(57)【要約】  取付構造体を用いて、電子素子を電気的サージから保護するための解決策が提供される。具体的には、取付構造体は、導電材料を備え、保護される電気素子に電気的に接続される。導電材料及び／又は取付構造体は、通常動作時には取付構造体が電子素子の動作に悪影響を与えるのを防止するが、電気的サージの間には取付構造体が代替電気経路をもたらすことを可能にする１つ又は複数の特性をもつことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子と、
導電材料を備え、前記電子素子への電気的接続を有し、前記電子素子を電気的サージから保護する取付構造体と
を具備する電気回路。
【請求項２】
電力源をさらに備え、前記取付構造体が前記電子素子と並列に、前記電力源へスイッチングする請求項１に記載の電気回路。
【請求項３】
公称順方向電流においては、前記取付構造体のオーム抵抗は、前記電子素子のオーム抵抗より大きく、公称逆方向電流においては、前記取付構造体のオーム抵抗は、前記電子素子の最小逆方向オーム抵抗以下である請求項１に記載の電気回路。
【請求項４】
最大逆方向電圧において、前記電子素子のキャパシタンスが、前記取付構造体のキャパシタンスより小さい請求項１に記載の電気回路。
【請求項５】
前記導電材料が高温導電材料を備える請求項１に記載の電気回路。
【請求項６】
前記取付構造体の降伏電圧が、前記電子素子の１組の能動素子層の降伏電圧よりも小さい請求項１に記載の電気回路。
【請求項７】
前記取付構造体が、前記電子素子から熱エネルギーを放散する請求項１に記載の電気回路。
【請求項８】
前記電子素子が、半導体ダイオード、発光ダイオード、レーザ、ショットキーダイオード、及びスイッチングトランジスタからなる群のうちの１つを備える請求項１に記載の電気回路。
【請求項９】
前記導電材料が、半絶縁性炭化珪素、第ＩＩＩ族窒化物、及び酸化亜鉛からなる群のうちの１つを備える請求項１に記載の電気回路。
【請求項１０】
前記導電材料がドープされる請求項１に記載の電気回路。
【請求項１１】
前記導電材料がドーピング補償される請求項１に記載の電気回路。
【請求項１２】
前記取付構造体が反射面を含む請求項１に記載の電気回路。
【請求項１３】
電子素子用の取付構造体であって、
導電材料を備えるサブマウントと、
前記サブマウントを前記電子素子に電気的に接続する手段と
を具備し、前記サブマウントが、電気的に接続された前記電子素子を電気的サージから保護するように構成される取付構造体。
【請求項１４】
前記サブマウントを電源と電気的に接続する手段をさらに備え、前記サブマウントが、前記電子素子と並列に、前記電源へスイッチングする請求項１３に記載の取付構造体。
【請求項１５】
前記導電材料が、半絶縁性炭化珪素、第ＩＩＩ族窒化物、及び酸化亜鉛からなる群のうちの１つを備える請求項１３に記載の取付構造体。
【請求項１６】
前記導電材料がドープされる請求項１３に記載の取付構造体。
【請求項１７】
前記導電材料がドーピング補償される請求項１３に記載の取付構造体。
【請求項１８】
前記サブマウントが、前記電子素子から熱エネルギーを放散する請求項１３に記載の取付構造体。
【請求項１９】
前記サブマウントの表面が反射性である請求項１３に記載の取付構造体。
【請求項２０】
導電材料を備える取付構造体を得るステップと、
電子素子を前記取付構造体に電気的に接続するステップと
を含み、前記取付構造体が前記電子素子を電気的サージから保護する電気回路の製造方法。
【請求項２１】
前記取付構造体と前記電子素子を、電力源に電気的に接続するステップをさらに含み、前記取付構造体が、前記電子素子と並列に、前記電力源へスイッチングする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記取付構造体が、前記電子素子から熱エネルギーを放散する請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記取付構造体が反射面を含む請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００５年１２月２９日出願の同時継続の米国仮特許出願第６０／７５４，９９２号の利益を主張するものであり、その出願を参照により本明細書に組み込む。