Chip-on-Board ist ein Prozess zur Montage von Halbleiterchips in der Oberfläche eines isolierenden Substrats. Die Chips werden normalerweise mit mehreren Bauteilen hergestellt und einzelne Chips können aus einem Wafer geschnitten werden, bevor sie in das Gehäuse eingebaut werden. Auf diese Weise können dünnere Substrate verwendet werden, was Materialkosten, Platz und Gewicht spart.
Was ist Chip-on-Board-LED?
Chip-on-Board, auch bekannt als Chip-on-Board-LED, ist eine Anordnung von LED-Chips, die auf einer Basis befestigt sind, die als Kühlkörper dient. Mit dieser Technologie können LEDs in verschiedene Pakete integriert werden, die einfach zu handhaben und zu installieren sind.
Diese Art von Beleuchtungslösung macht den Einsatz einzelner Komponenten wie Linsen oder Reflektoren überflüssig, da sie alle in einem Paket integriert sind.
Die am häufigsten zur Herstellung dieser Produkte verwendeten Materialien sind Metallkern-Leiterplatten (MCPCB) und Keramiksubstrate, da sie über gute Wärmeableitungseigenschaften verfügen. Andere Optionen wie Kunststoffe sollten jedoch vermieden werden, um eine schlechte Wärmeleitfähigkeit zu vermeiden.
Was ist eine Chip-on-Board-LED-Technologie?
Eine Chip-on-Board-LED (COB) ist eine Art LED, die auf einem leichten und gut wärmeleitenden Substrat montiert ist. Diese Geräte verwenden eine Chip-Maßstabsverpackung, die viel kleinere Lichtquellen als herkömmliche LEDs ermöglicht. Das Akronym COB für diese Technologie wurde erstmals von Cree, Inc., einem der größten Hersteller von COB-LEDs, geprägt. Der Begriff beschreibt, wie Elemente wie Halbleiterchips und Drahtverbindungen ohne zusätzliche Komponenten dazwischen direkt an einem LED-Gehäuse montiert werden.
Ähnlich wie bei anderen Arten verpackter LEDs können integrierte Chips in verschiedene Kategorien unterteilt werden
Geschichte des Chips an Bord
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen durchlaufen Wafer viele Verarbeitungsschritte, um integrierte Schaltkreise (IC) herzustellen. Bei jedem Schritt werden einige ICs aufgrund von Verunreinigungen oder anderen Mängeln defekt sein. Anstatt diese noch nützlichen, aber nicht defekten Chips/Wafer wegzuwerfen, werden sie manchmal in kleinere Stücke, sogenannte Chips oder Chips, gewürfelt. Diese Teile können später auf einem größeren Substrat oder einer Leiterplatte (PCB) montiert werden, um eine elektronische Baugruppe zu bilden.
Eine der früheren Techniken zur Montage von Chips ist das Drahtbonden. Dabei wird ein kleiner Draht angebracht, um zwei Teile miteinander zu verbinden. Diese Methode kann sehr effektiv sein. Aber wenn einer der vielen angeschlossenen Drähte ausfällt. Dadurch wird das gesamte Gerät unbrauchbar. Entwickeln Sie später eine alternative Technologie namens Chip on Board. Der Chip wird mit leitfähigem Kleber direkt auf der Leiterplatte montiert. Die miteinander verbundenen Chips und das PCB-Substrat werden dann durch Reflow-Löten oder eutektische Chip-Befestigung verschmolzen. Chip-on-Boards haben gegenüber Drahtverbindungen mehrere Vorteile: geringere Kosten und Größe. Zweitens eine höhere Zuverlässigkeit, da es weniger Fehlerquellen gibt. Allerdings bringt der Chip on Board auch einige Nachteile mit sich, etwa eine geringe Wärmeableitung. Denn der größte Teil der von den Bauteilen erzeugten Wärme entsteht in der Nähe des Chips.
Chips On Board vs. Chip On Flex
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Technologien ist das verwendete Substrat. Bei COB-Geräten wird ein einzelner Chip normalerweise auf einer Leiterplatte oder PCB mit Metallkern (manchmal auch als MCPCB bezeichnet) montiert. Chip-on-Flex-Geräte (COF) hingegen verwenden ein organisches Substrat, das flexibel ist.
