專利名稱：具有二極管保護電路的發(fā)光二極管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管裝置，尤其涉及一種具有二極管保護電路的發(fā)光二極管裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的發(fā)光二極管裝置如圖1所示，將發(fā)光二極管芯片100置于一金屬導(dǎo)線架上，并使用金線或鋁線使其電連接至金屬導(dǎo)線架的正極131及負(fù)極132上，形成電性通路，該金屬導(dǎo)線架部份被塑料殼所包覆而形成一固晶區(qū)與反射板110，反射板再覆蓋以透光性良好的環(huán)氧樹脂150。有時為提供較佳的發(fā)光二極管芯片保護或光學(xué)功能而在發(fā)光二極管上先覆蓋以硅膠(Silicone)甚至可在硅膠或環(huán)氧樹脂內(nèi)混以熒光粉配合藍(lán)色發(fā)光二極管芯片以產(chǎn)生白光，此裝置已被廣泛使用于手機屏幕背光源。
另一被廣泛使用于手機按鍵背光源的發(fā)光二極管裝置，如圖2所示，將發(fā)光二極管芯片100置于印刷線路板120上，并用金線或鋁線160使該發(fā)光二極管芯片的電極與印刷線路板的正負(fù)極130電連接，外面再覆以透光性良好的環(huán)氧樹脂150，也可以在環(huán)氧樹脂內(nèi)添加熒光粉以產(chǎn)生白光。
此二種裝置的缺點為缺乏靜電防護裝置，由于藍(lán)光LED添加熒光粉來產(chǎn)生白光已被逐漸廣泛地應(yīng)用在各種光源，然而其對靜電的承受能力遠(yuǎn)低于其它LED，所以很容易被環(huán)境靜電所毀損，如此則會大大地限制此種半導(dǎo)體光源的壽命及其可應(yīng)用的范圍。
近來由于靜電可能造成發(fā)光二極管芯片損壞的現(xiàn)象在InGaN發(fā)光二極管芯片被大量使用后成為一重要課題，開始有使用齊納二極管(Zenerdiodes)來作為發(fā)光二極管裝置的靜電防護，如圖3所示，該設(shè)計為在圖1所示的發(fā)光二極管裝置技術(shù)上的改進，于金屬導(dǎo)線架的一極上外加一齊納二極管140并使用導(dǎo)電膠將其底部電連接至導(dǎo)線架，并以金線或鋁線160將齊納二極管電連接至導(dǎo)線架的另一極，此裝置可提供該發(fā)光二極管芯片一靜電防護回路，將環(huán)境的靜電透過齊納二極管導(dǎo)至發(fā)光二極管裝置外，可保護發(fā)光二極管芯片不被靜電所損壞。圖4為在圖2所示的發(fā)光二極管裝置技術(shù)上的改進，以并聯(lián)一反向齊納二極管140來作為其靜電保護的裝置實例。
此種使用一齊納二極管芯片與發(fā)光二極管芯片并聯(lián)的靜電保護裝置雖然可以提供此裝置的靜電保護效果，但是其缺點為無法對該被保護的發(fā)光二極管芯片進行反向電壓測試。由于發(fā)光二極管芯片的反向電壓測試一直以來是發(fā)光二極管裝置的標(biāo)準(zhǔn)測試項目，其目的在于利用此測試篩選出有瑕疵的發(fā)光二極管芯片，一般而言，反向電流過高的發(fā)光二極管芯片顯示其芯片可能有潛在的缺陷，將使芯片的壽命大幅降低，剔除反向電流過高的產(chǎn)品，可以有效提高產(chǎn)品的可靠度。此裝置的執(zhí)行將使在對該發(fā)光二極管裝置實施反向電壓測試時，齊納二極管被導(dǎo)通而無法測得該發(fā)光二極管芯片的反向電流，如此將無法有效篩選有潛在問題的發(fā)光二極管芯片，使產(chǎn)品可靠度大幅下降。
也有其它現(xiàn)有技術(shù)采用多于一顆齊納二極管的靜電保護裝置，如美國專利US6642550將兩顆背對背齊納二極管設(shè)計于發(fā)光二極管芯片的載體上，然而此專利的目的為減少一條焊線，并未考慮如何挑選齊納二極管使其滿足對發(fā)光二極管芯片反向電流測試的問題，也未考慮挑選齊納二極管作為對發(fā)光二極管芯片過電壓保護使用，因為某些電路設(shè)計可能在電源開關(guān)瞬間有產(chǎn)生突波的可能性，所以當(dāng)線路瞬間突波電壓高于該發(fā)光二極管芯片的極限時有可能損害該發(fā)光二極管芯片。另外，將齊納二極管設(shè)計于發(fā)光二極管芯片的載體上，只可用于具有覆晶設(shè)計的發(fā)光二極管芯片，對于電極位于芯片正面的發(fā)光二極管芯片則無法使用，同時此載體亦將增加額外的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種發(fā)光二極管裝置，該裝置除具有靜電保護功能外，同時能進行反向電壓測試以篩選掉有潛在問題的產(chǎn)品，并可同時有過電壓保護，使該裝置在嚴(yán)苛的環(huán)境中仍能維持壽命與質(zhì)量。