JP4332313B2

JP4332313B2 - 電圧防護型半導体ブリッジ点火要素

Info

Publication number: JP4332313B2
Application number: JP2001505525A
Authority: JP
Inventors: マルテイネス−トバル，ベルナルド; フオスター，マーテイン・シー; ノボトニ，デイビツド・ビー
Original assignee: エンサイン−ビツクフオード・エアロスペース・アンド・デフエンス・カンパニー
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: KR20020028157A; ZA200108445B; EP1185835A2; ATE456020T1; NO20014650D0; IL146951A0; NO20014650L; EP1185835B1; EP1185835A4; WO2000079210A3; JP2003502615A; RU2001127712A; DE60043727D1; WO2000079210A2; CN1350631A; US6199484B1; CN1109233C; AU7981900A

Description

【０００１】
（本発明の背景）
関連出願に対する相互参照
本出願は「電圧防護型半導体ブリッジ点火要素」と題する１９９７年１２月５日付けの米国特許願０８／９８５，９２６号の一部継続出願であり、該米国特許願は「半導体ブリッジは（ＳＣＢ）要素に対する高電圧の保護」と題する１９９７年１月６日付けの暫定米国特許願６０／０３４，０１５号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野
本発明は電圧防護型半導体ブリッジ点火要素、例えば一体となった高電圧防護装置を有し、随時導通試験機能をもった点火要素に関する。
【０００３】
関連する技術
半導体ブリッジ（”ＳＣＢ”）要素は電気的に作動させる目的で電気的な連結を行なう装置であり、このような装置を点火器として使用し爆薬を起爆させることは公知である。現在１９８７年１１月２４日付けのＢｉｃｋｅｒｓ，Ｊｒ．等に対する米国特許４，７０８，０６０号記載のＳＣＢ、および１９９０年１２月１１日付けのＢｅｎｓｏｎ等に対する米国特許４，９７６，２００号記載のタングステン・ブリッジＳＣＢは、ブリッジの起動区域に電気的に接触させるための大きな金属化されたパッドもつものが製造されている。米国特許４，７０８，０６０号および米国特許４，９７６，２００号は参考のために添付されている。ＳＣＢチップは一般に電気起爆装置（”ＥＥＤ”）のヘッダーまたは他の要素の取り付け表面に機械的に接合されている。雷管の中でＳＣＢが適切に機能するには、爆薬または発火性材料のようなエネルギー物質と緊密に接触することが必要であり、従ってチップを直立した位置に置くことが要求される。即ちチップは取り付け表面に向かって位置した起動区域と一緒に組み込むことはできず、起動区域はエネルギー物質の方に向いてそれと接触し、起動区域は自由にエネルギー物質と相互作用して、即ちそれに対してエネルギーを賦与し、エネルギー物質を起爆させなければならない。
【０００４】
ＳＣＢに対する電圧の防護機能は、漂遊電圧の存在下において起爆装置が偶発的に作動するのを防ぐために使用される極めて望ましい安全上の特性である。例えば電磁波のエネルギー、特にその高周波数のスペクトルはＳＣＢ要素の中で漂遊電圧を誘起することができる。従って船舶上また石油作掘場、および種々の高出力の高周波数が使用されている他の場所で使用する場合には、例えばＳＣＢの意図しない始動を避けるために電圧に対する防護が必要である。一般に高電圧に対する防護は或る閾値電圧（”Ｖ_th”）より低い電圧がＳＣＢの中に流れる電流を誘起することを防ぐことである。しかしＶ_thよりも高い電圧ではＳＣＢを作動させるのに十分な振幅の電流をＳＣＢの中に流し、ＳＣＢと緊密に接触させて配置された装填薬を起爆させるか或いは他の所望の機能を遂行させるプラズマを発生させるであろう。従ってＶ_thはＳＣＢが作動する前に越えなければならない電圧として定義される。このような閾値電圧は一般に約１０〜約１０００ボルトである。種々の方法、例えば火花放電間隙、近真性半導体フィルムまたは基質に対し、また半導体ダイオードを用いるＳＣＢに対する高電圧の防護法が知られている。
【０００５】
火花放電間隙はガスまたは真空の環境中において特定の距離即ち「間隙」によって隔てられた一対のカプセル化された電極から成っている。一般にこの間隙は装置の破壊電圧即ち閾値電圧を決定する。閾値電圧の変動範囲を減少させるために、組み立て工程の間においてこの「間隙」は正確且つ確実に制御されなければならない。電極をこのように高度にカプセル化して間隔を保つ工程には極めてコストがかかる。火花放電間隙の他の欠点は、火花放電間隙の破壊電圧よりも高い電極を極めて短時間かけない限り、ＳＣＢの導通を容易には監視できない点である。勿論このような状況はＳＣＢに高電流が流れる危険な状態の原因になる。
【０００６】
近真性半導体フィルムまたは基質も電圧の防護に使用することができる。近真性半導体は、Ｖ_thより高い電圧がかかった場合、十分な熱が発生して余分なキャリヤーが生じ、それによって装置の抵抗値が電流が流れるような特定の容積および特定の抵抗値をもつように選ばれる。このような電流は真性の半導体が典型的に示す負の微分抵抗のために生じる。近真性半導体は非常に低いドーピングレベルを必要とし、これは主として次の過程のためにコントロールすることが困難である：（ｉ）例えばイオン注入後の熱核酸および／または熱焼鈍のような熱的効果、および（ｉｉ）半導体フィルムを生長させるその場における不純物レベルの高度な制御可能性。低いドーピングレベルをコントロールすることの難しさのの他に、得られるエネルギーを迅速に熱に変え、フィルムを蒸発させて起爆装填薬を起爆することができるように、近真性要素のインピーダンスおよび大きさを適切に設計しなければならない。
【０００７】
