عندما ترى مصطلح Chip on Board (COB) على الإنترنت، قد يعني أمرين مختلفين:
في تصنيع الإلكترونيات، يشير COB إلى طريقة تغليف تُثبَّت فيها الشرائح (الداي) العارية مباشرة على لوحة الدوائر المطبوعة PCB.
أما في الإضاءة، فمصطلح COB LED يعني وحدة LED عالية الكثافة تُركَّب فيها عدة شرائح LED متقاربة على ركيزة واحدة.
يشرح هذا الدليل المعنيين معًا: كيف تعمل حزم COB، وكيف تصمم لوحات PCB لها، ولماذا أصبحت مصابيح COB وشرائطها شائعة في منتجات الإضاءة والعرض.
ما هو Chip on Board (COB)؟
ببساطة، COB يعني تثبيت شريحة سيليكون عارية مباشرة على لوحة PCB بدلًا من وضعها داخل غلاف بلاستيكي تقليدي.
بعد تثبيت الشريحة، توصل أسلاك ذهبية أو ألمنيومية رفيعة وسادات الشريحة بوسادات النحاس على اللوحة، ثم تُغطَّى المنطقة بطبقة إيبوكسي واقية تُسمّى Glob Top للحماية من الرطوبة والغبار والإجهاد الميكانيكي.
بإزالة الغلاف البلاستيكي التقليدي تقلّص COB الحجم والكلفة والطفيليات الكهربائية، ويُشار إليه أحيانًا بـ “التغليف مستوى 1.5” لأنه بين تغليف الشريحة وتجميع اللوحة.
البنية والمكوّنات الأساسية في COB
- الشريحة العارية (Die): الشريحة غير المغلّفة.
- وسادات الربط: مناطق معدنية صغيرة على الشريحة لتوصيل الأسلاك.
- لاصق تثبيت الشريحة: موصل أو غير موصل لتثبيت الشريحة على اللوحة.
- أسلاك الربط: أسلاك ذهب/ألمنيوم رفيعة تصل وسادات الشريحة بوسادات PCB.
- التغليف (Glob Top): طبقة إيبوكسي/سيليكون تحمي الشريحة والأسلاك.
هذه البنية تقصر مسار الإشارة، ما يحسّن الأداء الكهربائي وتبدد الحرارة.
طريقتان أساسيتان للتوصيل: Wire Bonding مقابل Flip-Chip
1) الربط بالسلك (Wire Bonding)
تُثبَّت الشريحة ووجهها للأعلى ثم تُربط كل وسادة بشبكة PCB عبر سلك رفيع. الطريقة مرنة ومنخفضة الكلفة لكنها تضيف ارتفاعًا وطولًا لمسار الإشارة.
2) الوجه-المقلوب على اللوحة (Flip-Chip on Board)
تُقلَب الشريحة ويُلحَم نتوءها مباشرة بوسادات PCB. يختفي السلك تمامًا، فيصبح المسار أقصر (ممتاز للتردد العالي والتيارات المرتفعة)، لكنه يتطلب دقة أعلى ونظافة أكبر.
كيف يُصنع تجميع COB
العملية أدقّ من تجميع المكونات السطحية الاعتيادي:
- تحضير وتخزين الشريحة: تقطيع الرقاقة وتخزين الشرائح في بيئة جافة ونظيفة لتجنّب الأكسدة.
- تنظيف اللوحة: يجب أن تكون سطحية ونظيفة تمامًا.
- تثبيت الشريحة (Die Attach): وضع نقطة لاصق (غالبًا إيبوكسي فضي)، ثم المواءمة والتثبيت.
- ربط الأسلاك أو Flip-Chip.
- التغليف بالإيبوكسي (Glob Top): أسود للحجب ومقاومة UV، أو شفاف للفحص البصري.
- التحميص/المعالجة الحرارية.
- الفحص والاختبار: بصري، استمرارية، وأحيانًا أشعة سينية/اختبارات كهربائية.
- اختبارات الاعتمادية: دورات حرارية ورطوبة لضمان الاستقرار.
تحتاج العملية إلى تحكم في الحرارة والرطوبة والنظافة، وبعد الإنهاء يكون الإصلاح شبه مستحيل.
مزايا وقيود COB
المزايا
- حجم أصغر وكلفة أقل: لا حاجة لهيكل بلاستيكي أو إطار أرجل.
