Công nghệ LED COB là gì? – Ưu nhược điểm chi tiết nhất

Trong những năm gần đây, công nghệ LED đã có những bước tiến vượt bậc, đặc biệt là sự ra đời của công nghệ COB. Vậy COB là gì và tại sao nó lại được ứng dụng rộng rãi trong chiếu sáng? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ này, từ định nghĩa, ưu điểm, nhược điểm cho đến các ứng dụng thực tế.

1. COB là gì?

COB (Chip On Board) là viết tắt của cụm từ “chip gắn trên bảng mạch”. Bạn có thể hình dung COB như một cách để gắn trực tiếp những con chip LED nhỏ xíu lên một cái bảng mạch, giống như dán tem lên bìa vậy. Thay vì dùng những con chip có vỏ bọc như trước đây, người ta sử dụng luôn những con chip “trần trụi” để gắn lên bảng mạch. Nhờ vậy, màn hình LED sẽ mỏng hơn, sáng hơn và đẹp hơn.

Quy trình sản xuất LED COB diễn ra như thế nào?

• Dán chip LED lên bảng mạch: Những con chip LED nhỏ xíu được dán trực tiếp lên một cái bảng mạch bằng một loại keo đặc biệt. Loại keo này vừa giúp chip dính chặt, vừa giúp truyền điện.
• Hàn nối dây: Để chip LED có thể hoạt động được, người ta phải nối chúng với bảng mạch bằng những sợi dây rất nhỏ. Việc nối này được thực hiện bằng một kỹ thuật đặc biệt gọi là hàn siêu âm, giúp mối nối chắc chắn và không bị đứt.
• Bảo vệ chip LED: Sau khi gắn chip và nối dây xong, người ta sẽ phủ lên bề mặt chip một lớp keo trong suốt để bảo vệ chúng khỏi bụi bẩn, va đập và các tác động khác từ môi trường.

Nếu chip LED không được bọc bảo vệ, nó sẽ dễ bị hỏng do ô nhiễm, va chạm hoặc tác động từ bên ngoài. Công nghệ COB được tạo ra để giải quyết những hạn chế của các công nghệ cũ. Nó giúp tiết kiệm diện tích, làm cho quá trình sản xuất đơn giản hơn và cải thiện khả năng tản nhiệt, tức là làm cho đèn không bị nóng quá khi sử dụng. So với các công nghệ đóng gói trước đây như DIP hay SMD, COB có nhiều ưu điểm hơn, như sản xuất nhanh hơn, tản nhiệt tốt hơn, ánh sáng chất lượng hơn, dễ sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau và chi phí cũng hợp lý hơn

COB mang đến nhiều lợi ích vượt trội: góc nhìn rộng, khả năng chống bụi, chống sốc tốt, bề mặt cứng cáp và thường có khả năng chống nước. Ngoài ra, thiết kế bề mặt phẳng và đồng đều giúp giảm thiểu hiện tượng lóa hoặc không đều ánh sáng.

2. Ưu điểm của công nghệ gắn chip LED COB

2.1. Tỷ lệ điểm chết thấp

Khi bạn nhìn vào một màn hình LED, bạn sẽ thấy hàng triệu điểm ảnh nhỏ li ti. Mỗi điểm ảnh này có nhiệm vụ tạo ra một màu sắc nhất định. Tuy nhiên, đôi khi có một số điểm ảnh không thể sáng lên hoặc bị lỗi màu sắc, chúng ta gọi đó là điểm chết. Nếu có quá nhiều điểm chết, hình ảnh sẽ bị gián đoạn, xuất hiện các chấm đen hoặc các vệt màu lạ, gây khó chịu cho người xem.

Theo tiêu chuẩn hiện hành, một màn hình LED được xem là đạt tiêu chuẩn nếu tỷ lệ điểm chết không vượt quá 0,03%. Nghĩa là, trên 10.000 điểm ảnh, chỉ được phép có tối đa 3 điểm chết.

Công nghệ COB là một bước đột phá trong việc giảm thiểu điểm chết trên màn hình LED. Nhờ cấu trúc đặc biệt, màn hình LED COB có thể đạt được tỷ lệ điểm chết cực thấp:

• Màn hình full màu: Dưới 0,005% (tức là trên 100.000 điểm ảnh mới có 5 điểm chết).
• Màn hình đơn sắc hoặc hai màu: Còn ấn tượng hơn, chỉ dưới 0,0008% (tức là trên 1 triệu điểm ảnh mới có 8 điểm chết).