半導体ダイオードは、逆向きのモードでバイヤスがかけられている場合、ダイオードの接合部において起こる特有の破壊電圧または閾値電圧よりも低い電圧がかかった場合、電流の流れを阻止するのに用いられて来た。しかし、この防護法はダイオードが正のモードでバイヤスがかけられた場合には失われ、従ってダイオードによる防護型のＳＣＢは極性をもった装置である。この極性の問題を克服するために、ダイオードを互いに逆向きにしてＳＣＢに直列にし使用し、両方の極性においてＳＣＢを防護することができる。しかしこの方法の主要な欠点は、一つのダイオードに対し高い破壊電圧を得るには低いドーピング・レベルが必要であり、異なった破壊電圧には異なったウエハ（基質）が要求されることである。例えば５００Ｖの破壊電圧をもつダイオードの基質のドーピング濃度は１０¹⁵／ｃｍよりも低く、このような低濃度のドーピング剤をコントロールすることは困難ためにこの方法は実用的ではない。低いドーピングレベルの必要性を避ける一つの解決法は、ＳＣＢと直列に互いに逆向きの形で相互に連結した多数の低電圧ダイオードを使う方法である。勿論これによって面倒な設計と大きなチップ面積を使用する困難が生じる。このような逆向きに接続する方法の他の欠点は、ダイオードの破壊電圧よりも高い電圧を極めて短時間かけない限り、ＳＣＢの導通を容易には監視できない点である。もちろんこのような状況はＳＣＢの中に高電流が流れる危険な状態の原因になる。従ってＳＣＢ等の高電圧防護性を得るために改善された構造が必要であることの他に、製造工程中およびその使用直前の種々の時点においてＳＣＢ装置の導通を監視できる改善された構造が必要とされている。
【０００８】
（本発明の概要）
一般に本発明においては、一体となった高電圧に対する防護装置、および随時ＤＣ（直流）電流導通監視機能を有する半導体ブリッジ（ＳＣＢ）点火要素が提供される。このような一体となった高電圧防護装置は、半導体ブリッジ点火要素の内部にコントロール可能なアンチヒューズ（ａｎｔｉ−ｆｕｓｅ）として誘電体材料を挿入することによって達成される。アンチヒューズとは、十分に高い電圧、即ち閾値電圧（Ｖ_th）をかけた場合絶縁破壊を起こして誘電体材料を通した連結をつくる誘電体材料によって達成される。ＩＥＥＥＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅＬｅｔｔｅｒｓ誌、１３巻、９号（１９９２年９月号）、４８８頁のＳｉｍｏｎ．Ｓ．Ｃｏｈｅｎ等の「電圧プログラム可能連結剤の新規二重金属構造物」と題する論文の中に述べられているように、誘電体材料の絶縁破壊過程は３段階で進行する。第１に、かけられた電場によって絶縁体が応力を受ける。次に、十分な電流が得られると絶縁体の中にフィラメントが生じ、最後にこのフィラメントはジュール熱と化学反応の組み合わせによって生長するが、これにはさらに多量の電流が必要である。誘電体層の断裂とフィラメントの生成の最終的な状態は、高電圧電源と誘電体の他の端にある要素、この場合にはＳＣＢ点火要素との間に低インピーダンスの連結が起こる状態である。熔融連結材または抵抗器は随時誘電体のアンチヒューズＳＣＢ点火要素とに並列で連結され、回路の導通監視用の部分回路（脚部、ｌｅｇ）になる。
【０００９】
本発明によれば特定的には、或る予め定められた閾値電圧より低い電圧では作動しないような保護装置をもった半導体ブリッジ点火装置が提供される。この点火装置は一つの電気回路を規定し、下記の構成成分から成っている。基質は非伝導性の材料からつくられ、基質の上に配置された第１の半導体ブリッジをもっている。第１の半導体ブリッジは基質の上に配置された多結晶の珪素の層を含み、これは第１および第２のパッドをもち、該第１および第２のパッドの間にはそれらを連結する起爆ブリッジによって架橋された間隙があるような寸法および形をもっている。該ブリッジは選ばれた特性の電流が流れると該ブリッジの所でエネルギーを放出するような寸法と形をもっている。該第１および第２のパッドにそれぞれ電気的に接触して第１および第２の金属化された（ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ）ランド（ｌａｎｄ）が配置され、該第１および第２の金属化されたランド、第１および第２のパッドおよび該ブリッジから構成される電気回路の第１の着火用部分回路を規定している。絶縁破壊電圧が該閾値電圧と等しい誘電体材料が該電気回路の該第１の着火用部分回路の中に直列に挿入され、この場合該回路は大きさが該閾値電圧と少なくとも等しい電圧がかかった場合にだけ回路を閉じることができる。該第１の半導体ブリッジに並列に第２の半導体ブリッジが連結され、該基質の上に配置されている。該第２の半導体ブリッジは該基質の上に配置された多結晶珪素の層から成り、該層は、第１および第２のパッドを有し、該第１および第２のパッドの間にはそれらを連結する起爆ブリッジによって架橋された間隙があるような寸法および形でつくられている。該ブリッジは選ばれた特性の電流が流れると該ブリッジの所でエネルギーを放出するような寸法と形をもつっている。該第１および第２のパッドにそれぞれ電気的に接触し第１および第２の金属化されたランドが配置され、該第１および第２の金属化されたランド、第１および第２のパッドおよび該ブリッジから構成される電気回路の第２の着火用部分回路を規定している。絶縁破壊電圧が該閾値電圧と等しい誘電体材料が該電気回路の該第２の着火用部分回路の中に直列に挿入され、該回路は大きさが該閾値電圧と少なくとも等しい電圧がかかった場合にだけ回路を閉じることができる。該第１の半導体ブリッジおよび第２の半導体ブリッジは該電気回路の中で他の電圧とは極性が反対の電圧を受けるように互いに連結されている。
【００１０】
本発明の他の態様においては、第１の半導体ブリッジの誘電体材料は第１の半導体ブリッジの多結晶珪素の層と第１の半導体ブリッジの第１の金属化されたランドの間に配置されている。
【００１１】
本発明のさらに他の態様においては、第１の半導体ブリッジの誘電体材料は第２の半導体ブリッジの多結晶珪素の層と第２の半導体ブリッジの第２の金属化されたランドの間に配置されている。
【００１２】
本発明のさらに他の態様においては、第１の半導体ブリッジの第１の金属化されたランドと第２の半導体ブリッジの第１の金属化されたランドとは一緒になって一つの第１の伝導層をつくっている。また、第１の半導体ブリッジの第２の金属化されたランドと第２の半導体ブリッジの第２の金属化されたランドとは一緒になって一つの第２の伝導層をつくっている。
【００１３】
本発明のさらに他の態様においては、多結晶珪素の層はドーピングされている。
【００１４】
本発明のさらに他の態様においては、電気回路はさらに第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された蓄電器を備えている。
【００１５】
本発明によればさらに他の態様において、該電気回路はさらに、第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された熔融連結材から成る導通監視用の部分回路を備えている。該熔融連結材は薄いフィルムの熔融連結材であることができ、或る選ばれた監視用の電流より大きな電流値において断裂すし、これによって監視用の電流値を越えた場合、熔融連結材が断裂して回路が開くような寸法と形をもっている。
