Оборудование для производства светодиодов. Маршрут сборки светодиодов

Радомский Н.В.
Географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова
[email protected]

Введение

Создание светодиода белого цвета компанией Nichia в 1996 году можно назвать революционным событием в области полупроводниковой светотехники. Это событие позволило использовать в осветительных системах принципиально новый, высокоэффективный источник света и послужило началом бурного развития технологий производства в различных компаниях. Научные исследования, проводимые ведущими компаниями, были направлены на повышение эффективности светового потока полупроводниковых источников, снижение их себестоимости, увеличение срока службы. Появление сверхмощных светодиодов и развитие микроэлектроники не оставило без внимания и Россию. Начиная с 2005 года, появляются первые отечественные светодиодные системы освещения, а с конца 2007 года начинается серийный выпуск отечественных светодиодов. В 2008 году на российском рынке производителей осветительных систем начинается конкуренция.

Проблемы российского рынка светодиодной продукции

Чтобы лучше понять, что собой представляет сегодня российский рынок светодиодной продукции на фоне лучших мировых производителей, приведу некоторые цифры. На конференции, состоявшейся во Франкфурте, агентство Strategies Unlimited опубликовала отчет, согласно которому общий объем продаж LED компонентов в 2010 году составил 10,8 миллиарда долларов США, это 68% роста. Рынок светодиодов в 2010 году по регионам представлен на рисунке 1. По доходам крупнейшие поставщики светодиодов в 2010 году распределились следующим образом: Nichia, Samsung LED, Osram Opto Semiconductors, Philips Lumileds Lighting, Seoul Semiconductor, LG Innotek, Cree.

Анализ рынка LED был представлен Элла Шум на конференции 23 февраля 2011 г. в Санта-Кларе, штат Калифорния (Элла Шум, директор крупной консалтинговой фирмы HB-LED Research at Strategies Unlimited) .

Признанным лидером рынка светодиодной продукции стала компания Nichia. Ее прибыль от продажи светодиодов в 2010 году составила свыше 2,2 млрд. долларов США. Компания Samsung LED в 2010 году добилась существенного прогресса – 1,14 млрд. долларов против 508 млн. в 2009 году. OSRAM – один из ведущих производителей светотехники в мире добился в 2010 году объема продаж в масштабах всего мира 4,7 млрд евро. Продукция OSRAM выпускается на 46 производственных предприятиях, расположенных на территории 17 государств и поставляется в 150 стран мира. Потрясающие показатели. Всплеска прибыли в 2010 году добилась компания LG INNOTEK 783 млн. долларов против 229 млн. в 2009. Южно-корейская компания Seoul Semiconductor достигла уровня доходности 726 млн. долларов. Данные о прибыли различных компаний от продажи светодиодной продукции получены из доклада . Согласно данным 2011 Annual Report прибыль компании CREE в 2010 составила 988 млн долларов США (рост на 14%) . В работе проведен тщательный анализ светодиодной продукции ведущих мировых производителей.

А что же происходит в России? По данным маркетингового агентства «Навигатор» В 2010 году объем продаж светодиодов в нашей стране составил около 0,5 % от мирового или 54-56 млн. долларов. При этом рост рынка светодиодов в России отстает от общемирового примерно в два раза. По словам Долина Е. В. (генеральный директор «Корвет-Лайтс») «Точных данных по объему российского рынка светодиодов и связанных с ними продуктов нет. Причина проста – отсутствуют соответствующие группировки и товарные коды в ОКП (Общероссийский классификатор продукции) и в ТНВЭД (Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности), а значит нет и подробной статистики. Экспертные оценки рынка колеблются от 25 до 100 млн. долларов».

Безусловно, есть понимание важности развития отрасли. На данный момент государственная поддержка светодиодного начинания выражается в прямом финансировании нескольких проектов. Однако отрасль развивается еще слишком медленно. В числе ключевых факторов, сдерживающих развитие российского рынка светодиодного освещения, называют следующие.

1. Отсутствие системной комплексной нормативно-правовой базы.

До сих пор в РФ не разработана методика и стандарты по измерению характеристик светодиодов, поэтому возникают проблемы с сертификацией конечной продукции. Надо заметить, что 23 ноября 2009 года принят Федеральный закон №261 «Об энергосбережении и энергоэффективности». 20 июля 2011 г. принято Постановление Правительства РФ N 602 «Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения». С 26 октября 2011 года в действие вступают следующие требования по энергоэффективности светодиодного освещения:

светильники для наружного уличного освещения должны иметь энергоэффективность не менее 50 лм/Вт до 30 июня 2012 г. и не менее 60 лм/Вт - с 1 июля 2012 г.;
светильники для внутреннего освещения общественных и производственных помещений, светильники для нужд ЖКХ - не менее 50 лм/Вт;
продолжительность горения - не менее 25000 часов;
спад светового потока светодиодных ламп менее 30 процентов за 25000 часов.

