JP3484517B2 - 改良された半導体ブリッジ起爆装置 - Google Patents

改良された半導体ブリッジ起爆装置

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Description

【発明の詳細な説明】 序論 技術分野 本発明は、点火素子として半導体ブリッジ（SCB）を
用いる電気起爆装置を製造するための方法に関する。
背景 軍事兵器システムおよび自動車用エアバックシステム
は、典型的には、電気起爆装置（EED）によって活性化
される。EEDは、通常、小さい金属ブリッジワイヤを用
いて、含有する起爆性混合物を点火する。典型的には約
１アンペア〜約７アンペアの範囲の電流がこのブリッジ
ワイヤに流される。内部抵抗により、このブリッジワイ
ヤは約900゜Kを上回る温度まで加熱される。この加熱さ
れたブリッジワイヤによりエネルギ粉末が点火され、導
火線を始動し、この導火線がシステム中の推進薬または
爆薬を点火する。このシステムは、火工品の混合物、推
進薬、または爆薬を組込んでいてもよい。
ブリッジワイヤタイプのEEDを用いた場合の問題点
は、外部で発生された電流に対して敏感であることであ
る。電波、静電気、電光またはレーダ等の源からの高レ
ベルの電磁エネルギは、不所望で早すぎる点火を引起こ
すのに十分な電流をブリッジワイヤ内に誘導し得る。
電気起爆装置のための半導体ブリッジの発明は、ホラ
ンダー・ジュニア（Hollander,Jr.）による米国特許第
3,366,055号に開示されている。SCBを製造するために用
いられているすべての現在の材料を含むいくつかの実施
例がホランダーによって記載されている。ホランダー・
ジュニアによって記載されたような半導体ブリッジ回路
は、電流が与えられると導火線内で起爆反応を開示させ
る。SCB回路では、誘導電流によって受ける影響が大幅
に低減され、したがって、不慮のまたは早すぎる点火の
可能性が低減される。
半導体ブリッジ回路は、シリコン等の半導体材料上に
形成される回路を含む。リン等のｎ型ドーパントが高濃
度にドープされたシリコン領域は、十分なアンペア数の
電流が与えられると気化する。シリコンの蒸気は電気的
に加熱され、隣接するエネルギ粉末の混合物に浸透す
る。局部的な対流および凝縮によって、エネルギ粉末は
その点火温度まで加熱され、所望の起爆反応が開始され
る。
図１は、先行技術において既知の半導体ブリッジ回路
12のためのEED10の断面図である。ハウジング20は、シ
リコン等の半導体材料からなる半導体装置12を収容す
る。SCB装置は、しきい値電流が与えられると気化する
高濃度にドープされたブリッジ13を含む。導火線ハウジ
ング20によって、ブリッジ13はアジ化鉛等のエネルギ粉
末の装填14に近接して配置される。EED10は、セラミッ
クヘッダ18を貫通する１対の金属フィードスルーリード
16を含む。従来のガラス−金属封止によって、フィード
スルーリード16はヘッダ18に接合される。たとえばアル
ミニウムからなる金属ケーシング20は、セラミックヘッ
ダ18および装填ホルダ22を囲む。ワイヤボンド24は、１
つのボンディングパッドがブリッジの各側に配置されダ
イの表面上のリードワイヤに接続する状態で、半導体ブ
リッジ装置12の表面の互いに対向する側にそれぞれ形成
されるボンドパッド26と、金属フィードスルーリード16
とを電気的に相互接続する。フィードスルーリード16に
電圧が印加されると、ブリッジ13に電流が流れる。ブリ
ッジは気化し、エネルギ粉末14内にプラズマ雲を形成す
る。この電流は、局所的な対流および凝縮によってエネ
ルギ粉末14が点火する温度まで加熱されるようにプラズ
マの蒸気をさらに加熱する。電圧の印加から点火に至る
までの全プロセスは、約20μ秒未満の間に起こる。
先行技術の導火線ハウジング10を用いた場合の問題点
は、（１）セラミックヘッダ18が脆く、起爆装置を乱暴
に扱うと割れやすいこと、および（２）ワイヤボンド24
が導火線の装填14と接触していることである。導火線の
装填は、起爆エネルギを最大にするために詰込まれる。
別の問題点は、粉末14を詰込むことによりワイヤボンド
24に応力がかけられ、ワイヤが切れてしまうかまたはフ
ィードスルーリード16もしくはボンドパッド26からのワ
イヤを引っぱりが緩くなってしまう可能性があることで
ある。このパッケージは、好ましい構造ではない。セラ
ミックヘッダを金属フィードスルーを用いて形成するこ
とは比較的コストの高いプロセスであり、装置にかかる
コストを増大することになる。このことは、ケーシング
