כשאתם נתקלים במונח Chip on Board (COB) ברשת, הוא יכול להתייחס לשני דברים שונים:
בעולם ייצור האלקטרוניקה, COB היא שיטת אריזה שבה מרכיבים שבב סיליקון חשוף ישירות על PCB (לוח מעגל מודפס).
בעולם התאורה, COB LED הוא מודול לד בצפיפות גבוהה שבו שבבי לד רבים מורכבים בצמידות על מצע אחד.
המדריך הזה מסביר את שני המשמעויות: איך עובדת אריזת COB, איך מתכננים PCB מתאים, ולמה COB LEDs ורצועות COB הופכים לכל כך פופולריים במוצרי תאורה ותצוגה.
מהו Chip on Board (COB)?
בפשטות, COB פירושו ששבב סיליקון חשוף מודבק ישירות ל־PCB במקום להיות כלוא בתוך מארז פלסטיק.
לאחר ההדבקה, חוטי זהב או אלומיניום דקים מחברים את רפידות השבב לרפידות הנחושת על הלוח.
לבסוף, שכבת אפוקסי מגינה – הנקראת Glob Top – מכסה את האזור ומגינה מפני רטיבות, אבק ומאמץ מכני.
בביטול המארז הפלסטי המסורתי, COB מצמצם גודל ועלות ומקטין פרזיטים חשמליים. לעיתים מכנים זאת “אריזה ברמת 1.5” – בין רמת השבב לרמת ההרכבה על הלוח.
מבנה ומרכיבים עיקריים ב־COB
- שבב חשוף (Die): השבב ללא מארז.
- רפידות קישור (Bond Pads): שטחים מתכתיים זעירים על השבב לחיבורי חוטים.
- דבק להצמדה (Die Attach): דבק מוליך או לא־מוליך לקיבוע השבב.
- חוטי קישור (Wire Bonds): חוטי זהב/אלומיניום דקיקים המחברים בין רפידות השבב ל־PCB.
- אינקפסולציה (Glob Top): שכבת אפוקסי/סיליקון הסוגרת ומגינה על החוטים והשבב.
המבנה הזה מקצר את מסלול האות, ולכן משפר ביצועים חשמליים ופיזור חום.
שתי שיטות חיבור עיקריות: Wire Bonding לעומת Flip-Chip
1) חיווט בחוטים (Wire Bonding)
זו הגישה הקלאסית: משדכים את השבב כשפניו כלפי מעלה, וחוטים דקיקים מחברים כל רפידה לרפידה מתאימה על ה־PCB. השיטה גמישה וזולה, אך מוסיפה גובה ואורך למסלול החשמלי.
2) פליפ־צ’יפ על הלוח (Flip-Chip on Board)
הופכים את השבב כלפי מטה ומחברים אותו ישירות לרפידות ה־PCB באמצעות בליטות בדיל. החוטים נעלמים והמסלול מתקצר עוד יותר – מצוין לתדרים גבוהים או זרמים גדולים – אך דורש יישור מדויק יותר ותהליך נקי יותר.
כיצד מיוצרת הרכבת COB
התהליך מדויק יותר מהרכבת SMT רגילה:
- הכנת השבבים ואחסון: חיתוך הוופר ואחסון השבבים בסביבה יבשה ונקייה למניעת חמצון.
- ניקוי הלוח: פני ה־PCB חייבים להיות נקיים וחלקים לחלוטין.
- הצמדת שבב (Die Attach): טיפת דבק (לעיתים אפוקסי כסוף), יישור וקיבוע.
- חיווט בחוטים או Flip-Chip.
- אינקפסולציה (Glob Top): יציקת אפוקסי מעל השבב והחוטים – שחור לחסימת אור/UV או שקוף לבדיקה.
- אשפרה/ריפוי תרמי.
- בדיקות וביקורת: בדיקה ויזואלית, בדיקות רציפות, לעיתים רנטגן או בדיקות חשמליות.
- בדיקות אמינות: מחזורי טמפרטורה ולחות לאימות עמידות ארוכת טווח.
נדרש שליטה בטמפרטורה, בלחות ובניקיון – ולאחר הסגירה, כמעט בלתי אפשרי לבצע תיקון.
יתרונות ומגבלות של COB
יתרונות
- קטן וזול יותר: ללא מארז פלסטי או Lead Frame.
