專利名稱：具有恒流功能的led集成模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種半導(dǎo)體器件照明領(lǐng)域，尤其是具有恒流功能的LED集成模塊。
背景技術(shù)：
目前，各種形式集成的LED組件或模塊，已經(jīng)在照明、信號燈和霓虹燈等領(lǐng)域開始應(yīng)用，但是，由于半導(dǎo)體發(fā)光二極管的伏安特性決定了在使用中必須用具有恒流功能的電源供電，才能保證其正常、可靠地工作，由于多數(shù)用戶都習(xí)慣采用穩(wěn)壓電源供電，因此，在使用中經(jīng)常發(fā)生故障，給用戶和生產(chǎn)集成LED模塊的廠家造成了巨大損失，特別是對于低壓(10伏以下)供電的集成LED模塊來說，當(dāng)電源電壓上升10％時，就可能使集成LED模塊的工作電流提高50％以上，很容易將集成LED模塊燒毀。由于這些原因，使集成LED模塊，特別是大功率集成LED模塊的推廣使用受到了一定的制約。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的各種形式的集成LED組件和模塊在使用中存在的必須恒流電源供電、容易因電源電壓波動而燒毀等技術(shù)缺陷，本實用新型提供了一種適用于穩(wěn)壓電源供電和恒流電源供電，自身具備對電源電壓變化、LED阻抗變化能夠進行自調(diào)整適應(yīng)，工作在規(guī)定的恒流狀態(tài)的LED集成模塊，使用戶能夠很方便的使用集成LED模塊，并提高了集成LED模塊的可靠性，降低了使用成本，為集成LED模塊生產(chǎn)廠家和使用集成LED模塊的廠家都帶來了經(jīng)濟效益。
本實用新型解決其技術(shù)問題而采用了恒流電路設(shè)計和半導(dǎo)體薄/厚膜集成工藝技術(shù)，其技術(shù)方案是在具有恒流功能的LED集成模塊中的基板上，將發(fā)光二極管管芯和恒流電路單元中的三極管管芯、二極管管芯和SMD電阻等電子元器件，應(yīng)用薄/厚膜集成工藝技術(shù)集成在一起，構(gòu)成一個整體的集成電路模塊，在基板上采用蒸發(fā)、濺射或電鍍等技術(shù)形成金屬薄層，采用光刻腐蝕的方法對金屬薄層進行腐蝕，按照電路布線要求形成一定形式的導(dǎo)電金屬薄層結(jié)構(gòu)，以滿足發(fā)光二極管管芯、三極管管芯、二極管管芯和SMD電阻等電子元器件之間的不同電連接方式的要求。
發(fā)光二極管管芯、三極管管芯、二極管管芯和SMD電阻等電子元器件的底部與基板進行固定粘結(jié)，粘結(jié)物質(zhì)具有一定的粘度和很高的熱導(dǎo)率、導(dǎo)電率，根據(jù)發(fā)光二極管管芯、三極管管芯、二極管管芯和SMD電阻等電子元器件之間以及與基板金屬薄層之間不同的電連接方式要求，采用金絲或硅鋁絲進行鍵合電連接，用透明的環(huán)氧樹脂或硅膠將完成鍵合的發(fā)光二極管管芯、三極管管芯、二極管管芯、SMD電阻等電子元器件及鍵合的金絲或硅鋁絲引線全部覆蓋，以保護發(fā)光二極管管芯、三極管管芯、二極管管芯、SMD電阻和電子元器件及鍵合引線。
恒流電路單元由(1)恒流穩(wěn)壓電路，(2)恒流控制電路，(3)多路恒流輸出電路三部分組成，多路恒流輸出電路(3)與集成LED單元(4)連接，向集成LED單元(4)提供恒定的工作電流。
恒流穩(wěn)壓電路(1)由三極管T1、T2，二極管D1、D2和電阻R1組成，三極管T1的基極與T2的發(fā)射極連接，三極管T2的基極與T1的集電極及電阻R1的一端連接，電阻R1的另一端與三極管T2的集電極及電源正極U+連接，二極管D1、D2串聯(lián)后的正極與三極管T1的發(fā)射極連接，二極管D1、D2串聯(lián)后的負(fù)極與電源負(fù)極U-連接。