20をセラミック18に対して気密封止しなければならない
場合に特に当てはまる。さらに、低抵抗接続を行うため
に大きい電気パッドを用いれば、ダイ12の面積が増大
し、したがって、装置のサイズおよびコストも増大する
ことになる。
ブリッジワイヤに対するSCBタイプの起動装置の利点
には、必要な電気エネルギがより少ないこと、不慮のま
たは早すぎる起動が起こる可能性がより少ないこと、お
よび点火時間がより迅速で正確であることがある。しか
し、EEDヘッダに半導体ブリッジダイを取付けるために
用いられる方法は、信頼性が低く、コストがかかる。SC
B回路は、脆い半導体基板の上に形成される。装置を収
容するパッケージは、装置を機械的にも環境的にも保護
しなければならない。電子パッケージを構成する構成要
素はまた、SCB装置、エネルギ粉末、および取付材料と
適合しなければならない。タイとの電気的な接続は、粉
末の装填および圧密によって生じる圧力に耐えなければ
ならない。
これまで、いくつかの特許が、コストの低減および信
頼性の向上のためにSCBをヘッダに取付けるための方法
に焦点を当ててきた。ヘッダへの効率的な取付を達成す
るためのSCBを製造する１つの方法は、ビッキーズ・ジ
ュニア（Bickes,Jr.）他への米国特許第4,708,069号、
およびビッキーズ・ジュニア編集のサンディア・ナショ
ナル・ラボラトリーズ・レポート（Sandia National La
bs Report）NO.SAND 86−2211に記載されている。ビッ
キーズは、図２に示すように「・・・・・１対の間隔が
あけられたパッドがブリッジによって接続され、上記パ
ッドの各々の領域は上記ブリッジの領域よりもはるかに
大きく、・・・・・」ということを用いて、ホランダー
との違いを示している。これらの大きいパッド30は、パ
ッドを覆う金属化層34と電気的に接触させるために用い
られる。ビッキーズによって記載されたこの大きいパッ
ドサイズは、ポリシリコンブリッジ材料32との低抵抗の
接続を達成するために用いられた。この低抵抗の接触に
より、当該技術分野においては通常の典型的には約１オ
ームという低インピーダンスのブリッジを用いることが
できるようになり、これにより、RFエネルギから受ける
影響がさらに低減された。
その後、米国特許第5,029,529号において、マンディ
ゴ（Mandigo）は、ビッキーズ他に対して明らかに改良
された方法である、ダイへのリードワイヤを１本削減す
る電気的導火線ハウジングにおいてSCBダイを取付ける
方法（図３）を開示している。電気的に導電性のダイ取
付手段72は、SCBダイ52を銅合金導火線ボタン40に取付
けるために用いられる。ブリッジを点火するための電気
的パルスは、シリコンベースの装置52、およびダイ52の
側面に取付けられる導体または分路76を介して導電経路
74に沿って伝わる。マンディゴによって開示された取付
方法は、外部電源のための１つの電極を形成するカップ
42と第２の電極を形成するボタン40とから構成される電
気導火線70とともに用いられた。この構成には、介挿絶
縁体54と、ダイに取付けられるワイヤ44とカップに取付
けられる導電性エレメント48とによって形成される、カ
ップ42からダイ52までの導電経路とが必要とされる。こ
の応用は砲の弾薬に用いられるため、この応用には従来
のEEDよりも複雑なアセンブリが必要であり、この応用
は、シリコンをドープすることによってシリコンダイ74
にわたって導電経路を形成する方法のため、この開示に
のみ関係がある。マンディゴによる取付方法には、３つ
の不利な点がある。第１に、ダイがウェハから切断され
た後に、分路76をダイの側面に取付けなければならず、
このプロセスは、標準的に半導体加工技術を用いて容易
には行なうことができないことである。第２に、１つの
ワイヤ44がブリッジを導電性ケースに接続し、これによ
り、故障しやすくなることである。第３に、この方法
は、ビッキーズ他による大きいパッドを用い、これに付
随する上述の不利な点を有することである。
発明の概要 したがって、本発明に従えば、セラミックヘッダタイ
プのパッケージまたは大きい接続パッドの不利な点を持
たない半導体ブリッジタイプの起動装置回路を組込む電
子パッケージが提供される。本発明の利点は、パッケー
ジの構成要素が、半導体産業において広く用いられてお
り低コストで入手可能な標準的なTO（トランジスタアウ
トライン）パッケージから製造されることである。本発
明の別の利点は、本発明の一実施例において、リードワ
イヤが、破損およびその結果生じる装置の故障の可能性
を最小限にするように構成されることである。それぞれ
