TWI488282B - 具靜電放電保護之電子裝置 - Google Patents

Description

具靜電放電保護之電子裝置

本發明係有關於具有靜電放電保護的電子裝置，特別是關於利用尖端放電原理以達成靜電放電保護的電子裝置。

靜電荷由一表面移動至另一表面，此現象即為靜電放電(Electrostatic Discharge)，亦可簡稱為ESD。於積體電路及電子元件中，靜電放電現象所產生的電流可能對半導體接面、金屬部件以及閘極結構造成損壞。傳統的靜電放電保護裝置10如第1圖所示，其中受保護的發光二極體d1與一稽納二極體(Zener Diode)p1並聯，其中稽納二極體p1的陰極與一電壓源Vdd耦合，陽極則與一電壓源Vss耦合。當於電壓源Vdd處產生一靜電放電現象時，其電壓將大於稽納二極體p1的接面崩潰電壓(junction breakdown voltage)，使稽納二極體p1導通，並將靜電荷導入電壓源Vss。

然而，傳統以稽納二極體作為靜電放電保護裝置需要於積體電路製程階段進行額外的製程步驟，且增加成本負擔，仍具有相當的改善空間。

有鑑於此，本發明提出一種具靜電放電保護之電子裝置，包括第一導線架，具有至少一第一放電突出端；第二導線架，具有至少一第二放電突出端；以及電子元件，設置於第一導線架上，電子元件之兩端分別電性連接第一及第二導線架；第一及第二放電突出端係對向設置且分隔一既定距離；當靜電放電事件出現於第一或第二導線架時透過第一及第二放電突出端進行靜電放電。

本發明另提出一種具靜電放電保護之電子裝置，包括第一導線架，該第一導線架具有至少第一放電突出端；第二導線架，具有至少第二放電突出端，第二導線架電性連接至一參考電位節點；以及電子元件，電性連接第一導線架；第一及第二放電突出端係對向設置且分隔一既定距離；當靜電放電事件出現於第一導線架時透過第一及第二放電突出端進行靜電放電。

本發明更提出一種具靜電放電保護之電子裝置，包括第一導線架，具有至少一第一放電突出端；第二導線架，具有至少一第二放電突出端；接地導線架，具有至少一第三放電突出端及至少一第四放電突出端；電子元件，設置於接地導線架上，該電子元件之兩端分別電性連接第一及第二導線架；第一及第三放電突出端係對向設置且分隔第一既定距離；第二及第四放電突出端係對向設置且分隔第二既定距離；當靜電放電事件出現於第一或第二導線架時，透過第一及第三放電突出端進行靜電放電或透過第二及第四放電突出端進行靜電放電。

第2A圖為本發明一實施例中具有靜電放電保護的電子裝置20之平面圖，第2B圖為第2A圖之具有靜電放電保護的電子裝置20沿著AA’截面之剖面圖。在此實施例中，電子裝置20例如是發光二極體元件，但是並非限定於此。電子裝置20包括一第一導線架M1、一第二導線架M2，分別形成於一基板(未顯示於圖式)上。第一導線架M1與第二導線架M2可由銅、銀或鋁所形成，其中於實際電路動作時，第一導線架M1可被偏壓至一電壓源Vss，而第二導線架M2可被偏壓至一電壓源Vdd。第一導線架M1更包括放電突出端S1，第二導線架M2更包括放電突出端S2，放電突出端S1與S2的形狀可為圓錐狀、角錐狀或具有小曲率半徑之幾何結構。放電突出端S1與S2的尖端彼此相對，以形成一放電元件p1。電子元件d1構裝於第一導線架M1之上，並透過導線W1以及W2分別與第一導線架M1以及第二導線架M2形成電性連接。

第2C圖為具有靜電放電保護的電子裝置20之等效電路圖，其中放電元件p1與欲保護的電子元件d1並聯。放電元件p1之原理係為利用尖端放電(point discharging)，當兩放電突出端S1與S2之間的電壓差達到放電元件p1的啟動電壓時，放電突出端S1與S2之間的介質被離子化而電性導通。放電突出端S1與S2之間的距離越長，放電元件p1的啟動電壓越高；放電突出端S1與S2之間的距離越短，放電元件p1的啟動電壓越低。於部份實施例中，放電突出端S1與S2之間的距離約在1μm至200μm之間。而當靜電放電現象產生時，第一導線架M1或第二導線架M2之間產生一大於放電元件p1的啟動電壓的電壓差，此時放電突出端S1與S2導通，靜電放電電流透過放電元件p1排放，而達到防止電子元件d1被靜電放電電流破壞的效果。

