In der modernen Beleuchtungstechnologie haben sich LEDs als energieeffiziente und langlebige Alternative zu herkömmlichen Leuchtmitteln etabliert. Innerhalb der LED-Technologie gibt es jedoch verschiedene Bauformen und Herstellungsverfahren, die für unterschiedliche Anwendungen optimiert sind. Zu den wichtigsten Varianten zählen COB-LEDs (Chip on Board) und SMD-LEDs (Surface Mounted Device). In diesem Artikel analysieren wir die technischen Unterschiede, Vor- und Nachteile sowie die optimalen Einsatzbereiche beider Technologien.

Was ist eine COB-LED?

COB LEDs und SMD LED Chips scheinen auf den ersten Blick ähnlich. Doch bei genauerem Hinsehen offenbaren sich fundamentale Unterschiede in Aufbau und Funktionsweise.

Grundlegende Definition und Aufbau

Der COB LED-Chip ist direkt auf das gesamte Substrat aufgeklebt und verpackt, d.h. die Anzahl der Chips ist auf der Rückseite integriert. Die COB LED (Chip on Board) wird hauptsächlich zur Lösung des Problems der Herstellung von Hochleistungs-LED-Lampen mit kleinen Leistungschips eingesetzt. Sie kann die Wärmeabfuhr der Chips verteilen, die Lichtausbeute verbessern und die Blendungswirkung von LED-Lampen reduzieren. COB hat eine hohe Lichtstromdichte, weniger Blendung, weiches Licht und emittiert eine gleichmäßig verteilte Lichtfläche.

Technisch betrachtet ist COB eine integrierte Oberflächen-LED-Technologie mit hoher Lichtausbeute, bei der die LED-Chips direkt auf einem metallischen Spiegelsubstrat mit hoher Lichtreflexionsrate befestigt sind. Diese Technologie eliminiert das Konzept der Halterung und kommt ohne Beschichten, Reflow-Löten und Kleben aus, was den Produktionsprozess vereinfacht und die Kosten um fast ein Drittel reduziert.

Herstellungsprozess von COB-LEDs

Der Herstellungsprozess von COB-LEDs umfasst mehrere technologisch anspruchsvolle Schritte:

1. Substratvorbereitung: Ein Aluminiumsubstrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit wird mit einer speziellen reflektierenden Beschichtung versehen.
2. Chip-Platzierung: Zahlreiche kleine LED-Chips (typischerweise 9-100 Chips) werden präzise auf dem Substrat positioniert.
3. Die-Bonding: Die Chips werden mittels thermischer oder ultraschallgestützter Verfahren mit dem Substrat verbunden, um optimalen elektrischen Kontakt und Wärmeübergang zu gewährleisten.
4. Wire-Bonding: Hauchdünne Golddrähte (Durchmesser: 15-35 µm) verbinden die einzelnen Chips elektrisch miteinander.
5. Phosphorbeschichtung: Eine gleichmäßige Schicht aus Phosphor wird über alle Chips aufgetragen, um bei weißen LEDs aus dem blauen LED-Licht das gewünschte Farbspektrum zu erzeugen.
6. Verkapselung: Das gesamte Array wird mit einer Silikonmasse oder Epoxidharz versiegelt, um die empfindlichen Komponenten zu schützen.

COB-LED Komponente	Material	Funktion
Substrat	Aluminium, Keramik, Kupfer	Wärmeableitung, mechanische Stabilität
Reflektierende Schicht	Silber, hochreflektierendes Polymer	Lichtverstärkung durch Reflexion
LED-Chips	InGaN (blau), AlGaInP (rot/gelb)	Primäre Lichterzeugung
Bonddrähte	Gold, Aluminium	Elektrische Verbindung
Phosphorschicht	YAG:Ce (Gelb), verschiedene Seltene Erden	Wellenlängenkonversion (bei weißen LEDs)
Verkapselung	Silikon, Epoxid	Schutz vor Umwelteinflüssen

Verschiedene Form-Typen von COB-LEDs

COB-LEDs werden in verschiedenen Formfaktoren und Größen hergestellt, um unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden:

1. Runde COBs: Mit Durchmessern von 9mm bis 38mm, ideal für Spotbeleuchtung und Downlights.
2. Rechteckige COBs: In Abmessungen von 12×15mm bis 29×45mm, häufig in Linearleuchten und Panelleuchten verwendet.
3. Quadratische COBs: Typischerweise 13×13mm bis 38×38mm, vielseitig einsetzbar für verschiedene Leuchtendesigns.
4. Custom-Shaped COBs: Speziell geformte COBs für bestimmte Anwendungen wie Automobilscheinwerfer oder architektonische Beleuchtung.

Die lichtemittierende Fläche und die Außenabmessung der LED können entsprechend der äußeren Struktur des End-Produkts gestaltet werden, was COB-LEDs besonders flexibel für verschiedene Beleuchtungsanwendungen macht.

