EP0949479B1 - Semiconductor igniter - Google Patents
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- EP0949479B1 EP0949479B1 EP99106969A EP99106969A EP0949479B1 EP 0949479 B1 EP0949479 B1 EP 0949479B1 EP 99106969 A EP99106969 A EP 99106969A EP 99106969 A EP99106969 A EP 99106969A EP 0949479 B1 EP0949479 B1 EP 0949479B1
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- ignition
- igniter according
- semiconductor layer
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
- F42B3/10—Initiators therefor
- F42B3/12—Bridge initiators
- F42B3/13—Bridge initiators with semiconductive bridge
Definitions
- the invention relates to a semiconductor igniter, in particular for the Gas generator of a protection system for vehicle occupants, according to the generic term of claim 1.
- Semiconductor fuses of this type which are mainly due to hot wire fuses their much lower susceptibility to interference more and more spread find are known from EP 0 762 073 A1 or US 5,309,841 and consist of a heavily p-doped or n-doped semiconductor layer between end contact pieces on an electrically insulated or non-conductive Carrier is arranged and during the passage of current to produce a ionized semiconductor plasma suddenly heated or evaporated and thereby the ignition - usually by way of a primary ignition charge - is triggered. Out Due to a high ignition efficiency, it is necessary to use a thermal Insert insulation layer between the semiconductor layer and the carrier.
- the patent specification DE 197 02 118 C1 shows for example a squib for triggering a Airbags, with a carrier and a chip, the lightly doped silicon and two electrodes having.
- the two electrodes are separated by a highly doped silicon area, which is intended as a heating zone.
- a free space is as thermal insulation to the wearer intended.
- the object of the invention is to design a semiconductor igniter of the type mentioned in the introduction, that in a simple manner in terms of production and while maintaining high ignition efficiency great structural strength is achieved.
- the semiconductor igniter according to the invention is especially for a gas generator Protection system suitable for vehicle occupants and has a bridge-like semiconductor layer, the end portions and an intermediate ignition gap area, wherein the semiconductor layer is connected at the end to electrical contact areas to heat in an ignition-triggering manner during the passage of current in the area of the ignition, and continue to do so a carrier is provided on which the semiconductor layer is applied at the end sections and is firmly connected to the carrier, as well as a thermal insulation layer that is trench-shaped is incorporated into the carrier.
- the thermal insulation layer lies between the firing range and the carrier and it is local to the firing range limited.
- the semiconductor layer is at the end sections molded integrally to the carrier according to claim 2, whereby an even safer Bond between the semiconductor layer and carrier is achieved.
- the thermal insulation layer from a porous, the semiconductor layer in the ignition gap area to produce supporting material, namely according to claim 4 on production simple way in that the carrier material itself, for example is locally porosized electrochemically.
- the carrier material itself, for example is locally porosized electrochemically.
- porous Material according to claim 5 preferably oxidized to the thermal conductivity to further reduce the insulation layer.
- the semiconductor layer as claimed 6 preferred to be designed as a free-standing bridge structure in the ignition zone area, namely according to claim 7 expediently such that the first porosified insulation material is removed by etching, so that as thermal Insulation layer an air-filled under the ignition gap area and, if desired, evacuable cavity through which the thermal ignition energy losses can be reduced even more.
- the semiconductor layer is im Ignition zone range from an explosive combustion when heated Ignition enhancer surrounded, which after reaching a relative low temperature levels of non-electrically generated heat for the ignition process is made available.
- the ignition enhancer expediently in the form of a with regard to one low ignition delay thin coating applied to the semiconductor layer.
- porous insulation layer it is for reinforcement of the ignition pulse either optionally or additionally also possible porous insulation material according to claim 10 with a gaseous or to impregnate metal-containing ignition reinforcing agents.
- the semiconductor layer is preferably in several to each other parallel and mutually insulated bridge bridges to the beam divided, whereby with a comparatively large bridge width, which create large contact areas for those above the semiconductor layer ignition charge located is advantageous on the way between the Bridges existing gaps a thermal easily Formation of insulation layer on the underside of the bridge.
