چیپ لامپ ال ای دی چیست؟ آشنایی با ساختار و انواع چیپ led

امروزه زیاد اسم چیپ LED به گوشتان می خورد و شاید شما برداشت متفاوتی از آن داشته باشید. حال چیپ ال ای دی چیست و چه انواعی دارد. همچنین ساختار و عملکرد آن به چه صورت است؟ LED مخفف کلمه Light Emitting Diode به معنای دیود ساطع کننده نور است. چیپ ال ای دی قطعه الکترونیکی از نوع نیمه هادی که با عبور جریان الکتریکی از آن، نوری از خود ساطع می کند.

هنگامی که ذرات حامل جریان الکتریکی ( منظور الکترون ها و حفره ها) در نیمه هادی ترکیب می شوند لایه ای ایجاد می کنند به نام P-N Junction که باعث ایجاد نور می شود. گفتنی است که PCB هنگام مونتاژ برد SMD، به صورت خاص و تحت شرایط آزمایش شده مونتاژ می شود.

اساسا چیپ ال ای دی قطعات نور دهنده کوچکی هستند که به راحتی در مدارات الکترونیکی مختلف استفاده می شوند. ال ای دی ها بر خلاف لامپ های رشته ای، رشته تنگستن ندارند که آن را بسوزانند، برق و انرژی کمتری مصرف می کنند و گرمای زیادی هم تولید نمی کنند. چیپ ال ای دی، فقط با حرکت الکترون ها در مواد نیمه هادی داخل آن، روشن می شود و همین باعث شده تا عمر بالایی به اندازه ترانزیستورها و حتی بیشتر داشته باشد.

در جدول زیر کلمات ، اصطلاحات و پارامتر های مهم و پرکاربرد در مورد چیپ های LED به طور خلاصه بیان شده است که برای درک بهتر ادامه مطلب ، حتما این جدول و توضیحات آن را به خاطر بسپارید.

انواع چیپ ال ای دی

عمر مفید چیپ LED، هزاران ساعت بیشتر از لامپ های رشته ای است. به خاطر همین مزیت، ال ای دی ها تبدیل به یکی از محبوب ترین فناوری ها برای لامپ ها و روشنایی شده اند. عمدتا چیپ ال ای دی به سه دسته اصلی تقسیم بندی می شوند.

• ال ای دی های DIP یا THD
• ال ای دی های SMD
• ال ای دی های COB

چیپ ال ای دی های THD یا DIP

THD مخفف کلمه Through Hole Device به معنی قطعات نیازمند سوراخ هستند. DIP مخفف کلمه Dual in Line به معنی بسته بندی و پکیج های دولاینی یا دو خطی است. DIP نوعی پکیج از قطعات الکتررونیکی هستند که در یکی از زیر مجموعه های پکیج THD قرار می گیرند. در این نوع بسته بندی از چیپ ال ای دی، تراشه اصلی که محل تلاقی الکترون ها و نیمه هادی است، داخل یک محفظه پلاستیکی محکم و شفاف قرار دارد و همچنین دو پایه وجود دارد که به صورت موازی رو به روی هم قرار دارند که اکثرا در زیر این محفظه هم قرار گرفته اند.

اگر چه در برخی از محصولات امروزی هنوز از این دسته از چیپ ال ای دی ها استفاده می شود که تضعیف نور و CRI آن ها کم است. (CRI در ادامه توضیح داده خواهد شد.) اما کارایی این نوع چیپ های ال ای دی از انواع جدید، کمتر است.

امروزه شاهد استفاده از چیپ های پیشرفته تر در مصارف خانگی، تجاری و صنعتی هستیم.

چیپ لامپ ال ای دی COB

COB مخفف کلمه Chip On Board به معنای چیپ و تراشه روی برد است و به چسبیده شدن و کنار هم قرار گرفتن چند تراشه (معمولا از 9 تا بیشتر) روی یک صفحه اکثرا آلومینیومی یا مسی اشاره دارد.