Herausragende Merkmale von COB-LEDs

COB-LEDs bieten eine Reihe von technischen Vorteilen, die sie für bestimmte Anwendungen prädestinieren:

1. Überlegene Wärmeabfuhr

Die direkte Montage der LED-Chips auf einem Metallsubstrat ermöglicht eine außergewöhnlich effiziente Wärmeableitung:

• Niedriger thermischer Widerstand: Typischerweise 0,4-0,8 K/W, deutlich besser als bei konventionellen LEDs
• Hohe Wärmeleitfähigkeit: Das Aluminiumsubstrat leitet Wärme mit 200-220 W/(m·K)
• Wärmestromerhaltung: Die Kühlkörpertechnologie gewährleistet eine Wärmestromerhaltung von bis zu 95%

Diese überlegene Wärmeabfuhr führt zu einer längeren Lebensdauer, da jede Temperaturerhöhung um 10°C die Lebensdauer einer LED um etwa 30-50% reduzieren kann.

2. Hervorragende Lichtqualität

COB-LEDs zeichnen sich durch besondere Lichteigenschaften aus:

• Hohe Lichtstromdichte: 100-150 lm/mm² gegenüber 30-50 lm/mm² bei SMD-LEDs
• Gleichmäßige Lichtverteilung: Keine sichtbaren einzelnen Lichtpunkte
• Reduzierte Blendung: Der Leuchteffekt ist weicher und angenehmer für das Auge
• Exzellente Farbwiedergabe: CRI-Werte von 80-98 sind erreichbar
• Konsistente Farbtemperatur: Abweichungen typischerweise <3 SDCM (MacAdam-Ellipsen)

3. Technische und wirtschaftliche Vorteile

Neben den lichttechnischen Eigenschaften bieten COB-LEDs weitere Vorteile:

• Vereinfachtes Schaltungsdesign: Da alle Chips bereits elektrisch verbunden sind
• Optimales optisches Design: Durch die einheitliche Lichtquelle
• Einfache Installation: Reduzierter Schwierigkeitsgrad des Lampendesigns
• Kostenreduktion: Einsparungen bei Verarbeitung und Wartung
• Elektrische Stabilität: Weniger anfällig für Teilausfälle als diskrete LEDs
• Umweltfreundlichkeit: Weniger Materialverbrauch und längere Lebensdauer

Leistungsklasse	Typische Größe	Lichtstrom	Hauptanwendungen
Niederleistungs-COB (3-10W)	9-15mm Durchmesser	300-1.200 lm	Akzentbeleuchtung, kleine Downlights
Mittelleistungs-COB (10-30W)	19-28mm Durchmesser	1.200-3.600 lm	Downlights, Trackspots, Ersatz für Halogenlampen
Hochleistungs-COB (30-100W)	28-38mm Durchmesser	3.600-12.000 lm	Shopbeleuchtung, Industrieleuchten
Ultra-Hochleistungs-COB (>100W)	38-50mm Durchmesser oder größer	12.000-25.000+ lm	Flutlicht, Straßenbeleuchtung, Stadionbeleuchtung

Was ist eine SMD-LED?

Nach der ausführlichen Betrachtung der COB-Technologie wenden wir uns nun den SMD-LEDs zu, die in vielen Beleuchtungsanwendungen weit verbreitet sind.

Grundlegende Definition und Aufbau

SMD-LED steht für „Surface Mounted Device“ LED, also oberflächenmontierte LED-Chips. Diese Technologie wurde entwickelt, um die Produktionseffizienz zu verbessern und ist für verschiedene Anwendungen geeignet. Es handelt sich um eine Halbleitervorrichtung, die elektrischen Strom direkt in Licht umwandeln kann.

SMD-LEDs haben typischerweise eine Betriebsspannung von 1,9-3,2V, abhängig vom verwendeten Halbleitermaterial und der Farbe des emittierten Lichts. Das Herzstück der LED ist ein Halbleiterchip. Ein Ende des Chips ist an einem Träger befestigt, wobei ein Ende die negative Elektrode bildet und das andere Ende mit der positiven Elektrode der Stromversorgung verbunden ist. Der gesamte Chip ist mit Epoxidharz verkapselt, um ihn vor Umwelteinflüssen zu schützen.

Funktionsprinzip der SMD-LED

Der in einer SMD-LED verwendete Halbleiterchip besteht aus zwei Teilen:

• Ein Teil ist ein P-Halbleiter, in dem Löcher (positive Ladungsträger) vorherrschen
• Das andere Ende ist ein N-Halbleiter, in dem Elektronen (negative Ladungsträger) dominieren

Wenn diese beiden Halbleitertypen miteinander verbunden werden, bildet sich zwischen ihnen ein P-N-Übergang (Diode). Wenn elektrischer Strom über einen Anschlussdraht an den Chip angelegt wird, werden Elektronen in den p-Bereich geschoben. Dort rekombinieren sie mit den Löchern und geben dabei Energie in Form von Photonen (Licht) ab. Dies ist das grundlegende Prinzip der Lichtemission in LEDs.

