JP2001505646A - Thin-film ignition element for pyrotechnic active substances and method of manufacturing the same - Google Patents

Thin-film ignition element for pyrotechnic active substances and method of manufacturing the same

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    • F42B3/13Bridge initiators with semiconductive bridge

Abstract

(57)【要約】 1.花火技術的な作用物質のための薄膜点火要素及びその製造方法 2.1.花火技術的な作用物質の点火のために利用される薄膜点火要素は、ほとんどの場合、まさしく高い点火電圧又は初期設定エネルギーを有する。これらは、ほとんどの場合、加熱されかつ蒸発する点火ブリッジ材料の純粋に熱的な連結に基付いている。2.2.点火ブリッジ層としてハフニウム−及び/又はチタン水素化物を利用することによって、かつ半導体プロセスと両立する製造方法によって、きわめて簡単にかつ多くの個数で点火要素を製造することができ、ここにおいて初期設定のために低ボルト範囲の点火電圧で十分である。すでに低い加熱温度の際に、ハフニウム−及び/又はチタン水素化物の分解プロセスが活性化され、それによりとくに反応水素が遊離され、かつプラズマが形成される。2.3.このような点火要素は、自動車における乗客保護装置、とくにエアバッグのための明らかに簡単化された制御回路を可能にする。 (57) [Summary] 1. Thin-film ignition elements for pyrotechnic active substances and their production method 2.1. The thin-film ignition elements used for the ignition of pyrotechnic agents have in most cases very high ignition voltages or initial energies. These are most often based on a purely thermal connection of the heated and evaporating ignition bridge material. 2.2. By using hafnium and / or titanium hydride as the ignition bridge layer and by a manufacturing method that is compatible with semiconductor processes, it is possible to manufacture ignition elements in a very simple and large number, wherein the default For this reason, ignition voltages in the low volt range are sufficient. At already low heating temperatures, the decomposition process of the hafnium and / or titanium hydride is activated, whereby the reaction hydrogen is liberated in particular and a plasma is formed. 2.3. Such an ignition element allows a clearly simplified control circuit for a passenger protection device in a motor vehicle, in particular for an airbag.

Description

【発明の詳細な説明】 花火技術的な作用物質のための薄膜点火要素及びその製造方法 本発明は、請求の範囲第1項の上位概念に記載の花火技術的な作用物質のため の薄膜点火要素、及び請求の範囲第11項の上位概念に記載のその製造方法に関 する。 ドイツ連邦共和国特許第4222223号明細書によれば、請求の範囲第1項 の上位概念に記載の電気点火手段は公知である。 従来の点火要素において、小さな抵抗(2Ω)の細い線材ブリッジが、電流パ ルスによって加熱され、かつ蒸発させられる。この純粋に熱的なパルスによって 、この時、花火技術的な作用物質が点火される。その際、ドイツ連邦共和国特許 第4222223号明細書において、チタン、チタン窒化物又は主としてチタン を含む合金からなる薄膜点火ブリッジが提案されている。なぜならチタン又はチ タン窒化物は、その高い熱伝導度及び従来の点火ブリッジ材料に対して高いその 電気抵抗に基付いて、溶融の際に花火技術的な作用物質の大きな面積のかつ均一 な加熱を保証するからである。しかしながらチタンは、1660℃以上の融点を 有し;チタン窒化物は2900℃以上、かつ通常のチタン合金はなおそれ以上に あるので、そのために必要な点火エネルギーはきわめて大きい。 その動作基本方式が同様に熱的な特性であるなるべく半導体材料、ポリシリコ ンを利用したその他の変形は、米国特許第4708060号明細書に記載されて いる。その際、高められた温度以後に生じる抵抗材料の負の温度係数が利用され る。このことは、点火の瞬間に熱伝達の他に、希薄なプラズマの形成及び対流圧 縮効果を引起こす。その際、構成は、抵抗ブリッジと比較することができる。 米国特許第5080016号明細書に記載された別の点火基本方式は、金属水 素化物フィルムの利用に基付いている。この片持ち支持さ れたフィルム上に合成物質帯が取付けられており、この合成物質帯は、電圧パル スのために水素化物層の熱分解により(ガス圧力発生)分散され、かつ合成物質 帯の一部(フライヤ)が加速され、かつ間隔を置いて配置された花火技術的な作 用物質に当たり、その際、これは、衝突する合成物質部分の圧力作用(衝撃波) によって点火される。供給される電気エネルギーは、それによりまず熱エネルギ ー及び圧力に変換され、このことは、再びフライヤの運動エネルギーに通じ、こ のフライヤは、この運動エネルギーを、花火技術的な作用物質に衝突する際に、 圧力及び熱に変換する。しかしながらこの多重のエネルギー変換によって、かな りのエネルギー損失が生じるので、その際、点火のために利用される電圧は、k Vの範囲になければならない。米国特許第5080016号明細書は、相応して 水素を蓄積するために、適当な材料として元素、チタン、ジルコニウム、ニッケ ル及びパラジウムを指定している。 一般に金属水素化物内における水素蓄積も周知とみなされるが、このことは、 ほとんどの場合、金属の強度への不利な効果(水素禍)として不所望である。こ の効果は、目的とする水素の蓄積のためにも使用することができる(ベルクマン /シェーファ:Lehrbuch der Experimentalphys ik、第6巻、1992、第452頁以後参照)。 本発明の課題は、わずかな初期設定エネルギーによって点火することができ、 かつこれをできるだけわずかな効率損失によって花火技術的な点火物質に伝達す る、薄膜点火要素を開発することにある。薄膜点火要素は、その他に簡単にかつ 多くの個数で製造可能なようにする。 本発明によれば、この課題は、請求の範囲第1項の特徴部分の特徴によって、 かつ請求の範囲第11項の特徴部分の特徴による製造方法によって解決される。 薯しく小さな初期設定エネルギーの際に、ハフニウム−及び/又は チタン水素化物から直接花火技術的な作用物質への物理的、化学的及び熱的なエ ネルギー取込みの連結は、本発明にとって特徴的である。チタン又はハフニウム からなる点火ブリッジ層の他に、そのそれぞれの有利な特性を連結する両方のも のの混合物も提供される。 このようにして点火を進行するために、<50Vの低ボルト電圧及び数ミリジ ュールの範囲における初期設定エネルギーで十分である。その際、すでにほぼ4 50°ないし800℃の局所的温度において分解するハフニウム−及び/又はチ タン水素化物の特性は、エネルギー節約にとって重要であり、一方従来ほぼ16 60℃の溶融温度を調達しなければならなかった。その際、ハフニウムの割合が 増加するとともに、それぞれ分解温度は高くなる。 しかしハフニウム−及び/又はチタン水素化物の分解の際、原子水素が遊離さ れ、このことは、点火ブリッジ層と花火技術的な作用物質との間のかなりの圧力 上昇に通じる。さらに原子水素自体が、点火剤(酸素及び花火技術的な作用物質 の構成部分との化学反応)として作用する。その際、プラズマの形成に至ること もある。 利用された金属構成部分、チタンは、プロセス技術的に簡単に管理することが でき、かつ基礎となる動作様式を有するので、分解の際に遊離する反応水素の作 用、及び生じるプラズマの作用の他に、加熱された金属原子によりエネルギー取 込みも多く、このことは、点火過程を促進する。 利用された金属構成部分、ハフニウムは、さらに大きな固有原子量の点で優れ ているので、分解の際に遊離する反応水素の作用、及び生じるプラズマの作用の 他に、さらに重い金属原子によりエネルギー取込みもとくに大きく、このことは 、点火過程を促進する。水素の拡散流出に関するハフニウム水素化物において高 い熱的安定性、及びすでにまさしく良好なチタンに対してさらに高い金属水素化 物層の分解温度は、別の金属水素化物層と比較してさらに有利であり、このこと は、 熱的な環境の影響に対する安定性に、かつ点火要素の総合寿命に、それ自体望ま しいものとして作用する。 エネルギー取込みのこの連結は、花火技術的な作用物質のマイクロ秒範囲にあ るきわめて急速な点火に通じ、このことは、点火要素のほとんどすべての実際の 用途においてきわめて有利である。 低い点火電圧及び初期設定エネルギーにより、給電のために直接かつ高価な電 圧増幅器なしで、すでに自動車バッテリー等で十分である。それ故にこれらの点 火要素は、エアバッグ及びその他の乗客保護装置のために点火器としてとくに有 利に利用することができる。 点火ブリッジ層の下の断熱層は、支持体基板への熱放出によるエネルギー損失 を減少し、かつそれにより花火技術的な作用物質の方向に流れる、したがって有 効なエネルギー量を増加する。