Comment Ampoules LED Are Made

Cent trente-ans, Thomas Edison a terminé le premier test réussi soutenue de l'ampoule à incandescence. Avec quelques améliorations progressives le long du chemin, la technologie de base Edison a éclairé le monde depuis. C'est sur le point de changer. Nous sommes à l'aube d'une révolution de l'éclairage à semi-conducteurs qui finira par remplacer les ampoules d'Edison avec une solution d'éclairage beaucoup plus économe en énergie. Solid State Lighting LED remplacera à terme la quasi-totalité des centaines de milliards de lampes à incandescence et fluorescentes en usage dans le monde d'aujourd'hui. En fait, comme une étape dans cette voie, le président Obama a dévoilé Juin dernier, de nouvelles normes plus strictes d'éclairage qui favoriseront l'élimination progressive des ampoules à incandescence (qui sont déjà interdits dans certaines parties de l'Europe).

Pour comprendre à quel point révolutionnaire ampoules LED sont ainsi pourquoi ils sont encore chers, il est instructif de regarder comment ils sont fabriqués et de la comparer à la fabrication des ampoules à incandescence. Cet article explore la façon dont les ampoules à incandescence qui sont ensuite contraste ce processus avec une description du processus de fabrication typique pour les ampoules LED.

Donc, nous allons commencer par jeter un oeil à la façon dont les ampoules à incandescence traditionnelles sont fabriquées. Vous trouverez qu'il s'agit d'un exemple classique d'un processus industriel automatisé affiné depuis plus d'un siècle d'expérience.

Tandis que les ampoules à incandescence types diffèrent par la taille et la puissance, elles ont toutes les trois parties principales: le filament, la lampe, et la base. Le filament est en tungstène. Bien que très fragile, filaments de tungstène peuvent résister à des températures de 4500 degrés Fahrenheit et au-dessus. Les fils de raccordement ou de lead-in sont généralement faites de fil de nickel-fer. Ce fil est plongé dans une solution de borax pour rendre le fil plus adhérente au verre. L'ampoule elle-même est en verre et contient un mélange de gaz, généralement de l'argon et de l'azote, ce qui augmente la durée de vie du filament. L'air est pompé hors de l'ampoule et remplacés par les gaz. Une base standardisée détient toute l'assemblée en place. La base est connu sous le nom "culot à vis Edison." L'aluminium est utilisé à l'extérieur et le verre utilisé pour isoler l'intérieur de la base.

Produite à l'origine par la main, la fabrication ampoule est désormais presque entièrement automatisés. Tout d'abord, le filament est fabriqué en utilisant un procédé connu sous le nom de dessin, dans lequel le tungstène est mélangée avec un liant et tiré à travers une matrice (un orifice en forme) en un fil fin. Ensuite, le fil est enroulé autour d'une barre de métal appelée un mandrin afin de le mouler dans sa forme enroulée appropriée, puis il est chauffé dans un processus connu sous le nom de recuit, de ramollissement du fil et sa structure rend plus uniforme. Le mandrin est ensuite dissous dans de l'acide.

D'autre part, le filament hélicoïdal est fixé à l'avance de courant. Les fils de plomb dans des crochets à leurs extrémités qui sont soit pressé sur l'extrémité du fil ou, dans les grandes ampoules, soudé par points.

Troisièmement, les ampoules de verre ou boîtiers sont fabriqués en utilisant une machine à ruban. Après chauffage dans un four, d'un ruban continu de verre se déplace le long d'une bande transporteuse. Des buses d'air alignés avec précision souffler le verre dans les trous de la bande transporteuse dans des moules, ce qui crée des enveloppes. Une machine à ruban se déplaçant à la vitesse de pointe peut produire plus de 50.000 ampoules par heure. Après les enveloppes sont soufflées, elles sont refroidies et ensuite coupé de la machine de ruban. Ensuite, l'intérieur de l'ampoule est revêtue de silice pour éliminer l'éblouissement provoqué par une incandescent, non couvert filament. L'étiquette et la puissance sont alors estampillés sur le sommet extérieur de chaque boîtier.

Quatrièmement, la base de l'ampoule est également construit en utilisant des moules. Elle est faite avec des indentations dans la forme d'une vis de façon à pouvoir facilement s'insérer dans la douille d'une lampe.

Cinquièmement, une fois que le filament, de base, et l'ampoule sont faites, elles sont assemblées par des machines. Tout d'abord, le filament est montée sur l'ensemble de tige, dont les extrémités sont serrées à l'amenée de deux fils. Ensuite, l'air à l'intérieur de l'ampoule est évacué, et l'enveloppe est rempli avec le mélange d'argon et d'azote.