این نوع طراحی فضای کمتری را اشغال می کند و حداکثر تابش نور را فراهم می کند. این نوع فناوری، مراحل ساخت براکت، آبکاری سابستریت و بدنه چیپ، لحیم کاری و… را از بین می برد، بنابراین این فرآیندها به یک سوم کاهش می یابد و در هزینه تولید نیز یک سوم صرفه جویی می شود. از این نوع چیپ ال ای دی برای روشنایی دکور، روشنایی خیابان ها، روشنایی پارکینگ ها، روشنایی فضاهای باز و… استفاده می شود. زیرا اکثرا تخت هستند و زاویه تابش زیادی دارند، نوری یکدست و نرم را ایجاد می کنند.

چیپ لامپ ال ای دی SMD

SMD مخفف کلمه Surface Mounted component به معنای قطعه نصب شونده روی سطح یا به اصطلاح نصب سطحی است. بعد از ال ای دی های DIP، ال ای دی های SMD توسعه خوبی پیدا کردند. در مقایسه با LED های DIP، روشنایی بیشتری تولید می کنند و انرژی کمتری هم مصرف می کنند.

همچنین چیپ LED SMD دارای ویژگی هایی از قبیل: طراحی کوچکتر و مسطح تر، عمر طولانی تر، کاهش مصرف انرژی تا 75 درصد و هزینه نگهداری پایین تر هستند. موارد زیر بیشترین کاربردهای چیپ های SMD هستند که اشاره می کنیم:

چیپ ال ای دی SMD با پکیج 3528

اندازه و ابعاد قطعه در پکیج 3528 برابر است با : 1.9 * 2.8 * 3.5 میلی متر و اکثرا از این نوع پکیج LED SMD ها در شاخه های LED 12 ولتی استفاده می شود. این نوع از LED های SMD گرمای کمی از خود تولید می کنند. زیرا دارای ولتاژ پایینی هستند، لمس کردن آن ها در هنگام کار کردن خطر کمتری نسبت به لامپ های هالوژن و رشته ای دارد.

چیپ ال ای دی SMD با پکیج 3014

اندازه و ابعاد قطعه در پکیج 3014 برابر است با : 0.8 * 1.4 * 3 میلی متر و در فضای معین از یک PCB می توان از تعداد بیشتری از آن ها استفاده نمود. این نوع از چیپ ال ای دی های SMD، نوری متمرکز تر، مقاومت حرارتی کم و هدایت حرارتی خوبی دارند.

چیپ ال ای دی SMD با پکیج 5050

اندازه و ابعاد قطعه در پکیج 5050 برابر است با : 1.6 * 5 * 5 میلی متر که بزرگتر از 3528 است. بعضی افراد به خاطر ابعاد و شکل مربعی این پکیج به آن ال ای دی مربعی نیز می گویند. معمولا از کنار هم قرار دادن تعدادی از این چیپ ال ای دی های SMD برای ساخت چراغ های روشنایی مثل چراغ های نواری روشنایی عمومی، روشنایی راهرو ها، رستوران ها و… استفاده می کنند.

چیپ ال ای دی SMD با پکیج 5630

اندازه و ابعاد قطعه در پکیج 5630 برابر است با : 0.9 * 3 * 5.6 میلی متر که در مقایسه با چیپ ال ای دی های 5050 دارای روشنایی بیشتر، نور یکنواخت تر و عمر طولانی تری هستند. بیشتر برای مصارف تجاری مثل مرکز خریدها، باشگاه ها، تئاترها، رستوران ها و… استفاده می شوند.

چیپ ال ای دی SMD با پکیج 3030

اندازه و ابعاد قطعه در پکیج 3030 برابر است با : 0.52 * 3 * 3 میلی متر که این نوع از چیپ ال ای دی های SMD دارای زاویه پرتاب گسترده تر با مصرف انرژی کم هستند. بیشتر از این نوع چیپ ها برای مصارف صنعتی و تجاری استفاده می شود.

