CN101645441B - 具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件 - Google Patents
具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101645441B CN101645441B CN200910027433.5A CN200910027433A CN101645441B CN 101645441 B CN101645441 B CN 101645441B CN 200910027433 A CN200910027433 A CN 200910027433A CN 101645441 B CN101645441 B CN 101645441B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit cell
- photoelectric device
- chip
- same parents
- fusible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 15
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 9
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 7
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/16227—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/23—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
- H01L2224/24—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of an individual high density interconnect connector
- H01L2224/241—Disposition
- H01L2224/24151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/24153—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
- H01L2224/24195—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate the item being a discrete passive component
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73267—Layer and HDI connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19105—Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，涉及半导体光电领域。该光电器件的芯片被分隔成至少2个单胞，每个单胞的阳极引线、阴极引线与对应极性的总引出电极相连，其特征在于：每个单胞与总引出电极之间的电极引线中串接至少一个可熔断电阻，所述可熔断电阻是指由电流热效应引起的温度升高达到并超过自身熔点，熔断造成电学隔离的电阻。本发明通过在单胞与总引出电极之间串接入可熔断电阻，对光电器件内任一单胞的异常短路失效能够快速、及时地做出电学隔离反应，消除了单胞失效对器件其他部分的影响，提高了光电器件的整体稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件结构，尤其涉及大功率光电器件的芯片结构，属于半导体光电领域。
背景技术
光电器件是指光能和电能相互转换的一类器件。其种类众多，如：发光二极管(LED)、太阳能电池、光电探测器、激光器(LD)等等。其中LED是日常生活中使用最为广泛的一种光电器件。近年来，随着氮化镓基蓝光、绿光和紫外光LED技术的不断成熟，发光效率不断提高，LED应用价值越来越受到重视。LED作为一种光源有着众多的优点，突出表现在：发光效能高(最新研究成果已实现了白光160lm/W，超过了白炽灯和荧光灯，因此在节能方面有优异的表现)；光波长范围窄，色彩饱度高；体积小、重量轻、点光源，实际应用灵活方便；基于氮化镓的LED无毒、无公害，属于绿色环保光源。因此，LED在照明领域有着巨大的应用价值。
目前，LED已经大量进入大屏幕显示、装饰照明、建筑照明、交通指示、LCD背光等市场，可是更大的市场在于普通照明，而LED还未能打入这个庞大市场，这是由于现在的LED还不能满足普通照明的要求造成的。普通照明需要廉价、大功率的LED产品，可是现在的大功率LED技术还不成熟、大功率LED制造成本还很昂贵。