Эти законодательные акты заложили основы для модернизации и стимулирования новых энергосберегающих технологий и продуктов, в том числе и развитие полупроводниковых источников света. Однако необходимо еще обязательно разработать национальные и отраслевые стандарты и СНиПы, усовершенствовать гигиенические правила и нормы, способы контроля. Кроме этого, необходимо создать независимые испытательные центры, оснащенные специализированным метрологическим оборудованием и методиками испытаний и измерений, которые позволят достоверно подтвердить соответствие стандартам и требованиям. Сегодня в этом заинтересованы только национальные производители. Государство в лице Министерства промышленности и торговли по данному направлению ничего не предпринимает. Вместе с тем, на уровне руководства страны все нужные слова и политические решения приняты.

2. Высокая стоимость энергоэффективных осветительных технологий (при низкой стоимости электроэнергии).

Что касается второго фактора, то ситуация неоднозначная. С одной стороны научные исследования и развитие технологий приводят к систематическому снижению себестоимости светодиодов, а это должно сказываться на стоимости осветительных систем. А с другой стороны на цене конечного продукта начинает серьезно сказываться стоимость драйвера питания, конструкции корпуса светильника. То есть только падение стоимости чипов не окажет решающего влияния на цену конечного продукта, и проблему высокой себестоимости светодиодных светильников надо решать комплексно. Стоимость электроэнергии в России постоянно растет и приближается к показателям ведущих стран. Поэтому переход к энергосберегающим осветительным системам в нашей стране с каждым годом становится все актуальней. В таблице 1 приведены тарифы электроэнергии в 2010 году в ряде стран (источник: журнал “Биржевой лидер” ).

Таблица 1.

3. Низкая востребованность инновационных решений российскими предприятиями.

Наше традиционное неумение просчитывать на несколько ходов вперед, чтобы оценить будущую прибыль; экономия на научных исследованиях проектов, прибыль от которых на первый взгляд неочевидна. К тому же ряд серьезных ошибок при изготовлении осветительных систем отпугивает потенциальных инвесторов:

ошибки в выборе светодиода с определенными характеристиками;
ошибки в тепловом проектировании конструкции светодиодного светильника;
ошибки при выборе и/или производстве драйверов питания.

С целью снижения общей стоимости конечного продукта выбираются самые дешевые комплектующие. На российском рынке огромное количество светодиодов, произведенных в Китае или еще где-нибудь на кустарном производстве с серьезными отклонениями от технологического процесса. Эти светодиоды имеют стоимость существенно ниже стоимости комплектующих ведущих компаний, но при этом и характеристики соответствующие. Да и менеджеры торгующих фирм не всегда честно информируют покупателя. В итоге, конечный продукт на таких светодиодах имеет низкие потребительские характеристики, что дискредитирует идею энергосберегающих осветительных систем на светодиодах.

Не всегда грамотно проводится расчет параметров теплоотводящих устройств, а порой и вовсе, не проводя расчетов и тепловых испытаний, светильники запускаются в серию. Проблемы с отводом тепла станут заметны только спустя какое-то время, когда плотность светового потока начнет резко снижаться. По-моему мнению ошибку совершают и те, кто пытается сделать светодиодные лампы в корпусе подобном лампам накаливания, чтобы потребителю облегчить процесс перехода. Однако в этом случае усложняется проблема отвода лишнего тепла, и, главное, себестоимость такой конструкции становится существенно дороже. Поскольку используется принципиально новый источник света, необходимо и конструкцию светильников делать иной, а не создавать «монстров». Немецкая компания Ledo LED technologie на Московском международном светодиодном форуме «Светодиоды в светотехнике» (Interlight Moscow) в ноябре 2011 года представила серию ламп под общим названием Bulled. Эти лампы были спроектированы этой компанией и выпущены на рынок. Розничная цена ламп колеблется около 90 евро за одну штуку. Подобные лампы, представленные российской компанией «Оптоган», имеют стоимость порядка 1000 рублей. Что тоже очень дорого для обычного потребителя.

Производители светодиодов указывают срок службы их изделий - 50-100 тыс. часов. А некоторые комплектующие драйверов питания не всегда могут отработать надежно так долго, поскольку для снижения себестоимости драйвера питания производитель заложил копеечные электролиты. В итоге срок службы осветительных систем будет существенно снижен.

4. Не достаточное количество квалифицированных кадров.

Отрасль растет стремительно, но сейчас будущих светотехников в России готовят всего несколько десятков человек в год вузы в Москве (МЭИ Кафедра Светотехника), Саранске (Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева Кафедра светотехники и источников света), Томске (Томский политехнический университет Кафедра лазерной и световой техники) и Казани (Казанский государственный энергетический университет Кафедра Светотехники и медико-биологической электроники). В целом, ситуация катастрофическая. Специалисты по стандартам и метрологи на светотехнических предприятиях практически отсутствуют. Без них выпускать качественную продукцию невозможно, апеллировать и приглашать к обсуждению стандартов некого. Отсюда и проблемы с формированием нормативно-правовой базы.