COB-LEDs können im Vergleich zu herkömmlichen oberflächenmontierten LED-Technologien eine bessere Wärmeableitung bieten.
Allerdings haben sie auch einige Nachteile. Die Verwendung einer Metallkernplatine zur Montage eines Halbleiterchips erfordert einen komplexeren Produktionsprozess. Die Metallkernplatte muss geformt und mit Spänen laminiert werden. Es kann nur auf einem anderen Material montiert werden, beispielsweise Kunststoff oder Metall. Dies wird mit steigenden Komplexitätsanforderungen teurer. Ein weiterer Nachteil dieser Technologie besteht darin, dass die Ausgangsleistungsdichte aufgrund des erhöhten Wärmewiderstands zwischen den Komponenten abnimmt.
Chip-on-Board-LEDs (COB) sind eine Art Leuchtdiode. Durch die Chip-Scale-Verpackung ist es viel kleiner als herkömmliche LEDs und verfügt über weniger Verbindungspunkte. Diese Geräte verwenden leichte und gut wärmeleitende Substrate. Im Gegensatz zu anderen Oberflächenmontagetechnologien. Zum Beispiel Chip-on-Board (Chip-on-Board) unter Verwendung von Leiterplatten oder PCBs mit Metallkern und Chip-on-Flex unter Verwendung organischer Substrate. Das Akronym COB für diese Technologie stammt von Cree, einem der führenden Hersteller von COB-LEDs.
Vorteile von Chip-on-Board-LEDs gegenüber oberflächenmontierten LEDs
1) Verbesserte Lichtqualität
Einer der größten Vorteile der Verwendung von COB-LED-Beleuchtung besteht darin, dass sie im Vergleich zu Glüh- und Leuchtstofflampen eine bessere Lichtqualität liefern kann. Tatsächlich können COB-Leuchten ein klares weißes Licht mit sehr wenigen Verzerrungen oder Farbschattierungen erzeugen. In diesem Sinne ähneln diese LED-Leuchten dem Sonnenlicht, das alle Farben des sichtbaren Spektrums von Infrarot bis Ultraviolett enthält.
2) Hohe Farbgenauigkeit
Die Farbgenauigkeit bezieht sich darauf, wie genau die verschiedenen von einer LED erzeugten Farben mit ihren beabsichtigten Werten übereinstimmen. Aus dieser Perspektive gehört die Chip-on-Board-LED-Technologie zu den besten, wenn es um Allzweckbeleuchtung geht. Aufgrund seiner Fähigkeit, satte Weißtöne ohne nennenswerte Farbverzerrungen zu erzeugen, eignet es sich gut für den Einsatz in Büroräumen und Wohnzimmern.
3) Energieeffizienz
Eine typische Glühbirne gibt mehr als 90 % ihrer Gesamtenergie als Wärme statt als Licht ab. Dies liegt daran, dass der im Inneren der Glühbirne befindliche Glühfaden auf bis zu 2,550 Grad Celsius oder 4,600 Grad Fahrenheit erhitzt werden muss, um Licht auszusenden. Andererseits verbrauchen LED-Leuchten nur 10–30 % ihrer Energie für die Lichterzeugung, während 70–90 % davon als Wärme verloren gehen. Dies bedeutet, dass die Chip-on-Board-LED-Technologie im Vergleich zu Standard-LEDs oder Kompaktleuchtstofflampen weniger Zeit und Aufwand benötigt, um die gleiche Menge an Lumen zu erzeugen.
4) Niedrigere Betriebstemperatur
Ein weiterer Vorteil ist die niedrigere Betriebstemperatur der COB-LED-Beleuchtung, da keine spezielle Kühlausrüstung erforderlich ist. In diesem Sinne ist die Chip-on-Board-LED-Technologie eine gute Option für Umgebungen mit erhöhten Temperaturen wie Dachböden oder Lagerhallen.
5) Größere Lumenwirksamkeit
Eine typische Glühlampe hat eine Lichtausbeute von etwa 12 Lumen pro Watt, während LED-Leuchten einen Bereich von 50 bis 100 Lumen pro Watt haben. Wenn Sie außerdem COB-LEDs statt herkömmlicher LEDs verwenden, können Sie eine bis zu 150 Prozent höhere Lichtausbeute im Vergleich zu Kompaktleuchtstofflampen und 30 Prozent mehr als bei herkömmlichen Glühlampen erzielen.