چیپ ال ای دی SMD با پکیج 2835

اندازه و ابعاد قطعه در پکیج 2835 برابر است با : 0.8 * 3.5 * 2.8 میلی متر و از نظر سایز فوت پرینت و جایگذاری بر روی PCB با LED SMD 3528 فرقی نمی کنند. این پکیج می تواند جایگزین خوبی برای چیپ ال ای دی های پکیج 5050 باشد، زیرا فقط 20 درصد نور دهی کمتری داشته و همچنین مصرف انرژی پایین تری هم دارد.

علاوه بر این موارد، سبکتر و کوچکتر هم هستند. این پکیج بسیار محبوب است و اکثرا از این پکیج استفاده می کنند. تقریبا برای تمام مصارف تجاری، صنعتی و خانگی می توان از آن ها استفاده کرد.

چیپ ال ای دی SMD با پکیج 3535

اندازه و ابعاد قطعه در پکیج 3535 برابر است با : 1.9 * 3.5 * 3.5 میلی متر می باشد. این پکیج از چیپ LED های SMD جنس بدنه و شکل کمی متفاوت تر دارند که از جنس نوعی سرامیک مقاوم ساخته شده است، همچنین همین مورد باعث بالا رفتن ضریب انتقال حرارت در این نوع از چیپ های SMD شده است. به خاطر دفع حرارت بهتر و مقاومت بیشتر در برابر حرارت، روشنایی بیشتری هم دارند.

این محصولات پر قدرت بیشتر در فضا های باز هستند مانند نور افکن ها، چراغ های خیابانی و… استفاده می شوند. به طور کلی با توجه به تجربه چندین ساله مجموعه مرصا در زمینه تولید محصولات روشنایی و انواع LED ها، تعداد کمی از مشتریان ما از LED های DIP استفاده می کنند. اگر چه چیپ ال ای دی های COB از DIP ها بازدهی بهتری دارند. اما همچنان LED های SMD دارای محبوبیت بیشتری بین افراد و تولیدکنندگان است.

تفاوت بین COB و SMD

برخی از تفاوت ها و ویژگی های چیپ های COB و SMD، عبارت اند از:

چیپ LED SMD

• چیپ LED های SMD می توانند تا 3 نیمه هادی در خود داشته باشند و هر نیمه هادی دارای مدار جداگانه نسبت به نیمه هادی دیگری است. در مجموع پایانه های ورودی و خروجی این چند نیمه هادی به دو پایانه اصلی ختم می شوند که برای اعمال جریان الکتریکی به چیپ و نیمه هادی های داخل آن تعبیه شده است. (این اتصالات در ابعاد میکرومتری و حتی نانومتری هستند.)
• بعضی از چیپ LED های SMD شامل چند نیمه هادی هستند که با اعمال جریان الکتریکی رنگ های قرمز، سبز، آبی را تولید می کنند.
• ابعاد مختلف در این نوع از چیپ LED ها باعث شده تا طراحی های پیچیده تر هم در ساختار های داخلی این چیپ ها پیاده سازی شوند.
• چیپ LED های SMD عمدتا فقط برای روشنایی استفاده می شوند و بهره نوری یا لومن بر وات چیپ های مختلف می تواند بین 50-100 لومن بر وات باشد. (لومن: واحدی است برای اندازه گیری میزان روشنایی)

چیپ LED COB

• در چیپ LED های COB تعداد تراشه ای تولید کننده نور معمولا از 9 تا بیشتر است و در چیپ های COB همه این تراشه ها بر روی یک مدار و PCB در کنار هم هستند، همچنین مثل LED SMD ها، در این نوع از ال ای دی ها نیز تمام پایانه ها به دو پایانه اصلی در طرفین چیپ ختم می شوند که محل اعمال جریان الکتریکی به چیپ می باشد.
• چیپ LED های COB قابلیت RGB کار کردن را ندارند و همانند LED SMD ها نیمه هادی ها و تراشه های داخل آن قابلیت تولید رنگ های متفاوت را ندارند و فقط یک رنگ ثابت می توانند تولید کنند.
• در LED COB ها چون نیمه هادی تولید کننده نور، با حداقل فاصله در کنار یکدیگر قرار گرفته اند، تولید حرارت نقطه ای بیشتری دارند. پس باید دفع حرارت این نوع چیپ ها هم بهتر انجام شود.