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種發(fā)光二極管裝置，包括一發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組，所述的發(fā)光二極管芯片組為多個串連或并聯(lián)或混聯(lián)的發(fā)光二極管芯片，其正極以焊線、焊接或?qū)щ娔z黏著方式與第一導(dǎo)線架連接，其負(fù)極亦以焊線、焊接或?qū)щ娔z黏著方式與第二導(dǎo)線架連接，第一導(dǎo)線架及第二導(dǎo)線架最終可與電源的正極及負(fù)極連接以提供該發(fā)光二極管芯片發(fā)光所需的電源供應(yīng)。該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組同時與一組含多個齊納二極管所串接的保護電路并聯(lián)，該齊納二極管組包含至少有一反向串接及至少有一正向串接的齊納二極管。其中，該齊納二極管組內(nèi)所有與該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組反向的齊納二極管擊穿電壓的總和須高于該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組的操作電壓，且該齊納二極管組內(nèi)所有與該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組同向的齊納二極管擊穿電壓的總和須高于該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組反向電壓測試時所需電壓值，并低于該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組的反向可承受電壓。
本發(fā)明所制作的發(fā)光二極管裝置可于正向工作電壓下正常點亮該發(fā)光二極管，而且進行一般標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)υ摪l(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組進行反向電壓測試時，由于與發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組同向的齊納二極管擊穿電壓的總和高于該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組逆反向電壓所需電壓值，所以可以正確篩選反向電流過高的潛在問題芯片，但當(dāng)瞬間反向電壓過高時，將導(dǎo)通與該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組同向的齊納二極管，而達(dá)到反向電壓的保護功能。由于反向靜電壓是發(fā)光二極管芯片靜電損壞的主要原因，所以本發(fā)明亦可保護該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組免于受環(huán)境靜電破壞。
本發(fā)明進一步的設(shè)計是選用該齊納二極管組內(nèi)所有與該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組反向的齊納二極管擊穿電壓的總和低于該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組的正向最大可承受電壓，當(dāng)電路產(chǎn)生正向突波電壓或正向靜電壓時，若該電壓過高可能損壞該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組時，將使與該發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組反向的齊納二極管導(dǎo)通，達(dá)到正向電壓的保護功能。
本發(fā)明更進一步的應(yīng)用為，若將上述齊納二極管全部或部分改為另一與上述發(fā)光二極管芯片相異波長的發(fā)光二極管芯片，則當(dāng)保護線路工作時本發(fā)光二極管裝置將發(fā)出與正常工作相異的光色，可作為電路異常時警告的用途。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明具有高度自我保護功能，可于產(chǎn)品生產(chǎn)流程、組裝流程及終端應(yīng)用產(chǎn)品的使用生命周期內(nèi)都發(fā)揮其對該發(fā)光二極管裝置的保護作用，無論是環(huán)境的靜電或電路產(chǎn)生的突波都不至對該發(fā)光二極管裝置造成破壞，具有靜電保護和過電壓保護功能，以生產(chǎn)高質(zhì)量的發(fā)光二極管裝置，并達(dá)到高性能、高信賴度光源的需要。此外，本發(fā)明還可作為電路異常時警告的用途。