(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料の層と、
少なくとも２つの反応性材料を含む一連の層ならびに電橋層を備えたラミネート層であって、前記少なくとも２つの反応性材料は反応性金属および反応性絶縁体を有し、前記反応性絶縁体が前記反応性金属の抵抗率と比較して高い抵抗率を有し、かつ、前記絶縁性材料の層の表面領域を実質的に覆う２つの相対的に大きな部分、および、前記２つの相対的に大きな部分を結ぶ電橋部を有するラミネート層と、
前記電橋層ならびに前記一連の層の反応性金属および反応性絶縁体と電気的に接続された少なくとも１つの導電性接点パッドと、を有する、
半導体電橋（ＳＣＢ）装置。
【請求項２】
前記反応性金属がチタンであり、前記反応性絶縁体がホウ素である、請求項１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項３】
前記一連の層の各層がおよそ０．２５ミクロンの厚さである、請求項１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項４】
前記一連の層が２ミクロンないし１４ミクロンの厚さを有する、請求項３に記載のＳＣＢ装置。
【請求項５】
さらに、前記絶縁性材料と別の材料との境界面により形成された集積ダイオードを有する、請求項１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの導電性接点パッドがチタン／ニッケル／金を有する、請求項１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項７】
電子的爆破装置（ＥＥＤ）であって、
ヘッダ、
ヘッダの第１面に合わされてエンクロージャを形成するキャップ、
エンクロージャ内の火工品材料、
エンクロージャの第１面と反対の第２面を貫通する少なくとも１つの電気伝導性ピン、ならびに、
絶縁性材料の層を含んだ基板上の半導体電橋（ＳＣＢ）であって、前記基板が前記ヘッダの第１面とつながれ、
前記ＳＣＢが、前記基板の上に、
絶縁性材料の層と、
少なくとも２つの反応性材料を含む一連の層ならびに電橋層を備えたラミネート層であって、前記少なくとも２つの反応性材料は反応性金属および反応性絶縁体を有し、前記反応性絶縁体が前記反応性金属の抵抗率と比較して高い抵抗率を有し、かつ、前記絶縁性材料の層の表面領域を実質的に覆う２つの相対的に大きな部分、および、前記２つの相対的に大きな部分を結ぶ電橋部を有するラミネート層と、
前記少なくとも１つの電気伝導性ピンに接続されるとともに、前記電橋層ならびに前記一連の層の反応性金属および反応性絶縁体と電気的に接続された少なくとも１つの導電性接点パッドと、を有する、
電子的爆破装置（ＥＥＤ）。
【請求項８】
前記反応性金属がチタンであり、前記反応性絶縁体がホウ素である、請求項７に記載のＥＥＤ。
【請求項９】
前記一連の層の各層がおよそ０．２５ミクロンの厚さである、請求項７に記載のＥＥＤ。
【請求項１０】
前記一連の層が２ミクロンないし１４ミクロンの厚さを有する、請求項９に記載のＥＥＤ。
【請求項１１】
半導体電橋（ＳＣＢ）装置であって、
基板の表面領域を実質的に覆う電気的絶縁性材料の層と、
前記絶縁性材料と別の材料との境界面により形成された集積ダイオードと、
少なくとも２つの反応性材料を含む一連の層ならびに電橋層を備えたラミネート層であって、前記少なくとも２つの反応性材料は反応性金属および反応性絶縁体を有し、前記反応性絶縁体が前記反応性金属の抵抗率と比較して高い抵抗率を有し、かつ、前記絶縁性材料の層の表面領域を実質的に覆う２つの相対的に大きな部分、および、前記２つの相対的に大きな部分を結ぶ電橋部を有するラミネート層と、
前記電橋層ならびに前記一連の層の反応性金属および反応性絶縁体と電気的に接続された少なくとも１つの導電性接点パッドと、を有する、
半導体電橋（ＳＣＢ）装置。
【請求項１２】
前記電橋層がチタンを有する、請求項１１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項１３】
前記電橋層がパラジウムを有する、請求項１１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項１４】
