Звоните нам с 9 до 18 в рабочие дни →

Заказать звонок

+38 066 994 50 00 или же вы можете →

Как производятся светодиодные светильники?

В статье рассматривается производство светодиодных светильников, начиная с создания полупроводниковых элементов, размещения их на печатных платах и заканчивая сборкой готового прибора.

Обеспечение нормальных условий труда и технологических процессов на любом предприятии не обходится без освещения, как части общей цепи электроснабжения. Это одна из расходных статей бюджета, а учитывая динамику роста цен на энергоносители – достаточно весомая. Одним из путей экономии считается замена стандартных ламп на светодиодные. В этой статье рассматривается технология изготовления диодов вплоть до сборки готового прибора на производстве.

Устройство и принцип работы

Излучение светодиодов формируется за счет рекомбинации зарядов в p-n переходе (при условии, что ток на него подается в прямом направлении). Конструктивно это выглядит следующим образом (см. иллюстрацию внизу):

Ключевым элементом в этой схеме является полупроводниковый кристалл или чип. Он находится между положительной и отрицательной клеммами. Гетероструктура на иллюстрации состоит из слоев нитрида галлия (GaN). Этот материал при подаче питания на контакты излучает синий цвет (фосфид галлия GaP дает зеленое свечение, алюминия-галлия арсенид AlGaAs – красное и т. д.). Чтобы получить на выходе привычный для человеческого глаза белый, на поверхность чипа или линзы наносят специальное вещество – люминофор. Его уникальность в том, что идущий от кристалла световой поток, частично поглощается, а частично – пропускается, возбуждая собственное излучение. Комбинация разных спектров дает необходимый результат.

Светоотдача полупроводника значительно выше, чем у «галогенок» или обычных ламп накаливания даже притом, что размеры кристалла в плане не превышают 3-5 мм. У цокольной 10-ватной LED лампочки этот показатель находится на уровне 94 лм/Вт, тогда как вольфрамовая нить мощностью тех же 10 Вт может обеспечить всего 5 лм/Вт. Во время генерации излучения выделяется тепло, которое нужно быстро и максимально эффективно утилизировать (иначе, в результате перегрева снижается срок эксплуатации). Светодиодные лампы и светильники, производство которых налажено промышленным путем, для подобных целей используют элементы корпуса полупроводникового элемента, а также печатную плату.  Изготавливают их, как правило, из меди или алюминия – материалов с высоким коэффициентом теплопроводности: до 390 и 236 Вт/(м·К), соответственно. Для сравнения, у стали этот показатель всего 47 Вт/(м·К). При необходимости интенсификации теплоотвода решается вопрос оребрения.

Примерную конструкцию светильника можно видеть на иллюстрации внизу.

 

Эта схема не является эталонной, поскольку в зависимости от проектных решений производителя и условий эксплуатации, все может коренным образом поменяться. Тем не менее, ключевые компоненты однозначно будут присутствовать:

  • Светодиоды;
  • Печатная/монтажная плата;
  • Радиатор (теплоотводящие элементы корпуса);
  • Внешний корпус;
  • Рассеиватель.

Как раз на изготовлении этих элементов и следует сделать акцент в контексте сборки готового осветительного прибора.

Как изготавливают светодиоды

Как можно судить по ранее приведенной иллюстрации, полупроводниковый элемент состоит из двух пластин с противоположными потенциалами. Создание такого композитного изделия происходит в несколько этапов на лицензированной производственной линии:

  1. Формирование кристалла. В основе лежит явление эпитаксии или, проще говоря, роста кристаллической структуры. Так, если в герметичную камеру с подложкой (сапфировая пластина) подать газ и поднять температуру, то на ее поверхности начнут оседать металлоорганические соединения (в нашем случае – нитрид галлия GaN). За 6 часов работы установки количество слоев может вырасти до 70 и более (у каждого она производителя засекречена). Их однородность строго контролируется, а общая толщина сформированного кристалла достигает всего 5 мкм;
  1. Чипирование. Далее технология производства светодиодов предусматривает травление искусственно выращенной структуры и формирование контактов (анод и катод). После это пленка разрезается на несколько тысяч будущих светодиодов. На иллюстрации внизу как раз и показана структура такого отдельного миниатюрного элемента;
  1. Бинирование. Уже разделенные кристаллы сортируются с учетом длины волны (на максимуме излучения), напряжения и величины потока света на отдельные группы. В каждой группе расхождение указанных характеристик сводится к минимуму, а точнее, к конкретному диапазону. Как следствие, цена полупроводников из одной партии может быть разной, как и готовых светильников на их базе;
  1. Создание готового элемента. Кристалл с контактами помещается в корпус, который одновременно может играть роль отражателя. На его поверхность наносится люминофор, если в нем существует необходимость. Формируется линза/рассеиватель, которая представляет собой заливку из силикона, эпоксидных смол или стационарный пластиковый элемент.