提升大功率LED性能的途径主要有两方面：1)提高LED器件的外量子效率，以提高芯片单位面积的出光量；2)加大芯片的面积，提高单颗芯片的出光总量。目前LED的研究基本都集中在提高LED器件的外量子效率，从外延、芯片工艺到封装等方面提出了很多改进的技术措施，如：图形化蓝宝石衬底技术、非极化面生长技术、氮化镓自支撑衬底技术、芯片表面粗化和纳米图形技术、薄膜LED芯片技术、倒装LED技术等等。这些技术的应用都可以有效提高LED芯片单位面积的出光量，有利于制造大功率LED器件。可如果不增加芯片面积，那么单颗芯片的光输出功率总量还是有限的。在LED器件产品上，要想获得更大的功率，就要依靠多芯片封装来实现，比如，现在市场上的3W白光LED产品都是由三个1mm2的LED芯片封装而成。多芯片封装一方面会增加封装的成本，另一方面会制约照明系统的小型化，进而增加照明系统的成本。因此，为获得更大功率LED产品，必须增加LED芯片的面积。
在工业生产中，增加芯片面积能起到降低成本的作用，有利于产品的升级、换代，可是涉及到产品的质量问题，如果不能有效控制芯片的成品率和可靠性，那么增加芯片面积就变得毫无意义，甚至导致生产成本骤增。目前，在增加LED芯片面积方面的研究基本没有报道，仅限于LED生产厂商努力提高生产工艺质量，减少外延材料缺陷密度、减少芯片制造的废品率。首先考虑成品率问题，假设330×330μm2芯片的成品率为95％，那么对于1mm2芯片的成品率＝0.9510＝60％，如果芯片面积增加到2mm2，芯片的成品率＝0.9520＝36％。反过来看，如果要求1mm2芯片的成品率达到80％以上，2mm2芯片的成品率达到60％以上，则对应330×330μm2芯片的成品率必须达到98％，这对于工艺质量控制是非常困难的，工艺成本也会增加很多，所以单纯通过工艺质量控制提高到成品率不是最佳选择。其次考虑LED芯片的可靠性。半导体器件的短路、烧毁失效通常是由芯片最薄弱的点产生，然后扩展开造成整个芯片失效。芯片面积越大，薄弱点就越多，可靠性就自然降低。器件在实际工作过程中，往往会遇到过激励和结温不均匀的情况，芯片的薄弱点就更加容易击穿、短路、烧毁而造成器件失效。对于氮化镓基LED器件，从工艺质量控制的角度把芯片的薄弱点数量减少到极低是非常困难的。目前，最好的氮化镓外延片的位错密度都在108/cm2以上，这些位错位置都是潜在的第一失效点。因而，单纯利用工艺质量控制提高大面积芯片可靠性同样不是最好的方法。
由此可见，要生产高可靠性的大面积、大功率LED器件，除了改进生产工艺质量以外，还应该在LED光电器件结构设计上进行改进。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，以提高大功率光电器件的整体稳定性和可靠性。
实现本发明目的所采用的技术方案概括为：
具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，所述光电器件的芯片被分隔成至少2个单胞，每个单胞的阳极引线、阴极引线与对应极性的总引出电极相连，其特征在于：每个单胞与总引出电极之间的电极引线中串接至少一个可熔断电阻，所述可熔断电阻是指由电流热效应引起的温度升高达到并超过自身熔点，熔断造成电学隔离的电阻。
进一步地，该可熔断电阻贴覆于光电器件的芯片表面，至少串接一个可熔断电阻后的各个单胞通过芯片内部互联结构与总引出电极连接；
或者，该可熔断电阻以桥接形式全部或部分悬浮在芯片表面，至少串接一个可熔断电阻的各个单胞通过芯片内部互联结构与总引出电极连接；
又或者，该光电器件还包含转移基片，光电器件通过倒装焊形式与转移基片结合，所述可熔断电阻位于转移基片，各个单胞与至少一个可熔断电阻串接后通过转移基片的电极引线与芯片上的总引出电极连接。
更近一步地，上述每个单胞的阳极引线或阴极引线上串接至少一个可熔断电阻；或者每个单胞的阳极引线和阴极引线上均串接至少一个可熔断电阻。
进一步地，上述单胞相互之间的连接方式为并联或“并串联”，其中“并串联”是指部分单胞先并联成组，然后再与其它单胞或“单胞组”串联。
进一步地，上述单胞是指具有光电转换功能的微尺寸单元，单胞的平面几何形状为矩形、三角形、正多边形、圆形等规则形状或其它非规则形状；单胞的排列方式为阵列式排列或其它非规则排列。
进一步地，该大功率光电器件指的是功率为1瓦以上的发光二极管或固态激光器，也可以是其它光电器件。
更进一步地，适合用作为该可熔断电阻的材料包括：金属材料(如：镍、铬、锡等等)、金属合金材料(如：镍铬合金)、半导体材料(如：单晶硅、多晶硅、非晶硅、氮化镓、砷化镓、磷化镓、磷化铟或与以上半导体同族的其它材料)和其它导电材料(如：导电陶瓷、导电有机物、碳纳米管等)。
本发明所设计的多胞连接大功率光电器件投入应用，其有益效果体现在：
通过在每个单胞与总引出电极之间的电极引线上串接一个或多个可熔断电阻，对光电器件内任一单胞的异常短路失效能够快速、及时地做出电学隔离反应，消除了单胞失效对器件其他部分的影响，提高光电器件的整体稳定性和可靠性。此外，可熔断电阻多样化的串接方式，提高了对单胞失效防护应用的普遍适用性。
附图说明
图1是本发明多胞并联大功率LED芯片的原理结构示意图；
图2a是本发明多胞并联的普通正面出光LED芯片的平面结构图；
图2b是本发明多胞并联的普通正面出光LED芯片中一个单胞及其引线连接的剖面示意图；
图3a是本发明多胞并联的垂直LED芯片的平面结构图；
图3b是本发明多胞并联的垂直LED芯片中一个单胞及其引线连接的剖面示意图；
图4a是可熔断电阻与LED芯片有源区位于同一基板上的倒装剖面图；
图4b是可熔断电阻位于转移基板上的倒装剖面图；
图5a是本发明另一实施例多胞并联的普通正面出光LED芯片一个单胞及其引线连接的剖面示意图；
图5b是本发明另一实施例多胞并联的垂直LED芯片一个单胞及其引线连接的剖面示意图；