- the semiconductor layer is as operated in the reverse direction, when the breakdown voltage is exceeded ignition-triggering heating semiconductor element with at least one p-n transition, thus approximately as a pair of anti-parallel diodes. hereby the susceptibility to interference of the semiconductor igniter is further reduced and received a distinctly short, sharp ignition pulse.
- the carrier and the semiconductor layer expediently made of differently doped silicon, for example in the form of a Silicon wafers.
- the semiconductor igniter shown in FIGS. 1 and 2 contains a carrier 2 in Form of a weakly p-doped silicon wafer, one in the carrier 2 trench-shaped thermal insulation layer 4, a semiconductor bridge 6, also made of silicon, but heavily n-doped, which is in the ignition gap area 8 supported on the thermal insulation layer 4 and on the bridge end sections 10, 12 under the same material, mechanically stronger Connection is applied directly to the carrier 2, as well as electrical Bridge end sections 10, 12 contact pieces 14, 16 covering a large area the via connection elements 18, 20 with the - not shown - ignition electronics stay in contact.
- the thermal insulation layer 4 is made of the carrier material itself in the Made that the carrier 2 in electro- or photochemical way one limited locally to the ignition gap area 8 of the semiconductor bridge 6 Zone is porosized.
- the thermal insulation layer 4 ensures that the electrically generated Heat is largely converted into ignition energy, so that the ignition gap material abruptly heated and thereby the ignition in the above of the semiconductor bridge 6 arranged primary ignition charge (not shown).
- those kept free by the thermal insulation layer 4 End sections 10, 12 is the semiconductor bridge 6 with regard to the acting thermal and mechanical loads securely anchored to the carrier 2.
- the porous silicon layer can improve the thermal protective effect 4 at least on the area areas adjoining the ignition section area 8 be oxidized.
- the semiconductor bridge 106 at its end portions 110 and 112 integrally formed on the carrier 102 the semiconductor bridge 106 from the carrier 102 by different doping, namely on the semiconductor bridge 106 a strong n- and in the area of the carrier 102 a weak p-silicon doping, is delimited.
- the Thermal insulation layer in this embodiment from an air-filled and, if desired, evacuable, trench-shaped in the carrier material incorporated cavity 104.
- the semiconductor bridge 206 in the ignition gap area 208 into a plurality of bridge webs 24 parallel to one another divided to a wide bridge width for a large area Initiation of the primary ignition charge located above the semiconductor bridge 206 is advantageous, the electrochemical etching process for porosizing the Insulation layer 204 over the spaces between the bridge webs 24 without problems, ie without an excessively high driving depth and thus the thickness of the Insulation layer 206 to be able to perform.
- the semiconductor bridge 206 can also have parallel bridge webs 24 with a large number be provided by etching holes or slots, via which the etching process to produce the thermal insulation layer 204.
- the semiconductor bridge 206 is also on the bridge webs 24 kind of a semiconductor element provided with several p-n junctions, that is about - as shown - designed as an antipolar diode pair 26, which is operated in the reverse direction and changes when the Breakdown voltage heated to generate an ignition pulse. This will reduce the sensitivity to interference the semiconductor igniter further reduced and an even steeper Receive ignition pulse.
- the semiconductor bridge typically has a wall thickness between 1 and 10 ⁇ m, a length between 20 and 1000 ⁇ m and a width between 20 and 300 microns (according to FIG. 4, the bridge length is about 100 microns and the Bridge width about 200 ⁇ m), the thickness of the thermal insulation layer corresponds to approximately half the bridge or web width and is approx. 30 ⁇ m, that of the metallic ignition reinforcement layer 22 at approximately 0.5 ⁇ m and the Semiconductor detonators have a total height of around 500 ⁇ m.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterzünder, insbesondere für den Gasgenerator eines Schutzsystems für Fahrzeuginsassen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a semiconductor igniter, in particular for the Gas generator of a protection system for vehicle occupants, according to the generic term of claim 1.
