Como as lâmpadas LED são feitos

Cento e trinta anos atrás, Thomas Edison completou o teste bem sucedido primeiro sustentado da lâmpada incandescente. Com algumas melhorias incrementais ao longo do caminho, a tecnologia básica de Edison acendeu o mundo desde então. Isso está prestes a mudar. Estamos à beira de uma revolução de iluminação baseada em semicondutores que acabará por substituir as lâmpadas de Edison, com uma solução de iluminação muito mais eficiente em termos energéticos. Iluminação de estado sólido LED irá substituir quase todos os centenas de milhares de milhões de lâmpadas incandescentes e fluorescentes em uso em todo o mundo hoje. De fato, como um passo ao longo deste caminho, o presidente Barack Obama em junho passado revelou novas normas mais rigorosas de iluminação que irão apoiar a eliminação progressiva das lâmpadas incandescentes (que já são proibidos em partes da Europa).

Para entender o quão revolucionário lâmpadas LED são bem como por que eles ainda são caros, é instrutivo ver como eles são fabricados, e comparar com a fabricação de lâmpadas incandescentes. Este artigo explora como as lâmpadas incandescentes são feitas e, em seguida, que o processo contrasta com a descrição do processo de fabricação típica de lâmpadas LED.

Então, vamos começar dando uma olhada em como tradicionais lâmpadas incandescentes são fabricados. Você vai descobrir que este é um exemplo clássico de um processo industrial automatizado refinado em mais de um século de experiência.

Embora os tipos individuais de lâmpada incandescente diferem em tamanho e potência, todos eles têm três componentes básicos: o filamento, a lâmpada, e a base. O filamento é feito de tungsténio. Apesar de muito frágil, filamentos de tungstênio pode resistir a temperaturas de 4.500 graus centígrados e acima. Os fios de ligação ou de lead-in é tipicamente feita de fio de níquel-ferro. Este fio é mergulhado numa solução de bórax para tornar o fio mais aderentes ao vidro. A lâmpada em si é feita de vidro e contém uma mistura de gases, geralmente árgon e azoto, que aumentam a vida do filamento. O ar é bombeado para fora da lâmpada e substituído com os gases. Uma base padronizada detém toda a montagem no local. A base é conhecida como a "base de parafuso de Edison." O alumínio é utilizado no lado de fora e de vidro usado para isolar o interior da base.

Originalmente produzido à mão, fabricação de lâmpada é quase totalmente automatizadas. Em primeiro lugar, o filamento é fabricado utilizando um processo conhecido como desenhos, em que o tungsténio é misturado com um material ligante e puxado através de uma matriz (de um orifício em forma) para um arame fino. Em seguida, o fio é enrolado em torno de uma barra de metal chamado um mandril de modo a moldar-lo na sua forma enrolada apropriado, e, em seguida, aquece-se em um processo conhecido como recozimento, suavizando o fio e faz com que a sua estrutura mais uniforme. O mandril é então dissolvido em ácido.

Em segundo lugar, o filamento em espiral é anexado ao lead-in fios. Os fios de chumbo em têm ganchos nas extremidades que são pressionadas, quer sobre a extremidade do filamento ou, em ampolas grandes, spot-soldada.

Em terceiro lugar, as ampolas de vidro ou caixas são produzidas utilizando uma máquina de fita. Após o aquecimento num forno, uma fita continua de vidro move-se ao longo de uma correia transportadora. Bocais de ar precisamente alinhadas soprar o vidro através de furos na correia transportadora em moldes, criando as tripas. Uma máquina de fita se movendo em alta velocidade pode produzir mais de 50 mil lâmpadas por hora. Após as tripas são sopradas, elas são resfriadas e depois cortado da máquina de fita. Em seguida, o interior do bolbo é revestido com silica para remover o brilho causado por um filamento, brilhante descoberto. A etiqueta e potência são então estampadas sobre a parte superior do lado de fora de cada caixa.

Em quarto lugar, a base da lâmpada é também construído usando moldes. Ele é feito com recortes em forma de um parafuso, de modo que ele pode facilmente encaixar na entrada de uma lâmpada.