图5c是本发明另一实施例多胞并联倒装结构LED芯片一个单胞及其引线连接的剖面示意图；
图6是本发明又一实施例多胞并串联LED芯片的结构平面图。
具体实施方式
为使本发明具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件的实质结构特征及有益效果更易于理解，以下结合实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
从原理上分析：如图1所示的多胞并联大功率LED芯片的原理结构示意图可见，本发明的核心思想是把光电器件芯片的有源区分隔成许多小面积的单胞(假设为n个单胞，n＞＞1)，再在这些小面积单胞与芯片的总电极之间的电极引线中串联可熔断电阻Rm。正常工作情况下，流经每个单胞的电流In＜可熔断电阻的熔断阈值电流Im，可熔断电阻不会熔断；当某个单胞j由于某种原因而短路时，流经该单胞的电流急剧增加且使Ij＞Im，可熔断电阻因过流发热，温度达到并超过其熔点而产生熔断，进而使该单胞j与总电极在电学上隔离，这样就可以迅速控制短路点，使其不再扩展蔓延到器件芯片的其它单胞，保证器件其它部分不受影响，器件整体上仍然可以正常工作。
进一步分析单胞短路失效、可熔断电阻熔断隔离对器件总体性能的影响。可以分为两种情况分析，在此首先假设单胞数量很多，单个单胞对器件器件总体结温的影响可以忽略。第一种情况，如果LED器件是在恒压驱动状态，可以认为该器件其它单胞的电流不受影响，其光输出也不变，那么器件总电流(及输入功率)和光输出仅仅减少单个单胞的贡献(即1/n)，影响非常微弱，可以忽略。另一种情况，如果LED器件是在恒流驱动状态(LED常规的驱动方式)，那么失效单胞的电流会分配到其它每个单胞上，总电流不变，器件的导通电压微微上升，可以忽略；器件总输入功率基本不变，而总光输出减少小于1/n，也可以忽略。
实施例1
如图2a串接有可熔断电阻多胞并联的普通正面出光LED芯片的平面结构图所示：整个LED芯片由单胞1、可熔断电阻2、阴极引线3、阴极压焊块5、阳极引线4和阳极压焊块6组成，其中阴极压焊块5与阳极压焊块6构成了该光电器件的芯片总引出电极。每个单胞1的经阴极引线3连接到阴极压焊块5，单胞1与阳极压焊块6之间的阳极引线4上串接一个可熔断电阻2后再连接到阳极压焊块6。而图2b示意的是串接有可熔断电阻多胞并联的普通正面出光LED芯片中一个单胞及其引线连接的剖面。单胞位于衬底10的一侧，由有源区11和下电极(阴极)引出区12组成，绝缘介质层13用以防止金属引线跨接到p区和n区；阴极总引出电极藉由阴极引线14的一端与阴极引出区12接触构成阴极通路，阳极通路则由阳极引线151和有源区11顶部接触，且阳极引线151另一端连接一个可熔断电阻16后，再通过阳极引线152连接到阳极总引出电极构成。各个单胞通过芯片内部互联结构与总引出电极连接。
实施例2
如图3a串接有可熔断电阻多胞并联的垂直LED芯片的平面结构图所示：整个LED芯片由单胞有源区21、可熔断电阻22、阴极引线23、阴极压焊块24以及从背后导电衬底引出的阳极组成。单胞有源区21与阴极压焊块24间的阴极引线23上串接一个可熔断电阻22，藉由阴极引线23构成单胞有源区21、可熔断电阻22及阴极压焊块24的串联通路。而图3b示意的是串接有可熔断电阻多胞并联的垂直LED芯片中一个单胞及其引线连接的剖面结构。导电衬底20用于芯片的阳极引出，单胞有源区21位于导电衬底20的一侧，且导电衬底20与单胞有源区21表面设置有绝缘介质层201，用以防止金属引线跨接到p区和n区；单胞有源区21的顶部与阴极引线231的一端接触，阴极引线231的另一端串接一个可熔断电阻22后，通过阴极引线232与阴极总引出电极构成阴极通路。
实施例3
串接有可熔断电阻多胞并联设计一样可以应用于倒装结构的LED芯片，而且其连接方式也具有多样性。
其中的一种连接方式是把可熔断电阻设计在与LED芯片有源区同侧。如图4a所示：芯片由外延衬底30、有源区31、阴极引出区32、绝缘介质33、阴极引线341和342、阳极凸点361和阴极凸点371组成，而转移基板由阳极凸点362、阴极凸点372、阳极引线381、阴极引线382和绝缘基板39组成。有源芯片和转移基板通过倒装焊工艺结合，把阳极凸点361和阳极凸点362对接，把阴极凸点371和阴极凸点372对接。电流从阳极引线381经阳极凸点362和阳极凸点361流至有源区，载流子在有源区复合发光，电流传输到阴极引出区32经阴极引线341流过可熔断电阻35，再流到阴极引线342通过阴极凸点371和阴极凸点372流到阴极引线382。
实施例4
此外，还可把可熔断电阻设计在异侧的转移基板上；各个单胞与至少一个可熔断电阻串接后通过转移基片上的电极引线与芯片上的总引出电极连接。如图4b所示：芯片由外延衬底30、有源区31、阴极引出区32、绝缘介质33、阴极引线34、阳极凸点361和阴极凸点371组成，转移基板由阳极凸点362、阴极凸点372、阳极引线381、阴极引线3821和阴极引线3822、可熔断电阻35、以及绝缘基板39组成。有源芯片和转移基板通过倒装焊工艺结合，把阳极凸点361和阳极凸点362对接，把阴极凸点371和阴极凸点372对接。电流从阳极引线381经阳极凸点362和阳极凸点361流至有源区，载流子在有源区复合发光，电流传输到阴极引出区32经阴极引线34流过阴极凸点371和阴极凸点372流到阴极引线3821，接着流过可熔断电阻35，再流到阴极引线3822。