それ故に断熱層の構造幾何学及びとくに厚さを変 更することにより、点火時間及び最小限必要な点火電圧にも作用を及ぼすことが できる。 半導体プロセスと両立する製造プロセスを適用し、かつ支持体基板として半導 体基板を利用することによって、小さな空間において、動作能力を監視するセン サ(例えば湿度−及び温度センサ)とマイクロエレクトロニクス回路における制 御−及び監視電子装置との統合が可能になる。高周波妨害パルス及びEMV作用 に対して点火要素を保護する回路技術上の処置は、同様に有利に実現することが できる。 点火ブリッジと接点との間のできるだけ小さな接合抵抗を保証するために、ま ず点火ブリッジ層から点火ブリッジに対して大きな面積の接点面を形成し、かつ これらをできるだけ完全に接点の金属化層に接触させる。点火ブリッジ層上にお ける金属化層の堆積の他に、点火ブリッジ層に反対側から接触する支持体基板に 集積化された導体路範囲からなる下向き接触も考えることができる。この時、点 火ブリッジ層は、支持体基板表面に又は場合によっては中間に押出された構造化 された金属化層上に堆積することもできる。 0.2と2μmの間の点火ブリッジ層は、ほぼ50μΩmのチタン水素化物の 比抵抗の際に、0.5ないしほぼ200Ωの点火ブリッジ層の電気的総合抵抗の 優先的な範囲において、点火ブリッジのまさしく大きな表面積、及び点火ブリッ ジの長さと幅による良好な変更可能性を可能にする。 本発明による点火要素を製造するために必要な方法は、請求の範囲第11項に 記載されており、その際、とくに従来の温度プロセスに対してまさしく低いほぼ 350℃の温度は、水素蓄積にとってきわめで有利である。それより低い温度( 300℃以下)においてプロセス期間はかなり増加するが、一方それより高い温 度(400℃以上)において、すでにチタン水素化物の分解プロセスが始まるの で、水素の蓄積は、全く又はかなり困難なプロセス条件(圧力等)の下でしか可 能にならない。ハフニウムの割合が多い際、温度耐久性が増加する。 これに関連して請求の範囲第13項による変形も考慮され、それによれば金属 化層の堆積の際に、点火ブリッジ層が冷却されるので、局所的な温度は、350 ℃を越えない。 その際、すべての製造ステップは、半導体工場における製造に対しで両立する ように構成されており、かつそれにより支持体基板としてシリコンウエハを利用 し、このシリコンウエハをすべての製造ステップの後に初めて裁断することによ って、多数の点火要素に対して同時に実現することができる。 次に本発明を実施例及び所属の図面によって詳細に説明する。 ここでは: 図1は、断熱層を有する支持体基板上に堆積されかつ構造化されたTiHx点 火ブリッジ層(0.2<x<2)を備えた点火要素を示し、 図1aは、接点金属化部を持たない平面図として示し、 図1bは、接点金属化部を有する平面図として示し、かつ 図1cは、断面図として示し、 図2は、断熱層を有する支持体基板上に堆積されかつ構造化されたTiHx点 火ブリッジ層(0.2<x<2)を備えた点火要素を示し、 図2aは、接点金属化部を持たない平面図として示し、 図2bは、接点金属化部を有する平面図として示し、かつ 図2cは、断面図として示し、 図3は、点火構造の熱力学的に有効な長さl及び幅bを示し、 図4は、点火回路の基本回路図を示し、 図5は、断熱層を持たずかつ直接取付けられた花火技術的な作用物質を有する 支持体基板上に堆積されかつ構造化されたTiHx点火ブリッジ層(0.2<x <2)を備えた点火要素を示し、 図6は、断熱層を有しかつわずかな間隔を置いて取付けられた花火技術的な作 用物質を有する支持体基板上に堆積されかつ構造化されたTiHx点火ブリッジ 層(0.2<x<2)を備えた点火要素を示し、 図7は、支持体基板から外へ案内された点火ブリッジ層の接触部を有する点火 要素を示し、 図8は、点火ブリッジ上に阻止層を有する点火要素を示している。 すべての製造ステップ及び層が通して半導体プロセスと両立することは、次に 図示するすべての実施例にとって基本的な意味を有する。それぞれ1つだけの薄 膜点火要素が示されているが;これは、半導体基板ウエハ上における多数の同じ 点火要素の有するように実現される。しかし基本的に半導体基板の代わりに、別 の支持体基板、例えばガラス−又はセラミック面を利用することも可能である。 層の厚さ、−幅及び−長さの表示は、概略的であり、かつ縮尺どおりではない。 図1に、断熱層3を有する支持体基板4上にTiHx;(0.2<x<2)及び /又はハフニウム水素化物HfHx;(0.025<x<2)からなるすでに堆積 され、構造化されかつ水素添加された点火ブリッジ層2を備えた点火要素が示さ れている。 断熱層3は、この実施例においてエピタキシャル堆積された閉じた SiO2層として構成されている。しかし基本的にこれは、シリコン基板表面の 酸化によって製造することもできる。その上さらに別の物質も、断熱に適してい る。しかしながら断熱層3によっても又は断熱層3を省略した場合、支持体基板 4によっても、点火ブリッジ層2が電気的に短絡されないということは、動作に とって重要である。 点火ブリッジ層の接点面21(図1a参照)は、接点1に対してできるだけわ ずかな接合抵抗を達成するために、広げて構成されている。相応して接触を容易 にするために、接点1は、Al層として又は高導電度の材料からなる別の層とし て実現される(図1b及び図1c参照)。接点面21の寸法は、それぞれ必要な接 触条件にしたがっている。図1cにおいて、もう一度層の順序が断面図で明らか になり、その際、断熱層3の可変の厚さdは、点火時点及び最小限必要な点火電 圧に影響を及ぼす。すなわち点火ブリッジ層2に電流が流れると、危険な分解温 度に達するまでの時間は、大体において断熱層3の熱伝導度に依存している。さ らに大きな熱量が断熱層3を介して支持体基板4に流出することができる場合、 点火時点は遅れるが、又はさらに大きな電力を変換しなければならず、このこと は、さらに高い点火電圧を意味する。 図2が第2の実施例として示すように、ハフニウム−及び/又はチタン水素化 物層2は、点火時点の遅れが望ましく、又は点火電圧が相応して高く選択され、 かつさらに支持体基板が電気的に導通しない場合、支持体基板4上に直接堆積す ることもできる。ぞの際、接点1は、再び構造化された点火ブリッジ層2上に堆 積されている(図2b及び2c参照)。 図3は、点火ブリッジ層2の最終的に有効な表面を明らかにしている。この図 3においても、有効長さl及び幅bの点火ブリッジ2の長方形の構造が選択され ている。この構造は、周知の式、R=ρI/A及びP=U*2/Rを介して、と くに簡単に理論的に計算され、かつ さらに製造技術的に簡単に寸法を決めることができる。点火時間及び点火電圧の ような危険な点火特性は、それにより整合することができる。 図4は、点火回路の基本回路図を示している。点火は、金属化された接点1に 低ボルト範囲におある電圧Uを加えることによって行なわれる。始まった電流流 通のため、点火ブリッジ2のジュール加熱が生じ、この点火ブリッジは、それか らその加熱及び化学的分解(反応水素の遊離)及びプラズマ放電によって、直接 上に載せた花火技術的な作用物質5(図5参照)における点火過程を開始する。 その際、厚い金属原子及び圧力が、大きな面積の点火を引起こす。 花火技術的な作用物質5の配置は、水素反応及びプラズマ作用の他に、直接の 熱伝導も利用するために、一方において直接点火ブリッジ層2の上に行なわれる (図5参照)。又はとりわけ純粋なプラズマ作用を利用するために、点火ブリッジ 層2に対する間隔を決める中間層6によって、わずかな間隔7が実現される(図 6参照)。 この時、図7は、なお別の実施例を示しており、ここでは点火ブリッジ層2は 、花火技術的な作用物質とは反対の下側から接点面21の範囲において接触され る。接点1は、例えば支持体基板上側に埋め込まれている。接点1の間かつ点火 ブリッジ層2の有効範囲の下に、断熱層3が設けられており、この断熱層は、点 火ブリッジ層2を熱的にかつ電気的に支持体基板4から絶縁している。接点1に 向かって支持体基板は、導体路範囲4.1を有し、これらの導体路範囲は、例え ば高ドーピングされた支持体基板材料(Si)からなる。両方の導体路範囲4. 1は、支持体基板4における絶縁トレンチ4.2によって互いに絶縁されている 。この実施例の利点は、場合によってはAl層及び接点への外部端子の省略にあ る。さらに花火技術的な作用物質と点火ブリッジ層との間の接触は、簡単化され 、かつ改善される。 前に説明しかつ図に示した実施例の他に、とくに点火ブリッジ層の 例えば円形の別の構成も考えられる。 図8に再び断面図において、本発明の別の変形の実施例が示されており、それ によれば、接点1の間の点火ブリッジの有効な範囲における点火ブリッジ層2上 に、阻止層7が堆積されている。例えば酸化物材料からなるこのような阻止層7 によって、分解のために必要な温度への点火ブリッジ層の加熱プロセスは、圧力 上昇によって促進することができる。層の厚さ及びその構造(目標割り位置とし ての阻止層7の局所的な先細部等)は、その際、反応水素の遊離の及び膨張の開 始の後に、阻止層7があらかじめ定義された圧力の際に開き、かつ熱い水素ガス 及び点火ブリッジ層の熱い粒子及び生じる場合にはプラズマも、花火技術的な作 用物質に又はその中に到達できるように選定されている。 なるべく阻止層7も、これが点火ブリッジ層2の反応の開始の際に直接破壊さ れるような厚さだけになっている。阻止層7は、点火ブリッジ層2を橋絡しない ようにするために、少なくとも直接点火ブリッジ層2にあるものが電気的に絶縁 されていなければならない材料又は層の系列からなることができる。しかしなが ら金属化されたカバー層における反射によって熱が、阻止層7の破壊の前に点火 ブリッジ層2に戻るように反射され、かつそれによりこれを一層迅速に加熱する ので、阻止層7のカバー層として部分的な金属堆積が考えられる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION         Thin-film ignition element for pyrotechnic active substances and method of manufacturing the same   The invention relates to a fireworks technical active substance according to the preamble of claim 1. Thin-film ignition element and its manufacturing method according to the preamble of claim 11. I do.   