CN106549007B - 功率ic、引线框、功率ic的封装体以及灯具 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种功率IC，用于驱动节能灯和镇流器，功率IC包括集成在一起的第一NPN型功率三极管、第二NPN型功率三极管；其中，第一NPN型功率三极管的发射极连接于第二NPN型功率三极管的基极，第一NPN型功率三极管的集电极和第二NPN型功率三极管的集电极连接。集成在一起的第一NPN型功率三极管和第二NPN型功率三极管可以减小节能灯装置的线路板体积并降低其制造成本。

Description

功率IC、引线框、功率IC的封装体以及灯具
技术领域
本申请属于功率IC(Integrated Circuit，集成电路)技术领域，涉及用于驱动节能灯的功率IC、引线框、功率IC的封装体以及使用该功率IC的灯具。
背景技术
目前，节能灯、镇流器广泛用于照明，在节能灯和镇流器中，需要使用专用的驱动单元来驱动灯管。
驱动单元通常由功率三极管、二极管、电阻、电感、电容等电子元件通过人工的形式***PCB(Print Circuit Board)板。
在实现现有技术过程中，发明人发现在实施该技术过程中至少存在如下问题：
驱动单元的电路复杂，同时PCB板的空间有限，因此，人工***上述电子元件的装配难度大、成本高，尤其难以适用紧凑型节能照明装置的要求。
驱动单元的另一种实现方式是用IC芯片来替代驱动单元的电路。IC芯片中包含多个高压器件，通常需要采用高压(例如600V以上)的SOI(Silicon On Insulator，绝缘衬底上硅)工艺，该工艺实现困难，成本高。因此，IC芯片价格昂贵，市场认可度相对较低。
发明内容
本申请实施例要解决的技术问题是，减小节能灯装置的线路板体积、降低制造成本。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种功率IC，具体的，一种功率IC，用于驱动节能灯和镇流器，所述功率IC包括集成在一起的第一NPN型功率三极管、第二NPN型功率三极管；
其中，所述第一NPN型功率三极管的发射极连接于所述第二NPN型功率三极管的基极，第一NPN型功率三极管的集电极和第二NPN型功率三极管的集电极连接；
所述第一NPN型功率三极管和第二NPN型功率三极管用于启动所述节能灯和镇流器。
本申请实施例还提供一种引线框，所述引线框至少包括：
第一岛形接触区，用于导通第一NPN型功率三极管的集电极、第二NPN型功率三极管的集电极和快恢复二极管的阴极；
第二岛形接触区，用于连接第一NPN型功率三极管的基极；
第三岛形接触区，用于导通第二NPN型功率三极管的发射极和快恢复二极管的阳极。
本申请实施例还提供一种功率IC的封装体，包括：
引线框，至少包括第一岛形接触区、第二岛形接触区和第三岛形接触区；
功率IC，至少包括第一NPN型功率三极管、第二NPN型功率三极管和快恢复二极管；
第一NPN型功率三极管的发射极与第二NPN型功率三极管的基极电性连接；
第一岛形接触区，用于导通第一NPN型功率三极管的集电极、第二NPN型功率三极管的集电极和快恢复二极管的阴极；
第二岛形接触区，用于连接第一NPN型功率三极管的基极；
第三岛形接触区，用于连接第二NPN型功率三极管的发射极和快恢复二极管的阳极；
塑封体，用于塑封功率IC和引线框。
本申请实施例还提供一种灯具，包括照明电路和驱动电路；
所述驱动电路至少包括第一接线端、第二接线端、第三接线端和功率IC的封装体；
功率IC的封装体包括：
第一NPN型功率三极管的发射极与第二NPN型功率三极管的基极电性连接；
第一岛形接触区，用于导通第一NPN型功率三极管、第二NPN型功率三极管和快恢复二极管，第一NPN型功率三极管的集电极、第二NPN型功率三极管的集电极和快恢复二极管的阴极电性连接于第一岛形接触区；
第二岛形接触区，与第一NPN型功率三极管的基极之间电性连接；
第三岛形接触区，与第二NPN型功率三极管的发射极、快恢复二极管的阳极电性连接；
其中，第一接线端与第一岛形接触区电性连接；
第二接线端与第二岛形接触区电性连接；
第三接线端与第三岛形接触区电性连接。
本申请实施例提供的功率IC、引线框、功率IC的封装体和灯具，至少具有如下有益效果：