实施例5
可熔断电阻的工作原理是在过流情况下自身加热使温度升高到超过熔点后自发性熔断，以达到保护电路其它部分的目的，因此可熔断电阻的散热性能越低，灵敏度就越高。以上设计结构中，可熔断电阻是贴覆在芯片表面通过衬底散热，具有相对较好的散热能力，所以这种设计的可熔断电阻的灵敏度也相对较低。为了提高可熔断电阻的灵敏度，可以把可熔断电阻设计成空气桥式，即可熔断电阻悬浮在空中，两端与金属引线相连。这样就增加了可熔断电阻的热阻，相应地灵敏度也得到提高。
实施例5.1
如图5a改进的串接有可熔断电阻的多胞并联的普通正面出光LED芯片一个单胞及其引线连接的剖面示意图所示可见：该可熔断电阻161为桥式结构，中间悬空，两端跨接在阳极引线151和阳极引线152上。
实施例5.2
如图5b改进的串接有可熔断电阻的多胞并联的垂直LED芯片一个单胞及其引线连接的剖面示意图所示可见：该可熔断电阻221为桥式结构，中间悬空，两端跨接在阴极引线231和阴极引线232上。
实施例5.3
如图5c改进的串接有可熔断电阻的多胞并联的倒装结构LED芯片一个单胞及其引线连接的剖面示意图所示可见：该可熔断电阻351为桥式结构，中间悬空，两端跨接在阴极引线3821和阴极引线3822上。
实施例6
该多胞大功率光电器件的芯片，除了多胞并联方式以外，还可以有另一种“并串联”的布局形式，即先将部分单胞并联起来，形成并联多胞组，然后再将一个或多个这样的并联多胞组相互串联或与其它单胞串联。与单纯并联结构相比，这种并串联结构的优点是：能够减少引线所占面积，获得更高的发光区面积，提高有效利用面积；另外这种并串联结构可以在实际应用中有一定的实用性，如在大电压驱动情况下。如图6示意了多胞并串联形式的LED芯片结构平面图。图中LED单胞41的阳极引线中都串联有可熔断电阻42，然后通过芯片互联引线引线47把这些串联有可熔断电阻42的单胞41并联起来构成并联多胞组；上一级并联多胞组的共阴极引线与下一级并联多胞组的共阳极引线经由芯片内互联引线47相连，形成并联多胞组的多级串联；第一级并联多胞组的可熔断电阻42连接到器件芯片阳极总引线43，由阳极压焊块45连接到外电极；最后一级并联多胞组(图中所示的第n级并联多胞组)的阴极引线连接到器件芯片阴极总引线44，由阳极压焊块46连接到外电极。
上述若干实施例的详细说明可见，其中不但以单个可熔断电阻串联到器件单胞的阳极引线中为例(如实施例1、实施例5.1和实施例6)进行说明，而且更提供了以单个可熔断电阻串联到器件单胞的阴极为例(实施例2、实施例3、实施例4、实施例5.2和实施例5.3)也进行了对应说明。在实际设计中，可熔断电阻还可以在器件单胞的阴、阳极都串联可熔断电阻；对应每个单胞，串联的可熔断电阻数量既可以是单个，也可以是多个。其结构特征及实施原理与上述几个实施例相似，故不再赘述。
此外，本发明中适合用作为可熔断电阻的材料包括：金属材料(如：镍、铬、锡等等)、金属合金材料(如：镍铬合金)、半导体材料(如：单晶硅、多晶硅、非晶硅、氮化镓、砷化镓、磷化镓、磷化铟或与以上半导体同族的其它材料)和其它导电材料(如：导电陶瓷、导电有机物、碳纳米管等)。虽然本发明的具体实施方式是以LED器件芯片为例说明，但是本发明完全可以适用于其它功率型光电器件，如：半导体激光器阵列等。
综上所述，对本发明具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件多个应用示例的详细介绍，旨在加深对本发明实质结构及有益效果的理解，对保护范围不构成任何限制。但凡对于上述实施例进行的等同变换及等效替换，能够实现与本发明相同创作目的的技术方案，均落在本案请求保护的范围内。
Claims (8)
1.具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，其中，所述光电器件的芯片有源区被分隔成至少2个单胞，每个单胞的阳极引线、阴极引线与对应极性的总引出电极相连，每个单胞与总引出电极之间的电极引线中串接有至少一个可熔断电阻，使得当所述至少2个单胞中的一个或多个单胞发生短路时，与所述一个或多个单胞相串接的可熔断电阻因电流热效应引起的温度升高达到并超过自身熔点而产生熔断，造成所述一个或多个单胞与所述总引出电极之间的电学隔离，以避免与所述一个或多个单胞对应的短路点扩展蔓延到所述光电器件的芯片有源区的除所述一个或多个单胞之外的其他单胞。
2.根据权利要求1所述的具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，其特征在于：所述可熔断电阻贴覆于光电器件的芯片表面，串接了至少一个可熔断电阻的各个单胞通过芯片内部互联结构与总引出电极连接。
3.根据权利要求1所述的具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，其特征在于：所述可熔断电阻以桥接形式全部或部分悬浮在芯片表面，串接了至少一个可熔断电阻的各个单胞通过芯片内部互联结构与总引出电极连接。
4.根据权利要求1所述的具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，其特征在于：所述光电器件还包含转移基片，光电器件通过倒装焊形式与转移基片结合，所述可熔断电阻位于转移基片，各个单胞与至少一个可熔断电阻串接后通过转移基片的电极引线与芯片上的总引出电极连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，其特征在于：所述每个单胞的阳极引线或阴极引线中串接至少一个可熔断电阻；或者每个单胞的阳极引线和阴极引线中均串接至少一个可熔断电阻。