According to DE 422 22 223 A1 claims The electric igniting means described in the generic term above is known.   In a conventional ignition element, a thin wire bridge with a small resistance (2Ω) Heated and evaporated by the loose. With this purely thermal pulse At this time, the pyrotechnic active substance is ignited. At that time, the Federal Republic of Germany patent No. 4,222,223, wherein titanium, titanium nitride or titanium There has been proposed a thin film ignition bridge made of an alloy containing: Because titanium or titanium Tan nitrides have a high thermal conductivity and a high Based on the electrical resistance, a large area and uniformity of pyrotechnic active substances during melting This is because a proper heating is guaranteed. However, titanium has a melting point above 1660 ° C. Has; titanium nitride is over 2900 ° C and ordinary titanium alloy is more than Therefore, the ignition energy required for this is extremely large.   The basic method of operation is the same as that of thermal characteristics, preferably semiconductor materials, polysilicon. Other variations utilizing the components described in U.S. Pat. No. 4,708,060. I have. This takes advantage of the negative temperature coefficient of the resistive material that occurs after the elevated temperature. You. This means that in addition to heat transfer at the moment of ignition, the formation of a lean plasma and convective pressure Causes a shrinkage effect. The configuration can then be compared to a resistive bridge.   Another basic ignition scheme described in U.S. Pat. Based on the use of nitride films. This cantilever supported A synthetic band is mounted on the film that has been Is dispersed by thermal decomposition of the hydride layer (gas pressure generation) for Part of the sash (flyer) is accelerated and spaced fireworks technical work Material, where the pressure action (shock wave) of the impinging synthetic part Ignition by The electrical energy supplied is thereby firstly heat energy And pressure, which again leads to the kinetic energy of the flyer, Flyers use this kinetic energy to collide with pyrotechnic agents, Converts to pressure and heat. However, due to this multiple energy conversion, Energy loss occurs, so that the voltage used for ignition is k Must be in the V range. U.S. Pat. No. 5,508,0016 correspondingly describes Suitable materials for storing hydrogen include elements, titanium, zirconium, nickel And palladium are specified.   Generally, hydrogen accumulation in metal hydrides is also considered well known, In most cases, this is undesirable as a detrimental effect on metal strength (hydrogen damage). This Can also be used for the storage of hydrogen of interest (Bergman / Shafer: Lehrbuch der Experimentalphys ik, Vol. 6, 1992, pp. 452 et seq.).   The object of the present invention is to be able to ignite with little initial energy, And transfer it to the pyrotechnic ignition material with as little loss of efficiency as possible To develop a thin film ignition element. Thin-film ignition elements are also easier and It can be manufactured in large numbers.   According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. The problem is solved by a manufacturing method according to the features of the characterizing part of claim 11.   With a small initial energy, hafnium and / or Physical, chemical and thermal effects from titanium hydride directly to pyrotechnic agents The coupling of energy uptake is characteristic of the present invention. Titanium or hafnium Besides the ignition bridge layer consisting of A mixture of is also provided.   In order to proceed with the ignition in this way, a low volt voltage of <50 V and several milli An initial energy in the range of the module is sufficient. At that time, almost 4 Hafnium and / or titanium which decomposes at a local temperature of 50 ° to 800 ° C. The properties of tan hydrides are important for energy savings, while A melting temperature of 60 ° C. had to be procured. At that time, the ratio of hafnium As the temperature increases, the decomposition temperature increases.   However, during the decomposition of hafnium and / or titanium hydride, atomic hydrogen is liberated. This means that there is considerable pressure between the ignition bridge layer and the pyrotechnic agent. Leads to the rise. In addition, atomic hydrogen itself is used as an igniter (oxygen and pyrotechnic agents) (A chemical reaction with the constituent parts). At that time, it leads to the formation of plasma There is also.   