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明は、一般に電子素子に関し、より詳細には、電子素子を電気的サージから保護する取付構造体に関する。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]電子素子を通過する電気的サージ及び／又は静電放電は、電子素子の故障を引き起こし得る。その結果、しばしば電子回路は、多くの電気的サージ及び静電放電が電子素子に害を及ぼすのを防止する保護回路を含む。通常、電子回路内にはツェナーダイオード、ｐ−ｉ−ｎダイオード、又はショットキーダイオードなどのダイオードが、より影響を受け易い他の電子素子を保護するために含まれる。しかしこの解決策は、追加の回路要素が必要になり、それによって電子回路のコストと複雑さが増す。
【０００４】
[0004]電子回路において電子素子は、しばしばサブマウント上に取り付けられる。通常、サブマウントは効率の良い熱除去をもたらすために良好な熱伝導性をもつことになり、それによって電子素子の過熱及びそれに続いて起こる故障を防止する。サブマウントは、ボンディングされたワイヤを用いて電子素子のコンタクトに電気的に接続されるコンタクトパッドを含むことができる。この点において、サブマウントは通常、２つ以上の電子素子コンタクトの短絡を避けるために、非導電（すなわち絶縁）材料を含む。今までサブマウントは、電子素子に対する電気的サージ、静電放電、及び／又は同様のものからの保護をもたらすためには使用されない。
【０００５】
[0005]上述のことに鑑みて、関連技術における１つ又は複数の欠点を克服する必要性が存在する。
【発明の簡単な概要】
【０００６】
[0006]本発明は、取付構造体を用いて、電子素子を電気的サージから保護するための解決策を提供する。具体的には、取付構造体は、導電材料を備え、保護される電気素子に電気的に接続される。導電材料及び／又は取付構造体は、通常動作時には取付構造体が電子素子の動作に悪影響を与えるのを防止するが、電気的サージの間には取付構造体が代替電気経路をもたらすことを可能にする、１つ又は複数の特性をもつことができる。このようにして、追加の回路要素を用いずに、電子素子を電気的サージから保護することができる。
【０００７】
[0007]本発明の第１の態様は、電子素子と、導電材料を備え、電子素子への電気的接続を有し、電子素子を電気的サージから保護する取付構造体とを具備する電気回路を実現する。
【０００８】
[0008]本発明の第２の態様は、電子素子用の取付構造体であって、導電材料を備えるサブマウントと、サブマウントを電子素子に電気的に接続する手段とを具備し、サブマウントが、電気的に接続された電子素子を電気的サージから保護するように構成される取付構造体を実現する。
【０００９】
[0009]本発明の第３の態様は、導電材料を備える取付構造体を得るステップと、電子素子を取付構造体に電気的に接続するステップとを含み、取付構造体が電子素子を電気的サージから保護する、電気回路製造方法を提供する。
【００１０】
[0010]本発明の例示の態様は、本明細書に記載の１つ又は複数の問題点、及び／又は論じられない１つ又は複数の他の問題点を解決するように設計される。
【００１１】
[0011]本発明の上記及びその他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付の図面と共に、以下の本発明の様々な態様の詳細な説明を読むことにより容易に理解されよう。
【００１２】
[0019]図面は、原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様を示すためのみのものであり、したがって本発明の範囲を制限するものと見なされるべきではない。図面では、図面の間で同じ番号は同じ要素を表す。
【発明の詳細な説明】
【００１３】
[0020]上述のように、本発明は、取付構造体を用いて電子素子を電気的サージから保護するための解決策を提供する。具体的には、取付構造体は導電材料を含み、保護される電気素子に電気的に接続される。導電材料及び／又は、通常動作時には取付構造体が電子素子の動作に悪影響を与えるのを防止するが、電気的サージの間には取付構造体が代替電気経路をもたらすことを可能にする１つ又は複数の特性をもつことができる。このようにして、追加の回路要素を用いずに、電子素子を電気的サージから保護することができる。本明細書では、特に断りのない限り、「組」(set)という用語は１つ又は複数（すなわち、少なくとも１つ）を意味し、「任意の解決策」という語句は現在知られている、又は後に開発される任意の解決策を意味する。
