DE19919944A1 - Anordnung mit lichtemittierenden Dioden mit einem integrierten Schutz vor einer elektrostatischen Entladung - Google Patents

Anordnung mit lichtemittierenden Dioden mit einem integrierten Schutz vor einer elektrostatischen Entladung

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Abstract

Eine Anordnung mit einer lichtemittierenden Diode umfaßt ein Leistungsnebenschlußelement, das einen elektrischen Überbelastungsschutz für eine lichtemittierende Diode schafft und eine Beschädigung an der LED aufgrund einer elektrostatischen Entladung verhindert. Das Leistungsnebenschlußelement ist parallel zu der LED innerhalb der LED-Anordnung geschaltet und schützt die LED durch Ableiten eines elektrischen Stromes von der LED und durch Begrenzen der Spannung an der LED auf eine Klemmspannung, wenn eine Schwellenspannung an der LED überschritten wird.

Description

Aufgrund ihrer kompakten Größe ersetzen lichtemittierende Dioden (LEDs) die sehr zuverlässig sind und einen niedrigen Leistungsverbrauch haben, Glühlampen in einer Vielzahl von optischen Signalisierungssystemen, wie z. B. Automobilrück­ lichtern und Ampeln. Gegenwärtig verfügbare LEDs sind jedoch anfällig für Beschädigungen aufgrund einer elektrostatischen Entladung (ESD; ESD = Electrostatic Discharge) wodurch das Verhalten verschlechtert werden kann, und wodurch die Zuver­ lässigkeit der Signalisierungssysteme, in denen die LEDs verwendet werden, reduziert wird. Um die LEDs vor einer ESD-Beschädigung zu schützen, werden spezielle Handhabungs­ vorkehrungen während des Zusammenbaus der optischen Signali­ sierungssysteme getroffen. Diese Handhabungsvorkehrungen er­ höhen die Herstellungskosten des Systems, da sie das Erden von Ausrüstungsgegenständen, wie z. B. Arbeitsplatten, Bo­ denbelägen, Bestückungsbefestigungen und Werkzeugen und fer­ ner von Personen, die mit den LEDs umgehen, umfassen. Zu­ sätzlich sind die Handhabungsvorkehrungen nicht vollständig wirksam beim Verhindern eines Aufbaus eines elektrostati­ schen Potentials, das eine ESD bewirkt, die die LEDs beschä­ digt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schutz vor einer elektrostatischen Entladung für eine Anord­ nung mit lichtemittierenden Dioden zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit einer lichtemit­ tierenden Diode nach Anspruch 1 gelöst.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Anordnung mit einer lichtemittierenden Diode ein Leistungsnebenschlußelement, das einen elektrischen Überlastschutz für eine LED schafft, und das eine Beschädigung der LED aufgrund einer elektrostatischen Entladung (ESD) verhindert. Das Leistungsnebenschlußelement ist parallel zu der LED innerhalb der LED-Anordnung geschal­ tet und schützt die LED durch Ableiten eines elektrischen Stroms von der LED und durch Begrenzen der Spannung an der LED auf eine Klemmspannung, wenn eine Schwellenspannung an der LED überschritten wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detailliert erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung mit einer lichtemit­ tierenden Diode, die ein Leistungsnebenschlußelement umfaßt, und die gemäß dem bevorzugten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 2 einen Querschnitt der Anordnung mit einer lichtemit­ tierenden Diode gemäß einem ersten bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 einen Querschnitt der Anordnung mit einer lichtemit­ tierenden Diode gemäß einem zweiten bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Anordnung 10 mit einer lichtemittierenden Diode, die ein Leistungsnebenschlußele­ ment 12 umfaßt, das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Das Lei­ stungsnebenschlußelement 12 ist parallel zu einer licht­ emittierenden Diode (LED) 14 zwischen einem ersten elek­ trischen Kontakt 15 und einem zweiten elektrischen Kontakt 17 der LED 14 geschaltet. Wenn eine Spannung V, die zwischen die elektrischen Kontakte angelegt wird, eine Schwellen­ spannung überschreitet, wird die Leistungsdissipation innerhalb der LED 14 durch das Leistungsnebenschlußelement 12 begrenzt, das die Spannung V auf eine Klemmspannung klemmt und einen Strom IS von der LED 14 wegleitet. Somit liefert das Leistungsnebenschlußelement 12 einen Schutz für die LED 14 gegenüber einer elektrischen Überbelastung, wie sie beispielsweise durch eine elektrostatische Entladung (ESD) bewirkt wird, die LEDs beschädigt, wenn kein Lei­ stungsnebenschlußelement 12 vorhanden ist.
