(57)【要約】【課題】静電気放電に対する保護性に優れたガス発生器の点火装置を提供する。【解決手段】エアバッグ等に用いられるガス発生器のための点火装置であって、基板と、この基板上に電気絶縁されて配置された薄膜の電気ブリッジ構造を有するブリッジ部と、基板上に配置されかつブリッジ部と同じ構造を有するとともに、ブリッジ部よりも大きな面積を有してブリッジ部の各端部に接続されたパッド部と、このパッド部の各々の上に重ねられかつブリッジ部を露出させるように離隔して配置されるとともに、電源に接続される一対の電気伝導性ランドと、を含み、ブリッジ部とパッド部との接続部分の四隅の輪郭が５μｍ〜１００μｍの曲率半径を有するように形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2006010132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアバッグ等に用いられるガス発生器のための点火装置であって、該点火装置が、
基板と、
該基板上に電気絶縁されて配置された薄膜の電気ブリッジ構造を有するブリッジ部と、
前記基板上に配置されかつ前記ブリッジ部と同じ構造を有するとともに、前記ブリッジ部よりも大きな面積を有して前記ブリッジ部の各端部に接続されたパッド部と、
該パッド部の各々の上に重ねられかつ前記ブリッジ部を露出させるように離隔して配置されるとともに、電源に接続される一対の電気伝導性ランドと、を含み、
前記ブリッジ部と前記パッド部との接続部分の四隅の輪郭が５μｍ〜1００μｍの曲率半径を有するように形成されていることを特徴とするガス発生器の点火装置。
【請求項２】
前記ブリッジ部が燃料層とその上に重ねられた抵抗層とを含み、前記燃料層が高温において互いに反応する反応性金属と反応性絶縁物とを重ね合わせた層を少なくとも２層以上組合せてなり、そして、前記反応性絶縁物が前記反応性金属よりも大きな抵抗率を有することを特徴とする請求項１に記載されたガス発生器の点火装置。
【請求項３】
前記基板がシリコンからなり、該シリコンにダイオードを設けるとともに、該ダイオード上に前記ランドが設置されかつ電気的に導通されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載されたガス発生器の点火装置。
【請求項４】
前記ダイオードのブレークダウン電圧が前記ブリッジ部の完全着火電圧よりも高いことを特徴とする請求項３に記載されたガス発生器の点火装置。
【請求項５】
前記燃料層の反応性金属と反応性絶縁物がそれぞれ、チタンとボロンであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載されたガス発生器の点火装置。
【請求項６】
前記抵抗層が前記燃料層の反応性金属と同じ材質の金属からなり、前記燃料層の最上部の層が反応性金属からなるようにして、前記抵抗層を兼ねることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載されたガス発生器の点火装置。
【請求項７】
前記点火装置のアッセンブリにおけるヘッダー内には、エネルギー材料充填物が前記点火装置に接して設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載されたガス発生器の点火装置。
【請求項８】
マイクロガスジェネレータまたはインフレータに用いたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載されたガス発生器の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の乗客を保護するエアバッグ等のガス発生器の点火装置に関するものである。特に、本発明は、静電気放電による誤爆に対する耐性を有したＳＣＢ（Semiconductor Bridge）からなる起爆装置として機能する点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、ＳＣＢとは蒸着等の半導体技術を用いて製造されたブリッジを総称するものであるが、その構造は引用文献１に開示されている。すなわちブリッジ部よりも相対的に大きな面積を有する間隔を置いて配置された２つのパッド部と、これらのパッド部の間に延在するブリッジ部とを有し、パッド部には電気的接点の役割を果たす金属性のランドが重ねられている。これらのパッド部とブリッジ部とは、直線的に接続されるため、ブリッジ部とパッド部の接続部分の輪郭は、直線が交わる隅部を有するものがある。
