Выращивание кристаллов для светодиодов как бизнес

Как выращивают кристаллы для светодиодов

Знаете ли вы, что температура солнца настолько высокая, что всего кусочек солнечного ядра размером с булавочную головку, способно расплавить всё живое на Земле на расстоянии 140 километров? Хотя человечество никогда не смогло бы повторить нечто подобное, всё же, световая отдача светодиодов почти приравнивается к источнику света.

К примеру, световая отдача солнца 92 люмен/ватт. Светодиодная цокольная лампа в 10 Вт – 86 люмен/ватт.

Известно, что в лабораторных условиях светодиодные лампы достигли предела до 300 люмен/ватт! Но это пока не для массового производства.

Итак, с помощью чего стало возможным такое освещение? И можно ли не в лабораторных условиях повторить нечто подобное?

Основы процесса

Сам процесс довольно трудоёмкий и дорогостоящий. Выполняется в стерильных лабораторных условиях. Какие исходные материалы необходимы для производства светодиодных ламп?

• кристаллы сапфировой подложки;
• алюминиевые платы;
• драйверы;
• люминофор;
• корпуса;
• линзы из силикона, пластика или стекла.​​​

Этапы выращивания светодиодов

Формирование чипов . Сапфировая подложка подвергается термической обработке в камере с газовой смесью, в которой отсутствует воздух. В процессе нагревания на подложке образуется кристаллическая тонкая решётка, на которую напыляют контакты и разделяют на чипы.

Сортировка . Полученные чипы сортируют на группы с одинаковыми параметрами: размеру волны, напряжению и мощности.

Сборка . Теперь приступают к сборке светодиодов,которые состоят из чипов, линзы, корпуса и люминофора.

Контрольный этап . Собранная модель проходит проверку, после чего упаковывается и отправляется на склад.

На самом деле, технология выращивания кристаллов известна только в общих чертах, её тонкости тщательно скрываются производителями. Сложность процесса наращивания кристаллов объясняется тем, что длится почти 7 часов, сопровождается скачками температур и напряжением с определенными параметрами. В России на сегодняшний день действуют всего 3 компании, которые занимаются выращиванием кристаллов с нуля. Находятся в городах – Санкт-Петербург, Томск, Новгород.

Остальные же компании основывают свой бизнес на покупном сырье. Их деятельность состоит из двух циклов работы:

• только сборки светильников из закупленного сырья;
• самостоятельным созданием 2 компонентов: кристаллов и импортных чипов с последующей сборкой.​​​​

Мы рассмотрели только состав светодиодов и поверхностно сам процесс изготовления, оставив без внимания высокотехнологичное оборудование по выращиванию кристаллов.

Конечно, некоторые умельцы пытаются повторить подобное своими руками в домашних условиях, используя всего лишь карбид кремния, пару гвоздей, булавок и паяльник. Но это скорее для тех, кто любит проводить радиолюбительские эксперименты или только учится работать с паяльником. Сам процесс изготовления кристаллов, как и выработка солнечного тепла и света, далеко за пределами нашего понимания и тщательно скрыта от глаз человека.

Источник

Выращивание кристаллов для светодиодов

Светодиодные технологии проникают в каждый дом. Люди всё чаще отказываются от ламп накаливания и люминесцентных осветительных приборов в пользу экологически чистых, безопасных и экономичных образцов. Сейчас большинство производителей низшего уровня изготавливают эти устройства методом лазерной нарезки кристаллографических пластин. На них наносится слой светонепроницаемой пыли, после чего происходит процесс разрезания квадратиков. Они наклеиваются на подложку при помощи ультрафиолетового прозрачного токопроводящего клея. Такая система не может быть долговечной из-за своего внутреннего устройства. Она рано или поздно начнёт давать расслоения, поэтому происходит преждевременный выход из строя. В нашем интернет-магазине «ПрофЭлектро» продаются только осветительные светодиодные технологии с выращенным кристаллом. Это означает, что для каждого экземпляра создаётся уникальный материал, строго подходящий под особенности и геометрические параметры. Это высокотехнологичное производство, недоступное кустарным фабрикам.