The metal components used, titanium, can be easily managed technically And has a basic mode of operation, so the production of reactive hydrogen released during decomposition Energy, as well as the action of the resulting plasma This also facilitates the ignition process.   The metal component used, hafnium, is superior in terms of even greater intrinsic atomic weight. The effect of reactive hydrogen released during decomposition and the effect of plasma In addition, the energy absorption is heavier due to the heavier metal atoms, Accelerate the ignition process. High in hafnium hydride for hydrogen diffusion effluent High thermal stability and even higher metal hydrogenation for already very good titanium The decomposition temperature of the material layer is more advantageous compared to another metal hydride layer, Is It is desirable for stability against the effects of thermal environment and for the overall life of the ignition element. Acts as a new thing.   This coupling of energy uptake is within the microsecond range of pyrotechnic agents. This leads to a very rapid ignition, which Very advantageous in application.   Low ignition voltage and default energy make direct and expensive electricity supply possible. Without a voltage amplifier, a car battery or the like is already sufficient. Hence these points Fire elements are particularly useful as igniters for airbags and other passenger protection devices. It can be used conveniently.   The thermal insulation layer below the ignition bridge layer provides energy loss due to heat release to the support substrate And thereby flow in the direction of the pyrotechnic agent, and thus Increase effective energy. Therefore, the structural geometry and especially the thickness of the insulation Can affect the ignition time and the minimum required ignition voltage. it can.   Applying a manufacturing process compatible with semiconductor processes and semi-conductor as a support substrate By using the body board, a sensor for monitoring the operation capability in a small space Sensors (eg humidity and temperature sensors) and controls in microelectronic circuits Integration with control and monitoring electronics is enabled. High frequency interference pulse and EMV action Circuit measures to protect the ignition element against can likewise be realized advantageously. it can.   To ensure the smallest possible junction resistance between the ignition bridge and the contacts, Forming a large area contact surface from the ignition bridge layer to the ignition bridge, and They are brought into contact with the metallization layer of the contacts as completely as possible. On the ignition bridge layer In addition to the deposition of the metallization layer, the support substrate contacting the ignition bridge layer from the opposite side Downward contacts consisting of integrated conductor track areas are also conceivable. at the time The fire bridge layer is a structured extruded on the support substrate surface or optionally in the middle It can also be deposited on a deposited metallization layer.   The ignition bridge layer between 0.2 and 2 μm is approximately 50 μΩm titanium hydride. In the case of specific resistance, 0.5 to almost 200 Ω of the total electrical resistance of the ignition bridge layer In the priority area, the very large surface area of the ignition bridge and the ignition bridge Allows good changeability due to the length and width of the jig.   The method required for producing an ignition element according to the invention is described in claim 11 Are described, especially at very low levels for conventional temperature processes. A temperature of 350 ° C. is extremely advantageous for hydrogen storage. Lower temperature ( (Less than 300 ° C.), the process duration increases significantly, while higher temperatures Temperature (over 400 ° C), the decomposition process of titanium hydride has already started And the accumulation of hydrogen is only possible under very or very difficult process conditions (pressure, etc.). It doesn't work. When the proportion of hafnium is high, the temperature durability increases.   In this connection, variants according to claim 13 are also taken into account, according to which During the deposition of the passivation layer, the local temperature is 350 Do not exceed ° C.   All manufacturing steps are compatible with manufacturing in semiconductor factories. And thus use a silicon wafer as a support substrate The silicon wafer is cut for the first time after all manufacturing steps. Therefore, it can be realized simultaneously for many ignition elements.   