が一方のワイヤ端部でダイ上の１つのボンディングパッ
ドに接続されかつ対向するワイヤ端部でヘッダから絶縁
される別々の冗長ピンに接続される２つのワイヤを用い
ることによって、起爆性粉末の装填の前後に装置をテス
トすることができる。このテストは、冗長絶縁ピンの間
に非常に低い抵抗があるかどうかを検査することによっ
て行なわれる。ボンドまたはワイヤにいかなる不備があ
っても、欠陥を検出するために測定される抵抗が増加さ
れる。本発明のさらに別の目的は、ビッキーズによる大
きいパッドとは異なり、ブリッジを接続するのに電気材
料からなる小さいパッドを用いることができ、それによ
って、ダイあたりのシリコン量が低減され、したがっ
て、歩留りが高くなり、ダイあたりのコストが低減さ
れ、構造の剛さが高まり、粉末を押込んでいる間も破損
に対する耐性が向上する。本発明のさらに別の利点は、
組立の際に、半導体産業のために開発されたオートメー
ション化された組立法を用いることができ、それによ
り、信頼性が向上しコストが低減されることである。本
発明のさらに別の利点は、ブリッジダイと金属ヘッダと
の間の共晶ボンドにより熱が効果的に放散され、これに
よってブリッジにおけるスプリアス（spurious）誘導電
流による影響をより受けにくくなることである。また、
このボンディング法によって、爆薬をヘッダ上に押込む
ことによって生じる破損に耐えるようにするためにより
大きい機械的強度が得られる。
図面の簡単な説明 図１は、先行技術の半導体ブリッジ装置の側断面図で
ある。
図2aは、第２の先行技術の半導体ブリッジ装置の上面
図である。
図2bは、図2aに示される第２の先行技術の半導体ブリ
ッジ装置の側断面図である。
図３は、第３の先行技術の半導体ブリッジ装置の側断
面図である。
図4aは、起爆材料およびパッケージの頂部の蓋を除
く、半導体ブリッジ装置、接続ワイヤ、およびパッケー
ジを示す本発明の上面図である。
図4bは、図4aの切断線「Ａ」に沿って見た本発明の側
面図である。
図５は、本発明の組立てられた装置の側断面図であ
る。
図６は、図７の切断線「Ａ」に沿って見た本発明の半
導体ブリッジダイの側断面図である。
図７は、本発明の半導体ブリッジダイの上面図であ
る。
図8aは、半導体ブリッジダイの代替実施例の上面図で
ある。
図8bは、半導体ブリッジダイの上記代替実施例の基
板、巻導電層、およびブリッジを示す、図8aの線Ａ−Ａ
に沿って見た断面図である。
図8cは、半導体ブリッジダイの上記代替実施例の底面
図である。
図9aは、ウェハ上にブリッジを形成しかつウェハに溝
を形成した後のウェハの一部分を示す断面図である。
図9bは、ブリッジにおけるコンタクトパッドの配置を
示す、図9aに示したウェハの上面図である。
図10aは、図11のヘッダのための装着面であるセラミ
ック基板を示す底面図である。
図10bは、セラミック基板の上面図である。一実施例
では、このセラミック基板により、半導体ブリッジダイ
の裏面の導電層とピンとの電気的接続が得られる。
図11は、半導体ブリッジダイと、ヘッダと、メタライ
ゼーションパターンと、ピンとの関係を示す代替実施例
の上面図である。
上述の図面は、一定の縮尺率で示しているものではな
い。
特定の実施例の説明 図４は、本発明の一実施例に従った、半導体ブリッジ
装置150を収容するように適合されるEEDヘッダアセンブ
リ160を示している。
トランジスタアウトライン（TO）ヘッダ100は、この
産業において通常の慣習であるように、スチール合金か
らなり、金めっきされる。半導体ブリッジ150は、ホラ
ンダーの方法に従って構成されるが、ブリッジを越えて
延びる電気材料からなる小さいパッドを用いる。電気材
料は、高度に導電性にするためにドープされるシリコン
である。組立てられたときに、ダイのシリコンおよびヘ
ッダ上の金めっきは加熱されると共晶ボンドを形成し、
これにより、ヘッダとの優れた電気的、熱的、および機
械的な接触が得られ、接地ピン140を介して回路の一方
側を形成する。SCB回路の他方側は、別々のワイヤボン
ド130によって別々のフィードスルーピン110に冗長的に
接続される。フィードスルーピン110は、ガラス絶縁体1
20によって互いに絶縁され、かつ、ヘッダボディ100か
ら絶縁される。
ワイヤボンド130が回路の最も弱いエレメントである
ため、本発明の利点は、これらのボンドが冗長であり、
これらのボンドの完全性を確認するために組立後に非破
壊テストを行なうことができることである。爆薬を装填
した後、冗長導体110の間の抵抗は、ワイヤまたはボン
ドに損傷が生じていなければ非常に低いままでなければ
ならない。したがって、テスト中にわずかに正の抵抗が