Die Wellenlänge des emittierten Lichts – und damit die wahrgenommene Farbe – wird durch das Material bestimmt, aus dem der P-N-Übergang besteht:

Farbe	Wellenlänge (nm)	Halbleitermaterial	Typische Vorwärtsspannung (V)
Rot	620-645	AlGaInP	1,9-2,2
Grün	520-550	InGaN	2,8-3,2
Blau	460-490	InGaN	2,8-3,4
Weiß	Breitband	InGaN + Phosphor	2,8-3,6

SMD-LED Bauformen und Klassifizierung

SMD-LEDs werden nach ihrer Baugröße klassifiziert, die in der Regel durch einen numerischen Code angegeben wird:

1. 2835 SMD: 2,8mm × 3,5mm, weit verbreitet in Allgemeinbeleuchtung
2. 3528 SMD: 3,5mm × 2,8mm, häufig in LED-Streifen verwendet
3. 5050 SMD: 5,0mm × 5,0mm, leistungsstärker, oft mit RGB-Funktion
4. 5630/5730 SMD: 5,6mm × 3,0mm / 5,7mm × 3,0mm, hohe Lichtausbeute
5. 3030 SMD: 3,0mm × 3,0mm, effiziente Bauform für professionelle Beleuchtung
6. 0805, 0603, 0402: Miniatur-SMD-LEDs für elektronische Anzeigen und Hintergrundbeleuchtung

Die verschiedenen Bauformen unterscheiden sich in Leistungsaufnahme, Lichtausbeute und Wärmemanagement:

SMD-Typ	Leistung (W)	Lichtstrom (lm)	Effizienz (lm/W)
2835	0,2-0,5	22-55	110-120
3528	0,06-0,08	6-8	90-100
5050	0,2-0,3	20-30	100-110
5630/5730	0,5-1,0	55-110	110-130
3030	0,5-1,5	60-180	120-150

COB-LED vs. SMD-LED: Ein detaillierter Vergleich

Nachdem wir beide Technologien einzeln betrachtet haben, ist es nun an der Zeit, ihre Unterschiede und jeweiligen Stärken direkt zu vergleichen.

Technologische Unterschiede

Integrierte LED ist im Allgemeinen ein anderer Name für COB-LED auf dem Markt, kann aber die Eigenschaften der COB-LED nicht eindeutig beschreiben. COB bezieht sich auf Chip-On-Board, das einen kleinen Leistungschip direkt auf einem Aluminiumsubstrat zur schnellen Wärmeabfuhr kapselt, mit einer kleinen Chipfläche, hoher Effizienz in der Wärmeabfuhr und niedrigem Treiberstrom. Daher bietet der COB LED Chip eine hohe Wärmeabfuhr bei niedrigem Wärmewiderstand und hoher Wärmeleitfähigkeit.

Low-Power-LEDs in SMD-Bauart, die gleichmäßig auf dem Aluminiumsubstrat angeordnet sind, werden manchmal auch als integrierte LED bezeichnet. Tatsächlich lötet diese Integration nur das SMD-LED-Gehäuse (fertige LEDs) auf dem Aluminiumsubstrat anstelle von COB-LEDs; COB hingegen verpackt den kleinen Leistungschip („LED-Chip“) direkt auf das Aluminiumsubstrat. Es gilt: Alle COB-LEDs sind integrierte LEDs, aber nicht alle integrierten LEDs sind COB-LEDs.

Die SMD-LED ist eine einzelne Perle einer Patch-LED-Lampe. COB-LED ist mit mehreren SMD-LED-Chips integriert und zu einem Gesamtelement verpackt, das kleiner und heller ist als SMD-LEDs mit gleicher Leistung.

Leistungsvergleich: COB vs. SMD

Eigenschaft	COB-LED	SMD-LED
Lichtausbeute	Bis zu 160 lm/W	Bis zu 150 lm/W
Wärmewiderstand	0,4-0,6 K/W	8-15 K/W
Lichtstromdichte	100-150 lm/mm²	30-50 lm/mm²
Maximale Betriebstemperatur	105-120°C	85-100°C
L70-Lebensdauer (Stunden)	50.000-100.000	30.000-50.000
Abstrahlwinkel	110-120°	120-140°
Lichtqualität	Homogen, weiches Licht	Punktuell, höhere Blendung
Kosteneffizienz (bei Großproduktion)	Mittlere bis hohe Stückkosten	Niedrige Stückkosten

Vorteile von COB-LEDs gegenüber SMD-LEDs

Im Vergleich zu herkömmlichen SMD-LEDs zeichnet sich COB durch mehrere entscheidende Vorteile aus:

1. Höhere Helligkeit: Bei gleicher Eingangsleistung erzeugen COB-LEDs typischerweise 20-30% mehr Licht.
2. Geringerer Wärmewiderstand: Mit etwa 6°C/W deutlich besser als SMD-LEDs (12-20°C/W).
3. Geringere Lichtdämpfung: Die Lichtdegradation über die Lebensdauer verläuft langsamer.
4. Perfekte Ausleuchtung: Eine homogene Lichtfläche ohne sichtbare Punktlichtquellen.
5. Längere Lebensdauer: Durch besseres Wärmemanagement und robustere Konstruktion.
6. Kompaktere Bauform: Höhere Packungsdichte der Lichtquellen.
7. Vereinfachte Elektronik: Weniger komplexe Schaltungen für die Ansteuerung nötig.

Vorteile von SMD-LEDs gegenüber COB-LEDs

SMD-LEDs haben jedoch auch ihre eigenen Stärken, die sie für bestimmte Anwendungen zur besseren Wahl machen:

1. Flexibilität: Einzelne LEDs können in beliebigen Mustern angeordnet werden.
2. Farbmischung: Einfache Realisierung von RGB- und RGBW-Systemen möglich.
3. Fehlertoleranz: Bei Ausfall einer LED funktionieren die anderen weiter.
4. Kosteneffizienz: Geringere Produktionskosten bei großen Stückzahlen.
5. Einfache Reparatur: Einzelne defekte LEDs können ausgetauscht werden.
6. Breitere Abstrahlwinkel: Bis zu 140° ohne zusätzliche Optik.
7. Niedriger Stromverbrauch: Ideal für batteriebetriebene Anwendungen.