【００１４】
[0021]図面を参照すると、図１は、本発明の一実施形態による例示の電気回路１０を示す。電気回路１０は、取付構造体１２と、電子素子１４を含む。取付構造体１２は、１組のコンタクトパッド１６Ａ〜Ｂを含み、コンタクトパッド１６Ａ〜Ｂは、それぞれボンディングされたワイヤ１８Ａ〜Ｂを用いて電子素子１４の電気的コンタクトに接続することができる。コンタクトパッド１６Ａ〜Ｂとボンディングされたワイヤ１８Ａ〜Ｂは、取付構造体１２を電子素子１４に、並列に電気的に接続する。ここでは単一の電子素子１４を示して説明するが、複数の電子素子１４を取付構造体１２に、並列、直列、及び／又は別々の電気回路にて、電気的に接続できることを理解されたい。さらに、電子素子１４は２つの電気的コンタクトをもつように示され、取付構造体１２は２つのパッド１６Ａ〜Ｂをもつように示されているが、任意の数のコンタクト及び／又はコンタクトパッド１６Ａ〜Ｂを含み得ることを理解されたい。それにかかわらず、パッド１６Ａ〜Ｂは、任意の解決策を用いて電子素子１４（及び、したがって取付構造体１２）を１つ又は複数の追加の電子素子４２に電気的に接続するために用いることができる。同様に、電子素子１４（及び、したがって取付構造体１２）は、任意の解決策を用いて電力源４０に電気的に接続することができる。
【００１５】
[0022]電子素子１４は、任意のタイプの電子素子を含むことができる。一実施形態では、電子素子１４は、２つの状態、すなわち素子電流が大きいときのオン状態と素子電流が小さいときのオフ状態を有する、電力用半導体素子などの電子素子を含むことができる。この場合、電子素子１４は、負電圧バイアスよりも順電圧バイアスに対して小さい非線形抵抗をもつことができる。この点において、電子素子１４は、半導体ダイオード、ｐ−ｎ接合ダイオード、ショットキーダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、スイッチングトランジスタ、及び／又は同様のものを含むことができる。たとえば、電子素子１４は、約１ギガオーム（Ｇオーム）の逆方向抵抗と、５メガオーム（Ｍオーム）の低い最小必要抵抗を有する遠紫外線ＬＥＤを含むことができる。
【００１６】
[0023]いずれにしても、取付構造体１２は、電力サージ、静電放電、及び／又は同様のものなどの電気的サージから電子素子１４を保護する。この点において、取付構造体１２は、導電材料を含むことができる。一実施形態では、導電材料は、電子素子１４に対して並列漏洩経路をもたらす、わずかに導電性の材料を含む。たとえば、導電材料は、たとえば上述の遠紫外線ＬＥＤと共に用いることができる、半絶縁性炭化珪素（ＳｉＣ）を含むことができる。この場合、ＳｉＣは、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ、高純度ＳｉＣ、及び／又は同様のものなどの、様々なＳｉＣのポリタイプのいずれかを含むことができる。取付構造体１２は、他のタイプの導電材料を含み得ることを理解されたい。たとえば取付構造体１２は、第ＩＩＩ族（アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などを含む）窒化物の導電材料を含むことができる。この場合、第ＩＩＩ族窒化物は、たとえば（高Ａｌ含有量の）ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、及び／又は同様のものなどのＡｌｘＧａｙＩｎｚＮを含むことができ、但し０≧Ｘ、Ｙ、Ｚ≦１、且つＸ＋Ｙ＋Ｚ＝１である。さらに導電材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は同様のものなど、他のタイプの導電材料を含むことができる。さらにまた導電材料は、たとえばシリコン、炭素、鉄、ホウ素、マグネシウム、マンガンなどでドープすることができ、ドーピング補償する（たとえば、ドナー及びアクセプタドーパント原子を含む）ことができ、ＳｉＣなどの高温導電材料を含むことができ、及び／又は同様のものとすることができる。
【００１７】