Российские производители светодиодной продукции

В 2010 году образована единственная в России профессиональная ассоциация НП ПСС (Некоммерческое Партнерство Производителей Светодиодов и Систем на их основе). В настоящий момент в ассоциацию входят следующие компании: ЗАО «Оптоган», ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника», ООО «Фокус», ООО «Планар-Светотехника», ООО «Завод «Световые Технологии», ЗАО «Производственное объединение «Электроточприбор», ЗАО «Связь Инжиниринг М», ООО «ИНТЕССО», ООО «ЭКОЛАЙТ» («ЛидерЛайт трейд»). Цель ассоциации НП ПСС – это объединение усилий участников российского рынка, выпускающих продукцию высокого качества, для создания нормативно-правовой базы отрасли, повышение профессионального уровня всех участников, создание метрологических центров по контролю качества продукции, объединение ресурсов для решения глобальных задач отрасли, снижение затрат на доступ к новым технологиям.

Одним из лидеров в производстве светодиодов на российском рынке является группа компаний «Оптоган» (г. Санкт-Петербург). Это частная компания с привлечением государственного капитала (контрольный пакет принадлежит группе ОНЭКСИМ, 17% - “Роснано”, 33% минус одна акция - якутскому ОАО РИК) была основана в 2004 году в Хельсинки. Компания производит осветительные системы на основе светодиодов собственного производства:

светодиодные чипы OHT-x454510x;
сверхяркие светодиоды: OLP-X5050F6L, OCM-X120R01A (белые светодиоды до 120 Вт со световым потоком до 9000 лм), цветные светодиоды;
светодиодные модули OMT-X450R225-XXFX;
светодиодные светильники - Оптолюкс-Офис, Оптолюкс-Стрит, Оптолюкс-Холл.

На LED-Форуме в Москве в ноябре 2011 года был представлен модуль Optogan X10 на керамической подложке, разметка которой позволяет разделять его на более мелкие части в соответствии с пожеланиями клиента. Один сегмент Optogan X10 потребляет 6,5Вт и имеет энергоэффективность выше 100лм/Вт. Нагрузка при желании может быть увеличена до 500 Вт. Функциональность целого блока особенно важна для индустриальных светильников.

«Оптоган» в 2011 году открыл в Германии (г. Ландсхут) завод по выпуску светодиодных чипов. По мощности (более миллиарда светодиодных чипов в год) это второе производство в Европе после Siemens. Чипы будут использоваться для производства светодиодных ламп на основном заводе компании в Петербурге.

23 ноября 2011 компании «Оптоган» и «Планар-Светотехника» объявили о выводе на российский и зарубежные рынки линейки полноцветных светильников (RGBW-светильники) совместной разработки, выполненных на компонентной базе «Оптоган». Новые светильники будут выпускаться под торговой маркой «Оптолюкс».

По итогам 2011 года компания прогнозирует пятикратный рост (до 20 миллионов долларов).

Важное место на российском рынке производителей светодиодов занимает ЗАО «Светлана-ЛЕД» (г. Санкт-Петербург). В ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» производство светодиодов выделено в отдельное предприятие ЗАО «Светлана-ЛЕД». Первая партия продукции сошла с конвейера в апреле 2011 г., а официально объявлено о запуске первой очереди в июне. Проектная мощность ОАО «Светлана-ЛЕД» составляет 3-3.5 МВт/мес. Оборудование для производства светодиодов закуплено за рубежом и позволяет получать технические характеристики, сравнимые с лучшими мировыми аналогами. На сегодняшний день продукция представляет собой линейку из девяти моделей светодиодов, которые имеют различные показатели мощности, светового потока и соответственно различные сферы применения. В настоящее время завершается этап сертификации светодиодов SVETLED в одной из крупнейших лабораторий Европы Nemko (Осло, Норвегия).

В статье приведены технические характеристики светодиодов ЗАО «Светлана-ЛЕД»: SVL01/02/03 – однокристальные, SVL04/05 – многокристальные, SVL06/07/08 – светодиодные матрицы (от одноваттных до 100 Ваттных).

В 2004 появилась компания ООО ТД «Фокус» (Фрязино Московской области), которая выполняет полный производственный цикл от разработки светильников до внедрения их в жизнь. Имеется множество инновационных разработок, патентов и реализованных проектов, в сфере энергосбережения. Компания в своих светильниках применяет светодиоды японской корпорации Nichia и немецкой компании Osram и электронные компоненты ведущих мировых производителей. В настоящее время предприятие серийно выпускает светодиодные светильники следующих типов (характеристики светильников можно посмотреть на сайте компании):

уличные светильники серии УСС;
промышленные светильники типа Колокол;
светильники для офисов серии СПО.

В 2011 году достигнуто соглашение между мировым лидером в производстве высококачественных светодиодов корпорацией Nichia (Япония) и российской компанией «Фокус» на эксклюзивное применение уникальных светодиодов для освещения автомобильных дорог и магистралей на территории Российской Федерации и стран СНГ. Корпорация Nichia предоставила эксклюзивные права на использование светодиодов с широкой диаграммой направленности. Этот светодиод был специально разработан для компании «Фокус».