測定されることにより、ワイヤまたはボンドの非常にわ
ずかな弱さ、転位または損傷を検出することができる。
すなわち、抵抗計の２つのリードをピン110の各々に接
続し得る。回路が開いているかまたはかなりの正の抵抗
が測定された場合は、ワイヤボンド130の一方または両
方が損傷を受けていることを示す。回路が閉じていると
きは、装置が機能していることを示す。
図５は、上述のヘッダアセンブリに取付けられるEED
アセンブリの残りを示している。ローディングスリーブ
170は、ヘッダ100に抵抗溶接される。その後、爆薬200
が装填され、スリーブ170に押込まれる。最後に、気密
封止を形成するように、EED全体にわたってカバー180が
溶接される。
本発明の重要な利点は、上述の組立プロセスのすべて
を、半導体産業において容易に入手できるオートメーシ
ョン化された機器を用いて行なうことができることであ
る。特に、ヘッダ上にダイを置き、ダイとヘッダとの間
に共晶ボンドを形成し、ダイとピンとの間に接続ワイヤ
を取付け、ローディングスリーブを溶接するプロセス
は、完全にオートメーション化された態様で行なうこと
ができる。
図６および図７（一定の縮尺率では示していない）
は、SCBダイ150の構造およびSCBダイ150のTOヘッダ100
への取付を詳細に示している。この実施例では、電気材
料は、ブリッジサイズと同等の大きさの領域を覆う高濃
度にドープされたシリコンである。したがって、ダイ27
0の全体のサイズを約50ミル×50ミル以下という小さい
サイズにすることができる。基板材料270は約５ミルの
厚さであり、約100〜200オーム−センチメートルの抵抗
率を有する真正（比較的絶縁性の）シリコンである。
SCBは、以下のプロセスによって製造される。まず、
フィールド酸化物絶縁層280をダイの表面にわたって成
長させる。フィールド酸化物280の端縁は、ダイ270の端
縁とほぼ隣接している。次に、マスキングステップによ
り、それぞれブリッジ292、ブリッジ292への接続パッド
294、および295の材料を形成する領域292、294、および
295を露出するようにフィールド酸化物280をエッチング
して除去する。これらの露出した領域292、294、および
295を、約２ミクロンのドーパントの深さで約0.8ミリオ
ーム−cmの抵抗率を生じるように約1019〜約2020atoms/
ccの濃度までリンでドープする。このドーピングプロセ
スにより、導電領域300が形成される。
このブリッジの構成では、幅W/長さＬの比率が約４で
あれば、当該技術分野において標準である１オームのブ
リッジが形成される。同様に、W/Lが約２である場合、
自動車用エアバックの起動装置に関しては通常である２
オームの抵抗が得られる。ブリッジの長さＬによって、
ブリッジが機能する電圧が決定される。たとえば、長さ
が50ミクロンであれば、動作電圧は約20ボルトになる。
パッド294および295の各々の上面の表面積はブリッジ29
2と比較して比較的小さく、好ましくは、ブリッジ292の
上面の表面積の２倍以下である。
次に、パッド294および295の上にメタライゼーション
層が堆積される。（パッド294および295を露出するため
に別々のマスキング層が用いられる。）好ましい実施例
では、メタライゼーション層は第１のプラチナシリサイ
ド層330を含み、次に、チタンタングステン合金340およ
び金のめっき350を含む。金の層350は、ワイヤボンド13
0に対してワイヤボンディングを容易に行なうためのも
のである。
好ましい実施例では、プラチナシリサイド層330は約6
00オングストロームの厚さを有する。この層は、シリコ
ン上にプラチナを堆積し、その後摂氏約615度で約30分
間焼結することによって作られる。最後に、残りの純粋
なプラチナをエッチングして除去し、プラチナシリサイ
ドだけを残す。チタン／タングステン合金層340は、約1
000オングストロームの厚さを有し、約85％のタングス
テンと約15％のチタンとを含む。これは、蒸着される。
次に、コンタクト（または貫通）ホール310を、エッ
チングによりシリコン基板270を貫通するように形成す
る。基板の裏面をマスクし、エッチングにより基板の裏
面から表面まで延びるコンタクトホールを形成する。こ
のホールは、その頂部では直径２〜３ミルであり、その
底部では直径４〜５ミルである。図７からわかるよう
に、ブリッジ292、パッド294および295はコンタクトホ
ール310と重なっておらず、酸化物280または基板270の
縁部までは延びていない。
最終的な金の層350は、パッドの上に約1.5〜２ミクロ