Next, the present invention will be described in detail with reference to examples and the accompanying drawings.   here:   FIG. 1 shows a TiHx point deposited and structured on a support substrate with a thermal insulation layer. FIG. 3 shows an ignition element with a fire bridge layer (0.2 <x <2);     FIG. 1a shows a plan view without contact metallization,     FIG. 1b shows a plan view with contact metallization, and     FIG. 1c is shown as a cross-sectional view,   FIG. 2 shows a TiHx point deposited and structured on a support substrate with a thermal insulation layer. FIG. 3 shows an ignition element with a fire bridge layer (0.2 <x <2);     Figure 2a shows a plan view without contact metallization,     Figure 2b shows a plan view with contact metallization, and     FIG. 2c is shown as a sectional view,   FIG. 3 shows the thermodynamically effective length l and width b of the ignition structure;   FIG. 4 shows a basic circuit diagram of the ignition circuit,   FIG. 5 has a pyrotechnic active substance without a thermal insulation layer and attached directly TiHx ignition bridge layer deposited on a support substrate and structured (0.2 <x Fig. 3 shows an ignition element provided with <2),   FIG. 6 shows a fireworks technical work with an insulating layer and mounted at a slight distance. TiHx ignition bridge deposited and structured on a support substrate having an application material Fig. 3 shows an ignition element with layers (0.2 <x <2);   FIG. 7 shows an ignition with contacts of an ignition bridge layer guided out of a support substrate. Indicates the element,   FIG. 8 shows an ignition element having a blocking layer on the ignition bridge.   All manufacturing steps and layers being compatible with semiconductor processes through It has a fundamental meaning for all the embodiments shown. Only one thin each Although a film ignition element is shown; this is a number of the same on a semiconductor substrate wafer. It is realized so that the ignition element has. But basically, instead of a semiconductor substrate, It is also possible to utilize a support substrate, for example a glass or ceramic surface. The indications of layer thickness, -width and -length are schematic and not to scale.   FIG. 1 shows that TiHx; (0.2 <x <2) and TiHx on a support substrate 4 having a heat insulating layer 3. And / or hafnium hydride HfHx; (0.025 <x <2) already deposited Element with a structured, hydrogenated ignition bridge layer 2 Have been.   The thermal insulation layer 3 was closed epitaxially deposited in this example. It is configured as a SiO2 layer. But basically this is the surface of the silicon substrate It can also be produced by oxidation. Yet other substances are also suitable for insulation. You. However, when the heat insulating layer 3 is used or the heat insulating layer 3 is omitted, the support substrate 4 also indicates that the ignition bridge layer 2 is not electrically short-circuited. It is important.   The contact surface 21 (see FIG. 1 a) of the ignition bridge layer It is expanded to achieve a low junction resistance. Correspondingly easy contact In order to achieve this, the contact 1 can be made as an Al layer or another layer made of a highly conductive material. (See FIGS. 1b and 1c). The dimensions of the contact surface 21 Follows touch conditions. In FIG. 1c, again the order of the layers is evident in the cross-sectional view In this case, the variable thickness d of the heat insulating layer 3 depends on the ignition point and the minimum required ignition voltage. Affects pressure. That is, when a current flows through the ignition bridge layer 2, a dangerous decomposition temperature is generated. The time to reach the temperature depends to a large extent on the thermal conductivity of the thermal insulation layer 3. Sa When a larger amount of heat can flow out to the support substrate 4 through the heat insulating layer 3, The ignition point is delayed, or more power must be converted, Means higher ignition voltage.   As FIG. 2 shows as a second embodiment, hafnium and / or titanium hydride The material layer 2 is preferably delayed in ignition time or the ignition voltage is selected to be correspondingly high, In addition, when the support substrate is not electrically conducted, the support substrate is directly deposited on the support substrate 4. You can also. In this case, the contact 1 is deposited on the structured ignition bridge layer 2 again. (See FIGS. 2b and 2c).   