- أداء كهربائي أفضل: مسار أقصر يقلّل المقاومة والحث.
- مسار حراري محسن: تبدد الحرارة مباشرة إلى اللوحة.
- مرونة في التصميم: يمكن جمع عدة شرائح (MCU، حساس، ذاكرة) في مساحة واحدة.
القيود
- صعوبة الإصلاح/إعادة العمل.
- متطلبات بيئة نظيفة: الغبار/الأكسدة يسببان وصلات سيئة.
- حساسية للرطوبة والإجهاد: التغليف السيئ يؤدي لأعطال.
لذلك ينتشر COB في إلكترونيات منخفضة الكلفة والحساسات والوحدات المخصصة، وأقل في التطبيقات عالية الاعتمادية مثل السيارات والطب.
نصائح تصميم PCB لموثوقية أعلى مع COB
- تشطيب السطح
يتطلب الربط بالسلك سطحًا ناعمًا قابلاً للربط. يفضَّل ENIG أو الذهب المقوى بالترسيب الكهربائي لضمان التصاق ثابت مع الذهب/الألمنيوم. - مناطق الحظر تحت التغليف
يتدفق الإيبوكسي أثناء المعالجة؛ تجنّب الفتحات (Vias) أو النحاس المكشوف داخل منطقة التغليف. إن لزم وجودها فيجب سدّها/حشوها لمنع التسرب والفقاعات. - تصميم وسادات الربط
يجب أن تكون الوسادة كافية لهبوط أداة الربط ومباعدة لمنع القصر. اتّبع قواعد مصنع الربط للحجم والمسافة الدنيا. - التصميم الحراري
أنشئ مسارًا حراريًا مباشرًا من الشريحة إلى النحاس/الطبقات المعدنية. استخدم فتحات حرارية أو نواة معدنية للتبديد العالي. - محاذاة التجميع والوسوم
أضف Fiducials وعلامات مرجعية للمحاذاة الآلية. تجنّب السلك سكرين وقناع اللحام داخل منطقة الربط والتغليف.
أعطال شائعة في COB وكيفية تجنبها
- انقطاع أسلاك الربط: تلوث/التصاق ضعيف → تنظيف جيد وتشطيب مناسب.
- انفصال الوسادات: إجهاد زائد أثناء الربط → ضبط القوة/الحرارة.
- فقاعات/فراغات في الإيبوكسي: صرف سيئ للغراء → تحكم في التدفق وإزالة الهواء.
- تآكل/قصر كهربائي: رطوبة تحت التغليف → مادة تغليف مقاومة للرطوبة وتجفيف قبل الإغلاق.
- انفصال طبقي (Delamination): عدم تطابق معامل التمدد → مواءمة CTE بين اللوحة والإيبوكسي.
لأن الإصلاح صعب، اجعل الضبط والفحص الدقيقين سابقين لمرحلة التغليف.
تطبيقات COB
- وحدات LED (غالبًا على ركيزة ألمنيوم).
- ألعاب وأدوات منخفضة الكلفة (دوائر “النقطة السوداء”).
- حساسات مخصصة ونماذج ASIC بكميات صغيرة.
- وحدات IoT أو RF بصلات قصيرة لتحسين سلامة الإشارة.
ما هو COB LED؟
في الإضاءة، يطابق المبدأ نفسه: عدة شرائح LED تُثبّت مباشرة على ركيزة عالية الكفاءة حراريًا. بدل تغليف كل LED منفردًا مثل SMD، تُرتّب عشرات/مئات الشرائح متقاربة ويُغطّيها فوسفور مع سيليكون لتكوين سطح ضوئي موحد يشبه باعثًا واحدًا قويًا.
بسبب سطح الانبعاث المتصل، تحقق COB LEDs كثافة لومن أعلى وتجانس لون أفضل مقارنة بمصفوفات SMD.
COB LED مقابل SMD LED
- البنية: COB = شرائح عديدة على ركيزة واحدة بطبقة فوسفور موحّدة؛ SMD = كل LED مغلف منفصل.
- تجانس الإضاءة: COB مستمر بدون نقاط مضيئة؛ SMD نقاط مرئية وتحتاج ناشرًا.
- الأداء الحراري: COB أفضل لأن الحرارة تنتشر على مساحة معدنية كبيرة.
- سهولة التجميع: COB لحامات أقل؛ SMD لحامات كثيرة.