Để đạt được tỷ lệ điểm chết tối ưu như vậy, công nghệ COB đã cải tiến ở nhiều khía cạnh:

1. Giảm thiểu các mối hàn, giảm nguy cơ lỗi:

Mỗi đèn LED trong công nghệ COB chỉ cần 5 mối hàn để kết nối, trong khi công nghệ SMD cần tới 9 mối hàn. Điều này có nghĩa là công nghệ COB giảm đi đáng kể số lượng các điểm có thể xảy ra lỗi.

Lợi ích cụ thể khi sản xuất màn hình LED:

• Với màn hình P10, COB giảm được 40.000 điểm cần hàn trên mỗi mét vuông so với SMD.
• Với màn hình P5 (mật độ điểm cao gấp đôi P10), COB tiết kiệm tới 160.000 mối hàn/m².
• Với màn hình P2.0, con số này tăng lên 1 triệu mối hàn/m².
• Với màn hình P1.0 (mật độ điểm cực cao), COB có thể giảm tới 4 triệu mối hàn/m².

Ngược lại, quy trình SMD yêu cầu đảm bảo chất lượng cho hàng triệu mối hàn này, làm tăng nguy cơ lỗi như hàn không kín, hàn đứt quãng hoặc hàn kém chất lượng. COB loại bỏ hoàn toàn bước hàn trên bề mặt chân đèn, giúp tăng độ bền và độ tin cậy cho sản phẩm.

2. Nâng cao hiệu quả sản xuất:

COB tiết kiệm thời gian và chi phí nhờ việc giảm số lượng linh kiện và mối hàn, đồng thời cải thiện hiệu quả khả năng tản nhiệt. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các màn hình LED mật độ điểm cao, nơi yêu cầu sự ổn định và chất lượng cao trong thời gian dài.

3. Loại bỏ quy trình nhiệt độ cao nguy hiểm trong lò hàn reflow

• Quy trình COB loại bỏ hoàn toàn bước gắn đèn LED lên bề mặt chân đèn thông qua lò hàn reflow, giúp tránh rủi ro nhiệt độ cao ảnh hưởng đến chip LED và đường hàn.
• Trong lò hàn reflow, nhiệt độ thường đạt tới 240°C. Nếu keo epoxy có nhiệt độ chịu nhiệt (điểm TG) thấp hoặc hấp thụ hơi ẩm, nhiệt độ cao này có thể gây giãn nở không đồng đều, làm đứt đường hàn của chip LED và dẫn đến hỏng hóc.
• Thêm vào đó, nhiệt độ cao có thể dẫn nhiệt nhanh qua chân kim loại của đèn LED, gây ra hiện tượng nứt hoặc vỡ chip LED. Điều đáng lo ngại là những vấn đề này thường không xuất hiện trong quá trình thử nghiệm tại nhà máy mà chỉ xảy ra sau một thời gian sử dụng, khiến khách hàng gặp rắc rối.

4) Khả năng tản nhiệt tốt

Quy trình COB gắn trực tiếp chip LED lên bề mặt pad của bảng mạch, tạo diện tích tiếp xúc lớn và hiệu quả tản nhiệt cao. Trong khi đó, công nghệ truyền thống gắn chip LED lên pad bên trong chân đế, sau đó nhiệt phải truyền gián tiếp qua chân kim loại đến bảng mạch PCB, dẫn đến hiệu quả tản nhiệt kém hơn.

5) Sử dụng bảng mạch PCB mạ vàng

COB sử dụng bảng mạch PCB được mạ vàng (quy trình immersion gold), thay vì quy trình phun thiếc thông thường.

Lớp mạ vàng giúp PCB có khả năng chống oxy hóa cao hơn, đặc biệt phù hợp khi sử dụng trong môi trường khắc nghiệt như nóng ẩm hoặc có hơi muối.

6) Xử lý bảo vệ toàn diện, không có góc chết

Bề mặt đèn LED COB được thiết kế cong tròn, đồng đều và được bọc kín hoàn toàn bằng keo epoxy, không có chân linh kiện nào lộ ra ngoài.

Điều này giúp COB thích hợp cho cả môi trường trong nhà, ngoài trời, và ngay cả môi trường khắc nghiệt với độ ẩm cao hay hơi muối, mà không lo ngại hiện tượng oxy hóa dẫn đến hỏng hóc.

1.2. Tiết kiệm chi phí

1) Tiết kiệm nguyên liệu thô

• Công nghệ COB không cần sử dụng các vật liệu như giá đỡ kim loại hay băng dẫn, giúp giảm chi phí nguyên liệu.