FIG. 3 reveals the final effective surface of the ignition bridge layer 2. This figure 3, a rectangular structure of the ignition bridge 2 having an effective length 1 and a width b is selected. ing. This structure, via the well-known equations, R = ρI / A and P = U * 2 / R, Very easily calculated theoretically, and Further, the dimensions can be easily determined in terms of manufacturing technology. Ignition time and ignition voltage Such dangerous ignition characteristics can thereby be matched.   FIG. 4 shows a basic circuit diagram of the ignition circuit. Ignition is applied to metallized contact 1 This is done by applying a voltage U which is in the low volt range. Current flow started As a result, Joule heating of the ignition bridge 2 occurs, and this ignition bridge Directly by heating and chemical decomposition (release of reactive hydrogen) and plasma discharge The ignition process in the pyrotechnical active substance 5 (see FIG. 5) mounted above is started. In so doing, the thick metal atoms and pressure cause a large area of ignition.   The arrangement of the pyrotechnical active substance 5 is, in addition to the hydrogen reaction and the plasma action, On the one hand, directly on the ignition bridge layer 2 in order to also utilize heat conduction (See FIG. 5). Or an ignition bridge, especially to take advantage of pure plasma action A small spacing 7 is realized by the intermediate layer 6 which determines the spacing for the layer 2 (FIG. 6).   At this time, FIG. 7 shows still another embodiment, in which the ignition bridge layer 2 is Contacted in the area of the contact surface 21 from the lower side opposite to the pyrotechnic active substance You. The contact 1 is embedded, for example, on the upper side of the support substrate. Between contacts 1 and ignition Below the effective area of the bridge layer 2, a heat insulating layer 3 is provided. The fire bridge layer 2 is thermally and electrically insulated from the support substrate 4. To contact 1 The carrier substrate has conductor track areas 4.1, which are, for example, It consists of a highly doped support substrate material (Si). 3. both conductor track areas 1 are insulated from one another by insulating trenches 4.2 in the carrier substrate 4 . The advantage of this embodiment is that in some cases the omission of external terminals to the Al layer and the contacts. You. Furthermore, the contact between the pyrotechnic active substance and the ignition bridge layer is simplified. And improved.   In addition to the previously described and illustrated embodiment, in particular, the ignition bridge layer For example, another circular configuration is also conceivable.   FIG. 8 shows, again in cross section, another variant embodiment of the invention. On the ignition bridge layer 2 in the effective area of the ignition bridge between the contacts 1 A blocking layer 7 is deposited. Such a blocking layer 7 of, for example, an oxide material Due to the heating process of the ignition bridge layer to the temperature required for decomposition, the pressure Can be promoted by ascent. Layer thickness and its structure (Target split position The local taper of all the blocking layers 7) can then be achieved by opening up the liberation and expansion of the reactive hydrogen. After the start, the blocking layer 7 opens at a predefined pressure and hot hydrogen gas The hot particles in the ignition bridge layer and, if formed, the plasma are also pyrotechnic Are selected to be able to reach or into the application material.   Preferably, the blocking layer 7 is also destroyed directly at the start of the reaction of the ignition bridge layer 2. It is only as thick as it can be. The blocking layer 7 does not bridge the ignition bridge layer 2 To ensure that at least what is directly on the ignition bridge layer 2 is electrically insulated It can consist of a series of materials or layers that must be made. But Heat is ignited before the destruction of the blocking layer 7 by reflection in the metallized cover layer. It is reflected back to the bridge layer 2 and thereby heats it up more quickly Therefore, partial metal deposition is considered as a cover layer of the blocking layer 7.