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種應(yīng)用于手機LCD背光源的發(fā)光二極管裝置；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的一種應(yīng)用于手機按鍵背光源的發(fā)光二極管裝置；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的防靜電設(shè)計應(yīng)用于手機LCD背光源的發(fā)光二極管裝置；圖4是現(xiàn)有技術(shù)的防靜電設(shè)計應(yīng)用于手機按鍵背光源的發(fā)光二極管裝置；圖5是本發(fā)明的防靜電設(shè)計應(yīng)用于手機LCD背光源的發(fā)光二極管裝置的一種實施例；圖6是圖5所示發(fā)光二極管裝置的反向電壓電流圖；圖7是本發(fā)明的防靜電設(shè)計應(yīng)用于一種高功率發(fā)光二極管裝置的一種實施例；
圖8是圖7的等效電路圖；圖9是本發(fā)明的防靜電設(shè)計應(yīng)用于另一種高功率發(fā)光二極管裝置的一種實施例及其等效電路圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。實施例中的發(fā)光二極管芯片100可以用發(fā)光二極管芯片組替代。
實施例一圖5為在圖1及圖3所示的發(fā)光二極管裝置技術(shù)上的改進。如圖5所示，一藍(lán)色發(fā)光二極管芯片100固著于金屬導(dǎo)線架上，該金屬導(dǎo)線架有一塑料形成的反射板110及固晶區(qū)，以金線或鋁線160焊接方式將芯片的正極與金屬導(dǎo)線架的正極131相連，以同樣方式將芯片的負(fù)極與金屬導(dǎo)線架的負(fù)極132相連。在正極金屬導(dǎo)線架上以銀膠固著一P型齊納二極管芯片141，其擊穿電壓為6V；在負(fù)極金屬導(dǎo)線架上亦以銀膠固著另一P型齊納二極管芯片142，其擊穿電壓為12V。并以金線或鋁線160焊接方式連接此二P型齊納二極管芯片的焊墊，塑料殼內(nèi)覆蓋以含熒光粉的硅膠，即可形成一白光二極管裝置。
圖6為LED芯片及該齊納二極管芯片的反向電壓電流圖，由圖可知，當(dāng)我們進行LED芯片的反向電壓測試時，其電壓為10伏特，此時由于其電壓低于齊納二極管的擊穿電壓，所以我們可測得該LED芯片的正確反向電流值，雖然此時該齊納二極管有些許漏電流，但是其值相對LED芯片漏電流規(guī)格10uA可被忽略，但是當(dāng)反向電壓因電源異?；蜢o電因素而高于該LED芯片可承受值(假設(shè)為17伏特)時，齊納二極管會導(dǎo)通而產(chǎn)生保護效果。
實施例二如圖7所示，一含正極導(dǎo)線131及負(fù)極導(dǎo)線132的金屬導(dǎo)線架以塑料殼115包覆，并露出一固晶區(qū)及打線區(qū)，一發(fā)光二極管芯片100以覆晶方式固著于一印刷電路板、陶瓷材料電路板、硅基板、或其組合的載體170上，該載體上設(shè)有線路以連接芯片的正負(fù)極，再以導(dǎo)熱膠黏著于一金屬散熱體180，該金屬散熱體被上述塑料殼所包覆但底部露出，以金線或鋁線160焊接方式將載體的正極與金屬導(dǎo)線架的正極相連，以同樣方式將載體的負(fù)極與金屬導(dǎo)線架的負(fù)極相連；在載體的正極線路上另以銀膠固著另一P型齊納二極管芯片141，其擊穿電壓為6V，另在金屬導(dǎo)線架的正極上以銀膠固著一P型齊納二極管芯片143，并以金線或鋁線焊接方式連接此P型齊納二極管芯片的焊墊至載體正極線路上的P型齊納二極管芯片的焊墊；在載體的負(fù)極線路上亦以銀膠固著一N型齊納二極管芯片144，其擊穿電壓為6V，并以金線或鋁線焊接方式連接此N型齊納二極管芯片的焊墊至金屬導(dǎo)線架的負(fù)極；芯片上方以硅膠(Silicone)覆蓋再設(shè)一透明塑料殼190于最外層，如此即形成一發(fā)光二極管裝置。
圖8為LED芯片及該齊納二極管芯片的電路示意圖，由圖可知，當(dāng)我們進行LED芯片的反向電壓測試時，其電壓為10伏特，此時由于其電壓低于兩顆與發(fā)光二極管電極性同向的齊納二極管的擊穿電壓總合(12V)，所以我們可對該LED芯片進行反向電壓測試，當(dāng)反向電壓因電源異?；蜢o電因素而高于該LED芯片可承受值(假設(shè)為17伏特)時，此二齊納二極管會導(dǎo)通而產(chǎn)生保護效果。