6) Längere Lebensdauer
COB-LED-Leuchten haben je nach Hersteller eine geschätzte Lebensdauer zwischen 40,000 und 50,000 Stunden. Dies bedeutet, dass sie sogar noch länger hält als die meisten Kompaktleuchtstofflampen und Halogenlampen, die normalerweise nur bis zu 6,000 Stunden halten.
7) Energieunabhängigkeit
Eine 100-Watt-COB-LED-Leuchte verbraucht im Betrieb weniger als 10 Watt Strom. Dies macht es auch bei steigenden Energiekosten zu einer günstigeren Option für Haushalte und Unternehmen. Tatsächlich bieten Stromversorger in einigen Regionen Rabatte oder Preisnachlässe für COB-Beleuchtungsgeräte an, die die Stromrechnung jeden Monat weiter senken können.
8) Umweltfreundlich
Im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen basiert die Chip-on-Board-LED-Technologie nicht auf seltenen Metallen wie Quecksilber und Argongasen. Es enthält auch keine giftigen Stoffe wie Blei oder Beryllium
9) Bessere Wärmeableitung
Vergleicht man die Wärmeabgabe einer Glühlampe mit der von COB-LED-Leuchten, stellt man fest, dass es einen deutlichen Unterschied gibt. In diesem Sinne ermöglicht die in COB-LEDs verwendete Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungsoptionen, die im Inneren Metallfäden haben, eine einfache Wärmeableitung über ihre Lamellen oder Stifte
10) Größere Helligkeitsstufe
Die Chip-on-Board-LED-Technologie bietet im Vergleich zu anderen herkömmlichen LED-Lampen eine höhere Lichtausbeute. Wenn Sie COB-LED-Geräte anstelle von Standard-LED-Hardware verwenden, können Sie die Helligkeit erhöhen, ohne die Energieeffizienz zu beeinträchtigen.
11) Breiter Anwendungsbereich
Die Chip-on-Board-LED-Technologie ist im Vergleich zu anderen Formen der LED-Beleuchtung vielseitiger. Sie können es für viele Anwendungen verwenden, von der Innenbeleuchtung bis zur Außenbeleuchtung. Es ist effizient genug, um für nahezu jede Art von Anwendung eingesetzt zu werden, ohne übermäßige Wärme oder erhebliche Einbußen bei der Energieeffizienz zu verursachen.
12) Macht den Austausch von Glühbirnen überflüssig
Denn COB-LEDs sind für den Betrieb bei hohen Temperaturen ausgelegt. Im Gegensatz zu Kompaktleuchtstofflampen, deren Glühfaden nach einer gewissen Zeit durchbrennt, ist es nicht erforderlich, diese Glühbirnen nach einiger Zeit auszutauschen. Auch wenn sie immer noch Licht ausstrahlen. Solange Sie sie richtig kaufen und unter normalen Betriebsbedingungen einsetzen. Chip-on-Board-Leuchten sollten je nach Nennleistung und Wattzahl zwischen sechs Monaten und drei Jahren halten.
13) Größere Designflexibilität
Sie können COB-LED-Beleuchtung fast überall dort einsetzen, wo es vorhanden ist. Es ist entsprechend der Anwendung, für die Sie es verwenden, richtig konzipiert. Diese Art von Technologie ist im Vergleich zu Standard-LEDs, die nur auf wenige Optionen beschränkt sind, auch mit vielen Arten von Leuchten, Optiken und Lampensockeln kompatibel.
14) Einfach zu bedienen und zu installieren
Aufgrund ihrer geringen Größe können COB-Leuchten in eine Vielzahl von Leuchten eingebaut werden. Dazu gehören Barebone-Kerzen, Pendelleuchten, Schienenbeleuchtung, Wandleuchten, Deckenleuchten und viele andere.
15) Kompatibilität mit vielen Anwendungen
Die Chip-on-Board-LED-Leuchte ist kompakt und leistungsstark. Es reicht aus, herkömmliche Beleuchtungslösungen zu ersetzen. Standardlösungen sind entweder zu sperrig oder nicht hell genug. Daher werden diese Leuchten in Büros, Lagerhäusern, Stadien, Einkaufszentren, Parkplätzen und anderen Orten verwendet.