6.根据权利要求1所述的具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，其特征在于：所述至少2个单胞相互之间的连接方式为并联或“并串联”，其中“并串联”是指部分单胞先并联成组，然后再与其它单胞或“单胞组”串联。
7.根据权利要求1或6所述的具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，其特征在于：所述单胞是指具有光电转换功能的微尺寸单元，单胞的平面几何形状为规则形状或非规则形状；单胞的排列方式为阵列式排列或非规则排列。
8.根据权利要求1所述的具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件，其特征在于：所述大功率光电器件指的是功率为1瓦以上的发光二极管或固态激光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910027433.5A CN101645441B (zh) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | 具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910027433.5A CN101645441B (zh) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | 具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101645441A CN101645441A (zh) | 2010-02-10 |
| CN101645441B true CN101645441B (zh) | 2014-10-08 |
Family
ID=41657241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910027433.5A Active CN101645441B (zh) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | 具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101645441B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104241412A (zh) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种改善热分布集中的超大功率光电器件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078092A (en) * | 1999-10-18 | 2000-06-20 | Harvatek Corporation | Resettable fuse integrated circuit package |
| CN1706043A (zh) * | 2002-10-22 | 2005-12-07 | 克里公司 | Ac下工作的led光引擎及其制作方法 |
-
2009
- 2009-05-06 CN CN200910027433.5A patent/CN101645441B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078092A (en) * | 1999-10-18 | 2000-06-20 | Harvatek Corporation | Resettable fuse integrated circuit package |
| CN1706043A (zh) * | 2002-10-22 | 2005-12-07 | 克里公司 | Ac下工作的led光引擎及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101645441A (zh) | 2010-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102231378B (zh) | 一种led封装结构及其制备方法 | |
| CN103296166B (zh) | 发光二极管组件及覆晶式发光二极管封装组件 | |
| CN101615612A (zh) | 多芯片led的封装结构 | |
| CN101650007A (zh) | 功率型交流led光源 | |
| CN102255011B (zh) | 一种高压直流发光二极管芯片制造方法 | |
| CA2656080C (en) | Panel-shaped semiconductor module | |
| CN101859865B (zh) | 一种大功率白光led器件的无金线封装方法及白光led器件 | |
| CN102255012B (zh) | 一种高压直流发光二极管芯片制造方法及其结构 | |
| CN101645441B (zh) | 具单胞失效自防护功能的多胞连接大功率光电器件 | |
