KR101109688B1 - 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드에 관한 것으로, 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB)의 표면에 실장되는 에스엠디(SMD) 타입의 발광 다이오드에 구비된 애노드(Anode) 전극과 캐소드(Cathode) 전극 중, 적어도 어느 하나 이상의 전극 패드(Pad)에, 정전기 방지용 커패시터(Capacitor)를 접합시킴으로써, 정전기가 순간적으로 발광 다이오드에 인가되더라도, 상기 정전기 방지용 커패시터를 통해 접지(GND)로 방전시키게 되어, 정전기로 인한 발광 다이오드의 파손을 예방할 수 있게 됨은 물론, 상기 발광 다이오드를 인쇄회로기판의 표면에 보다 효율적으로 실장시킬 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

인쇄회로기판, 발광 다이오드, 커패시터, 정전기, 표면 실장, 전극 패드

Description

정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드 {Light-emitting diode union capacitor for preventing electrostatic discharge}

도 1 및 도 2는 일반적인 발광 다이오드의 양쪽 전극에 정전기가 인가되는 실시예를 도시한 것이고,

도 3 및 도 4는 일반적인 발광 다이오드와 전원 분로 소자가 함께 설치된 실시예를 도시한 것이고,

도 5 내지 도 9는 본 발명에 따라 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드에 대한 실시예를 도시한 것이고,

도 10 내지 도 12는 본 발명에 따라 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드에 대한 다른 실시예를 도시한 것이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전원부 11 : 저항

12,30 : 발광 다이오드 13 : 아이씨

31 : 전원 분로 소자 32,33 : 패드

50,51 : 커패시터 60,61 : 가변 커패시터

본 발명은, 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드에 관한 것으로, 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB)의 표면에 실장되는 에스엠디(SMD: Surface Mount Device) 타입의 발광 다이오드(LED)가, 정전기로 인해 파손되는 것을 예방하기 위한 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드에 관한 것이다.

도 1 및 도 2는, 일반적인 발광 다이오드의 양쪽 전극에 정전기가 인가되는 실시예를 도시한 것으로, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드(12)의 애노드(Anode) 전극에는, 저항(11)을 통해 전원부(10)(VCC)가 접속되고, 상기 발광 다이오드의 캐소드(Cathode) 전극에는, 발광 시간 간격을 조절하기 위한 아이씨(IC)(13)가 연결 접속된다.

한편, 상기 애노드 전극에 접속된 저항(11)은, 발광 다이오드의 전류(Current) 흐름을 조절함과 아울러 발광 세기(Intensity)를 조절하게 되는 데, 도 2에 도시한 바와 같이, 인쇄회로기판(PCB)의 표면에 실장되는 발광 다이오드의 양쪽 전극에, 정전기가 순간적으로 인가되는 경우, 그 정전기로 인해 발광 다이오드가 파손되는 문제점이 있다.

예를 들어, 상기 발광 다이오드는, 각 발광 다이오드의 색깔 별로 다이오드의 전기적 최대 허용 범위를 지켜야 하는 데, 상기 정전기는, 순간적으로 매우 과 도한 전압과 전류가 발광 다이오드의 양 극(Anode or Cathode)에 전달된다.

그리고, 상기 발광 다이오드(LED)의 애노드 전극에 정전기가 인가되면, 발광 다이오드의 최대 허용 전기적 범위를 오버하는 순간, 발광 다이오드의 내부에 과도한 전류가 흐르면서 애노드와 캐소드 사이의 공핍층(Depletion Layer)에 저항이 커지면서 끊어지게 되어 전류의 흐름이 끊어져 발광 다이오드(LED)가 파손된다

또한, 상기 발광 다이오드(LED)의 캐소드 전극에 정전기가 인가되면, 발광 다이오드의 최대 허용 역방향 전기적 전류 범위를 오버하는 순간 발광 다이오드의 내부에 과도한 전류가 흐르면서 애노드와 캐소드 사이의 공핍층에 저항 값이 커지면서 끊어지게 되어 전류의 흐름이 끊어져 발광 다이오드(LED)가 파손된다.