【００１６】
本発明のさらに他の態様においては、電気回路はさらに、第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された抵抗器から成る導通監視用の部分回路を備えている。該抵抗器は第１の半導体ブリッジの多結晶珪素の層のドーピングされた区画または基質のドーピングされた区画であることができる。いずれの場合でも、該抵抗器は該予め定められた閾値電圧より低い電圧においては、該電気回路の第１および第２の着火用部分回路を通る電流を減少させ（従ってチップ内部に発生する熱を減少させ）、該第１および第２の半導体ブリッジ装置の温度を或る予め定められた温度よりも低く維持するのに十分な大きな値をもている。本発明の関連する態様においては、電気起爆装置を備え、エネルギー材料、例えば起爆薬と接触して配置され、該予め定められた温度は該エネルギー材料の自動点火温度である点火装置が提供される。。
【００１７】
また本発明のさらに他の態様においては、該抵抗器は第１の半導体ブリッジの多結晶珪素の層のドーピングされた区画または基質のドーピングされた区画であることができる。本発明のさらに他の態様においては、基質は第１および第２の基質に分離され、第１の半導体ブリッジは第１の基質の上に配置され、第２の半導体ブリッジは第２の基質の上に配置されている。
【００１８】
本発明によれば他の態様において、下記の構成機素から成る電気回路を規定する点火装置が提供される。基質は非伝導性材料からつくられ、該基質の上に配置された第１の半導体ブリッジをもっている。該第１の半導体ブリッジは多結晶珪素の層であって、該層は第１および第２のパッドを有し、該第１および第２のパッドの間にはそれらを連結する起爆ブリッジによって架橋された間隙があるような寸法および形をもっている、該ブリッジは選ばれた特性の電流が流れると該ブリッジの所でエネルギーを放出するような寸法と形をもつっている。該第１および第２のパッドにそれぞれ電気的に接触して第１および第２の金属化されたランドが配置され、該第１および第２の金属化されたランド、第１および第２のパッドおよび該ブリッジから構成される電気回路の第１の着火用部分回路を規定している。絶縁破壊電圧が該閾値電圧と等しい誘電体材料が該電気回路の該第１の着火用部分回路の中に直列に挿入され、大きさが該閾値電圧と少なくとも等しい電圧電位がかかった場合にだけ該回路は閉じることができる。該電気回路はさらに該第１の着火用部分回路に並列に連結された蓄電器を備えている。
【００１９】
（本発明およびその好適具体化例の詳細な説明）
電圧保護ＳＣＢ装置
本発明において半導体ブリッジ点火装置は、低融点の金属（例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ等）、難熔性の金属（例えばＷ、Ｍｏ、Ｃｏ等）および／またはこれら２種の金属の組み合わせから成る２種の高伝導性をもった電極、例えばｎ−型ドーピングをされた多結晶珪素の間に挟まれた高誘電体層（例えば二酸化珪素）を含むアンチフューズによって電圧に対して保護されている（本明細書においてはしばしば「電圧防護」という言葉が使われる）。誘電体層は、その厚さおよびボルト（Ｖ）／ｃｍ単位で表された誘電電界強度の値により所望の高電圧閾値（Ｖ_th）において該誘電体層が突然絶縁破壊を起こすように選ばれる。例えば誘電強度が１０⁷Ｖ／ｃｍでフィルムの厚さが約０．５μの二酸化珪素は、約５００Ｖの電圧をかけると絶縁破壊を起こす。絶縁破壊が起こる時間は極めて短い。即ちスパークの生成に伴う期間と同等であり、μ秒かナノ秒の場合もある。薄いフィルムほどこの閾値（Ｖ_th）は低く、逆もまた真である。従って高い電圧がかかり回路の短絡に似た応答をする誘電体層におけるフィラメントの突然の生成によって、半導体ブリッジ点火要素の必要な着火レベル以上の電流が生じ、点火要素は加熱され蒸発し、点火要素の近傍において起爆電荷を誘発するプラズマが生じる。一般に、金属−絶縁体−金属のアンチヒューズという概念は、閾値電圧（Ｖ_th）として選ばれた誘電体層の断裂電圧または絶縁破壊電圧よりも低い電圧に対し、誘電体層により電圧の防護がなされると云うことである。Ｖ_thは主として誘電体層がつくられている材料およびその厚さによって決定される。少なくともＶ_thの大きさの電圧が誘電体層の誘電破壊を起こさせ、二つの電極を融合させ、かけられた高電圧に半導体ブリッジ点火要素が露出し、その結果半導体ブリッジ点火要素を加熱し蒸発させてその一部である電気起爆装置（”ＥＥＤ”）を作動させる。
【００２０】
図１〜９および図１３〜１７は模式図であって、正しい尺度で描かれてはいない。明確に例示を行なうために或る要素の大きさが強調されている。図１〜６の同一の要素は同じ要素番号で示されており、類似した要素は同じ要素番号にプライムを付けて、例えば１６ａ’のように示されている。図７〜９および図１３〜１７は別々の番号付け方式を採用している。
【００２１】
さて図１および２を参照すれば、電気的に非伝導性の基質１２を有する半導体ブリッジ装置１０が示されている。基質１２は任意の非電気伝導性材料から成っていることができる。一般に当業界に公知のように、非伝導性の基質は単一成分または多成分の材料であることができる。例えば多結晶性珪素の半導体材料に対する適当な非伝導性基質は単結晶の珪素の基質の上に配置された絶縁体層（例えば二酸化珪素、窒化珪素等）から成っている。これは良く知られた基質１２に対する適切な組み合わせである。単結晶の珪素の半導体材料に対する適当な非伝導性基質はサファイヤであり、これも基質１２に対する適切な材料であることが知られている。基質１２の上には当業界に公知の任意の方法、例えばエピタキシャル生長法または低圧化学蒸着法によって、例示の具体化例において強くドーピングされた多結晶珪素の半導体１４を含む電気伝導性材料が取り付けられている。図２から最も良く分かるように、半導体１４は一対のパッド１４ａ、１４ｂを含み、この二つのパッドは平面図では向き合った側辺１４ａ’および１４ｂ’以外では実質的に矩形の形をしており、該向き合った側辺は起爆ブリッジ１４ｃの方にテーパーが付けられている。ブリッジ１４ｃはパッド１４ａと１４ｂとを連結し、１４ａおよび１４ｂのいずれよりも表面積および大きさが遥かに小さいことが分かる。ブリッジ１４ｃは半導体ブリッジ装置１０の起動区域である。