Em quinto lugar, uma vez que o filamento, base, e bolbo são feitas, são montados em conjunto através de máquinas. Em primeiro lugar, o filamento é montado no conjunto de haste, com as suas extremidades fixadas à lead-in dois fios. Em seguida, o ar no interior do bolbo é evacuada, e o invólucro é cheio com a mistura de árgon e azoto.

Finalmente, a base e o bolbo são selados. As lâminas de base para a extremidade da ampola de vidro de tal modo que nenhum outro material é necessária para mantê-los juntos. Em vez disso, suas formas conforme permitir que as duas partes a ser realizada em conjunto confortavelmente, com o lead-in fios tocando a base de alumínio para garantir o contato elétrico adequado. Após o teste, bolbos são colocados nas suas embalagens e enviados para os consumidores.

Lâmpadas são testadas, tanto para a vida da lâmpada e força. A fim de proporcionar resultados rápidos, lâmpadas seleccionadas são aparafusados ​​em suportes de teste de vida e iluminado em níveis muito superiores a normal. Esta constitui uma medida precisa de quanto tempo a lâmpada vai durar em condições normais. Os testes são realizados em todas as instalações de produção, bem como em algumas instalações de testes independentes. A vida média da lâmpada família típica é de 750 a 1.000 horas, dependendo da potência.

Lâmpadas LED são construídos em torno de dispositivos semicondutores de estado sólido, de modo que o processo de fabricação mais se assemelha a utilizada para fazer produtos eletrônicos, como placas-mãe para PC.

Um diodo emissor de luz (LED) é um circuito de estado sólido eléctrica que gera luz pelo movimento dos electrões de um material semicondutor. A tecnologia LED tem sido em torno desde os anos 1960, mas para os primeiros 40 anos LEDs foram utilizados principalmente em aparelhos eletrônicos para substituir lâmpadas em miniatura. Na última década, os avanços na tecnologia finalmente impulsionado saída de luz elevada o suficiente para LEDs para começar a competir com a seriedade incandescentes e fluorescentes lâmpadas. Tal como acontece com muitas tecnologias, como o custo de produção cai a cada geração sucessiva LED também melhora na qualidade da luz, a produção por watt, e gestão de calor.

A indústria de computadores é bem adequado para o fabrico de iluminação LED. O processo não é um conjunto muito diferente do que fazer uma placa-mãe do computador. As empresas que fazem os LEDs em si não são, em geral, a empresa de iluminação, ou é uma pequena parte de seu negócio. Eles tendem a ser casas de semicondutores que são cranking feliz o seu produto, é por isso que os preços de saída de LEDs de alta caiu muito nos últimos 15 anos.

As lâmpadas de LED em si são caros, em parte porque ele tem um número de LEDs para obter grande área de iluminação, em vez de um feixe estreito, eo custo de montagem acrescenta ao preço global. Além disso, constituídos de matrizes de LEDs criar mais oportunidades para os defeitos do produto.

Uma luz de LED é composto por quatro componentes essenciais: uma placa de circuito LED, um dissipador de calor, uma fonte de alimentação, e um shell. As luzes começam como nus placas de circuito impresso (PCB) e alta luminância LED elementos chegam das fábricas separadas que se especializam em fazer esses componentes. Elementos próprios LED criar um pouco de calor, por isso o PCB usados ​​em aparelhos de iluminação é especial. Em vez da sanduíche não condutor padrão de epóxi e fibra de vidro, a placa de circuito é disposto sobre uma folha fina de alumínio que age como um dissipador de calor.

O PCB de alumínio utilizada na iluminação LED é revestido com um material não condutor e linhas de traço condutoras de cobre para formar a placa de circuito. Pasta de solda é aplicada nos lugares certos e depois Surface Mount Technology (SMT) máquinas de colocar os elementos minúsculos LEDs, CIs de driver, e outros componentes para o Conselho em ultra alta velocidade.

A forma redonda de uma lâmpada tradicional significa que a maioria dos LED placas de circuito impresso são circulares, então para facilitar o manuseio vários dos PCBs menores circulares são combinados em um maior PCB retangular que máquinas SMT automatizado pode manipular. Pense nisso como uma bandeja de cupcake de mudar de uma máquina para outra ao longo de uma correia transportadora, então no final os cupcakes são agarrados indivíduo livre da bandeja.

