专利名称：一种发光二极管的开路保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子技术领域，涉及发光二极管的开路保护结构。
背景技术：
近年来，随着发光二极管(LED)工艺和技术的迅猛发展，采用大功率LED作为发光源的灯具逐年增加，其功率可从几瓦到上百瓦。大功率LED灯具大都采用LED串联的结构， 用恒流源供电。然而在实际应用中，串联LED灯却有一个明显的缺点，那就是如果串联的 LED中有一个LED开路，则整个LED灯都不亮了。串联LED灯具的这一缺点显著的增加了灯具的维护成本，妨碍了大功率LED灯具的推广使用，并为某些特定应用如警示灯、矿灯、应急灯等带来风险。为了防止LED开路时，LED灯还能亮，则需要在每个串联的LED两端并联开路保护器来保证灯具使用的安全性。LED的开路保护器是一种并联在LED两端的器件(或电路)，当串联LED电路中某个LED出现开路现象时，LED的开路保护器能够及时启动，提供串联LED电路的电流通道， 使得即使串联LED电路中某个LED出现开路现象时，整个LED灯还能继续发光。目前已开发出的LED开路保护器有两种结构齐纳二极管型和晶闸管型。齐纳二极管型开路保护器通过与LED并联的齐纳二极管的反向击穿特性为灯具提供开路保护。目前，有的LED生产厂家直接将齐纳二极管与LED封装在一起，即制作成带有开路保护的LED。 但是，齐纳二极管本身导通压降较大、功耗较大，使得采用齐纳二极管作为LED的开路保护器同样存在功耗较大的弊端。晶闸管型开路保护器通过应用与LED并联的晶闸管的闩锁特性为灯具提供开路保护，由于其闩锁后导通压降低，功耗小，是一种性能优异的开路保护器件。但是晶间管本身是一种电流驱动器件(三端器件)，在没有电流驱动的情况下存在启动困难的问题，这使得采用晶闸管作为LED的开路保护器，当LED出现开路时，由于晶闸管不能及时启动而不能提供实际的开路保护作用。
发明内容本实用新型提供一种发光二极管(LED)的开路保护器，该开路保护器具有启动快、功耗低的特点，与LED并联使用可以更好地避免串联LED电路中出现LED开路时，整个 LED灯都不亮的故障现象，从而更高效的实现LED的开路保护功能。本实用新型技术方案如下—种发光二极管的开路保护器，如图1所示，包括一个IGBT器件、一个齐纳二极管 D和一个电阻R ；齐纳二极管D的阳极与IGBT器件的阳极相连，齐纳二极管D的阴极与IGBT 器件的栅极相连，电阻R连接于IGBT器件的栅极和阴极之间。所述IGBT器件是平面型或沟槽型IGBT器件，其阳极结构是电场终止结构、透明阳极结构或短路阳极结构。所述IGBT器件、齐纳二极管D和电阻R可集成于同一芯片上，构成集成发光二极管开路保护器；且所述集成发光二极管开路保护器与现有IGBT制造工艺相兼容，不会增加器件的工艺复杂程度。本实用新型提供的发光二极管的开路保护器由IGBT器件以及齐纳二极管和电阻构成的分压电路组成。使用时，将该发光二极管的开路保护器与发光二极管并联起来，当发光二极管正常工作时，开路保护器两端的电压较低，开路保护器中IGBT器件栅极通过分压电路获得的电压较低，IGBT器件的MOS沟道关断，整个开路保护结构关断，开路保护结构的漏电流很小，不影响发光二极管的工作；当发光二极管开路时，开路保护器件两端电压迅速升高，开路保护器中IGBT器件栅极通过分压电路获得的电压较高，使得IGBT器件的MOS沟道开启，从而IGBT器件进入导通状态，通过IGBT器件结构的优化设计，IGBT器件导通时流过P—基区大的正向电流使寄生的晶闸管结构开启，使整个结构进入闩锁状态，从而为发光二极管提供开路保护(为串联LED电路提供电流通道)；IGBT器件中寄生晶闸管结构开启进入闩锁状态后，即使没有栅极控制电压也可维持闩锁状态。这使得本发明具有启动快、功耗低的特点，与LED并联使用可以更好地避免串联LED电路中出现LED开路时，整个LED灯都不亮的故障现象，从而更高效的实现LED的开路保护功能。
图1是本实用新型提供的发光二极管的开路保护器的电路结构示意图。其中D或 24为齐纳二极管，R或23为电阻，Q为IGBT器件。图2是本实用新型提供的集成发光二极管开路保护器结构示意图。其中11为金属化阳极，12为P+衬底，13为N—漂移区，14为P—基区，15为第一 N+接触区，16为P+接触区，17为栅氧化层，18为多晶硅栅电极，19为多晶硅栅电极和金属化阴极之间的绝缘介质， 20为第二 N+接触区，21为第二 N+接触区20表面的金属层，22为金属化阴极，23为集成电阻，24为集成齐纳二极管。图3是本实用新型提供的集成发光二极管开路保护器的阳极I-V特性曲线仿真结
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具体实施方式
