小ピッチCOB LEDディスプレイ技術：COB LEDのパッケージングプロセスと価格とは？

小ピッチCOB LEDスクリーンがますます普及する中、この革新的なパッケージング技術が電子部品の統合にどのような革命をもたらすかご存知でしょうか？なぜこの技術によって、より小型で効率的なデバイスが実現できるのでしょうか？今回は、DoitvisionがCOB技術の詳細をご紹介します。

チップオンボード (COB) PCB とは何ですか?

COB技術とは、電子部品をプリント基板（PCB）に直接実装する技術です。この方式では、従来の単体パッケージ部品を使用せず、ベアIC（集積回路）をPCB表面に取り付けます。そのため、従来のセラミックやプラスチック製のパッケージへの依存をなくし、より小型軽量の電子機器やシステムを実現できます。

チップの実装には、はんだバンプまたは接着剤が使用され、コンパクトで効率的な組み立てを実現します。直接接合により、チップとPCB間の電気経路が短縮され、優れた電気性能と信号損失の最小化が実現します。

さらに、COB テクノロジーでは、チップがボードに統合されたヒートシンクまたはサーマル パッドと直接接触するため、効果的な熱管理が可能になります。

優れた電気性能、コンパクトなフットプリント、堅牢な熱特性により、COB は次のようなスペースが限られたアプリケーションに最適です。

• ウェアラブルデバイス
• 携帯電話
• LED照明
• パワーエレクトロニクス。

さらに、COB テクノロジーは小型化の進歩を促進し、高度に統合された電子システムを実現します。

COB基板はどのように製造されるのですか？

基板の準備:

このプロセスは、PCB 表面を洗浄し、チップを接着する事前定義された領域に導電性接着剤を塗布することから始まります。

ダイアタッチメント:

パッケージ化されていない半導体チップ（ベアダイ）をピックアップし、接着剤が塗布されたプリント基板（PCB）上に正確に配置します。通常、ピックアンドプレース機または専用装置が使用されます。

ボンディング：

チップは配置後、導電性のはんだバンプを用いて基板に接合されます。これにより、ダイとPCBの導電トレースとの間に信頼性の高い電気接続が確立されます。

ワイヤーボンディング:

場合によっては、ワイヤボンディングが採用され、細い金属ワイヤ（多くの場合は金）でチップの接触パッドを PCB トレースに接続して電気信号を伝送します。

カプセル化：

エポキシ樹脂などの封止材は、チップとボンディングワイヤを環境要因から保護するために塗布され、アセンブリ全体に保護層を形成します。

テスト：

COB アセンブリは、信頼性と機能性を確保するために、熱サイクル、電気性能チェック、目視検査などの厳格なテストを受けます。

最終組み立て：

すべてのテストに合格すると、COB PCB は LED 照明器具、スマートフォン、その他の電子機器などの最終用途デバイスに統合できる状態になります。

主な技術的洞察:

COB技術は、接着剤を用いて半導体チップをPCB基板に直接接着し、基板上の回路に接続してアセンブリ全体を封止する技術です。従来の部品パッケージングが不要になるため、SMT（表面実装）を最適化できます。

COB と SMT:

根本的な違いは、COBがセラミックやプラスチックのパッケージングを必要とせずに、ピン数の多いアクティブコンポーネント（ICなど）に焦点を当てている点にある。そのため、従来のSMT方式に比べて、より薄く、軽く、高密度な集積設計が可能となる。

透析チップオンボードアプリケーション

COB技術は、半導体のベアダイをプリント基板（PCB）に直接実装する技術です。ワイヤ接続が完了した後、通常はエポキシ樹脂でチップを封止し、相互接続を保護します。ベアダイは接着剤でPCBに固定され、ワイヤボンディングによって基板の導電パターンに電気的に接続されます。最後に、エポキシ樹脂が絶縁と保護を提供します。

この工程では、パッケージ化されていない集積回路（IC）をPCB（プリント基板）に実装します。PCBには、信号処理回路や補助回路が含まれる場合もあります。ICと対応するPCBパッド間の電気的接続は、金ワイヤボンディングによって確立されます。その後、チップとボンディングワイヤを保護するために、チップ上に保護コーティングが施されます。

