CN201093214Y

CN201093214Y - 直插式发光二极管

Info

Publication number: CN201093214Y
Application number: CNU2007200522492U
Authority: CN
Inventors: 吴纬国
Original assignee: Guangzhou Nanker Integrated Electronic Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Nanker Integrated Electronic Co Ltd
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2017-06-01

Abstract

本实用新型公开了一种额定电压高、可直接与电源相连接的直插式发光二极管。本实用新型包括壳体(10)、两个引脚(11、12)、LED芯片(2)，所述壳体(10)为散热金属壳体，两个所述引脚(11、12)与所述壳体(10)通过绝缘物(13)相固定连接，所述LED芯片(2)包括硅衬底(20)、阳极接点(21)、阴极接点(22)和若干个LED裸芯片(23)，所述硅衬底(20)固定于所述壳体(10)内底面，所述阳极接点(21)、所述阴极接点(22)分别与两个所述引脚(11、12)相连接，所述LED裸芯片(23)之间串联或串并联组合连接。本实用新型可广泛应用于LED照明领域。

Description

直插式发光二极管

技术领域

本实用新型涉及一种直插式发光二极管。

背景技术

发光二极管即LED，由于其具有体积小、亮度高、耗电少的优点正越来越普遍的应用于照明领域。由于常用的LED线路板均为铝基板，铝基板本身是导体，因而在集成芯片的加工过程中极易短路，无法实现LED裸芯片的串联连接，而目前的LED裸芯片的额定电压均在4V以下，因此要将LED应用于照明一般将若干个发光二极管串联起来再接入电压较高的电源或与外部控制电路相连接再接入电源，即单个LED无法直接与电压较高的电源相连接，这限制了LED作为照明光源的应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种额定电压高、可直接与电源相连接的直插式发光二极管。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括壳体、两个引脚、LED芯片、覆盖于所述LED芯片上的荧光粉、保护胶，所述壳体为散热金属壳体，两个所述引脚与所述壳体通过绝缘物相固定连接，所述LED芯片包括硅衬底、阳极接点、阴极接点和若干个LED裸芯片，所述硅衬底固定于所述壳体内底面，所述阳极接点、所述阴极接点分别与两个所述引脚相连接，所述LED裸芯片之间串联或串并联组合连接。

所述直插式发光二极管还包括光学透镜，所述光学透镜包罩于所述LED芯片的外部且所述光学透镜内部充满所述保护胶

所述LED裸芯片包括衬底和N型外延层、P型外延层，所述硅衬底顶面于每个所述LED裸芯片处有两个分离的沉积金属层，所述LED裸芯片正装或倒装焊接在各所述金属层上，所述硅衬底于每个所述LED裸芯片处有一个阱区，所述金属层与所述硅衬底的结合区分别还有一个掺杂的隔离层，所述隔离层位于所述阱区内，各所述LED裸芯片对应的所述金属层之间设有阻挡层，所述金属层分别引出所述阳极接点、所述阴极接点。

所述衬底为砷化镓或碳化硅衬底，所述衬底直接焊接在所述金属层上，所述P型外延层通过金属线对应焊接在相邻的一个所述金属层上；或者，所述P型外延层、所述N型外延层分别通过焊球倒装焊接在所述金属层上；或者，所述衬底为氧化铝衬底，所述衬底正装焊接或粘贴在所述金属层上，所述P型外延层、所述N型外延层分别通过金属线焊接在相邻的所述金属层上。

本实用新型的有益效果是：由于本实用新型所述壳体为散热金属壳体，两个所述引脚与所述壳体通过绝缘物相固定连接，所述LED芯片包括硅衬底、阳极接点、阴极接点和若干个LED裸芯片，所述硅衬底固定于所述壳体内底面，所述阳极接点、所述阴极接点分别与两个所述引脚相连接，所述LED裸芯片之间串联或串并联组合连接，一般一个LED裸芯片的额定电压均在4V以下，以3.0～3.3V居多，所述LED裸芯片之间串联后其总的额定电压成若干倍增加，如果照度仍达不到要求，还可以在串联的基础上再进行并联，这样由于额定电压提高，使得单个LED可直接与电压较高的电源相连接，而不需要外围电路，连接简单，故障率低，故本实用新型额定电压高、可直接与电源相连接；如果外部电压仍超过本发明的直插式发光二极管的电压，也可将多个直插式发光二极管相串联，直至与外部电压相近似以达到节省损耗及简化外部电路的目的；