Das Leistungsnebenschlußelement 12 kann unter Verwendung einer Vielzahl von Spannungsklemmbauelementen, wie z. B. einer Rücken-an-Rücken-Konfiguration von Dioden 16a, 16b implementiert werden. Wenn die Spannungsklemmbauelemente Zener-Dioden sind, werden die Schwellenspannung und die Klemmspannung durch die Zener-Spannung der einen der Zener-Dioden bestimmt, die in Sperrichtung vorgespannt ist, bzw. durch die Vorwärts-Einschaltspannung der einen der Zener-Dioden, die in Flußrichtung vorgespannt ist. Wenn als Alter­ native die Rücken-an-Rücken-Dioden 16a, 16b Transientenspan­ nungsunterdrückungs-Dioden (TVS-Dioden; TVS = Transient Voltage Suppressor) sind, werden die Schwellenspannung und die Klemmspannung durch die Stand-Off-Sperrspannung der TVS-Dioden bestimmt.
Die Schwellenspannung des Leistungsnebenschlußelements 12 wird ausgewählt, um zumindest so groß wie die Spitzenbe­ triebsspannung der LED 14 zu sein, die zu schützen ist. Beispielsweise wird die Schwellenspannung ausgewählt, um zumindest so groß wie die Flußübergangsspannung der LED 14 zu sein, um einen korrekten Betrieb der LED zu ermöglichen. Die Klemmspannung wird ausgewählt, um ausreichend klein zu sein, um die Leistungsdissipation innerhalb der LED 14 zu begrenzen, wodurch die Zuverlässigkeit der LED sicherge­ stellt wird, selbst wenn die angelegte Spannung V die Fluß­ übergangsspannung der LED 14 überschreitet.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer Anordnung 10a mit einer lichtemittierenden Diode, die gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die LED 14 ist an einer ersten Befestigungsstelle 21a einer ersten Elektrode 22a befestigt, die von einem Gehäuse 23 der LED-Anordnung 10a vorsteht, und zwar unter Verwendung von Epoxydharz, Lötmittel oder einem anderen Befestigungs­ mittel. Das Leistungsnebenschlußelement 12 ist an einer zweiten Befestigungsstelle 21b der ersten Elektrode 22a an­ gebracht. Ein Paar von Bonddrähten 24a, 24b, Netzverbindun­ gen, Schweißstellen oder anderen Verbindungsmitteln liefert eine elektrische Leitung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 15 der LED 14, dem ersten Anschluß 12a des Lei­ stungsnebenschlußelements 12 und einer zweiten Elektrode 22b. Eine elektrische Leitung zwischen einem zweiten elek­ trischen Kontakt 17 der LED 14 und einem zweiten Anschluß 12b des Leistungsnebenschlußelements 12 wird durch die erste Elektrode 22a geschaffen. Das Leistungsnebenschlußelement 12 begrenzt die Spannung V zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 12 und dem zweiten elektrischen Kontakt 17 der LED 14 auf die Klemmspannung und leitet einen Strom IS von der LED 14 weg, wenn die angelegte Spannung V die Schwellenspan­ nung überschreitet.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer Anordnung 10b mit einer lichtemittierenden Diode, die gemäß einem zweiten bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufge­ baut ist. Bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Leistungsnebenschlußelement 12 an einer Befesti­ gungsstelle 21a einer ersten Elektrode 22a befestigt, die von einem Gehäuse 23 der LED-Anordnung 10b vorsteht. Eine LED 14 ist an einer oberen Oberfläche des Leistungsneben­ schlußelements 12 unter Verwendung einer Flip-Chip-Löttech­ nik befestigt, derart, daß ein erster elektrischer Kontakt 15 der LED 14 mit einem ersten Anschluß 12a des Leistungs­ nebenschlußelements 12 elektrisch verbunden ist, und daß ein zweiter elektrischer Kontakt 17 der LED 14 mit einem zweiten Anschluß 12b des Leistungsnebenschlußelements 12 elektrisch verbunden ist. Der erste elektrische Kontakt 15 und der erste Anschluß 12a sind mit der ersten Elektrode 22a unter Verwendung eines Bonddrahtes 24a oder eines anderen Verbin­ dungstyps gekoppelt. Der zweite elektrische Kontakt 17 und der zweite Anschluß 12b sind mit der zweiten Elektrode 22b unter Verwendung eines Bonddrahtes 24b oder eines anderen Verbindungstyps gekoppelt. Das Leistungsnebenschlußelement 12 begrenzt die Spannung V zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 15 und dem zweiten elektrischen Kontakt 17 der LED 14 auf die Klemmspannung und leitet einen Strom IS von der LED weg, wenn die angelegte Spannung V die Schwellenspannung überschreitet.