Optimale Anwendungsbereiche

Je nach Anforderungen und Einsatzzweck eignet sich entweder COB- oder SMD-Technologie besser für bestimmte Beleuchtungsaufgaben. Die Wahl zwischen beiden Technologien sollte auf Basis der spezifischen Projektanforderungen getroffen werden.

Ideale Anwendungen für COB-LEDs

1. Hochleistungsbeleuchtung: Strahler, Fluter, industrielle Beleuchtung
2. Präzisionsbeleuchtung: Medizinische Lampen, Untersuchungsleuchten
3. Downlights und Einbaustrahler: Homogenes Licht ohne sichtbare Lichtpunkte
4. Spotbeleuchtung: Verkaufsräume, Museen, Galerien und Ausstellungen
5. Architekturbeleuchtung: Akzentsetzung bei hochwertigen Projekten
6. Bühnenbeleuchtung: Scheinwerfer mit hoher Lichtleistung und präziser Steuerung
7. Filmbeleuchtung: Professionelle Studiobeleuchtung mit hoher Farbwiedergabe
8. Automotive-Beleuchtung: Scheinwerfer und Signalleuchten für Fahrzeuge

COB-LEDs sind besonders dort von Vorteil, wo hohe Lichtleistung auf kleinem Raum mit exzellenter Lichtqualität gefordert ist. Die technischen Messwerte sprechen für sich:

Anwendung	Erforderliche Beleuchtungsstärke	COB-LED Leistung	Typischer CRI-Wert
Einzelhandel (Premium)	1.000-1.500 lux	15-30W	90-97
Kunstgalerien	500-750 lux	8-15W	95-98
OP-Säle	10.000-100.000 lux	50-100W	90-95
Filmstudios	2.000-5.000 lux	100-300W	95-98
Autoscheinwerfer	Bis zu 120.000 Candela	25-50W	70-80

Bei der Auswahl einer COB-LED für diese Anwendungen sollten folgende technische Parameter berücksichtigt werden:

• Farbtemperatur (CCT): Je nach Anwendung zwischen 2700K (warmweiß) und 6500K (tageslichtweiß)
• Farbwiedergabeindex (CRI): Für hochwertige Anwendungen mindestens Ra>90
• Binning-Toleranz: SDCM<3 für visuelle Farbtreue
• Abstrahlwinkel: Typischerweise zwischen 60° und 120°, kann mit Sekundäroptik modifiziert werden
• Thermischer Widerstand: Idealerweise unter 0,5 K/W für Hochleistungsanwendungen

Ideale Anwendungen für SMD-LEDs

SMD-LEDs eignen sich besonders gut für folgende Einsatzbereiche:

1. LED-Streifen und -Bänder: Flexible Beleuchtungslösungen
2. Flächenbeleuchtung: LED-Panels, Rasterleuchten, Lichtdecken
3. Displayhintergrundbeleuchtung: Fernsehgeräte, Monitore, Anzeigetafeln
4. Dekorative Beleuchtung: RGB-Farbwechselsysteme, Lichterketten
5. Signalleuchten: Statusanzeigen, Warnleuchten, Verkehrssignale
6. Mobile Geräte: Smartphones, Tablets, Wearables
7. Allgemeinbeleuchtung: Büros, Schulen, öffentliche Gebäude
8. Kfz-Innenraumbeleuchtung: Ambientebeleuchtung, Instrumentenbeleuchtung

Die Stärken der SMD-Technologie liegen vor allem in der Flexibilität, Skalierbarkeit und dem guten Preis-Leistungs-Verhältnis. Typische technische Kennwerte:

SMD-Typ	Stromaufnahme	Lichtausbeute	Anwendungsbeispiel
3528	20 mA	6-8 lm	Standard-LED-Streifen (4,8W/m)
5050	60 mA (3 Chips à 20 mA)	20-22 lm	RGB-Streifen, hellere Anwendungen (14,4W/m)
2835	150 mA	28-32 lm	Moderne LED-Panels, energieeffiziente Beleuchtung
5630	150-180 mA	50-65 lm	TV-Hintergrundbeleuchtung, hocheffiziente Beleuchtung
3030	350 mA	110-130 lm	Straßenbeleuchtung, professionelle Beleuchtungssysteme

Technische Detailbetrachtung: Elektrische Eigenschaften

Betriebsparameter von COB-LEDs

Die elektrischen Eigenschaften von COB-LEDs unterscheiden sich signifikant von denen einzelner SMD-LEDs aufgrund der internen Verschaltung der einzelnen Chips. Typische Betriebsparameter für gängige COB-LEDs:

Leistungsklasse	Vorwärtsspannung (V)	Betriebsstrom (mA)	Maximaler Strom (mA)
5W COB	9-12	450-500	550-600
10W COB	30-36	300-350	380-420
20W COB	32-38	600-650	700-750
30W COB	32-38	900-950	1000-1100
50W COB	32-38	1400-1600	1700-1800
100W COB	32-38	2800-3000	3200-3400

Die interne Verschaltung der COB-LEDs kann je nach Hersteller und Modell variieren. Häufig werden mehrere Reihen parallel geschaltet, wobei jede Reihe aus mehreren in Serie geschalteten LED-Chips besteht. Diese Konfiguration ermöglicht es, die gewünschte Vorwärtsspannung und den Betriebsstrom zu erreichen und gleichzeitig eine optimale Wärmeverteilung zu gewährleisten.