図２から分かるように、このようして得られる半導体１４の形は幾分蝶ネクタイの形に似ており、大きな実質的に矩形のパッド１４ａ、１４ｂが小さい起爆ブリッジ１４ｃによって互いに隔てられ且つ連結されている。誘電体層１５は半導体１４の矩形のパッド１４ａの上に取り付けられている。図２ではパッド１４ａを示すために誘電体層は一部取り除かれて示されているが、例示の具体化例ではパッド１４ａの上面を完全に覆っている。図２において誘電体層１５の一部を示すために部分的に取り除いて描かれている金属化されたランド１６ａおよび１６ｂはそれぞれ誘電体層１５およびパッド１４ｂの上にあり、図示の具体化例においてはそれらの上面を完全に覆っている。金属化されたランド１６ａおよび１６ｂは実質的に同一である。一般に従来法ではこれらのランド１６ａおよび１６ｂに対してはアルミニウムまたはタングステンが使用されたが、任意の適当な金属または金属の組み合わせを用いることができる。ランド１６ａおよび１６ｂにはそれぞれ電気接点１８ａおよび１８ｂが取り付けられ、任意の適当な外部電圧源をＳＣＢに対し電気的に連結することができる。別法としてランド１６ａおよび１６ｂを直接プリント回路板または同様物に連結し、任意の適当な外部電圧源をＳＣＢに対し電気的に連結することができる。
【００２２】
操作時においては、電圧を与える外部電源に本発明の半導体ブリッジ装置を電気的に連結する。誘電体層１５は絶縁体として働き、起爆ブリッジ１４を横切って電圧がかかるのを防ぐ。上述のように、Ｖ_thよりも過剰な電圧（起動電圧）が或る十分な時間の間起爆ブリッジ１４ｃを横切ってかけられると誘電体層１５は誘電破壊を起こす。誘電体層１５が破れると、即ちランド１６ａとパッド１４ａとの間に延びた伝導性のフィラメントがつくられると、接点１８ａと１８ｂとを横切ってかけられた電圧により起爆ブリッジ１４ｃを通って電流が流れる。十分な強さの電流が十分な時間の間流れると、起爆ブリッジ１４ｃは突然プラズマを生成し、このプラズマは例えば起爆ブリッジ１４ｃと接触して充填されたエネルギー材料を起爆させる熱源として使用される。
【００２３】
次に図３および４を参照すれば、非電気伝導性の基質１２’を有する本発明の他の具体化例における半導体ブリッジ装置１０’が示されている。電気伝導性の半導体１４は図１および２の具体化例の半導体と同じであり、従ってこれ以上の説明はしないが、この半導体は基質１２’の一部が露出されたまま残るような方法で基質１２’の上に取り付けられている。金属化された伝導性の層２０が矩形のパッド１４ａの上面および側面に取り付けられ、基質１２’の露出した部分に沿って延びている。誘電体層１５’は区域２０ａの内部で伝導性の層２０の上面に取り付けられている。区域２０ａは基質２０’に直接取り付けられた伝導性の層２０の部分である。誘電体層１５’は区域２０ａの上面全体を覆うように延びていることができる。一対の金属化されたランド１６ａ’および１６ｂ（ランド１６ｂは図４では矩形のパッド１４ｂを部分的に示すために取り除かれている）が誘電体層１５’およびパッド１４の上方に配置され、この具体化例ではそれらを完全に覆っている。
【００２４】
操作時において、図３および４の半導体ブリッジ装置は図１および２の装置と同様な一体となった電圧防護を与える。誘電体層１５’は絶縁体として作用し、起爆ブリッジ１４を横切って電圧がかかるのを防ぐ。上述のように、Ｖ_thよりも過剰な電圧（賦活電圧）が或る十分な時間の間起爆ブリッジ１４ｃを横切ってかけられると誘電対層１５は絶縁破壊を起こす。誘電体層１５が破れると、即ちランド１６ａとパッド１４ａとの間に延びた伝導性のフィラメントがつくられると、接点１８ａ’と１８ｂとを横切ってかけられた電圧により起爆ブリッジ１４ｃを通って電流が流れる。特定的には電流はランド１６ａ’、誘電体層１５’の中に生じた伝導性のフィラメント、伝導層２０、パッド１４ａを通り、起爆ブリッジ１４ｃを通ってパッド１４ｂおよびランド１６ｂへと流れる。十分な強さの電流が十分な時間の間流れると。起爆ブリッジ１４ｃは突然プラズマを生成させ、このプラズマは例えば起爆ブリッジ１４ｃと接触して充填されたエネルギー材料を起爆させる熱源として使用される。
【００２５】
次に図５および６を参照すれば、非電気伝導性の基質１２’を有する本発明の他の具体化例における半導体ブリッジ装置１０”が示されている。電気伝導性の半導体１４は図３および４の具体化例の半導体のものと同じであり、従ってこれ以上の説明はしないが、この半導体は基質１２’の一部が露出されたまま残るような方法で基質１２’の上に取り付けられている。金属化された伝導性の層２０’が矩形のパッド１４ａの上面および側面に取り付けられ、基質１２’の露出した短い区画へ延びている。基質１２’の上面にある基質１２’の局所的なｎ−型ドーピングされた珪素区域２２が基質１２’の露出した部分に沿って延び、区域２０ａ’の中の伝導性の区域２０’に電気的に連結している。誘電体層１５’は区域２０ａ’の上面全体を覆うように延びていることができる。伝導性の層２０’およびパッド１４ａの両方の一部はｎ−型ドーピングされた珪素区域２２を部分的に示すために図６においては部分的に取り除かれている。一対の金属化されたランド１６ａ’および１６ｂ（ランド１６ｂは図６では矩形のパッド１４ｂを部分的に示すために取り除かれている）が誘電体層１５’およびパッド１４の上方に配置され、この具体化例ではそれらの上面を完全に覆っている。
【００２６】
図５および６の半導体ブリッジ装置は総合的な電圧防護を与え、図３および４の半導体ブリッジ装置と同様な方法で動作する。誘電体層１５が破れると、即ちランド１６ａとパッド１４ａとの間に延びた伝導性のフィラメントがつくられると、接点１８ａと１８ｂとを横切ってかけられた電圧によって起爆ブリッジ１４ｃを通って電流が流れる。特定的に述べれば、電流はランド１６ａ’、誘電体層１５’の中に生じた伝導性のフィラメント、ｎ−型ドーピングされた珪素の区域２２、伝導層２０、パッド１４ａを通り、起爆ブリッジ１４ｃを通ってパッド１４ｂおよびランド１６ｂへと流れる。十分な強さの電流が十分な時間の間流れると、起爆ブリッジ１４ｃは突然プラズマを生成させ、このプラズマは例えば起爆ブリッジ１４ｃと接触して充填されたエネルギーの大きい材料を起爆させる熱源として使用される。
【００２７】
多結晶の珪素、金属化された層または珪素の基質の一つにアンチヒューズを配置する上記の具体化例は、まさにアンチヒューズの電気的特性を最適化する目的に使用できる幾つかの可能な電圧防護型半導体ブリッジ点火用構造物である。アンチヒューズを配置する構造の選択は例えば多結晶珪素表面の微細な粗さに関連した幾つかの潜在的な信頼性に影響を与えることができる。