前記反応性金属がチタンであり、前記反応性絶縁体がホウ素である、請求項１１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項１５】
前記一連の層の各層がおよそ０．２５ミクロンの厚さである、請求項１１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項１６】
前記ラミネート層が２ミクロンないし１４ミクロンの厚さを有する、請求項１５に記載のＳＣＢ装置。
【請求項１７】
前記別の材料は、アルミニウムである、請求項１１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの導電性接点パッドがチタン／ニッケル／金を有する、請求項１１に記載のＳＣＢ装置。
【請求項１９】
半導体電橋ＳＣＢ装置を製造する方法であって、
基板の表面領域の上方に、前記基板の表面領域を実質的に覆うように電気的絶縁性材料の層を堆積するステップと、
前記電気的絶縁性材料を選択的に食刻して前記基板を露出させるステップと、
前記食刻により露出した領域に金属を堆積して少なくとも１つのダイオードを形成するステップと、
少なくとも２つの反応性材料を含む一連の層ならびに電橋層を備えたラミネート層を形成するステップであって、前記ラミネート層の前記少なくとも２つの反応性材料は反応性金属および反応性絶縁体を有し、前記反応性絶縁体が前記反応性金属の抵抗率と比較して高い抵抗率を有し、かつ、前記ラミネート層が、前記絶縁性材料の層の表面領域を実質的に覆う２つの相対的に大きな部分、および、前記２つの相対的に大きな部分を結ぶ電橋部を有する、ステップと、
少なくとも１つの導電性接点パッドを、前記電橋層ならびに前記一連の層の反応性金属および反応性絶縁体と電気的に接続するステップと、を有する、半導体電橋（ＳＣＢ）装置を製造する方法。
【請求項２０】
前記反応性金属がチタンであり、かつ、前記反応性絶縁体がホウ素である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記一連の層の各層がおよそ０．２５ミクロンの厚さである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記一連の層が２ミクロンないし１４ミクロンの厚さを有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記金属がアルミニウムである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの導電性接点パッドがチタン／ニッケル／金を有する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は一般に電子的爆破装置に関する。より具体的には、本発明は比較的低い入力エネルギに対し、比較的高い出力エネルギを有する反応を開始させるラミネート電橋を有する装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
一般に電子的爆破装置（ＥＥＤ）は電気エネルギを受けて、機械的衝撃波および／または、燃焼、爆燃、もしくは、爆発のような発熱反応を開始する。ＥＥＤは様々な目的の、商用利用および政府による利用がなされている。それらは例えば、自動車のエアバッグの膨張の開始や兵器システムのエネルギー源の活性化である。
【０００３】
先行技術のＥＥＤは、火工品に点火するために架橋ワイヤ(bridgewire)を利用している。架橋ワイヤは２つの接点間に取り付けられた薄い抵抗性のワイヤである。火工品は架橋ワイヤを取り囲んでいる。架橋ワイヤを電流が流れると、オーム加熱が生じる。架橋ワイヤが火工品の点火温度に達すると、火工品が起動する。一般に火工品材料は、最初の、すなわち、火工品用装薬であって、これが主要な装薬に点火する第２の装薬に点火する。架橋ワイヤを使用するＥＥＤは、現行の利用用途において著しい不利点を有する。例えば、多くの軍用および民生用の利用用途において、ますます増大する電磁妨害（ＥＭＩ）を被りやすい。高レベルのＥＭＩには深刻な危険性が存在する。なぜなら、ＥＭＩは直接または間接的な経路でＥＥＤに電磁エネルギを送り、無意図的にＥＥＤを点火するかもしれないからである。ＥＥＤは静電放電（ＥＳＤ）によっても無意図的に点火してしまうかもしれない。従来の装置では標準的な利用用途において無意図的な放電から保護するため、パッシブ・フィルタ回路やＥＭＩ遮蔽といった空間的および重量的問題を抱えている。