한편, 상기 발광 다이오드에 인가되는 과도한 정전기 또는 전기적 현상으로부터 발광 다이오드(LED)를 보호하기 위해서 전류의 크기를 제한하는 LED Current 저항(11)을 사용하는 데, 상기 저항의 역할은 과도한 신호가 대부분의 전기 회로에서 유입되기 쉬운 전원(VCC)으로부터 유입되었을 때는 정전기의 전기적 성분 중 저주파의 전압 및 전류를 제한하는 효과가 있다

또한, 실제 단말기 제품의 경우, 발광 다이오드(LED)가 배치되는 위치는 인체의 손가락이 많이 닿는 전면 키패드(Key Pad) 아래에 위치하고, 키패드(Key Pad)에서 정전기(ESD) 유입을 피할 수 없는 부분이 금속 성분의 재질을 가지는 단말기 방향 버튼(Navigation Key) 부위이다

그리고, 인체에 축적된 정전기(ESD)는, 손가락을 통하여 방향버튼(Navigation Key)에 유입되며, 유입된 정전기(ESD)는 금속성분의 방향 버튼이 다른 전도성과의 연결이 끊어져 있어 방향버튼에 전달된 정전기(ESD)는 키 패드(Key Pad)의 바로 밑에 위치하고 인쇄회로기판에 본딩(Bonding)된 발광 다이오드(LED)의 양(Anode, Cathode) 전극으로 2차 전달되므로, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 발광 다이오드의 양 전극(Anode, Cathode)을 보호하기 위한 방안이 필요하다.

도 3 및 도 4는, 일반적인 발광 다이오드와 전원 분로 소자가 함께 설치된 실시예를 도시한 것으로, 예를 들어 정전기 방지를 위해 제안된 종래의 방안으로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드(LED)(30)와 전원 분로 소자(31)(PSD: Power Shunting Device)를 포함하는 발광 다이오드 패키지가 제안된 바 있다.

한편, 상기 발광 다이오드(30)와 전원 분로 소자(31)는, 표면에 단자를 가지는 플립 칩(flip-chips)이며, 이들 단자는 각각의 양의 전극 패드(32)와 음의 전극 패드(33)에 직접적으로 접합되고, 상기 발광 다이오드(30)와 전원 분로 소자(31) 모두의 플립 칩 접합의 이용은, 어셈블리로부터 와이어 접합을 완전한 제거할 수 있도록 한다.

또한, 상기 접합은 초음파 접합(ultrasonic bonding), 접착성 접합(adhesive bonding) 또는 납땜(soldering)에 의한 접합일 수 있는 데, 이러한 플립 칩 발광 다이오드는, 다양한 활성 층들이 성장되거나 증착되는 투명 기판을 포함하며, 전기적 접촉은, 성장된 층 또는 증착된 층상에 형성되어 발광 다이오드의 n 및 p 타입 층들에 전기적으로 접촉하게 된다.

그리고, 상기 발광 다이오드의 기판이 광 방출에 대하여 주 윈도우(Primary Window)가 되도록 실장되는 데, 도 4는, 상기 발광 다이오드(30)와 전원 분로 소자(31)의 전기적 구조도로서, 상기 발광 다이오드에 인가되는 전압이 사전 결정된 임계 전압을 초과하는 경우에, 백투백 제너 다이오드(Back-to-Back Zener Diodes) (46,47)는, LED(30) 양단의 전압을 사전 결정된 전압으로 클램핑(Clamping)하게 된다.

또한, 상기 LED(30)로부터 전류를 다른 곳으로 흐르게 하므로, 상기 전원 분로 소자(31)는, LED를 정전기 방전에 의해서 생성된 것과 같은 전기적 과 스트레스(Electrical Overstress)로부터 보호하게 되는 데, 상기 전원 분로 소자(31)는, 과도 전압 억제기 다이오드(Transient Voltage Suppressor Diode)가 사용될 수도 있으며, 광학 효율(Optical Efficiency)을 증가시키기 위하여 렌즈 외부에 위치하는 것이 바람직하다.

그러나, 상기 발광 다이오드(LED) 어셈블리 구조는, 전원 분로 소자와 일체화를 위한 어셈블리 구조로 인해 부품 사이즈의 크기가 커지게 되므로, 단말기 같은 높이와 면적이 제한된 제품에 사용이 불가능하다.

