Одежда и товары

Бизнес идея для led освещения. Инвесторы интересуются данной сферой деятельности

Сегодня практически никто из нас не может и представить жизни без таких привычных для нас вещей как телевизор, телефон и прочее. К этой же категории следует отнести и свет, который производится при помощи лампочек. Изобретение первой лампочки датируется 1838 годом, а её автором был Жан Жобар. Данная лампа в качестве источника накаливания имела уголь, что по крупному счету не отличало её от газовых фонарей и ламп. Уже более усовершенствованная лампа была придумана через три года англичанином Деларю, который изобрел первую лампу накаливания, в которой использовалась спираль. Известным российским физиком Александром Николаевичем Лодыгиным ещё в 1874 году была изобретена отечественная лампа накаливания, в которой использовался угольный стержень в вакууме. Изобретение дало толчок к началу электрификации Российской империи. Специальный план по 100-процентной электрификации страны был представлен в 1913 году, однако, осуществить его будет суждено уже власти большевиков, которая выдаст план за чисто свою идею. Как бы там ни было, к лампочке мы за это время уже сильно привыкли, однако, некоторые вопросы так и остаются до сих пор открытыми, к примеру, – производство ламп накаливания.

Оборудование для производства ламп накаливания

Для производства ламп накаления требуется иметь достаточно современное и качественное оборудование. Главная трудность заключается в работе с газом и вакуумом. Кроме того, для производства вольфрамовой нити требуется специальная машина, которая производит нить с толщиной в 0,4 мкр. Более того, вольфрам – довольно дорогостоящий материал и затраты на этот металл не всегда окупаются одной лишь продажей лампочек. Далее, следует учитывать и производства стекла – колбы. Для этого тоже существуют специальные стеклодувные машины. Процесс создания лампы требует большой точности складывания лампочек. Если процесс выполняется неправильно на одном этапе (изготовления колбы, термального тела или цоколя), то есть все шансы, что такая лампочка не прослужит долго.

Таким образом, производство ламп является процессом, который вот уже более полутора века совершенствуется и упрощается. Сегодня мы имеем несколько видов ламп, в зависимости от их назначения. Совсем недавно в моду начали входить энергосберегающие лампочки, которые имеют более высокий КПД, а также долговечность. Кроме того, яркость такой лампочки в несколько раз превосходит яркость традиционной. Как бы там ни было, но лампа и до сих пор, несмотря на свою простоту, остается чуть ли не единственным изобретением, которое человечеству несет свет!

Технология производства ламп накаливания

Лампа накаления использует эффект нагревания проводника (тела накаливания) во время протекания через него электрического тока. Температура тела накала резко возрастает после включения тока. Во время работы, накаляемое тело излучает электромагнитное тепловое поле в соответствии с законом Планка. Формулировка Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн. Для того чтобы получить видимое излучение, необходимо, чтобы температура накаляемого была составляла несколько тысяч градусов. При температуре 5770 градусов световой эффект равен спектру Солнца. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света, и тем более “красным” кажется излучение.

В сегодняшнем производстве спиралей для ламп используется вольфрам, который впервые начал использовать наш ученный Лодыгин, о котором мы говорили несколько выше. В обычном воздухе при значительных температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине тело накала помещено в колбу, из которой в процессе изготовления лампы откачивается воздух. Первые колбы изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампочки малой мощности (для ламп общего назначения - до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колба более мощной лампочки наполняется инертным газом (аргоном, криптоном или азотом). Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что позволяет повысить коэффициент полезного действия, а также приближает спектр излучения к белому. Газонаполненная лампочка не так быстро будет темнеть за счёт осаждения материала тела накала, в отличии от вакуумной лампы.

Видео как делают лампочки:

Для изготовления нити накаливания, необходимо использовать металл с положительным температурным коэффициентом сопротивления, который позволит только увеличивать сопротивление температуре с её ростом. Такая конструкция производит автоматическую стабилизацию мощности лампы на необходимом уровне при подключении к источнику напряжения (источнику с низким выходным сопротивлением). Это позволит проводить подключение ламп непосредственно к распределительной сети без использования балласта, что выгодно отличает их от газоразрядных лампочек.

Добро пожаловать на журнал о бизнесе и финансах «Rabota-Tam».

