Capire i chip LED: il cuore della moderna tecnologia di illuminazione.

Ogni sistema elettronico a LED, che si tratti di un cartellone pubblicitario, di un pannello di visualizzazione o di una lampada intelligente, si basa su un componente cruciale: il chip LED. Questi microscopici semiconduttori convertono la corrente elettrica in luce visibile, determinando la luminosità, l'efficienza e l'affidabilità di un prodotto LED.

Due tecnologie leader per i chip LED, COB (Chips on Board) e SMD (Surface-Mounted Device), dominano il settore dei LED. Comprenderne la struttura, le prestazioni e le differenze aiuta a scegliere la tecnologia più adatta alle proprie applicazioni di elettronica LED, che si tratti di illuminazione di precisione o display ad alta definizione.

Cosa sono i chip LED nei sistemi elettronici a LED?

Il cuore di ogni circuito elettronico a LED è il chip LED, una sorgente luminosa a semiconduttore che produce illuminazione tramite elettroluminescenza. L'efficienza del chip determina la quantità di energia elettrica convertita in luce anziché in calore, influenzando il consumo energetico e la durata.

I chip LED sono realizzati con semiconduttori composti, come il nitruro di gallio (GaN) e il fosfuro di alluminio, gallio e indio (AGaInP). Quando una tensione elettrica attraversa il chip, gli elettroni si ricombinano con le lacune nella giunzione pn, rilasciando fotoni. La lunghezza d'onda emessa definisce il colore del LED, mentre i rivestimenti al fosforo creano luce bianca per l'illuminazione generale.

Chip LED SMD: componenti versatili e robusti per LED nell'elettronica.

I chip LED SMD (Surface Mount Device) vengono montati direttamente su circuiti stampati (PCB). Sono tra i più utilizzati nell'illuminazione a LED e nella segnaletica elettrica grazie alla loro flessibilità, al design compatto e all'efficienza luminosa.

I tipi più comuni includono SMD 2835, 3528, 5050 e 5630, dove i numeri corrispondono alle dimensioni del chip in millimetri.

Caratteristiche tecniche:

• Efficienza luminosa: 160-220 lm/W
• Angolo del fascio: 120° – 160°
• Rivestimento: resina epossidica con legatura in filo d'oro.
• Potenza: 0,2 – 1,0 W (tipica)

Vantaggi:

• Leggero e compatibile con l'assemblaggio automatizzato.
• Facile configurazione RGB per display elettronici a LED colorati.
• Ampia copertura di illuminazione

Svantaggi:

• Temperature di giunzione più elevate in layout densi.
• Richiede diffusori per una curvatura uniforme della luce.

Applicazioni:

• Strisce e tubi LED
• Schermi LED e tabelloni segnapunti basati su pixel
• Segnaletica elettronica a LED per ambienti interni e illuminazione commerciale.

Chip LED COB: polvere compatta per LED

La tecnologia COB (Chips on Board) integra più chip LED su un unico substrato, formando una superficie densa emettitrice di luce. Questa struttura migliora la dissipazione del calore, riduce le perdite ottiche e fornisce un'illuminazione più uniforme, rendendola ideale per apparecchi di illuminazione elettronici a LED ad alta potenza.

Caratteristiche tecniche:

• Efficienza luminosa: 120-180 lm/W
• Emissione luminosa uniforme, ombreggiatura minima.
• Bassa resistenza termica (RØ < 2° C/W tipico)
• Adatto per funzionamento ad alta corrente.

Vantaggi:

• Eccellente conduttività termica per una lunga durata.
• Elevata densità di lumen per apparecchi di illuminazione compatti.
• Riduzione dell'abbagliamento e miglioramento del controllo ottico.

Svantaggi:

• Personalizzazione RGB limitata
• Richiede una gestione termica precisa e un controllo del driver.

Applicazioni:

• Illuminazione stradale e delle gallerie
• Riflettori e faretti
• Moduli LED elettronici di livello industriale.

COB vs SMD: confronto tecnico per sistemi elettronici a LED

Integrazione elettronica e progettazione di circuiti

Nei moderni sistemi elettronici a LED, i chip LED sono integrati con driver, resistori e componenti di gestione termica. Le principali considerazioni progettuali includono:

• Driver a corrente costante: Mantengono una corrente stabile per evitare il sovraccarico del chip.
• Circuiti stampati (PCB): I circuiti stampati con un nucleo metallico migliorano la dissipazione del calore nei LED COB.
• Dissipatori di calore e piastre riscaldanti: Essenziale per configurazioni ad alta potenza.
• Lenti ottiche: Controllano la forma del fascio e l'uniformità della luminosità.

L'equilibrio elettrico e termico di un circuito LD influisce direttamente sulle prestazioni del chip. Ad esempio, un modulo SMD che funziona a 60 °C avrà un'emissione luminosa ridotta rispetto allo stesso chip che funziona a 25 °C.

Materiali e produzione

L'efficienza dei chip LED dipende dalla revisione delle tecnologie di crescita epitassiale e di incapsulamento. I materiali più comuni includono:

• Substrato: Zaffiro o carburo di silicio (SiC)
• Metodo dell'epitassia: Deposizione chimica da vapore metallo-organico (MOCVD)
• Incapsulamento: Silicone o resina epossidica per la protezione ambientale.
• Rivestimento al fosforoConverte la luce blu in luce bianca per applicazioni di illuminazione generale.

I principali produttori di LED elettronici, come Cree, Nichia, Osram ed Epistar, continuano a perfezionare le strutture dei chip per ottenere un maggiore flusso di lumen per watt e una migliore stabilità termica.

Per l'uso in display LED e pannelli elettronici.

Nei pannelli elettronici a LED, migliaia di chip SMD o COB formano i pixel RGB. Ogni pixel è composto da tre sottochip: rosso, verde e blu, che miscelano la luce per produrre milioni di colori.

• Schermi SMD: Offrono una spaziatura dei pixel più fine (fino a P 0,9) e angoli di visione più ampi.
• Schermi COB: Offrono una migliore protezione contro polvere, umidità e urti, rendendoli adatti all'uso esterno e al noleggio.

I principali produttori stanno ora sviluppando LED COB a microchip, eliminando i collegamenti dei cavi per aumentare la durata e la distribuzione della corrente; ideali per i videowall LED microstep utilizzati nelle sale di controllo e negli studi di trasmissione.

Tendenze future nello sviluppo dei chip LED e dei LED elettronici.

I progressi nella lavorazione dei semiconduttori stanno portando a nuove generazioni di chip elettronici LED con maggiore efficienza energetica e minore miniaturizzazione. Alcune tendenze includono:

• Micro e mini-LED: Diodi più piccoli che offrono una risoluzione superiore per display a passo fine.
• Livelli di conversione dei punti quanticiMigliorano la riproduzione dei colori sugli schermi LED.
• Substrato GaN su GaN: Migliora la gestione e l'efficienza attuale.
• Integrazione elettronica intelligente dei LEDCombinazione di LED con controllo IoT per sistemi di illuminazione adattabili.

Tendenze future nello sviluppo dei chip LED e dei LED elettronici.

I progressi nella lavorazione dei semiconduttori stanno portando a nuove generazioni di chip elettronici LED con maggiore efficienza energetica e minore miniaturizzazione. Alcune tendenze includono:

• Micro e mini-LED: Diodi più piccoli che offrono una risoluzione superiore per display a passo fine.
• Livelli di conversione dei punti quanticiMigliorano la riproduzione dei colori sugli schermi LED.
• Substrato GaN su GaN: Migliora la gestione e l'efficienza attuale.
• Integrazione elettronica intelligente dei LEDCombinazione di LED con controllo IoT per sistemi di illuminazione adattabili.

Come scegliere i chip LED giusti per il tuo progetto di elettronica LED.

Quando si sceglie tra COB e SMD per l'uso elettronico nei LED, bisogna considerare:

• Requisiti di luminosità: COB per alta intensità; SMD per design flessibili e ricchi di colori.
• Condizioni termiche: COB supporta temperature più elevate grazie alla gestione termica migliorata.
• Risoluzione dello schermo: La tecnologia SMD è adatta per pixel finemente distanziati e controllo dinamico del colore.
• Ambiente: Il COB offre una maggiore protezione per installazioni esterne e in ambienti con elevata umidità.