Enfin, la base et l'ampoule sont scellées. Les diapositives de base sur l'extrémité de l'ampoule de verre de telle sorte qu'aucune autre matériel est nécessaire pour les garder ensemble. Au lieu de cela, leurs formes conformes permettre aux deux parties qui se tiendra en même temps parfaitement, avec le fils de connexion touchant la base en aluminium pour assurer un bon contact électrique. Après l'essai, les ampoules sont placées dans leurs forfaits et livrés au consommateur.

Les ampoules sont testées pour vie de la lampe et de la force à la fois. Afin de fournir des résultats rapides, les bulbes sélectionnés sont vissées dans des baies de test de vie et éclairée à des niveaux bien supérieurs à la normale. Cela donne une mesure précise de combien de temps durera l'ampoule dans des conditions normales. Les tests sont effectués dans toutes les usines de fabrication, ainsi que dans certaines installations d'essais indépendants. La durée de vie moyenne de l'ampoule ménage typique est de 750 à 1000 heures, selon la puissance.

Les ampoules LED sont construits autour de dispositifs semi-conducteurs à l'état solide, de sorte que le processus de fabrication ressemble le plus à celle utilisée pour fabriquer des produits électroniques comme les cartes mères PC.

Une diode électroluminescente (LED) est un circuit électrique à l'état solide qui génère de la lumière par le mouvement des électrons dans un matériau semi-conducteur. La technologie LED a été autour depuis les années 1960, mais pour les 40 premières années LED ont été principalement utilisés dans les appareils électroniques pour remplacer les ampoules miniatures. Dans la dernière décennie, les progrès de la technologie, enfin stimulé la production de lumière suffisamment élevé pour les LED commencent à concurrencer sérieusement à incandescence et les ampoules fluorescentes. Comme avec de nombreuses technologies, comme le coût de production baisse chaque génération successive LED améliore également la qualité de la lumière, la production par watt, et de la gestion de la chaleur.

L'industrie informatique est bien adapté à la fabrication d'éclairage à LED. Le processus n'est pas bien différent que de faire une carte mère d'ordinateur. Les entreprises qui fabriquent les voyants eux-mêmes ne sont généralement pas dans le secteur de l'éclairage, ou il est une partie mineure de leur activité. Ils ont tendance à être des maisons semi-conducteurs qui sont heureux de démarrage sur leur produit, ce qui explique pourquoi les prix sur LED à haut rendement a tellement baissé au cours des 15 dernières années.

Les ampoules DEL eux-mêmes sont chers, en partie parce que cela prend un certain nombre de LEDs pour obtenir large zone d'éclairage au lieu d'un faisceau étroit, et le coût d'assemblage ajoute au prix global. En outre, les ensembles constitués de matrices de diodes créer davantage de possibilités pour les défauts du produit.

Un éclairage à LED se compose de quatre éléments essentiels: une carte de circuit à DEL, un radiateur, un bloc d'alimentation, et une enveloppe. Les lumières commencent comme des circuits imprimés nus (PCB) et la luminance élevée LED éléments arrivent des usines distinctes qui se spécialisent dans la fabrication de ces composants. Éléments LED elles-mêmes créer un peu de chaleur, de sorte que le PCB utilisé dans les appareils d'éclairage est spécial. Au lieu de la norme non conductrice en sandwich époxy et de fibre de verre, la carte de circuit est disposé sur une feuille mince d'aluminium qui agit comme un dissipateur thermique.

Le PCB aluminium utilisé dans l'éclairage à LED est revêtue d'un matériau non conducteur et l'état de traces conductrices des lignes de cuivre pour former le circuit imprimé. Pâte à souder est ensuite appliqué aux bons endroits et Surface Mount Technology (SMT) Machines à placer les éléments minuscules LED, circuits intégrés pilotes et autres composants sur la plaquette à ultra haute vitesse.

La forme ronde d'une ampoule traditionnelle signifie que la plupart des conseils de LED de circuits imprimés sont circulaires, donc pour la facilité de manipulation plusieurs des PCB petites circulaires sont combinés en un rectangle plus grand que PCB automatisé machines SMT peut gérer. Pensez-y comme un plateau de petit gâteau déplacement d'une machine à l'autre le long d'une bande transporteuse, puis à la fin les petits gâteaux individuels sont accrochés gratuitement à partir du bac.