恒流控制電路(2)由電阻R2，三極管T3、T4組成，電阻R2的一端與恒流穩(wěn)壓電路(1)中的三極管T1的基極、T2的發(fā)射極連接，另一端與三極管T3的集電極、T4的基極連接，三極管T3的發(fā)射極與電源負(fù)極U-連接，三極管T4的集電極與電源正極U+連接。
多路恒流輸出電路(3)由三極管TL1、TL2……TLn組成，根據(jù)集成LED的供電需要確定三極管的數(shù)量n，三極管TL1、TL2……TLn的集電極分別與一組相同工作電流的集成LED1、LED2……LEDn的負(fù)極連接，集成LED1、LED2……LEDn的正極與電源正極U+連接，三極管TL1、TL2……TLn的基極都與恒流控制電路(2)中的三極管T3的基極和T4的發(fā)射極連接，三極管TL1、TL2……TLn的發(fā)射極都與電源的負(fù)極U-連接。
本實用新型的有益效果是，通過對恒流電路單元和多個LED進行集成，使具有恒流功能的集成LED模塊能夠適用于穩(wěn)壓電源供電或恒流電源供電的場合使用，能夠?qū)﹄娫措妷涸谝欢ǚ秶鷥?nèi)的波動、集成LED的阻抗變化進行自調(diào)整適應(yīng)，以保證集成LED工作在規(guī)定的恒流狀態(tài)，滿足用戶的使用方便性和經(jīng)濟性要求，具有成本低、適用范圍廣和可靠性高等優(yōu)點，能夠滿足照明、信號燈和霓虹燈等不同使用場合的需求。
以下結(jié)合附圖和實施實例，對本實用新型進一步進行說明。


圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實用新型的一種1瓦二路恒流功能LED集成模塊的集成平面圖。
圖3是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖，在圖中(1)恒流穩(wěn)壓電路，(2)恒流控制電路，(3)多路恒流輸出電路，(4)集成LED單元，(5)外部直流供電電源，多路恒流輸出電路(3)與集成LED單元(4)連接，向集成LED單元(4)提供恒定的工作電流，外部直流供電電源(5)向電路中所有的元器件進行供電，恒流穩(wěn)壓電路(1)由三極管T1、T2、電阻R1和二極管D1、D2構(gòu)成，通過三極管T1、T2之間的相互控制和制約，保證在外部直流供電源(5)的電壓在一定范圍內(nèi)波動，負(fù)載集成LED單元(4)的阻抗在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化時，對電壓V2進行穩(wěn)定，同時對電流I2進行恒流，由于I2處在恒流狀態(tài)，則保證了恒流控制電路(2)得到穩(wěn)定的工作電壓V2是一個恒定值，同時控制多路恒流輸出電路(3)的輸出電流處在恒流狀態(tài)，向集成LED單元(4)提供規(guī)定范圍內(nèi)的恒流IL1、IL2……ILn。
圖2是本實用新型的一種1瓦二路恒流功能LED集成模塊的集成平面圖，在圖中(6)金屬薄層負(fù)電極連接區(qū)，(7)金絲或硅鋁絲，(8)基板，(9)金屬薄層正極連接區(qū)，(10)SMD電阻，(11)發(fā)光二極管管芯，(12)三極管管芯，(13)二極管管芯，16個發(fā)光二極管管芯(11)分兩路，每路8個發(fā)光二極管管芯串聯(lián)電連接，串聯(lián)后的負(fù)極分別與三極管管芯(12)中的TL1和TL2的集電極通過金絲或硅鋁絲鍵合連接，串聯(lián)后的正極與金屬薄層正極連接區(qū)(9)通過金絲或硅鋁絲(7)鍵合連接，按照圖3的各個元器件之間的電連接要求，將發(fā)光二極管管芯(11)、三極管管芯(12)、二極管管芯(13)和SMD電阻(10)分別粘結(jié)在基板(8)或基板上面的金屬薄層上，粘結(jié)物質(zhì)具有很好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，使用金絲或硅鋁絲(7)將各個元器件之間進行鍵合連接，使用金絲或硅鋁絲(7)將各個元器件與金屬薄層進行鍵合連接，按照電路布線要求，采用光刻腐蝕的方法將金屬薄層蝕刻成一定形式的結(jié)構(gòu)，在完成鍵合的基板上，用透明環(huán)氧樹脂或硅膠將發(fā)光二極管管芯(11)、三極管管芯(12)、二極管管芯(13)、SMD電阻(10)和鍵合的金絲或硅鋁絲(7)進行覆蓋。