COBテクノロジーの主な利点：

小型化: COB は、特に従来の組み立て方法では設計上の制約を満たせない場合に、回路のサイズと重量を削減する理想的なソリューションです。

コンパクト設計：かさばる部品パッケージを排除することで、COBはシステムの設置面積を大幅に削減し、小型化用途に最適です。

アセンブリの柔軟性：COBは独自の統合オプションを提供します。シリコンダイはPCB表面に直接接着され、導電性パッドまたは金線を介して接続されます。不透明なエポキシ保護層が追加され、アセンブリを機械的ストレスや有害な光から保護します。

技術的なワークフロー:

• ダイの取り付け: ベアダイは接着剤を使用して PCB に接着されます。
• ワイヤボンディング: 金ワイヤがダイと PCB トレースの間の電気経路を作成します。
• カプセル化: アセンブリを絶縁して保護するためにエポキシ樹脂が塗布されます。
• 保護コーティング: 最後の層により、環境要因に対する耐久性が確保されます。

COB テクノロジーは、非常にコンパクトで軽量、かつ信頼性の高いシステムを実現するため、精度、耐久性、スペース効率が最も重要となる透析装置などの医療機器に特に役立ちます。

主な特徴と利点 COB テクノロジー

• 高電圧および低電圧設計: 多様な使用ケースに対応する高電圧アプリケーションと低電圧アプリケーションの両方をサポートします。
• カスタムコーティング: カスタマイズされたカプセル化材料 (エポキシ、シリコンなど) により、耐久性と環境耐性が向上します。
• 多層および両面 PCB: 複雑な回路と高密度の統合を可能にします。
• 機能ボードテスト: 組み立て前および組み立て後の厳格なテストにより、信頼性とパフォーマンスが保証されます。
• 大量生産または少量生産: 大量生産またはニッチな少量生産アプリケーション向けに拡張可能です。
• 広い温度範囲: 極端な温度 (-40°C ～ +150°C) でも確実に動作します。
• コスト競争力のあるソリューション: 従来のパッケージングを排除することで、材料と組み立てのコストを削減します。
• ターンキー ソリューション: エンドツーエンドの設計、組み立て、テスト サービスにより開発が効率化されます。

総所有コスト：COB LED vs SMD LED

COB LEDディスプレイへの投資を評価する際、真の指標となるのは、一般的な5年間のライフサイクルにおける総所有コストです。COB技術は、継続的な是正保守への支出を、初期段階の品質投資へと転換させます。

初期取得コスト： P1.5以下のファインピッチディスプレイの場合、COBパネルは同等のSMDモジュールに比べて10～20%割高になることがあります。これは、精密なダイアタッチと封止プロセスによるものです。しかし、フリップチップCOBの製造規模が拡大するにつれて、この価格差は縮小しています。

隠れた節約：メンテナンスと人件費COBは、予算を根本的に変えるものです。SMDランプは露出しているため、ちょっとした接触、清掃時の事故、輸送中の振動などで個々のLEDが破損する可能性があります。その結果、現場での修理作業、専門技術者、レンタルリフトが必要になります。これらの費用は、2年以内にモジュール価格を上回ることがよくあります。COBの硬質エポキシ層はLEDダイを完全に覆います。表面は傷がつきにくく、衝撃にも強いです。DoitvisionのCOBパネルは、納品時のデッドピクセル率が5 PPM未満で、このほぼ完璧な状態が何年も安定して維持されます。50平方メートルのコントロールルームのビデオウォールには、COB LEDスクリーンを選択できます。これにより、スクリーンの寿命にわたって、設置後の修理作業で5,000～15,000ドルを削減できます。

エネルギー消費フリップチップCOB設計は、ワットあたりのルーメン数を向上させます。ワイヤボンディングによる障害を取り除き、放熱経路を改善することで、同じ明るさを維持しながら駆動電流を低減できます。24時間7日稼働する環境では、大型COBディスプレイは電気料金を約15～20%削減できます。この継続的な節約効果は、施設の運営予算に直接的な影響を与えます。