第2D圖顯示部份實施例中具有靜電放電保護的電子裝置21之平面圖，其中放電突出端S1與S2可分別位於第一導線架M1或第二導線架M2側壁的任何位置，以形成放電元件p1；第2E圖顯示其他部份實施例中具有靜電放電保護的電子裝置22之平面圖，其中具有靜電放電保護的電子裝置22可具有複數個放電突出端S1、S1’與複數個放電突出端S2、S2’彼此相對，以形成放電元件p1。

第2F圖顯示其他部份實施例中具有靜電放電保護的電子裝置23之平面圖，其中第一導線架M1具有放電突出端S1，第三導線架M3與一參考電位節點GND連接，且具有放電突出端S2。放電突出端S1與S2彼此相對，以形成放電元件p1；當靜電放電現象產生於第一導線架M1時，第一導線架M1及第三導線架M3之間產生一大於放電元件p1啟動電壓的電壓差，此時放電突出端S1與S2導通，靜電放電電流透過放電元件p1排放至參考電位節點GND，而達到防止電子元件d1被靜電放電電流破壞的效果。

第2G圖顯示經過封裝後具有靜電放電保護的電子裝置24之剖面圖，其中封裝材C1形成於第一導線架M1及第二導線架M2上方，將電子元件d1與導線W1、W2覆蓋。封裝材C1中(或與基板一同)更形成一空間R1，將放電突出端結構S1與S2部份包覆在內。空間R1內的介質一般可為空氣，惟不僅限於此，亦可填入如塑料等具有絕緣性質的材料。

第3A圖為本發明一實施例中具有靜電放電保護的電子裝置30之平面圖，第3B圖為第3A圖之具有靜電放電保護的電子裝置30沿著AA’截面之剖面圖。在此實施例電子裝置30例如為發光二極體元件，但並非限定於此。電子裝置30包括一第一導線架M1、一第二導線架M2以及一第三導線架M3，分別形成於一基板(未顯示於圖式)上。第一導線架M1、第二導線架M2以及第三導線架M3可由銅、銀或鋁所形成。於實際電路應用中，第一導線架M1被偏壓至一參考電位節點GND，第二導線架M2被偏壓至一電壓源Vdd，而第三導線架M3被偏壓至一電壓源Vss。第一導線架M1更包括放電突出端S1與S3，第二導線架M2更包括放電突出端S2，第三導線架M3更包括放電突出端S4。放電突出端S1、S2、S3及S4的形狀可為圓錐狀、角錐狀，或為具有小曲率半徑之幾何結構。放電突出端S1與S2彼此相對，以形成一放電元件p3；放電突出端S3與S4彼此相對，以形成一放電元件p2。電子元件d1構裝於第一導線架M1之上，並透過導線W1以及W2分別與第二導線架M2以及第三導線架M3形成電性連接。

第3C圖為具有靜電放電保護的電子裝置30之等效電路圖，其中放電元件p2與p3之一端分別與欲保護的電子元件d1之一端耦合，放電元件p2與p3之另一端則與參考電位節點GND電性連接。當靜電放電現象產生於第二導線架M2時，一大於放電元件p3的啟動電壓的電壓差使放電突出端S1與S2導通，靜電放電電流透過放電元件p3排放至參考電位節點GND，而達到防止電子元件d1被靜電放電電流破壞的效果；當靜電放電現象產生於第二導線架M3時，一大於放電元件p2的啟動電壓的電壓差使放電突出端S3與S4導通，靜電放電電流透過放電元件p2排放至參考電位節點GND，而達到防止電子元件d1被靜電放電電流破壞的效果。

第3D圖顯示部份實施例中，經過封裝後具有靜電放電保護的電子裝置31之剖面圖，其中封裝材C1形成於第一導線架M1、第二導線架M2及第三導線架M3上方，將電子元件d1與導線W1、W2覆蓋。封裝材C1中(或與基板一同)更形成空間R3及R2，分別將放電突出端結構S1、S2及S3、S4部份包覆在內。空間R3及R2內的介質一般可為空氣，惟不僅限於此，亦可填入如塑料等具有絕緣性質的材料。

