而使眼睛产生晕眩感。当时有两个解决方案:

1)在LED光源前增加一层不完全透光的膜(扩光板)。此方案有个大问题,当时LED的发光效率不高,扩光板使得整体光效更低了。基于这种顾虑方案二就应运而生……

 

2)从改善光源入手,在光源端消除“鬼影”。这就是COB最初的发展动机,可是很快就被放弃了。原因很简单,COB属于二次封装,技术和工艺相对复杂,以当时的技术单片COB只要超过35W就没有办法在批量生产中保持质量稳定,其光效、散热也比不上表面贴装。COB在市场上的首秀悄然结束。

 

在当时的环境下,研发COB有其合理性,这和后来COB的再开发有本质区别。COB的第二春在2012年,是作为一种全新的光源被再次“发明”了出来的。其动因是市场对LED产品长期停滞不前的失望。然而,横亘在COB前的技术问题并没有随着时间而改善,依旧被封装和大功率的质量稳定性阻碍其发展。

 

2015年,COB再次“火”了起来。如果说COB的前两次发展推动了LED行业,那么这次纯粹就是为了与旧传统“接轨”,本质上是一种倒退。诚然,COB是解决了“鬼影”问题,可是此前的发展证明COB在这方面是弊大于利的。虽然灯珠性能的大幅提升为COB封装创造了良好的技术基础,使其终于满足了市场的应用需求。这一切看上去很美好,但是COB产品形态的底层逻辑问题,使得再好的技术也弥补不了自身缺陷。而且正是基于良好技术在客观上的诱使,导致对LED特性不熟悉的设计者在错误的道路上越滚越远。

 

产品怎样被理解,就怎样被设计;

产品怎样被设计,就怎样被对待。

所以行业不景气不是没有原因的!

 

少数派曾经不止一次地提到好的产品是人性的诉求,而坏的产品则企图强加一些不合适的功能给用户以获取利润。这两点恰恰体现在COB射灯上。

 

 

LED芯片的技术发展推动了COB产品的发展,并且产品发展的趋势从性能导向最终会走向便利导向,这是COB成为射灯主流的人性诉求。COB可以克服重影的问题。某些射灯都不希望有副光斑的产生,更别说是重影了。如果采用单颗器件排列组合,也会有重影的问题。




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