【０００４】
ＥＥＤの迷走信号に対する敏感さを低減させるため、ＥＥＤを点火するために必要な点火信号の全エネルギを増大させてもよい。その結果、低レベルの迷走信号は一切の点火を生じずに架橋ワイヤを伝導し、高レベルな点火信号のみがＥＥＤに点火するのに十分なエネルギを有する。だが、より大きな点火信号(higher magnitude firing signal)が常に望ましいというものではない。多くの利用用途においては、自動車のエアバッグのように、利用可能な電力は厳しく制限されているので、点火エネルギの低いＥＥＤを提供することが必要で、前記の低い点火エネルギはＥＳＤやＥＭＩ源からの偽の信号のポテンシャルと近いエネルギーレベルであるかもしれない。
【０００５】
偶発的な点火に関する幾つかの問題を多少とも解決しているＥＥＤの１種は半導体電橋またはＳＣＢと呼ばれている。ＳＣＢは、同一の無点火レベルに対して架橋ＥＥＤに用いられるエネルギよりも少ないエネルギを用いる。例えば、ＳＣＢの必要とするエネルギは同一の無点火性能を有する架橋ワイヤ装置の必要とするエネルギよりも一桁小さい。ＳＣＢは半導体基板上に作られた火工品を始動する装置である。ＳＣＢは一般に、高温プラズマで火工品に点火する。ＳＣＢが発火すると、火工品を点火するほどの高出力密度の（例えば、時として４０００度ケルビンよりも高い）高温プラズマが発生する。ＳＣＢは、数百マイクロ秒にわたって点火点にまで加熱する架橋ワイヤと比較して、数マイクロ秒すらプラズマを発生しないかもしれない。ＳＣＢによって点火される火工品は一般に数マイクロ秒足らずで点火しそして出力用装薬を点火する、隣接した火工品すなわち最初の爆発物である。半導体の優れた熱伝導特性により、ＳＣＢのための高容量ヒートシンクを用意することができ、従って高い無点火レベルを設定することができる。一般にＳＣＢは、プラズマ生成の雪崩条件を適切にサポートする低インピーダンス電源または容量性放電により駆動される。
【０００６】
自動車のエアバッグ、および、安全性に関し重要な他の利用用途におけるＥＥＤの利用には、無意図的な発火の防止の他にも幾つかの問題点が存在する。例えば、エアバッグのＥＥＤの信頼性は重要である。エアバッグのＥＥＤは確実に発火しなければならず、信頼性検査が可能な方法で製造されなければならない。従来のＳＣＢは、検査可能な信頼性のあるＳＣＢのＥＥＤを生産することが困難であるという不利点を有している。例えば、ＳＣＢは非常に高温であるがエネルギの低い、ほんの数マイクロ秒の間持続する点火源を提供する。標準的なＳＣＢにおいては、エネルギ出力の量はエネルギ入力のレベルに依存し、かつ、それよりも少ない。非常に少量の出力エネルギのみが生産可能な場合、確実な点火を実現するには十分ではないかもしれない。
【０００７】
従来のＳＣＢ構成要素の信頼性を検査することは困難である。その理由の１つには、従来のＳＣＢにおいては、ＳＣＢの少量のエネルギ出力を最初の火工品に伝達するために、火工品とＳＣＢがしっかりと合わせられていることがある。つまり、火工品／ＳＣＢ境界面において火工品はＳＣＢの発火で確実に火工品が点火されるように、常時ＳＣＢと密に接触していなければならない。試験方法が開発され、架橋ワイヤ装置における火工品／ＳＣＢ境界面を検査しようと試みられているが、これらの試験方法は、一般に半導体装置に対してはよく機能しない。例えば、計量により、火工品が適量であるか検査することは可能かもしれないが、境界面が適切であるか、すなわちＳＣＢと火工品が密に接触しているかを検査することは非常に困難である。製造時に適切な境界面が存在したとしても、個々の装置において、例えば振動や衝撃で経時的に劣化しているかどうかを判断することは困難である。仮に適切な境界面が与えられていたとしても、ＳＣＢの火工品に対する積極的な保持がなければ、ＳＣＢの発火にともなう衝撃により火工品は点火されずに脱落するかもしれない。だが、積極的な保持はそれ自体が、さらなるコスト、および、現地での継続的信頼性に関する分解検査のない複雑さを含んだ問題を有する。加えて、積極的な保持でＳＣＢに作用する力はＳＣＢおよび／または装置の接続の結合部を破壊するかもしれない。