2) Tiết kiệm chi phí quy trình sản xuất

• COB loại bỏ các bước cắt, chia, tạo băng dẫn và hàn reflow trong quy trình sản xuất đèn LED, từ đó giảm đáng kể chi phí sản xuất.

3) Tiết kiệm chi phí vận chuyển

Không cần sử dụng giá đỡ kim loại, COB giảm được khối lượng sản phẩm. Ví dụ: Một mét vuông màn hình LED SMD P3 sử dụng tới 111.111 giá đỡ, trong khi COB không cần tới chúng.

Sử dụng quy trình COB giúp giảm đáng kể lượng keo. Ví dụ: Với mô-đun P3 có 1024 hạt LED, chỉ cần dưới 3 gram keo, giảm nhẹ trọng lượng mô-đun và chi phí vận chuyển.

COB tích hợp toàn bộ quy trình sản xuất (từ đóng gói chip LED đến sản xuất màn hình LED) trong một doanh nghiệp, giúp giảm chi phí tổ chức, đóng gói, vận chuyển và kiểm soát chất lượng.

1.3. Dễ đạt khoảng cách điểm ảnh nhỏ

Công nghệ COB không bị giới hạn bởi kích thước giá đỡ, có thể thiết kế đường kính bóng đèn chỉ 1.2mm và khoảng cách an toàn giữa các bóng là 0.5mm.

Hiện tại, COB có thể đạt độ phân giải P1.7, và trong tương lai, với công nghệ chip lật (flip-chip), việc đạt P1.0 là hoàn toàn khả thi.

1.4 Màn hình LED COB siêu mỏng và nhẹ

• PCB của COB có độ dày tùy chọn từ 0.4-1.2mm, giảm ít nhất 1/3 trọng lượng so với sản phẩm truyền thống.
• Điều này không chỉ giảm chi phí cấu trúc, vận chuyển mà còn giảm cả chi phí lắp đặt.

1.5 Màn hình LED COB chống va đập và áp lực

• COB gắn chip LED trong hốc lõm của PCB và cố định bằng keo epoxy, tạo bề mặt bóng mịn, cứng cáp và chịu được va đập, mài mòn tốt hơn so với SMD.

1.6. Màn hình LED COB có góc nhìn rộng

• Đèn LED COB phát sáng từ bề mặt cong nông hình cầu, tạo góc nhìn trên 175 độ, gần như 180 độ, và mang lại hiệu ứng ánh sáng mượt mà, đồng đều hơn so với SMD.

1.7. Màn hình LED COB có thể uốn cong linh hoạt

PCB của COB có khả năng uốn cong mà không làm hỏng chip LED. Trong khi đó, PCB của SMD dễ bị bong chân hàn khi uốn cong.

COB lý tưởng cho các màn hình LED dạng cong, tròn, gợn sóng, phù hợp với các không gian như quán bar, câu lạc bộ, và các màn hình thiết kế đặc biệt.

Ví dụ: Với mô-đun P4, khả năng uốn cong có thể đạt đường kính 50cm, thích hợp làm màn hình hình trụ trong sân bay, nhà ga, hay trung tâm thương mại.

1.8. Khả năng tản nhiệt vượt trội

COB tản nhiệt trực tiếp qua lớp đồng trên PCB, trong khi SMD và DIP tản nhiệt qua lớp keo và chân đèn với diện tích nhỏ hơn.

Lớp đồng của PCB COB được gia công nghiêm ngặt với quy trình mạ vàng, giúp dẫn nhiệt nhanh và hiệu quả.

Nhờ đó:

• Giảm hiện tượng suy giảm ánh sáng hoặc hỏng hóc do nhiệt.
• Tăng tuổi thọ và chất lượng hiển thị của màn hình LED.

1.9. Sáu lợi thế chống chịu đặc biệt

Chống nước, chống ẩm: Các module LED truyền thống có chân tiếp xúc lộ ra ngoài, dễ bị ngắn mạch khi gặp nước hoặc ẩm. COB bảo vệ chip LED bằng lớp epoxy, không để lộ chân tiếp xúc, đảm bảo không bị ảnh hưởng khi tiếp xúc với nước hoặc độ ẩm.

Chống bụi: COB có bề mặt nhẵn, giúp dễ dàng lau sạch bụi bằng vải mà không làm ảnh hưởng đến màn hình.