集成在一起的第一NPN型功率三极管和第二NPN型功率三极管可以减小节能灯装置的线路板体积并降低其制造成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的灯具工作的电路图。
图2为本申请实施例提供的功率三极管Q1启动时的等效电路图。
图3为图2的等效转换电路图。
图4为本申请实施例提供的功率三极管Q2、功率三极管Q3启动时的等效电路图。
图5为本申请实施例提供的功率IC的电路图。
图6为本申请实施例提供的制备功率IC的示意图。
图7为本申请实施例提供的以引线框为单元的卷带示意图。
图8为本申请实施例提供的功率IC的封装体内部结构示意图，该示意图取自图7中A-A的局部放大图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在附图中，为了清楚、放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。本文中所提及的“连接”包括“电性连接”(electrical connect/connection)的意思。
在以下实施例中，X坐标的方向为平行于衬底的表面中的一个方向，Z坐标方向为垂直于衬底表面的方向，也即上下方向或厚度方向。但是，本文中所提到的“上面”、“下面”“底部”、“顶部”、“背面”等是相对Z坐标方位而言的，并且它们是相对的概念，其可以根据功率IC所放置方位的不同而相应地变化。
这里应当着重指出的是，在本申请的背景中对本申请的电路部分作了详细的说明，是为了叙述的方便和指明在实施本申请实施例前存在的技术问题，不应当将背景技术中提及的电路简单地理解为本申请的申请日之前的现有技术。
请参照图1为本申请实施例提供的包含电源的完整电路图。电路图可以包括整流电路10、照明电路20、驱动电路30三个部分。
节能灯装置运行时可以包括启动过程和正常运行驱动过程。驱动电路30可以同时实现以上启动过程和正常运行驱动。
请参照图2及其等同的变换状态图——图3。交流电经整流电路输出为直流电，为照明电路提供电能。在图3中，功率三极管Q1的发射结(基极BE1与发射极EE1之间的PN结)作为与电阻R7并联连接的一部分。在功率三极管Q1的发射结未导通前，随着流过电阻R7的电流逐渐增大，加载在电阻R7两端的电压逐渐增大，同时，加载于功率三极管Q1的发射结的电压逐渐增大。直至三极管Q1的发射结的电压达到使得发射结导通的阈值电压时，功率三极管Q1导通。此时，功率三极管Q1的集电结(基极BE1与集电极CE1之间的PN结)反向偏置，发射结正向偏置，功率三极管Q1处于正向放大区。随着功率三极管Q1的发射极EE1电流的增大，串联连接的电阻R4和可变电阻RC两端电压增大。请参照图4所示的驱动电路30，串联连接的电阻R4和可变电阻RC两端电压正是加载在功率三极管Q2的发射结(基极BE2与发射极EE2之间的PN结)、功率三极管Q3的发射结(基极BE3与发射极EE3之间的PN结)的电压。当串联连接的电阻R4和可变电阻RC两端电压进一步地达到功率三极管Q2、功率三极管Q3的发射结导通的阈值电压时，功率三极管Q2、功率三极管Q3导通。此时，功率三极管Q2的集电极电流IC2相对基极电流IB2第一次放大。并且功率三极管Q2的发射极电流IE2是集电极电流IC2、基极电流IB2两者之和。功率三极管Q2的发射极电流IE2作为功率三极管Q3的基极电流IB3被二次放大。功率三极管Q3的发射极电流IE2二次放大。功率三极管Q3的集电极电流IC3正是通过节能灯的电流。该被放大的集电极电流使得节能灯的功率达到预设的发光功率，从而使得节能灯正常工作。
在本申请提供的实施例中，为实现驱动电路30的功能并同时减小其体积、降低制造成本，如图4、图5所示，将驱动电路30的功率三极管Q2和功率三极管Q3集成在一起。具体的，功率三极管Q2作为第一NPN型功率三极管，功率三极管Q3作为第二NPN型功率三极管。功率三极管Q2的发射极EE2连接于功率三极管Q3的基极BE3。功率三极管Q2的集电极CE2和功率三极管Q3的集电极CE3连接。功率三极管Q2和功率三极管Q3用于启动所述节能灯和镇流器。
