一種ac-led集成芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED照明領域，特別是一種可以用于照明的能夠直接利用市電驅動的AC-LED集成芯片。
【背景技術】
[0002]LED光源作為綠色、節能、省電、長壽命的第四代照明燈具正在迅速發展。現有的LED光源需要在低電壓(Vf= 2V-3.6V)、大電流(I F= 200mA-1500mA)的條件下才能正常發光，因此必須提供合適的直流電。而日常生活中采用的市電是交流電，就無法直接為LED光源供電，必須首先通過外加的電源控制部分將交流電AC轉換成直流電DC，并將高壓轉換成低壓才可以驅動LED芯片的正常工作。而這樣就會帶來體積大、成本高、組裝麻煩等一系列問題，又因為使用了電解電容，使得LED的壽命下降，嚴重影響了 LED照明在家用領域的普及應用。
[0003]因此，如果可以用交流電直接驅動LED光源發光的話，就會使整個結構得以簡化，非常有利于LED光源的普及應用。
[0004]目前有關交流LED(AC LED)的實現一般有三種方法:
[0005]一是在芯片中集成兩組串聯的LED晶粒陣列并將其正、負方向連接到交流電源使其工作，在每個交流周期內，兩組LED陣列輪流發光，該方法制作簡單，但是芯片的利用率較低。
[0006]二是將一系列LED微小晶粒采用交錯的陣列式排列工藝分為五串，這五串LED晶粒組成了一個整流橋，在整流橋的兩端接交流電源，這樣在芯片工作過程中，四個橋壁上的LED晶粒輪流發光，而中間壁上的晶粒則會一直發光，該方法雖然芯片的利用率有所提升，但是橋壁上的LED晶粒需要不斷承受尚反向電壓，從而影響芯片的壽命。
[0007]三是是通過一個由二極管組成的橋式整流電路，使得與橋式整理電路串聯的LED能夠在交流電的正負周期內均可發光，芯片的利用率得以提高。
[0008]另外，為了提高LED的發光效率和增加散熱，通常采用倒裝焊技術實現LED芯片和基板的集成。而給LED芯片提供直流電的整流二極管電路是直接集成在GaN外延層中的，通過在外延層中的n-GaN和U-GaN來制備肖特基二極管，從而形成整流橋式電路，然后通過倒裝鍵合來實現LED芯片與基板的集成。此時整個基板只是起到電路連接和散熱的作用，整個整流電路是集成在LED芯片中的。這種結構的芯片集成度較高，且整流電路和發光芯片之間的連接也更快速，但是該結構也有自身的缺點，主要體現在兩個方面:一是在GaN外延層中制備肖特基二極管的工藝不成熟，制得的器件性能不穩定，這不利于今后的大規模生產；二是在GaN表面制備整流電路時消耗了一部分的芯片面積(約占總芯片面積的1/13)，而這部分面積是不發光，所以減少了芯片的有效發光面積，降低了單位面積的發光效率。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于設計一種AC-LED集成芯片，解決現有AC-LED芯片中出現的肖特基二極管性能不穩定，以及芯片單位面積發光效率低等問題。
[0010]為達到上述目的，本發明的技術方案是:
[0011]一種AC-LED集成芯片，包括:襯底、LED芯片、散熱金屬柱、金屬電極和橋式整流電路；其中，所述的LED芯片與襯底利用共晶金屬通過倒裝焊工藝集成在一起，每個LED芯片的P接觸電極則通過散熱金屬柱與襯底實現散熱連接；所述的橋式整流電路的輸入端通過金屬電極外接交流電源，其輸出端與所述LED芯片實現電連接。
[0012]優選的，所述的襯底為絕緣體上硅SOI襯底。
[0013]所述的橋式整流電路由若干肖特基二極管組成。
[0014]所述的LED芯片為氮化鎵高壓LED芯片組，由若干LED芯片依次串聯連接而成。
[0015]在具體使用過程中，頻率為50Hz的市電交流電經過橋式整流電路整流后，直接給LED芯片供電，驅動LED芯片發光，實現了 LED芯片在高壓交流條件下的應用。
[0016]所述的襯底為絕緣體上硅SOI襯底，其起到散熱的作用，且襯底上的氧化膜可以保證其上集成的每個二極管器件之間以及每個散熱金屬柱之間的良好隔離。
[0017]本發明AC-LED集成芯片將整流電路集成到硅襯底上，使得整流電路的性能更加穩定，且與之前的AC-LED芯片相比，整個芯片面積都可以用來發光，增加了單位面積的發光效率。另外，通過在硅襯底上集成其他的控制電路，如PMW調光電路，ESD保護電路等，可以更有效地降低整個LED光源的體積，更加方便使用和安裝。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明AC-LED集成芯片實施例的結構示意圖；