ンの厚さになるようにめっきされ、この層350はまた、
コンタクトホール310を完全に満たず。まず、別々のボ
ンディングパッド355および360を規定するためにメタラ
イゼーション層330、340および350にマスクを施す。そ
の後、マスクを用いて基板の表の面に金のスパッタリン
グが施され、さらに、この表の面上に金めっきが施され
る。金めっきは、それとは別に、裏面にも施される。
このようにして、一方のシリコンパッド294はブリッ
ジ292に接続され、さらに、金属パッド355によってヘッ
ダ100にも接続される。すなわち、パッド294から基板を
介してヘッダまでの電気的接続がなされ、金属パッド35
5が、ドープされたシリコンブリッジ材料のその側とヘ
ッダとの間の唯一の電気的接続となる。ドープされたシ
リコンブリッジ層の他方側は、金属パッド360に接続さ
れ、これは基板270から絶縁される。パッド360は、ワイ
ヤ130に実質的に接続される。
その後、個々のSCBダイ150を形成するようにウェハを
エッチングする。SCBダイは、エス・エム・スズ（S.M.S
ze）による出版物「VLSI技術（VLSI Technology）（第
２版）」に記載されているような従来の方法を用いてヘ
ッダの頂部に金の層250を堆積させ、基板270をその金と
接合することによって作られた共晶ボンド260を介して
ヘッダ表面100に取付けられる。ダイのサイズが小さい
ことおよび共晶ボンドにより、ダイは確実に、爆薬を押
込むことによって生じる圧力に耐えるようになる。その
後、ワイヤボンド130は上述のようにダイに取付けられ
る。
次に、半導体ブリッジを電気起爆装置のヘッダに取付
けるための改良した方法について説明する。この方法に
より、図8a、図8b、および図8cに示したような半導体ブ
リッジダイ500を得ることができる。上述のように、電
気起爆装置においてダイのブリッジを流れる電流を用い
て爆薬を起爆することができる。
一実施例では、ブリッジ510は、ホランダーへの米国
特許第3,366,055号に記載されるような高濃度にドープ
されたシリコンからなっていてもよく、この米国特許を
引用によりここに援用する。代替実施例では、ブリッジ
510は、ベンソン（Benson）他への米国特許第4,976,200
号に記載されるような化学的気相成長によって堆積され
る薄いタングステン層からなり、この米国特許を引用に
よりここに援用する。簡略化するために、この取付法を
ドープされたシリコンのブリッジに応用する場合のみを
説明する。しかし、タングステン／シリコンのブリッジ
にもこの方法を応用することができる。
図８は、ダイ500の一実施例を示している。直径５〜1
5cm、厚さ0.2〜0.4mmのシリコンウェハから複数のダイ5
00を作ることができる。真正シリコンウェハが約100ohm
−cm以上の抵抗率を有する場合に、好ましい結果が得ら
れる。ブリッジ510は、約10-3ohm−cmという比較的低い
抵抗率を達成する高濃度にドープされたシリコンであっ
てもよい。
図9aは、シリコンウェハの部分断面図である。シリコ
ンウェハは酸化され、その後、このシリコンウェハには
従来の100,000ボルトの電子ビーム技術を用いてリン等
のｎ型ドーパントの原子が注入される。ホランダーへの
特許には、他の適切なｎ型ドーパントが記載されてい
る。
ドーパントの濃度が約1019〜約1021cm-3である場合
に、好ましい結果が達成されている。１つの好ましいド
ーパントの濃度は、約1020cm-3である。一実施例では、
ドープされたシリコンウェハは、約1050℃の温度まで約
20分間加熱され、その結果、その拡散深さが約１〜約３
ミクロンとなる。拡散は、炉において、アルゴンガス等
の不活性物質の雰囲気下で行なわなければならない。拡
散の後、フッ化水素酸によってシリコンウェハ上の酸化
物が取除かれる。
従来のフォトリソグラフィにより、ブリッジ510を作
るためのパターンが規定される。マスク（図示せず）
は、ダイ500の各々が約0.5〜1.0mmの長さおよび幅を有
するようにパターンのアレイを規定する。正確な寸法は
重要ではないが、ダイの各々が従来のオートメーション
化された組立機器で扱うのに十分に大きく、かつ、ウェ
ハあたりのダイの歩留りが最大になるよう十分に小さい
ものでなければならない。
ブリッジ510を作った後、鋸によってウェハの表の面
に平行な溝550が形成される（図9a、図9b）。ブリッジ5
10は、鋸を整列させるための基準となることが可能であ
る。一実施例では、溝550は、深さ0.1mm、幅0.1mmであ
り、図9aおよび図9bに示されるジオメトリでは互いに0.