実用的なコストシナリオ：20平方メートルのP1.2ビデオウォールの5年間予測

COBの初期投資は若干高くなりますが、計画外のメンテナンスの大幅な削減とエネルギー節約により、総所有コストは保証期間内にほぼ同等になります。その後は大幅に低下します。さらに重要なのは、重要な環境における画面ダウンタイムという運用リスクを回避できることです。

COB、SMD、GOB、DIP：P1.5以下の消費電力で優位に立つLED技術はどれか？

以下では、データに基づいた意思決定を支援するために、主要な4つのテクノロジーを客観的に評価します。

サブP1.5mmアプリケーション

• SMD 画素ピッチが大きく、損傷リスクが低いP1.8以上の解像度では、依然としてコスト競争力を維持します。
• GOB これはSMDの堅牢性を向上させるための追加プロセスですが、個々のランプビーズに固有のピクセルレベルの黒さや熱的な制限といった根本的な問題には対処していません。
• COB 近距離でのシームレスな視聴、集中を妨げる要素のない信頼性、そして長期的な安定性を実現する上で、フリップチップCOBは優れた設計上の選択肢です。だからこそ、Doitvisionはエンジニアリングチームを、コントロールルーム、スタジオ、そしてハイエンドなオフィス空間向けのフリップチップCOBの開発に専念させているのです。

COB LED ライトとは何ですか?

COB LED技術は、複数のLEDチップを基板材料（例えば、炭化ケイ素（SiC）やサファイア）に直接実装して、高密度なLEDアレイを形成する技術です。COB LEDは、より新しく技術的に高度なアプローチであり、従来のLED設計に比べて以下のような大きな利点があります。

より高いルーメン密度：単一のDIP LEDや少数のSMD LEDに依存する従来の技術とは異なり、複数のLEDチップを単一のアレイに統合することで実現されます。

均一な光出力: 密集したチップにより、影やホットスポットが最小限に抑えられ、均一で高輝度の照明が生成されます。

スペース効率: コンパクトな設計により、高い明るさを維持しながら設置面積を削減します。

簡素化された回路: ほとんどの COB 設計では、2 つの接点を持つ単一回路構成が使用され、組み立てと電気接続が合理化されます。

COB LEDテクノロジーの主な利点:

• 超小型サイズ：スペースに制約のある用途に最適です。
• 強化された明るさ: 特に近距離で優れた輝度を実現します。
• 均一な照明: 精密な作業のための一貫した光の分布。
• 合理化された設計: 熱と電気の管理が簡素化されます。
• 改善された熱性能: 基板の直接接合により放熱性が強化され、信頼性と寿命が向上します。

COB LED は、自動車照明、医療機器、舞台照明、民生用電子機器に広く使用されています。

先進的なCOBアーキテクチャ：ワイヤボンディング対フリップチップ

COB LEDディスプレイはすべて同じ品質というわけではありません。根本的な違いは、LEDチップが基板にどのように接続されているかにあります。プロのバイヤーとして、長期的な信頼性と優れた視覚性能が求められます。

ワイヤボンディングCOB（従来方式）この方式では、裸のLEDチップが上向きに実装されます。極めて細い金線を使用してチップの上面電極をPCBパッドに接続し、その後アセンブリ全体を封止します。この設計はコスト効率が良く成熟していますが、2つの潜在的な弱点があります。繊細な金線は、特に熱膨張によるストレス下で故障の原因となる可能性があり、また、金線が光の放射を部分的に遮るため、極端な角度ではわずかな影や不均一な輝度が発生します。

フリップチップCOB（次世代規格）これは、超微細ピッチLEDディスプレイの真の可能性を引き出す技術です。LEDチップは反転され、金属の突起または支柱を介して基板に直接接合されます。これにより、金線は不要になります。