[0024]図２は、本発明の一実施形態による取付構造体１２と電子素子１４の代替構成を示す。この場合、コンタクトパッド１６Ａ〜Ｂは、電子素子１４の一部分を構成し、電子素子１４の能動領域１５と電気的に接続される。これらの構成は例示のみであり、様々な代替構成を実施し得ることを理解されたい。
【００１８】
[0025]図３は、本発明の一実施形態による電気回路１０（図１）に対する例示的等価回路図２０を示し、例示の電子素子１４としてダイオードが用いられている。この場合、取付構造体１２用の導電材料は、公称順方向電流（たとえば、電子素子１４がオン状態にある）において、電子素子１４の動作オーム抵抗よりもずっと大きなオーム抵抗２２を生ずる、真性材料特性をもつように選択される。しかし、導電材料は、公称逆方向電流（たとえば、電子素子１４がオフ状態にある）では、電子素子１４の最小逆方向オーム抵抗以下のオーム抵抗２２を生ずる。同様に、取付構造体１２は、電子素子１４のインピーダンスに対して、抵抗に関して述べたのと同様な関係を有するインピーダンスを含むことができる。
【００１９】
[0026]このようにして、取付構造体１２は、漏洩並列抵抗２２として働き、通常動作では、電子素子１４に悪影響を与えない。しかし取付構造体１２は、電子素子１４が逆バイアスされ、過渡スパイクにさらされるとき、電子素子１４の故障の可能性を低減することができる並列漏洩経路をもたらす。具体的には、取付構造体１２は、その同等以下のオーム抵抗（インピーダンス）により過渡スパイクの一部又はすべてを電子素子１４から迂回させることになり、それによって電子素子１４を通る過渡電流を低減する。
【００２０】
[0027]図４は、能動電子素子１４（図１）、電子素子１４と並列に電気的に接続された取付構造体１２（図１）、並びに本発明の一実施形態による電子素子１４と取付構造体１２の組合せの例示の概略電流−電圧特性を示し、これは電子素子１４と取付構造体１２の間のオーム抵抗及び／又はインピーダンスの関係を示している。図示のように、取付構造体１２は、準線形電流−電圧特性を有する漏洩並列抵抗２２（図３）として表すことができる。
【００２１】
[0028]また、取付構造体１２（図１）は電子素子１４の１組の能動素子層の降伏電圧より小さな降伏電圧をもつことができる。この点において、図５は、本発明の他の実施形態により、取付構造体１２がそのような降伏電圧をもつときの、電気回路１０（図１）の例示的等価回路図３０を示す。さらに、図６は、能動電子素子１４（図１）、並びに本発明の一実施形態により電子素子１４と並列に電気的に接続された取付構造体１２（図１）と組み合わされた電子素子１４の、例示の概略電流−電圧特性を示し、これは電子素子１４と取付構造体１２の間の電圧と降伏の関係を示している。この電圧と降伏の関係は、電気的サージにより存在する過渡電流を、電子素子１４から逃がすように再配分するのをさらに補助することができる。さらに、コンタクトパッド１６Ａ〜Ｂは取付構造体１２と接触しており、取付構造体１２は、電子素子１４と並列に、電子素子１４の電力源４０へスイッチングすることができる。
【００２２】
[0029]図１に戻ると、取付構造体１２は、電子素子１４を保護するための他の様々な特性／特徴を含むことができる。たとえば、最大逆方向電圧において電子素子１４は、取付構造体１２の分路キャパシタンス２４（図３）よりも小さなキャパシタンスをもつことができる。さらに、コンタクトパッド１８Ａ〜Ｂはまた、電子素子１４に対する保護をもたらすために、取付構造体１２上に設計及び／又は配置することができる。たとえば、コンタクトパッド１８Ａ〜Ｂは、パッド１８Ａ〜Ｂの容量性インピーダンス２４が、逆バイアスされた電子素子１４（たとえば、ＬＥＤ）の容量性インピーダンスとほぼ等価又はそれより低くなるように設計及び／又は配置することができる。
【００２３】
[0030]この点において、図７は、本発明の一実施形態による、電子素子１４及び取付構造体１２の別の例示的構成を示す。この場合、取付構造体１２は、間に絶縁体１９Ｃを有するパッド１９Ａ〜Ｂを備える。コンタクトパッド１６Ａ〜Ｂは、金属パッド１９Ａ〜Ｂの間の、且つ取付構造体１２の両端の等価キャパシタＣＭＳの極板を構成する。この点において、ＣＭＳのキャパシタンスは、εＳ／ｄと表すことができ、但しεは絶縁体１９Ｃの材料（たとえば、誘電体）の誘電率、ｄは絶縁体１９Ｃの厚さ、Ｓは取付構造体１２のコンタクトの重なり合う面積である。それにより、Ｓは、ＣＭＳが、電子素子１４のキャパシタンスＣＥＤを超えるように選択することができる。