一种发光二极管的开路保护器，如图1所示，包括一个IGBT器件、一个齐纳二极管 D和一个电阻R ；齐纳二极管D的阳极与IGBT器件的阳极相连，齐纳二极管D的阴极与IGBT 器件的栅极相连，电阻R连接于IGBT器件的栅极和阴极之间。所述IGBT器件、齐纳二极管D和电阻R集成于同一芯片上，如图2所示，构成集成发光二极管开路保护器；所述IGBT器件包括P+衬底12、P+衬底12背面的金属化阳极11、 P+衬底12正面的N_漂移区13、N_漂移区13中的P_基区14、并排位于？_基区14中且与金属化阴极22相连的第一 N+接触区15和P+接触区16、覆盖P—基区14表面的栅氧化层17、 覆盖栅氧化层17表面的多晶硅栅电极18、位于多晶硅栅电极18和金属化阴极22之间的绝缘介质19 ；远离P—基区14的N—漂移区13中具有将金属化阳极电位引到器件表面的第二 N+接触区20，第二 N+接触区20的表面是金属层21，多晶硅栅电极18延伸至金属化阴极22 和第二 N+接触区20表面的金属层21之间以便于器件连接用；所述齐纳二极管D的阳极与 IGBT器件的第二 N+接触区20表面的金属层21相连。所述P+衬底12的半导体材料可以是硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)或者氮化镓((^aN)。上述集成发光二极管的开路保护器，通过IGBT器件的P+衬底12和N—漂移区13 形成的PN结以及表面第二 N+接触区20将阳极电位引到表面，并在器件表面集成齐纳二极管和电阻构成的分压电路。当与该开路保护结构并联的发光二极管正常工作时，开路保护结构两端的电压较低，开路保护结构中IGBT器件栅极通过分压电路获得的电压较低，IGBT器件的MOS沟道关断，整个开路保护结构关断，开路保护结构的漏电流很小，不影响发光二极管的工作；当与该开路保护结构并联的发光二极管开路时，开路保护结构两端电压迅速升高，开路保护结构中IGBT器件栅极通过分压电路获得的电压较高，IGBT的MOS沟道开启，IGBT进入导通状态。通过IGBT结构的优化设计，IGBT导通时流过P—基区大的正向电流使寄生的晶闸管结构开启，使整个结构进入闩锁状态，从而为发光二极管提供开路保护。开路保护结构进入闩锁状态后，开路保护结构两端的电压迅速降低，即使没有栅控电压也能维持闩锁状态。图3是本实用新型提供的集成发光二极管开路保护器的阳极I-V特性曲线仿真结果。从图中可以看出，当开路保护结构两端的电压较低时，开路保护结构关断，开路保护结构的漏电流很小，不会影响发光二极管的工作；当开路保护结构两端的电压高于一定电压时，由于IGBT的MOS沟道开启，IGBT进入导通状态，使寄生的晶闸管结构开启，使整个结构进入闩锁状态，从而为发光二极管提供开路保护。开路保护结构进入闩锁状态后，开路保护结构两端的电压迅速降低，即使没有栅控电压也能维持闩锁状态。应当说明，本实用新型所提供的发光二极管开路保护器不仅适用于从小功率到大功率的LED领域，而且适用于其它串联电路结构中需要提供开路保护的场合。
权利要求1.一种发光二极管的开路保护器，包括一个IGBT器件、一个齐纳二极管(D或24)和一个电阻(R或23)；其特征在于，齐纳二极管(D或24)的阳极与IGBT器件的阳极电位相连， 齐纳二极管(D或的阴极与IGBT器件的栅极相连，电阻(R或23)连接于IGBT器件的栅极和阴极之间。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述IGBT器件是平面型或沟槽型IGBT器件，其阳极结构是电场终止结构、透明阳极结构或短路阳极结构。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述IGBT器件、 齐纳二极管(D或24)和电阻(R或23)集成于同一芯片上，构成集成发光二极管开路保护ο
4.根据权利要求3所述的发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述IGBT器件包括 P+衬底(12)、P+衬底(12)背面的金属化阳极(11)、P+衬底(12)正面的N_漂移区(13)、 N_漂移区(13)中的P_基区(14)、并排位于厂基区(14)中且与金属化阴极02)相连的第一 N+接触区(15)和P+接触区(16)、覆盖P—基区(14)表面的栅氧化层(17)、覆盖栅氧化层(17)表面的多晶硅栅电极(18)、位于多晶硅栅电极(18)和金属化阴极02)之间的绝缘介质(19)；远离P—基区(14)的N—漂移区(13)中具有将金属化阳极电位引到器件表面的第二 N+接触区(20)，第二 N+接触区OO)的表面是金属层(21)，多晶硅栅电极(18)延伸至金属化阴极0 和第二 N+接触区OO)表面的金属层之间以便于器件连接用；所述齐纳二极管(D或的阳极与IGBT器件的第二 N+接触区OO)表面的金属层相连。
5.根据权利要求4所述的发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述P+衬底(12)的半导体材料是硅、碳化硅、砷化镓或者氮化镓。
专利摘要一种发光二极管的开路保护器，属于电子技术领域。包括分立或集成的IGBT器件、齐纳二极管和电阻；所述齐纳二极管的阳极与IGBT器件的阳极电位相连，齐纳二极管的阴极与IGBT器件的栅极相连，电阻连接于IGBT器件的栅极和阴极之间。当发光二极管正常工作时，与之并联的开路保护器两端的电压较低，IGBT的MOS沟道关断，整个开路保护器处于关断状态；当发光二极管开路时，与之并联的开路保护器两端电压迅速升高，IGBT的MOS沟道开启，IGBT导通，流过P基区的正向电流使寄生的晶闸管开启并进入闩锁状态，从而为发光二极管提供开路保护。开路保护结构进入闩锁状态后，开路保护结构两端的电压迅速降低，即使没有栅控电压也能维持闩锁状态。本实用新型具有启动快、功耗低的特点。
文档编号H05B37/00GK202043318SQ20112014110
公开日2011年11月16日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者张金平, 李泽宏 申请人:电子科技大学