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 EntladungInfo
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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.
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.
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