- الاستخدامات: COB للإسقاطات، سبوت لايت، الشاشات، والشرائط؛ SMD للإضاءة العامة والمؤشرات.
في شاشات LED يتيح COB مسافة بكسل أصغر وسطحًا أنعم وأكثر تحملًا من الوحدات SMD. وفي الإضاءة يبسط التصميم البصري ويرفع الكفاءة الضوئية.
شرائط COB LED: خط ضوئي متجانس دون نقاط ساخنة
شريط COB LED هو شريط تُرص فيه شرائح LED الصغيرة بشكل متقارب تحت طبقة فوسفور مستمرة. بخلاف شرائط SMD، لن ترى نقاطًا منفصلة—بل خطًا ضوئيًا سلسًا.
المزايا
- دون بقع مظلمة أو “تأثير النقاط”.
- نشر ضوئي أسهل دون أغلفة إضافية.
- نحيف وقابل للانحناء لدواليب المطبخ والرفوف والزينة.
- يتوفر بجهد 12V و24V لسهولة التركيب.
القيود
- كلفة أعلى قليلًا بالمتر.
- يحتاج تبريدًا جيدًا—يوصى بقنوات ألمنيوم.
- أصعب في إصلاح المقاطع الفردية.
كيف تختار شريط COB LED
- الجهد: 12V يتيح فواصل قطع أقصر لكن هبوط جهد أكبر؛ 24V مناسب للمسافات الأطول.
- القدرة والسطوع: واط/متر و لومن/متر—طابقها مع مزود الطاقة والسطوع المطلوب.
- حرارة اللون وCRI: مؤشر تجسيد لون ≥90 لألوان طبيعية؛ اختر 2700K–6500K حسب الجو.
- كثافة الـLED: الشائع 320–640 شريحة/متر؛ الأكثر يعطي ضوءًا أنعم.
- الحماية والبيئة: للخارج/الرطوبة اختر IP65–IP67، وتذكّر احتمال اصفرار السيليكون السميك.
- التعتيم: تحقق من توافق PWM أو التيار المستمر.
إدارة الحرارة والعمر
تولّد شرائح COB حرارة كغيرها. ارتفاع درجة وصل LED يسبب انخفاض الفيض وتغير اللون. للإطالة:
- ركّب الشرائط على قنوات ألمنيوم أو أسطح معدنية.
- وفّر تهوية جيدة وابتعد عن الحيزات المغلقة.
- استخدم مزوّدات قدرة بهامش تيار كافٍ.
مع تبريد جيد يمكن أن يصل عمر الشريط إلى 30–50 ألف ساعة مع تراجع طفيف في السطوع.
الأسئلة الشائعة (FAQ)
ماذا يعني Chip on Board؟
تقنية تغليف تُثبت فيها الشرائح العارية مباشرة على PCB وتُحمي بطبقة إيبوكسي.
هل COB هو نفسه Flip-Chip؟
Flip-Chip أحد أشكال COB حيث تُقلَب الشريحة وتُلحم مباشرة على اللوحة.
لماذا COB أقل كلفة؟
لأنه يلغي الغلاف البلاستيكي وإطار الأرجل التقليدي.
ما هو COB LED؟
مصدر ضوء مكوّن من عدة شرائح LED متقاربة على ركيزة واحدة لإضاءة أقوى وأكثر تجانسًا.
أيّهما أفضل: شريط COB أم SMD؟
COB يعطي ضوءًا ناعمًا بلا نقاط؛ SMD أرخص وأسهل إصلاحًا.
هل تحتاج شرائط COB إلى قنوات ألمنيوم؟
نعم، خصوصًا للقدرات العالية أو الأطوال الكبيرة لتبديد الحرارة وإطالة العمر.
الخلاصة
سواء كنت تصمم لوحة PCB بشرائح عارية أو تختار شرائط LED ذات خط ضوئي سلس، تقدم تقنية COB حجمًا صغيرًا وأداءً عاليًا وموثوقية أفضل.
في الإلكترونيات، تسمح COB بتجميعات أصغر وأرخص بإلغاء الحزم التقليدية.
وفي الإضاءة، تمنحك إضاءة أكثر سلاسة وكفاءة.
فهمك لكيفية عمل COB—من أسلاك الربط والتغليف إلى كثافة LED وإدارة الحرارة—سيساعدك على بناء منتجات فعّالة ومتينة للمستخدم العربي.