Мы рассмотрим технологию выращивания кристаллов на так называемых сапфировых подложках. Они позволяют получить поразительное качество при достаточно невысокой стоимости. Весь процесс сводится к получению элемента, способного без сбоев проводить электрический ток. Чем меньше мертвых зон в сечении, тем точнее получаются световые характеристики. Чистота напрямую влияет на срок службы, устойчивость к перепаду напряжения и генерируемый спектр. Сапфировая подложка является точкой отсчёта для нарастания слоёв кристаллической массы с определенной структурой. Его идеальная кристаллическая решетка лежит в основе большого количества процессов в радиоэлектронике.

Основы процесса

Сапфировые подложки качественно калибруют на этапе сортировки. Далеко не все образцы проходят подбор, ведь их скрытые дефекты обязательно дадут неровный кристалл, обеспечивающий неправильное свечение. Наращивание происходит обязательно в присутствии инертного газа, что гарантирует отсутствие оксидов на поверхности. Регулировка температуры позволяет делать послойную структуру с металлами, вызывающими свечение. Если быть более точными, то используются сложные многокомпонентные сплавы, позволяющие долговременную эксплуатацию. Описание процесса звучит солидно, но толщина наращивания составляет всего 5‒7 микрометров. Это и есть основа каждого светодиода. Его рабочая часть невидима для невооруженного глаза. Весь процесс наращивания длится около 6‒7 часов. Кристаллизация достигается при помощи перепадов температур. Достаточно пропустить электрический ток через полученную структуру для достижения свечения. Подаваемое напряжение должно обладать определенным сводом параметров для лучшего соотношения долговечности и яркости.

Количество заряжаемых одновременно в камеру светодиодов постоянно увеличивается, что снижает стоимость осветительного прибора. В данный момент наиболее продвинутые производители обладают устройствами, позволяющими одновременное выращивание до 5000 кристаллов. Проблема количества в промышленных масштабах решается только количеством камер. Повышение ёмкости влечёт снижение стоимости.

Что касается концентрации металлов или точнейшего соблюдения толщины наращиваемого слоя, то здесь практически невозможно что-либо предсказывать. Каждый производитель имеет собственные секреты, но они составляют коммерческую тайну. Поэтому сложно что-либо утверждать.

Свечение светодиода

В основе функционирования лежит элементарное преобразование электрической энергии в поток света. Потенциалы отрицательного и положительного заряда могут быть неравномерными, что сильно влияет на излучаемый спектр. Для подведения контактов внутрь кристалла используется расслоение при помощи алмазных лезвий крайне малой толщины. Она немного раздвигают слои, а туда вставляются позолоченные или золотые контакты. Рассмотреть эти проводники можно только при сильнейшем увеличении.

Подаваемое напряжение позволяет регулировать спектральный состав луча. Именно поэтому существуют светодиодные лампочки с холодным и тёплым светом.

После этого кристаллическая поверхность закрывается при помощи люминофора, которые обеспечивает определенную проходимость излучения. Он играет роль спектрального фильтра. От качества покрытия напрямую зависит качество освещения поверхностей, а также долговечность устройства, ведь верхний кристаллический слой в условиях контакта с воздухом может осыпаться.

От защитного люминофора и зависит долговечность работы прибора. На самом деле срок в 50000 часов не является пределом. Просто светодиод будет работать более тускло, но его основная функция будет сохранена. В данный момент существуют различные решения с практически вечным свечением, но их применение в быту нецелесообразно.

Источник

Производство светодиодов как бизнес: перечень оборудования, описание технологии производства, нюансы организации дела 0

Светодиодные лампы и светильники стремительно завоевывают лидирующие позиции на рынке осветительных приборов. Несмотря на относительно высокую стоимость, они пользуются высоким спросом у потребителей, поскольку не только обеспечивают экономию электроэнергии, но и значительно улучшают качество освещения, а также позволяют реализовывать уникальные дизайнерские решения в интерьере. В России производство светодиодов только набирает обороты, но из-за слишком высокого порога вхождении и очень сложной технологии такой бизнес доступен далеко не каждому. Поэтому для организации собственного предприятия больше подходит производство светодиодных ламп и светильников неполного цикла с использованием уже готовых чипов.