Vamos dar uma olhada nas etapas de fabricação de uma lâmpada LED típico pretende substituir uma lâmpada incandescente padrão com um Parafuso Edison. Você vai ver que é um processo muito diferente dos processos altamente automatizados usados ​​para a fabricação de nossos familiares lâmpadas incandescentes. E, apesar do que você pode imaginar, as pessoas ainda estão muito uma parte necessária do processo de fabrico, e não apenas para testes e garantia de qualidade também.

Uma vez que as folhas maiores de placas de circuito de LED ter passado através de um forno de refluxo de solda (de um forno de ar quente, que funde a pasta de solda), que são divididos em individuais as pequenas placas de circuito e os fios de alimentação manualmente soldadas na.

A fonte de alimentação pequena alojada no corpo da lâmpada passa através de um processo semelhante, ou pode ser entregue completa de outra fábrica. Em qualquer caso, as etapas de fabrico são as mesmas, em primeiro lugar o PCB passa através das linhas de SMT, em seguida, vai para uma dupla manual de linha de montagem na linha de embalagem (DIP), onde uma longa fila de operários adicionar um componente de cada vez. DIP refere-se as duas linhas paralelas de fios que se projectam a partir dos lados da embalagem. DIP componentes incluem todos os chips integrados e soquetes de chips.

Enquanto luzes LED queimar várias vezes mais do que incandescente ou de lâmpadas fluorescentes compactas e exigir menos da metade da energia, eles precisam de alguma forma de manter o dissipador de calor passivo LEDs de alta potência de superaquecimento. A placa de circuito de LED, que é feito de 1,6 a 2 mm de espessura de alumínio, vai realizar o calor do dúzia de elementos tão LED para o quadro de metal do dissipador de calor e, assim, manter a temperatura em cheque. Alumínio-backed PCB são por vezes chamadas de "núcleo de metal placas de circuito impresso", e, embora feito de um material condutor o revestimento branco está electricamente isolante. O PCB de alumínio é aparafusado no seu lugar dentro do dissipador de calor, que forma a parte inferior da lâmpada de luz LED.

Depois disso, a placa de ligação de potência é fixado no lugar com cola. A pequena fonte de alimentação converte 120/240V AC energia eléctrica a uma menor tensão (12V ou 24V), ele se encaixa na cavidade por trás do PCB alumínio.

Shell montagem consiste de bloquear o escudo no lugar com parafusos. Um reservatório de plástico abrange o fornecimento de energia e se conecta com o dissipador de calor de metal e placa de circuito LED. Orifícios de ventilação são incluídos para permitir que o ar quente escapar. Montagem de fiação para tomada de corrente requer fios de solda para o soquete da lâmpada. Então shell está conectado.

Em seguida, a luz do LED preenchido é enviado para queima em ensaio e controlo de qualidade. O teste de queima em dura em geral de 30 minutos. O concluído lâmpada LED de luz é então ligado para ver se ele está funcionando corretamente e queimou por 30 minutos. Existe também uma alta tensão de teste de fugas e quebra e o consumo de energia e ao teste de factor de potência. Amostras do ciclo de produção são testados para vazamentos de alta tensão, consumo de energia e fator de potência (eficiência).

As lâmpadas acabados passar por uma etapa final de compressão como a base de tomada de metal é frisado no local, são de código de barras e identificado com o número de lote. Etiquetas de segurança externos são aplicadas eo bulbo é coberto com informações, como marca e modelo. Finalmente, tudo o que resta é fixar na capa de plástico transparente LED, que é colado no lugar.

Depois de uma verificação final para se certificar de todas as diferentes partes da luz LED são apertados, então é embalado em caixas individuais, e as lâmpadas são enviados para fora.

Então, se você já se perguntou por que lâmpadas LED são tão caros hoje, esta explicação de como eles são fabricados e como isso se compara com a fabricação de lâmpadas tradicionais deve ajudar. No entanto, ele também revela por que o custo vai cair muito dramaticamente ao longo dos próximos anos. Assim como o custo de fabricação de outros produtos à base de semicondutores caiu drasticamente devido à automação, padronização e outros passos importantes ao longo da curva de aprendizado de produção, as mesmas forças inexoráveis ​​irá reduzir os custos de produção de lâmpada LED....