Halbleiterzünder dieser Art, die gegenüber Hitzdrahtzündern vor allem wegen ihrer wesentlich geringeren Störempfindlichkeit mehr und mehr Verbreitung finden, sind aus der EP 0 762 073 A1 oder der US 5 309 841 bekannt und bestehen aus einer stark p-oder n-dotierten Halbleiterschicht, die zwischen endseitigen Kontaktstücken auf einem elektrisch isolierten oder nichtleitenden Träger angeordnet ist und sich beim Stromdurchgang unter Erzeugung eines ionisierten Halbleiterplasmas schlagartig erhitzt bzw. verdampft und dadurch die Zündung - zumeist auf dem Wege einer Primärzündladung - auslöst. Aus Gründen einer hohen Zündeffizienz ist es dabei erforderlich, eine thermische Isolationsschicht zwischen die Halbleiterschicht und den Träger einzufügen. Hierdurch verschlechtert sich jedoch die mechanische Bindung der Halbleiterschicht zum Träger, und es besteht die Gefahr, daß sich die Halbleiterschicht unter der Wirkung thermischer oder dynamischer Belastungen, wie sie vor allem bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug auftreten, ablöst und dadurch der Halbleiterzünder funktiononsunfähig wird.Semiconductor fuses of this type, which are mainly due to hot wire fuses their much lower susceptibility to interference more and more spread find are known from EP 0 762 073 A1 or US 5,309,841 and consist of a heavily p-doped or n-doped semiconductor layer between end contact pieces on an electrically insulated or non-conductive Carrier is arranged and during the passage of current to produce a ionized semiconductor plasma suddenly heated or evaporated and thereby the ignition - usually by way of a primary ignition charge - is triggered. Out Due to a high ignition efficiency, it is necessary to use a thermal Insert insulation layer between the semiconductor layer and the carrier. As a result, however, the mechanical bond deteriorates Semiconductor layer to the carrier, and there is a risk that the Semiconductor layer under the effect of thermal or dynamic loads, as occurs especially when used in a motor vehicle, and replaces the semiconductor igniter becomes inoperable.
Die Patentschrift DE 197 02 118 C1 (Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1) zeigt beispielsweise eine Zündpille zum Auslösen eines Airbags, mit einem Träger und einem Chip, der gering dotiertes Silizium und zwei Elektroden aufweist. Die beiden Elektroden sind durch einen hoch dotierten Siliziumbereich getrennt, der als Heizzone vorgesehen ist. Ein freier Raum ist als Wärmeisolierung zum Träger vorgesehen. Die damit verbundenen Nachteile in bezug auf die Festigkeit sind oben erwähnt.The patent specification DE 197 02 118 C1 (Basis for the preamble of claim 1) shows for example a squib for triggering a Airbags, with a carrier and a chip, the lightly doped silicon and two electrodes having. The two electrodes are separated by a highly doped silicon area, which is intended as a heating zone. A free space is as thermal insulation to the wearer intended. The associated disadvantages in terms of strength are mentioned above.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleiterzünder der eingangs genannten Art so auszubilden, dass auf fertigungsmäßig einfache Weise und unter Beibehalt einer hohen Zündeffizienz eine große konstruktive Festigkeit erzielt wird.The object of the invention is to design a semiconductor igniter of the type mentioned in the introduction, that in a simple manner in terms of production and while maintaining high ignition efficiency great structural strength is achieved.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Halbleiterzünder gelöst.This object is inventively characterized by that in claim 1 Semiconductor detonator solved.
Der erfindungsgemäße Halbleiterzünder ist insbesondere für einen Gasgenerator eines Schutzsystems für Fahrzeuginsassen geeignet und hat eine brückenartige Halbleiterschicht, die Endabschnitte und einen dazwischen liegenden Zündstreckenbereich umfasst, wobei die Halbleiterschicht endseitig an elektrische Kontaktbereiche angeschlossen ist, um sich beim Stromdurchgang im Zündstreckenbereich zündauslösend zu erhitzen, wobei weiterhin ein Träger vorgesehen ist, auf dem die Halbleiterschicht an den Endabschnitten aufgebracht und fest mit dem Träger verbunden ist, sowie eine thermische Isolationsschicht, die grabenförmig in den Träger eingearbeitet ist. Dabei liegt die thermische Isolierschicht zwischen dem Zündstreckenbereich und dem Träger und sie ist örtlich auf den Zündstreckenbereich begrenzt.The semiconductor igniter according to the invention is especially for a gas generator Protection system suitable for vehicle occupants and has a bridge-like semiconductor layer, the end portions and an intermediate ignition gap area, wherein the semiconductor layer is connected at the end to electrical contact areas to heat in an ignition-triggering manner during the passage of current in the area of the ignition, and continue to do so a carrier is provided on which the semiconductor layer is applied at the end sections and is firmly connected to the carrier, as well as a thermal insulation layer that is trench-shaped is incorporated into the carrier. The thermal insulation layer lies between the firing range and the carrier and it is local to the firing range limited.
