紅外COB技術(shù)的核心在于,將高效的紅外發(fā)光芯片(如VCSEL或LED)通過(guò)先進(jìn)的COB封裝工藝直接集成在具有卓越導(dǎo)熱性能的基板上。這一技術(shù)路線巧妙地結(jié)合了紅外光源的功能需求(高效輻射)與COB封裝的工程優(yōu)勢(shì)(高密度、高熱管理、高可靠性、小型化),使其成為3D傳感、安防夜視、車載監(jiān)控等眾多需要高性能、小型化紅外光源應(yīng)用領(lǐng)域的首選方案。隨著VCSEL成本的降低和技術(shù)的日益成熟,紅外VCSEL COB在高要求應(yīng)用中的占比正迅速提升。
COB封裝技術(shù),即將多個(gè)裸芯片(Die)直接安裝并實(shí)現(xiàn)電氣互連于同一塊基板(通常為陶瓷基板、金屬基板或特殊PCB)上,從而形成集成化的光源模塊。
在紅外應(yīng)用中,特指所使用的裸芯片為紅外發(fā)光芯片,主要包括:
紅外LED芯片:成本相對(duì)較低,技術(shù)成熟,應(yīng)用廣泛。
紅外VCSEL芯片:具有更窄的光譜、更高的轉(zhuǎn)換效率、更快的調(diào)制速度、更好的溫度穩(wěn)定性以及更佳的方向性準(zhǔn)直光束,近年來(lái)在高端應(yīng)用領(lǐng)域(如3D傳感、激光雷達(dá))發(fā)展迅猛。
高集成度與小型化是紅外COB技術(shù)的顯著特點(diǎn)。通過(guò)直接在基板上集成多個(gè)芯片,省去了單個(gè)芯片封裝所需的空間和工藝,實(shí)現(xiàn)了更為緊湊的光源設(shè)計(jì)。
出色的熱管理能力是COB技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)。芯片直接鍵合在高導(dǎo)熱基板(如陶瓷、金屬基板)上,熱量能夠以更短路徑、更低熱阻傳導(dǎo)至散熱器,極大提高了散熱效率。對(duì)于紅外光源(特別是大功率VCSEL),其性能和壽命至關(guān)重要(因?yàn)榧t外芯片的效率并非100%,大部分電能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量)。
高光密度與均勻性也是紅外COB技術(shù)的重要特性。密集排布的芯片在同一平面上發(fā)光,配合適宜的光學(xué)設(shè)計(jì)(如漫射器、透鏡),可產(chǎn)生高亮度、高均勻性的面光源或特定光斑,這對(duì)于均勻照明(例如人臉識(shí)別泛光照明)至關(guān)重要。
高可靠性是紅外COB技術(shù)的又一亮點(diǎn)。減少了傳統(tǒng)封裝中引線鍵合等可能失效的環(huán)節(jié),整體結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單堅(jiān)固。良好的散熱也直接提升了長(zhǎng)期可靠性。
簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是紅外COB技術(shù)帶給下游廠商的便利。提供的是“即插即用”的集成光源模塊,下游廠商無(wú)需處理單個(gè)芯片的封裝和驅(qū)動(dòng)問題,大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和組裝流程。
指向性佳是紅外COB技術(shù)(尤其是VCSEL)的顯著優(yōu)勢(shì)。VCSEL芯片本身具有較好的方向性,COB集成后可通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更可控的光束形狀。
在3D傳感領(lǐng)域,紅外COB技術(shù)發(fā)揮著重要作用。無(wú)論是結(jié)構(gòu)光(提供高均勻性的紅外散斑圖案或泛光照明,常用VCSEL COB)還是飛行時(shí)間(提供高峰值功率、窄脈沖的紅外照明光源,常用VCSEL COB),都離不開紅外COB技術(shù)的支持。其應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,包括智能手機(jī)(人臉識(shí)別、AR)、安防監(jiān)控(人臉識(shí)別、活體檢測(cè))、服務(wù)機(jī)器人(導(dǎo)航、避障)、智能門鎖、掃地機(jī)器人等。
在安防監(jiān)控領(lǐng)域,紅外COB技術(shù)同樣大放異彩。紅外補(bǔ)光燈在夜間或低照度環(huán)境下,為日夜兩用攝像頭提供人眼不可見的紅外照明(常用LED COB,高端需求也會(huì)用到VCSEL COB)。COB的高光密度和均勻性可帶來(lái)更清晰、范圍更廣的夜視效果。此外,在駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)/乘員監(jiān)控系統(tǒng)中,紅外COB技術(shù)也在車內(nèi)低光或黑暗環(huán)境中發(fā)揮著重要作用,利用紅外光源照射駕駛員/乘客面部,供攝像頭捕捉信息進(jìn)行疲勞檢測(cè)、分心檢測(cè)、身份識(shí)別等(常用VCSEL COB或LED COB)。
除了上述領(lǐng)域,紅外COB技術(shù)還廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器視覺(用于特定材料檢測(cè)、缺陷識(shí)別、尺寸測(cè)量等需要紅外照明的場(chǎng)景)、生物傳感(如脈搏血氧儀等醫(yī)療設(shè)備中作為光源,需特定波長(zhǎng))以及紅外照明(特殊場(chǎng)所如博物館、暗室需要人眼不可見但設(shè)備可見的照明)等領(lǐng)域。
基板材料的選擇對(duì)于紅外COB技術(shù)至關(guān)重要。需具備高導(dǎo)熱性(如AlN陶瓷、金屬基板)、與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)、良好的電氣絕緣性和機(jī)械強(qiáng)度。芯片鍵合方面,常用共晶焊(如AuSn)或銀燒結(jié)方式,以確保良好的電氣連接和熱通路。電氣互連則通常在基板上制作精細(xì)線路,采用引線鍵合(Wire Bonding)或倒裝芯片(Flip Chip)方式連接芯片。光學(xué)設(shè)計(jì)上,COB模塊一般會(huì)覆蓋一層硅膠或玻璃材質(zhì)的透鏡/漫射器,用于保護(hù)芯片、提升出光效率、調(diào)整光束角度和光斑均勻性。驅(qū)動(dòng)與控制方面,COB模塊需要匹配高效的驅(qū)動(dòng)電路,對(duì)于VCSEL COB而言,精確的脈沖電流驅(qū)動(dòng)尤為重要。
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