Особенности продукции

Полный цикл производства светодиодов начинается с выращивания кристаллов. Именно этот процесс является наиболее сложным и дорогостоящим в реализации. Основные трудности связаны с необходимостью решения следующих задач:

• приобретения оборудования, которое стоит миллионы долларов;
• найма высококвалифицированных специалистов узкой специализации с высокой оплатой их труда;
• создания соответствующих условий для роста кристаллов (в первую очередь – абсолютной чистоты).

При этом длительность роста кристаллов до достижения необходимых параметров будет составлять несколько лет. Кроме того, существует еще много тонкостей данной технологии, которые тщательно скрываются каждым производителем. Поэтому о производстве светодиодов с нуля можно говорить только в общих чертах. Помещение и где искать персонал

Для организации предприятия любого масштаба необходимо здание с тремя отдельно выделенными зонами:

• производственной (с 1–3 цехами в зависимости от полноты цикла);
• складскими (отдельно под сырье и готовую продукцию);
• административной (включая офис и подсобки).

Особенно тщательно нужно оборудовать помещение, где будут производиться светодиоды. В зависимости от количества устанавливаемых технологических линий под него потребуется пространство площадью 300–2000 кв. м. Основное требование ‒ идеальная чистота в том помещении, где будут выращиваться и/или обрабатываться кристаллы.

В цехе по изготовлению корпусов и сборке готовых изделий нужно обустроить качественную вентиляцию. Все зоны должны иметь необходимые системы коммуникаций – водопровод, канализацию, отопление.

Требований к месторасположению предприятия нет. Производство не относится к вредным, поэтому может находиться в черте города. Наиболее выгодным считается расположение в промышленной зоне или на окраине, где найти подходящее помещение проще, а арендная плата будет меньше. При этом следует учитывать хорошую транспортную доступность, наличие удобного подъезда и стоянки для автомобилей.

Для предприятия с одной производственной линией, выпускающей в среднем 1000 светодиодов за смену, потребуется штат из 10 сотрудников:

• бухгалтер;
• менеджер по поставкам и сбыту;
• технолог;
• инженеры-светотехники – 2 человека;
• специалисты в сборочный цех – 2 человека;
• разнорабочие – 2 человека;
• уборщица.

Вопрос подбора кадров в данной отрасли стоит достаточно остро, поскольку уникальная и довольно сложная технология требует наличия высококвалифицированных инженеров-светотехников. На сегодняшний день это достаточно редкая профессия, поэтому подбирать необходимых специалистов рекомендуется среди выпускников учебных заведений соответствующего профиля. В России такой подготовкой занимаются несколько ВУЗов, в том числе:

1. Кафедра светодиодных технологий и оптоэлектроники (СТО) университета ИТМО, г. Санкт-Петербург.
2. Кафедра оптоэлектроники, ГЭУ «ЛЭТИ» им. В. Ульянова, г. Санкт-Петербург;
3. Кафедра фотоники диэлектриков и полупроводников, ФТИ им. Иоффе, г. Санкт-Петербург.
4. Кафедра светотехники Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова (ИРЭ), г. Москва.
5. Светотехнический факультет МГУ им. Огарева, г. Саранск.
6. Кафедра Промышленной электроники и Светотехники МЭИ ТУ, г. Москва.

С наймом остального персонала проблем не будет. Должность директора может выполнять учредитель ООО. Оборудование

Для полно-цикличного производства требуются специальные устройства по выращиванию кристаллов. Они относятся к высокотехнологичному оборудованию для нанотехнологий и стоят как минимум 7000000 долларов за одну камеру, поэтому при открытии собственного бизнеса следует настраиваться на производство неполного цикла.

Технологическая линия для изготовления светодиодов из готовых чипов с последующей сборкой готовых изделий включает:

• автоматический станок для монтирования полупроводниковых элементов;
• паяльное оборудование;
• проверочный стенд для контроля качества светодиодов.

Если на предприятии планируется самостоятельное изготовление корпусов, то дополнительно потребуется:

• штамповочная машина;
• устройство по изготовлению корпусов светильников;
• печь для переплавления;
• другие установки в зависимости от типа выпускаемых приборов.