- ביצועים חשמליים טובים יותר: מסלול קצר יותר מקטין התנגדות והשראות.
- מסלול תרמי משופר: פיזור חום ישירות דרך הלוח.
- גמישות תכנונית: אפשר לשלב כמה שבבים (MCU, חיישן, זיכרון) באותו אזור.
מגבלות
- קשה לתיקון/שכתוב (Rework): לאחר הגלוב־טופ כמעט לא ניתן לתקן.
- דורש תהליך בחדר נקי: אבק או חמצון גורמים לקישורים גרועים.
- רגיש ללחות ולעומסים: אינקפסולציה ירודה עלולה לגרום לכשלים.
לכן COB נפוץ באלקטרוניקה צרכנית זולה, חיישנים ומודולים ייעודיים, ופחות במערכות אמינות־גבוהה כמו רכב או רפואה.
טיפים לתכנון PCB אמין עבור COB
- גימור משטח
חיווט בחוטים דורש משטח חלק וניתן לקישור. מומלץ ENIG (ניקל כימי וזהב שקוע) או זהב קשיח בגלוון לקבלת הצמדה עקבית לחוטי זהב/אלומיניום. - אזורי איסור תחת האינקפסולציה
האפוקסי זורם בזמן הריפוי; הימנעו מ־Vias או נחושת חשופה מתחת לכיפת הגלוב־טופ. אם חייבים Vias – לסתום/למלא כדי למנוע דליפה ובועות אוויר. - תכנון רפידות לחיווט
רפידות גדולות מספיק לנחיתת הקפילרה ומרווח מספק למניעת קצר. עקבו אחרי כללי המינימום של ספק החיווט. - תכנון תרמי
צרו נתיב חום ישיר מהשבב לנחושת/שכבות מתכת. לרכיבים בהספק גבוה השתמשו ב־Thermal Vias או לוחות ליבה מתכתית. - סימוני יישור והרכבה
הוסיפו Fiducials וסימני ייחוס ליישור אוטומטי. הימנעו מסילקסקרין או מסכת הלחמה באזורי החיווט והאינקפסולציה.
תקלות COB נפוצות וכיצד להימנע מהן
- קריעת חוטי חיווט: היצמדות ירודה/זיהום → ניקוי PCB יסודי וגימור מתאים.
- התרוממות רפידות: מאמץ גבוה בזמן חיווט → אופטימיזציית כוח וטמפרטורת החיווט.
- בועות/חללים באפוקסי: הזרקה לא מבוקרת → שליטה בזרימה וחומר מנוגז.
- קורוזיה/קצר: לחות מתחת לגלוב־טופ → חומר אינקפסולציה עמיד ללחות ואפייה מוקדמת.
- דלמינציה: חוסר התאמה במקדם התפשטות תרמי (CTE) → התאמת CTE בין הלוח לאפוקסי.
כיוון שהרכבות COB אינן ניתנות לשכתוב, בקרת תהליך ובדיקה לפני האינקפסולציה הן קריטיות.
שימושים נפוצים של COB
- מודולי LED – לעיתים על מצע אלומיניום.
- צעצועים וגאדג’טים זולים – “נקודת שחור” על לוחות פשוטים.
- חיישנים ומודולי ASIC ייעודיים בכמויות קטנות.
- מודולי IoT/RF קומפקטיים – חיבורים קצרים לשלמות אות טובה יותר.
מהי COB LED?
בתאורה, העיקרון זהה: רבים של שבבי לד על מצע יעיל תרמית בצפיפות גבוהה. במקום לארוז כל לד בנפרד כמו SMD, מציבים עשרות/מאות שבבים בצמידות ומכסים בשכבת פוספור/סיליקון אחידה – מתקבלת משטח אור רציף וחזק כמו מקור יחיד.
בגלל שטח הפליטה הרציף, COB LEDs מספקים צפיפות לומן גבוהה יותר ואחידות צבע טובה יותר לעומת מערכי SMD.
COB LED לעומת SMD LED
- מבנה: COB – שבבים רבים על מצע אחד, שכבת פוספור אחידה; SMD – כל לד ארוז בנפרד.
- אחידות אור: COB – משטח רציף ללא “נקודות”; SMD – נקודות אור נראות, לרוב דורש דיפיוזר.
- ביצועים תרמיים: COB טוב יותר – פיזור חום על שטח מתכתי גדול; SMD בינוני.