圖3是本實用新型的電路原理圖，在圖中恒流穩(wěn)壓電路由三極管T1、T2、電阻R1和二極管D1、D2構(gòu)成，通過三極管T1、T2之間的相互控制和制約，使電流I2恒定在一固定值，電壓V2穩(wěn)定在一固定值，即V2＝Vbel+VD1+VD2I2＝(Vbel+VD1+VD2-Vbe3-Vbe4)/R2外部直流供電源(5)的電壓在規(guī)定值的±20％范圍內(nèi)波動，負(fù)載集成LED單元(4)的阻抗在規(guī)定值的±30％范圍內(nèi)發(fā)生變化時，通過參數(shù)設(shè)計選擇合適的靜態(tài)工作點，使三極管T1、T2、T3、T4和TL1、TL2……TLn處在放大狀態(tài)，因而使電壓V2穩(wěn)定，同時保證I2處在恒流狀態(tài)，通過恒流控制電路中的三極管T3、T4的相互控制，確保多路恒流輸出電路中的TL1、TL2……TLn的基極電壓、電流穩(wěn)定，使三極管TL1、TL2……TLn始終處在穩(wěn)定的放大狀態(tài)，因而使負(fù)載集成LED(4)中的各路LED的工作電流IL1、IL2……ILn也穩(wěn)定在規(guī)定值之內(nèi)，當(dāng)三極管的直流放大系數(shù)較大時，則
IL1＝IL2＝……＝ILn≈I2IL1、IL2、……ILn的具體數(shù)值根據(jù)各路發(fā)光二極管的工作電流進行確定，需要的外部直流供電電源的電壓U+根據(jù)各路發(fā)光二極管的工作電壓和恒流輸出三極管TL1、TL2……TLn的靜態(tài)工作點進行確定。
各個三極管管芯基本參數(shù)為NPN型硅三極管，ICM≥5×I2，BVCEO≥3×U+，HFE＝180～200；各個二極管管芯的基本參數(shù)硅二極管，IF≥5×I2，VR≥3×U+；各個SMD電阻的基本參數(shù)體積小于0.7mm×0.4mm×0.2mm，功耗100mW。
在具有恒流功能的集成LED模塊中，當(dāng)集成LED需要小于或等于三路恒流供電時，圖3中的三極管T4和二極管D2可以去掉，將a、b兩點短路連接，將二極管D1的負(fù)極直接與電源負(fù)極U+連接。
權(quán)利要求1.一種具有恒流功能的LED集成模塊，其特征在于將具有恒流功能的電路單元與多個發(fā)光二極管集成在一個LED集成模塊中，形成一個相對供電電源的恒流負(fù)載，保證供電電源在一定電壓范圍內(nèi)波動及集成LED模塊內(nèi)的多個發(fā)光二極管管芯的阻抗在一定范圍內(nèi)變化時，集成LED模塊中的多個發(fā)光二極管仍能在規(guī)定的恒流狀態(tài)下工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有恒流功能的LED集成模塊，其特征在于恒流功能的電路單元由恒流穩(wěn)壓電路、恒流控制電路和多路恒流輸出電路組成，恒流穩(wěn)壓電路向恒流控制電路提供穩(wěn)定的工作電壓V2和恒定工作電流I2，恒流控制電路控制多路恒流輸出電路中各路三極管的基極電位和基極電流，多路恒流輸出電路中的各路三極管的集電極與相應(yīng)的集成LED單元的負(fù)極分別連接，向各路集成LED單元提供相同的恒定工作電流IL1、IL2......ILn，同時有IL1＝IL2＝......