또한, 상기 전원 분로 소자를 위하여, 백투백 제너 다이오드를 사용함에 따른 어셈블리 사이즈의 증가로 인해 부품 사이즈 축소에 어려움이 발생하며, 상기 전원 분로 소자에 사용되는 백투백 제너 다이오드의 비용이 정전기(ESD) 보호를 위한 부품에 비하여 가격이 높은 단점이 있다.

그리고, 상기 전원 분로 소자에 사용되는 백투백 제너 다이오드의 부품 높이가 타 정전기(ESD) 보호 용 부품에 비하여 높이가 크고, 또한 정전기(ESD)가 발광 다이오드(LED)의 애노드 전극에 인가되었을 때, 과도한 전기적 충격은, 발광 다이오드의 임계치 범위를 오버하였을 때 발광 다이오드(LED)를 관통하지 않고 백투백 제너 다이오드를 거쳐 발광 다이오드의 캐소드(Cathode) 전극으로 전달되므로, 발광 다이오드(LED)의 캐소드 전극이 접지(Ground)에 연결되어 있지 않고 발광 다이오드(LED)의 발광 시간 간격을 조절하는 IC 입력과 연결되어 있을 경우, IC 입력에 과도한 전기적 충격이 인가되어 IC 가 파손될 수 있다

반대로, 정전기(ESD)가 발광 다이오드(LED)의 캐소드 전극에 인가되었을 경우, 과도한 전기적 충격은 백투백 제어 다이오드를 거쳐서 발광 다이오드(LED)의 애노드 전극에 연결된 전원부에 연결된 전자 부품들에 피해를 줄 수 있기 때문에, 실제 적용하는 데에는 여러 가지 문제점들이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 예를 들어 인쇄회로기판(PCB)의 표면에 실장되는 에스엠디(SMD) 타입의 발광 다이오드에 구비된 애노드(Anode) 전극과 캐소드(Cathode) 전극 중, 적어도 어느 하나 이상의 전극 패드(Pad)에, 정전기가 순간적으로 인가되더라도, 발광 다이오드의 파손을 예방함과 아울러, 발광 다이오드를 인쇄회로기판의 표면에 효율적으로 실장시킬 수 있도록 하기 위한 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드를 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드는, 표면 실장 부품인 발광 다이오드의 양쪽 전극 중 어느 하나 이상의 전극 패드에, 정전기 방지용 커패시터가 접합되어 있는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 정전기 방지용 커패시터는, 상기 하나 이상의 전극 패드와 접지 사이에 설치되어, 상기 전극에 인가되는 정전기를 접지를 통해 방전시키는 것으로, 고정 커패시터 또는 가변 커패시터가 사용되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5 내지 도 9는, 본 발명에 따라 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드에 대한 실시예를 도시한 것으로, 예를 들어 에폭시 렌즈(Epoxy Lens)를 사용하는 발광 다이오드(LED)의 애노드(Anode) 전극과 캐소드(Cathode) 전극에, 커패시터(Capacitor)(50,51)를 연결 접합하여, 정전기(ESD)에 의해 발광 다이오드(LED)가 파손되는 것을 보호하게 된다.

또한, 상기 발광 다이오드의 양 전극과 연결된 전자 부품을, 정전기는 물론, 그 이외의 전기적 충격 등으로부터 보호하게 되는 데, 특히, 정전기(ESD) 성분이 포함하는 고주파(High Frequency) 노이즈에 대한 보호 회로의 역할을, 상기 커패시터(50,51)가 하게 된다.

예를 들어, 단말기에서 발생하는 대부분 정전기(ESD)의 주요 문제점인 소프트웨어 실패(Software Fail)에 대하여, 본 발명이 적용된 정전기 보호 발광 다이오드(LED)를 이용하여 해결할 수 있는 데, 이에 대해 상세히 설명하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 에폭시 렌즈(Epoxy Lens)는, 발광 다이오드(LED)에 사용되는 빛을 발하게 된다.

또한, 상기 발광 다이오드는, Small Chip Mount LED에 사용되는 경우, 발광 다이오드의 애노드(Anode) 전극과 캐소드(Cathode) 전극은, 상기 커패시터의 애노드 전극 패드 및 캐소드 전극 패드와 연결되며, 그 연결 방법은, Flip Chip Bonding으로 처리된다.