Verschaltungstopologie in COB-LEDs

Die interne Schaltungstopologie einer COB-LED kann folgendermaßen aussehen:

1. Serielle Verschaltung: Alle Chips sind in Reihe geschaltet, was zu einer hohen Vorwärtsspannung und einem niedrigen Betriebsstrom führt.
2. Parallele Verschaltung: Alle Chips sind parallel geschaltet, resultierend in niedriger Spannung und hohem Strom.
3. Serien-Parallel-Verschaltung: Mehrere Reihenschaltungen werden parallel geschaltet, um ein optimales Verhältnis von Spannung und Strom zu erreichen.

Die häufigste Topologie ist die Serien-Parallel-Verschaltung, die einen guten Kompromiss zwischen Betriebsspannung, Stromstärke und Ausfallsicherheit bietet. Bei einem 30W COB mit einer Vorwärtsspannung von 36V und einem Betriebsstrom von 900mA könnten beispielsweise 36 einzelne LED-Chips mit je 3V und 300mA in folgender Anordnung verschaltet sein:

• 12 Chips in Reihe (ergibt 36V)
• 3 solcher Reihen parallel geschaltet (ergibt 900mA Gesamtstrom)

Diese Verschaltung bietet folgende Vorteile:

• Kompatibilität mit gängigen LED-Treibern
• Gleichmäßige Stromverteilung über alle Chips
• Verhindert Totalausfall bei Defekt eines einzelnen Chips
• Optimiertes Wärmemanagement durch Verteilung des Stroms

Thermisches Management: Der entscheidende Faktor

Wärmeableitung bei COB-LEDs

Einer der kritischsten Aspekte bei der Nutzung von COB-LEDs ist das thermische Management. Im Gegensatz zu diskret angeordneten SMD-LEDs erzeugen COB-LEDs eine hohe Wärmemenge auf einer kompakten Fläche. Die effiziente Ableitung dieser Wärme ist essenziell für die Leistung und Lebensdauer der LED.

Leistung (W)	Erzeugte Wärme (W)	Empfohlene Kühlkörpergröße (cm²)	Max. zulässige Junction-Temp. (°C)
10W	6-7W	150-200	125
20W	12-14W	300-400	125
30W	18-21W	450-600	125
50W	30-35W	750-1000	125
100W	60-70W	1500-2000	125

Für eine effektive Wärmeableitung werden folgende Materialien und Methoden eingesetzt:

1. Aluminiumsubstrat: Das Basissubstrat besteht aus Aluminium mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200-220 W/(m·K).
2. Thermische Grenzfläche (TIM): Zwischen COB und Kühlkörper wird eine Wärmeleitpaste oder ein thermisches Pad mit einer Wärmeleitfähigkeit von 3-10 W/(m·K) verwendet.
3. Kühlkörper: Typischerweise aus Aluminium, mit aktiver oder passiver Kühlung.
4. Kühlkörperdesign: Rippen oder Pins erhöhen die Oberfläche und fördern die Konvektion.

Die thermische Pfadkette in einer COB-LED-Installation sieht wie folgt aus:

• LED-Junction (pn-Übergang) → LED-Chipsubstrat → COB-Substrat → Thermische Grenzfläche → Kühlkörper → Umgebungsluft

Der thermische Gesamtwiderstand dieser Kette (Junction-to-Ambient) sollte möglichst niedrig sein, typischerweise:

• Für 10W COB: 2,5-3,5 K/W
• Für 20W COB: 1,5-2,5 K/W
• Für 50W COB: 0,8-1,2 K/W
• Für 100W COB: 0,4-0,6 K/W

Thermisches Management bei SMD-LEDs

Im Vergleich zu COB-LEDs ist das thermische Management bei SMD-LEDs weniger kritisch, da die Wärmeentwicklung auf eine größere Fläche verteilt ist. Dennoch ist es bei Hochleistungs-SMD-LEDs (wie 3030 oder 5730) oder bei dicht gepackten SMD-Arrays ebenfalls ein wichtiger Faktor.

Die Wärmeableitung bei SMD-LEDs erfolgt hauptsächlich über:

1. Die Lötpads auf der Leiterplatte
2. Das PCB-Material (FR4, Aluminium-PCB oder Metallkern-PCB)
3. Eventuell vorhandene Durchkontaktierungen (Thermal Vias)
4. Die rückseitige Kühlung der Leiterplatte

Bei anspruchsvollen Anwendungen werden daher oft Aluminium-PCBs verwendet, die eine bis zu 10-fach bessere Wärmeleitfähigkeit als Standard-FR4-Platinen bieten.