Совмещение столь разных технологий потребует не только слишком больших финансовых вложений, но и создания сложнейшей производственной инфраструктуры, поэтому для начинающих предпринимателей тоже не подходит. Стартовать лучше всего с производства светодиодных изделий из покупного сырья, а по мере развития бизнеса можно будет расшириться до предприятия более полного цикла.

Покупать весь комплект оборудования следует у одного производителя. Самой доступной по стоимости является китайская техника, но если позволяют средства, то лучше приобретать американскую или швейцарскую. Китайская продается на Alibaba.

Технология производства светодиодов + Видео как делают

Сырье и материалы

Исходным сырьем для производства светодиодов служат следующие материалы:

• подложка из кристалла (чаще всего искусственного сапфира);
• алюминиевые платы;
• драйверы;
• корпуса;
• силиконовые, пластиковые или стеклянные линзы;
• люминофор.

Наиболее доступные цены предлагают китайские поставщики. Материалы из Японии будут намного дороже, но и качественнее. Если получится наладить связи, то выгоднее всего делать закупки у российских производителей. Но они, как правило, используют его для собственного производства.

Описание процесса

Технологический процесс производства светодиодов состоит из следующих этапов:

1. Формирование чипов. Подложка из кристалла подвергается пиролизу в герметичной камере, наполненной специальной газовой смесью, в процессе которого на ней нарастает тончайшая кристаллическая пленка. На эту пленку напыляют контакты, а затем ее разделяют на чипы.
2. Сортировка. Полученные чипы очень разнятся между собой по множеству параметров, но сортируются только по трем из них – длине волны, напряжению и мощности. Этот процесс называется «бинированием» и по своей сути представляет разделение всех чипов на «бины», то есть группы с одинаковыми параметрами.
3. Сборка изделий. В завершение из трех элементов ‒ корпуса, чипов и линзы – собирается готовый светодиод. Иногда в него добавляется люминофор – светонакопительный пигмент или светящийся в темноте порошок, аналогичный фосфору.
4. Готовый светодиод проверяется на работоспособность на контрольно-испытательном стенде.

При использовании неполного цикла производства технологический процесс начинается с третьего этапа, минуя первые два. Крепление заготовок на плату с элементами электропитания (драйверами) выполняется с помощью паяльника. Затем плата монтируется в корпус и собирается светильник. После испытания готовые изделия упаковываются и отправляются на склад.

Еще одно полезное видео:

Юридическое оформление

Учитывая крупные масштабы производства, при государственной регистрации бизнеса необходимо оформлять ООО, АО. Для этого в инспекцию ФНС подают заявление, указав в нем код ОКВЭД 27.40, который разрешает осуществлять деятельность по производству осветительного оборудования.

К заявлению прилагают:

• паспорта, ИНН учредителей (оригиналы с ксерокопиями);
• учредительные документы (оригиналы, копии);
• квитанцию об уплаченной пошлине (4000 рублей);
• правоустанавливающий документ на недвижимость по указанному юридическому адресу.

Пакет документов можно отнести лично, отправить заказным письмом или через официального поручителя. Также есть вариант самостоятельной регистрации на Едином портале Госуслуг, при котором госпошлину уплачивать не требуется и квитанция не нужна.

Также следует подать уведомление о переходе на выбранный режим налогообложения. Для ООО оптимально подойдет УСН со ставкой 15% от прибыли.

Получать лицензию или специальное разрешение не требуется. Но при организации производства необходимо учитывать положения следующих нормативных актов:

• ГОСТ Р 54350-2011 – с требованиями к осветительным приборам;
• СП 52.13330.2011 (СНиП 23-05-95) – по искусственному освещению;
• СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-2010 – с санитарными нормами искусственного освещения.

В соответствии с Техническими регламентами Таможенного Союза 004/2011 и 020/2011 определенные категории светотехники подлежат обязательной сертификации. Исключениям являются только светодиодные приборы, работающие от батареек. Требования указанных регламентов касаются производства следующих осветительных приборов:

• общего назначения;
• устанавливаемых в грунт;
• аквариумных;
• прожекторного типа;
• гирлянд;
• световой индикации.

На медицинскую светотехнику, уличные фонари и лампы оформляется декларация соответствия.