Durch die Ausgestaltung wird eine besonders große konstruktive Festigkeit erzielt, wobei dennoch eine hohe Zündeffizienz gewährleistet ist. Es wird eine hinsichtlich der einwirkenden Belastungen äußerst stabile Abstützung der Halbleiterschicht garantiert und die Funktionszuverlässigkeit des Halbleiterzünders ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen signifikant verbessert. Dennoch bleibt die für eine hohe Zündeffizienz benötigte, thermische Abschirmung des Zündstreckenbereichs in vollem Umfang erhalten. Vorteilhaft wirkt sich dabei die räumliche Begrenzung der thermischen Isolationsschicht auf den Zündstreckenbereich der Halbleiterschicht in Verbindung mit einer stoffgleichen und dementsprechend festen Anbindung der Brücken-Endabschnitte unmittelbar an den Träger aus.A particularly high structural strength is achieved by the configuration, wherein nevertheless a high ignition efficiency is guaranteed. It becomes one in terms of acting Loads extremely stable support of the semiconductor layer guaranteed and the functional reliability of the semiconductor fuse without significant additional measures improved. Nevertheless, the thermal shielding required for high ignition efficiency remains of the firing range fully preserved. This has an advantageous effect spatial limitation of the thermal insulation layer on the ignition gap area of the Semiconductor layer in connection with an identical and accordingly firm connection of the bridge end sections directly to the girder.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Halbleiterschicht an den Endabschnitten
nach Anspruch 2 einstückig an den Träger angeformt, wodurch eine noch sicherere
Bindung zwischen Halbleiterschicht und Träger erreicht wird. In a particularly preferred embodiment of the invention, the semiconductor layer is at the end sections
molded integrally to the carrier according to
Aus Gründen einer weiteren Stabilitätserhöhung bei zugleich hoher thermische Schutzwirkung empfiehlt es sich nach Anspruch 3, die thermische Isolationsschicht aus einem porösen, die Halbleiterschicht im Zündstreckenbereich stützenden Material herzustellen, und zwar nach Anspruch 4 auf fertigungsmäßig einfache Weise dadurch, daß das Trägermaterial selbst zB auf elektrochemischem Wege örtlich porosiziert ist. In diesem Fall ist das porosizierte Material nach Anspruch 5 vorzugsweise oxidiert, um die Wärmeleitfähigkeit der Isolationsschicht weiter zu verrringern.For reasons of a further increase in stability with a high thermal Protective effect, it is recommended according to claim 3, the thermal insulation layer from a porous, the semiconductor layer in the ignition gap area to produce supporting material, namely according to claim 4 on production simple way in that the carrier material itself, for example is locally porosized electrochemically. In this case it is porous Material according to claim 5 preferably oxidized to the thermal conductivity to further reduce the insulation layer.
Wahlweise ist es aber auch möglich, die Halbleiterschicht, wie nach Anspruch 6 bevorzugt, als im Zündstreckenbereich freistehende Brückenstruktur auszubilden, nämlich nach Anspruch 7 zweckmäßigerweise derart, daß das zunächst porosizierte Isolationsmaterial ätztechnisch entfernt wird, so daß als thermische Isolationsschicht ein den Zündstreckenbereich untergreifender, luftgefüllter und gewünschtenfalls evakuierbarer Hohlraum entsteht, durch den die thermischen Zündenergieverluste noch stärker reduziert werden.Alternatively, however, it is also possible to use the semiconductor layer as claimed 6 preferred to be designed as a free-standing bridge structure in the ignition zone area, namely according to claim 7 expediently such that the first porosified insulation material is removed by etching, so that as thermal Insulation layer an air-filled under the ignition gap area and, if desired, evacuable cavity through which the thermal ignition energy losses can be reduced even more.