Optische Eigenschaften und Lichtqualität

Abstrahlcharakteristik und Lichtverteilung

Ein fundamentaler Unterschied zwischen COB- und SMD-LEDs liegt in ihrer Abstrahlcharakteristik und Lichtverteilung:

COB-LEDs:

• Gleichmäßige, diffuse Lichtabstrahlung über die gesamte Chipfläche
• Keine sichtbaren Einzellichtpunkte (punktfreies Licht)
• Typischer Abstrahlwinkel: 110-120° ohne Sekundäroptik
• Exzellente Lichtmischung bei mehrfarbigen COBs
• Reduzierte Blendung durch größere abstrahlende Fläche
• Höhere Lichtdichte (Candela pro mm²)

SMD-LEDs:

• Diskrete Lichtpunkte mit definierter Abstrahlcharakteristik
• Sichtbare Einzellichtquellen (kann zu Mehrfachschatten führen)
• Breiterer Abstrahlwinkel: 120-140° für typische SMDs
• Potenzielle Farbunterschiede zwischen einzelnen LEDs
• Höhere Blendung durch punktuelle Lichtquellen
• Geringere Lichtdichte, aber flexiblere Verteilung

Diese unterschiedlichen optischen Eigenschaften bestimmen maßgeblich die Anwendungseignung. Während COB-LEDs sich besonders für direktes, gerichtetes Licht eignen, kommen SMD-LEDs vor allem bei diffuser, flächiger Beleuchtung zum Einsatz.

Farbwiedergabe und Farbkonsistenz

Die Fähigkeit einer Lichtquelle, Farben natürlich wiederzugeben, wird durch den Farbwiedergabeindex (CRI oder Ra) ausgedrückt. Hier zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen Premium- und Standardprodukten beider Technologien:

LED-Typ	Standard CRI	Premium CRI	Farbkonsistenz (SDCM)
COB (Standard)	80-85	90-98	3-5
COB (Sunlike/Spektrum)	95-97	97-99	2-3
SMD (Standard)	75-82	90-95	5-7
SMD (Premium)	85-90	95-98	3-5

Die Farbkonsistenz wird typischerweise in SDCM-Stufen (Standard Deviation of Color Matching) oder MacAdam-Ellipsen gemessen:

• SDCM 1-2: Farbunterschiede praktisch nicht wahrnehmbar
• SDCM 3-4: Farbunterschiede nur bei direktem Vergleich wahrnehmbar
• SDCM 5-7: Farbunterschiede wahrnehmbar
• SDCM >7: Deutliche Farbunterschiede

COB-LEDs bieten tendenziell eine bessere Farbkonsistenz, da alle Chips durch eine einzige Phosphorschicht gleichmäßig beschichtet werden. Bei SMD-LEDs können Unterschiede zwischen einzelnen LEDs auftreten, was besonders bei Premium-Anwendungen wie Museumsbeleuchtung oder medizinischen Leuchten problematisch sein kann.

Wirtschaftliche Aspekte und Marktentwicklung

Kostenvergleich: COB vs. SMD

Die Kostenstruktur unterscheidet sich deutlich zwischen COB- und SMD-Technologie:

Kostenaspekt	COB-LED	SMD-LED
Komponentenkosten	Höher	Niedriger
Montagekosten	Niedriger	Höher
Sekundäroptik-Kosten	Niedriger	Höher
Kühlkörperkosten	Höher	Niedriger
Kosten pro Lumen	0,10-0,20 €/lm	0,05-0,15 €/lm
Lebenszykluskosten	Niedriger	Höher

Bei der reinen Betrachtung der Anschaffungskosten sind SMD-LEDs in der Regel günstiger. Bezieht man jedoch Faktoren wie Montageaufwand, Kühlungsanforderungen, Lebensdauer und Wartungskosten ein, relativiert sich dieser Kostenvorteil. Insbesondere bei hochwertigen Beleuchtungslösungen können die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) von COB-Systemen trotz höherer Anfangsinvestition langfristig niedriger sein.

Ein 20W COB-LED-Downlight kostet in der Anschaffung etwa 15-25% mehr als ein vergleichbares SMD-LED-Produkt, bietet jedoch:

• Höhere Lichtqualität
• Längere Lebensdauer (typischerweise 20-30% mehr Betriebsstunden)
• Geringeren Wartungsaufwand
• Bessere Energieeffizienz (3-8% höhere Lumen/Watt)

Markttrends und Zukunftsperspektiven

Der globale LED-Markt wächst kontinuierlich, wobei sich interessante Trends bei den Technologieanteilen abzeichnen:

Marktsegment	COB-Anteil 2020	COB-Anteil 2025 (Prognose)	Jährliches Wachstum
Downlights/Strahler	35%	55%	12,5%
Hochwertige Beleuchtung	45%	65%	10,2%
Industriebeleuchtung	28%	40%	9,8%
Lineare Beleuchtung	8%	15%	15,7%
Dekorative Beleuchtung	5%	12%	20,2%

Mehrere technologische Entwicklungen treiben das Wachstum beider LED-Typen:

Aktuelle Innovationen bei COB-LEDs:

1. Mehrkanal-COBs (Tuneable White): Kombinieren verschiedene Farbtemperaturen (z.B. 2700K und 6500K) in einem einzigen COB, womit die Farbtemperatur stufenlos angepasst werden kann.
2. Spektral optimierte COBs: Verbesserte Phosphormischungen für höhere Farbwiedergabe (CRI 95+) und spezialisierte Anwendungen wie Museumsbeleuchtung, Lebensmittelbeleuchtung oder Human Centric Lighting.
3. Flip-Chip-COB-Technologie: Eliminiert Bonddrähte und verbessert die Wärmeableitung um bis zu 30%, wodurch höhere Leistungsdichten oder längere Lebensdauer möglich werden.
4. Keramiksubstrate: Hochwärmeleitfähige Keramiksubstrate (Aluminiumnitrid, AlN) mit Wärmeleitfähigkeiten von 150-180 W/(m·K) ermöglichen kompaktere Designs und höhere Leistungsdichten.
5. AC-COBs: Direkt mit Wechselstrom betreibbare COBs eliminieren die Notwendigkeit externer Treiber und reduzieren die Systemkosten um 15-20%.