【００２８】
導通試験装置付きの電圧防護型ＳＣＢ
上記のように、製造過程並びに使用直前の種々の時点においてＳＣＢ装置の導通を試験できることが望ましい。例えば電気起爆装置（”ＥＥＤ”）の一部としてＳＣＢを野外で配備した後に、即ちＥＥＤを着火用部分回路に連結する前に、導通を試験することが望ましい。導通監視構造をもたない上記のアンチヒューズ構造物は高周波信号を用いてだけ導通を試験することができるが、高周波はその性質上ＥＥＤシステムに通常典型的に使用される標準的な２本の導線装置（ｔｗｏ−ｗｉｒｅｌｅａｄ−ｉｎｓ）を使用した場合、特に導線の長さが数フィートを越えた場合、あまり遠くへ伝播しない。従って大部分の用途に対して高周波による導通試験は実用的ではなく、直流（ＤＣ）電気信号を使用する導通試験が好適であり、大部分の場合それが取り得る唯一の手段である。
【００２９】
本発明によれば、本発明の高電圧防護型ＳＣＢ装置に対し安全で効果的な二つのＤＣ導通試験方法が提供される。その一つは熔融連結材法であり、他の一つは高抵抗値抵抗器法であるが、いずれもＳＣＢ装置の着火用部分回路に対し並列に配置される。
【００３０】
熔融連結材導通試験構造物
ＳＣＢ装置のＤＣ導通試験を容易に行なえる一つの形態はＳＣＢ装置の着火用部分回路に対し並列に配置した熔融連結材である。熔融連結材は典型的には装置の上に沈積させた低電力、低抵抗値の金属化層、例えば薄いアルミニウムのトレース片（ｔｒａｃｅ）である。熔融連結材を用いることによりＳＣＢ装置の着火用部分回路に電流を通さないで着火用部分回路の導通を試験することができる。アルミニウムのトレース片は低い振幅のＤＣ試験エネルギーレベルによって断裂して回路が開くように設計されている。従ってＤＣ試験電流の振幅は熔融連結材が断裂するレベルよりも低く保たれ、電圧は賦活電圧、即ちＳＣＢ装置が起動する電圧よりも低く保たれていなければならない。熔融連結材はＳＣＢ装置（チップ）の裏側か、或いはもっと容易にはＳＣＢ装置の上側に配置することができる。必要に応じ、例えばＳＣＢ装置をＥＥＤの一部として使用し、起爆薬、例えばアジ化鉛、スチフニン酸鉛のようなエネルギー材料と接触させる場合には、ＳｉＯ₂の不動態化した層で熔融連結材を覆うことができる。この不動態化した層は熔融連結と接触した高エネルギー材料が低振幅の試験電流または高振幅の電流、即ち連結材起動電流により起爆して熔融連結を熔融させるのを防ぐ。
【００３１】
電気回路の模式図を図７に示す。ここで電圧防護型半導体ブリッジ装置２４は誘電体のアンチヒューズ２８と直列に連結された半導体ブリッジ装置２６から成っている。電圧防護型半導体ブリッジ装置２４は図１〜６の任意の具体化例、または装置の電気回路の着火脚部の内部でアンチヒューズ装置２８を直列に配置した他の任意の具体化例から成っていることができるものと了解されたい。図７においては着火用部分回路はＡＢＥＦによって規定され、これは電源が連結される電気端子２０、３２を含んでいる。導通試験用部分回路ＡＣＤＦは着火用部分回路と並列に連結され、熔融連結材３４を含んでいる。熔融連結材３４は半導体ブリッジ装置２６の基質の上に配置された金属、好ましくはアルミニウムの薄いトレース片である。
【００３２】
熔融連結材３４の重要な特性は該要素を熔融させて回路を開くのに必要な最低電流量として定義される熔融電流レベルＩ_fuである。Ｉ_fuよりも低い電流レベルを導通試験に使用することができ、この場合要素の内部に最低量の熱が発生する。Ｉ_fuに等しいかそれよりも高い電流レベルは熔融電流と考えられる。
【００３３】
熔融連結材に対するＩｆｕは若干の設計パラメータによって決定される。その幾つかは次の通りである。熔融連結材がつくられる金属、これは要素の抵抗値Ｒ_f（ρ_fＬ_f／Ａｃ_f）を制御するための電気抵抗（ρ_f）を決定する。融点（Ｔ_m）、これは該要素を熔融させるのに必要な熱量を決定する。熔融時の金属の熱伝導率（Ｋ_m）。典型的な金属はアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）である。
【００３４】
熔融連結材を沈積させる基質により熔融連結材から運び去られる熱の速度が制御される。典型的な材料は珪素（Ｓｉ）、石英（ＳｉＯ₂）、ガラスおよびサファイヤ（Ａｌ₂Ｏ₃）である。
【００３５】
熔融連結材の物理的な寸法、即ち長さ（Ｌ_f）、幅（Ｗ_f）、厚さ（Ｔｈ_f）は、電流が流れる要素の断面積Ａｃ_f（Ｗ_f×Ｔｈ_f）、伝導によって基質に熱が導入する表面積Ａｓ_f（Ｌ_f×Ｗ_f）、および全必要エネルギーのための容積Ｖ_f（Ｌ_f×Ｗ_f）を決定する。
【００３６】
熔融連結材は小さい電流の振幅、例えば０．１〜０．５アンペアで熔融して回路が開くようにに設計することができる。試験電圧をかけた場合、電流で限定される試験電流が熔融連結材の中を流れる。何故ならば回路の他の部分回路はアンチフューズ層の容量効果によって効果的に遮断され、従って所望の電圧、典型的には数百ボルトの電圧から防護されているからである。従って簡単なＤＣ導通試験を用いてＳＣＢチップノ電気的な連結の導通を試験することができる。
【００３７】
操作中電圧が着火電圧にまで上昇すると、電流が起動電流を越えた際に熔融連結材は断裂し、回路の導通試験用部分回路が除去される。アンチヒューズがその起動電圧に達するとＳＣＢ着火脚部は着火する。
【００３８】
熔融連結材即ちヒューズは独立した（スタンドアロンの）導線（直線的なまたはコイルになった）、或いは箔として、また例えば図１〜６に例示した具体化例の基質１２または１２’のような基質上のフィルムとしてつくることができる。独立した導線または箔は厚さが必要であり、従って嵩張った材料になり、その長さは典型的には数ｃｍ程度、断面積は約１００平方ミル程度になる。フィルムに比べて大きさが大きいにも拘わらず、破損し易く、ガラスまたはプラスティックスの容器に入れて保存しなければ成らない。
【００３９】
他方、薄いフィルムの熔融連結材は大きさがμｍ程度の要素であり、例えば半導体加工に使用されるような写真平版技術によって平らな基質の上に沈積させられる。薄いフィルムの熔融連結材に適合した種類の基質としては、標準的な珪素のウエハ、ガラスまたはプラスティックスの円板、サファイヤの基質、セラミックスまたは電気絶縁性をもった他の平らな表面が含まれる。しかし前以て選択的に酸化された標準的な珪素の基質の上に熔融連結材をつくると、同じチップの上に回路を一体化できる利点が得られる。同じチップの上に熔融連結材と半導体回路とを一体化できることは、製造コストを低下させ製造の信頼性と再現性とを増加させ、機械的な損傷から保護する点においてそれ自身大きな利点になる。写真平版法では寸法上の融通性が得られるから、同じ熔融電流を維持しながら抵抗値を調節するために要素の寸法を増減させることができる。