5〜1mm間隔があけられている。図9aに示されるように、
各溝550の深さは、ウェハの厚さよりも少ない。
溝550を形成した後、従来のフォトリソグラフィを用
いて領域510をエッチングプロセスから保護する。残り
のウェハは２〜４ミクロンの深さまでエッチングされ
る。これによりシリコンは完全に露出され、メサ（mes
a）、即ち、高濃度にドープされたシリコンからなるブ
リッジ510が形成される。
従来のフォトリソグラフィ技術により、エッチングの
ために、コンタクトパッド590のための領域が露出され
る。その後、シリコンウェハには、パラジウム電子ビー
ムプロセスが施される。堆積されたパラジウムは領域59
0における露出されたシリコンと反応し、パラジウムシ
リサイド層を形成する。超音波浴により、反応していな
いパラジウムがウェハから離され、パラジウムシリサイ
ドコンタクトパッド590が残る。その後、ブリッジ510を
マスクで覆い、残りのウェハを露出する。
従来のチタン／タングステン層には、露出された領域
において約0.1〜約0.2ミクロンの深さまでスパッタリン
グが施される。これにより、オーミック接触が形成され
る。その後、ほぼ同じ深さのスパッタリングが施された
金の層が続く。図８に示されるように、導電層580およ
びコンタクトパッド590に対して選択的に金めっきが施
される。適切な金めっきの厚さは、約６〜約８ミクロン
である。
その次のプロセスのステップにより、ウェハの表から
金の層が取除かれる。図8aおよび図8bに示されるよう
に、導電層580の各々は、縁部535の周りから溝550の底
部545（図9a）に延びる。ウェハの表は５〜10秒間エッ
チングされ、0.1〜0.2ミクロンの金が取除かれる。ウェ
ットエッチングにより、露出されたチタン／タングステ
ンが取除かれる。薄い金の層が取除かれるが、厚い金の
層は溝550の所望の表面上に残ったままである。
その後、ウェハの裏面を処理するためにウェハを裏返
す。ウェハの裏面には、各溝550の底部545に延びる金め
っきがウェハの裏面から見えるようになるまでサンドブ
ラスト処理とエッチングとを交互に施すことができる。
サンドブラスト処理に適切な材料は、平均約18ミクロン
の直径の酸化アルミニウムの粒子である。その後、いか
なる酸化物層もウェハからエッチング除去される。
その後、ニッケル−クロムスパッタリングおよび金の
スパッタリングが、それぞれ約0.1〜約0.2ミクロンの厚
さを有するように施される。0.5〜２ミクロンの厚さま
で金めっきが施され、ウェハの表面から裏面まで延びる
「巻導体層」が形成される。図8aおよび図8bに示される
ように、導電層580の各々は、最終的に、コンタクトパ
ッド590においてブリッジ510と接触し、縁部535を囲
み、ダイ500の裏面530に延びる。
なお、導電層580はアルミニウムまたは金からなって
いてもよいことに注目されたい。しかし、ダイ500をセ
ラミック基板600（図10）にはんだ付するためには金が
好ましい。
その次のステップは、導電層580をダイの裏面の表面5
30に制限するように、ウェハと裏面上のストリップ560
（図8c）上にわたるメタライゼーションをマスクを用い
てエッチング除去することである。
その後、ウェハを再び裏返す。鋸を用いて、以前に刻
まれた平行な溝550に対して垂直な溝を切断することに
よってウェハを個々のダイ500に分離する。ダイ500の各
々は、図10a（底面図）および図10b（上面図）に示され
るように、セラミック基板600上に装着する準備ができ
ているものであり、これは、ヘッダ100（図11）に装着
される。
図10に示されるように、セラミック基板600は、適切
な電気的接続を形成するようにメタライゼーションパタ
ーン630を含む。はんだまたは導電性のエポキシによ
り、ピン110とメタライゼーションパターン630との電気
的接続が形成される。メタライゼーションパターン630
とヘッダ100との短絡を防止するために、セラミック基
板600の裏面上のメタライゼーションパターン640はヘッ
ダ100にはんだ付され、領域610および615のピン接続用
窪み620から間隔をあけて配置される（図10a）。メタラ
イゼーションパターン630は、ピン110をダイ500の裏面5
30の導電層580に電気的に接続する。
図11は、セラミック基板600に取付けられ、ピン110に
電気的に接続されるヘッダ100を示している。最終アセ
ンブリは、（１）ヘッダ100の表面とメタライゼーショ
ンパターン640とを、（２）ピン110とメタライゼーショ
ンパターン630とを、および（３）メタライゼーション
パターン630とダイ500の裏面530上の導電層580とをはん
だ付するか、または導電性エポキシを用いることによっ
て作られる。今、ヘッダ100に爆薬14を装填して、上述
のような電気起爆装置を作ることができる。
以上、本発明を十分に説明したが、添付の請求の範囲
の精神または範囲から外れることなく本発明に多くの変
更および変形を加えることができることが当業者に明ら
かであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファヘイ，ウィリアム・デイビッド アメリカ合衆国、95014 カリフォルニ ア州、クパーティノ、ロザリオ・アベニ ュ、21608 (72)発明者 リチャーズ，ジョン・ジー アメリカ合衆国、95136―2669 カリフ ォルニア州、サン・ホーゼィ、トニノ・ ドライブ、4748 (56)参考文献 特開 昭49−7413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−29199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−75896（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−317332（ＪＰ，Ａ) 米国特許3763782（ＵＳ，Ａ) 米国特許3366055（ＵＳ，Ａ) 米国特許3018732（ＵＳ，Ａ) 米国特許5029529（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F42B 3/12,3/13

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気的に導電性のヘッダ（100）に装着さ
    れた半導体ブリッジ起爆装置であって、 前記ヘッダに装着される電気的に絶縁性の基板（270）
    と、 前記基板の表面から前記基板の底面に延びる前記基板の
    第１の部分にあるコンタクトホール（310）と、 前記基板の第２の部分に配置される高濃度にドープされ
    たシリコン層（300）とを含み、前記基板の前記第２の
    部分は前記コンタクトホールおよび前記基板の縁部を含
    まず、前記シリコン層は、ブリッジ（292）によって接
    続される互いに間隔があけられた第１および第２のパッ
    ド（294,295）を規定し、 前記シリコン層および前記基板の上には金属電極材料が
    配置され、該金属電極材料は分離された第１および第２
    の電極（355,360）を構成し、 前記第１の電極（355）は、前記シリコン層の第１のパ
    ッド（294）と電気的に接触することにより起爆装置の
    一方の電極を構成し、かつ前記コンタクトホールを介し
    て前記ヘッダと電気的に接触することにより、前記第１
    のパッドから前記基板を介して前記ヘッダまでの唯一の
    電気的な接続が形成され、 前記第２の電極（360）は前記シリコン層の第２のパッ
    ド（295）と電気的に接触して、起爆装置の他方の電極
    を構成し、 さらに、前記ブリッジと接触する起爆材料（200）を含
    む、半導体ブリッジ起爆装置。
  2. 【請求項２】前記第１および第２のパッド（294,295）
    の各々の上面の面積は、前記ブリッジ（292）の上面の
    面積の２倍以下である、請求項１に記載の半導体ブリッ
    ジ起爆装置。
  3. 【請求項３】前記ヘッダ（100）は前記ヘッダを貫通し
    て延びる２つの導電性のピン（110,110）を含み、前記
    ピンは前記ヘッダのボディから絶縁され、前記ピンの各
    々は別々の金属ワイヤ（130）によって前記第２の電極
    （360）に接続される、請求項１または２に記載の半導
    体ブリッジ起爆装置。
  4. 【請求項４】前記ヘッダ（100）のボディと電気的に接
    触する第３のピン（140）をさらに含む、請求項３に記
    載の半導体ブリッジ起爆装置。
  5. 【請求項５】トランジスタアウトライン（TO）パッケー
    ジ内に装着される、請求項４に記載の半導体ブリッジ起
    爆装置。
  6. 【請求項６】前記第１および第２のパッド（294,295）
    と接触する前記金属電極材料の部分は、プラチナシリサ
    イド化合物を含む底部層と、チタンおよびタングステン
    を含む合金を含む中間層と、金の合金を含む上部層とを
    さらに含む、請求項１に記載の半導体ブリッジ起爆装
    置。
  7. 【請求項７】前記第１および第２のパッド（294,295）
    の各々の上面の面積は、前記ブリッジ（292）の上面の
    面積の２倍以下である、請求項６に記載の半導体ブリッ
    ジ起爆装置。
  8. 【請求項８】前記ヘッダ（100）は、前記ヘッダを貫通
    して延びる２つの導電性のピン（110,110）を含み、前
    記ピンは前記ヘッダのボディから絶縁され、前記ピンの
    各々は別々の金属ワイヤ（130）によって前記第２の電
    極（360）に接続される、請求項６または７に記載の半
    導体ブリッジ起爆装置。
  9. 【請求項９】前記ヘッダ（100）のボディと電気的に接
    触する第３のピン（140）をさらに含む、請求項８に記
    載の半導体ブリッジ起爆装置。
  10. 【請求項１０】トランジスタアウトライン（TO）パッケ
    ージ内に装着される、請求項９に記載の半導体ブリッジ
    起爆装置。
  11. 【請求項１１】前記基板（270）は真正シリコンからな
    る、請求項１に記載の半導体ブリッジ起爆装置。
  12. 【請求項１２】前記第１および第２のパッド（294,29
    5）の各々の上面の面積は、前記ブリッジ（292）の上面
    の面積の２倍以下である、請求項11に記載の半導体ブリ
    ッジ起爆装置。
  13. 【請求項１３】前記ヘッダ（100）は該ヘッダを貫通し
    て延びる２つの導電性のピン（110,110）を含み、前記
    ピンは前記ヘッダのボディから絶縁され、前記ピンの各
    々は別々の金属ワイヤ（130）によって前記第２の電極
    （360）に接続される、請求項11または12に記載の半導
    体ブリッジ起爆装置。
