Wenn Sie den Begriff Chip on Board (COB) online sehen, kann er zwei Dinge bedeuten:
In der Elektronikfertigung ist COB eine Packaging-Methode, bei der blanke Halbleiter-Dies direkt auf eine Leiterplatte (PCB) montiert werden.
In der Lichttechnik bezeichnet COB-LED ein hochdichtes LED-Modul, bei dem viele LED-Chips dicht nebeneinander auf einer Substratplatte sitzen.
Dieser Leitfaden erklärt beide Bedeutungen: wie COB-Packaging funktioniert, wie man Leiterplatten dafür auslegt und warum COB-LEDs und LED-Streifen in Beleuchtungs- und Display-Produkten so beliebt werden.
Was ist Chip on Board (COB)?
Kurz gesagt bedeutet COB, dass ein blanker Silizium-Die direkt auf das PCB geklebt wird, statt in ein Kunststoff-Gehäuse verpackt zu sein.
Nach dem Befestigen verbinden hauchdünne Gold- oder Aluminiumdrähte die Die-Pads mit Kupferpads auf der Leiterplatte.
Anschließend schützt eine Epoxidschicht – der sogenannte Glob-Top – die Zone vor Feuchtigkeit, Staub und mechanischer Belastung.
Durch den Verzicht auf das klassische IC-Gehäuse werden Größe, Kosten und elektrische Parasiten reduziert. COB wird oft als „Level-1.5-Packaging“ bezeichnet – zwischen Chip-Ebene und Baugruppen-Ebene.
Aufbau und Hauptkomponenten eines COB-Moduls
- Blanker Die: der unverpackte Silizium-Chip.
- Bond-Pads: winzige Metallflächen auf dem Die für die Drahtverbindung.
- Die-Attach-Kleber: leitfähiger oder nichtleitfähiger Klebstoff zur Befestigung des Dies.
- Drahtbonding: dünne Gold-/Alu-Drähte verbinden Die-Pads mit PCB-Pads.
- Verguss (Glob-Top): Epoxid- oder Silikonschicht, die Drähte und Die verkapselt.
Die kurzen Signalwege verbessern elektrische Eigenschaften und Wärmeabfuhr.
Zwei gängige Verbindungsarten: Wire Bonding vs. Flip-Chip
1) Wire Bonding
Der klassische Ansatz: Der Die wird mit der aktiven Seite nach oben aufgeklebt, Drähte verbinden die Pads mit den Leiterbahn-Pads. Das ist flexibel und preiswert, erhöht aber Bauhöhe und Leitungsweg.
2) Flip-Chip auf Leiterplatte
Der Die wird mit der aktiven Seite nach unten gedreht und über Lötbumps direkt mit den PCB-Pads verbunden. Die Drahtbonding-Drähte entfallen, die Wege werden noch kürzer – ideal für hohe Frequenzen und Ströme – erfordert aber präzisere Ausrichtung und sauberen Prozess.
Wie entsteht eine COB-Baugruppe?
Die Fertigung ist präziser als herkömmliches SMT:
- Die-Vorbereitung und Lagerung: Wafer vereinzeln, blanke Dies trocken und sauber lagern.
- Leiterplattenreinigung: Oberfläche muss absolut sauber und plan sein.
- Die-Attach: Tropfen Kleber (oft Silber-Epoxid) auftragen, Die positionieren und aushärten.
- Drahtbonden oder Flip-Chip-Löten.
- Verguss (Glob-Top): Epoxid über Die und Drähte; schwarz (UV-Schutz) oder klar (Inspektion).
- Aushärten.
- Test & Inspektion: Sichtprüfung, Durchgang, ggf. Röntgen bzw. elektrische Tests.
- Zuverlässigkeitstests: Temperaturwechsel und Feuchtestress.
Der Prozess erfordert Kontrolle von Temperatur, Luftfeuchte und Sauberkeit – und nach dem Verguss ist Rework praktisch unmöglich.
Vorteile und Grenzen des COB-Packagings
Vorteile
- Kleiner & günstiger: kein Kunststoffgehäuse oder Leadframe nötig.
- Bessere elektrische Performance: kürzere Wege reduzieren Widerstand und Induktivität.
- Verbesserte Thermik: Wärmeabfuhr direkt in die Leiterplatte.
- Flexible Integration: mehrere Chips (MCU, Sensor, Speicher) auf kleiner Fläche kombinierbar.