＝ILn≈I2的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有恒流功能的LED集成模塊，其特征在于在具有恒流功能的電路單元中，當(dāng)需要向集成LED提供恒流的路數(shù)小于或等于三路時，三極管T4和二極管D2可以去掉，將a、b兩點短路連接，將二極管D1的負(fù)極直接與電源負(fù)極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有恒流功能的LED集成模塊，其特征在于采用薄膜/厚膜集成電路工藝技術(shù)，將發(fā)光二極管管芯、三極管管芯、二極管管芯和SMD電阻等電子元器件用粘結(jié)物質(zhì)粘結(jié)在基板或基板上面的金屬薄層上，并按照電路連接要求，采用金絲或硅鋁絲將各個元器件之間，各個元器件與金屬薄層進行鍵合連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述恒流穩(wěn)壓電路，其特征在于恒流穩(wěn)壓電路由三極管T1、T2，二極管D1、D2和電阻R1組成，三極管T1的基極與T2的發(fā)射極連接，三極管T2的基極與T1的集電極及電阻R1的一端連接，電阻R1的另一端與三極管T2的集電極及電源正極U+連接，二極管D1、D2串聯(lián)后的正極與三極管T1的發(fā)射極連接，二極管D1、D2串聯(lián)后的負(fù)極與電源負(fù)極U-連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述恒流控制電路，其特征在于恒流控制電路由電阻R2，三極管T3、T4組成，電阻R2的一端與恒流穩(wěn)壓電路中的三極管T1的基極、T2的發(fā)射極連接，另一端與三極管T3的集電極、T4的基極連接，三極管T3的發(fā)射極與電源負(fù)極U-連接，三極管T4的集電極與電源正極U+連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述多路恒流輸出電路，其特征在于多路恒流輸出電路由三極管TL1、TL2......TLn組成，n的具體數(shù)值根據(jù)實際需要確定，三極管TL1、TL2......TLn的集電極分別與各路相同工作電流的集成LED1、LED2......LEDn的負(fù)極連接，各路集成LED1、LED2......LEDn的正極與電源正極U+連接，三極管TL1、TL2......TLn的基極都與恒流控制電路中的三極管T3的基極和T4的發(fā)射極連接，三極管TL1、TL2......TLn的發(fā)射極都與電源的負(fù)極U-連接。
專利摘要一種具有恒流功能的LED集成模塊，由恒流電路單元和多個發(fā)光二極管組成，恒流電路單元由恒流穩(wěn)壓電路、恒流控制電路和多路恒流輸出電路組成，采用薄膜/厚膜集成工藝技術(shù)，將具有恒流電路單元的電子元器件與多個發(fā)光二極管集成在一個LED模塊中，形成一個相對供電電源的恒流負(fù)載，保證供電電源在電壓在±20％范圍內(nèi)波動及集成LED模塊內(nèi)的多個發(fā)光二極管管芯的阻抗在±30％范圍內(nèi)變化時，集成LED模塊中的多個發(fā)光二極管仍能在規(guī)定的恒流狀態(tài)下工作，具有恒流功能的集成LED模塊能夠適用于穩(wěn)壓電源供電或恒流電源供電的場合使用，滿足用戶的使用方便性和經(jīng)濟性要求，具有成本低、適用范圍廣和可靠性高等優(yōu)點，能夠滿足照明、信號燈和霓虹燈等不同使用場合的需求。
文檔編號H05B37/02GK2697828SQ20042004055
公開日2005年5月4日 申請日期2004年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月9日
發(fā)明者許萍, 趙軍萍, 馬曉宇, 王亞盛 申請人:王亞盛