Технология изготовления светодиодных осветительных приборов возникла относительно недавно. Данный рынок еще не переполнен производителями. На это есть несколько причин: большие капиталовложения в бизнес и потребность в высококвалифицированных специалистах. Опытные предприниматели утверждают, что открыть мини завод по производству светодиодных ламп с незначительным бюджетом может оказаться нерентабельным. Завод должен изготавливать достаточное количество продукции для быстрой окупаемости цеха.
Поскольку конкуренции здесь пока нет, запуск собственного производства может приносить со временем большие доходы, поскольку продукция у потребителя пользуется сейчас высоким спросом.

Процесс изготовления ламп очень трудоемкий. Специалистами здесь должна учитываться масса правил. Если вы слабо себе представляете, в чем заключается технология, то этот вопрос, составляя бизнес-план, лучше хорошенько изучить. Тогда в дальнейшем вы сможете грамотно, со знанием дела планировать деятельность своего предприятия.
В целом, технология производства светодиодных ламп может быть представлена следующим образом:

Изготовление чипов на специальных кристаллах. Тонкий слой искусственно полученных кристаллов особым способом разделяется на сотни отдельных чипов.
Биннирование чипов. Полученные чипы сортируют по группам в соответствие с определенными параметрами.
Получение готовых изделий. Готовое изделие состоит не только из чипов. На стадии сборки используются: корпус из того или иного материала, люминофор, специальные линзы.

Основной этап производственного цикла – выращивание при определенных условиях кристаллов. Из-за высокой стоимости специального оборудования, из-за отсутствия в нашей стране высококлассных специалистов в этой области, из-за сложностей при обеспечении стерильных условий в помещении открыть свое производство светодиодных ламп с нуля будет весьма проблематично. Поэтому более экономически выгодно в России осуществлять только сборку готовых изделий. Этот вариант мы и будем рассматривать.

Оборудование для изготовления ламп

Техническое оснащение цеха – основная статья расходов. Сэкономить тут вряд ли получится, ведь в итоге может пострадать качество самих ламп.
Что вам потребуется?

Измерительные приборы для тестирования поступающих на производство светодиодов и полностью собранной продукции.
Оборудование для сборки ламп.
Сопутствующее оборудование. Сюда можно отнести: специальные столы, осветительные приборы, ручные приспособления.

Купить оборудование для производства светодиодных ламп вы можете как в России, так и за рубежом. Отметим, что иностранные бренды ценятся на рынке больше, благодаря своему высокому качеству. Рассмотрите вариант приобретения приборов у китайских или японских производителей. Причем, всю линию лучше закупать у одного поставщика. Так вы обеспечите бесперебойную работу цеха и заручитесь поддержкой производителя для устранения какой-либо неисправности приборов. Попытайтесь найти предложения о продаже поддержанных приборов. Но тут будьте осторожны – аппараты могут быстро придти в негодность. Тогда финансовые потери в дальнейшем сложно будет окупить.
Минимальная цена оборудование для производства светодиодных ламп составляет примерно 10000000 руб. Более сложные приборы обойдутся вам в куда более приличную сумму.

Помещение под цех

В данном случае подойдет любое помещение. Но перед началом работы придется его полностью переоборудовать, чтобы обеспечить все необходимые условия. Вы вряд ли найдете цех, где ранее уже осуществлялось изготовление ламп. Поэтому на ремонт и подготовку помещения придется растратить до 1000000 руб. Вся трудность заключается в том, что при изготовлении ламп должны поддерживаться стерильные условия. Только тогда на выходе вы получите изделия, соответствующие всем стандартам и нормам.
Цех, где собираются лампы, должен быть достаточно просторным. Для небольшого завода хватит 200 м 2 . На этой площади поместиться все оборудование.

Сырье для производства ламп

В бизнес план производства светодиодных ламп должен быть включен пункт, посвященный выбору поставщиков сырья. На современном рынке представлено немало фирм, производящих чипы на кристаллах.
Отлично себя зарекомендовавшие компании:

Bridgelux,
Cree Epistar,
Chimei,
Светлана-Оптоэлектроника.

Российских поставщиков сырья совсем немного. Но качество их продукции мало отличается от иностранных брендов.
Основное сырье для изготовления ламп: светодиоды, оптика, детали для сборки готового изделия. Естественно, самые дорогие компоненты для сборки – светодиоды (до 50% от розничной цены самой лампы).