【０００８】
（開示内容の要約）
基板上にラミネート電橋を備えた半導体電橋（ＳＣＢ）装置を開示する。ある実施の形態においては、ＳＣＢ装置は、熱的および電気的に絶縁性を有する材料ならびに前記絶縁性を有する材料と発熱反応をする熱的および電気的伝導性を有する材料による交互的な複数の層を備えている。前記交互的複数層が基板の表面領域上の絶縁体上にラミネート層を形成する。ある実施の形態においては、前記基板はシリコンである。ある実施の形態においては、ボロンが絶縁性材料であり、チタンが伝導性材料である。ラミネート層は一般に連続的である。しかし、平面図においては、ラミネート層は実質的に基板の表面領域をカバーする２つの大きな部分があり、それらが電橋部によって接続されているように見える。電橋部は電流の流れる方向に関して小さな断面の領域を有する。ラミネート層は、交互的にそれぞれが絶縁性の層と反応性の層からなる一連の層である。電橋部は、電流が、ラミネートの上端の接点を流れると反応し、ラミネートの残りの部分を点火する。ラミネートの１層が消滅すれば、別の層が露出し、導電回路の部分になる。作り出される出力エネルギは間隙を越えて火工品に点火するのに十分である。
【０００９】
（詳細な説明）
図１および図２はＳＣＢのある実施の形態を示す。ＳＣＢは、ＥＳＤの発生(ESD events)から保護するため、一体成形されたシャントダイオード、および、点火効率向上のため、強化された電橋被覆を有する。図１を参照すると、ＳＣＢ１０１が、一般に四角形だがあらゆる好都合な形状であってもよいシリコンウェハ基板１０２上に形成されている。一般に三角形の第１のランド１０３は基板１０２の１側面に堆積され、一般に三角形の第２のランド１０４は基板１０２の反対側面に堆積される。ランド１０３および１０４は一般に、間隔をおき、ランドを連結し電気的に接続している比較的狭い導電性電橋を除いて互いに電気的に絶縁されている。ある実施形態においては、ランド１０３は部分的にはパラジウム堆積層１０７からなり、ランド１０４は同様に部分的にはパラジウム堆積層１０８からなる。ある実施形態においては、電橋１０６もまたパラジウムで造られている。ランド１０３および１０４ならびに電橋１０６はさらに、一般的な集積回路のエッチングおよび堆積技術を用いてパラジウムからなる単一層として堆積される。
【００１０】
第１ダイオードが下位に形成され、第１ランド１０３のパラジウム層１０７と電気的に接続され、同様に、第２ダイオード１１３が下位に形成され、第２ランド１０４のパラジウム層と電気的に接続されている。これらダイオードの形成および構造は以下でより詳細に説明する。好ましくは、チタン、ニッケル、および、金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）の複合層として形成される第１接点パッド１０９は第１ランド１０３のパラジウム層１０７の上に堆積され、第２の類似の接点パッド１１１は第２ランド１０４のパラジウム層１０８上に堆積される。接点パッドは、装置に発火電流を供給するために、半田、導電性エポキシ樹脂、または、それらと類似のものを用いて導線をランドに接続するのに適切な面を与える。以下でより詳細に説明する、化学的に爆発する複合性被覆(overcoat)１１４が、出力エネルギを大きく、発火事象が散乱することを増進させる目的で電橋１０６に配されている。
【００１１】
図１におけるＡ−Ａの断面を示す図２を参照すれば、基板１０２は従来的方法によって処理されたシリコンチップ１１６である。二酸化シリコン層１１７はチップの表面に形成されて電気的絶縁体として機能する。２つの相隔たる三角形状開口部１１８および１１９は、適切なエッチング技術を用いて、シリコンチップの表面を露出させるために、二酸化シリコン層内に食刻される。そしてアルミニウムの第１層すなわちパッド１２１が第１被食刻開口部１１８に堆積され、アルミニウムの第２層すなわちパッド１２２は第２被食刻開口部１１９に堆積される。アルミニウムのパッドはチップ上に、例えば蒸着のような適切な技術を用いて堆積させてよい。第１アルミニウムパッド１２１はシリコンチップ１１６の表面にショットキー障壁接合１２３を形成し、第２アルミニウムパッド１２２はシリコンチップ１１６の表面に第２ショットキー障壁接合１２４を形成する。よって、相隔ててショットキーダイオード１１２および１１３のペアがＳＣＢ１０１に一体的に形成される。