Jetons un regard sur les étapes de fabrication d'une ampoule LED typique pour but de remplacer une ampoule à incandescence standard avec une vis Edison. Vous verrez que c'est un processus très différent des processus hautement automatisés utilisés pour la fabrication de nos familiers ampoules à incandescence. Et, malgré ce que vous pouvez l'imaginer, les gens sont encore très une partie nécessaire du processus de fabrication, et pas seulement pour les tests et l'assurance qualité soit.

Une fois les grandes feuilles de cartes de circuits LED ont passé à travers un four de refusion de brasure (un four à air chaud qui fait fondre la pâte à souder), ils sont divisés en cartes individuelles circuit petites et les câbles d'alimentation manuelle soudé sur.

La petite alimentation logée dans le corps de l'ampoule passe par un processus similaire, ou peut être rendu intégral d'une autre usine. Dans les deux cas, les étapes de fabrication sont les mêmes, d'abord le PCB traverse lignes SMT, puis il va à une double ligne d'assemblage manuel en ligne colis (DIP), où une longue file d'ouvriers d'usine ajouter un élément à la fois. DIP se réfère aux deux rangées parallèles de conducteurs faisant saillie à partir des côtés de l'emballage. DIP composants comprennent toutes les puces intégrées et prises de courant à puce.

Tandis que les lumières LED graver plusieurs fois supérieure à incandescence ou lampes fluorescentes compactes et nécessitent moins de la moitié de l'énergie, ils ont besoin d'une forme de dissipateur thermique passif garder les LED de haute puissance de la surchauffe. La carte de circuit imprimé LED, qui est de 1,6 à 2 mm d'épaisseur en aluminium, conduit la chaleur de la douzaine de tant d'éléments LED au cadre métallique du radiateur et ainsi maintenir les températures dans le contrôle. Aluminium adossés BPC sont parfois appelés "base de métal cartes de circuit imprimé," et si en un matériau conducteur de la couche de peinture blanche est électriquement isolant. Le PCB d'aluminium est vissé en place à l'intérieur du dissipateur thermique, qui forme la partie inférieure de l'ampoule à LED.

Après cela, le conseil connecteur d'alimentation est fixé en place avec de la colle. La petite alimentation 120/240V convertit l'alimentation secteur à une tension plus basse (12V ou 24V), il se glisse dans la cavité derrière la platine en aluminium.

Shell assemblage consiste à verrouiller la coquille en place avec des vis. Une enveloppe en matière plastique recouvre le bloc d'alimentation et communique avec le dissipateur thermique métallique et le circuit imprimé LED. Des trous de ventilation sont inclus pour permettre à l'air chaud de s'échapper. Assemblage Câblage pour connecteur nécessite les fils à souder à la douille de l'ampoule. Puis coquille est attaché.

Ensuite, la lumière LED complété est envoyé au burn-in test et de contrôle qualité. Le test de burn-in dure généralement 30 minutes. Le formulaire ampoule LED lumière est alors mis sous tension pour voir si elle fonctionne correctement et brûlé pendant 30 minutes. Il ya aussi un essai à haute tension de fuite et de panne et la consommation d'énergie et d'essai du facteur de puissance. Des échantillons de la série de production sont testés pour des fuites à haute tension, la consommation d'énergie, et le facteur de puissance (efficience).

Les ampoules finis passer par une étape de sertissage final que le culot métallique est serti en place, sont un code-barres et identifiés avec les numéros de lot. Étiquettes de sécurité externes sont appliquées et l'ampoule est encré avec des informations, telles que la marque et le numéro de modèle. Enfin, tout ce qui reste est de fixer sur le couvercle transparent LED plastique qui est collé en place.

Après une dernière vérification pour s'assurer que toutes les différentes parties de la lumière LED sont serrés, il est emballé dans des boîtes individuelles, et les ampoules sont expédiés.

Donc, si vous avez demandé pourquoi ampoules à LED sont si chers aujourd'hui, cette explication de la façon dont ils sont fabriqués et comment cela se compare à la fabrication d'ampoules traditionnelles devraient vous aider. Cependant, il révèle aussi pourquoi le coût tombera assez spectaculaire au cours des prochaines années. Tout comme le coût de la fabrication d'autres produits à base de semi-conducteurs a chuté de façon spectaculaire grâce à la standardisation, l'automatisation et les autres étapes clés le long de la courbe d'apprentissage de la fabrication, les mêmes forces inexorables permettra de faire baisser les coûts de production de bulbes LED....