由于本实用新型所述LED芯片的所述硅衬底于每个所述LED裸芯片处有一个阱区，所述金属层与所述硅衬底的结合区分别还有一个掺杂的隔离层，所述隔离层位于所述阱区内，各所述LED裸芯片对应的所述金属层之间设有阻挡层，即每个所述LED裸芯片处对应的所述金属层其极性不一定相同，因此每个所述LED裸芯片相互间可以产生并联或串联或串并联组合连接，避免了采用在一块金属衬底上各个LED裸芯片只能并联连接无法实现串联及串并联组合连接的弊端；所述隔离层既用于隔离所述金属层与所述硅衬底，防止所述金属层之间漏电或短路，同时所述隔离层与其所在的所述阱区之间也构成一个静电保护二极管，起到在封装过程中静电保护的作用；由于本实用新型所述LED裸芯片之间串联或串并联组合连接，在功率LED应用上可采用制造成本较低的小芯片集成，比采用一个LED裸芯片的功率型LED芯片的成本更低，每个所述LED裸芯片通过与其连接的所述金属线或焊球将热量传到所述金属层或直接通过所述LED裸芯片的所述衬底将热量传到所述金属层，并通过所述隔离层将热量传递给所述硅衬底，所述硅衬底再将热量传递到所述壳体，同时热量也通过两个所述引脚散发出去，热源较分散，因此散热效果好，避免温度过高，使用寿命长，故本实用新型集成度高、散热效果好、使用寿命长。

