專利名稱：一種晶閘管型發光二極管的開路保護器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子技術領域，涉及發光二極管(LED)的開路保護結構。
背景技術：
近年來，隨著發光二極管(LED)工藝和技術的迅猛發展，采用大功率LED作為發光源的燈具逐年增加，其功率可從幾瓦到上百瓦。大功率LED燈具大都采用LED串聯的結構， 用恒流源供電。然而在實際應用中，串聯LED燈卻有一個明顯的缺點，那就是如果串聯的 LED中有一個LED開路，則整個LED燈都不亮了。串聯LED燈具的這一缺點顯著的增加了燈具的維護成本，妨礙了大功率LED燈具的推廣使用，并為某些特定應用如警示燈、礦燈、應急燈等帶來風險。為了防止LED開路時，LED燈還能亮，則需要在每個串聯的LED兩端并聯開路保護器來保證燈具使用的安全性。LED的開路保護器是一種并聯在LED兩端的器件(或電路)，當串聯LED電路中某個LED出現開路現象時，LED的開路保護器能夠及時啟動，提供串聯LED電路的電流通道， 使得即使串聯LED電路中某個LED出現開路現象時，整個LED燈還能繼續發光。目前已開發出的LED開路保護器有兩種結構齊納二極管型和晶閘管型。齊納二極管型開路保護器通過與LED并聯的齊納二極管的反向擊穿特性為燈具提供開路保護。目前，有的LED生產廠家直接將齊納二極管與LED封裝在一起，即制作成帶有開路保護的LED。 但是，齊納二極管本身導通壓降較大、功耗較大，使得采用齊納二極管作為LED的開路保護器同樣存在功耗較大的弊端。晶閘管型開路保護器通過應用與LED并聯的晶閘管的閂鎖特性為燈具提供開路保護，由于其閂鎖后導通壓降低、功耗小，是一種性能優異的開路保護器件。但是晶間管本身是一種電流驅動器件(三端器件)，在沒有電流驅動的情況下存在啟動困難的問題，這使得采用晶閘管作為LED的開路保護器，當LED出現開路時，由于晶閘管不能及時啟動而不能提供實際的開路保護作用。
發明內容本實用新型提供一種晶閘管型發光二極管(LED)的開路保護器，該開路保護器具有啟動快、功耗低的特點，與LED并聯使用可以更高效的實現LED的開路保護功能。為實現本實用新型目的，采用的技術方案如下—種晶閘管型發光二極管的開路保護器，如圖1所示，包括晶閘管T和電子開關K; 所述電子開關K并聯于晶閘管T的陽極和控制極之間。所述電子開關K可以采用二極管或場效應晶體管實現。若采用二極管實現，則所述二極管可以是PN結二極管、肖特基二極管或齊納二極管；若采用場效應晶體管實現，則所述場效應晶體管可以是金屬半導體場效應晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管或結型場效應晶體管。所述晶閘管T和電子開關K可集成于同一芯片上，構成集成晶閘管型發光二極管開路保護器；且所述集成晶閘管型發光二極管開路保護器與現有晶閘管制造工藝相兼容，不會增加器件的工藝復雜程度。本實用新型提供的晶閘管型發光二極管的開路保護器由晶閘管和并聯于晶閘管的陽極和控制極之間之間的電子開關構成。使用時，將該發光二極管的開路保護器與發光二極管并聯起來，當發光二極管正常工作時，開路保護器中電子開關兩端的電壓較低，開路保護器中晶閘管控制極沒有驅動電流流入，晶閘管處于關斷狀態，不影響發光二極管的工作；當發光二極管開路時，開路保護器件中電子開關兩端的電壓迅速升高，電子開關導通， 開路保護器中晶閘管控制極流入驅動電流(開啟電流)，從而導通晶閘管并進入閂鎖狀態， 從而為發光二極管提供開路保護(為串聯LED電路提供電流通道)；開路保護器進入閂鎖狀態后，開路保護器兩端的電壓迅速降低，即使沒有驅動電流也能維持閂鎖狀態。這使得本實用新型具有啟動快、功耗低的特點，與LED并聯使用可以更好地避免串聯LED電路中出現 LED開路時，整個LED燈都不亮的故障現象，從而更高效的實現LED的開路保護功能。
圖1是本實用新型提供的晶閘管型發光二極管的開路保護器的電路結構示意圖。圖2是本實用新型提供的集成了電子開關器件的晶閘管型發光二極管的開路保護器的器件結構示意圖。圖3是本實用新型提供的具有反向擊穿保護功能的集成了電子開關器件的晶閘管型發光二極管的開路保護器的器件結構示意圖。圖2和圖3中1是金屬化陽極、2是P+襯底、3是N型漂移區、4是P型基區、5是第一 N+接觸區、6是金屬化陰極、7是金屬化控制極、8是集成電子開關、9是金屬連線、10是第二 N+接觸區、11是絕緣鈍化層、12是第三N+接觸區。
具體實施方式
一種晶閘管型發光二極管的開路保護器，如圖1所示，包括晶閘管T和電子開關K; 所述電子開關K并聯于晶閘管T的陽極和控制極之間。所述電子開關K可以采用二極管或場效應晶體管實現。若采用二極管實現，則所述二極管可以是PN結二極管、肖特基二極管或齊納二極管；若采用場效應晶體管實現，則所述場效應晶體管可以是金屬半導體場效應晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管或結型場效應晶體管。所述晶閘管T和電子開關K可集成于同一芯片上，構成集成晶閘管型發光二極管開路保護器(如圖2所示)；所述集成晶閘管型發光二極管開路保護器包括P+襯底2、P+襯底2背面的金屬化陽極1、P+襯底2正面的N型漂移區3、N型漂移區3中的P型基區4、位于P型基區4中且與金屬化陰極6相連的第一 N+接觸區5 ；所述N型漂移區3中遠離P型基區4的一側具有第二 N+接觸區10，N型漂移區3中位于P型基區4與第二 N+接觸區10 之間的區域集成了電子開關8 ；電子開關8的一端與P型基區4之間通過金屬化控制極7相連，電子開關8的另一端與第二 N+接觸區10之間通過金屬連線9相連；金屬化陰極6、金屬化控制極7以及金屬連線9之間的區域具有絕緣鈍化層11，金屬化控制極7和金屬連線9 覆蓋N型漂移區3的地方同樣具有絕緣鈍化層11。