【０００３】
また、引用文献２に開示されているように点火起爆剤としては、静電気による誤爆を防ぐために、ブリッジと並列にバリスタやキャパシタ、ダイオード等を設置して、フィルター回路を構成し、かつブリッジ部とパッド部との境界部分の輪郭は、直線が交わる隅部を有するものがある。
【０００４】
さらに、ホトエッチングフィラメントを用いた点火起爆装置として引用文献３に開示されているように静電気誤爆を防ぐために0.7ｍｍ以上の曲率半径を有する曲線でブリッジを構成したものがある。
【特許文献１】米国特許６，３２４，９７９号明細書
【特許文献２】特開２０００-１０８８３８号公報
【特許文献３】米国特許６，４０８，７５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、引用文献１に開示されたＳＣＢの構造においては、ブリッジ部に静電気などが印加されると、パッド部との接続部分の隅部では電流密度が高くなり、局部的な温度上昇を引き起こすことになり、誤爆の可能性がある等の問題を起こすことになる。
【０００６】
また、引用文献２に開示された装置においては、静電気での誤爆を防ぐために、バリスタやキャパシタ、ダイオード等をブリッジ部と並列に設置し、フィルター回路を構成することで静電気による誤爆を防ぐことを目的にしているが、ブリッジ部とパッド部との境界部分の輪郭には、直線が交わる隅部を有しているので、この隅部に電流が集中し、静電気による隅部からの発火の可能性があり、静電気対策として十分ではない。
【０００７】
さらに引用文献３に開示されたホトエッチングフィラメントを用いた点火起爆装置では0.7ｍｍ以上の曲率半径を有する曲線状に構成しているが、ＳＣＢ等の低エネルギー着火を行う分野では、一般的にブリッジのサイズが数十μｍの四角形を有するような小さなものであり、曲率半径0.7ｍｍ以上の外側輪郭で回路を構成すると、ブリッジ部が相対的に小さく、エネルギーの集中を効率よく行うことができず低エネルギーでの着火(数百μＪ以下)を達成できなくなるという問題を有している。また、半導体ブリッジの点火装置はその１辺が0.85ｍｍと非常に小さいため、0.7ｍｍ以上の曲率半径でこのサイズの基台に収めることは実質的に無理であるという問題を生じていた。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、静電気放電に対する保護性に優れたガス発生器の点火装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のガス発生器の点火装置は、エアバッグ等に用いられるガス発生器のための点火装置であって、この点火装置が、
基板と、
該基板上に電気絶縁されて配置された薄膜の電気ブリッジ構造を有するブリッジ部と、
基板上に配置されかつブリッジ部と同じ構造を有するとともに、前記ブリッジ部よりも大きな面積を有して前記ブリッジ部の各端部に接続されたパッド部と、
該パッド部の各々の上に重ねられかつ前記ブリッジ部を露出させるように離隔して配置されるとともに、電源に接続される一対の電気伝導性ランドと、を含み、
ブリッジ部とパッド部との接続部分の四隅の輪郭が５μｍ〜１００μｍ、好ましくは５μｍ〜５０μｍの曲率半径を有するように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このようなガス発生器のための点火装置において、ブリッジ部が燃料層とその上に重ねられた抵抗層とを含み、前記燃料層が高温において互いに反応する反応性金属と反応性絶縁物とを重ね合わせた層を少なくとも２層以上組合せてなり、そして、反応性絶縁物が前記反応性金属よりも大きな抵抗率を有することを特徴とする。このような構成を採用することにより、発生プラズマが大きくなり着火信頼性が向上する。
【００１１】
上記ガス発生器の点火装置においては、基板がシリコンからなり、このシリコン中にダイオードを設けるとともに、このダイオード上にランドが設置されかつ電気的に導通されていることを特徴とする。このような構成を採用することにより、静電気による誤作動をより確実に防止できる。
【００１２】
また、ガス発生器の点火装置においては、ダイオードのブレークダウン電圧がブリッジ部の完全着火電圧よりも高いことを特徴とする。このような構成を採用することにより、着火性能を落さずに静電気による誤作動をより確実に防止できる。
【００１３】