第4A圖為本發明一實施例中具有靜電放電保護的電子裝置40之平面圖。在此實施例電子裝置40例如為發光二極體元件，但並非限定於此。電子裝置40包括一第一導線架M1、一第二導線架M2以及一第三導線架M3，分別形成於一基板(未顯示於圖式)上。第一導線架M1被偏壓至一參考電位節點GND，第二導線架M2被偏壓至一電壓源Vdd，而第三導線架M3被偏壓至一電壓源Vss。第一導線架M1更包括放電突出端S1與S3，第二導線架M2更包括放電突出端S2與S5，第三導線架M3更包括放電突出端S4與S6。放電突出端S1、S2、S3、S4、S5及S6的形狀可為圓錐狀、角錐狀，或為具有小曲率半徑之幾何結構。其中放電突出端S1與S2彼此相對，以形成一放電元件p3；放電突出端S3與S4彼此相對，以形成一放電元件p2；放電突出端S5與S6彼此相對，以形成一放電元件p4。電子元件d1構裝於第一導線架M1之上，並透過導線W1以及W2分別與第二導線架M2以及第三導線架M3形成電性連接。

第4B圖為具有靜電放電保護的電子裝置40之等效電路圖，其中放電元件p2與p3之一端分別與欲保護的電子元件d1之一端耦合，放電元件p2與p3之另一端則與參考電位節點GND電性連接；放電元件p4則與欲保護的電子元件d1並聯。當靜電放電現象產生於第二導線架M2時，一大於放電元件p3的啟動電壓的電壓差使放電突出端S1與S2導通，靜電放電電流透過放電元件p3排放至參考電位節點GND，而達到防止電子元件d1被靜電放電電流破壞的效果；當靜電放電現象產生於第二導線架M3時，一大於放電元件p2的啟動電壓的電壓差使放電突出端S3與S4導通，靜電放電電流透過放電元件p2排放至參考電位節點GND，而達到防止電子元件d1被靜電放電電流破壞的效果。當靜電放電現象產生於第二導線架M2與M3之間時，一大於放電元件p4的啟動電壓的電壓差使放電突出端S5與S6導通，靜電放電電流透過放電元件p4排放，而達到防止電子元件d1被靜電放電電流破壞的效果。

本發明所提出之具有靜電放電保護的電子裝置適用於半導體元件製程中，尤其是用於提供具靜電放電保護的發光二極體元件；更可改善傳統稽納二極體保護裝置因光吸收所造成的發光率下降的問題，並且製作簡單、低成本之功效，且具有雙向保護之功能。

10、20、21、22、23、24、30、31、40‧‧‧具有靜電放電保護的電子裝置

AA’‧‧‧截面

d1‧‧‧電子裝置

GND‧‧‧參考電位節點

M1‧‧‧第一導線架

M2‧‧‧第二導線架

M3‧‧‧第三導線架

p1、p2、p3、p4‧‧‧放電裝置

R1、R2、R3‧‧‧空間

S1、S1’、S2、S2’、S3、S4、S5、S6‧‧‧放電突出端

Vdd‧‧‧電壓源

Vss‧‧‧電壓源

W1、W2‧‧‧導線

第1圖為傳統的靜電放電保護裝置示意圖； 第2A圖為具有靜電放電保護的電子裝置20之平面圖； 第2B圖為第2A圖之具有靜電放電保護的電子裝置20沿著AA’截面之剖面圖； 第2C圖為具有靜電放電保護的電子裝置20之等效電路圖； 第2D圖顯示具有靜電放電保護的電子裝置21之平面圖； 第2E圖顯示具有靜電放電保護的電子裝置22之平面圖； 第2F圖顯示具有靜電放電保護的電子裝置23之平面圖； 第2G圖顯示具有靜電放電保護的電子裝置20’經過封裝後之剖面圖； 第3A圖為具有靜電放電保護的電子裝置30之平面圖； 第3B圖為第3A圖之具有靜電放電保護的電子裝置30沿著AA’截面之剖面圖； 第3C圖為具有靜電放電保護的電子裝置30之等效電路圖； 第3D圖顯示具有靜電放電保護的電子裝置30’經過封裝後之剖面圖； 第4A圖為具有靜電放電保護的電子裝置40之平面圖；第4B圖為具有靜電放電保護的電子裝置40之等效電路圖。

20．．．具有靜電放電保護的電子裝置

AA’．．．截面

d1．．．電子裝置

M1．．．第一導線架

M2．．．第二導線架

p1．．．放電裝置

S1、S2．．．尖端

Vdd．．．電壓源

Vss．．．電壓源

W1、W2．．．導線

Claims (17)