Wie werden Chip-on-Boards hergestellt?
Mit dem sogenannten Wafer-Bonding lassen sich Chips auf Platinen herstellen.
Aus einem Einkristallblock können Wafer aus Halbleitermaterial hergestellt werden.
Diese Wafer werden geschnitten, gereinigt und poliert, um sie glatt, flach und parallel zu machen. Anschließend wird auf jede dieser Oberflächen eine dünne Schicht aufgetragen, um die für die LED erforderlichen elektrischen Verbindungen herzustellen. Dieses „Sandwich“ wird dann mit Ultraschallenergie oder einem Tack-and-Bond-Ansatz verbunden, der zwei Oberflächen ohne den Einsatz von Klebematerialien verbinden kann.
Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, können sie Chips mit all ihren elektronischen Komponenten herstellen, indem sie Teile aus der Baugruppe herausschneiden. Die derzeit gebräuchlichste Methode beginnt damit, dass jeder Wafer auf beiden Seiten mit einer diamantbestückten Klinge zersägt wird. Ergänzt wird dieser Prozess durch Spalten, Drahtsägen oder Plasmaätzen, mit denen bestimmte Bereiche entfernt werden.
Die in einzelne Chips zerlegten Wafer werden dann auf einem elektrisch leitenden Platinenmaterial montiert, um den Zusammenbau zu vervollständigen. Jeder Chip wird normalerweise mit Kräften zwischen 1 Unze und 10 Unzen gegen dieses Material gedrückt. Bei COB-LEDs kann für elektrische Verbindungen anstelle von Drähten Lötzinn verwendet werden. Weil sie im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungstechnologien eine bessere Wärmeleitfähigkeit ermöglichen.
Wie löte ich den Chip auf der Platine?
Schritt 1:
Das Einlöten des Chips auf der Platine ist ziemlich einfach. Zunächst sollten Sie sich die entsprechende Lötausrüstung besorgen. Dies kann je nach Wunsch Lotpaste, Lötkolben, Flussmittel, Harz und andere umfassen.
Sie sollten Ihren Arbeitsbereich so vorbereiten, dass er so sauber wie möglich bleibt. Befolgen Sie die Sicherheitsprotokolle Ihres Herstellers, um Unfälle während des Vorgangs zu vermeiden.
Schritt 2:
Platzieren Sie anschließend die LED auf ihrem Substrat und richten Sie sie korrekt in Bezug auf die Leiterplatte (PCB) oder das Keramiksubstrat aus. An dieser Stelle können Sie bei Bedarf Wärmeübertragungsband verwenden, um die Wärmeleitfähigkeit zwischen beiden Elementen zu verbessern.
Schritt 3:
Danach müssen Sie nur noch etwas Lötpaste mit einem Rakel auf eines der Pads Ihrer Chip-on-Board-Leuchte auftragen und diese dann auf Ihr Substrat übertragen.
Zum Schluss können Sie die Lampe löten, indem Sie mit einem Lötkolben eine kleine Menge Lötzinn auf das Pad auftragen. Sie sollten vermeiden, zu viel Paste zu verwenden oder zu viel Hitze anzuwenden, da beide Situationen die Chips beschädigen oder brechen können.
Fazit
Die Chip-on-Board-LED-Technologie ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, LEDs in verschiedene Arten von Beleuchtungskörpern zu integrieren. Sie können diese Lösung in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzen, darunter Flächenlichtquellen, Downlights, Hintergrundbeleuchtungsdisplays und Beschilderungen, um nur einige zu nennen.
Es bietet viele Vorteile, beispielsweise das Fehlen komplexer optischer Systeme wie Linsen oder Reflektoren, was die Herstellung erleichtert. Außerdem bieten sie im Vergleich zu herkömmlichen Alternativen eine höhere Intensität, da sie mehr Lumen pro Watt erzeugen. Ihr Chip-on-Board-Design ermöglicht eine effizientere Wärmeableitung und geringere Degradationsraten im Vergleich zu anderen Beleuchtungslösungen wie OLEDs