Компания «Планар Светотехника» (Санкт-Петербург) основана в 2008 году. Основная деятельность:

проектирование, производство и монтаж систем светодиодного освещения;
разработка уникальных моделей светодиодных светильников;
разработка систем электрического питания и управления светильниками.

Компания «Планар-Светотехника» проектирует и поставляет системы светодиодного освещения для фонтанов, бассейнов, садов и парков, коттеджей, торговых помещений (в особенности для ювелирной торговли).

Компания «ИНТЕССО-Светодиодные системы» (г. Новочеркаск Ростовской обл.). В октябре 2011 года компания «ИНТЕССО» открыла завод по производству светодиодных светильников. Производство создано в сотрудничестве с ГК «Оптоган». Производственная мощность составляет 5000 изделий в месяц. Продукция компании:

светодиодные светильники для внутреннего освещения офисов, общественных мест (подъезды, технические помещения, подземные переходы) (Solaris LO);
садово-парковое освещение - для декоративно-художественного освещения больших открытых площадок (Solaris LSD);
светодиодные светильники для уличного освещения (Matrix S);
промышленные светодиодные светильники для освещения торговых залов, складских помещений, производственных цехов (Matrix I, Solaris LL).

МГК «Световые Технологии» (г. Рязань). Международная группа компаний «Световые Технологии» - ведущий производитель светотехнического оборудования на территории СНГ. На сегодняшний день под торговой маркой «Световые Технологии» на собственном производстве выпускается более 1000 модификаций светильников для 50 областей применения от административных и офисных зданий до промышленных объектов и стадионов. Некоторые типы светильников МГК:

серия WAVE LED - предназначены для использования в офисно-административных помещениях премиум класса;
DL 20LED - предназначены для использования в торговых помещениях;
подводные светильники NUR 20LED.

ПО «Электроточприбор» (г. Омск). ЗАО Производственное объединение «Электроточприбор» знакомо всем больше, как производитель переносных светодиодных светильников взрывозащищённого исполнения, электроизмерительных приборов и оборудования для добывающих отраслей. Несколько лет назад руководством предприятия было принято решение об использовании накопленного опыта по производству индивидуальных светильников для разработки и изготовления стационарных энергосберегающих устройств на основе светодиодов:

Светильник головной СГГ-10;
Промышленный светильник ССП01-20;
ССБ10-х (х – количество светодиодов в светильнике: 3, 4, 6, 72) – светильники для нужд ЖКХ (аналог лампы накаливания)

Технические характеристики на сайте компании.

ЗАО «Связь Инжиниринг» (г. Москва). Предприятие создано в 1997 г. на базе отделов Радиотехнического института им. академика Минца. Компания ЛЕД-Эффект , входящая в холдинг «Связь Инжиниринг», занимается разработкой и производством энергосберегающих светодиодных систем освещения. Компания производит светодиодную продукцию для освещения объектов ЖКХ, административно-офисных помещений, магазинов, складских помещений, автостоянок и промышленных объектов. Светильники на светодиодах компании Nichia:

Классика-1 (на количество точечных источников от 8 штук);
Офис 40-1 (количество светодиодов 40 штук;
Стадарт-1 (количество светодиодов 32 штуки.

Компания “ЛидерЛайт трейд” (г. Москва) является ведущим поставщиком светодиодных светильников и ламп российского производства под торговой маркой ECOLIGHT. Ассортимент выпускаемой продукции рассчитан на широкое применение в таких областях, как офисно-административное, уличное, промышленное освещение, освещение в секторе ЖКХ, а также сектор бытового освещения:

светодиодные линейные лампы серии EcoLamp;
потолочные светильники EL-ДВО;
Уличные светильники EL-ДБУ-01-095 с IP65.

В 1998 году создано ООО «Корвет-Лайтс» (г. Москва) Компания занимается разработкой сферических однокристальных светодиодов, а также светосигнальных и осветительных приборов на их основе. К таким приборам относятся: рекламные табло, декоративная подсветка, специализированные источники света (полупроводниковые светофоры для РЖД, прожекторы для локомотивов, автодорожные светофоры). В 2006 году началось строительстве завода ЗАО НПО Российские системы автоматики и телемеханики (РоСАТ). Производственная мощность завода – 3 млн. однотипных светодиодов в месяц. Примеры разработок:

СДК-Б465-85-1W - одноваттный белый светодиод;
SQuare 10K-2600-24 - светодиодный источник света для уличного освещения;
Line 290-500-24 - протяженный светодиодный источник света;
Светодиодный светильник СОЛ1(1) для нужд ЖКХ;

В России существует ряд других компаний, производящих светодиоды и системы освещения на базе полупроводниковых источников свечения, которые следовало бы кратко упомянуть.

НПЦ ОПТЭЛ (г. Москва). Научно-производственный центр оптико-электронных приборов «ОПТЭЛ» основан в 1998 году группой ученых и инженеров, специалистов в области полупроводниковой оптоэлектроники. Основные направления разработок и производства НПЦ «ОПТЭЛ»

мощные светодиоды белого свечения для целей освещения;
мощные светодиоды различных цветов свечения для интерьерного освещения;
светодиодные модули;
светодиодные фонари и линейки белого для архитектурно-ландшафтного и подводного освещения;
светодиоды для отображения визирных знаков.