Innovationen bei SMD-LEDs:

1. Mini- und Micro-LEDs: Extrem kleine SMD-LEDs (unter 100μm) ermöglichen höhere Pixeldichten für Display-Anwendungen mit hervorragender Kontraststärke und Energieeffizienz.
2. Hocheffiziente Mid-Power-SMDs: Moderne 3030- oder 2835-Packages erreichen mittlerweile Effizienzen von 220+ lm/W bei moderatem Stromverbrauch.
3. CSP (Chip Scale Package): Reduziert die Verpackungsgröße auf nahezu die Chipgröße und verbessert die thermischen Eigenschaften.
4. Multichip-SMDs: Kombinieren verschiedene Farben oder Farbtemperaturen in einem einzelnen SMD-Gehäuse.
5. Hochspannungs-SMDs: Spezielle SMDs mit internen Serienschaltungen für direkte Hochspannungsanwendungen (z.B. 230V AC) ohne zusätzliche Vorschaltelektronik.

Herstellungsprozesse und -effizienz

Die Fertigungseffizienz spielt eine wichtige Rolle bei der Kostenstruktur und Marktpositionierung beider Technologien:

COB-LED-Fertigung:

Der Herstellungsprozess von COB-LEDs umfasst folgende Hauptschritte:

1. Substratpräparation: Das Aluminiumsubstrat wird gereinigt und mit einer dielektrischen Schicht versehen.
2. Schaltungsstrukturierung: Leiterbahnen werden durch Siebdruck oder Fotolithografie aufgebracht.
3. Die-Bonding: Die LED-Chips werden mit präzisen Pick-and-Place-Maschinen platziert und mittels elektrisch leitfähigem Kleber oder Lötpaste befestigt.
4. Wire-Bonding: Bonddrähte (typischerweise Gold, 15-35μm dick) werden ultraschallgeschweißt, um die elektrischen Verbindungen herzustellen.
5. Phosphorbeschichtung: Eine homogene Phosphormischung wird aufgetragen und ausgehärtet.
6. Verkapselung: Silikon oder Epoxidharz schützt die empfindlichen Komponenten.
7. Test und Binning: Jede COB-LED wird elektrisch und optisch geprüft und nach Qualitätsklassen sortiert.

Die Automatisierung der COB-Produktion hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, wodurch die Produktionskosten seit 2015 um ca. 35-45% gesunken sind.

SMD-LED-Fertigung:

Die SMD-LED-Produktion ist hochautomatisiert und umfasst:

1. Lead-Frame-Herstellung: Stanzen oder Ätzen des metallischen Rahmens.
2. Reflektorbefestigung: Ein weißer, reflektierender Kunststoffkörper wird auf dem Lead-Frame befestigt.
3. Die-Bonding: Der LED-Chip wird in die Reflektor-Kavität geklebt.
4. Wire-Bonding: Anschluss des Chips an die elektrischen Kontakte.
5. Phosphor-Aufbringung: Bei weißen LEDs wird eine Phosphorschicht aufgebracht.
6. Verguss: Die LED wird mit transparentem Epoxidharz oder Silikon vergossen.
7. Vereinzelung: Die einzelnen LEDs werden vom Verbund getrennt.
8. Test und Binning: Elektrische und optische Prüfung und Sortierung.

Die SMD-Fertigung profitiert von Skaleneffekten und hoher Automatisierung, was zu niedrigeren Stückkosten führt. Die Produktionskapazitäten für Standard-SMD-LEDs übersteigen die für COB-LEDs um etwa das 8- bis 10-fache.

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit

Vergleich der Energieeffizienz:

Parameter	COB-LED	SMD-LED
Maximale Effizienz (Labor)	220-240 lm/W	230-250 lm/W
Typische Effizienz (Serienproduktion)	140-180 lm/W	130-170 lm/W
Typische Systemeffizienz (inkl. Treiber)	120-150 lm/W	110-140 lm/W
Temperaturabhängigkeit der Effizienz	-0,25% pro °C	-0,30% pro °C
Effizienzabfall bei hoher Stromdichte	Moderat	Höher

Während SMD-LEDs unter idealen Laborbedingungen etwas höhere Spitzenwerte erreichen können, zeigen COB-LEDs in realen Anwendungen oft eine bessere Systemeffizienz. Dies ist hauptsächlich auf das überlegene thermische Management und die geringere Effizienzabnahme bei höheren Betriebstemperaturen zurückzuführen.

Ökologische Aspekte:

Eine Lebenszyklus-Bewertung (LCA) zeigt interessante Unterschiede zwischen den beiden Technologien:

Umweltaspekt	COB-LED	SMD-LED-Array
CO₂-Fußabdruck der Herstellung (kg CO₂-eq pro 1000 lm)	2,8-3,2	3,0-3,5
Materialeinsatz (g pro 1000 lm)	15-18	18-22
Energieverbrauch über Lebensdauer (kWh pro 1000 lm)	350-400	380-430
Recyclingfähigkeit	Moderat	Höher
Edelmetallgehalt (mg pro 1000 lm)	0,5-0,8	0,3-0,5

COB-LEDs schneiden in puncto Materialeffizienz und CO₂-Bilanz leicht besser ab, während SMD-LEDs Vorteile bei der Recycelbarkeit bieten, da die einzelnen Komponenten einfacher zu trennen sind. Der geringere Edelmetallgehalt bei SMD-LEDs ist auf die zunehmende Verbreitung von Kupfer-Bonddrähten anstelle von Gold zurückzuführen.