Чтобы пройти сертификацию, образцы светодиодов должны соответствовать установленным параметрам в зависимости от условий эксплуатации. Процедура проводится по схеме 1с, 3с или 4с. Испытания выполняются в аккредитованной лаборатории в соответствии с отраслевым ГОСТ.

При использовании схемы 1с дополнительно проверяется состояние производства, включая инфраструктуру, кадровый состав, документацию, технологическое оборудование, состояние входного и внутреннего контроля, условия хранения готовых светодиодов.

Декларация соответствия на медицинскую светотехнику выдается на основании свидетельства Росздравнадзора и СМК. Сертификация менеджмента качества – еще одна процедура, которая проводится с целью подтверждения соответствия системы менеджмента предприятия требованиям стандартов ИСО 9001 (ISO 9001).

Сертификация светодиодной продукции проводится в аккредитованных испытательных центрах. Перечень необходимых документов может отличаться в разных регионах. В любом случае потребуются характеристики товара и протоколы испытаний независимой лаборатории.

Каналы сбыта продукции

Целевыми покупателями светодиодных изделий могут стать:

• оптовые базы светотехнического оборудования;
• гипермаркеты стройматериалов и электроники;
• крупные предприятия, учреждения, организации, компании;
• городские коммунальные службы.

Налаживать контакты с потенциальными крупно-оптовыми закупщиками нужно путем личных встреч и конкретных предложений. При этом необходимо продумать ценовую политику и маркетинговую стратегию, чтобы сотрудничество было взаимовыгодным. Поскольку большой конкуренции в данной сфере пока нет, то главный упор нужно делать на преимущество светодиодов ‒ экономию электроэнергии и долговечность эксплуатации.

Рекламно-маркетинговая кампания

Помимо работы с представителями крупного бизнеса, необходимо использовать все возможности для привлечения розничного сектора. Для этого следует организовать хорошую рекламную кампанию, используя следующие инструменты:

• большое светодиодное табло, установленное в центральной части города и показывающее «товар лицом»;
• публикации в профильных периодических изданиях;
• объявления в местных СМИ;
• распространение листовок и буклетов в местах скопления целевой аудитории;
• участие в профессиональных мероприятиях;
• разработку собственного сайта с полной информацией о продукции и компании;
• активное продвижение в сети интернет с использованием контекстной, баннерной и другой онлайн-рекламы;
• рассылку коммерческих предложений.

Желательно, чтобы рекламную кампанию организовывал профессиональный маркетолог. Его не обязательно нанимать в штат – можно взять через аутсорсинг или заказать услуги в рекламном агентстве.

Краткий финансовый план

На открытие предприятия по выпуску светодиодов и ламп из них могут быть затрачены очень разные суммы, которые зависят от выбранного формата и масштаба бизнеса. Для примера приводится финансовый план на организацию производства неполного (короткого) цикла с использованием указанного выше оборудования (из одной технологической линии мощностью 1000 изделий за смену) и штатного расписания (10 сотрудников).

Стартовые инвестиции

Основную часть первоначальных вложений надо будет потратить на закупку оборудования. В данном случае его стоимость составит:

Вторым по сумме затрат будет приобретение сырья:

Расчет выполнен на основании указанной производительности технологической линии – 1000 светодиодов в смену или 22000 за месяц при односменной работе предприятия.

Общая сумма первоначальных затрат на открытие предприятия будут следующими:

Ежемесячные расходы

При полноценной деятельности предприятия каждый месяц надо будет восполнять запасы сырья и выплачивать заработную плату сотрудникам. С учетом приведенного выше штатного расписания фонд оплаты труда будет следующим:

Вместе с остальными расходами общая сумма текущих затрат составит:

Доходы и прибыль

Выручка предприятия при полной загруженности будет рассчитываться по такой схеме:

При среднемесячной прибыли в 714000 рублей вложенные средства условно окупятся примерно за 4 месяца. Но поскольку на полную загруженность предприятие сможет выйти не сразу, а через 8–12 месяцев полноценной работы, то реальный срок окупаемости будет составлять 1-1,5 года. Хотя при благоприятных обстоятельствах точку безубыточности можно пройти намного раньше.

Источник