【００１２】
ＳＣＢ１０１は、チップ表面の上方に堆積されたパラジウムの蝶ネクタイ形状層１２６を含んでいる。パラジウムの層１２６は第１領域１０７、第２領域１０８、および、蝶ネクタイ形状領域１２６の大きな領域１０７および１０８の間に延びて２つの領域を電気的に接続する電橋１０６を規定する。前記蝶ネクタイの第１領域１０７は、第１ショットキーダイオード１１２を覆い、電気的に接続され、前記蝶ネクタイの第２領域１０８は第２ショットキーダイオード１１３を覆い、電気的に接続される。
【００１３】
第１接点パッド１０９は蝶ネクタイ形状のパラジウム層の第１領域１０７表面に堆積され、第２接点パッド１１１は蝶ネクタイ形状のパラジウム層の第２領域１０８表面に堆積される。接点パッド１０９および１１１は、ある実施形態においては、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの複合層である。接点パッド１０９および１１１は蝶ネクタイ形状のパラジウム層１２６の領域１０７および１０８に接続される導線との接点である。導線は、蝶ネクタイ形状のパラジウム層１２６に発火電流を供給する。
【００１４】
チップ１１６の表面上における様々な材料の層の、堆積、エッチング、および、成形は従来的な集積回路製造技術を用いて遂行される。様々な層に対する金属の選択、層の形状、および、層の様々な部分の相対的な大きさは、個々の要件により、実施形態ごとに異なってもよい。例えば、金またはアルミニウムが蝶ネクタイ部のパラジウムと置換されてもよく、また、適切な金属の組み合わせが接点パッドのＴｉ／Ｎｉ／Ａｕと置換されてもよい。
【００１５】
複合性被覆１１４が電橋１０６の上に堆積される。図２に示すように、複合性被覆１１４は電橋上に堆積されたジルコニウムの層１２５およびジルコニウムの層１２８の上に堆積された例えば酸化銅またはテルミットとしても知られる酸化鉄のような酸化性物質の層１２９を有する。酸化銅および酸化鉄は比較的弱い化学的結合を有する分子から構成され、よって高温発熱反応を導く化学反応において容易に酸素を提供する傾向を有する。複合性被覆１１４は様々な周知の堆積技術を用いて電橋１０６上に堆積させることができる。さらには、複合性被覆は必ずしも複数層にわたって堆積される必要はなく、金属と酸化性物質の混合物からなる単一層として堆積されることも可能である。加えて、テルミット成分、ジルコニウム、および、酸化性物質(oxidizer)の代用物を作成可能である。例えば、他の弱い酸化物および金属燃料を使用してもよい。他の実施形態においては、適切な化学的爆発性被覆に置換することが可能である。
【００１６】
動作中、接点パッド１０９および１１１はそれぞれ、例えばワイヤボンド、導電性エポキシ樹脂、または、半田でそれぞれの導線対と電気的に接続されている。そして、導線はスイッチ可能な発火ポテンシャル源に接続されている。意図的な発火の前の休止状態においては、ＳＣＢはＥＳＤの発生のような不慮の発火から、シャントダイオード１１２および１１３および電橋の無発火エネルギによって保護されている。さらに具体的には、ＥＳＤの発生により誘起される接点間の電気的ポテンシャルは、一般にＳＣＢ上に形成されたダイオードのターンオン電圧よりもずっと高い。よって、ＥＳＤによって誘起されたポテンシャルにとっては、ダイオードは閉回路シャント(closed circuit shunts)のように見え、シャントの閾値(shunt threshold)よりも高い電流は電橋のオーム加熱およびそれに続く偶発的発火を防ぐために抵抗性電橋から離れて流れる。
【００１７】
ＳＣＢの電橋を発火させるために、ダイオード１１２および１１３のターンオン電圧近傍またはそれよりも高い発火ポテンシャルが、適当な時間長だけ十分な発火ポテンシャルを送ることが可能なソースから接点に送られる。例えば、発火ポテンシャルはＳＣＢと直列の帯電したキャパシタにスイッチすることで得ることが可能である。発火ポテンシャルのダイオードのターンオン電圧よりも小さい部分は電橋に作用する。そして、電橋を通る電流が発生し、それにより電橋が急速に加熱し、比較的高エネルギのプラズマ反応において気化する。