1. 一種具靜電放電保護之電子裝置，包括：一第一導線架，該第一導線架具有至少一第一放電突出端；一第二導線架，具有至少一第二放電突出端；以及一電子元件，設置於該第一導線架上，該電子元件之兩端分別電性連接該第一及該第二導線架；以及一封裝材，用以包覆該電子元件及部分該第一與該第二導線架；該第一及該第二放電突出端係對向設置且分隔一既定距離；當靜電放電事件出現於該第一或該第二導線架時透過該第一及該第二放電突出端進行靜電放電；其中，該封裝材內部另形成一放電空間用以容納該第一及該第二放電突出端，該放電空間可填入空氣、塑料等具有絕緣體性質介質其中之一者。
2. 一種具靜電放電保護之電子裝置，包括：一第一導線架，該第一導線架具有至少一第一放電突出端；一第二導線架，具有至少一第二放電突出端，該第二導線架電性連接至一參考電位節點；一電子元件，電性連接該第一導線架；以及一封裝材，用以包覆該電子元件及部分該第一與該第二導線架；該第一及該第二放電突出端係對向設置且分隔一既定 距離；當靜電放電事件出現於該第一導線架時透過該第一及該第二放電突出端進行靜電放電；其中，該封裝材內部另形成一放電空間用以容納該第一及該第二放電突出端，該放電空間可填入空氣、塑料等具有絕緣體性質介質其中之一者。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一與該第二導線架係由銅、銀或鋁所形成。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一及該第二放電突出端為圓錐狀、角錐狀或具有小曲率半徑之幾何結構。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一及該第二放電突出端之間的該既定距離，決定該第一及該第二放電突出端進行靜電放電保護之觸發電壓值。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一及該第二放電突出端之該既定距離為1微米至200微米。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該電子元件為發光二極體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中更包括一接地導線架，與一參考電位節點電性連接；其中該接地導線架具有至少一第三放電突出端，與部份該第一放電突出端係對向設置且分隔一既定距離；當靜 電放電事件出現於該第一導線架時透過部份該第一及該至少一第三放電突出端進行靜電放電。
9. 一種具靜電放電保護之電子裝置，包括：一第一導線架，具有至少一第一放電突出端；一第二導線架，具有至少一第二放電突出端；一接地導線架，具有至少一第三放電突出端及至少一第四放電突出端；一電子元件，設置於該接地導線架上，該電子元件之兩端分別電性連接該第一及該第二導線架；該第一及該第三放電突出端係對向設置且分隔一第一既定距離；該第二及該第四放電突出端係對向設置且分隔一第二既定距離；當靜電放電事件出現於該第一或該第二導線架時，透過該第一及該第三放電突出端進行靜電放電或透過該第二及該第四放電突出端進行靜電放電。
10. 如申請專利範圍第9項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一導線架更具有至少一第五放電突出端，且該第二導線架更具有至少一第六放電突出端，該第五及該第六放電突出端係對向設置且分隔一第三既定距離；當靜電放電事件出現於該第一或該第二導線架時，透過該第五及該第六放電突出端進行靜電放電。
11. 如申請專利範圍第9項所述之具靜電放電保護之電子裝置，更包括一封裝材，用以包覆及該電子元件、及部分該第一與第二導線架，並露出該第一至該第四放電突出端。
12. 如申請專利範圍第9項所述之具靜電放電保護之電 子裝置，更包括一封裝材，用以包覆該電子元件及部分該第一與該第二導線架；其中，該封裝材內部另形成兩放電空間分別用以容納該第一、該第三以及該第二、該第四放電突出端，該放電空間可填入選擇自空氣、塑料其中之一者之介質。
13. 如申請專利範圍第9項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一與該第二導線架係由銅、銀或鋁所形成。
14. 如申請專利範圍第9項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一至該第四放電突出端為圓錐狀、角錐狀或具有小曲率半徑之幾何結構。
15. 如申請專利範圍第9項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一及第二既定距離，分別決定該第一和該第三放電突出端、以及該第二和該第四放電突出端進行靜電放電保護之觸發電壓值。
16. 如申請專利範圍第9項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該第一及該第二既定距離為1微米至200微米。
17. 如申請專利範圍第9項所述之具靜電放電保護之電子裝置，其中該電子元件為發光二極體。