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),JP,KR,U S (71)出願人 テーエルヴエー エアバツグ システムズ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンク テル ハフツング ドイツ連邦共和国 デー−84544 アツシ ヤウ アム イン ヴエルンヘル−フオン −ブラウン−シユトラーセ1 (72)発明者 ラウヒト,ホルスト ドイツ連邦共和国 デー―83052 ブルツ クミユール ヘルマン―レンス―ヴエーク 16 (72)発明者 エールベツク,ハインツ―ヴイルヘルム ドイツ連邦共和国 デー―24989 ドレル プイム・ヴインケル3 (72)発明者 ライヒヤルト,ホルスト ドイツ連邦共和国 デー―01219 ドレス デン クラインシユタインシユトラーセ14 (72)発明者 テイーデルレ,ヴイクトル ドイツ連邦共和国 デー−73265 デツテ インゲン リムブルクシユトラーセ70 (72)発明者 ヴアイス,ウヴエ ドイツ連邦共和国 デー−09126 シエム ニツツ フエツテルシユトラーセ35 (72)発明者 シヨルツ,マルクス ドイツ連邦共和国 デー−79424 アウゲ ン リンデンヴエーク8────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), JP, KR, U S (71) Applicant TLV Airbag Systems               Gesellsyaft Mitsut Vesiylenk             Ter Huffung             Germany Day-84544 Atsushi             Yau am in Wuerngel-Fuon             -Brown-Shuttlese 1 (72) Laucht, Horst             Germany Day 83052 Wurz             Kumiyur Hermann-Lens-Voueg             16 (72) Inventors Ehrbeck, Heinz-Veilhelm             Germany Day-24989 Dorell               Puim Winkel 3 (72) Inventor Reichart, Horst             Germany Day 01219 Dress             Den Klein Shuttle Shutase 14 (72) Inventor Teidlelle, Viktor             Germany Day 73265 Detete             Haricot Limburg Shuttlese 70 (72) Inventor Vuice, Uvue             Germany Day-09126 Siem             Nitsutsu Fetzer Shuttle 35 (72) Inventor Schjortz, Marx             Federal Republic of Germany Day-79424 Auge             N Lindenweg 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.支持体基板(4)からなり、この支持体基板上において2つの電気接点( 1)が、化学的及び熱的に活性な点火ブリッジ層(2)を介して互いに接続され ており、この点火ブリッジ層が、その接点(1)に加えられる電圧(U)のため に点火される、花火技術的な作用物質(5)を点火する薄膜点火要素において、 点火ブリッジ層(2)が、水素添加されたハフニウム−及び/又はチタン層であ ることを特徴とする、花火技術的な作用物質(5)を点火する薄膜点火要素。 2.点火ブリッジ層(2)が、プラズマ放電によって点火されることを特徴と する、請求項1に記載の薄膜点火要素。 3.点火ブリッジ層(2)の下において支持体基板(4)に向かっで断熱層( 3)があることを特徴とする、請求項1又は2に記載の薄膜点火要素。 4.接点(1)が、2つの金属化層として構成されており、これらの金属化層 が、点火ブリッジ層(2)から形成された接点面(21)に大きな面積で接触し ていることを特徴とする、前記請求項の1つに記載の薄膜点火要素。 5.点火時間及び最小限必要な点火電圧(U)が、点火ブリッジ層(2)の構 造の幾何学の変更によって、かつ層の厚さの変更によって、直接調節されること を特徴とする、前記請求項の1つに記載の薄膜点火要素。 6.点火ブリッジ層(2)が、0.2ないし2μmのほぼ一定の層厚を有する ことを特徴とする、請求項5に記載の薄膜点火要素。 7.点火時間及び最小限必要な点火電圧(U)が、点火ブリッジ層(2)の下 にある断熱層(3)の構造の幾何学の変更によって、かつ層の厚さの変更によっ て、直接調節されることを特徴とする、前記請求項の1つに記載の薄膜点火要素 。 8.断熱層(3)が、0.5ないし3μmのほぼ一定の層厚を有し、かつシリ コン酸化物からなることを特徴とする、請求項7に記載の薄膜点火要素。 9.点火時間及び最小限必要な点火電圧を変更するために、0.5と200Ω の間の、なるべくほぼ20Ωにおける点火ブリッジ層のオーム性抵抗が成立し、 かつ花火技術的な作用物質(5)に対するかつ断熱層(3)に対する点火ブリッ ジ層(2)の表面積が、25と100000μm*2の間の大きさを有するよう に、点火ブリッジ層(2)の構造幾何学と層厚が設定されることを特徴とする、 前記請求項の1つに記載の薄膜点火装置。 10.点火ブリッジ層(2)が、ハフニウム成分を含まないチタンからなり、 かつチタン水素化物(TiHx)のチタン対水素の原子組成比(x)が、0.5 ないし2.0の範囲にあることを特徴とする、前記請求項の1つに記載の薄膜点 火要素。 11.点火ブリッジ層(2)が、チタン成分を含まないハフニウムからなり、 かつ水素添加されたハフニウム層(HfHx)の水素/ハフニウムの原子組成比 (x)が、0.025ないし2.0の範囲にあることを特徴とする、前記請求項 の1つに記載の薄膜点火要素。 12.水素添加されたハフニウム層のパーセント水素含有量が、2.25ない し66.4パーセントの範囲にあることを特徴とする、請求項11に記載の薄膜 点火要素。 13.点火ブリッジ層(2)が、水素添加されたハフニウム−チタン−混合物 からなることを特徴とする、前記請求項の1つに記載の薄膜点火要素。 14.点火ブリッジ層(2)上に、花火技術的な作用物質(5)に向かって熱 的及び電気的に絶縁する阻止層(7)が取付けられ、この阻止層が、材料及び構 造において、点火ブリッジ層(2)の反応によって定義された圧力に達した際に 破壊されるような特性を有すること を特徴とする、前記請求項の1つに記載の薄膜点火要素。 15.支持体基板(4)が、点火制御のために集積化された構成要素を備えた 半導体基板であり、かつ点火ブリッジ層(2)の接点面(21)が、支持体基板 (4)内に集積化された導体路範囲(4.1)に接続されていることを特徴とす る、前記請求項の1つに記載の薄膜点火要素。 16.a)まずチタン又は/及びハフニウムからなる層を堆積し、かつ点火ブ リッジ層(2)及び接点面(21)の選ばれた構造幾何学に相応して構造化し、 かつ b)次に熱処理によって水素を蓄積し、その際、熱処理の間の温度が、なるべ くほぼ350℃に維持される ことを特徴とする、前記請求項の1つに記載の薄膜点火要素の製造方法。 17.チタン及び/又はハフニウムの堆積の前に、まず半導体プロセスにおい て、支持体基板(4)におけるマイクロエレクトロニクス回路及び断熱層(3) が実現されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。 18.チタン及び/又はハフニウムの水素添加の後に、アルミニウム層が堆積 され、かつ接点(1)として、点火ブリッジ層(2)の接点面(21)の形に相 応して構造化され、その際、なるべく支持体基板(4)及び点火ブリッジ層(2 )からなる装置が、350℃以下の点火ブリッジ層(2)の温度を維持するよう に、局所的に冷却されることを特徴とする、請求項17に記載の方法。 19.支持体基板(4)としてのシリコンウエハ上に複数の点火要素が実現さ れることを特徴とする、請求項18に記載の方法。 20.自動車における乗客保護装置のための、とくにエアバッグのための点火 器としての、請求項1ないし15の1つに記載の薄膜点火要素の利用。[Claims]   1. It consists of a support substrate (4) on which two electrical contacts ( 1) are connected to each other via a chemically and thermally active ignition bridge layer (2). And this ignition bridge layer has a voltage (U) applied to its contact (1). A thin-film ignition element for igniting a pyrotechnic active substance (5), The ignition bridge layer (2) is a hydrogenated hafnium and / or titanium layer; A thin-film ignition element for igniting a pyrotechnic active substance (5).   2. The ignition bridge layer (2) is ignited by a plasma discharge. The thin film ignition element according to claim 1, wherein:   3. Under the ignition bridge layer (2), towards the support substrate (4), a thermal insulation layer ( 3. The thin-film ignition element according to claim 1, wherein 3) is present.   