  14. 【請求項１４】前記ヘッダ（100）のボディと電気的に
    接触する第３のピン（140）をさらに含む、請求項13に
    記載の半導体ブリッジ起爆装置。
  15. 【請求項１５】トランジスタアウトライン（TO）パッケ
    ージ内に装着される、請求項14に記載の半導体ブリッジ
    起爆装置。
  16. 【請求項１６】前記第１および第２のパッド（294,29
    5）に接触する前記金属電極材料の部分は、プラチナシ
    リサイド化合物を含む底部層と、チタンおよびタングス
    テンを含む合金を含む中間層と、金の合金を含む上部層
    とをさらに含む、請求項11に記載の半導体ブリッジ起爆
    装置。
  17. 【請求項１７】前記第１および第２のパッド（294,29
    5）の各々の上面の面積は前記ブリッジ（292）の上面の
    面積の２倍以下である、請求項16に記載の半導体ブリッ
    ジ起爆装置。
  18. 【請求項１８】前記ヘッダ（100）は該ヘッダを貫通し
    て延びる２つの導電性のピン（110,110）を含み、前記
    ピンは前記ヘッダのボディから絶縁され、前記ピンの各
    々は別々の金属ワイヤ（130）によって前記第２の電極
    （360）に接続される、請求項16または17に記載の半導
    体ブリッジ起爆装置。
  19. 【請求項１９】前記ヘッダ（100）のボディと電気的に
    接触する第３のピン（140）をさらに含む、請求項18に
    記載の半導体ブリッジ起爆装置。
  20. 【請求項２０】トランジスタアウトライン（TO）パッケ
    ージ内に装着される、請求項19に記載の半導体ブリッジ
    起爆装置。
  21. 【請求項２１】電気的に導電性のヘッダ（100）に装着
    された半導体ブリッジ起爆装置であって、 前記ヘッダに装着される電気的に絶縁性の基板（270）
    と、 前記基板の一部分に配置される高濃度にドープされたシ
    リコン層（300）とを含み、前記一部分は前記コンタク
    トホールまたは前記基板の縁部を含まず、前記シリコン
    層は、ブリッジ（292）によって接続される互いに間隔
    があけられた第１および第２のパッド（294,295）を規
    定し、 前記シリコン層および前記基板の上には金属電極材料が
    配置され、該金属電極材料は分離された第１および第２
    の電極（355,360）を構成し、 前記第１の電極（355）は、前記第１のパッド（294）と
    電気的に接触し、かつ前記ヘッダと電気的に接触するこ
    とにより、前記第１のパッドから前記基板を上下に貫通
    して前記ヘッダまでの電気的な接続が形成され、 前記第２の電極（360）は前記第２のパッド（295）と電
    気的に接触し、 前記ヘッダは前記ヘッダを貫通して延びる導電性の２つ
    のピン（110,110）を含み、前記２つのピンは前記ヘッ
    ダのボディから絶縁され、前記２つのピンの各々は別々
    の金属ワイヤ（130）によって前記第２の電極（360）に
    接続され、 さらに、前記ブリッジと接触する起爆材料（200）を含
    む、半導体ブリッジ起爆装置。
  22. 【請求項２２】前記第１および第２のパッド（294,29
    5）の各々の上面の面積は前記ブリッジ（292）の上面の
    面積の２倍以下である、請求項21に記載の半導体ブリッ
    ジ起爆装置。
  23. 【請求項２３】前記第１および第２のパッド（294,29
    5）と接触する前記金属電極材料の部分は、プラチナシ
    リサイド化合物を含む底部層と、チタンおよびタングス
    テンを含む化合物を含む中間層と、金の化合物を含む上
    部層とをさらに含む、請求項21または22に記載の半導体
    ブリッジ起爆装置。
  24. 【請求項２４】前記ヘッダ（100）のボディと電気的に
    接触する第３のピン（140）をさらに含む、請求項23に
    記載の半導体ブリッジ起爆装置。
  25. 【請求項２５】トランジスタアウトライン（TO）パッケ
    ージ内に装着される、請求項24に記載の半導体ブリッジ
    起爆装置。
  26. 【請求項２６】前記基板（270）は真正シリコンからな
    る、請求項21に記載の半導体ブリッジ起爆装置。
  27. 【請求項２７】前記第１および第２のパッド（294,29
    5）の各々の上面の面積は前記ブリッジ（292）の上面の
    面積の２倍以下である、請求項26に記載の半導体ブリッ
    ジ起爆装置。
  28. 【請求項２８】前記第１および第２のパッド（294,29
    5）と接触する前記金属電極材料の部分は、プラチナシ
    リサイド化合物を含む底部層と、チタンおよびタングス
    テンを含む化合物を含む中間層と、金の化合物を含む上
    部層とをさらに含む、請求項26または27に記載の半導体
    ブリッジ起爆装置。
  29. 【請求項２９】前記ヘッダ（100）のボディと電気的に
    接触する第３のピン（140）をさらに含む、請求項28に
    記載の半導体ブリッジ起爆装置。
  30. 【請求項３０】トランジスタアウトライン（TO）パッケ
    ージ内に装着される、請求項29に記載の半導体ブリッジ
    起爆装置。
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