Grenzen
- Schwer zu reparieren: nach dem Verguss kaum reworkbar.
- Sauberer Prozess nötig: Staub/Oxidation führen zu schlechten Bonds.
- Empfindlich gegen Feuchte/Stress: mangelhafter Verguss verursacht Ausfälle.
Daher ist COB typisch für kostengünstige Consumer-Elektronik, Sensorik und kundenspezifische Module, jedoch seltener in hochzuverlässigen Anwendungen (Automotive-ECUs, Medizintechnik).
Design-Tipps für eine zuverlässige COB-Leiterplatte
- Oberflächenfinish
Drahtbonden benötigt eine glatte, bondfähige Oberfläche. ENIG (Chemisch Nickel/Gold) oder galvanisch hartvergoldet liefern zuverlässige Bondqualität für Gold-/Aludrähte. - Sperrzonen für den Verguss
Der Glob-Top fließt beim Aushärten. Keine Vias oder freiliegendes Kupfer unter der Vergusskuppel platzieren. Wenn Vias nötig sind, füllen/verschließen, um Harzaustritt und Lufteinschlüsse zu vermeiden. - Pad-Auslegung fürs Drahtbonden
Ausreichend große Bond-Pads mit genügend Abstand gegen Kurzschluss. Immer die Mindestmaße des Bond-Dienstleisters einhalten. - Thermisches Design
Direkten Wärmeweg vom Die in Kupfer/Metalllagen vorsehen. Für leistungsstarke ICs thermische Vias oder Metallkern-PCBs nutzen. - Ausrichtung & Markierungen
Fiducials und Referenzmarken für die automatische Ausrichtung hinzufügen. Silkscreen und Lötstopplack in Bond-/Vergussbereichen vermeiden.
Häufige COB-Fehler und wie man sie vermeidet
| Problem | Ursache | Gegenmaßnahme |
|---|---|---|
| Abgerissene Bond-Drähte | Schlechte Haftung, Verunreinigung | Saubere PCB, geeignetes Oberflächenfinish |
| Abgelöste Pads | Zu hoher Bond-Stress | Bondkraft/Temperatur optimieren |
| Lufteinschlüsse/Hohlräume | Ungünstiges Epoxid-Dispensen | Fluss kontrollieren, Material entgasen |
| Korrosion/Kurzschluss | Feuchte unter dem Verguss | Feuchtebeständiges Vergussmaterial, Vorbäckern |
| Delamination | Thermischer Ausdehnungs-Mismatch | CTE von PCB und Verguss aufeinander abstimmen |
Da COB-Baugruppen nicht reworkbar sind, sind Prozesskontrolle und Inspektion vor dem Verguss entscheidend.
Anwendungen des COB-Packagings
- LED-Module – viele Hersteller montieren blanke LEDs auf Aluminium-Substraten.
- Günstige Spielzeuge/Gadgets – „Black-Blob-ICs“ auf einfachen PCBs.
- Kundenspezifische Sensoren & ASIC-Prototypen – kleine Stückzahlen ohne Standardgehäuse.
- Kompakte IoT-/RF-Module – kurze Verbindungen für bessere Signalintegrität.
Was ist eine COB-LED?
In der Beleuchtung folgt dasselbe Prinzip: Viele LED-Chips dicht beieinander auf einer thermisch effizienten Rützplatte. Statt jede LED wie bei SMD einzeln zu verpacken, werden Dutzende/Hunderte Dies eng platziert und mit einer einheitlichen Phosphor-/Silikonschicht überzogen – es entsteht eine homogene, helle Lichtfläche wie von einem einzigen starken Emitter.
Durch die durchgehende Lichtfläche liefern COB-LEDs höhere Lumen-Dichte und bessere Farbgleichmäßigkeit als SMD-Arrays.
COB-LED vs. SMD-LED
| Merkmal | COB-LED | SMD-LED |
|---|---|---|
| Struktur | Viele Chips auf einem Substrat, eine Phosphorschicht | Jede LED separat verpackt |
| Lichtgleichmäßigkeit | Kontinuierliche Fläche, keine sichtbaren Punkte | Sichtbare Lichtpunkte, Diffusor nötig |
| Thermik | Besser – Wärme verteilt sich über große Metallfläche | Mittel – jede LED hat eigene Pads |
| Montageaufwand | Weniger Lötstellen | Viele Lötstellen |
| Typische Anwendungen | Downlights, Fluter, Displays, LED-Streifen | Allgemeinbeleuchtung, Indikatorplatinen |
Bei LED-Displays ermöglicht COB kleinere Pixelabstände und eine flachere, robustere Oberfläche als klassische SMD-Module. In der Beleuchtung vereinfacht COB die Optik und steigert die Effizienz.