4. The contact (1) is configured as two metallization layers and these metallization layers Contact a large area on the contact surface (21) formed from the ignition bridge layer (2). A thin-film ignition element according to one of the preceding claims, characterized in that:   5. The ignition time and the minimum required ignition voltage (U) depend on the structure of the ignition bridge layer (2). Directly adjusted by changing the geometry of the structure and by changing the thickness of the layers A thin-film ignition element according to one of the preceding claims, characterized in that:   6. The ignition bridge layer (2) has a substantially constant layer thickness of 0.2 to 2 μm A thin film ignition element according to claim 5, characterized in that:   7. The ignition time and the minimum required ignition voltage (U) are below the ignition bridge layer (2). By changing the geometry of the structure of the thermal insulation layer (3) and the thickness of the layer. Thin-film ignition element according to one of the preceding claims, characterized in that it is adjusted directly. .   8. The thermal insulation layer (3) has a substantially constant layer thickness of 0.5 to 3 μm and 8. The thin-film ignition element according to claim 7, comprising a conoxide.   9. 0.5 and 200Ω to change ignition time and minimum required ignition voltage , An ohmic resistance of the ignition bridge layer of approximately 20Ω is established, And an ignition bridge for the pyrotechnic active substance (5) and for the thermal insulation layer (3). So that the surface area of the bilayer (2) has a size between 25 and 100000 μm * 2 Wherein the structural geometry and layer thickness of the ignition bridge layer (2) are set. A thin film ignition device according to one of the preceding claims.   10. The ignition bridge layer (2) is made of titanium containing no hafnium component; And the atomic composition ratio (x) of titanium to hydrogen of titanium hydride (TiHx) is 0.5 2. The thin film point according to claim 1, wherein the thickness of the thin film point is in the range of .about.2.0. Fire element.   11. The ignition bridge layer (2) is made of hafnium containing no titanium component; And hydrogen / hafnium atomic composition ratio of the hydrogenated hafnium layer (HfHx) The above claim, wherein (x) is in the range of 0.025 to 2.0. A thin film ignition element according to one of the preceding claims.   12. Percent hydrogen content of the hydrogenated hafnium layer is not 2.25 12. The thin film according to claim 11, wherein the thickness is in the range of 66.4%. Ignition element.   13. The ignition bridge layer (2) is a hydrogenated hafnium-titanium mixture A thin-film ignition element according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of:   14. On the ignition bridge layer (2), heat is directed towards the pyrotechnic active substance (5). An electrically and electrically insulating blocking layer (7) is applied, which comprises a material and a structure. When the pressure defined by the reaction of the ignition bridge layer (2) is reached Have destructive properties A thin-film ignition element according to one of the preceding claims, characterized in that:   15. Support substrate (4) with integrated components for ignition control The contact surface (21) of the ignition bridge layer (2) is a semiconductor substrate, (4) connected to a conductor path area (4.1) integrated therein. A thin-film ignition element according to one of the preceding claims.   16. a) first deposit a layer of titanium and / or hafnium and Structured according to the selected structural geometry of the ridge layer (2) and the contact surface (21), And   b) Next, heat treatment accumulates hydrogen, wherein the temperature during the heat treatment is preferably Maintained at about 350 ° C   A method for manufacturing a thin-film ignition element according to one of the preceding claims, characterized in that:   17. Before depositing titanium and / or hafnium, And a microelectronic circuit and a heat insulating layer (3) on the support substrate (4). 17. The method according to claim 16, wherein is realized.   18. Aluminum layer deposited after titanium and / or hafnium hydrogenation And as contacts (1), in the form of contact surfaces (21) of the ignition bridge layer (2) It is structured accordingly, preferably with the support substrate (4) and the ignition bridge layer (2) ) To maintain the temperature of the ignition bridge layer (2) below 350 ° C. 18. Method according to claim 17, characterized in that it is locally cooled.   19. Multiple ignition elements are realized on a silicon wafer as a support substrate (4) 19. The method according to claim 18, wherein the method is performed.   20. Ignition for passenger protection devices in motor vehicles, especially for airbags Use of the thin-film ignition element according to one of claims 1 to 15 as a vessel.
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