Некоторые типы мощных светодиодов производства НПЦ «ОПТЭЛ»:

У-337БЛ-Т1 - одноваттный белый светодиод;
У-362БЛ - 7 Ваттный белый светодиод;
У-133БЛ -Т - 3-х Ваттный белый светодиод.

Подробные характеристики можно увидеть на сайте компании.

ЗАО «Планета-СИД» (г. Великий Новгород) занимается производством и разработкой различных типов маломощных светодиодов (многоцветные светодиоды для индикации). Например:

КИПД 131 Г9 – Г (для поверхностного монтажа);
КИПД 66 (светоизлучающие светодиоды);
КИПД 66И (сверхяркие).

ОАО «Протон» (г. Орел) является одним из крупнейших производителей светодиодов и светотехнической продукции в России: светодиодные приборы маркировки взлетных полос и вертолетных площадок, светодиодные светильники для нужд ЖКХ. Например:

мощные светодиодные матрицы КИПД 137 белого цвета свечения;
КИПД 138 - однокристалльный светодиод;
КИПД140 (аналог «Luxeon», «Prоlight»).

Гельветика-Краснодар (г. Краснодар). Компания производит светодиодные линейные лампы для декоративной подсветки (светодиодные трубки). Они могут использоваться для внутренней подсветки в световых коробах. Более 100 светодиодов внутри трубки с номинальной мощностью 25мА. LU-PC-1W - это лампа, в которой в качестве источника света используются светодиоды высокой мощности. Предназначены лампы для декоративного интерьерного и наружного освещения.

Компания «IntiLED» (г. Санкт-Петербург), а также Завод «Пульсар» и НИИ «Пульсар» (г. Москва) - производители инновационных светотехнических систем и светильников на основе LED-технологий.

НТЦ Оптоника (г. Москва) занимается разработкой светотехнических устройств и систем различного назначения на базе светодиодов.

Заключение

Российский рынок сейчас только формируется. В настоящий момент для производства светодиодных осветительных систем используется 99% компонентов ввозимых в Россию (примерно 40% – продукция Cree, 20% - японской корпорации Nichia, 10% - светодиоды Lumileds и Osram. 30% - светодиоды, произведенные в Китае. Постепенно происходит создание внутренней вертикально интегрированной инфраструктуры по производству светодиодов в России, чему способствует приток государственных и частных инвестиций в отрасль. Одной из главных проблем рынка светодиодного освещения РФ является низкое качество продукции. Это связано с тем, что рынок только формируется, отсутствует нормативно-правовая база в полном объеме, нет сертифицированных испытательных центров, а большинство компаний не имеет достаточного опыта.

Ряд мероприятий в области светодиодных осветительных систем, которые проводятся в нашей стране в последнее время, вселяет оптимизм:

Проведение в ноябре 2011 года Московского Международного светодиодного Форума «Светодиоды в светотехнике» (Interlight Moscow).
Семинар «Источники питания для светодиодной светотехники». Последний семинар состоялся на выставке «Силовая электроника» 30 ноября 2011.
Конференция при выставке LED TECH EXPO.
Научная конференция GaN.
Секция на Нанофоруме Роснано.
Систематические заседания профессиональной ассоциации в светодиодной отрасли НП ПСС, которая объединяет ведущих российских производителей светодиодов и светодиодных систем.

Появилось несколько специализированных изданий:

Журнал «Полупроводниковая светотехника»;
Журнал «Рынок светотехники»;
Журнал «Светотехника»;
Журнал «Современная светотехника»;
Научно-технический журнал «Фотоника».

Хочется верить, что все эти усилия смогут переломить ситуацию на российском рынке в лучшую сторону. Свидетельством высокого потенциала развития российского рынка выступает расширение заинтересованности в развитии здесь собственного бизнеса крупнейшими производителями светодиодной продукции (такими как PHILIPS Lumileds, Cree, Nichia).

Литература

Global and China LED Industry Report, 2010-2011.
Радомский Н.В. Сравнительный анализ продукции ведущих производителей белых светодиодов «Полупроводниковая светотехника» №3, 2010. С.14-20.
Молодцов В. Линейка светодиодов SVETLED Полупроводниковая светотехника №6 2010. С.16-18

Публикации

В докладе на открытии 26 конференции Международной Комиссии по Освещению в Пекине было отмечено, что общее направление работы светотехнической научной общественности должно быть направлено на сокращение энергопотребления и уменьшение загрязнения окружающей среды. То есть речь идет не об уменьшении освещённости, а о более рациональном и эффективном использовании освещения. Одним из наиболее перспективных шагов на этом пути, является разработка и использование энергоэкономичных источников света – светодиодов.