【００１８】
発火電流によりパラジウム電橋に発生した熱は、直ちにＳＣＢの複合性被覆に伝わる。その結果、被覆も急速に加熱され、被覆のジルコニウム層もプラズマとして気化し始める。つぎに、被覆のジルコニウムと酸化性物質層との間で化学的爆発性反応が開始する。その結果、導電性電橋のみのプラズマ爆発よりも実質的にはエネルギの大きい、電橋付近における化学／プラズマ反応が起こる。この爆発により、プラズマで満ちた火球が発生し、ＳＣＢの表面から外側に向けて放射される。このようにして、複合性被覆１１４はＳＣＢの表面に詰められた火工品混合物に点火する上でのＳＣＢの効率を大きく向上させ、その一方で一体化したダイオードのシャントが電橋をＥＳＤの発生から保護している。
【００１９】
図３および図４はＳＣＢの別の実施形態を示す。ＳＣＢ９０は、ＳＣＢ１０１と比較して大きなＳＣＢ表面領域に、成層化した反応性材料をより大量に含んでいる。ＳＣＢ９０は発火する際、感知できるほどのエネルギ入力の増加なしに、ＳＣＢ１０１の例よりも著しく大きなエネルギ出力を有する。ＳＣＢ９０が必要とするのは、以下にさらに説明をするような、ＳＣＢ９０の表面から外側に向かって飛び出しながらプラズマ状態で爆発する２つの反応性材料間の反応を開始させ、そして最低限、反応を維持するのに十分なエネルギのみである。ＳＣＢ９０はさらに、ＥＳＤの発生から保護するために一体成形されたシャントダイオードを含んでいる。
【００２０】
ＳＣＢ９０の感度は、出力火工品材料に点火するのに必要なエネルギーレベルに依存せず、利用用途によって必要な入力電力レベルで動作するように調整してよい。ＳＣＢ９０は、感度の悪い材料や、点火するために大量の熱を必要とする材料に点火することもできる。
【００２１】
注目に値すべきなのは、ＳＣＢ９０が電橋と火工品材料との間の間隙を越えて確実に点火することである。これにより、格段に信頼性が向上する。なぜなら、適切な動作のために、電橋と火工品材料との境界の密接さを保証する必要がないからである。従って、電橋と火工品材料との境界を検査する必要がない。必要なのは、従来的技術を用いて半導体ウエハが正しく処理されているかを検査することのみである。出力装薬の存在は計量またはＸ線により容易に検査することができる。このことも製造コストを減少させる。
【００２２】
図３は、基板（図示せず）の上に見られる、互いの上に積層した一組の材料層の概要を示すＳＣＢ９０の平面図である。図４はＳＣＢ９０の簡略化した断面図である。ＳＣＢ９０は、互いに化学的によく反応する異なる材料からなる交互的な層を含んでいる。一般に、その材料の１つは金属である。一般に材料のもう１つは、金属と比較して高い抵抗率と低い熱伝導性を有するという点で絶縁体である。ある実施形態において、ホウ素を絶縁体として用い、チタンを金属として用いている。他の実施形態においては、別の材料を用いてもよい。例えば、金属は、他の金属と同じようにアルミニウム、マグネシウム、および、ジルコニウムのうちの１つ以上を用いてもよい。絶縁体としては、他の絶縁体と同じようにカルシウム、マンガン、および、シリコンのうちの１つ以上を用いてもよい。
【００２３】
交互の層、即ちチタンからなる副層５０２およびホウ素からなる副層５０４は二酸化シリコンの絶縁層３０６の上に作られる。一連の層の最上層は、接点パッド３０６と接触しているチタンからなる「電橋」層２０３である。交互の副層５０２および５０４、ならびに、最上の電橋層２０３がラミネート層を構成する。層５０２、５０４、および、２０３は、その上に層が形成される基板を製造する半導体製造処理の間に、その場で一体的に接合される。その結果現われる、電橋および燃料を含んだ構造はそれ故モノリシックである。これは、半導体製造処理の後で、粉体として燃料を堆積させ、そして機械的に電橋の周りの粉体燃料を加圧して製造してもよい先の装置とは対照的である。
【００２４】