• 優れた熱管理: 発光層で発生した熱は、導電性の低いサファイア基板を経由することなく、最短経路で直接プリント基板（PCB）に伝導されます。ワイヤボンディングと比較して、これにより熱抵抗が最大5分の1に低減されます。そのため、LEDの寿命が劇的に延び、輝度劣化が抑制されます。
• 遮るもののない光出力： 発光面に配線がないため、フリップチップCOBはより広く均一な光場を実現します。また、配線の断線によって発生する「毛虫状」のデッドピクセル群のリスクを完全に排除します。
• 信頼性の向上: 全金属製のソリッドステート接合は、物理的な衝撃や温度変化に対して本質的に高い耐性を備えています。そのため、フリップチップCOBスクリーンは、レンタル用ステージング、高級小売店、ミッションクリティカルな制御室などに最適です。

Doitvisionでは現在、フリップチップCOB LEDスクリーンを量産の最優先事項としています。お客様には、現在入手可能な中で最も安定性が高く、視覚的に優れたテクノロジーを提供できます。

共通カソードCOB LEDテクノロジー

共通陰極（COB）技術は、省エネルギー電源設計であり、ハイエンドのCOB LEDディスプレイに広く採用されている。

従来のLEDディスプレイは、異なるLEDチップが同じ電圧源を共有する共通陽極構造を採用していることが多い。一方、共通陰極技術では、赤、緑、青のチップにそれぞれ独立した電圧を供給する。

この最適化された電力配分により、不要なエネルギー損失と発熱が削減されます。

共通陰極型（COB）LEDディスプレイの利点は以下のとおりです。

・消費電力が20%～40%削減

・動作温度の低下

・表示の安定性が向上しました

・LEDの長寿命化

・エネルギー効率の向上

制御室や監視センターなど、24時間7日の稼働が求められる用途において、Doitvision社の共通陰極（COB）ディスプレイは、長期的に見て大幅な運用コスト削減を実現します。

COB LEDディスプレイのコントラスト比とHDR性能

COB LEDディスプレイの最大の利点の1つは、その卓越した画質です。

COB技術は、光の反射を最小限に抑えた超平坦な表示面を実現します。従来のSMD LEDディスプレイと比較して、黒レベルとコントラスト性能が大幅に向上します。

最新のCOB LEDディスプレイは、10,000:1を超えるコントラスト比を実現し、以下の性能を発揮します。

・より深い黒の表現

・グレースケールの遷移がよりスムーズ

・HDR効果の向上

・より高い画像深度

・視覚的なリアリズムの向上

多くの高級COB LEDディスプレイはHDR10技術にも対応しています。

・XRバーチャルプロダクション

・放送スタジオ

・企業向けショールーム

・高級会議室

・高級小売業向けアプリケーション

COB LEDディスプレイの推奨視聴距離

一般的に、最小視距離は、メートル単位の画素ピッチ値とほぼ等しい。

会議室やスタジオなど、近距離で画面を見る屋内環境では、画素ピッチの小さいCOBディスプレイの方が、優れた画像鮮明度と滑らかな映像性能を提供します。

4K COB LEDディスプレイサイズ計算ツール

多くの顧客は、COB LEDディスプレイを使用して真の4K解像度を実現するには、どのくらいの画面サイズが必要かを知りたいと思っています。

必要な表示サイズは、選択したピクセルピッチによって異なります。

高級会議室や放送環境において、P1.2 COBは画質とプロジェクトコストの優れたバランスを提供するため、最も人気のある選択肢の一つです。

COBパッケージングプロセス

COB技術は、コスト効率が高く、省スペースなソリューションを提供します。他の包装方法と比較して、製造プロセスが成熟しています。しかし、特有の制約や技術的な課題も存在します。

Advantages:

• 低コスト: COB パッケージは、同等の従来のパッケージに比べて約 3 分の 1 の価格で提供されます。
• スペース効率: かさばるコンポーネントケースをなくし、コンパクトな設計を可能にします。
• 実証済みの製造: 確立されたプロセスを活用して信頼性の高い生産を実現します。

制限事項：

• 必要な設備：特殊なはんだ付けおよび封止ツールが必要となるため、生産速度が低下する可能性がある。
• 環境に対する敏感性: PCB の組み立て中は、湿度、温度、清潔さを厳密に管理することが重要です。
• メンテナンスの複雑さ: 統合されたカプセル化された設計のため、修理ややり直しが困難です。

