Gestione, montaggio e connessione elettrica dei Led Cob

ILLUMINAZIONE –

I numerosi vantaggi dei Led Cob, come quelli della famiglia Soleriq di Osram OS, sono garantiti solo se gestiti in modo adeguato durante le fasi di gestione, montaggio e connessione elettrica.

Con la famiglia Soleriq Osram, Opto Semiconductors ha inaugurato l'era dei Led prodotti con tecnologia chip on board. Questi Led emettono una grande quantità di luce da una piccola superficie, garantendo elevati flussi luminosi con un'efficienza superiore alla media anche con la possibilità di un'alta densità di packaging. Inoltre i Led Cob vantano una lunga durata di vita. Per garantire queste e altre proprietà occorre osservare alcuni accorgimenti nelle fasi di gestione, montaggio e connessione elettrica.
La base dei Led con la tecnologia Cob è un circuito stampato metallico. Su di esso i singoli chip Led, la cui connessione elettrica è realizzata con wire bonding, sono disposti sotto uno strato di conversione (chip on board), costituito da una copertura in silicone contenente particelle fosforescenti e fotodiffondenti. Così nonostante i numerosi chip singoli viene simulata una superficie fotoemittente continua, e una volta montati i Led in un corpo illuminante sono garantite temperatura di colore e luce uniformi. Tutte le versioni dei Led Soleriq hanno pertanto in comune un'elevata efficienza luminosa generata da una superficie molto piccola. Quali cosiddetti Led Ultra High Power, questi prodotti sono adatti sia per l'illuminazione interna che per le applicazioni spot.

Chip on board di facile montaggio

Oltre agli accorgimenti generalmente noti da adottare nella gestione dei Led, per i Cob si devono osservare altri aspetti specifici: è ad esempio indispensabile garantire che la copertura siliconica non venga danneggiata durante il processo di lavorazione, in quanto potrebbero subire danni anche i fili di bonding sottostanti. Basta un minimo contatto con la superficie fotoemittente. I wire bonding danneggiati possono a loro volta determinare la mortalità prematura del Led - anche se il prodotto inizialmente non manifesta alcun decadimento prestazionale. Si può evitare che ciò accada toccando il Led solo in corrispondenza del bordo esterno della base metallica oppure in corrispondenza degli angoli che non contengono i pad di contatto, per trasportarlo da un luogo all'altro. A tale scopo sono ad esempio particolarmente indicate delle pinzette le cui punte vanno però tenute lontane dal pad di saldatura e dalla copertura siliconica. È comunque buona norma indossare sempre dei guanti durante la manipolazione dei Led Cob e proteggere il prodotto da qualsiasi oggetto appuntito. Inoltre dovrebbe essere presente un'efficace protezione Esd. Nonostante la gestione un po' delicata, i Led Cob come quelli della famiglia Soleriq presentano un vantaggio essenziale: sono di facile assemblaggio. A differenza dei Led discreti solitamente reperibili in commercio, in fase di montaggio non si rende necessaria la saldatura Smt, ma sono sufficienti un adesivo, viti o specifici supporti. Ognuna di queste tre opzioni presenta però vantaggi e svantaggi.