図３に示されている、最上の電橋層２０３は、金属の連続的な層であり、この例においてはチタンであって、電橋部２０３Ｃで結ばれた２つの比較的大きな部分２０３Ａおよび２０３Ｂを含んでいる。他の実施形態においては、最上の層はホウ素またはその他の反応性の材料であってよい。電橋部２０３Ｃは接点パッド２０２からの電流の方向に関して小さな断面領域を有する。電橋部２０３Ｃの断面領域および幾何形状が電橋を加熱するためにどれくらいのエネルギが必要であるかを決定する。電橋に用いられている材料、ならびに、その幾何形状および厚さが電橋部２０３Ｃの起動抵抗に影響を及ぼす。さまざまな実施形態において、接点パッド２０２は最上の電橋層２０３のみ、または、最上の電橋層２０３ならびに複数の副層５０２および５０４と電気的に接続されてよい。電気的に接点パッド２０２と接続されている層の数が電橋部２０３Ｃの抵抗および加熱特性に影響を及ぼす。接点パッド２０２と接触しているのが単一の層である場合、層の抵抗は、金のように低い抵抗を有する材料からなる薄層を付加することによって減少する。電橋の抵抗はこのように、個々の要求にかなうように調整される。
【００２５】
絶縁層３０６は、実質的に基板の表面領域を覆うシリコン基板３０４上に作られる。ある実施形態において、絶縁層３０６は二酸化シリコンである。ホウ素の層５０４ならびにチタンの層５０２および２０３はそれぞれおよそ０．２５ミクロンの厚さを有する。ホウ素は比較的、熱伝導性が低く、チタンと比較して高いシート電気抵抗を有する。ホウ素およびチタンは標準的な半導体技術で処理される。ホウ素の副層５０４およびチタンの副層５０２は電橋部２０３Ｃを含む最上の電橋層２０３の下に所望の厚さに達するまで一連の層として作られる。ラミネート層の厚さは発生させる必要のあるプラズマの量および所望の無発火レベルに依存している。ラミネート層の厚さは事実上、半導体処理技術によってのみ制限される。比較的高い出力エネルギをもたらす化学量論は、２つのホウ素原子あたりに１つのチタン原子である。これを実現するには、層の厚さがチタンに対しては２５０ナノメートル、そしてホウ素に対しては２２０ナノメートルであればよい。総処理時間のような因子を考慮すれば、実際的な層の数は、チタンの層が４層、そして、ホウ素の層が４層である。殆どの用途において、（ホウ素の副層５０４およびチタンの副層５０２ならびに電橋層２０３を有する）ラミネート層は２ミクロンないし１４ミクロンの厚さを有する。
【００２６】
ある実施形態においては、接点パッド２０２はチタン／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ）である。接点パッド２０２は、例えばワイヤボンド、半田、または、導電性エポキシ樹脂で接続可能な電気的接点を形成するための標準的Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ被覆を用いて、最上の電橋層２０３の部分を選択的に覆いながら形成される。チタンには粘着性特性があり、これによって他の材料との結合性が助成される。必要であれば、ニッケルが半田付け可能な接点を提供する。金は層状の反応物質への導電性の経路を与えるには卓越した導体であり、また、敏速な酸化からニッケルを保護する。図４に示すように、接点パッド２０２は副層５０２および５０４を通ってアルミニウム３１２まで延びている。ＳＣＢ９０はアルミニウム３１２とシリコン基板３０４との境界面により一体形成されているダイオード２０４を有している。２つの分離された三角形状の開口部が、シリコンチップ３０４の表面を露出させるため、適当なエッチング技術を用いて二酸化シリコン層３０６に食刻される。そして、アルミニウムの層すなわちパッド３１２は、たとえば蒸着のような適当な技術を用いて、食刻された開口部上に堆積される。一方のアルミニウムのパッドが第１障壁接合２０４Ａをシリコンチップ３０４の表面とで形成し、他方のアルミニウムのパッドが第２障壁接合２０４Ｂをシリコンチップ３０４の表面とで形成する。基板のドーピングによってダイオードの耐圧が決定される。自動車のエアバッグの始動器のような用途においては、例えば７ないし８ボルトの耐圧が顕著にＥＳＤからの防護をもたらす。より感度の低い電橋を必要とする他の用途においては、より高い耐圧を用いればよい。
【００２７】