【００４０】
また、薄いフィルム熔融連結材は、半導体工業から容易に入手できる技術に基づいて殆ど任意の金属から加工することができる。例えば標準的な写真平版法を使用し、熔融連結材の幾何学的な形を規定し、金属を沈積される間に熔融連結材の厚さをコントロールすることができる。また、薄いフィルムの熔融連結材は蒸発、スパッタリング、噴霧、電気メッキ、化学蒸着等を含む他の種々の公知の方法によって沈積させることができる。
【００４１】
抵抗導通試験
熔融連結材に代わるものとして、大きな値をもった抵抗を回路のＳＣＢアンチヒューズ着火用部分回路と並列に使用して回路の導通を試験する抵抗要素の役割を行なわせることができる。この抵抗器はＳＣＢ基質の中に一体化されていることが好ましいが、別の分離した抵抗器機素を使用することもできる。抵抗値は意図する用途に適切なように選ばれる。例えば一体化された抵抗器がＥＥＤの用途に有効であるようにするためには、その抵抗値は電流を維持するほど十分に大きく（１００ｋΩ程度）、従って電力の消費量はすべての時点において起爆装置と接触している高エネルギー材料（例えば起爆薬）の自己燃焼温度よりも低い値にＳＣＢ装置の温度を保つのに十分な低い値でなければならない。かける導通試験電圧は勿論起動電圧、即ちＳＣＢが起動する電圧よりも低くなければならない。この起動電圧は電圧防護型ＳＣＢ装置の設計および意図された用途に依存して（ＳＣＢ装置はアンチヒューズ誘電体と直列に配置される）１／１０〜１／１００ボルトの範囲で変化することができる。また電力消費量が低いとアンチヒューズのの電圧防護特性に対する熱の影響が減少する。何故なら経験によって熱はこのようなアンチヒューズの電圧閾値を低下させる傾向があるからである。
【００４２】
図８には抵抗導通試験用部分回路ＡＣＤＥを含む電圧防護型半導体ブリッジ装置を示す。図８は抵抗器３６が図７の具体化例の熔融連結材３４の代わりに用いられていること以外図７と同じである。図７のものと同し図８の要素は同じ番号が付けられており、図７の回路と同様に図８の回路は着火用部分回路ＡＢＥＦおよび導通試験用部分回路ＡＣＤＦを含んでいるということを注意する他はこれ以上説明する必要はないであろう。
【００４３】
抵抗器はウエハの嵩張った珪素の中またはＳＣＢを含む多結晶珪素の層の中のいずれかに配置される。それぞれの利点の幾つかを下記に説明する。しかし好適な形態はウエハの嵩張った珪素の中に抵抗器を配置する形である。嵩張った珪素または多結晶の珪素のドーピングは、単位面積当たり高い電気抵抗が得られ、ＳＣＢと同じチップの上で高い値の抵抗器が製作できるようにコントロールされる。一具体化例では高い抵抗値を得るために屈曲した設計を用いる。抵抗器は大きな区域のｎ＋型拡散接触パッドによって電圧防護型ＳＣＢに連結される。これによってＳｈｏｔｔｋｙダイオードの非線形の成分の生成を緩和する。
【００４４】
導通試験として高い値の抵抗器をもつ電圧防護型ＳＣＢの典型的な設計配置を図９に示すが、ここで半導体ブリッジ装置３８は高電圧に対して防護され、またそれと一体となってつくられた導通試験器をもっている。半導体ブリッジ装置３８は非電気伝導性の基質４０を含み、これは例えば二酸化珪素、窒化珪素等の適当な材料からつくることができる。例えば図１および図２に例示したのと同様なまたは同一な構造では、半導体ブリッジ装置３８は平面図において多結晶の珪素の半導体のパッド４４ａ、４４ｂの上に配置された一対の金属化されたランド４２ａ、４２ｂを含み、パッド４４ａおよび４４ｂは起爆ブリッジ４４ｃによって連結されているように示されている。パッド４４ａ、４４ｂおよび起爆ブリッジ４４ｃは多結晶珪素の半導体から成る一体となった単一の部材からつくられている。図１および２に示された誘電体層１５に相当するような誘電体層から成るアンチヒューズは図９においては見ることはできないが、金属化されたランド４２ａとパッド４４ａの間に配置されている。抵抗器の接触パッド４６ａおよび４６ｂはそれぞれ金属化されたランド４２ａおよび４２ｂに電気的に連結されている。抵抗器の接触パッド４６ａおよび４６ｂは例えばアルミニウムの連結材のような金属の連結層によって連結されており、この連結材は、基質４０を通って図９では見えないその下側へ延びた通路（図９では見えない）を介し金属の薄片またはトレース片として基質４０を通って下方へ延びている。該通路は適当な誘電体材料でライニングされ、連結器のパッドおよび装置の他の機素から延びた金属の痕跡の間の電気的な接触を防いでいる。金属の連結材の層は接触パッド４６ａ、４６ｂを基質４０の下側につくられた屈曲した抵抗器の反対側の端に連結している。高抵抗値は近真性の珪素ウエハを用いて得ることができ、特定の値はドーピング・イオンを光で濃縮して必要な単位面積当たりの高い抵抗値を得ることができる。これはまた反対イオン（ｐ−型のウエハに対しては正のイオン、逆もまた同じ）を用いて所望の高抵抗値が得られるまでカウンター・ドーピングを行なうことによって達成することもできる。例示した構造物の代替品として、基質４０の中または上にではなくＳＣＢを含む同じ多結晶珪素の層の中に抵抗器を配置することができる。
【００４５】
多結晶の珪素の中に抵抗器を入れる潜在的な利点は、多結晶珪素の下方にあるＳｉＯ₂絶縁層のために、抵抗器を支持用の珪素基質から完全に絶縁できることである。多結晶の珪素の中に抵抗器を入れる他の潜在的な利点は、多結晶珪素をドーピングしないで生長させ、標準的なドーピングされたウエハの塊状の珪素に比べ、鉄を低濃度で容易にドーピングすることができることである。低濃度ドーピングを行なうと単位面積当たりの抵抗値が高くなる。しかしウエハの塊状の珪素の中に抵抗器を入れる主要なな利点は、装置からヘッダーまたはＳＣＢ装置を取り付ける他の構造物への熱の移動が良好になり（例えば図１０とそれについての下記の説明参照）、熱の蓄積が最低限度に抑制されることである。従って熱的な考慮が重要な場合には塊状の珪素の基質に抵抗器を取り付けることは好適な態様である。
【００４６】