그리고, 상기 발광 다이오드(LED)의 양 전극과 연결되는 커패시터(50,51)는, 발광 다이오드의 배면에 위치하여, 발광 다이오드와 연결된 구조가 차지하는 면적이 최소화 되도록 하고, 두 개의 커패시터(50,51) 사이에 접지(GND) 전극을 별도로 배치하여 인쇄회로기판(PCB)과 본딩되도록 한다.

한편, 상기 정전기(ESD)가, 발광 다이오드(LED)의 양 전극에 인가되면 과도한 전류와 전압을 가진 전기적 충격은, 정전기(ESD)의 성분 즉, 전류, 전압, 주파수의 크기 성분에 해당되는 값에 따라 발광 다이오드의 양쪽 전극에 연결된 커패시터를 통하여 접지(GND)로 유도 방전된다.

즉, 도 3 및 도 4를 참조로 전술한 바 있는 종래의 발광 다이오드(LED)의 적용 범위는, 캐소드 전극이 접지(Ground)에 연결 되어야만 효과를 볼 수 있었지만, 본 발명에서는 단말기에 적용되는 발광 다이오드(LED)와 같이 발광 시간 간격을 조 절할 수 있는 IC 에 연결되는 모든 발광 다이오드(LED)에 그대로 적용할 수 있게 된다.

따라서, 상기 발광 다이오드(LED)의 애노드 전극 및 캐소드 전극, 그리고 접지(GND) 전극은, 인쇄회로기판과 본딩(Bonding)이 될 수 있는 표면 처리가 필요하게 되며, 상기 발광 다이오드(LED)의 배면에 증착 되는 커패시터는, 디스크리트 컴포넌트(Discrete Component) 타입의 부품을 사용하거나, 또는 멀티 레이어(Multi Layer) 처리로 커패시터의 두께를 줄여서 증착할 수 있다

그리고, 본 발명에 따른 발광 다이오드(LED)의 애노드 전극과 캐소드 전극, 그리고 커패시터의 양쪽 전극간의 연결 부분인 전극 패드의 크기는, 인쇄회로기판(PCB)과의 본딩(Bonding)에 필요한 역할을 하게 되며, 상기 애노드 전극과 캐소드 전극의 형상은, 렌즈와 애노드 전극, 캐소드 전극의 접합으로 인해 수직으로 이루어져 바깥 면으로 노출되지 않도록 제작하여야, 외부 정전기가 인가되는 것을 효율적으로 예방할 수 있게 된다.

한편, 도 10 내지 도 12는 본 발명에 따라 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드에 대한 다른 실시예를 도시한 것으로, 상기 정전기를 방전시키기 위한 커패시터는, 고정형 커패시터 이외에도, 도 10 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 가변형 커패시터가 사용될 수 있다.

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등 이 가능할 것이다.

상기와 같이 구성 및 동작되는 본 발명에 따른 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드는, 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB)의 표면에 실장되는 에스엠디(SMD) 타입의 발광 다이오드에 구비된 애노드(Anode) 전극과 캐소드(Cathode) 전극 중, 적어도 어느 하나 이상의 전극 패드(Pad)에, 정전기 방지용 커패시터(Capacitor)를 접합시킴으로써, 정전기가 순간적으로 발광 다이오드에 인가되더라도, 상기 정전기 방지용 커패시터를 통해 접지(GND)로 방전시키게 되어, 정전기로 인한 발광 다이오드의 파손을 예방할 수 있게 됨은 물론, 상기 발광 다이오드를 인쇄회로기판의 표면에 보다 효율적으로 실장시킬 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 표면 실장 부품인 발광 다이오드의 양쪽 전극 중 어느 하나 이상의 전극 패드에, 정전기 방지용 커패시터가 접합되되,

   상기 정전기 방지용 커패시터는, 발광 다이오드의 배면에 설치되어 있는 전극 패드와 접지 사이에 설치되어, 바깥면으로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 정전기 방지용 커패시터는, 고정 커패시터 또는 가변 커패시터가 사용되는 것을 특징으로 하는 정전기 방지용 커패시터가 접합된 발광 다이오드.

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