附图说明

图1a是本发明实施例一、二、三直插式发光二极管的侧面结构示意图；

图1b是本发明实施例四、五、六直插式发光二极管的侧面结构示意图；

图2是本实用新型实施例一LED芯片的正面结构示意图；

图3是图2所示LED芯片的A-A断面结构示意图；

图4是本实用新型实施例二LED芯片的正面结构示意图；

图5是图4所示LED芯片的B-B断面结构示意图；

图6是本实用新型实施例三LED芯片的正面结构示意图；

图7是图6所示LED芯片的C-C断面结构示意图；

图8是本实用新型实施例四LED芯片的正面结构示意图；

图9是图8所示LED芯片的D-D断面结构示意图；

图10是本实用新型实施例五LED芯片的正面结构示意图；

图11是图10所示LED芯片的E-E断面结构示意图；

图12是本实用新型实施例六LED芯片的正面结构示意图；

图13是图12所示直插式发光二极管的F-F断面结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1a、图2、图3所示，本实施例的直插式发光二极管包括壳体10、两个引脚11、12、LED芯片2、覆盖于所述LED芯片2上的荧光粉5、保护胶6，所述保护胶6采用硅胶或树脂，所述壳体10为散热金属壳体，两个所述引脚11、12与所述壳体10通过绝缘物13相固定连接，所述绝缘物13采用树脂，当然也可以采用其它材料，所述LED芯片2为正装LED集成芯片，包括硅衬底20、阳极接点21、阴极接点22和12个LED裸芯片23，所述硅衬底20固定于所述壳体10内底面，所述阳极接点21、所述阴极接点22分别与两个所述引脚11、12相连接，所述LED裸芯片23之间采用先每三个并联成一组，再将四组相串联连接的连接方式，这样，所述阳极接点21、所述阴极接点22之间的额定电压是单个LED裸芯片的4倍，即可以直接接于12V直流电源上，因此可应用于汽车上作为光源，而不需要外围电路，因此使用方便，连接简单，故障率低。所述LED裸芯片23包括砷化镓(GaAs)衬底230和N型外延层231、P型外延层232，当然，所述衬底230也可以为碳化硅(SiC)衬底，即所述LED裸芯片23为单电极芯片，所述硅衬底20为N型硅衬底，所述硅衬底20顶面于每个所述LED裸芯片23处有两个分离的沉积金属层24，所述LED裸芯片23正装焊接在各所述金属层24上，即所述衬底230直接焊接在所述金属层24上，所述P型外延层232通过金属线41对应焊接在相邻的一个所述金属层24上，所述硅衬底20于每个所述LED裸芯片23处有一个P型阱区阱区27，所述金属层24与所述硅衬底20的结合区分别还有一个掺杂磷或砷等材料的N型隔离层25，所述隔离层25位于所述阱区27内，用于隔离所述金属层24与所述硅衬底20，防止所述金属层24之间漏电或短路，同时所述隔离层25将所述LED裸芯片23传给所述金属层24的热量再传递给所述硅衬底20，起到良好的导热、散热作用，另外所述隔离层25与其所在的所述阱区27之间也构成一个静电保护二极管，起到在封装过程中静电保护的作用，各所述LED裸芯片23对应的所述金属层24之间设有阻挡层26，防止所述金属层24之间漏电或短路，所述金属层24分别引出所述阳极接点21、所述阴极接点22。所述金属层24为金属铝，当然也可以采用金属铜或硅铝合金，所述金属层24既是电极、导电体，又是散热片，所述金属线41为金线，当然也可以为铝线或铜线。

当然，所述硅衬底20也可以为P型硅衬底，此时，所述阱区27为N型阱区，所述隔离层25为掺杂硼或二氟化硼等材料的P型隔离层。

本实施例的直插式发光二极管的制造方法包括以下步骤：

(a)上芯片：将所述LED芯片2的所述硅衬底20固定于所述壳体10内底面；

(b)打线：将所述LED芯片2的所述阳极接点21、所述阴极接点22分别与两个所述引脚11、12的尾部通过打线相固定连接；

(c)上荧光粉：将所述荧光粉5覆盖于所述LED芯片2上；

(d)上保护胶：将硅胶或树脂作为所述保护胶6覆盖于所述壳体10内腔。

实施例二：

如图4、图5所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例的直插式发光二极管的所述LED芯片2为倒装LED集成芯片，所述P型外延层232、所述N型外延层231分别通过焊球42倒装焊接在所述金属层24上，所述焊球42为金球栓，当然也可以为铜球栓或锡球。

本实施例其余特征与实施例一相同。

实施例三：

如图6、图7所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例的直插式发光二极管的所述衬底230为氧化铝(Al₂O₃)衬底，即所述LED裸芯片23为双电极芯片，所述衬底230正装焊接或粘贴在所述金属层24上，所述P型外延层232、所述N型外延层231分别通过金属线43、45焊接在相邻的所述金属层24上。

本实施例其余特征与实施例一相同。

实施例四：

如图8、图9所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：各所述LED裸芯片23之间通过所述金属层24的连接方式——本实施例各所述LED裸芯片23之间全部相串联连接，即所述阳极接点21和所述阴极接点22之间的所有LED裸芯片23相串联，这样，所述阳极接点21、所述阴极接点22之间的额定电压是单个LED裸芯片的12倍，即可以直接接于36～40V直流电源上，同样不需要外围电路。另外，本实施例所述直插式发光二极管还包括光学透镜14，所述光学透镜14包罩于所述LED芯片2的外部且所述光学透镜14内部充满所述保护胶6，所述光学透镜14可采用多种角度，以提高聚光效果。

由此，本实施例直插式发光二极管的制造方法在步骤(d)中还包括安装光学透镜，即将所述光学透镜14固定于所述壳体10上，并将所述保护胶6填充注满于所述光学透镜14内。

本实施例其余特征与实施例一相同。

实施例五：

如图10、图11所示，本实施例与实施例四的不同之处在于：本实施例的直插式发光二极管的所述LED芯片2为倒装LED集成芯片，所述P型外延层232、所述N型外延层231分别通过焊球42倒装焊接在所述金属层24上，所述焊球42为金球栓，当然也可以为铜球栓或锡球。