مزایای استفاده از SMD در مقایسه یا COB

• می توان از چیپ LED SMD ها برای تولید محصولات و لامپ هایی که تغییر رنگ می دهند استفاده کرد.
• انعطاف پذیری بیشتر LED SMD ها در نوع چینش کنار یکدیگر به دلیل ابعاد کوچک تر نسبت به COB ها است.
• انتقال حرارت بیشتری دارند، زیرا به اندازه COB ها متراکم نیستند و با چینش منظم LED SMD ها می توان به پخش حرارت و انتقال حرارت بهتر کمک کرد.
• با وجود بالا بودن راندمان چیپ LED COB ها، اما باز هم راندمان چیپ LED SMD ها بیشتر است و لومن بیشتری در هر وات تولید می کنند.
• برای ایجاد یک لومن ثابت بین COB و SMD قطعا سایز PCB در LED SMD ها بزرگتر می شود، اما به دلیل تراکم بیشتر، COB ها نیازمند هیت سینک یا خنک کننده بزرگتری هستند.

عوامل موثر بر کیفیت چیپ LED

1- براکت یا بدنه

اساسا سه نوع براکت برای چیپ LED ها در بازار وجود دارد.

• PCT
• PPA
• EMC

مواد سه براکت متفاوت است و ساختار و فرآیند تولید، متفاوت است. در بین این سه نوع PPA به روش قالب گیری تزریقی تولید می شود و PCT سیالیتی ضعیفی دارد و قالب گیری تزریقی برای این نوع مواد مشکل ساز است و به فناوری سنتی مهر زنی نیاز دارد.

(سیالیتی: به توانایی و قابلیت پر کردن تمام قسمت های قالب تحت سرعت بار ریزی معین توسط فلز مذاب یا پلاستیک مذاب را سیالیت می گویند.)

PPA و PCT مواد ترموپلاستیکی هستند ولی ماده اصلی EMC رزین اپوکسی است که یه ماده ترموست می باشد.

(ترموست: ویژگی نوعی پلاستیک است که در نتیجه گرما دیدن، ترکیبات شیمیایی و شکل ظاهری آن تغییر می کند.)

مقاومت دمایی EMC بالاتر از PPA و PCT است. PPA از نظر مقاومت در برابر دما و تغییر رنگ و زردی، به خوبی EMC و PCT نیست، اما از نظر قیمتی PPA ارزان تر است. از نظر دفع حرارت، این سه نوع جنس با هم متفاوت هستند. از جنس PPA برای توان های 0.1 تا 0.2 وات، از جنس PCT برای توان های تا 0.8 وات و از جنس EMC برای توان های تا 3 وات، استفاده می شود.

در مجموع جنس براکت یا بدنه از نوع EMC دارای مزیت های بیشتری است، از قبیل مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر جریان بالا، کنش های مکانیکی، مقاومت در برابر اشعه ماورا بنفش، سایز کوچک و…، به همین دلایل مورد توجه کارخانه های تولید LED قرار گرفته است.

2- چسب مناسب انتقال حرارت

نقش چسب را نمی توان دست کم گرفت. چسب در تثبیت نور و محافظت از چیپ LED نقش مهمی دارد. بدون چسب یا چسب بی کیفیت نمی توان به خوبی حرارت تولید شده توسط چیپ LED ها را به هیت سینک و خنک کننده منتقل کرد.