層２０３、５０２、および、５０４によって形成されるラミネート層の長さおよび幅は、小さな電橋部２０３Ｃの長さおよび幅を明らかに越えている。小さな電橋部２０３Ｃに電流が流れると、最上層２０３は隣接するホウ素の層と反応するのに十分に熱くなるまでオーム加熱される。発熱反応の結果、チタンおよびいろいろなチタン化合物が生成し、これらがプラズマとして放出される。ホウ素は絶縁体として作用し、プラズマアークおよび金属層の曝露部のみが伝導経路として働く。ソースの電気的エネルギ（例えばキャパシタ）が枯渇するかまたはプラズマアークが消滅する距離までの全ての層が消費されれば、反応は停止する。出力エネルギはプラズマによって点火される火工品材料を加熱するために使われる。副層５０２および５０４に移動した熱は、シリコン基板へ散逸せずに反応を助長する。
【００２８】
基板に吸収されるか、または、プラズマの解放もしくはその他のメカニズムで失われる熱よりも多くの熱を解放する反応過程においては、反応過程は全ての利用可能な反応物質が消費されるまで継続する。前記の損失がエネルギ出力を上回る場合、電気的エネルギが中断されるか、または、アーク長の必要とする電圧がソースの供給可能な電圧よりも大きくなるまで、プラズマを通じて電気エネルギを付加することで反応は維持される。
【００２９】
ＳＣＢ９０の試験では、間隙を越えて火工品材料に点火されることが示される。このことから、電橋と最初の火工品材料との間の接触を確保する必要性がなくなり、製造工程を大きく簡略化している。加えて、電橋と最初の火工品材料との間の接触を維持しなくてもよいことで、粉体を加圧する操作の間にワイヤボンドが破壊するような結果を引き起こすかもしれない数多くの信頼性に関する問題は排除される。従って、数多くのＳＣＢ９０を容易に組み立てることができる。
【００３０】
他の実施形態において、ＳＣＢ９０の反応性物質で覆われている範囲は性能要件によって変化してもよい。覆われている範囲の形状も変化してよい。例えば、ホウ素およびチタン、または、他の適当な物質からなる複数の層は、ＳＣＢの接点の間の狭い電橋領域にのみ、実施可能な限り高く積み重ねてもよい。
【００３１】
図５は電子的爆破装置（ＥＥＤ）６０の断面図である。ＳＣＢ５０は、セラミックまたは合金で作られたヘッダ６２に取り付けられている。ＳＣＢ５０はＳＣＢ１０１またはＳＣＢ９０に類似のものであってよい。ＳＣＢ５０は一般に、非導電性エポキシ樹脂によって取り付けられている。例えば導電性エポキシ樹脂またはワイヤボンドのような電気的接続６４はヘッダ６２のピン６６に付けられ、ヘッダ６２上に配されたキャップ６８は火工品材料６９が詰められたエンクロージャを形成する。
【００３２】
作動中、始動器(initiator)６０に供給される発火信号は、ピン６６を通り、電気的接続６４を通り、そして、ＳＣＢ５０の反応性電橋部５０に送られ、反応性電橋を発火させて、ＳＣＢ上の反応性物質層の全てが関与する反応を開始させる。
【００３３】
本発明は、具体的な例を参照して説明されている。当業界の通常の技能を有する者であれば様々な変形例を請求項の規定する本発明の思想および範囲から逸脱することなく実施することが可能である。例えば、代替的物質および代替的構成は特許請求の範囲に記載の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  半導体電橋（ＳＣＢ）の実施形態の平面図である。
【図２】  図１に示すＳＣＢの断面図である。
【図３】  ＳＣＢの実施形態の平面図である。
【図４】  図３に示すＳＣＢの断面図である。
【図５】  電子的爆破装置（ＥＥＤ）の断面図である。
【符号の説明】
１０１  ・・・  ＳＣＢ
１０２  ・・・  基板
１０３  ・・・  第１ランド
１０４  ・・・  第２ランド
１０６  ・・・  電橋
１０７  ・・・  パラジウム層
１０８  ・・・  パラジウム層
１０９  ・・・  第１接点パッド
１１１  ・・・  第２接点パッド
１１２  ・・・  第１ダイオード
１１３  ・・・  第２ダイオード
１１４  ・・・  複合性被覆
【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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