| CN101645440A (zh) | 具有预防单胞热电损毁功能的多胞连接大功率光电器件 | |
| CN102226995B (zh) | 一种led封装结构及其制备方法 | |
| Chen et al. | Thermal management and novel package design of high power light-emitting diodes | |
| CN101859863B (zh) | 蓝宝石基新型倒装结构及其用途 | |
| CN102646673A (zh) | 高集成高光效的热电分离功率型发光二极体及封装方法 | |
| CN102214652A (zh) | 一种led封装结构及其制备方法 | |
| CN203481249U (zh) | 一种改善热分布集中的超大功率光电器件 | |
| Chen et al. | High thermal dissipation of ultra high power light-emitting diodes by copper electroplating | |
| CN105067035A (zh) | 一种带温度信号输出和检测电流信号输出的led模组及其应用电路 | |
| CN204966491U (zh) | 一种倒装集成led光源 | |
| CN216624321U (zh) | 一种灯珠支架单体及支架模组 | |
| CN105023932A (zh) | 一种结合led外延结构与led封装基板为一体的垂直式led阵列元件 | |
| CN219955165U (zh) | 一种提高半导体发光量子效率的电路结构 | |
| CN202712254U (zh) | 具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体 | |
| CN201877427U (zh) | 一种集成式大功率led | |
| CN219419071U (zh) | 一种直插式发光二极管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SUZHOU INSTITUTE OF NANO-TECH AND NANO-BIONICS(SIN Free format text: FORMER OWNER: SUZHOU NANO TECHNIQUE + NANO BIONIC RESEARCH INST. Effective date: 20100907 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 215125 NO.398, RUOSHUI ROAD, GAOJIAO DISTRICT, DUSHUHU, INDUSTRIAL PARK, SUZHOU CITY, JIANGSU PROVINCE TO: 215123 NO.398, RUOSHUI ROAD, INDUSTRIAL PARK, SUZHOU CITY, JIANGSU PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20100907 Address after: 215123 Suzhou Industrial Park, Jiangsu, if waterway No. 398 Applicant after: Suzhou Institute of Nano-Tech and Bionics (SINANO), Chinese Academy of Sciences Address before: 215125 Jiangsu city of Suzhou province Dushu Lake Industrial Park No. 398 waterway if higher education Applicant before: Suzhou Nano Technique & Nano Bionic Research Inst. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20100210 Assignee: HAIDIKE (NANTONG) PHOTOELECTRIC SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD. Assignor: Suzhou Institute of Nano-Tech and Bionics (SINANO), Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2015320010048 Denomination of invention: Multi-cell connected high-power photoelectric device with single-cell failure self-protecting function Granted publication date: 20141008 License type: Common License Record date: 20150428 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model |