本实施例其余特征与实施例四相同。

实施例六：

如图12、图13所示，本实施例与实施例四的不同之处在于：本实施例的直插式发光二极管的所述衬底230为氧化铝(Al₂O₃)衬底，即所述LED裸芯片23为双电极芯片，所述衬底230正装焊接或粘贴在所述金属层24上，所述P型外延层232、所述N型外延层231分别通过金属线43、45焊接在相邻的所述金属层24上。

本实施例其余特征与实施例四相同。

当然，本实用新型直插式发光二极管所述LED裸芯片23的具体连接方式和数量不限于以上实施例，实施例中仅是举例说明。比如，可根据实际需要，将12个所述LED裸芯片23之间采用先每两个并联成一组，再将六组相串联连接的连接方式，这样，可以直接接于18～20V直流电源上使用；还可以将40个所述LED裸芯片23之间全部相串联连接，这样，可以直接接于120V直流电源上使用。

本实用新型将若干个所述LED裸芯片23正装或倒装集成在一个所述硅衬底20上，并将所述LED芯片2连接在所述壳体10上，使得单个LED额定电压高，可直接与电压较高的电源相连接，而不需要外围电路，连接简单，故障率低，且散热效果好，使用寿命长。

本实用新型可广泛应用于LED照明领域。

Claims

1.一种直插式发光二极管，包括壳体(10)、两个引脚(11、12)、LED芯片(2)、覆盖于所述LED芯片(2)上的荧光粉(5)、保护胶(6)，其特征在于：所述壳体(10)为散热金属壳体，两个所述引脚(11、12)与所述壳体(10)通过绝缘物(13)相固定连接，所述LED芯片(2)包括硅衬底(20)、阳极接点(21)、阴极接点(22)和若干个LED裸芯片(23)，所述硅衬底(20)固定于所述壳体(10)内底面，所述阳极接点(21)、所述阴极接点(22)分别与两个所述引脚(11、12)相连接，所述LED裸芯片(23)之间串联或串并联组合连接。

2.根据权利要求1所述的直插式发光二极管，其特征在于：所述直插式发光二极管还包括光学透镜(14)，所述光学透镜(14)包罩于所述LED芯片(2)的外部且所述光学透镜(14)内部充满所述保护胶(6)。

3.根据权利要求1所述的直插式发光二极管，其特征在于：所述LED裸芯片(23)包括衬底(230)和N型外延层(231)、P型外延层(232)，所述硅衬底(20)顶面于每个所述LED裸芯片(23)处有两个分离的沉积金属层(24)，所述LED裸芯片(23)正装或倒装焊接在各所述金属层(24)上，所述硅衬底(20)于每个所述LED裸芯片(23)处有一个阱区(27)，所述金属层(24)与所述硅衬底(20)的结合区分别还有一个掺杂的隔离层(25)，所述隔离层(25)位于所述阱区(27)内，各所述LED裸芯片(23)对应的所述金属层(24)之间设有阻挡层(26)，所述金属层(24)分别引出所述阳极接点(21)、所述阴极接点(22)。

4.根据权利要求3所述的直插式发光二极管，其特征在于：所述衬底(230)为砷化镓或碳化硅衬底，所述衬底(230)直接焊接在所述金属层(24)上，所述P型外延层(232)通过金属线(41)对应焊接在相邻的一个所述金属层(24)上。

5.根据权利要求3所述的直插式发光二极管，其特征在于：所述P型外延层(232)、所述N型外延层(231)分别通过焊球(42)倒装焊接在所述金属层(24)上。

6.根据权利要求3所述的直插式发光二极管，其特征在于：所述衬底(230)为氧化铝衬底，所述衬底(230)正装焊接或粘贴在所述金属层(24)上，所述P型外延层(232)、所述N型外延层(231)分别通过金属线(43、45)焊接在相邻的所述金属层(24)上。