また、上記のようなガス発生器の点火装置においては、燃料層の反応性金属と反応性絶縁物がそれぞれ、チタンとボロンであることを特徴とする。このような構成を採用することにより、着火信頼性を更に向上させることができる。
【００１４】
このようなガス発生器の点火装置においては、抵抗層が燃料層の反応性金属と同じ材質の金属からなり、燃料層の最上部の層が反応性金属からなるようにして、抵抗層を兼ねることを特徴とする。このような構成を採用することにより、製造効率がより向上する。
【００１５】
さらに上記ガス発生器の点火装置においては、点火装置のアッセンブリにおけるヘッダー内には、エネルギー材料充填物が点火装置に接して設けられていることを特徴とする。このような構成が、もっとも効率的な構成となる。
【００１６】
上記のようなガス発生器の点火装置は、マイクロガスジェネレータまたはインフレータに用いられることを特徴とする。このような用途が本発明のガス発生器の最も好適な用途である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による上記構成のガス発生器の点火装置は、パッド部とブリッジ部との接続部の四隅の輪郭が５μｍ〜１００μｍの曲率半径を有するように形成されているので、従来のＳＣＢからなる点火装置における直線と直線が交わる隅部で発生する局部的な電流集中と、それにより隅部に集中していた温度が曲線部全体に分散されて静電気印加時の最高温度が低くなり、隅部の温度上昇が大幅に緩和される。これにより、同じエネルギーの静電気が印加された場合でも、ブリッジ部の隅部における火薬の発火温度に達しにくく、静電気に対する耐性を向上させることができる。
【００１８】
また、上記構成のガス発生器の点火装置においては、パッド部とブリッジ部との接続部分が曲率半径５μｍ以上の曲線であるために、ブリッジのサイズが数十μｍのものであっても、低エネルギー着火を実質的に害することなく静電気に対する耐性を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明による点火装置においては、基板にシリコンを用い、そこにダイオードを形成し、このダイオードとブリッジ部が電気的に並列に接続されるので、静電気放電による誤作動を防ぐことができ、その安全性を著しく向上させるという効果を奏する。
【発明の実施の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の実施の形態によるガス発生器の点火装置１０は、図１および図２に示すように、半導体ブリッジからなるものであり、シリコン１６の上に酸化シリコン１４の層を重ねてなる基板１２、この基板１２上に離隔して重ねられたパッド部１８a、１８b、これらのパッド部１８a、１８bを相互に接続するブリッジ部２０、パッド部１８a、１８bの上に載せられた金属、例えば、アルミニウムのランド２６a、２６bからなっている。これらのランド２６a、２６bは、金属リード線２８a、２８bによってスイッチ３１を介して電池、ＤＣ電源、あるいはコンデンサー等からなるＤＣエネルギー源のような電源３０に接続されて、電気回路を構成している。
【００２１】
上記パッド部１８a、１８bとブリッジ部２０は、図２に示すように蒸着によって形成されるが、その詳細な形態は図３に示されるように、ブリッジ部２０とパッド部１８a、１８bとが相互に接続され、その接続部が５μｍ以上の曲率半径を有する曲線部６０として形成されている。そして、ブリッジ部２０とパッド部１８a、１８bとは、図２に示すように反応性金属と反応性絶縁物が積層された燃料層２２とその上に配置された抵抗層２４からなっている。また、パッド部１８a、１８bに載せられたランド２６a、２６bは、アルミニウムに代えて、金、銀、ニッケル、クロムまたはその他の金属を使用することができる。
【００２２】
また、パッド部１８a、１８b、ランド２６a、２６bは、それらの平面形状が図３（Ａ）に半分のみを示すように、ブリッジ部２０を台形上のパッド部１８a、ランド２６aにしてもよく、また、図３（Ｂ）に同様に半分のみを示すように、長方形状のパッド部１８a’、ランド２６a’にしてもよい。その際、パッド部１８a、１８a’とブリッジ部２０の接続部は、いずれの場合も曲線部６０からなるようにする必要がある。
【００２３】