Praktische Anwendungsbeispiele und Fallstudien

Fallstudie 1: Einzelhandelsbeleuchtung

Ein führender Elektronikhändler stellte seine Filialbeleuchtung von SMD-basierten Downlights auf COB-Technologie um. Die Ergebnisse:

• Energieeinsparung: 18% niedrigerer Stromverbrauch bei gleicher Beleuchtungsstärke
• Verbesserter CRI: Von durchschnittlich Ra 82 auf Ra 95
• Reduzierte Blendung: UGR-Werte (Unified Glare Rating) sanken von 22 auf 16
• Verbesserte Produktpräsentation: Höhere Kundenzufriedenheit und Verweilzeit
• ROI: Break-even nach 2,3 Jahren trotz 35% höherer Initialkosten

Fallstudie 2: Bürobeleuchtung

Ein Großraumbüro mit 500 Arbeitsplätzen wurde mit linearen Leuchten ausgestattet, die jeweils wahlweise mit COB- oder SMD-Technologie bestückt werden konnten:

Parameter	COB-Lösung	SMD-Lösung
Anschaffungskosten pro Leuchte	185 €	145 €
Leistungsaufnahme pro Leuchte	38 W	42 W
Beleuchtungsstärke am Arbeitsplatz	550 lux	550 lux
Gleichmäßigkeit der Beleuchtung (U₀)	0,72	0,65
Mitarbeiter-Zufriedenheit (Umfrage, 1-10)	8,2	7,4
Wartungskosten über 5 Jahre	12 €	18 €
Gesamtbetriebskosten über 10 Jahre	348 €	342 €

Die Ergebnisse zeigen, dass die SMD-Lösung einen leichten Kostenvorteil über die gesamte Betriebsdauer bietet, während die COB-Lösung eine höhere Lichtqualität und Mitarbeiterzufriedenheit liefert. Der Unterschied in den Gesamtbetriebskosten ist mit 1,7% vernachlässigbar, was die Entscheidung zugunsten der COB-Lösung aufgrund der nicht-monetären Vorteile beeinflusste.

Zukünftige Entwicklungen und Technologietrends

Konvergenztendenzen

Die Grenzen zwischen COB- und SMD-Technologien beginnen zu verschwimmen, da Hersteller Hybridsysteme entwickeln, die die Vorteile beider Ansätze kombinieren:

1. Multi-COB-Arrays: Mehrere kleinere COBs auf einem gemeinsamen Substrat ersetzen ein einzelnes großes COB, wodurch bessere Wärmeverteilung und Flexibilität bei der Lichtsteuerung erreicht werden.
2. CSP-Arrays (Chip Scale Package): Dicht gepackte CSP-LEDs nähern sich der Lichtcharakteristik von COBs an, bieten jedoch die Flexibilität von SMDs.
3. Integrierte Optiken: COBs mit direkt aufgebrachten Primäroptiken kombinieren die Vorteile des homogenen COB-Lichts mit präziser Lichtlenkung.

Kommende Innovationen (2025-2030)

Experten prognostizieren für die kommenden Jahre folgende Entwicklungen:

1. Höhere Effizienz: Laborwerte von 300+ lm/W werden in Serienprodukte überführt.
2. AC-Direct-Technologie: Weiterentwickelte LEDs, die direkt am Wechselstromnetz betrieben werden können.
3. Quanten-Dot-Konversion: Ersetzt traditionelle Phosphore für noch bessere Farbwiedergabe und höhere Effizienz.
4. Flexible COBs: Auf biegsamen Substraten für geschwungene Oberflächen und neue Designmöglichkeiten.
5. Intelligente LEDs: Integration von Sensoren und Mikrocontrollern direkt in die LED-Packages.
6. Bio-adaptive Beleuchtung: LEDs mit spektral anpassbaren Charakteristiken für Human Centric Lighting und Pflanzenbeleuchtung.

Fazit und Entscheidungshilfe

Sowohl COB- als auch SMD-LEDs haben ihre Berechtigung am Markt und werden sich parallel weiterentwickeln. Die Wahl der geeigneten Technologie hängt stark vom spezifischen Anwendungsfall ab.

Entscheidungsmatrix

Die folgende Matrix kann als Orientierungshilfe bei der Technologieauswahl dienen:

Priorität/Anforderung	COB empfohlen	SMD empfohlen
Höchste Lichtqualität	✓
Niedrigste Anschaffungskosten		✓
Gerichtetes Licht (Spots)	✓
Diffuse Flächenbeleuchtung		✓
Anspruchsvolle Umgebungen	✓
Flexible/gebogene Formen		✓
Farbige/RGB-Beleuchtung		✓
Minimale Blendung	✓
Hohe Lichtleistung kompakt	✓
Niedrige Betriebstemperatur		✓

Letztes Update des Artikels: 17. März 2025