COB-LED-Streifen: homogenes Licht ohne Hotspots
Ein COB-LED-Strip nutzt dasselbe Konzept – sehr viele kleine LED-Dies dicht nebeneinander unter einer durchgehenden Phosphorschicht.
Im Gegensatz zu SMD-Streifen sieht man keine einzelnen Lichtpunkte; die Abstrahlung wirkt wie eine durchgehende Lichtlinie.
Vorteile
- Keine dunklen Zonen oder „Dot-Effekt“.
- Leichte Homogenisierung ohne zusätzliche Abdeckung.
- Schlank und biegsam – ideal für Schränke, Regale, dekorative Linien.
- Erhältlich in 12 V und 24 V für einfache Installation.
Grenzen
- Pro Meter etwas teurer.
- Gute Wärmeabfuhr erforderlich – Aluminiumprofile empfohlen.
- Reparatur einzelner Segmente schwieriger.
Auswahl eines COB-LED-Streifens
- Spannung: 12 V = kürzere Schnittintervalle, aber größerer Spannungsabfall; 24 V = längere Strecken.
- Leistung & Helligkeit: W/m und lm/m – mit Netzteil und gewünschter Helligkeit abstimmen.
- Farbtemperatur & CRI: CRI ≥ 90 für natürliche Farben; 2700–6500 K je nach Ambiente.
- LED-Dichte: typisch 320–640 Chips/m; höhere Dichte = gleichmäßigeres Licht.
- Schutzklasse & Umgebung: für außen/feucht IP65–IP67; dickes Silikon kann mit der Zeit vergilben.
- Dimm-Kompatibilität: Unterstützen Netzteil/Controller PWM oder Analogdimmung?
Wärmemanagement und Lebensdauer
Wie jede LED erzeugen COB-LEDs Wärme. Steigt die Sperrschichttemperatur, sinkt der Lichtstrom und die Farbe driftet. Für eine lange Lebensdauer:
- COB-Streifen auf Aluprofile oder Metallflächen montieren.
- Für Luftzirkulation sorgen, geschlossene Hohlräume vermeiden.
- Netzteile mit ausreichender Leistungsreserve einsetzen.
Bei guter Kühlung erreichen COB-Streifen 30.000–50.000 h mit geringer Helligkeitsdegradation.
FAQ
Was bedeutet Chip on Board?
Eine Packaging-Technik, bei der blanke Chips direkt auf die Leiterplatte geklebt und mit Epoxid vergossen werden.
Ist COB dasselbe wie Flip-Chip?
Flip-Chip ist eine Ausprägung von COB, bei der der Die umgedreht und direkt auf die Pads gelötet wird.
Warum ist COB günstiger?
Weil das Kunststoffgehäuse und der Leadframe entfallen.
Was ist eine COB-LED?
Eine Lichtquelle aus vielen eng gesetzten LED-Dies auf einem Substrat – für höhere Helligkeit und bessere Homogenität.
COB- vs. SMD-LED-Streifen – was ist besser?
COB liefert weichere, punktfreie Lichtlinien; SMD ist günstiger und leichter zu reparieren.
Brauchen COB-LED-Streifen Aluminiumprofile?
Ja, besonders bei hoher Leistung oder langen Strecken – für bessere Kühlung und längere Lebensdauer.
Fazit
Ob Sie eine kundenspezifische Leiterplatte mit blanken Dies entwickeln oder nahtlose LED-Lichtlinien planen – Chip on Board bietet kompaktes Design, hohe Performance und bessere Zuverlässigkeit.
In der Elektronik ermöglicht COB kleinere, günstigere Baugruppen ohne klassische IC-Gehäuse.
In der Beleuchtung sorgt es für hellere, gleichmäßigere und effizientere Lösungen.
Wenn Sie verstehen, wie COB funktioniert – von Drahtbonden und Verguss bis zur LED-Dichte und dem Thermomanagement – entwickeln Sie Produkte, die den Ansprüchen des deutschen Markts an Effizienz und Langlebigkeit gerecht werden.
