红外COB技术的核心在于,将高效的红外发光芯片(如VCSEL或LED)通过先进的COB封装工艺直接集成在具有卓越导热性能的基板上。这一技术路线巧妙地结合了红外光源的功能需求(高效辐射)与COB封装的工程优势(高密度、高热管理、高可靠性、小型化),使其成为3D传感、安防夜视、车载监控等众多需要高性能、小型化红外光源应用领域的首选方案。随着VCSEL成本的降低和技术的日益成熟,红外VCSEL COB在高要求应用中的占比正迅速提升。
COB封装技术,即将多个裸芯片(Die)直接安装并实现电气互连于同一块基板(通常为陶瓷基板、金属基板或特殊PCB)上,从而形成集成化的光源模块。
在红外应用中,特指所使用的裸芯片为红外发光芯片,主要包括:
红外LED芯片:成本相对较低,技术成熟,应用广泛。
红外VCSEL芯片:具有更窄的光谱、更高的转换效率、更快的调制速度、更好的温度稳定性以及更佳的方向性准直光束,近年来在高端应用领域(如3D传感、激光雷达)发展迅猛。
高集成度与小型化是红外COB技术的显著特点。通过直接在基板上集成多个芯片,省去了单个芯片封装所需的空间和工艺,实现了更为紧凑的光源设计。
出色的热管理能力是COB技术的另一大优势。芯片直接键合在高导热基板(如陶瓷、金属基板)上,热量能够以更短路径、更低热阻传导至散热器,极大提高了散热效率。对于红外光源(特别是大功率VCSEL),其性能和寿命至关重要(因为红外芯片的效率并非100%,大部分电能会转化为热量)。
高光密度与均匀性也是红外COB技术的重要特性。密集排布的芯片在同一平面上发光,配合适宜的光学设计(如漫射器、透镜),可产生高亮度、高均匀性的面光源或特定光斑,这对于均匀照明(例如人脸识别泛光照明)至关重要。
高可靠性是红外COB技术的又一亮点。减少了传统封装中引线键合等可能失效的环节,整体结构更加简单坚固。良好的散热也直接提升了长期可靠性。
简化系统设计是红外COB技术带给下游厂商的便利。提供的是“即插即用”的集成光源模块,下游厂商无需处理单个芯片的封装和驱动问题,大大简化了产品设计和组装流程。
指向性佳是红外COB技术(尤其是VCSEL)的显著优势。VCSEL芯片本身具有较好的方向性,COB集成后可通过设计实现更可控的光束形状。
在3D传感领域,红外COB技术发挥着重要作用。无论是结构光(提供高均匀性的红外散斑图案或泛光照明,常用VCSEL COB)还是飞行时间(提供高峰值功率、窄脉冲的红外照明光源,常用VCSEL COB),都离不开红外COB技术的支持。其应用场景广泛,包括智能手机(人脸识别、AR)、安防监控(人脸识别、活体检测)、服务机器人(导航、避障)、智能门锁、扫地机器人等。
在安防监控领域,红外COB技术同样大放异彩。红外补光灯在夜间或低照度环境下,为日夜两用摄像头提供人眼不可见的红外照明(常用LED COB,高端需求也会用到VCSEL COB)。COB的高光密度和均匀性可带来更清晰、范围更广的夜视效果。此外,在驾驶员监控系统/乘员监控系统中,红外COB技术也在车内低光或黑暗环境中发挥着重要作用,利用红外光源照射驾驶员/乘客面部,供摄像头捕捉信息进行疲劳检测、分心检测、身份识别等(常用VCSEL COB或LED COB)。
除了上述领域,红外COB技术还广泛应用于工业机器视觉(用于特定材料检测、缺陷识别、尺寸测量等需要红外照明的场景)、生物传感(如脉搏血氧仪等医疗设备中作为光源,需特定波长)以及红外照明(特殊场所如博物馆、暗室需要人眼不可见但设备可见的照明)等领域。
基板材料的选择对于红外COB技术至关重要。需具备高导热性(如AlN陶瓷、金属基板)、与芯片匹配的热膨胀系数、良好的电气绝缘性和机械强度。芯片键合方面,常用共晶焊(如AuSn)或银烧结方式,以确保良好的电气连接和热通路。电气互连则通常在基板上制作精细线路,采用引线键合(Wire Bonding)或倒装芯片(Flip Chip)方式连接芯片。光学设计上,COB模块一般会覆盖一层硅胶或玻璃材质的透镜/漫射器,用于保护芯片、提升出光效率、调整光束角度和光斑均匀性。驱动与控制方面,COB模块需要匹配高效的驱动电路,对于VCSEL COB而言,精确的脉冲电流驱动尤为重要。
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