【００２４】
[0031]さらに、取付構造体１２はまた、電子素子１４からの熱エネルギーを放散することができる。この点において、取付構造体１２は、電子素子１４から効率的に熱を除去するように良好な熱伝導性をもたらす導電材料（たとえば、高純度ＳｉＣ材料）を含むことができ、それによって過熱による電子素子１４の故障を回避する。
【００２５】
[0032]さらに、取付構造体１２は、電子素子１４に隣接して反射面を含むことができる。具体的には、電子素子１４は、ＬＥＤ、レーザなどの発光体を含むことができる。この場合、取付構造体１２は、電子素子１４によって放出される光の収集の改善を実現する反射面を含むことができる。取付構造体１２の反射面は、任意の解決策を用いて実施することができる。たとえば取付構造体１２の表面は、研磨することができ、導電材料はアルミニウム、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、及び／又は同様なものなどの反射性材料でコーティングすることができる。
【００２６】
[0033]取付構造体１２は、本明細書で述べた特性／特徴の１つ又は複数の任意の組合せを含むことができることを理解されたい。それにかかわらず、取付構造体１２は、本発明を実施するための任意の適当な取付構造体を含むことができる。たとえば取付構造体１２は、サブマウント、電子素子１４用のパッケージ、及び／又は同様のものを含むことができる。さらに、取付構造体１２は、電子素子１４とモノリシックに集積された保護材料を含むことができ、たとえば電気回路１０は、モノリシック集積回路（ＩＣ）を含むことができる。それにかかわらず、電気回路１０は、より大きな回路の一部として実施することができ、及び／又はフリップチップパッケージ素子など回路内に実装するためのユニットとしてパッケージングすることができる。
【００２７】
[0034]本発明はさらに、電気回路１０の製造方法を提供する。具体的には、導電材料を含む取付構造体１２は、任意の解決策を用いて得ることができる。たとえば、本明細書で述べた特性／特徴の任意の組合せを有する取付構造体１２は、購入することができ、サブマウント、パッケージ、及び／又は同様なものなどを製造するために用いられる任意の解決策を用いて製造することができる。いずれにしても、電子素子１４は、任意の解決策（たとえば、パッド１６Ａ〜Ｂ、及びボンディングされたワイヤ１８Ａ〜Ｂ）を用いて、取付構造体１２に電気的に接続することができる。さらに、取付構造体１２及び電子素子１４は、任意の解決策を用いて、電力源４０、追加の電子素子４２、及び／又は同様のものなど、電気回路１０の他の要素に電気的に接続することができる。
【００２８】
[0035]上記の本発明の様々な態様についての説明を、例示及び説明の目的のために行ってきた。これは網羅的であること、或いは本発明を、開示された正確な形に限定することを意図したものではなく、明らかに多くの変更及び変形が可能である。当業者には明らかとなり得る、このような変更及び変形は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態による例示の電気回路を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による例示の取付構造体と電子素子の代替構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による図１の電気回路の例示的等価回路図である。
【図４】本発明の一実施形態による能動電子素子、取付構造体、電子素子と取付構造体の組合せの例示の概略電流−電圧特性を示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態による図１の電気回路の例示的等価回路図である。
【図６】本発明の一実施形態による、能動電子素子、及び取付構造体と組み合わせた電子素子の例示の概略電流−電圧特性を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による電子素子と取付構造体の別の例示的構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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