在本申请提供的又一个实施例中，进一步地将驱动电路30的功率三极管Q2、功率三极管Q3和快恢复二极管集成在一起。具体的，二极管D2作为快恢复二极管。二极管D2的阳极D+与功率三极管Q3的发射极EE3连接。二极管D2的阴极D-与功率三极管Q2的集电极CE2、功率三极管Q3的集电极CE3连接。二极管D2可以保护功率三极管Q3。功率三极管Q3的发射结在正常工作状态时正向偏置，为防止发射结反向偏置时被击穿，二极管D2提供了发射结反向偏置时电流的释放路径。
请参照图5，为功率IC的电路图，图6为功率IC的截面结构示意图。功率IC在常规半导体衬底上形成。在本申请提供的一种实施例中，半导体衬底为N型Si衬底。衬底包括在其底部的N+阱以及N+阱之上的N-阱。N+阱的掺杂浓度大约要相比于N-阱的掺杂浓度高4-8个数量级。N+阱可以通过在N型Si衬底的背面进行N型高掺杂，“e”端容易从衬底背面引出并且串联电阻低。
N-阱中可以掺杂形成多个P型区域。P型区域可以包括一个P型区域11、一个P型区域12、一个P型区域13以及一个P型区域14。
P型区域11可以与N-阱一起形成PN结，从而形成二极管D2(如图中虚线所示)。
进一步，P型区域12中，可以掺杂形成上表层的N+掺杂区域15。该N+掺杂区域15、P型区域12以及N-阱可以分别用来形成功率三极管Q3的发射极、基极、集电极。
进一步，P型区域13中，可以掺杂形成上表层的N+掺杂区域16。该N+掺杂区域16、P型区域13以及N-阱可以分别用来形成功率三极管Q2的发射极、基极、集电极。
根据图1所示电路设计的要求，功率三极管Q2、功率三极管Q3和二极管D2会具体选择一定参数，本领域技术人员可以根据器件参数要求，分别设计P型区域11、P型区域12、P型区域13以及N+掺杂区域15、N+掺杂区域16的面积、深度(Z方向的尺寸)、以及掺杂的浓度等，并可以相应选择N-阱的掺杂浓度。
进一步的，在本申请提供的又一实施例中，功率IC还包括在N-阱中表面掺杂形成的N+掺杂区域17。N+掺杂区域17用于实现功率三极管Q3和二极管D2之间的电场隔离，从而避免功率三极管Q3工作在高电压的情况下对D2中的电场产生影响。
进一步的，在本申请提供的又一实施例中，功率IC还包括在N-阱中表面掺杂形成的N+掺杂区域18。N+掺杂区域18形成用于限制功率三极管Q3和功率三极管Q2的电场势垒扩展的截止环。
进一步的，在本申请提供的又一实施例中，功率IC还包括在N-阱中表面掺杂形成多个P型区域14。P型区域14设置于P型区域11和P型区域12两者之间、P型区域12和P型区域13两者之间。P型区域14用于形成分压环，该分压环可以用来提高功率三极管Q3的集电结(基极BE3与集电极CE3之间的PN结)和功率三极管Q2的集电结(基极BE2与集电极CE2之间的PN结)的反向耐高压能力。
需要说明是，P型区域11、P型区域12、P型区域13、P型区域14在掺杂浓度相同或基本相同时，可以同时掺杂形成。当然，它们也可以根据各自掺杂要求而分步掺杂形成。N+掺杂区域15、N+掺杂区域16、N+掺杂区域17、N+掺杂区域18在掺杂浓度相同或基本相同时，可以同时掺杂形成。同样地，它们也可以根据各自掺杂要求而分步掺杂形成。
当然，功率三极管Q2、功率三极管Q3、二极管D2可以各自掺杂、封装体形成独立芯片。
如图7所示为一种以引线框为单元的卷带框架。各自独立的功率三极管Q2、功率三极管Q3、二极管D2的芯片，或者三者构成的集成芯片通过机器安装于引线框。
如图7所示，引线框至少包括：
第一岛形接触区21，用于导通第一NPN型功率三极管的集电极CE2、第二NPN型功率三极管的集电极CE3和快恢复二极管的阴极D-；
第二岛形接触区22，用于连接第一NPN型功率三极管的基极BE2；
第三岛形接触区23，用于导通第二NPN型功率三极管的发射极EE3和快恢复二极管的阳极D+。
请参照图8，以功率三极管Q2、功率三极管Q3、二极管D2为各自独立的芯片为例，在本申请提供的又一实施例中，第一岛形接触区21用于导通功率三极管Q2、功率三极管Q3、二极管D2。同时，功率三极管Q2的集电极CE2、功率三极管Q3的集电极CE3和二极管D2的阴极D-电性连接于第一岛形接触区21。功率三极管Q2的基极B2电性连接于第二岛形接触区22。功率三极管Q3的发射极EE3、二极管D2的阳极D+可以电性连接于第三岛形接触区23。