- הרכבה: COB – פחות נקודות הלחמה; SMD – רבות.
- יישומים: COB – ספוטים, פרוז’קטורים, תצוגות, רצועות; SMD – תאורה כללית ולוחות סימון.
בתצוגות LED מאפשר COB צפיפות פיקסלים קטנה יותר ומשטח שטוח ועמיד יותר מאשר מודולי SMD. בתאורה, COB מפשט את האופטיקה ומעלה יעילות.
רצועות COB LED: אור רציף ללא “Hotspots”
רצועת COB LED היא סרט לד שבו שבבים זעירים רבים מסודרים בצמידות תחת שכבת פוספור רציפה.
בניגוד לרצועות SMD, לא תראו נקודות אור נפרדות – מתקבלת קו אור חלק.
יתרונות
- בלי אזורים כהים או “אפקט נקודות”.
- פיזור אור קל יותר בלי מכסים נוספים.
- דקה וגמישה – מצוינת לארונות, מדפים וקווי דקורציה.
- זמינה ב־12V ו־24V להתקנה קלה.
מגבלות
- מעט יקרה יותר למטר.
- נדרשת פיזור חום טוב – מומלץ פרופיל אלומיניום.
- קשה יותר לתקן קטעים בודדים.
כיצד לבחור רצועת COB LED
- מתח: 12V – מרווחי חיתוך קצרים אך נפילת מתח גדולה יותר; 24V – מתאים למקטעים ארוכים.
- הספק ובהירות: W/m ו־lm/m – להתאים לספק הכוח ולבהירות הרצויה.
- טמפרטורת צבע ו־CRI: מדד ≥90 לצבעים טבעיים; לבחור 2700K–6500K לפי האווירה.
- צפיפות שבבים: בדרך כלל 320–640 שבבים/מטר; צפיפות גבוהה = אור חלק יותר.
- הגנה וסביבה: לחוץ/לחות – דירוג IP65–IP67; שימו לב שסיליקון עבה עשוי להצהיב.
- תאימות לעמעום: ודאו תמיכה ב־PWM או עמעום אנלוגי בספק/בקר.
ניהול חום ואורך חיים
כמו כל לד, גם COB מייצר חום. כאשר טמפרטורת הצומת עולה מדי, שטף האור יורד וצבע האור נודד. כדי להאריך חיים:
- התקינו רצועות COB על פרופילי אלומיניום או משטחים מתכתיים.
- דאגו לזרימת אוויר והימנעו מחללים סגורים.
- בחרו ספקי כוח עם מרווח זרם מספק.
בקירור נכון, רצועת COB יכולה להגיע ל־30,000–50,000 שעות עם דעיכת בהירות מינימלית.
שאלות נפוצות (FAQ)
מה פירוש Chip on Board?
שיטת אריזה שבה שבבים חשופים מולחמים/מודבקים ישירות ל־PCB ונאטמים באפוקסי.
האם COB זהה ל־Flip-Chip?
Flip-Chip הוא יישום אחד של COB שבו הופכים את השבב ומלחימים ישירות לרפידות.
מדוע COB זול יותר?
כי אינו דורש מארז פלסטי ו־Lead Frame.
מהי COB LED?
מקור אור המורכב משבבי לד רבים בצפיפות על מצע אחד לצורך בהירות גבוהה ואחידות.
איזו רצועה עדיפה – COB או SMD?
COB מספקת קו אור חלק ללא נקודות; SMD זולה יותר וקלה יותר לתיקון.
האם רצועות COB דורשות פרופילי אלומיניום?
כן, במיוחד להספקים גבוהים או אורכים ארוכים – לשיפור פיזור החום והארכת חיים.
סיכום
בין אם אתם מתכננים PCB עם שבבים חשופים ובין אם אתם בוחרים רצועות לד רציפות – COB מציעה מבנה קומפקטי, ביצועים גבוהים ואמינות טובה יותר.
באלקטרוניקה, COB מאפשרת מכלולים קטנים וזולים יותר ללא מארזי IC מסורתיים.
בתאורה, היא מספקת הארה חזקה, חלקה ויעילה יותר.
הבנה של אופן פעולת COB – מחוטי החיווט והאינקפסולציה ועד צפיפות ה־LED וניהול החום – תסייע למהנדסים, ליוצרים ולמעצבי תאורה בישראל לבנות מוצרים יעילים ועמידים.