[0019]圖2為本發明AC-LED集成芯片實施例中LED芯片和橋式整流電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例和附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0021]參見圖1，本發明的一種AC-LED集成芯片，包括:襯底1、LED芯片2、散熱金屬柱
3、金屬電極4和橋式整流電路5 ;其中，所述的LED芯片2與襯底I利用共晶金屬通過倒裝焊工藝集成在一起，每個LED芯片的P接觸電極則通過散熱金屬柱3與襯底I實現散熱連接；所述的橋式整流電路5的輸入端通過金屬電極4外接交流電源，其輸出端與所述LED芯片I實現電連接。
[0022]在本實施例中，所述的襯底I為絕緣體上硅SOI襯底，其上的單晶硅層中集成著由肖特基二極管組成的橋式整流電路5。
[0023]所述的LED芯片2為氮化鎵高壓LED芯片組，由若干LED芯片的η電極與相鄰LED芯片的P電極依次串聯連接而成。
[0024]所述的襯底I與LED芯片2利用共晶金屬通過倒裝焊的工藝集成在一起，共晶金屬能夠在相對較低的溫度下直接從固態變為液態，從而實現襯底和芯片的快速融合集成。
[0025]另外，每個LED發光芯片的P接觸電極則通過散熱金屬柱3與襯底I實現散熱連接，LED芯片的發光區即有源區產生的熱量能夠通過散熱金屬柱3和導熱基板快速地傳遞出去，從而提尚了 LED芯片的壽命和可罪性。
[0026]參見圖2，本發明橋式整流電路5由肖特基二極管SBD組成，并與和LED芯片串聯實現的。所述的橋式整流電路5由D1、D2、D3、D4四個肖特基二極管組成；其中，結點a、d通過金屬電極4引出，外接交流電源，而結點b、c則與LED芯片2的正負兩極實現電氣連接。
[0027]在連接市電時，在交流電的正半周期內，二極管Dl、D4工作，在負半周期內，二極管D2、D3工作，因此使得無論是正半周期還是負半周期，LED串聯芯片均可以發光，且由于橋式整流電路5的存在，能夠將50Hz的交流電轉換為10Hz的脈沖直流電，而人的眼睛在75Hz時基本上就感覺不到頻閃，因此可以實現較好的護眼效果。
[0028]在具體使用過程中，頻率為50Hz的交流電經過橋式整流電路后，轉換為10Hz的脈沖直流電，直接給LED芯片供電，驅動LED芯片發光，實現了 LED芯片在高壓交流條件下的應用。
[0029]另外，由于本發明襯底采用了絕緣體上硅SOI襯底，這樣襯底上的氧化層就能夠保證其上集成的每個二極管器件之間以及每個散熱金屬柱之間的良好隔離；而且通過在襯底上集成其他的控制電路，如PMW調光電路，ESD保護電路等，可以更有效地降低整個LED光源的體積，更加方便使用和安裝。
【主權項】
1.一種AC-LED集成芯片，包括:襯底、LED芯片、散熱金屬柱、金屬電極和橋式整流電路；其特征在于，所述的LED芯片與襯底利用共晶金屬通過倒裝焊工藝集成在一起，每個LED芯片的P接觸電極則通過散熱金屬柱與襯底實現散熱連接；所述的橋式整流電路的輸入端通過金屬電極外接交流電源，其輸出端與所述LED芯片實現電連接。2.如權利要求1所述的AC-LED集成芯片，其特征在于，所述的襯底為絕緣體上硅SOI襯底。3.如權利要求1所述的AC-LED集成芯片，其特征在于，所述的橋式整流電路由若干肖特基二極管組成。4.如權利要求1所述的AC-LED集成芯片，其特征在于，所述的LED芯片為氮化鎵高壓LED芯片組，由若干LED芯片依次串聯連接而成。
【專利摘要】一種AC-LED集成芯片，包括：襯底、LED芯片、散熱金屬柱、金屬電極和橋式整流電路；其特征在于，所述的LED芯片與襯底利用共晶金屬通過倒裝焊工藝集成在一起，每個LED芯片的p接觸電極則通過散熱金屬柱與襯底實現散熱連接；所述的橋式整流電路的輸入端通過金屬電極外接交流電源，其輸出端與所述LED芯片實現電連接。本發明具有硅基肖特基二極管性能穩定以及芯片單位面積發光效率高等優點，實現了LED芯片在高壓交流條件下的使用，更有利于LED照明在家用領域的普及應用。
【IPC分類】H05B37/02
【公開號】CN104994634
【申請號】CN201510368142
【發明人】徐閣, 吳維群, 張文君, 胡勇, 陳正華, 陳阿平
【申請人】寶鋼金屬有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月29日