以功率三极管Q2、功率三极管Q3、二极管D2为集成的芯片为例，在本申请提供的又一实施例中，第一岛形接触区21电性连接该集成芯片，并且功率三极管Q2的集电极CE2、功率三极管Q3的集电极CE3和二极管D2的阴极D-电性连接于第一岛形接触区21。功率三极管Q2的基极BE2电性连接于第二岛形接触区22。功率三极管Q3的发射极CE3、二极管D2的阳极D+电性可以电性连接于第三岛形接触区23。
在封装体该IC时，在保护气氛下，将各独立芯片或集成芯片焊接于第一岛形接触区21，并且在第一岛形接触区21和第二岛形接触区22之间布设导线，在第一岛形接触区21和第三岛形接触区23之间布设导线。为了提高功率IC的封装体的导电性等电学性能，这里的导线可以为金(Au)、银(Ag)或者铜(Cu)材料制成。
进一步的，在本申请提供的又一实施例中，可以在保护气氛下塑封功率IC和引线框。这里的保护气氛可以是氮氢气体。
密封后的功率IC的封装体包括：
引线框，至少包括第一岛形接触区21、第二岛形接触区22和第三岛形接触区23；
功率IC，至少包括第一NPN型功率三极管Q2、第二NPN型功率三极管Q3和快恢复二极管D2；
第一NPN型功率三极管Q2的发射极EE2与第二NPN型功率三极管Q3的基极BE3电性连接；
第一岛形接触区21，用于导通第一NPN型功率三极管Q2的集电极CE2、第二NPN型功率三极管Q3的集电极CE3和快恢复二极管的阴极D-；
第二岛形接触区22，用于连接第一NPN型功率三极管Q2的基极BE2；
第三岛形接触区23，用于导通第二NPN型功率三极管Q3的发射极EE3和快恢复二极管的阳极D-；
密封体，用于在保护气氛下密封功率IC和引线框。
这里的密封体可以由塑胶、陶瓷等材料制成，用以将功率IC、引线框密封，防止其中电路氧化导致的性能变差。
进一步的，在本申请提供的又一实施例中，具体的，第一岛形接触区21，承载第一NPN型功率三极管Q2、第二NPN型功率三极管Q3和快恢复二极管D2，第一NPN型功率三极管Q2的集电极CE2、第二NPN型功率三极管Q3的集电极CE3和快恢复二极管D2的阴极D-电性连接于第一岛形接触区21；
第二岛形接触区22，与第一NPN型功率三极管Q2的基极BE2之间电性连接；
第三岛形接触区23，与第二NPN型功率三极管Q3的发射极EE3、快恢复二极管D2的阳极D+电性连接。
应当重点指出的是，本申请实施例中，将制造精度高、成本大的功率三极管Q2和功率三极管Q3以及二极管D2制成功率IC，由于各小岛之间的电性连接采用高电学性能的金(Au)、银(Ag)材料，因此，将其他电容、电阻等常规元件排除在外可以降低功率IC的制造成本。同时，功率三极管Q1与功率三极管Q2、功率三极管Q3无法直接形成电性连接，基于制造成本的考虑，功率IC同样将功率三极管Q1排除在外。
进一步的，在本申请提供的又一实施例中，还提供一种使用该功率IC封装体的灯具，包括照明电路和驱动电路。
驱动电路至少包括第一接线端、第二接线端、第三接线端和功率IC的封装体。
功率IC的封装体包括：
第一NPN型功率三极管Q2的发射极EE2与第二NPN型功率三极管Q3的基极BE3电性连接；
第一岛形接触区21，导通第一NPN型功率三极管Q2、第二NPN型功率三极管Q3和快恢复二极管D2，第一NPN型功率三极管Q2的集电极CE2、第二NPN型功率三极管Q3的集电极CE3和快恢复二极管D2的阴极D-电性连接于第一岛形接触区21；
第二岛形接触区22，与第一NPN型功率三极管Q2的基极BE2之间电性连接；
第三岛形接触区23，与第二NPN型功率三极管Q3的发射极EE3、快恢复二极管D2的阳极D+电性连接。
第一接线端与第一岛形接触区21电性连接。第二接线端与第二岛形接触区22电性连接。第三接线端与第三岛形接触区23电性连接。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种功率IC，用于驱动节能灯和镇流器，其特征在于：
所述功率IC包括集成在一起的第一NPN型功率三极管、第二NPN型功率三极管；
所述功率IC还包括：
N型衬底；
第一P型区域，其形成于所述N型衬底上并用于形成所述第一NPN型功率三极管的基极；
第二N型区域，其形成于所述第一P型区域上并用于形成所述第一NPN型功率三极管的发射极；