上記のような図１、２および３に示すような点火装置１０は、半導体ブリッジを、例えば、セラミック、シリコン、またはガラスから製造することができるものであり、図４に示されるような点火装置アッセンブリ３２における電気絶縁ヘッダーベース３６に一構成部材として設けられるものである。しかしながら、ヘッダーベース３６は、熱伝導性をよくするために金属で製造されていて、点火装置１０に接続される電気リード線２８a、２８bを内部に導くために、ヘッダーベース３６に対して通路３７a、３７bが開けられて、例えば、ガラスによって絶縁されるとともに、その通過部分から湿気、液体あるいはその他の汚染物が侵入しないように、周知の適当な封入材でシールされている。さらに、ヘッダーベース３６は、アッセンブリ３２のケーシングを成すための管体３８に溶接されて、高い気密性を保持している。
【００２４】
上記のように、点火装置１０は反応性ブリッジからなるものであるので、ヘッダーベース３６の上面３６a上に設置されていて、電気リード線２８a、２８bが結線体３４a、３４bにより点火装置１０におけるランド２６a、２６bに電気的に接続されている。また、ヘッダーベース３６から導出された電気リード線２８a、２８bは、図１に示すようにＤＣエネルギー源３０に接続される。また、半導体ブリッジを有する点火装置１０を内蔵した管体３８は、エネルギー材料となる、例えば過塩素酸カリウムジルコニウム（ＺＰＰ）のような材料の圧縮粉末からなるエネルギー材料充填物４２を内部に収納している。このエネルギー材料充填物４２としては、この他に、過塩素酸カリウム水素化チタン、アジ化鉛等のあらゆる適したエネルギー材料を使用することができる。また、図４に示すようにエネルギー材料充填物４２は、その燃焼感度が異なる複数種の組成（４２a、４２ｂ）としてもよい。
【００２５】
上記構成の点火装置１０は、図１から図４までを参照して説明すると、以下のように作用する。図１に示す電気回路において、スイッチ３１が閉じられると、リード線２８a、２８b、アルミニウム製のランド２６a、２６b、およびブリッジ部２０の抵抗層２４により形成される回路に電流が流れ、ブリッジ２０にＤＣ電流またはコンデンサーの放電のどちらかに必要な電気エネルギーが提供される。その際、図２に示される点火装置１０においては、ブリッジ部２０の抵抗層２４がジュール熱で加熱され、エネルギー充填物４２（４２a、４２ｂ）を発火させることもできるが、より着火信頼性を向上させるため下記するプラズマ発生が起こる構成を採用することが好ましい。すなわち、図４に示された点火装置アッセンブリ３２においては、抵抗層２４の下に反応性絶縁物の層が配置されるために、電流が抵抗層２４の反応性金属を通過して、燃料層２２が抵抗層２４のジュール熱によって加熱される。その際、上層から順次燃料層の２２の反応性金属と反応性絶縁物が気化および反応して、プラズマ化する。プラズマ状態では伝導性があるために、プラズマ中を電流が流れ、反応は下の層に進み、最終的には電流が流れなくなるか、燃料層２２が無くなるまで反応が継続される。そして、燃料層２２の発熱反応により、プラズマのエネルギーは増大され、この高エネルギーのプラズマがエネルギー材料充填物２４に直接エネルギーを供給することによって、その発火温度以上に到達させ、有効な信頼できる発火をもたらす。
【００２６】
以上のような本発明による半導体ブリッジを有する点火装置は、例えば自動車のエアバッグを膨張させるための充填物を発火させるか、または、その他のより大きな爆発性充填物を起爆させるような、既知のブリッジワイヤーの点火装置に適用されるのと同様な適用が可能である。したがって、本発明による点火装置を用いた点火装置アッセンブリ３２は、図１に示されるような電気回路に電流が適切に流れると、意図した目的を達成するように、エネルギー充填物４２の十分信頼性の高い点火が可能となる。
【００２７】
以下において、上記説明のような本発明による点火装置の具体的な適用例についてさらに説明する。
【実施例】
【００２８】
点火装置１０が図５および図６に示すような積層された反応性ブリッジ部２０を有する点火装置である場合、標準の半導体加工装置および方法を使用して製造することができる。この点火装置では、図１および図２に示されたものに相当する部分には、同じ数字が使用されて、試験されたチタン・ボロンブリッジを使用した点火装置を説明することにする。