3- سیم های اتصالات داخل چیپ LED

به ترتیب رسانایی الکتریکی: سیم طلا> سیم های آلیاژی > سیم های مسی

اوایل ساخت ال ای دی ها از سیم هایی از جنس طلا برای اتصال نیمه هادی های داخل ال ای دی ها به پایه های بیرونی چیپ ال ای دی استفاده می شد. زیرا طلا نقطه ذوب مناسب و شکل پذیری خوبی داشت، اما هزینه بالایی هم داشته پس با علم بر اینکه اطمینان از رسانایی سرب مناسب است و باعث کاهش هزینه می شود بسیاری از تولید کنندگان به سیم های آلیاژی بر پایه سرب روی آوردند. با این حال تراشه هایی به اتصالات مسی ساخته می شوند که رسانایی کمتری دارند و نقطه ذوب مناسبی هم ندارند و اصلا توصیه نمی شود از این نوع استفاده کنید.

4- سایز پکیج چیپ LED

هرچه سایز بدنه و پکیج یک چیپ LED بزرگتر باشد، انتقال حرارت بهتری دارد و به تبع آن کاهش نور کمتر و عمر طولانی تری دارد.

5- میزان استفاده از چیپ LED

اگر جریان الکتریکی را رها کرده و بگذاریم چیپ LED با 100 درصد توان خود روشن شود، بی شک در عمر مفید و عملکرد آن تاثیر مستقیم می گذارد و باعث کاهش عمر و عملکرد ناپایدار LED می شود. بنابراین در هنگام طراحی و استفاده از چیپ LED ها، توجه داشته باشید که بهترین مقدار برای روشن کردن یک LED و استفاده از 60 درصد توان حداکثری آن است.

برند های با کیفیت چیپ LED

برندهای با کیفیت چیپ های LED شامل موارد زیر می شود:

• etc
• Osram
• Samsung
• Nichia
• Seoul

مواردی که در هنگام انتخاب یک چیپ LED باید به آن توجه کنید.

در چیپ LED ها عوامل تعیین کننده دیگری مثلCRI، CCT، راندمان نوری، دمای محل اتصال، حفظ لومن، پایداری رنگ، توانایی توزیع طیفی وجود دارد که برای تهیه یک چیپ LED مناسب بهتر است به این موارد توجه لازم را داشته باشید.

CRI یا شاخص نمود رنگ در چیپ LED چیست؟

CRI مخفف کلمه Color Rendering Index است. امروزه در صنعت روشنایی تنها معیار برای تشخیص کیفیت نور، شاخص نمود رنگ یا همان CRI می باشد. از سال 1965 میلادی به عنوان استاندارد کیفیت نور در نظر گرفته شد. هر محصول مولد نور اعم از لامپ ها، چراغ ها، LED ها و… دارای یک آزمون CRI می باشد و نتیجه آن بازه ای می باشد، بین 1 تا 100 درصد که عدد 100 نزدیک ترین کیفیت به نور خورشید است.

CCT یا پایداری دمای رنگ مرتبط در چیپ LED چیست؟

CCT مخفف کلمه Color Consistency Temperature به معنی پایداری دمای رنگ است. دمای رنگ نور، عددی است که بر حسب کلوین بیان می شود و دمای رنگ خروجی از لامپ و یا چراغ و یا چیپ LED را مشخص می کند و این اصطلاح زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که دمای رنگ یک منبع نور با دمای واقعی کارکرد آن منبع برابر نباشد.

به میزان متوسط تغییر رنگی و دمای نور تولیدی از یک چیپ LED در مقایسه با LED های دیگر، پایداری دمای رنگ یا CCT می گویند. به عبارتی دیگر وقتی که برای یک چیپ LED مقدار دمای رنگ برابر با 2700K بیان می شود، باید انتظار همین رنج دمای رنگ را از چیپ LED داشت.