In besonders bevorzugter Weise ist die Halbleiterschicht nach Anspruch 8 im
Zündstreckenbereich von einem bei Erhitzung explosionsartig verbrennenden
Zündverstärkungsmittel umgeben, wodurch nach Erreichen eines relativ
niedrigen Temperaturniveaus nicht-elektrisch generierte Wärme für den Zündprozeß
zur Verfügung gestellt wird. Nach Anspruch 9 wird das Zündverstärkungsmittel
zweckmäßigerweise in Form einer im Hinblick auf einen
geringen Zündverzug dünnen Beschichtung auf die Halbleiterschicht aufgebracht.
Bei Verwendung einer porösen Isolationsschicht ist es zur Verstärkung
des Zündimpulses wahlweise oder zusätzlich aber auch möglich, das
poröse Isolationsmaterial nach Anspruch 10 mit einem gasförmigen oder
metallhaltigen Zündverstärkungsmittel zu imprägnieren.In a particularly preferred manner, the semiconductor layer is im
Ignition zone range from an explosive combustion when heated
Ignition enhancer surrounded, which after reaching a relative
low temperature levels of non-electrically generated heat for the ignition process
is made available. According to claim 9, the ignition enhancer
expediently in the form of a with regard to one
low ignition delay thin coating applied to the semiconductor layer.
When using a porous insulation layer it is for reinforcement
of the ignition pulse either optionally or additionally also possible
porous insulation material according to
Nach Anspruch 11 ist die Halbleiterschicht vorzugsweise in mehrere, zueinander parallele und gegenseitig und zum Träger thermisch isolierte Brückenstege unterteilt, wodurch sich bei einer vergleichsweise großen Brückenbreite, die zur Schaffung großer Kontaktflächen für die oberhalb der Halbleiterschicht befindliche Zündladung von Vorteil ist, auf dem Wege über die zwischen den Brückenstegen vorhandenen Zwischenräume problemlos eine thermische Isolationsschicht auf der Brückenunterseite ausbilden läßt.According to claim 11, the semiconductor layer is preferably in several to each other parallel and mutually insulated bridge bridges to the beam divided, whereby with a comparatively large bridge width, which create large contact areas for those above the semiconductor layer ignition charge located is advantageous on the way between the Bridges existing gaps a thermal easily Formation of insulation layer on the underside of the bridge.
In besonders bevorzugter Weise ist die Halbleiterschicht nach Anspruch 12 als in Sperrichtung betriebenes, sich bei Überschreiten der Durchbruchspannung zündauslösend erhitzendes Halbleiterelement mit mindestens einem p-n Übergang, also etwa als antiparallel geschaltetes Diodenpaar, ausgebildet. Hierdurch wird die Störempfindlichkeit des Halbleiterzünders weiter reduziert und ein ausgeprägt kurzer, scharfer Zündimpuls erhalten.In a particularly preferred manner, the semiconductor layer is as operated in the reverse direction, when the breakdown voltage is exceeded ignition-triggering heating semiconductor element with at least one p-n transition, thus approximately as a pair of anti-parallel diodes. hereby the susceptibility to interference of the semiconductor igniter is further reduced and received a distinctly short, sharp ignition pulse.
Nach Anspruch 13 schließlich sind der Träger und die Halbleiterschicht zweckmäßigerweise aus unterschiedlich dotiertem Silizium, zB in Form eines Siliziumwafers, hergestellt.Finally, according to claim 13, the carrier and the semiconductor layer expediently made of differently doped silicon, for example in the form of a Silicon wafers.
Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
- Fig. 1
- die Aufsicht eines erfindungsgemäßen Halbleiterzünders in stark vergrößertem Maßstab;
- Fig. 2
- einen Schnitt des Halbleiterzünders nach Fig. 1 längs der Linie I-I;
- Fig. 3
- ein zweites Ausführungsbeispiel eines Halbleiterzünders mit einstückig angeformter Halbleiterbrücke in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung; und
- Fig. 4
- ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterzünders mit einer mehrteiligen Halbleiterbrücke in der Aufsicht.
- Fig. 1
- the supervision of a semiconductor igniter according to the invention in a greatly enlarged scale;
- Fig. 2
- a section of the semiconductor igniter of Figure 1 along the line II.
- Fig. 3
- a second embodiment of a semiconductor igniter with integrally formed semiconductor bridge in a representation corresponding to Figure 2; and
- Fig. 4
- a further embodiment of a semiconductor igniter with a multi-part semiconductor bridge in supervision.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Halbleiterzünder enthält einen Träger 2 in
Form eines schwach p-dotierten Siliziumwafers, eine in den Träger 2
grabenförmig eingearbeitete thermische Isolationsschicht 4, eine Halbleiterbrücke
6, ebenfalls aus Silizium, jedoch stark n-dotiert, welche im Zündstreckenbereich
8 auf der thermischen Isolationsschicht 4 abgestützt und an
den Brücken-Endabschnitten 10, 12 unter stoffgleicher, mechanisch fester
Anbindung unmittelbar auf den Träger 2 aufgebracht ist, sowie elektrische, die
Brücken-Endabschnitte 10, 12 großflächig bedeckende Kontaktstücke 14, 16,
die über Anschlußelemente 18, 20 mit der - nicht gezeigten - Zündelektronik
in Verbindung stehen.The semiconductor igniter shown in FIGS. 1 and 2 contains a
Die thermische Isolationsschicht 4 wird aus dem Trägermaterial selbst in der
Weise hergestellt, daß der Träger 2 auf elektro- oder fotochemischem Wege in
einer örtlich auf den Zündstreckenbereich 8 der Halbleiterbrücke 6 begrenzten
Zone porosiziert wird. Beim Stromdurchgang durch die Halbleiterbrücke 6
sorgt die thermische Isolationsschicht 4 dafür, daß die elektrisch generierte
Wärme weitgehend in Zündenergie umgesetzt wird, so daß sich das Zündstreckenmaterial
schlagartig erhitzt und dadurch die Zündung in der oberhalb
der Halbleiterbrücke 6 angeordneten Primärzündladung (nicht gezeigt) auslöst.
An den von der thermischen Isolationsschicht 4 hingegen freigehaltenen
Endabschnitten 10, 12 ist die Halbleiterbrücke 6 hinsichtlich der einwirkenden
thermischen und mechanischen Belastungen sicher am Träger 2 verankert. Zur
Verbesserung der thermischen Schutzwirkung kann die poröse Siliziumschicht
4 zumindest an den an den Zündstreckenbereich 8 angrenzenden Fächenbereichen
oxidiert sein.The thermal insulation layer 4 is made of the carrier material itself in the
Made that the
Um den Zündimpuls zu verstärken, ist die poröse Isolationsschicht 4 mit einem explosiven Gas oder Gasgemisch befüllt, welches bei Erwärmung der Zündstrecke 8 schlagartig verbrennt und dadurch zusätzliche Wärmeenergie für den Zündprozeß zur Verfügung stellt. Stattdessen können die porösen Oberflächen der Isolationsschicht 4 auch mit einer dünnen, zündverstärkenden, etwa mit Hilfe des sog. Sol-Gel-Verfahrens abgeschiedenen metallhaltigen Beschichtung, zB aus Al, Mg, Titanhydrid oder dgl., belegt sein.In order to amplify the ignition pulse, the porous insulation layer 4 with a explosive gas or gas mixture filled when the ignition section heats up 8 burns suddenly and thus additional thermal energy for the Ignition process provides. Instead, the porous surfaces the insulation layer 4 also with a thin, ignition-enhancing, for example with With the help of the so-called sol-gel process deposited metal-containing coating, for example made of Al, Mg, titanium hydride or the like.