Claims (6)

1. Anordnung (10) mit einer lichtemittierenden Diode, mit folgenden Merkmalen:
einer lichtemittierenden Diode (14) mit einem ersten elektrischen Kontakt (15) und einem zweiten elektrischen Kontakt (17);
einem Gehäuse (23) mit einer ersten Elektrode (22a), die mit dem ersten elektrischen Kontakt (15) gekoppelt ist, und einer zweiten Elektrode (22b), die mit dem zweiten elektrischen Kontakt (17) gekoppelt ist, wobei die erste Elektrode (22a) und die zweite Elektrode (22b) zum Emp­ fangen einer angelegten Spannung vorgesehen sind;
einem Leistungsnebenschlußelement (12), das mit dem er­ sten elektrischen Kontakt (15) und mit dem zweiten elek­ trischen Kontakt (17) gekoppelt ist, das einen elektri­ schen Strom (IS) von der lichtemittierenden Diode neben­ schließt, wenn die angelegte Spannung eine Schwellenspan­ nung überschreitet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die erste Elektrode (15) eine erste Befestigungsstelle (21a), die die licht­ emittierende Diode (14) aufnimmt, und eine zweite Befe­ stigungsstelle (21b) zum Aufnehmen des Leistungsneben­ schlußelements (12) aufweist, wobei die Kopplung zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt (17) und dem Leistungs­ nebenschlußelement (12) durch die erste Elektrode (22b) geschaffen ist.
3. Anordnung (10) nach Anspruch 1, bei der das Leistungs­ nebenschlußelement (12) eine untere Oberfläche, die an der ersten Elektrode (22a) angebracht ist, und eine obere Oberfläche mit einem ersten Anschluß (12a) und einem zweiten Anschluß (12b) hat, wobei der erste elektrische Kontakt (15) der lichtemittierenden Diode (14) mit dem ersten Anschluß (12a) gekoppelt ist, und wobei der zweite elektrische Kontakt (17) der lichtemittierenden Diode mit dem zweiten Anschluß (12b) unter Verwendung einer Flip-Chip-Löttechnik gekoppelt sind.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Leistungsnebenschlußelement eine Rücken-An-Rücken-Konfiguration von Spannungsklemmbauelementen um­ faßt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Rücken-An-Rücken-Konfiguration von Spannungsklemmbauelementen zumindest eine Zener-Diode umfaßt.
6. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Rücken-An-Rücken-Konfiguration von Spannungsklemmbauelementen (16a, 16b) zumindest eine Transientenspannungsunterdrückungsein­ richtung umfaßt.
DE19919944A 1998-08-27 1999-04-30 Anordnung mit lichtemittierenden Dioden mit einem integrierten Schutz vor einer elektrostatischen Entladung Withdrawn DE19919944A1 (de)

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