Светодиод – полупроводниковый диод, излучающий свет при прохождении тока через p-n–переход. Чтобы p-n-переход излучал свет, должны выполняться следующие два условия. Во-первых, ширина запрещённой зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона, а во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой. Для этого полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально, чтобы их соблюсти, одного р-n-перехода в кристалле недостаточно. Приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры. Их называют гетероструктуры (именно за изучение гетероструктур академик Алферов получил Нобелевскую премию). Это послужило новым этапом в развитии технологий изготовления светодиодов.

Производство светоизлучающих диодов сталкивается с некоторыми трудностями. Поскольку создание светодиодов - это динамично развивающаяся отрасль светотехнической промышленности, то сложившихся законов и правил их применения пока не существует. Нет нормативной документации, относящейся к процессу производства и использования светодиодов. Каждое крупное производство старается найти свои критерии отбора продукции, но, к сожалению, некаких международных соглашений не существует. Хотя в этом направлении в последнее время ведется активная работа и достигнуты хорошие результаты, надо понимать, что создание единых требований к светодиодной технике – дело не одного года. Чтобы понять, в чем сложность создания подобной документации, следует ознакомиться с технологией производства.

Рассмотрим поэтапно процесс создания светодиодов.

1) Выращивание кристалла.
Здесь главную роль играет такой процесс, как металлоорганическая эпитаксия. Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Эпитаксиальный рост полупроводников (а светодиод – это именно полупроводник) осуществляется методом термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы. Для такого процесса необходимы особо чистые газы, что предусмотрено в современных установках. Толщины выращиваемых слоев тщательно контролируются. Важно обеспечить однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста доходит до полутора миллионов евро. А процесс наладки получения высококачественных материалов для будущих светодиодов занимает несколько лет.

2) Создание чипа.
На этом этапе имеют место такие процессы, как травление, создание контактов, резка. Весь этот комплекс получил название «планарная обработка пленок». Пленка, выращенная на одной подложке, разделяется на несколько тысяч чипов.

3) Биннирование.
Биннирование (сортировка чипов) – особенно важный процесс производства светодиодов, о котором несправедливо часто забывают упоминать в литературе. Дело в том, что при производстве любой продукции должны соблюдаться некие критерии отбора. Но на вышеописанных стадиях производства светодиода невозможно добиться абсолютного сходства изделий по его характеристикам. Изготовленные чипы изначально имеют характеристики, различающиеся в некотором диапазоне. Чипы сортируют на группы (бины). В каждой группе определённый параметр варьируется в определённых пределах.

Сортировка происходит по:

длине волны максимума излучения;
напряжению;
световому потоку (или осевой силе света) и т. д.

Биннирование, как способ градации светодиодной продукции, находит применение на производстве и, следовательно, в наименовании поставляемой продукции. Оба эти факта делают применение светодиодов доступным для широкого круга пользователей.

4) Создание светодиода.
Создание непосредственно светодиода – это заключительный этап технологической цепочки. Создается корпус будущего источника света, монтируются выводы, подбирается люминофор (если он необходим). Но особо стоит отметить такую важную часть, как оптическую систему (а именно, изготовление линз). Линзы для светодиодов изготавливают из эпоксидной смолы, силикона или пластика. К ним предъявляется широкий спектр требований, т.к. оптическая система светодиода играет большую роль (направляет световой поток светодиода в нужный телесный угол).

Линзы должны:

быть максимально прозрачными;
пропускать свет во всем оптическом диапазоне;
обладать хорошей клейкостью материала к материалу печатной платы;
быть температура стабильными;
обладать высоким сроком службы (что характеризуется к воздействию излучения кристалла и химическому воздействию люминофора, если таковой применен).

Благодаря большому количеству положительных качеств (малой потребляемой мощностью, отсутствию ртути, низкому напряжению питания, высокой надежности, малым габаритам и т.д.), на основе светодиодов создаются разнообразные и высококачественные осветительные светодиодные приборы. Можно долго перечислять различные типы светодиодных светильников : это и прожекторы, и линейные светодиодные светильники, и светильники общего или специального назначения. Однозначно можно сказать, что светодиоды – это динамично развивающиеся источники света. А технология производства светодиодов – сфера деятельности высококлассных мировых специалистов, способных достигать все более высоких результатов.

Для открытия рентабельного нужно правильно подобрать оборудование. Учитывайте наши рекомендации, ведь именно от оснащения цеха зависит качество изделий.

Повышенное внимание к светодиодным светильникам раскрывает перед производителями новые возможности, но сначала нужно разобраться с производством светодиодных ламп.

Подробнее рассмотрим оборудование для производства светодиодных светильников, ведь они имеют значительные преимущества, такие как эффективность, экономичность и экологичность

Изготовление ламп

Первым делом определитесь с производительностью техники, ведь от этих показателей будет зависит стоимость продукции.

Производители предлагают оборудование, что производит 1 000 ламп за смену или 10 000 ламп за смену. Также от оборудования зависят мощность и габариты ламп.

Ваш бюджет на линию производства светодиодных ламп должен составлять минимум 10 000 000 руб. Вся линия довольно компактная, поэтому не будет занимать много места в цеху.