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.

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”.

Число самых динамично развивающихся отраслей экономики за последние несколько лет прочно пополнило производство не только самих светодиодов, но и источников света на их основе.

Энергоэффективность таких источников света с лихвой окупает специфические технологические особенности и затраты, которых требует оборудование для производства светодиодов. Потому для многих предприятий это направление становится основным.

Производство светодиодов: какое помещение и оборудование нужно?

Нужно будет придерживаться нескольких главных правил, чтобы оборудование для производства светодиодов работало наиболее эффективно.

Площадь не менее 3500 квадратных метров.
Обязательное наличие качественной вентиляции.
Организация складских помещений.
Наличие стенда для проверки качества.
Место, где выставляются образцы продукции для клиентов.

Основные этапы на производстве

Светодиодные модули делятся на несколько групп в зависимости от типа конструкции. Группировка осуществляется по:

исполнению линзы (она может отсутствовать, бывают формованные или монтируемые варианты);
интерфейсу кристалл-корпус (подкристальная плата отсутствует, либо она есть);
исполнению кристалла (может быть формы flip-chip или же планарным).

Под технологию поверхностного монтажа, как правило, производится большинство корпусов современных модулей. Исполнение бывает металлокерамическим или металлопластиковым. Кроме того, широкое распространение получила так называемая технология «чип на плате».

Проблемы и особенности производства

Закупать оборудование для производства светодиодов нужно такое, чтобы оно
позволяло решать несколько основных задач в направлении. Речь идёт о суммарной эффективности светового потока и организации теплоотвода. Тепло изделием выделяется, но не излучается. Потому и возникает необходимость в качественном кондуктивном оборудовании.

На рынок выпущено достаточно много вариантов ламп, доступных для производства по лицензии, так что перестал быть острым вопрос, касающийся доступа к конструкциям светильников. Стандартизация достаточно важна для современных потребителей, потому производители сами стараются применять стандартные разъёмы и цоколи для оборудования общего и квартирного использования.

Производство. Основные этапы

Сначала выпускаются эпитаксиальные пластины.
Далее переходят к производству кристаллов.
После этого собираются модули светодиодного типа.
Светильники собираются, проходят ряд тестов.

Маршрут сборки светодиодов. Укрупнённый вариант

В разы дешевле обходится оборудование, отвечающее за сборку модулей и светильников, немногим меньше года потребуется на запуск, оснащение первого изделия и соблюдение нужных требований относительно, например, smd светодиодов. Не так остро стоит вопрос о нехватке квалифицированных кадров, особенно если сравнить с участком роста эпитаксиальных структур, кристальным производством.

Не важно, какими конструктивными особенностями обладает продукт, определённые операции выполняются в любом случае. Например, герметизация, разделение групповых заготовок, монтаж кристаллов. Так что появляется возможность применить типовой укрупнённый технологический маршрут сборки.

Какие параметры и характеристики критичны?

Монтаж кристаллов – пожалуй, главное направление, на которое стоит обратить больше всего внимания. Он чаще всего осуществляется на токопроводящий или теплопроводящий клей, дальше происходит отверждение. Именно так можно добиться производства качественных led светодиодов. После этого обычно переходят к осуществлению визуального и механического контроля для того, чтобы проверить наличие сдвига.

Монтаж перевёрнутых кристаллов – наиболее технологичная операция. Благодаря ей исчезает необходимость в разварке проволочных выводов. Аппарат для производства светодиодов не один, их нужно несколько для организации полного круга производства.

Автомат монтажа – место, куда непосредственно на кассетах попадают кристаллы в виде скрайбированных и разрезанных пластин на липком носителе. Во всяком случае, если речь идёт о массовом и крупносерийном производстве. С участка входного контроля получается карта годных кристаллов. Остальные просто отбраковываются и выбрасываются либо применяются как расходный материал в других направлениях.

После того как все операции завершены, модели проходят тестирование и довольно строгий отбор по качеству. Вот и ответ на вопрос о том, что нужно для производства светодиодов. Это выгодный бизнес, который обязательно принесёт большой доход. Особенно учитывая практически неограниченный потенциал для увеличения плотности светового потока.