專利名稱：高工作電壓led保護(hù)二極管及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本實(shí)用新型屬于發(fā)光器件制造領(lǐng)域，涉及一種LED保護(hù)二極管的技術(shù)，尤其涉及一種應(yīng)用于多數(shù)目LED串聯(lián)構(gòu)成的LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
由于發(fā)光二極管(LED)具有體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，且隨著以氮化物為基礎(chǔ)的高亮度LED應(yīng)用的開發(fā)，新一代綠色環(huán)保固體照明光源氮化物L(fēng)ED已成為研究的重點(diǎn)。同時(shí)，隨著LED功能性照明領(lǐng)域的應(yīng)用快速發(fā)展，高壓LED器件將成為照明領(lǐng)域中的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，并已廣泛應(yīng)用于照明燈具、交通指示燈、電子顯示板中?，F(xiàn)已比較通用的一種多數(shù)目LED串聯(lián)形成高工作電壓LED電路為例，可以參見圖
I。多數(shù)目LED數(shù)目串聯(lián)后形成高工作電壓發(fā)光電路I，高工作電壓發(fā)光電路I配上適合的恒流驅(qū)動(dòng)電路2，共同組成了 LED照明、顯示裝置，其中，所述恒流驅(qū)動(dòng)電路2的輸出端連接到所述發(fā)光電路I的輸入端。對(duì)于高工作電壓發(fā)光電路I而言，只要其中任一 LED損壞就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)高工作電壓發(fā)光電路I上的LED熄滅，嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致與所述任一 LED損壞的支路并聯(lián)的其它LED的損壞。因此，要想使多數(shù)目LED串聯(lián)的高工作電壓發(fā)光電路I在各種環(huán)境里的使用，就必須在對(duì)所述的多數(shù)目LED串聯(lián)形成的高工作電壓發(fā)光電路I進(jìn)行保護(hù)的同時(shí)，也需要對(duì)恒流驅(qū)動(dòng)電路2進(jìn)行保護(hù)，以免高工作電壓發(fā)光電路I損壞的同時(shí)，隨之恒流驅(qū)動(dòng)電路2上的電壓變化過大而導(dǎo)致恒流驅(qū)動(dòng)電路2失效的問題。為了解決上述問題，在利用LED作為發(fā)光芯片時(shí)一方面希望通過多數(shù)目LED串聯(lián)形成的負(fù)載光源以應(yīng)對(duì)未來LED功能性照明領(lǐng)域的應(yīng)用快速發(fā)展，從而促使高工作電壓LED器件的廣泛應(yīng)用。另一發(fā)面，在實(shí)際的實(shí)施過程中仍然存在問題，亟待引進(jìn)能有效改善上述缺陷的新方法，以解決多數(shù)目LED形成的負(fù)載光源中因任一 LED損壞而導(dǎo)致整個(gè)高壓發(fā)光電路不能使用的最主要的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種高工作電壓LED保護(hù)二極管及其結(jié)構(gòu)，以解決多數(shù)目LED串聯(lián)形成的高工作電壓LED電路因任一 LED損壞后，LED保護(hù)二極管可以在很小的電流下迅速觸發(fā)啟動(dòng)以保證其它LED繼續(xù)正常工作。為解決上述問題，本實(shí)用新型提出的一種高工作電壓LED保護(hù)二極管，包括PNP三極管、NPN三極管、P/N+反向二極管、P/N外延二極管和P/N+正向二極管模塊；所述PNP三極管的發(fā)射極與所述P/N外延二極管的負(fù)極連接，所述PNP三極管的基極及P/N+反向二極管的負(fù)極與NPN三極管的集電極連接，所述PNP三極管的集電極與所述NPN三極管的基極連接，所述NPN三極管的發(fā)射極與P/N+正向二極管模塊的正極連接，P/N+正向二極管模塊的負(fù)極與所述P/N外延二極管的正極及所述P/N+反向二極管的正極連接。[0009]進(jìn)一步地，在所述P/N+正向二極管模塊的負(fù)極、所述P/N外延二極管的正極、所述P/N+反向二極管的正極連接處引出金屬鋁電極，在所述PNP三極管的發(fā)射極與所述P/N外延二極管的負(fù)極處引出電極。相應(yīng)的，本實(shí)用新型提供了一種高工作電壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底、形成所述半導(dǎo)體襯底上的N型外延層、穿透所述N型外延層與所述半導(dǎo)體襯底相連的第一隔離P+、第二隔離P+和第三隔離P+，由所述第一隔離P+和所述第二隔離P+構(gòu)成第一隔離區(qū)，由所述第二隔離P+和所述第三隔離P+構(gòu)成第二隔離區(qū)；形成所述第一隔離區(qū)的第一 P基區(qū)和第二 P基區(qū)，形成所述第一 P基區(qū)上且與所 述第一 P基區(qū)有部分重疊的第一發(fā)射區(qū)N+，形成所述第二 P基區(qū)中的第二發(fā)射區(qū)N+，由所述第一發(fā)射區(qū)N+和所述第一 P基區(qū)構(gòu)成的P/N+反向二極管，由所述半導(dǎo)體襯底、位于所述第一隔離區(qū)的所述N型外延層和所述第二 P基區(qū)構(gòu)成的PNP三極管，由位于所述第一隔離區(qū)的所述N型外延層、所述第二 P基區(qū)和所述第二發(fā)射區(qū)N+構(gòu)成的NPN三極管；形成所述第二隔離區(qū)的半導(dǎo)體襯底上、N型外延層底部區(qū)域中的N+埋層，形成所述第二隔離區(qū)中的N個(gè)第三P基區(qū)，形成所述每個(gè)第三P基區(qū)中的第三發(fā)射區(qū)N+，由所述每個(gè)第三P基區(qū)及形成所述每個(gè)第三P基區(qū)中的第三發(fā)射區(qū)N+構(gòu)成的N個(gè)P/N+正向二極管，形成所述第二隔離區(qū)中的第四P基區(qū)，形成所述第二隔離區(qū)的所述N型外延層中的右邊第四發(fā)射區(qū)N+，由位于所述第二隔離區(qū)的所述N型外延層、所述第四P基區(qū)和所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+構(gòu)成的P/N外延二極管；位于上述結(jié)構(gòu)表面上的引線孔窗口，從所述引線孔窗口引出的各電極；位于所述半導(dǎo)體襯底底部的背面金屬。進(jìn)一步地，形成所述第二隔離區(qū)的所述N型外延層中的左邊第四發(fā)射區(qū)N+。進(jìn)一步地，還包括分別形成所述第一P基區(qū)、所述第二發(fā)射區(qū)N+、所述第四P基區(qū)、所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+及所述第一隔離P+和所述第三隔離P+上的引線孔窗口，形成所述每個(gè)P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+和第三P基區(qū)上的引線孔窗口。進(jìn)一步地，還包括形成所述第一 P基區(qū)的引線孔窗口中的第一電極；形成所述第三隔離P+的引線孔窗口與所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口之間的第六電極；形成平面上有將所述第六電極與第一電極相連的平面電極；如所述N為I個(gè)，形成所述第二發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第三P基區(qū)的引線孔窗口之間的第二電極；形成所述第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第四P基區(qū)的引線孔窗口之間的第五電極；如所述N為大于I時(shí)，形成所述第二發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第一 P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)的引線孔窗口之間的第二電極；其后的每個(gè)P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)的引線孔窗口與前一個(gè)P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口之間形成的電極，形成所述第N個(gè)P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第四P基區(qū)的引線孔窗口之間的第五電極。進(jìn)一步地，還包括形成所述結(jié)構(gòu)表面上的鈍化層。由上述技術(shù)方案可見，與傳統(tǒng)通用的一種多數(shù)目LED串聯(lián)形成高工作電壓LED電路相比，本實(shí)用新型公開的一種高工作電壓LED保護(hù)二極管通過PNP三極管的發(fā)射極與P/N外延二極管的負(fù)極連接，PNP三極管的基極及P/N+反向二極管的負(fù)極與NPN三極管的集電極連接，PNP三極管的集電極與NPN三極管的基極連接，NPN三極管的發(fā)射極與P/N+正向二極管模塊的正極連接，P/N+正向二極管模塊的負(fù)極與所述P/N外延二極管的正極及所述P/N+反向二極管的正極連接。由于所述P/N+正向二極管模塊包括N個(gè)P/N+正向二極管，當(dāng)一個(gè)LED的工作電壓偏高或偏低，可以通過相應(yīng)地增加或減少所包含的P/N+正向二極管的數(shù)目來同步調(diào)整所述P/N+正向二極管模塊的電壓，即將N個(gè)P/N+正向二極管的正極、負(fù)極首尾依次串聯(lián)成一組連續(xù)的P/N+正向二極管，且一組連續(xù)的P/N+正向二極管的首尾正極、負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊的正極、負(fù)極，繼而可以實(shí)現(xiàn)高工作電壓LED保護(hù)二極管的電壓可調(diào)，來確保LED保護(hù)二極管啟動(dòng)后的工作電壓與所述一個(gè)LED的工作電壓相近。因此，LED保護(hù)二極管啟動(dòng)后的工作電壓等于PNP三極管、NPN三極管組成的可控硅電壓及N個(gè)P/N+正向二極管的電壓，與一個(gè)普通的LED的工作電壓相近。當(dāng)多數(shù)目LED串聯(lián)電路中出現(xiàn)某一個(gè)LED損壞開路時(shí)，P/N+反向二極管直接與PNP三極管的be (基極-發(fā)射極)電極串聯(lián)組成啟動(dòng)電路，當(dāng)所述損壞的LED的工作電壓大于P/N+反向二極管及PNP三極管的be正向電壓時(shí)，P/N+反向二極管出現(xiàn)擊穿，流過P/N+反向二極管的電流增大，該電流全部從PNP三極管的be電極通過，并可以在很小電流下迅速啟動(dòng)NPN、PNP組成的可控硅結(jié)構(gòu)，使所述LED保護(hù)二極管電路進(jìn)入工作狀態(tài)。

圖I為現(xiàn)有技術(shù)中一種多數(shù)目LED串聯(lián)形成高工作電壓LED電路的示意圖；圖2為本實(shí)用新型一種高工作電壓LED保護(hù)二極管實(shí)施例I的示意圖；圖3為本實(shí)用新型一種高工作電壓LED保護(hù)二極管實(shí)施例2的示意圖；圖4為本實(shí)用新型一種搞工作電壓LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型一種并聯(lián)有LED的高工作電壓LED保護(hù)二極管的示意圖；圖6為本實(shí)用新型一種并聯(lián)有LED的高工作電壓LED保護(hù)二極管的電壓電流曲線示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施的限制。其次，本實(shí)用新型利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。最后，為了能夠詳細(xì)清晰無誤的闡述本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，以本實(shí)用新型中提及的第一隔離區(qū)作為左方位的參考方向，以本實(shí)用新型中提及的第二隔離區(qū)作為右方位的參考方向，通過左、右方位詞的使用便于對(duì)本實(shí)用新型的更多細(xì)節(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確到位的描述，以便于更充分的理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此的方位進(jìn)行描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受、下面公開的具體實(shí)施的限制。參見圖2和圖3，本實(shí)用新型提出的一種高工作電壓LED保護(hù)二極管，包括PNP三極管204、NPN三極管210、P/N+反向二極管208、P/N外延二極管206和P/N+正向二極管模塊212 ；所述PNP三極管204的發(fā)射極與所述P/N外延二極管206的負(fù)極連接，所述PNP三極管204的基極及P/N+反向二極管208的負(fù)極與NPN三極管210的集電極連接，所述PNP三極管204的集電極與所述NPN三極管210的基極連接，所述NPN三極管210的發(fā)射極與P/N+正向二極管模塊212的正極連接，P/N+正向二極管模塊212的負(fù)極與所述P/N外延二極管206的正極及所述P/N+反向二極管208的正極連接。進(jìn)一步地，所述P/N+正向二極管模塊212包括N個(gè)P/N+正向二極管，N為大于等于I的正整數(shù)。如所述N為I時(shí)，所述P/N+正向二極管的正極、負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊212的正極、負(fù)極(參見圖3);如所述N為大于I時(shí)，所述N個(gè)P/N+正向二極管首尾依次串聯(lián)成一組連續(xù)的P/N+正向二極管，且一組連續(xù)的P/N+正向二極管的首尾正極、負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊212的正極、負(fù)極。此處，列舉N = 3的情況，即P/N+正向二極管214的負(fù)極與P/N+正向二極管216的正極相連、P/N+正向二極管216的負(fù)極與P/N+正向二極管218的正極相連，此時(shí)，所述P/N+正向二極管214的正極與所述P/N+正向二極管218的負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊212的正極、負(fù)極(參見圖2)，其中，N為大于等于I的正整數(shù)。 其中，所述P/N+反向二極管208可以為P/N+P/N+反向二極管；所述P/N+正向二極管可以為P/N+P/N+正向二極管；所述P/N外延二極管206可以為P/NP/N外延二極管。進(jìn)一步地，在所述P/N+正向二極管模塊212的負(fù)極、所述P/N外延二極管206的正極、所述P/N+反向二極管208的正極連接處引出金屬鋁電極200，在所述PNP三極管204的發(fā)射極與所述P/N外延二極管206的負(fù)極處引出電極202?；诒緦?shí)用新型提供的一種高工作電壓LED保護(hù)二極管，參見圖4，對(duì)所述的一種高工作電壓LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述，所述一種高壓LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底500、形成所述半導(dǎo)體襯底500上的N型外延層508、穿透所述N型外延層508與所述半導(dǎo)體襯底500相連的第一隔離P+514_l、第二隔離P+514_2和第三隔離P+514_3,由所述第一隔尚P+514_l和所述第二隔尚P+514_2構(gòu)成第一隔尚區(qū)Dl,由所述第二隔離P+514_2和所述第三隔離P+514_3構(gòu)成第二隔離區(qū)D2 ；形成所述第一隔離區(qū)Dl的第一 P基區(qū)522和第二 P基區(qū)524，形成所述第一 P基區(qū)522上且與所述第一 P基區(qū)522有部分重疊的第一發(fā)射區(qū)N+538’，形成所述第二 P基區(qū)524中的第二發(fā)射區(qū)N+540’，由所述第一發(fā)射區(qū)N+538’和所述第一 P基區(qū)522構(gòu)成的P/N+反向二極管，由所述半導(dǎo)體襯底500、位于所述第一隔離區(qū)Dl的所述N型外延層508和所述第二 P基區(qū)524構(gòu)成的PNP三極管，由位于所述第一隔離區(qū)Dl的所述N型外延層508、所述第二 P基區(qū)524和所述第二發(fā)射區(qū)N+540’構(gòu)成的NPN三極管；形成所述第二隔離區(qū)D2的半導(dǎo)體襯底500上、N型外延層508底部區(qū)域中的N+埋層506，形成所述第二隔離區(qū)D2中的N個(gè)第三P基區(qū)，形成所述每個(gè)第三P基區(qū)中的第三發(fā)射區(qū)N+，由所述每個(gè)第三P基區(qū)及位于所述每個(gè)第三P基區(qū)中的第三發(fā)射區(qū)N+構(gòu)成的N個(gè)P/N+正向二極管，形成所述第二隔 離區(qū)D2中的第四P基區(qū)532，形成所述第二隔離區(qū)D2的所述N型外延層508中的右邊第四發(fā)射區(qū)N+550’，由位于所述第二隔離區(qū)D2的所述N型外延層508、所述第四P基區(qū)532和所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+550’構(gòu)成的P/N外延二極管；進(jìn)一步地，形成所述第二隔離區(qū)的所述N型外延層中的左邊第四發(fā)射區(qū)N+542’。位于所述第一 P基區(qū)522、所述第二發(fā)射區(qū)N+540’、所述第四P基區(qū)532、所述左邊第四發(fā)射區(qū)N+542’、所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+550’及所述第一隔離P+514_l和所述第三隔離P+514_3上分別開有引線孔窗口，位于所述每個(gè)P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+和第三P基區(qū)上分別開有引線孔窗口；位于所述第一 P基區(qū)522的引線孔窗口中形成有第一電極LAl ;位于所述第三隔離P+514_3的引線孔窗口與所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+550’的引線孔窗口之間形成有第六電極LA6 ;位于平面上有將所述第六電極LA6與第一電極LAl相連的平面電極LA(圖未不)；如所述N為I個(gè)，位于所述第二發(fā)射區(qū)N+540’的引線孔窗口與所述第三P基區(qū)的引線孔窗口之間形成有第二電極LA2 ;位于所述第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第四P基區(qū)532的引線孔窗口之間形成有第五電極LA5 ;如所述N為大于I時(shí)，位于所述第二發(fā)射區(qū)N+540’的引線孔窗口與所述第一 P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)的引線孔窗口之間形成有第二電極LA2 ;其后的每個(gè)P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)的引線孔窗口與前一個(gè)P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口之間形成有電極，位于所述第NP/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第四P基532的引線孔窗口之間形成有第五電極LA5。此處，列舉N= 3的情況，即位于所述第二發(fā)射區(qū)N+540’的引線孔窗口與所述第
一P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)526的引線孔窗口之間形成有第二電極LA2;其后的第
二P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)528的引線孔窗口和第三P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)530的引線孔窗口分別與第一 P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+544’的引線孔窗口和第二 P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+546’的引線孔窗口之間形成有第三電極LA3和第四電極LA4，位于所述第三P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+548’的引線孔窗口與所述第四P基532的引線孔窗口之間形成有第五電極LA5，其中，N為大于等于I的正整數(shù)；所述半導(dǎo)體襯底500的底部形成有背面金屬570。進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)的表面形成有鈍化層568。相應(yīng)的，本實(shí)用新型提出的一種高工作電壓LED保護(hù)二極管與本實(shí)用新型提出的一種高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下所述PNP三極管204包括的發(fā)射極、基極和集電極分別對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述PNP三極管中的所述半導(dǎo)體襯底500、所述N型外延層508和所述第二 P基區(qū)524 ；所述NPN三極管210包括的發(fā)射極、基極和集電極分別對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述NPN三極管中的所述第二反射區(qū)N+540’、所述第二 P基區(qū)524和所述N型外延層508 ；所述P/N+反向二極管208的正極和負(fù)極分別對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述P/N+反向二極管中的所述第一發(fā)射區(qū)N+538’和所述第一 P基區(qū)522 ；所述P/N外延二極管206的正極和負(fù)極分別對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述P/N外延二極管中的所述第四發(fā)射區(qū)N+550’和所述N型外延層508、所述第四P基區(qū)532 ；所述P/N+正向二極管模塊212包括N個(gè)P/N+正向二極管，當(dāng)N為大于I時(shí)，如N=3，此時(shí)，分別為P/N+正向二極管212、P/N+正向二極管214和P/N+正向二極管216，所述P/N+正向二極管212的正極和負(fù)極分別對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述第一 P/N+正向二極管中的所述第三P基區(qū)526和所述第三發(fā)射區(qū)N+544’、所述P/N+正向二極管214的正極和負(fù)極分別對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述第二 P/N+正向二極管中的所述第三P基區(qū)528和所述第三發(fā)射區(qū)N+546’、所述P/N+正向二極管216的正極和負(fù)極分別對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述第三P/N+正向二極管中的所述第三P基區(qū)530和所述第三發(fā)射區(qū)N+548’;若N = I時(shí)，此時(shí)，P/ N+正向二極管的正極、負(fù)極分別對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述P/N+正向二極管中的所述第三P基區(qū)526和所述第三發(fā)射區(qū)N+544’。從所述PNP三極管204的發(fā)射極弓I出電極202對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述背面金屬570引出的背面電極(圖未示)；從所述P/N+反向二極管208的正極、所述P/N+正向二極管216的負(fù)極以及所述P/N外延二極管206的正極引出的金屬鋁電極200對(duì)應(yīng)于所述高壓LED保護(hù)二極管電路的結(jié)構(gòu)中的所述平面電極LA(圖未示)。因此，當(dāng)所述P/N+正向二極管模塊包括的P/N+正向二極管的數(shù)目N為大于I時(shí)，如N為3時(shí)，所述PNP三極管204的發(fā)射極與P/N外延二極管206的負(fù)極通過所述半導(dǎo)體襯底500和所述第三隔離P+514_3、所述第六電極LA6、所述第四發(fā)射區(qū)N+550’連接，所述PNP三極管204的基極及P/N+反向二極管208的負(fù)極與NPN三極管210的集電極通過所述N型外延層508連接，所述PNP三極管204的集電極與所述NPN三極管210的基極通過所述第二 P基區(qū)524連接，所述NPN三極管210的發(fā)射極與P/N+正向二極管214的正極通過所述第二反射區(qū)N+540’和所述第三P基區(qū)526連接，所述P/N+正向二極管214的負(fù)極與P/N+正向二極管216的正極通過所述第三發(fā)射區(qū)N+544’和所述第三P基區(qū)528連接，所述P/N+正向二極管216的負(fù)極與P/N+正向二極管218的正極通過所述第三發(fā)射區(qū)N+546’和所述第三P基區(qū)530連接，所述P/N+正向二極管218的負(fù)極與所述P/N外延二極管206的正極及所述P/N+反向二極管208的正極通過所述第三發(fā)射區(qū)N+548’、所述第四P基區(qū)532、所述第一 P基區(qū)522連接，因此，所述P/N+正向二極管214的正極和所述P/N+正向二極管218的負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊212的正極、負(fù)極；若所述P/N+正向二極管模塊包括的P/N+正向二極管為1，即N為I時(shí)，所述NPN三極管210的發(fā)射極與P/N+正向二極管的正極通過所述第二反射區(qū)N+540’和所述第三P基區(qū)526連接，所述P/N+正向二極管的負(fù)極與所述P/N外延二極管206的正極及所述P/N+反向二極管208的正極通過所述第三發(fā)射區(qū)N+548’、所述第四P基區(qū)532、所述第一 P基區(qū)522連接，因此，所述P/N+正向二極管的正極和所述P/N+正向二極管的負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊212的正極、負(fù)極，其余的連接方式參見本段N = 3時(shí)的連接，在此不再一一贅述。相應(yīng)的，本實(shí)用新型提出的一種并聯(lián)有LED的高工作電壓LED保護(hù)二極管及其相應(yīng)的電壓電流曲線。其中，所述并聯(lián)有LED的高工作電壓LED保護(hù)二極管的電壓電流曲線中，橫坐標(biāo)代表電壓，縱坐標(biāo)代表電流。參見圖5，所述高工作電壓LED保護(hù)二極管可單獨(dú)進(jìn)行封裝后，使用時(shí)并聯(lián)在LED器件的兩側(cè)，金屬鋁電極200與LED負(fù)極相連，電極202與LED正極相連，每顆LED并聯(lián)一個(gè)高工作點(diǎn)壓LED保護(hù)二極管，也可以直接封裝并聯(lián)在LED器件的內(nèi)部。當(dāng)多數(shù)目LED串聯(lián)的電路中的某一顆LED損壞開路時(shí)，所述P/N+正向二極管模塊212包括的P/N+正向二極管的數(shù)目N為大于I時(shí)，如N = 3時(shí)，參見圖2，如工作電壓大于啟動(dòng)電壓時(shí)，所述高工作電壓LED保護(hù)二極管啟動(dòng)后的工作電壓約在3 3. 3V左右，參見圖6，內(nèi)部的所述P/N+反向二極管出現(xiàn)擊穿，流過所述P/N+反向二極管的電流增大導(dǎo)致所述NPN三極管、所述PNP三極管組成的可控硅結(jié)構(gòu)觸發(fā)啟動(dòng)，電流從可控硅流過，再依次流過3個(gè)串聯(lián)形成的P/N+正向二極管模塊，即所述P/N+正向二極管214、所P/N+正向二極管216和所述P/N+正向二極管218，從而避免出現(xiàn)整串燈不亮的情況，同時(shí)還保持恒流驅(qū)動(dòng)電路及其它LED的壓降穩(wěn)定；由于并且當(dāng)LED電壓反接時(shí)，內(nèi)部的所述P/N外延二極管導(dǎo)通，且導(dǎo)通電壓約0. 7V，低于單顆LED的電壓，從而保護(hù)LED不會(huì)由于反接而失效，從所述高壓LED保護(hù)二極管的電壓電流關(guān)系曲線圖可以清楚地表明其保護(hù)性能；如N= I時(shí)，參見圖3，其工作原理參見本段N=3時(shí)的描述，在此不再一一贅述。由上述技術(shù)方案可見，與傳統(tǒng)通用的一種多數(shù)目LED串聯(lián)形成高工作電壓LED電路相比，本實(shí)用新型公開的一種高工作電壓LED保護(hù)二極管通過PNP三極管的發(fā)射極與P/NP/N外延二極管的負(fù)極連接，PNP三極管的基極及P/N+P/N+反向二極管的負(fù)極與NPN三極管的集電極連接，PNP三極管的集電極與NPN三極管的基極連接，NPN三極管的發(fā)射極與P/N+正向二極管模塊的正極連接，P/N+正向二極管模塊的負(fù)極與所述P/N外延二極管的正極及所述P/N+反向二極管的正極連接。由于所述P/N+正向二極管模塊包括N個(gè)P/N+正向二極管，當(dāng)一個(gè)LED的工作電壓偏高或偏低，可以通過相應(yīng)地增加或減少所包含的P/N+正向二極管的數(shù)目來同步調(diào)整所述P/N+正向二極管模塊的電壓，即將N個(gè)P/N+正向二極管的正極、負(fù)極首尾依次串聯(lián)成一組連續(xù)的P/N+正向二極管，且一組連續(xù)的P/N+正向二極管的首尾正極、負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊的正極、負(fù)極，繼而可以實(shí)現(xiàn)高工作電壓LED保護(hù)二極管的電壓可調(diào)，來確保LED保護(hù)二極管啟動(dòng)后的工作電壓與所述一個(gè)LED的工作電壓相近。因此，LED保護(hù)二極管啟動(dòng)后的工作電壓等于PNP三極管、NPN三極管組成的可控硅電壓及N個(gè)P/N+正向二極管的電壓，與一個(gè)普通的LED的工作電壓相近。當(dāng)多數(shù)目LED串聯(lián)電路中出現(xiàn)某一個(gè)LED損壞開路時(shí)，P/N+反向二極管直接與PNP三極管的be (基極-發(fā)射極)電極串聯(lián)組成啟動(dòng)電路，當(dāng)所述損壞的LED的工作電壓大于P/N+反向二極管及PNP三極管的be正向電壓時(shí)，P/N+反向二極管出現(xiàn)擊穿，流過P/N+反向二極管的電流增大，該電流全部從PNP三極管的be電極通過，并可以在很小電流下迅速啟動(dòng)NPN、PNP組成的可控硅結(jié)構(gòu)，使所述LED保護(hù)二極管電路進(jìn)入工作狀態(tài)。本實(shí)用新型雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種高工作電壓LED保護(hù)二極管，包括 PNP三極管、NPN三極管、P/N+反向二極管、P/N外延二極管和P/N+正向二極管模塊； 所述PNP三極管的發(fā)射極與所述P/N外延二極管的負(fù)極連接，所述PNP三極管的基極及P/N+反向二極管的負(fù)極與NPN三極管的集電極連接，所述PNP三極管的集電極與所述NPN三極管的基極連接，所述NPN三極管的發(fā)射極與P/N+正向二極管模塊的正極連接，P/N+正向二極管模塊的負(fù)極與所述P/N外延二極管的正極及所述P/N+反向二極管的正極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高工作電壓LED保護(hù)二極管，其特征在于在所述P/N+正向二極管模塊的負(fù)極、所述P/N外延二極管的正極、所述P/N+反向二極管的正極連接處引出金屬鋁電極，在所述PNP三極管的發(fā)射極與所述P/N外延二極管的負(fù)極處引出電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高工作電壓LED保護(hù)二極管，其特征在于所述P/N+正向二極管模塊包括N個(gè)P/N+正向二極管，N為大于等于I的正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高工作電壓LED保護(hù)二極管，其特征在于所述N為I時(shí)，所述P/N+正向二極管的正極、負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊的正極、負(fù)極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高工作電壓LED保護(hù)二極管，其特征在于所述N為多個(gè)時(shí)，所述各P/N+正向二極管的正極、負(fù)極首尾依次串聯(lián)成一組連續(xù)的P/N+正向二極管，且一組連續(xù)的P/N+正向二極管的首尾正極、負(fù)極分別為所述P/N+正向二極管模塊的正極、負(fù)極。
6.一種高工作電壓LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)，包括 半導(dǎo)體襯底、形成所述半導(dǎo)體襯底上的N型外延層、穿透所述N型外延層與所述半導(dǎo)體襯底相連的第一隔離P+、第二隔離P+和第三隔離P+，由所述第一隔離P+和所述第二隔離P+構(gòu)成第一隔離區(qū)，由所述第二隔離P+和所述第三隔離P+構(gòu)成第二隔離區(qū)； 形成所述第一隔離區(qū)的第一 P基區(qū)和第二 P基區(qū)，形成所述第一 P基區(qū)上且與所述第一 P基區(qū)有部分重疊的第一發(fā)射區(qū)N+，形成所述第二 P基區(qū)中的第二發(fā)射區(qū)N+，由所述第一發(fā)射區(qū)N+和所述第一 P基區(qū)構(gòu)成的P/N+反向二極管，由所述半導(dǎo)體襯底、位于所述第一隔離區(qū)的所述N型外延層和所述第二 P基區(qū)構(gòu)成的PNP三極管，由位于所述第一隔離區(qū)的所述N型外延層、所述第二 P基區(qū)和所述第二發(fā)射區(qū)N+構(gòu)成的NPN三極管； 形成所述第二隔離區(qū)的半導(dǎo)體襯底上、N型外延層底部區(qū)域中的N+埋層，形成所述第二隔離區(qū)中的N個(gè)第三P基區(qū)，形成所述每個(gè)第三P基區(qū)中的第三發(fā)射區(qū)N+，由所述每個(gè)第三P基區(qū)及形成所述每個(gè)第三P基區(qū)中的第三發(fā)射區(qū)N+構(gòu)成的N個(gè)P/N+正向二極管，形成所述第二隔離區(qū)中的第四P基區(qū)，形成所述第二隔離區(qū)的所述N型外延層中的右邊第四發(fā)射區(qū)N+，由位于所述第二隔離區(qū)的所述N型外延層、所述第四P基區(qū)和所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+構(gòu)成的P/N外延二極管； 位于上述結(jié)構(gòu)表面上的引線孔窗口，從所述引線孔窗口引出的各電極； 位于所述半導(dǎo)體襯底底部的背面金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高工作電壓LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括分別形成所述第一P基區(qū)、所述第二發(fā)射區(qū)N+、所述第四P基區(qū)、所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+及所述第一隔離P+和所述第三隔離P+上的引線孔窗口，形成所述每個(gè)P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+和第三P基區(qū)上的引線孔窗口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高工作電壓LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括形成所述第一 P基區(qū)的引線孔窗口中的第一電極；形成所述第三隔離P+的引線孔窗口與所述右邊第四發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口之間的第六電極；形成平面上有將所述第六電極與第一電極相連的平面電極；如所述N為I個(gè)，形成所述第二發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第三P基區(qū)的引線孔窗口之間的第二電極；形成所述第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第四P基區(qū)的引線孔窗口之間的第五電極；如所述N為大于I時(shí)，形成所述第二發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第一 P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)的引線孔窗口之間的第二電極；其后的每個(gè)P/N+正向二極管中的第三P基區(qū)的引線孔窗口與前一個(gè)P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口之間形成的電極，形成所述第N個(gè)P/N+正向二極管中的第三發(fā)射區(qū)N+的引線孔窗口與所述第四P基區(qū)的引線孔窗口之間的第五電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高工作電壓LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括形成所述結(jié)構(gòu)表面上的鈍化層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高工作電壓LED保護(hù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于形成所述第二隔離區(qū)的所述N型外延層中的左邊第四發(fā)射區(qū)N+。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種高工作電壓LED保護(hù)二極管，包括PNP三極管、NPN三極管、P/N+反向二極管、P/N外延二極管和P/N+正向二極管模塊；PNP三極管的發(fā)射極與P/N外延二極管的負(fù)極連接，PNP三極管的基極、P/N+反向二極管的負(fù)極與NPN三極管的集電極連接，PNP三極管的集電極與NPN三極管的基極連接，NPN三極管的發(fā)射極與P/N+正向二極管模塊的正極連接，P/N+正向二極管模塊的負(fù)極與P/N外延二極管的正極及P/N+反向二極管的正極連接。通過本實(shí)用新型可解決多數(shù)目LED串聯(lián)形成的高工作電壓LED電路因任一LED損壞后，LED保護(hù)二極管可以在很小的電流下迅速觸發(fā)啟動(dòng)以保證其它LED繼續(xù)正常工作。
文檔編號(hào)H05B37/02GK202374517SQ20112051343
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者崔建, 徐敏杰, 王平, 王英杰, 韓健 申請(qǐng)人:杭州士蘭集成電路有限公司