Перед покупкой оснащения обратитесь к фирмам-производителям. После согласования всех деталей они изготовят вам индивидуальную линию для ламп и светильников. Специалисты таких фирм также могут дать вам полезные советы по налаживанию рабочего процесса.

Комплектующие светодиодных светильников

Если вы будете ориентировать свой бизнес на сбор светильников с готовых комплектующих, вам понадобится закупить следующие детали:

алюминиевые платы (однослойные, многослойные): необходимы для монтажа лент и дают направление освещению;
драйвера для матриц: отвечают за надежность, а также стабильность электропитания;
драйвера светодиодов: увеличивают срок службы;
корпус.

При выборе учитывайте не только прочность материалов, но также простоту монтажа.

Линии для изготовления плафонов

Как и все детали, корпуса можно либо закупать готовыми, либо производить самостоятельно, но для этого купите специальную технологическую линию:

установка по штамповке (понадобится несколько штук);
аппарат вытягивания стеклянных изделий;
станок, чтобы выравнивать формы корпусных трубок;
газовая печь, чтобы выплавлять корпуса;
транспортер с функцией обдува воздухом.

Отдельно можно рассмотреть покупку линии порошковой покраски, лучше автоматизированной. Обычно они обладают высокой производительностью и низким процентом бракованных изделий. Если готовые изделия будут использоваться на улице или в помещениях с высокой влажностью, необходимо антикоррозийное покрытие.

Выбирайте оборудование, которое имеет высокий уровень оснащения станков – это наличие системы ЧПУ, что исключает человеческий фактор, а значит возможность появления ошибок в работе, повышает производительность.

С такими станками можно наладить изготовление качественной серийной продукции, к тому же в минимальные сроки. Также можно делать металлическую фурнитуру.

Обратите внимание, что оборудование для производства корпусов светильников довольно дорогостоящее, даже если выбирать среди поддержанных моделей.

На стоимость также влияет материал плавона:

богемское стекло;
дерево;
керамика;
металл;
муранское стекло;
пластик;
полимеры;
ракушка;
силикон;
стекло;
текстиль;
хрусталь.

Видео: Производство светодиодных светильников в России

Сегодня на каждом углу можно увидеть множество различных фонариков. Во многом это именно светодиодное освещение, которое сегодня завоевывает всё большую популярность нас в стране, да и в мире в целом. Впрочем, на данный момент говорить о полном засилье диодов и смещении световых систем старого образца не приходится. Не приходится только потому, что производство светодиода – достаточно дорогостояще, и производство в массовом режиме практически невозможно. Впрочем, специалист сходятся во мнении, что массовый переход от традиционных источников освещения на твердотельные (каковыми являются светодиоды) – только вопрос времени. Светодиодное производство предоставляет ряд преимуществ, игнорирование которых практически невозможно.

На данный момент, светодиод является достаточно революционным методом решения проблем освещения. И, скорее всего, технология освещений переживает некоторый подъем, который позволит сделать освещение более доступным и экономичным. Один из американских университетов опубликовал данные любопытного исследования. Так, оказалось, что если бы человечество в одночасье перешло на светодиодное освещение, то за 10 лет можно было бы сэкономить порядка 1 миллиарда тонн нефти, которая используется для производства электричества. Понятно, что это вызвало бы незначительное падение и на цены в целом. Однако это не все преимущества, которые нас бы могли ожидать.

Технология производства светодиодов + видео

Как мы уже отмечали выше, сегодня производство светодиодов имеет некоторые трудности, связанные как с ресурсным вопросом, так и нормативно-правовым. В частности, поскольку этот вид освещения является достаточно новым, ещё не были разработаны нормативные параметры, которые были бы общими для всех производителей. Отсутствие таких рамок может серьезно повлиять как на качество продукции, так и на её безопасность. Стоит отметить, что, конечно же, работы над созданием единых нормативов и правил производства данного освещения ведутся, однако, до завершения они ещё далеки.

Теперь стоит рассмотреть этапы создания светового диода. На первом этапе происходит выращивание кристалла, который и будет отображать свет. Процесс выращивания называется металлоорганической эпитаксией. В ходе этого процесса, кристалл выращивается на основе другого кристалла. Для того чтобы процесс запустился необходимо особо чистые газы, а также множество других элементов, которые стимулировали бы рост кристалла. На этом этапе производители встречают свое первое испытание. Оборудование для производства кристалла может стоить до 1,5 миллионов евро, а настройка этого оборудования – занимать года. На втором этапе из полученного кристалла необходимо сделать специальные чипы, которых должно быть несколько тысяч. На этом этапе необходима более чем ювелирная работа, чтобы соблюдать необходимую толщину и состав чипа.

Третий этап называется бинированием. Если говорить простыми словами, то в ходе этого процесса, происходит группирование чипов по своим характеристикам. Группирование должно объединять группы чипов с наиболее похожими характеристиками. Они определяются отдельно, в зависимости от чипа. Сложность данного процесса состоит в том, что крайне тяжело найти хотя бы два похожих чипа, так что приходится создавать дополнительные группы и выделять новые критерии схожести. Это тоже процесс не одного дня. Наконец, четвертый этап. На этой стадии необходимо правильно соединить группы кристаллов-чипов с проводниками, а также выходами к электричеству. На этом же этапе светодиод комбинируется в рамках одного корпуса.