La trasmissione del calore

Il parametro più importante durante il montaggio è l'interfaccia termica. Se il Led viene ad esempio incollato, è importante che lo strato di adesivo sia quanto più sottile possibile, o si devono usare pellicole adesive. Talune versioni dei prodotti Soleriq possono essere avvitate direttamente sul dissipatore. In questo caso possono verificarsi problemi se si applica una coppia di serraggio eccessiva: il Led Cob potrebbe infatti flettersi, con conseguenze negative sulla superficie di contatto termica. Pertanto per il montaggio con viti si consiglia di usare una chiave dinamometrica oltre che delle rondelle. Molto più comodo è l'uso di un holder, il quale agevola le operazioni di connessione elettrica e di montaggio meccanico. Poiché le superfici non sono mai completamente lisce e piane, nelle minuscole cavità può essere presente dell'aria. Per ridurre la resistenza termica e trasferire il calore nel migliore dei modi dal Led Cob al dissipatore, trova impiego un materiale termoconduttivo che riempie dette cavità superficiali. A questo scopo si prestano diverse sostanze - le migliori sono quelle con una buona conducibilità termica. Per ottenere un'efficienza termica ottimale si dovrebbe applicare il materiale in uno strato sottile, ma al tempo stesso sufficientemente spesso per riempire le cavità superficiali ed espellere quindi l'aria. Inoltre il materiale deve essere comprimibile nei punti in cui le superfici sono già a contatto. Le paste termoconduttive si prestano bene a tale scopo, ma sono difficili da impiegare nella produzione in serie. Pad termici o pellicole adesive sono più semplici da maneggiare, ma presentano anche un'interfaccia termica più spessa, il che a sua volta comporta una maggiore resistenza termica. Nel confronto con altri metodi di montaggio i Led fissati con viti presentano spesso una distribuzione disomogenea della temperatura, dal momento che la pressione esercitata sui Led Cob è maggiore in corrispondenza dei punti di avvitamento che non in corrispondenza dei punti di saldatura. Negli holder la distribuzione della temperatura è più omogenea, in quanto anche la pressione è più uniforme. Usando la pasta termoconduttiva in modo corretto - cioè applicandone uno strato il più sottile possibile ma spesso quanto necessario - è possibile migliorare ulteriormente il risultato ottenuto con questo metodo. Un'altra opzione è l'impiego di materiali a cambiamento di fase. Adattandosi molto bene alle ruvide superfici del dissipatore, sono in grado di ridurre la resistenza termica. È pertanto buona norma eseguire prove termiche con diversi materiali al fine di ottimizzare il progetto termico e trovare la soluzione migliore per l'applicazione specifica. Se si opta per la saldatura, la saldatura deve essere effettuata a mano dal momento che i prodotti Soleriq non sono adatti al metodo reflow. Durante la saldatura il calore viene dissipato molto rapidamente dal pad di saldatura a causa della resistenza termica molto bassa dei Led Cob Osram, il che può allungare significativamente il processo di saldatura. A questo inconveniente si può ovviare usando una piastra riscaldante, che permette di controllare continuamente la temperatura e mantenerla costante. Si consiglia inoltre di saldare il Led Cob prima di montarlo sul dissipatore. Altrimenti il calore necessario per il processo di saldatura sarà convogliato verso il dissipatore, con conseguente allungamento notevole del tempo di processo. A titolo orientativo: il tempo di saldatura sui pad non dovrebbe superare un massimo di tre secondi. Come temperatura massima della punta del saldatore sono consigliati 350 °C.

Accessori sviluppati per i Led Soleriq

In seguito il Cob viene avvitato o incollato al dissipatore. È possibile anche una connessione a innesto mediante holder. Gli holder forniscono sia contatto elettrico che terminali di fissaggio per i cavi. Per facilitare la connessione meccanica ed elettrica dei Led Soleriq, parecchie aziende produttrici di componenti optoelettronici hanno sviluppato specifici connettori. La maggior parte degli holder comprende inoltre la possibilità di montare ottiche secondarie. Per i prodotti Soleriq queste ultime devono essere sufficientemente grandi per racchiudere tutta la superficie emittente, affinché tutta la luce generata dal Led Soleriq possa essere utilizzata. Molti partner facenti parte della rete Osram “Led Light for you”, come ad esempio l'impresa finlandese Ledil Oy, propongono lenti o riflettori specifici per i Led Soleriq. Anche soluzioni con driver elettrici o materiali per una migliore interfaccia termica vengono proposti specificamente per questi Led Cob di casa Osram.

Requisiti elettrici dei Led Cob

Il flusso luminoso dei Led, e quindi anche quello dei Led realizzati sulla base della tecnologia Cob, dipende direttamente dalla corrente elettrica. Pertanto anche con i Led Soleriq vanno impiegati sempre driver a corrente costante. Collegando il carico al lato uscita di un driver, con il lato ingresso già connesso all'alimentazione, può comportare in molti driver elevate correnti di picco che, seppure di breve durata, possono danneggiare il Led. Per questo Osram consiglia di non collegare il carico al lato uscita del driver con il lato ingresso attivato o di adottare altri provvedimenti atti a limitare i picchi di corrente, come ad esempio l'uso di un driver “hot plug-in”. Taluni progettisti illuminotecnici vogliono alimentare più di un Led Cob con una sola sorgente di corrente. In tal caso bisogna accertarsi che siano comunque rispettati i requisiti delle normative vigenti, come ad esempio quella relativa alla tensione di sicurezza. Inoltre si deve provvedere a un adeguato isolamento elettrico.

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