دمای اتصال در چیپ LED چیست؟

در داخل چیپ ال ای دی یک نیمه هادی با پیوند P و N وجود دارد. هنگامی که جریان الکتریکی به LED اعمال می شود، دما در محل تلاقی P و N به تدریج افزایش پیدا می کند که به این دما، دمای اتصال در LED ها می گویند. دمای کاری LED ها به طور میانگین از 40- تا 110 درجه سانتی گراد است. بهترین عملکرد با بیشترین میزان عمر LED ها مخصوصا LED SMD ها در دمای محیطی حداکثر 45 درجه سانتی گراد و دمای اتصال 85 درجه سانتی گراد می باشد.

LMF یا درصد افت لومن در چیپ LED چیست؟

LMF مخفف کلمه Lumen maintenance Factor است. بر خلاف لامپ های رشته ای، LED ها به ندرت به طور ناگهانی خراب می شوند، در عوض LED ها به تدریج در طول عمر خود لومن های کمتری تولید می کنند که به آن استهلاک لومن یا کاهش لومن می گویند. لومن واحدی است برای اندازه گیری میزان روشنایی. لومن های بیشتر نور = نور روشن تر و بیشتر

هنگامی که یک ال ای دی برای اولین بار روشن می شود، لومن اولیه ای (مقدار نوری که بلافاصله پس از تثبیت، اما قبل از شروع استهلاک تولید می شود.) را ساطع می کند، این زمانی است که LED روشن ترین و بیشترین خروجی خود را دارد. با گذشت زمان، مقدار نور ساطع شده توسط چیپ LED کاهش می یابد. این فرآیند استهلاک یا کاهش لومن نامیده می شود.

برای محاسبه استهلاک لومن، می توانید از فرمول ساده زیر استفاده کنید.

پاسخ به صورت یک عدد اعشاری به دست می آید که عملکرد LED را نشان می دهد. به عنوان مثال یک ضریب 0.9 نشان دهنده عملکرد روشنایی LED به اندازه 90 درصد مقدار اولیه است. عمر مفید یک LED تا 70 درصد افت لومن است. اگر مقدار بدست آمده از این مقدار کمتر باشد، وقت آن رسیده که LED را تعویض کنید.

این نقطه زمانی در ال ای دی ها “طول عمر نگهداری لومن” نامیده می شود که به اختصار 70L هم می گویند. طول عمر یک چراغ LED با ساعت اندازه گیری می شود. 70L معادل تعداد ساعت روشنایی که توسط یک LED قبل از رسیدن به 70 درصد از خروجی اولیه است.

SPD یا توانایی توزیع طیفی در چیپ LED چیست؟

SPD مخفف کلمه Spectral Power Distribution به معنای توان توزیع طیفی بوده و نور سفید مرئی که ما میبینیم از طیف رنگ های مختلف تشکیل شده است. SPD یا توانایی توزیع طیفی نشان دهنده قدرت منبع نور (LED) در هر طول موج در طیف مرئی می باشد.

در پایان؛ چیپ چیست؟

اگر می خواهید بفهمید چیپ ال ای دی چیست؟ و ساختار آن چگونه است، باید بگویم چیپ ال ای دی نوعی دیود نوری است و به عنوان پایه اصلی در ایجاد نور نقش دارد. این قطعه که در بیشتر صنایع روشنایی مورد استفاده قرار می گیرد، چیپ هایSMD, COB, Power LED از انواع آن هستند.

هر کدام از این چیپ ها با توجه به نیازها و انتظارات خاص هر پروژه دارای ویژگی و کاربردهای خاصی می باشند. به طور مثال چیپ SMD، رایج ترین چیپ است که ویژگی هایی مانند بسیار کوچک بودن، کم مصرف بودن، قابلیت اتصال به برد و… را دارد. شما می توانید بهترین برد ها را جهت اتصال به چیپ، از مرصا الکترونیک تهیه کنید.