本発明の半導体ブリッジ点火装置はＥＥＤの構成機素として有利に使用される。典型的なＥＥＤは図１０に例示されており、これは典型的なアジ化鉛またはスチフィン酸鉛のような起爆薬から成る起爆装填薬５６を含むコップ状の凹みを規定したヘッダー５２を具備している。凹み５４の底には本発明によりつくられた半導体ブリッジ装置５８が配置され、この装置は金属化されたランド６０ａ、６０ｂを含み、その間に点火用のブリッジが備えられ、起爆装填薬５６と接触している。この半導体ブリッジ装置は適当な手段、例えばエポキシ接着剤６５によってコップ状の凹み５４の底に固定され、金属のランド６０ａ、６０ｂはそれぞれ電気導線６６ａ、６６ｂによって電気端子６４に連結されている。各電気導線６６ａ、６６ｂは一端が金属のランド６０ａ、６０ｂに導線で結合され、他の端は電気端子６４の一つに導線で結合されている。
【００４７】
実施例１
Ａ．図９に示した形で製造された電圧防護型ＳＣＢ点火装置を試験の目的で例示したような方法で図１０の起爆装置５０に連結されたＴＯ−４６ヘッダーに取り付けたが、但しエネルギー材料（図１０の起爆装填薬５６に対応するもの）は取り去っておいた。各試験ユニット１５０（図１１および１２）は下記の構成機素を具備したＳＣＢ点火装置３８を含んでいた。
【００４８】
（ａ）アンチヒューズ要素としての厚さ０．５μｍの二酸化珪素フィルム（図９には示されていないが図１の誘電体層１５と同等）。
【００４９】
（ｂ）アルミニウム金属のランド（図９の４２ａ、４２ｂ）。
【００５０】
（ｃ）多結晶珪素の層（起爆ブリッジ４４ｃ以外図９には示されていないが、図１の多結晶珪素半導体１４と同等。図９の４４ｃは図１の１４ｃの同等品）。
【００５１】
（ｄ）電圧防護型着火用部分回路に並列に連結された１５，０００Ωの抵抗器。着火用部分回路には金属化されたランド（図９の４２ａ、４２ｂ）、誘導体層（図１の１５と同等）および多結晶珪素の半導体層（図１の１４と同等）が備えられている。
【００５２】
それぞれ、容量放電試験（１０μＦ）、ＤＣ電圧漸増試験、ＤＣ電圧の階段状の増加に対する抵抗電流の試験、およびＡＣ電圧（１２０ボルト、６０サイクル／秒）試験によって試験ユニットの試験を行なった。
【００５３】
Ｂ．容量放電試験は、６００ボルト、１０μＦの蓄電器７０、トグルスイッチ７２、オシロスコープ７４、および０〜４００ボルトの間で変動させ得る直流（ＤＣ）電流電源７６を備えた図１１に模式的に例示されている第１の試験回路６８を用いて行なった。試験すべきユニット１５０を図１０の電気端子６４に対応する電気端子を介してこの回路に連結した。この試験の間、アンチヒューズ要素（図１の誘導体層１５と同等）に対し２００±２０ボルトの絶縁破壊電圧を得た。１５０〜２５０ボルトの範囲で蓄電器の所の電圧を１０ボルト毎に階段状に増加させた。このような方式では並列に連結した導通監視用部分回路は重要な役割を演じない。何故ならアンチヒューズにかかる電圧は瞬間的であり、抵抗器は殆どエネルギーを消費しないからである。
【００５４】
Ｃ．ＤＣ電圧漸増試験は図１１の高圧ＤＣ電源７６を試験すべきユニット１５０の電気端子（図１０の電気端子６４に対応）に直接連結し、オシロスコープ７４で結果を監視することにより行なった。試験の結果、３０ボルト／秒の割合で手動で入力電圧を増加させた場合、電圧防護型のＳＣＢは常に２００±２０ボルトで着火することが示された。このことは、上記Ｂの容量放電試験の結果と矛盾しない。しかし約１５ボルト／秒またはそれ以下の電圧上昇速度に対しては、約１６０ボルトの所で電圧防護型ＳＣＢは若干の電気的な不安定性を示し、そのため１６０〜１８０ボルトの範囲では僅かに低い電圧で装置が早期に作動する結果が得られた。これは、並列の抵抗器によって熱が発生する結果であると考えられる。熱によってＳｉＯ₂誘導体フィルムの中のアルミニウムの拡散が促進され、そのため本来０．５μｍの厚さの誘導体フィルムがその有効厚さを減少した結果である。
【００５５】
Ｄ．ＤＣ電圧の段階的の増加に対する抵抗電流の試験は、図１２に示すようにオシロスコープ７４を含む第２の試験回路８０においてＤＣ高電圧電源７６および電流計７８を試験すべきユニット１５０に直列に連結することにより行なった。電圧防護型ＳＣＢ装置について連続的な電圧監視試験を行なった。この試験では段階的な電圧増加モードにおいて、６０〜１６０ボルトの範囲で各段階において電圧を１分間持続させ電圧の上昇を１０ボルトにして電圧をかけた。電圧をそれぞれ段階的に上昇させた時段階的に電圧を上昇させる間に１分間の間隔をとる目的は、各電圧において試験されるユニット１５０の半導体点火装置３８の温度を安定させるためである。このようにして半導体点火装置３８の並列の抵抗器（図８の抵抗器３６に対応）の抵抗値のデータをかけた電圧の関数として得た。この試験の結果全体から、試験されたユニットは、その物理的なおよび／または電気的な劣化を起こさずに、１２時間よりも長い期間連続モードにおいて１４０ボルトのＤＣ電圧を保持できることが示された。
【００５６】
この試験の間電気的なパラメータ、即ち電圧防護型ＳＣＢの電圧および電流を監視した。従って抵抗器（図８の抵抗器３８に対応）の抵抗および電力を、かけた電圧の関数として計算した。観測された主要な電気特性は、並列の抵抗器（図８の抵抗器３８に対応）がその値を０．５ボルトにおける１５，０００Ωから１００ボルトにおける１５０，０００Ωのピーク値へ変化した後、１４０ボルトにおける約１００，０００Ωへ低下するような特性であった。電力損失は１４０ボルトにおいて０．２ワットよりも少なかった。
【００５７】
抵抗器のこのような動的電気特性は、電圧防護型ＳＣＢ点火装置３８（図９）に高インピーダンスの並列抵抗器（図８の抵抗器３８に対応）を付加したことによって優れた導通試験能力および電圧防護が与えられたためである。換言すれば、連続的に増加する漂遊電圧に対して並列抵抗器が応答し、ＳＣＢチップの内部に生成する少量の熱により抵抗器に与えられる抵抗値を増加させる。勿論、当業界の専門家には明らかなように、ＳＣＢチップの大きさが大きいほど熱消費能力は良好になる。
【００５８】
Ｅ．ＡＣ電圧試験においては、図１０の電気接点６４の同等品に連結された１２０ボルト、６０サイクル／秒のＡＣ出力に対し、試験されるユニット１５０を繰返し接続し、またそれから抜き取る。試験されたユニット１５０には物理的なまたは電気的な損傷は見られなかった。また試験されたユニットを一晩ＡＣ出力に接続したままにしたが、劣化は検出されなかった。
【００５９】
多重ブリッジ構造
単一の電圧防護型半導体ブリッジ装置（例えば図７および８）を具備した上記の電圧防護型半導体ブリッジ装置は電圧の極性に対して敏感であることが見出だされている。特に点火装置にかけられた電圧の極性に依存して着火レベルが変動することが観測された。このような敏感性を緩和する一つの方法は、電気回路の中に第２の電圧防護型半導体ブリッジ装置を組み込み、第１の電圧防護型半導体ブリッジ装置とは反対の極性をもった電圧を受けるようにする方法である。