第二P型区域，其形成于所述N型衬底上并用于形成所述第二NPN型功率三极管的基极；
第三N型区域，其形成于所述第二P型区域上并用于形成所述第二NPN型功率三极管的发射极；
其中，所述第一NPN型功率三极管的发射极连接于所述第二NPN型功率三极管的基极，第一NPN型功率三极管的集电极和第二NPN型功率三极管的集电极连接。
2.如权利要求1所述的功率IC，其特征在于，
所述功率IC还包括快恢复二极管；
所述快恢复二极管的阳极与第二NPN型功率三极管的发射极连接，所述快恢复二极管的阴极与第一NPN型功率三极管的集电极、第二NPN型功率三极管的集电极连接。
3.如权利要求2所述的功率IC，其特征在于，
所述功率IC包括：
N型衬底；
第一P型区域，其形成于所述N型衬底上并用于形成所述第一NPN型功率三极管的基极；
第二N型区域，其形成于所述第一P型区域上并用于形成所述第一NPN型功率三极管的发射极；
第二P型区域，其形成于所述N型衬底上并用于形成所述第二NPN型功率三极管的基极；
第三N型区域，其形成于所述第二P型区域上并用于形成所述第二NPN型功率三极管的发射极；
第三P型区域，其形成于所述N型衬底上并用于形成所述快恢复二极管的阳极。
4.如权利要求3所述的功率IC，其特征在于，
所述功率IC还包括第四P型区域，第四P型区域形成于所述N型衬底上并用于形成分压环；
第四P型区域设置于第一P型区域和第二P型区域两者之间；或者
第四P型区域设置于第一P型区域和第三P型区域两者之间；或者
第四P型区域设置于第二P型区域和第三P型区域两者之间。
5.如权利要求4所述的功率IC，其特征在于，
所述功率IC还包括第四N型区域，第四N型区域形成于所述N型衬底上的、用于限制第一NPN型功率三极管和第二NPN型功率三极管两者电场势垒扩展的截止环。
6.一种用于如权利要求1-5之一所述功率IC的引线框，其特征在于：所述引线框至少包括：
第一岛形接触区，用于导通第一NPN型功率三极管的集电极、第二NPN型功率三极管的集电极和快恢复二极管的阴极；
第二岛形接触区，用于连接第一NPN型功率三极管的基极；
第三岛形接触区，用于导通第二NPN型功率三极管的发射极和快恢复二极管的阳极。
7.一种如权利要求1-5之一所述功率IC的封装体，其特征在于，包括：
引线框，至少包括第一岛形接触区、第二岛形接触区和第三岛形接触区；
功率IC，至少包括第一NPN型功率三极管、第二NPN型功率三极管和快恢复二极管；
第一NPN型功率三极管的发射极与第二NPN型功率三极管的基极电性连接；
第一岛形接触区，用于导通第一NPN型功率三极管的集电极、第二NPN型功率三极管的集电极和快恢复二极管的阴极；
第二岛形接触区，用于连接第一NPN型功率三极管的基极；
第三岛形接触区，用于导通第二NPN型功率三极管的发射极和快恢复二极管的阳极；
密封体，用于塑封功率IC和引线框。
8.如权利要求7所述的功率IC的封装体，其特征在于，包括：
第一岛形接触区，用于导通第一NPN型功率三极管、第二NPN型功率三极管和快恢复二极管，第一NPN型功率三极管的集电极、第二NPN型功率三极管的集电极和快恢复二极管的阴极电性连接于第一岛形接触区；
第二岛形接触区，与第一NPN型功率三极管的基极之间电性连接；
第三岛形接触区，与第二NPN型功率三极管的发射极、快恢复二极管的阳极电性连接。
9.一种灯具，包括照明电路和驱动电路，其特征在于：
所述驱动电路至少包括第一接线端、第二接线端、第三接线端和如权利要求7或8所述的功率IC的封装体；
功率IC的封装体包括：
第一NPN型功率三极管的发射极与第二NPN型功率三极管的基极电性连接；
第一岛形接触区，用于导通第一NPN型功率三极管、第二NPN型功率三极管和快恢复二极管，第一NPN型功率三极管的集电极、第二NPN型功率三极管的集电极和快恢复二极管的阴极电性连接于第一岛形接触区；
第二岛形接触区，与第一NPN型功率三极管的基极之间电性连接；
第三岛形接触区，与第二NPN型功率三极管的发射极、快恢复二极管的阳极电性连接；
其中，第一接线端与第一岛形接触区电性连接；
第二接线端与第二岛形接触区电性连接；
第三接线端与第三岛形接触区电性连接。
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