實施例三如圖9所示，一白色發(fā)光二極管裝置含一組正負(fù)極金屬導(dǎo)線架130，一銅金屬所形成的散熱導(dǎo)體180，塑料殼115包覆此二金屬導(dǎo)線架電極及散熱導(dǎo)體并形成一固晶區(qū)，且該散熱導(dǎo)體的底部露出于該塑料殼外。一發(fā)光二極管藍(lán)色芯片100固著于該散熱導(dǎo)體上并以金線或鋁線焊接該藍(lán)色芯片的正負(fù)極焊墊至正負(fù)極金屬導(dǎo)線架上，在該散熱體上同時以銀膠固著一擊穿電壓為5伏特的N型齊納二極管145與一N型紅色發(fā)光二極管146，以金線或鋁線焊接方式連接該紅色發(fā)光二極管芯片的焊墊至正極金屬導(dǎo)線架，并以同樣方式連接齊鈉二極管芯片的焊墊至負(fù)極金屬導(dǎo)線架。如此當(dāng)反向電壓因靜電或其它原因高于6伏特時，該保護線路會導(dǎo)通，同時紅色二極管芯片將被點亮顯示警告訊息。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管裝置，包括一發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組，具有兩電極；一組金屬導(dǎo)線架，至少有兩獨立區(qū)域，分別與上述兩電極連接；其特征在于，還包括一組與所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組并聯(lián)的保護線路，該線路包含有兩個以上串聯(lián)的二極管，其中包含至少有一與所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組電極性為同向的二極管及至少有一與所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組電極性為反向的二極管；所述保護線路的所有與上述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組電極性反向的二極管擊穿電壓的總和高于所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組的正向工作電壓；所述保護線路的所有與上述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組電極性同向的二極管擊穿電壓的總和高于所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組所需的反向測試電壓，并低于所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組的可承受最大反向電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管芯片組為多個串連或并聯(lián)或混聯(lián)的發(fā)光二極管芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述保護線路的所有與上述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組電極性反向的二極管擊穿電壓的總和低于所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組的可承受最大正向電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述保護線路的二極管為齊納二極管或發(fā)光二極管或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組固裝于一印刷電路板、陶瓷材料、硅基板或其組合的載體上，該載體以焊線、焊接或黏著方式與導(dǎo)線架電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組固裝于所述的金屬導(dǎo)線架上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述的載體固裝于一獨立的下方裸露的金屬散熱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片組固裝于一獨立的下方裸露的金屬散熱體，并將芯片的兩個電極分別與所述的金屬導(dǎo)線架焊接連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管(LED)裝置，包括一可將電能轉(zhuǎn)換為電磁波的發(fā)光二極管，一組導(dǎo)線架將發(fā)光二極管電連接至外接電源，及一組含多個齊納二極管并且其中至少有一組為背對背或面對面耦合，該組齊納二極管以金線或鋁線電連接至導(dǎo)線架并與發(fā)光二極管并聯(lián)。本發(fā)明除具有靜電保護功能外，同時能進行反向電壓測試以篩選掉有潛在問題的產(chǎn)品，并可同時使該發(fā)光二極管裝置有過電壓保護，在嚴(yán)苛的環(huán)境中仍能維持其壽命與質(zhì)量。
文檔編號H01L23/58GK1873974SQ20051002644
公開日2006年12月6日 申請日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者邢陳震侖, 洪榮豪 申請人:邢陳震侖