Bei dem Halbleiterzünder nach Fig. 3, wo die dem ersten Ausführungsbeispiel
entsprechenden Elemente durch ein um 100 erhöhtes Bezugszeichen gekennzeichnet
sind, ist die Halbleiterbrücke 106 an ihren Endabschnitten 110 und
112 einstückig an den Träger 102 angeformt, wobei die Halbleiterbrücke 106
vom Träger 102 durch unterschiedliche Dotierung, nämlich an der Halbleiterbrücke
106 eine starke n- und im Bereich des Trägers 102 eine schwache p-Siliziumdotierung,
abgegrenzt ist. Ein weiterer Unterschied liegt darin, daß die
thermische Isolationsschicht bei dieser Ausführungsform aus einem luftgefüllten
und gewünschtenfalls evakuierbaren, grabenförmig in das Trägermaterial
eingearbeiteten Hohlraum 104 besteht. Zu diesem Zweck wird das
Trägermaterial unterhalb des späteren Zündstreckenbereichs 108 zunächst
wiederum auf elektro- oder fotochemischem Wege porosiziert, und anschließend
wird das poröse Siliziummaterial durch Unterätzen entfernt, so daß
der den Zündstreckenbereich 108 untergreifende, sich bis zu den Brücken-Endabschnitten
110, 112 erstreckende Hohlraum 104 entsteht. Alternativ kann
der Hohlraum 104 auch unmittelbar mit Hilfe eines plasmatechnischen Ätzangriffs
herausgearbeitet werden. Zur Zündverstärkung ist wiederum eine
dünne, in diesem Fall auf den Zündstreckenbereich 108 aufgebrachte
metallische Beschichtung 22 aus Al, Mg, Titanhydrid oder dgl. vorgesehen. Im
übrigen ist die Bau- und Funktionsweise des Halbleiterzünders nach Fig. 3 die
gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel.3, where the the first embodiment
corresponding elements are identified by a reference symbol increased by 100
are, the
Bei dem Halbleiterzünder nach Fig. 4, wo die den vorherigen Ausführungsbeispielen
entsprechenden Elemente durch ein um 200 erhöhtes
Bezugszeichen gekennzeichnet sind, sind der Träger 202 und die Halbleiterbrücke
206 in gleicher Weise wie nach Fig. 3 einstückig aus einem
Siliziumwafer gefertigt, jedoch ist hier das porosizierte Siliziummaterial
unterhalb des Zündstreckenbereichs 208 nicht weggeätzt, sondern als thermische
Isolationsschicht 204 verblieben. Weiterhin ist die Halbleiterbrücke 206
im Zündstreckenbereich 208 in mehrere, zueinander parallele Brückenstege 24
unterteilt, um bei einer großen Brückenbreite, die für eine großflächige
Initiierung der oberhalb der Halbleiterbrücke 206 befindlichen Primärzündladung
von Vorteil ist, den elektrochemischen Ätzprozeß zur Porosizierung der
Isolationsschicht 204 über die Zwischenräume zwischen den Brückenstegen 24
problemlos, dh ohne übermäßig hohe Eintreibtiefe und damit Dicke der
Isolationsschicht 206, durchführen zu können. Anstelle einer Unterteilung in
parallele Brückenstege 24 kann die Halbleiterbrücke 206 auch mit einer Vielzahl
von Ätzlöchern oder -schlitzen versehen sein, über die dann der Ätzprozeß
zur Herstellung der thermischen Isolationsschicht 204 durchgeführt wird.4, where the the previous embodiments
corresponding elements by a 200 increased
Reference symbols are identified, the
Nach Fig. 4 ist die Halbleiterbrücke 206 ferner an den Brückenstegen 24 nach
Art eines mit mehreren p-n Übergängen versehenen Halbleiterelements, also
etwa - wie gezeigt - als antipolar geschaltetes Diodenpaar 26, ausgebildet,
welches in Sperrrichtung betrieben wird und sich bei Überschreiten der
Durchbruchspannung zündimpulserzeugend erhitzt. Hierdurch wird die Störempfindlichkeit
des Halbleiterzünders weiter reduziert und ein noch steilerer
Zündimpuls erhalten.According to FIG. 4, the
Typischerweise besitzt die Halbleiterbrücke eine Wandstärke zwischen 1 und
10 µm, eine Länge zwischen 20 und 1000 µm und eine Breite zwischen 20 und
300 µm (gemäß Fig. 4 beträgt die Brückenlänge etwa 100 µm und die
Brückenbreite etwa 200 µm), die Dicke der thermischen Isolationsschicht
entspricht etwa der halben Brücken- bzw Stegbreite und liegt bei ca. 30 µm,
die der metallischen Zündverstärkungsschicht 22 bei ca. 0,5 µm und der
Halbleiterzünder hat eine Gesamthöhe von etwa 500 µm.The semiconductor bridge typically has a wall thickness between 1 and