Изготовление печатных плат

Производство промышленных светодиодных светильников, как самодостаточных осветительных приборов (не нужно путать с лампой, которая является всего лишь его частью) невозможно без компоновки полупроводников в определенной последовательности и количестве. Шаблоном для их размещения и увязывания в единую цепь служит готовая печатная плата. Ее конфигурация, размеры зависят от мощности готового светильника и дизайнерских, конструктивных решений производителя.

Напайка/набивка светодиодов происходит на роботизированном комплексе по следующим причинам:

  • Поддерживается высокая точность и скорость монтажа (до нескольких тысяч элементов в час);
  • Обеспечивается возможность зональной пайки. Напомним, что плата изготавливается из алюминия, чтобы лучше утилизировать избыток тепла. Обычным паяльником здесь ничего не поделаешь, поскольку не удастся создать нужную температуру. Соединение элементов происходит в специальной печи, где термическое влияние оказывается не на всю сборку, а только на контактные точки, исключая перегрев и разрушение полупроводников;
  • Значительно снижается трудоемкость и себестоимость готовой продукции.

На всех этапах производства ведется контроль точности выполнения операций, поскольку производственная линия имеет множество датчиков.

Финальная сборка

Изготовление LED светильников продолжается отправкой готовых плат на участок сборки. Там проводится их установка в корпуса светильников и соединение с источником питания. Последний узел является особенно важным для согласования параметров работы светодиодов и питающей их электросети. Не секрет, что там наблюдаются регулярные скачки напряжения, которые негативно влияют на полупроводники.

Форма и материал для корпусов регламентируются, разве что, конкретными условиями эксплуатации. В остальном же учитываются технико-экономические моменты. К примеру, если технологическая база производства позволяет, то можно изготавливать их из листового металла путем штамповки, гибки, покраски, либо использовать готовые литые корпуса из полимеров.

По оптической части, светильник комплектуется плафоном. С одной стороны он играет роль рассеивателя, обеспечивая равномерный световой поток, а с другой – защищает электронную “начинку” от негативных факторов внешней среды. Для минимизации такого влияния между плафоном и корпусом располагается слой изоляционного материала.

Опционально, готовое изделие можно доукомплектовать электронными регулирующими блоками, системами контроля напряжения, настенным крепежом, проводами и т. д. Ознакомиться с дополнительными возможностями можно в печатных или онлайн каталогах производителей.

Подробнее
18 Окт
Что такое теплоотвод в светодиодном светильнике?
Подробнее
18 Окт
Сколько в год можно сэкономить на электроэнергии с использованием светодиодного освещения?
Подробнее
20 Сен
Энергоэффективное освещение, как конкурентное преимущество
Подробнее
30 Авг
Особенности эксплуатации светодиодного освещения
Подробнее
16 Авг
Автоматизация освещения
Подробнее
26 Июл
Окупаемость инвестиций в модернизацию системы освещения
Подробнее
19 Июл
Оптическая система LED светильника: линзы, отражатели
Подробнее
12 Июл
Виды монтажа светильников
Подробнее
5 Июл
Особенности освещения для торговых помещений
Подробнее
28 Июн
Системы управления освещения: виды, назначение и особенности
Подробнее
21 Июн
Принцип работы светодиодных ламп
Подробнее
14 Июн
Особенности проектирования освещения
Подробнее
7 Июн
Корпус светильника — ключ к энергоэффективности и продолжительному сроку службы
Подробнее
31 Май
Как производятся светодиодные светильники?
Подробнее
17 Май
Устройство светодиодного светильника. Почему важен подбор качественных компонентов?
©2017
- ООО «Интелтек Украина». Все права защищены.
Top