Видео как делают светодиоды:

Стоит сказать, что производители крайне осторожно подходят к выбору линз и пластика, который будет заламывать лучи диодов.

Оборудование для производства светодиодов

Не менее дорогим, чем производство самих светодиодов, является оборудование для их производства. Для выращивания кристаллов необходимо иметь специальную лабораторию, в которой поддерживалась бы правильная температура, влажность и освещение. Кроме того, машина, которая наращивает кристалл, стоит не меньше нескольких сотен тысяч долларов. Так что даже на первом этапе производства, компания-производитель уже затрачивает порядка миллиона долларов. Последующие этапы выполняются в основном вручную, так что миллионных расходов уже не будет. Однако для найма специалистов и предоставления им нормальных лабораторных условий также необходимо иметь хорошую материальную базу. На заключительном этапе необходимо сложить все получившиеся компоненты, но это тоже делается в основном вручную.

Отдельное внимание уделяется разработке компьютерного обеспечения для светодиода, которое необходимо для работы тысяч чипов, о которых мы говорили выше. На данный момент человечество не сумело создать дешевого и быстрого способа создания светодиода, поэтому говорить о революции в освещении ещё рано. Как бы там ни было, это не мешает нам наслаждаться прекрасной палитрой цветов этих новых “светильников”.

Производство светодиодных ламп не требует больших финансовых затрат. Для успешного мини бизнеса не надо покупать дорогостоящее оборудование, вам понадобится только расходный материал, из чего делают лампы и рабочий коллектив. Расходный материал включает в себя: платы, светодиоды, микросхемы, паяльники. Например, в Китае производством ламп могут заниматься как крупные заводы, так и маленькие мастерские.

Организация мини производства светодиодных ламп.
Любой уважающий себя предприниматель начинает свою деятельность с бизнес-плана. Согласно статистике производство светодиодных ламп состоит из: соответствующего помещения, как правило, арендуемое площадью от 300 до 1000 квадратных метров. Обязательное наличие монтажных столов для сборки ламп. Количество сотрудников зависит от объёма производства, их может быть несколько десятков или более сотни рабочих.

Паяльники, олово, канифоль, вентиляторы, шоурум - всё это понадобится в процессе изготовления ламп. Стенд, где проверяется качество изделия. Как на любом предприятии обязательно офис начальника цеха и кабинет директора. Также подсобное помещение - склад для готовой продукции.

Первые 2 года производство будет окупать затраты на открытие данного бизнеса. В производстве светодиодных ламп есть один существенный минус - стоимость рабочей силы. По сравнению с китайцами она у нас завышена. В связи с этим конкуренция с китайскими производителями очень большая, даже если учесть разницу стоимости доставки товара по России или из-за границы, вы всё равно будете им уступать.

Сбыт светодиодных ламп.
Не маловажным моментом при мини производстве ламп является целевая аудитория покупателей. Это могут быть мелкие частные потребители, которые избавляются от невыгодных ламп накаливания и переходят на светодиодные лампы. Их преимущество - длительный срок эксплуатации и более полезный свет для глаз.

В роли покупателей данного товара могут выступать и промышленные предприятия. Светодиодные лампы также используют и в радиотехнике. Если бизнес направить на производство бытовых и промышленных ламп, размер прибыли значительно увеличится.

Варианты производства светодиодов.
Процесс производства можно осуществлять двумя способами: первый более затратный, второй экономит расходы. Дело в том, что полный цикл производства влечёт за собой большие финансовые затраты на приобретение оборудования, закупку расходного материала и сырья. Второй способ изготовления ламп заключается в приобретение составляющих элементов и их последующая упаковка.

Производство светодиодных ламп проходит несколькими этапами: процессирование и монтаж чипов, корпусирование и сборка готовых изделий.

Для мини изготовления данного товара вам понадобятся установки штамповки ножек, купола колб. Следует приобрести отколочный автомат, с помощью него осуществляется резка и транспортировка концов трубок. В производстве обязательно понадобится специальная установка, которая вытягивает стеклоизделия, а так же транспортёр с обдувом. Не обойтись вам без газовых печей. Перечисленное оборудование можно приобрести как новое, так и бывшее в употреблении. Второй вариант значительно сэкономит ваши расходы.

Секрет успеха в производстве светодиодных ламп.
Залог успешного бизнеса состоит и в правильно выбранном персонале, это должны быть высококвалифицированные специалисты. Количество сотрудников зависит от объёма производимого товара. Чем больше количества изготовления продукции в день, тем больше должно быть рабочих. Не забудьте, что вашему предприятию понадобятся услуги бухгалтера и маркетолога. Также необходимо организовать отдел сотрудников по закупке расходного материала и реализации товара. Конечно, любое производство не обойдётся от руководящего состава: директор, заместитель директора и другие должности по мере необходимости.

Видео мини производство светодиодных ламп: