CN101932870A - 具有一体式光或者温度感测器和时间多路复用的半导体封装 - Google Patents

具有一体式光或者温度感测器和时间多路复用的半导体封装 Download PDF

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Abstract

提供一种封装(10)，具有至少两个管脚(11，12)。所述封装包括：具有第一功能的半导体结构(20)；以及电子电路(30)，其包括具有第二功能的至少一个电路元件。所述结构(20)和所述电路(30)电连接至所述管脚(11，12)。而且，所述封装可操作以通过对通过所述管脚(11，12)的第一操作信号(60)和第二操作信号(70)进行时间多路复用来执行所述第一功能和所述第二功能。最后，所述第一功能是发光功能，并且所述第二功能是感测功能。本发明是特别有益的，因为其提供了一种成本有效和用途多样且小型化的、包括LED或激光二极管的发光封装。

Description

具有一体式光或者温度感测器和时间多路复用的半导体封装
技术领域
本发明涉及具有至少两个管脚的封装，该封装包括半导体结构。此外，本发明涉及包括这种封装的模块，以及操作这种封装和模块的方法。
背景技术
所列举类型的包括发光二极管(LED)的封装和模块是公知的。它们可以在多种应用中使用，诸如(一般性)照明、LCD或者标志的背景照亮等。通常，这种封装包括电子电路。该电路例如包括相对于LED反向并联布置的静电放电保护二极管，用于针对静电或者反向电压进行保护。备选地，电路包括第二LED，其类似地与第一LED反向并联布置，允许利用例如AC电流来驱动封装。两个LED可以按照不同的波长来发光，从而允许色彩混合。
现有技术的封装在典型的操作条件下缺乏色彩稳定性。除其他之外，在LED中操作的物理过程导致发出的光对结温度是敏感的。依赖于温度或者光感测器，已经提出了多种主动式和被动式的反馈/前馈控制方案，用以确保所发出光的色彩稳定性。传统上，这种感测器布置在包括作为光源的封装的发光模块或者发光设备内部。然而，这导致了复杂的设备制造生产和高组装成本。此外，由于感测器被组装在封装外部的模块中，其对于个体封装的标识和贡献具有低选择性。而且，当应用＞2个访问管脚时，已知的封装只能够通过电气手段(诸如，LED上的电压降测量)来检测故障LED。例如，如果在仅具有两个访问管脚的单个封装中应用四个LED的串联组，则不可能利用这种电压降测量来确定该组中的单个故障LED。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本有效且通用的封装。本发明的另一目的是提供一种支持确定故障LED而无需附加访问管脚的封装。此外，本发明的目的包括提供一种最小化的封装和/或模块。而且，本发明的目的包括提供一种对源(光源和热源)的标识以及来自源的贡献具有高选择性的(光和温度)感测器组件。这些目的中的至少一个是利用按照权利要求1的本发明的第一方面的封装来实现的。一种封装，具有至少两个管脚，该封装包括具有第一功能的半导体结构、包括具有第二功能的至少一个电路元件的电子电路，其中该结构和电路电连接至管脚，其中该封装可操作以通过对通过管脚的第一操作信号和第二操作信号进行时间多路复用来执行第一功能和第二功能，其中该第一功能是发光功能，并且该第二功能是感测功能。
本发明基于以下认识：诸如发光二极管(LED)、共振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VSDEL)以及边缘发射激光二极管等半导体发光结构为通过时间多路复用的管脚共享提供了绝佳机会，因为它们仅仅在一个方向上传导电流。而且，这些结构的脉冲或者调制操作是常见的，也即，它们通常不是连续驱动的。由此，在一部分时间期间不向半导体结构提供驱动电流使得将管脚复用于另一功能成为可能。而且，出于成本原因，设计具有最小数目访问管脚的封装具有优势。此外，设计规则规定封装每次增加多个管脚的管脚数目。由此，本发明最小化了封装的访问管脚的数目，从而获得成本有效的、通用的和最小化的封装。最后，将感测器包含在封装内部改进了其对于封装内部的源(光源和或源)相对于其他封装内部的源的选择性。
在本发明的一个实施方式中，所述电路包括至少一个DC操作的器件。在一个实施方式中，DC操作的器件包括温度感测器和光感测器中的至少一个。有益地，这允许提供反馈信号以控制和稳定光输出(通量、色点等)。
在一个实施方式中，所述电路进一步包括与半导体发光结构反并行布置的二极管。有益地，这将两个功能布置为彼此独立地执行。
在一个实施方式中，感测功能包括通量测量和色点测量之一。再一次，这允许控制和稳定所发出光的通量和/或色点。
在一个实施方式中，所述电路的至少部分集成在半导体发光结构中。在一个实施方式中，半导体发光结构包括衬板，并且电路集成在该衬板上。这允许甚至更大程度的集成。
在一个实施方式中，半导体发光结构包括发光二极管(LED)或者激光二极管(LD)中的至少一个。
按照第二方面，本发明提供一种发光模块，其包括至少一个按照本发明的封装。有益地，这允许提供具有感测和反馈能力的发光组件(诸如，发光体等)，其具有对源(光源和热源)的标识以及来自源的贡献的高选择性。
在一个实施方式中，所述模块进一步包括处理装置，其布置用于对第一操作信号和第二操作信号进行时间复用。优选地，这些处理装置包括驱动LED或者LD以及从感测器收集反馈/前馈信号的电路(集成电路或离散电路)，这允许对驱动信号进行调节，以便稳定发光模块的预定输出(通量、色点等)。
按照本发明的第三方面，提供一种操作发光模块的方法，包括步骤：将该模块布置为包括具有至少两个管脚的至少一个封装；将该封装布置为包括具有第一功能的半导体结构和具有第二功能的电子电路；以及将所述结构和电路电连接至管脚，操作该封装以通过对通过管脚的第一操作信号和第二操作信号进行时间多路复用来执行第一功能和第二功能，其中第一功能是发光功能，并且第二功能是感测功能。
本发明的这些以及其他方面将参考此后描述的实施方式来进行阐释并将由此变得清晰。
附图说明
在下文结合附图对示例性和优选实施方式的描述中，公开了本发明的进一步细节、特征和优点。
图1示意性地示出了按照本发明的一个实施方式；
图2示出了按照本发明的操作封装的时间多路复用方案；
图3示意性地示出了包括具有集成电路元件的衬板的半导体结构；以及
图4示出了按照本发明的封装的一个实施方式的分解图。
具体实施方式
图1示意性地示出了按照本发明的一个实施方式。封装10具有至少两个管脚11、12，允许封装连接至例如电源(未示出)。封装10包含半导体结构20，诸如发光二极管(LED)、共振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)以及边缘发射激光二极管。此外，封装10包括电子电路30。该电路30包括二极管50和DC操作的器件40。二极管50与半导体结构20反并行布置。由此，当操作半导体结构20发光时，二极管50关闭DC器件。此外，二极管50保护DC操作的器件40以免反向极性。注意，某些DC操作的器件具有其本身的二极管属性(例如，光敏或者温敏二极管)。在这种情况下，二极管50和DC操作的器件40可以合并到一个电路元件中。该配置允许将管脚11、12顺序地用于两个不同的功能。
图2示出了按照本发明来操作封装10的时间多路复用方案。其绘出了管脚11上电信号的极性作为时间的函数。多路复用方案利用预定的长度T1和T2(其可以是相等的长度也可以不是)将时间细分为间隔。在T1间隔期间，管脚11上具有正极性的第一操作信号60驱动半导体结构20。在T2间隔期间，管脚12上具有正极性(等同于管脚11上的负极性)的第二操作信号70驱动DC操作的器件40。例如，对于布置为LED的半导体结构10，第一功能可以是发光功能。第一操作信号60可以是基于PWM的驱动信号，其具有固定高度以及定义所发射光通量的可变宽度。备选地，第一操作信号可以是基于PAM的信号，其具有固定的宽度以及定义所发射光通量的可变高度(或者振幅)。本领域中存在多种其他驱动信号(DC或者调制的)方案，并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下应用这些方案。而且，将DC操作的器件40布置为感测器允许第二功能是感测功能。有益地，这种感测器可以包括温度感测器。备选地，其可以包括光感测器。由此，第二操作信号70可以侦测测量的温度或者检测的光。有益地，这允许提供反馈信号，以控制和稳定所发射光的通量和/或色点。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以想到操作封装10的很多其他多路复用方案。
尽管在上面的实施方式中封装10包括半导体结构20和电子电路30，但是后两者可以作为离散组件而存在，或者可以是集成的。由此，在一个实施方式中，电路30的至少部分集成在半导体结构20中。在一个实施方式中，半导体结构20包括衬板29，并且电路30集成在该衬板上(图3)。这允许甚至更大程度的集成。在此实施方式中，衬板29在其顶表面上包括与DC操作的器件40、二极管50和半导体光源21互连的电子电路(未示出)。此外，其允许与封装10的管脚11、12互连。半导体光源21包括第一导电类型(例如，n型)的层22和第二导电类型(例如，p型)的层23，其间夹有结层24，其布置用于当向光源21应用适当的驱动信号时以预定的波长发光。第一导电类型的层22和第二导电类型的层23分别连接至接触层25和26。焊料块27、28允许与衬板29上的电子电路的连接。
图4示出了封装10的分解图。在一个实施方式中，封装包括放置在嵌件模制引线框中的散热嵌条100。该嵌件模制引线框例如是围绕金属框106模制的填充塑料材料105，其经由管脚106a、106b提供电路径。嵌条100可以包括光反射体102。半导体发光结构104直接安装至嵌条100，或者经由导热衬板103间接安装至嵌条100。电路30(未示出)可以集成在半导体发光结构104中。备选地，其可以集成在衬板103上。备选地，其可以集成在模制塑料材料105内。可以添加遮盖体108，其可以是光学镜头。
将多个封装10组装在模块中允许制造发光设备(或类似物)。有益地，这向发光组件提供感测和反馈能力，其对于源(光源和热源)的标识以及来自源的贡献具有高选择性。通过将感测器集成在封装10内部，这些感测器仅有效地测量同一封装10内部的光源的适当特性(温度、光)。在一个实施方式中，模块还包括处理装置，其布置用于对第一操作信号60和第二操作信号70进行时间多路复用。优选地，这些处理装置包括驱动LED或LD以及从感测器收集反馈/前馈信号的电路(集成电路或离散电路)，从而允许调节驱动信号以便稳定发光模块的预定输出(通量，色点等)。
尽管已经参考上文描述的实施方式对本发明进行了阐释，但易见的是，可以使用备选实施方式来实现相同的目的。例如，封装可以具有不止一个半导体结构20，其具有与适当数目的管脚相结合的附属电路30。因此，本发明的范围不限于上文描述的实施方式。由此，本发明的精神和范围仅由所附权利要求及其等效项限定。

Claims (11)

1.一种封装(10)，具有至少两个管脚(11，12)，所述封装包括：
具有第一功能的半导体结构(20)，
电子电路(30)，其包括具有第二功能的至少一个电路元件，
其中所述结构(20)和所述电路(30)电连接至所述管脚(11，12)，
其中所述封装可操作以通过对通过所述管脚(11，12)的第一操作信号(60)和第二操作信号(70)进行时间多路复用来执行所述第一功能和所述第二功能，以及
其中所述第一功能是发光功能，并且所述第二功能是感测功能。
2.根据权利要求1所述的封装(10)，其中所述电路(30)包括至少一个DC操作的器件(40)，其布置用于执行所述感测功能。
3.根据权利要求2所述的封装(10)，其中所述DC操作的器件(40)包括温度感测器和光感测器中的至少一个。
4.根据权利要求2所述的封装(10)，其中所述电路(30)进一步包括与所述半导体结构(20)反向并联布置的二极管(50)。
5.根据权利要求2所述的封装(10)，其中所述感测功能包括通量测量或是色点测量中的一个。
6.根据权利要求1所述的封装(10)，其中所述电路(30)的至少部分集成在所述半导体结构(20)中。
7.根据权利要求6所述的封装(10)，其中所述半导体结构(20)包括衬板(29)，并且所述电路(30)集成在所述衬板上。
8.根据任一前述权利要求所述的封装(10)，其中所述半导体结构(20)包括发光二极管和激光二极管中的至少一个。
9.一种发光模块，包括根据任一前述权利要求所述的封装(10)。
10.根据权利要求9所述的发光模块，其中所述模块进一步包括处理装置，其布置用于对所述第一操作信号(60)和第二操作信号(70)进行时间多路复用。
11.一种操作发光模块的方法，包括步骤：
将所述模块布置为包括具有至少两个管脚(11，12)的封装(10)；
将所述封装布置为包括具有第一功能的半导体结构(20)和具有第二功能的电子电路(30)；以及
将所述结构(20)和所述电路(30)电连接至所述管脚(11，12)，
操作所述封装以通过对通过所述管脚(11，12)的第一操作信号(60)和第二操作信号(70)进行时间多路复用来执行所述第一功能和所述第二功能，
其中所述第一功能是发光功能，并且所述第二功能是感测功能。
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