この実施例では、ブリッジ部における燃料層２２のために反応性金属として、例えば、チタンを使用し、反応性絶縁物として、例えば、ボロンを使用して、燃料層２２のボロン層とチタン層とを交互に基板１２の酸化シリコン１４上に蒸着し、そして、最下層のボロンの下に酸化シリコンとの密着性を向上する目的でチタンが蒸着されている。燃料層２２のボロン層の厚みは、例えば、２２５ｎｍにし、チタン層の厚みは２５０ｎｍとすることができ、ボロン層とチタン層との組み合わせを１セットとして、５セットが積層される。燃料層２２の上には、さらに抵抗層２４としてチタン層を蒸着し、最上層のチタン層の厚みは、例えば、１μｍにして、この厚みによってブリッジ部の実質的な抵抗値を所望の値に調整することができる。また、ブリッジ部は、その長さ、幅、厚みを変えることによって平均着火電圧を変更することができる。
【００２９】
この点火装置においては、図１に示されるような反応性ブリッジ部が通常のマスキングおよびエッチング法を使用して形成され、さらに、その上にアルミニウムのランド２６a、２６bを図１に示すようにパッド部１８a、１８b上に重ねて、かつブリッジ部を露出させ、得られた点火装置を図４に示されるようヘッダーベース上に設置して１２５μｍのアルミ電線を使用した結線体３４a、３４bを、電気リード線２８a、２８bに超音波等を使用した既知のボンディング技術によって結線されて、点火装置アッセンブリを完成することができる。
【００３０】
本発明による点火装置の効果を確認するために、同じブリッジサイズにおけるパッド部とブリッジ部との境界部に曲率半径５μｍ以上の曲線を持ったものと、持っていないものについて、静電気に対する感受性を試験した結果が表１に示されている。この試験は、静電気着火の目安としてブリッジサイズ５０μｍ角のブリッジ部に対して、静電気シミュレーターで静電容量１５０ｐＦ、直列抵抗５００Ωを介して静電気放電を行った場合に、Ｎｅｙｅｒ−Ｄ法で求めた平均着火電圧である。
【表１】
2006010132.tif 000003
【００３１】
この表からパッド部とブリッジ部との接続部が直線が交差する形状ではなく、曲線であることによって平均着火電圧が高くなることが明らかである。すなわち静電気に対して、感受性が低くなることを示している。
【００３２】
実施例１の半導体ブリッジを使用した点火装置は、図５および図６に示されるように、予めシリコン基板に設置したダイオード上に形成したものであり、ダイオード５１と抵抗層２４が伝導性ランド２６によって電気的に接続されたものである。これらの部品は、ダイオードと組み合わせることで、静電気に対して著しい効果を得ることができる。これらの部品は、通常の半導体製造技術のようにシリコンウェーハー上に製造され、各部品が続いてサイコロ状に切断されて、図４に示されるようなヘッダーベース３６上に設置されるものである。ヘッダーベース３６上の点火装置においては、結線体３４a、３４bとして１２５μｍのアルミ電線が使用されて、電気リード線２８a、２８bに超音波等を使用した既知のボンディング技術によって結線されてアッセンブリとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態によるガス発生器の点火装置の概念図である。
【図２】図１の線II−IIに沿った点火装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるパッド部とブリッジ部の輪郭を説明するための平面図である。
【図４】本発明による点火装置を用いたガス発生器アッセンブリの断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における点火装置の平面図である。
【図６】図５の線VI−VIに沿った点火装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  点火装置
１２  基板
１４  酸化シリコン
１６  シリコン
１８a  パッド部
１８b  パッド部
２０  ブリッジ部
２２  燃料層
２４  抵抗層
２６a  ランド
２６b  ランド
２８a  電気リード線
２８b  電気リード線
３０  電源
３１  スイッチ
３２  アッセンブリ
３４a  結線体
３４b  結線体
３６  ヘッダーベース
３７a  通路
３７b  通路
３８  管体
４２a  エネルギー材料充填物
４２b  エネルギー材料充填物
５１  ダイオード
５２  ダイオード用電極パッド
６０  曲線部
【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】
2006010132.tif 000008
【図６】
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