10 µm, a length between 20 and 1000 µm and a width between 20 and
300 microns (according to FIG. 4, the bridge length is about 100 microns and the
Bridge width about 200 µm), the thickness of the thermal insulation layer
corresponds to approximately half the bridge or web width and is approx. 30 µm,
that of the metallic
Claims (13)
- A semiconductor igniter, in particular for a gas generator of a protection system for vehicle occupants, comprising
a bridge-type semiconductor layer (6; 106; 206) comprising end portions (10, 12; 110, 112; 210, 212) and an ignition-gap region (8; 108; 208) arranged therebetween, wherein the semiconductor layer (6; 106; 206) is connected at the ends to electrical contact regions in order to heat up so as to trigger ignition when current flows in the ignition-gap region (8; 108; 208),
a substrate (2; 102; 202) to which the semiconductor layer (6; 106; 206) is applied at its end portions (10, 12; 110, 112; 210, 212) and fixedly connected to said substrate (2; 102; 202), and
a thermal insulating layer (4 104; 204),
characterised in that :
the thermal insulating layer (4 104; 204) is incorporated into the substrate (2; 102; 202) in the form of a channel, the thermal insulating layer (4 104; 204) lying between the ignition-gap region (8; 108; 208) and the substrate (2; 102; 202) and being locally limited to the ignition-gap region (8; 108; 208). - A semiconductor igniter according to claim 1, characterised in that the semiconductor layer (106; 206) is formed in one piece on the substrate (102; 202) at its end portions (110, 112; 210; 212).
- A semiconductor igniter according to claim 1 or 2, characterised in that the thermal insulating layer (4; 204) comprises a porous material supporting the semiconductor layer (6; 206) in the ignition-gap region (8; 208).
- A semiconductor igniter according to claim 3, characterised in that the porous insulating material comprises substrate material which has been rendered porous.
- A semiconductor igniter according to claim 3 or 4, characterised in that the porous insulating material is oxidised,
- A semiconductor igniter according to any one of the preceding claims, characterised in that the thermal insulating layer comprises a cavity (104) etched out of the substrate material.
- A semiconductor igniter according to claim 6 in conjunction with any one of claims 3 to 5, characterised in that the cavity (104) is formed by removal of the porous insulating material.
- A semiconductor igniter according to any one of the preceding claims, characterised in that the semiconductor layer (6; 106; 206) in the ignition-gap region (8; 108; 208) is surrounded by an ignition boosting means (22) burning explosively upon heating.
- A semiconductor igniter according to claim 8, characterised in that the ignition boosting means (22) comprises a coating applied locally to the semiconductor layer (106).
- A semiconductor igniter according to claim 8 in conjunction with any one of claims 3 to 5, characterised by a gaseous or metal-containing ignition boosting means introduced into the porous insulating material (4; 204).
- A semiconductor igniter according to any one of the preceding claims, characterised in that the semiconductor layer (206) is divided into a plurality of mutually parallel bridge segments (24) thermally insulated from one another and from the substrate (202).
- A semiconductor igniter according to any one of the preceding claims, characterised in that the semiconductor layer (206) in the ignition-gap region (208) is formed as a semiconductor element (diode pair 26) having at least one p-n junction, operated in the reverse direction and heated so as to trigger ignition when the breakdown voltage is exceeded.
- A semiconductor igniter according to any one of the preceding claims, characterised in that the substrate (2; 102; 202) and the semiconductor layer (6; 106; 206) comprise differently doped silicon.
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