パフォーマンスに関する考慮事項:

強化された信号整合性: COB はパッケージング材料からの寄生効果を最小限に抑えることで IC のパフォーマンスを向上できます。

設計上の課題:

基板の接続: COB 設計におけるリードフレーム チップまたは BGA (ボール グリッド アレイ) 構成では、VCC/グランド接続が最適にならない場合があります。

CTE 不一致: 材料間の熱膨張係数 (CTE) の違いにより機械的ストレスが発生し、はんだ接合部またはトレースの障害が発生するリスクがあります。

熱管理: 高密度のレイアウトで熱の蓄積を軽減するには、慎重な設計が必要です。

COB はコストと小型化を優先するアプリケーションでは依然として人気のある選択肢ですが、その技術的な制約により、慎重な設計とプロセスの最適化が必要になります。

ステップ1：クリスタルの拡張

延伸機は、メーカーから提供されたLEDチップフィルムを均一に延伸します。これにより、フィルム表面に密着して取り付けられたLEDチップが分離され、ピックアンドプレース作業が容易になります。

ステップ2：接着剤の塗布

銀ペーストを塗布したバッキングマシンの表面に、拡張したクリスタルリングを置きます。ディスペンサーで適量の銀ペーストをPCBに塗布し、LEDチップを一括実装します。

ステップ3：PCBへのLEDチップの配置

銀ペーストを塗布した拡張クリスタルリングをピックアンドプレース装置に装着します。作業員は顕微鏡下でボンディングツールを使用し、LEDチップをPCB上に正確に配置します。

ステップ4：穴あきPCBの熱サイクル

穴あきPCBを熱サイクルオーブンに入れ、一定時間保持します。銀ペーストが硬化したら取り出します（長時間放置するとLEDコーティングが酸化し、黄ばむ可能性があります）。この手順はLEDチップの接合にのみ適用され、ICチップの接合には適用されません。

ステップ5：ICチップの取り付け

ディスペンサーを用いて、PCB上のICの位置に赤色の接着剤を塗布します。静電気防止ツール（赤色または黒色の接着剤タイプ）を用いて、ICダイを接着剤上に正確に配置します。

ステップ6：硬化プロセス

接着剤で接合した部品を、大型の平らな加熱プレート上の熱サイクルオーブンに置き、温度安定性のある硬化を促します。自然硬化は任意ですが、より長い時間が必要となります。

ステップ7：ワイヤーボンディング

アルミワイヤボンダーを使用して、チップパッド（LED/IC）と対応する PCB パッド間の相互接続を作成し、COB（チップオンボード）の内部配線を完成させます。

ステップ8：事前テスト

専用の試験装置（例：高精度安定化電源）を用いてCOBボードを評価します。不適合品は廃棄し、再加工します。

ステップ9：カプセル化

ディスペンサーを用いて、計量したABエポキシを接着されたLEDモジュールに塗布します。ICを黒色エポキシで封止し、その後、お客様の仕様に従って化粧封止を行います。

ステップ10：最終硬化

封止されたPCBを、温度制御された熱サイクルオーブンで硬化させます。プロセス要件に応じて乾燥時間を調整します。

ステップ11：事後テスト

専用のテスト ツールを使用してカプセル化された PCB の電気性能テストを実行し、品質の等級を確定します。

COB LEDディスプレイ価格ガイド

COB LEDディスプレイの価格は、画素ピッチ、輝度、筐体材質、リフレッシュレート、システム構成など、複数の要因によって決まります。

以下は、屋内用COB LEDディスプレイの一般的な参考価格帯です。

まとめ：

COB技術は電子機器業界を劇的に変革しました。従来のパッケージング技術では得られなかった多くの利点を提供します。

COB技術は、チップを基板に直接実装することで、電子機器の小型化、軽量化、省エネルギー化を実現します。余分なパッケージングを排除し、電気接続経路を短縮することで、電気的性能の向上、信号損失の低減、効果的な熱管理が可能になります。この最先端技術により、COBディスプレイはますます高精細化されています。当社はCOB LEDビデオウォールのトップメーカーとして、COB LEDディスプレイが必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。