Chống tĩnh điện: Lớp epoxy bảo vệ cũng giúp COB không bị ảnh hưởng bởi tĩnh điện, vốn là nguyên nhân phổ biến gây chết đèn ở LED truyền thống.

Chống oxy hóa: PCB của COB được xử lý đặc biệt để chống lại quá trình oxy hóa, kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

Chống tia UV: Module COB có khả năng chịu được tia UV, hoạt động tốt ở cả nhiệt độ rất thấp (-30°C) và rất cao (+80°C).

Chống va đập: Bề mặt COB được làm cứng với epoxy, không dễ bị trầy xước hoặc hư hỏng do va đập.

1.10. Tiết kiệm năng lượng, độ sáng cao

• COB sử dụng chip LED lớn, cải thiện độ sáng và giảm mức tiêu thụ nhiệt, giúp tiết kiệm năng lượng hơn so với SMD.
• Hiệu suất tản nhiệt tốt hơn của COB làm giảm hiện tượng giảm sáng, duy trì độ sáng ổn định và đồng đều sau thời gian dài sử dụng.

3. Nhược điểm của công nghệ COB

Mặc dù công nghệ COB mang lại nhiều ưu điểm vượt trỗi, nhưng khi áp dụng vào lĩnh vực LED điểm ảnh nhỏ, nó vẫn còn một số hạn chế nhất định cần được cải thiện:

3.1. Độ đồng nhất kém

Thiếu bước phân loại màu sắc: Không giống như công nghệ SMD, COB không có bước phân loại màu sắc ngay từ đầu. Điều này dẫn đến tình trạng màu sắc của các điểm ảnh không đồng đều, gây ra hiện tượng màu sắc kém hài hòa và ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh tổng thể của màn hình.

Ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng: Sự không đồng đều về màu sắc sẽ khiến người xem cảm thấy khó chịu và giảm đi trải nghiệm xem.

3.2. Tính mô-đun hóa cao

Do màn hình LED COB được lắp ráp từ nhiều bảng đơn vị nhỏ, nên rất khó để đảm bảo màu sắc của các bảng này hoàn toàn giống nhau. Điều này dẫn đến hiện tượng không đồng nhất về màu tĩnh, tức là khi màn hình hiển thị màu đen, các điểm ảnh sẽ có những sắc thái màu khác nhau, làm giảm tính thẩm mỹ của màn hình.

3.3. Độ phẳng của bề mặt

Quy trình nhỏ giọt keo từng bóng đèn đơn lẻ (single lamp dispensing) khiến bề mặt không phẳng, dễ nhận thấy cảm giác sần sùi khi chạm vào.

3.4. Khó khăn trong bảo trì

Sửa chữa module COB đòi hỏi thiết bị chuyên dụng, khiến việc bảo trì trở nên khó khăn và tốn kém. Thông thường, module cần được gửi về nhà máy để sửa chữa.

3.5 Tỷ lệ thành phẩm thấp

Tỷ lệ hoàn thiện sản phẩm của COB còn thấp, độ tương phản (contrast) kém và chi phí bảo trì cao.

3.6. Quy trình phức tạp

COB hiện nay vẫn sử dụng chip gắn dương (positive mount chip), đòi hỏi nhiều bước như gắn chip (solid crystal) và hàn dây (welding line). Số lượng điểm hàn lớn làm tăng khả năng lỗi và quy trình sản xuất khó khăn hơn khi diện tích pad tiếp xúc bị thu nhỏ.

Kết luận

Mặc dù công nghệ COB đã đạt được một số bước tiến đáng kể trong lĩnh vực màn hình, nhưng điều này không đồng nghĩa với việc công nghệ SMD sẽ bị loại bỏ hoàn toàn.

Trong phân khúc điểm ảnh >1.0mm:

Công nghệ SMD vẫn giữ vai trò dẫn đầu nhờ vào hiệu năng ổn định, độ tin cậy đã được kiểm chứng, và hệ thống lắp đặt, bảo trì hoàn thiện. Đây vẫn là lựa chọn tối ưu cho người dùng và thị trường hiện tại.

Trong phân khúc điểm ảnh 0.5mm ~ 1.0mm:

Khi công nghệ COB tiếp tục được cải thiện và nhu cầu thị trường thay đổi, công nghệ đóng gói COB sẽ phát huy rõ ràng hơn các ưu thế kỹ thuật và giá trị của mình.

Hiện tại, cả hai công nghệ vẫn có chỗ đứng riêng và COB sẽ cần thời gian để chứng minh giá trị ở các phân khúc nhỏ hơn.