上述集成晶閘管型發光二極管開路保護器，通過底部P+襯底2和N型漂移區3的PN結以及第二 N+接觸區10將陽極電位引到表面集成的電子開關。當與該開路保護結構并聯的發光二極管正常工作時，開路保護器兩端的電壓較低，開路保護器中的電子開關關斷， 因而整個開路保護器處于關斷狀態，不影響發光二極管的工作；當與該開路保護結構并聯的發光二極管開路時，由于開路保護器兩端的電壓迅速升高，開路保護器中的電子開關開啟為晶閘管提供開啟電流使晶閘管進入閂鎖狀態，從而為發光二極管提供開路保護；開路保護器(晶閘管)進入閂鎖狀態后，開路保護器兩端的電壓迅速降低，即使沒有控制電流也能夠維持閂鎖狀態。上述集成晶閘管型發光二極管開路保護器中，在第二 N+接觸區10下方的P+襯底 2中，還可增加第三N+接觸區12，通過引入第三N+接觸區12形成短路陽極結構，當器件錯誤反接時，短路陽極結構集成的反向二極管可保護LED免受反壓擊穿(如圖3所示)。上述集成晶閘管型發光二極管開路保護器中，P+襯底2的半導體材料為硅(Si)、 碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)或者氮化鎵(GaN)。所述電子開關K可以采用二極管或場效應晶體管實現。若采用二極管實現，則所述二極管可以是PN結二極管、肖特基二極管或齊納二極管；若采用場效應晶體管實現，則所述場效應晶體管可以是金屬半導體場效應晶體管、 金屬氧化物半導體場效應晶體管或結型場效應晶體管。上述新型的晶閘管型開路保護器適用于從小功率到大功率的LED領域，而且適用于其它串聯電路結構中需要提供開路保護的場合。
權利要求1.一種晶閘管型發光二極管的開路保護器，包括晶閘管(T)和電子開關(K)；其特征在于，所述電子開關⑷并聯于晶閘管⑴的陽極和控制極之間。
2.根據權利要求1所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述電子開關(K)采用二極管或場效應晶體管實現。
3.根據權利要求2所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述二極管是PN結二極管、肖特基二極管或齊納二極管。
4.根據權利要求2所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述場效應晶體管是金屬半導體場效應晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管或結型場效應晶體管。
5.根據權利要求1所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述晶閘管(T)和電子開關(K)集成于同一芯片上，構成集成晶閘管型發光二極管開路保護器。
6.根據權利要求5所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述集成晶閘管型發光二極管開路保護器包括P+襯底0)、p+襯底( 背面的金屬化陽極α)、ρ+襯底⑵正面的N型漂移區(3)、N型漂移區(3)中的P型基區0)、位于P型基區⑷中且與金屬化陰極(6)相連的第一 N+接觸區(5)；所述N型漂移區(3)中遠離P型基區⑷的一側具有第二 N+接觸區(10)，N型漂移區(3)中位于P型基區(4)與第二 N+接觸區(10) 之間的區域集成了電子開關⑶；電子開關⑶的一端與P型基區⑷之間通過金屬化控制極(7)相連，電子開關(8)的另一端與第二 N+接觸區(10)之間通過金屬連線(9)相連； 金屬化陰極(6)、金屬化控制極(7)以及金屬連線(9)之間的區域具有絕緣鈍化層(11)，金屬化控制極(7)和金屬連線(9)覆蓋N型漂移區(3)的地方同樣具有絕緣鈍化層(11)。
7.根據權利要求6所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述第二 N+接觸區(10)下方的P+襯底(2)中還具有第三N+接觸區(12)。
8.根據權利要求5或6所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述電子開關(8)為二極管或場效應晶體管。
9.根據權利要求8所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述二極管為PN結二極管、肖特基二極管或齊納二極管。
10.根據權利要求8所述的晶閘管型發光二極管的開路保護器，其特征在于，所述場效應晶體管是金屬半導體場效應晶體管、金屬氧化物半導體場效應晶體管或結型場效應晶體管。
專利摘要一種晶閘管型發光二極管的開路保護器，屬于電子技術領域。由一個晶閘管和連接于晶閘管的陽極和控制極之間的電子開關組成；所述晶閘管和電子開關可集成于同一芯片，構成集成晶閘管型發光二極管的開路保護器。該開路保護器與發光二極管并聯使用，當發光二極管正常工作時，電子開關兩端的電壓較低，晶閘管處于關斷狀態，不影響發光二極管的工作；當發光二極管開路時，電子開關兩端的電壓迅速升高，電子開關導通，從而導通晶閘管并進入閂鎖狀態，從而為發光二極管提供開路保護；開路保護器進入閂鎖狀態后，開路保護器兩端的電壓迅速降低，即使沒有驅動電流也能維持閂鎖狀態。本實用新型具有啟動快、功耗低的特點，能夠更高效的實現LED的開路保護功能。
文檔編號F21Y101/02GK202082866SQ20112014129
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月6日 優先權日2011年5月6日
發明者張波, 張金平, 李澤宏 申請人:電子科技大學