【００６０】
多重ブリッジ構造および抵抗導通監視用部分回路ＡＤＥＨを使用した電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の模式的電気回路を一般に図１３の２００として示す。図１３の回路は一対の着火脚部ＡＢＧＨおよびＡＣＦＨ、および導通監視用部分回路ＡＤＥＨを含み、これらはそれぞれ並列に連結されている。導通監視用部分回路ＡＤＥＨは上記のものと同様であり、図示にように高い値をもった抵抗器２０２を含んでいるが、この具体化例において抵抗器の代わりに熔融連結材を用いることができることを了解されたい。回路の導通は抵抗器２０２を通してチェックでき、抵抗器をＳＣＢ基質と一体とすることが好ましいが、分離した別の抵抗器構成要素を使用することもできる。抵抗値は意図した用途に適合するように選ぶことができ、導通監視用部分回路にかける電圧は上記のように起動電圧よりも低い値でなければならない。図８の具体化例におけるように、抵抗器の位置はウエハの中の塊状の珪素の中、或いはＳＣＢを含む多結晶珪素層の中のいずれかであることができる。
【００６１】
着火用部分回路ＡＢＧＨは電圧防護型半導体ブリッジ２０４を含み、着火用部分回路ＡＣＦＨは電圧防護型半導体ブリッジ２０４’を含んでいる。これらの電圧防護型ブリッジ２０４、２０４’は誘電体のアンチヒューズ２０８、２０８’に直列に連結された半導体ブリッジ装置２０６、２０６’を含んでいる。半導体ブリッジ装置２０６およびアンチヒューズ２０８は半導体ブリッジ装置２０６’およびアンチヒューズ２０８’とは反対の極性をもった電圧を受け取るために連結されていることが分かる。電圧防護型半導体ブリッジ装置２０４、２０４’は図１〜９に例示された任意の具体化例、または装置の電気回路の着火用部分回路内部でアンチヒューズを直列に配置する任意の他の具体化例のものから成っていることもできる。
【００６２】
電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の一具体化例を図１４および１５において一般的に２０１で示す。この電圧防護型半導体ブリッジ点火装置２０１は、高い値をもった屈曲した抵抗器２０２、および一対の電圧防護型半導体ブリッジ装置２０４、２０４’を具備している。抵抗器２０２は例えば二酸化珪素、窒化珪素等のような適当な材料からつくられた電気的に非伝導性の物質２１０で支えられている。抵抗器２０２は抵抗器の接触パッド２１２ａおよび２１２ｂの間に連結された屈曲したパターンを備え、これらのパッドはさらにそれぞれ金属化されたランド２１４ａおよび２１４ｂに電気的に連結されている。例えば酸化物の化合物から構成された絶縁パッド２１６ａおよび２１６ｂの上に随時抵抗器の接触パッド２１２ａおよび２１２ｂが配置されていることができる。抵抗器２０２の屈曲したパターンはドーピングされた半導体材料の層によってつくられ、この層は基質２１０の上部表面２１９に沿って沈積され、エッチングによって材料の細片またはトレース片の形にされていることができる。抵抗器２０２は随時基質２１０の下側、或いは図９の具体化例に関しては上記のように多結晶の珪素の層の中に位置していることができる。抵抗器２０２の抵抗値は図９の具体化例に関して上記に説明したようにドーピングの量によって思い通りに変化させることができる。
【００６３】
金属化したランド２１４ａおよび２１４ｂは抵抗器２０２を各電圧防護型半導体ブリッジ点火装置２０４および２０４’と並列に連結される。電圧防護型半導体ブリッジ点火装置２０４および２０４’は単一の基質２１０の上に配置されているが、各電圧防護型半導体ブリッジ点火装置２０４および２０４’は別の基質の上に取り付けることもできることが分かるであろう。例示されているように、電圧防護型半導体ブリッジ点火装置２０４および２０４’は例えば酸化物化合物から成る随時使用される絶縁層２２０の上に取り付けられている。
【００６４】
電圧防護型半導体ブリッジ装置２０４は起爆ブリッジ２２２ｃによって連結されたパッド２２２ａおよび２２２ｂを備えており、その各々は一体となった多結晶珪素半導体の単一部材からつくられている。図１および２に示された誘電体層１５と同等な誘電体層２２４から成るアンチヒューズが、金属化したランド２１４ａおよび２１４ｂの間に配置されている。同様に電圧防護型半導体ブリッジ装置２０４’は起爆ブリッジ２２２ｃによって連結されたパッド２２２ａ’および２２２ｂ’を備えており、その各々は一体となった多結晶珪素半導体の単一部材からつくられている。電圧防護型半導体ブリッジ装置２０４と反対の極性をもつ電圧を受け取るように電圧防護型半導体ブリッジ装置２０４’を連結するためには、やはり図１および２に示された誘電体層１５と同等な誘電体層２２４’から成るアンチヒューズが金属化したランド２１４ｂおよび２２２ｂ’の間に配置されている。従って誘電体層２２４と誘電体２２４’との場所の相違のために、各誘電体層には反対の極性の電圧がかけられる。
【００６５】
ピンホールの生成の低減
本明細書に記載されたような電圧防護型ブリッジ点火装置は、静電放電（ＥＳＤ）試験のような或る種の環境下において敏感であり、アンチヒューズ構造物中にピンホールを生成する。このようなピンホールの生成を防ぐためには、図１６の模式的配線図に示されているように電圧防護型半導体ブリッジ点火装置と並列に蓄電器を配備することができることが見出だされた。
【００６６】
電圧防護型半導体ブリッジ点火装置のための電気回路は図１６において一般的に３００で示されており、これは連結点ＣおよびＪを介して第１の着火用部分回路ＡＤＩＬに並列に連結された蓄電器用の部分回路ＡＢＫＬを備えている。第２の着火用部分回路ＡＥＨＬおよび導通監視用部分回路ＡＦＧＬも部分回路ＡＢＫＬおよびＡＤＩＬに並列に連結されている。監視用の部分回路ＡＦＧＬは上記と同様であり、例示されているように高い値の抵抗器を含んでいることができるが、この具体化例においては抵抗器の代わりに熔融可能な連結材も使用できることを了解されたい。また、第１および第２の着火用部分回路ＡＤＩＬおよびＡＡＥＨＬは例えば図８に関連して上記に説明したような単一の着火用部分回路で置き換えることができることを了解されたい。蓄電器用部分回路ＡＢＫＬはキャパシタンスが約０．１５μＦまたはそれ以上の蓄電器３０２を含んでいる。典型的には蓄電器３０２は約０．４７μＦのキャパシタンスをもっている。
【００６７】
図１７に例示されているように、電気起爆装置の他の具体化例が示されているが、これは上記の半導体ブリッジ点火装置２０１と同様な半導体ブリッジ点火装置３０１と蓄電器３０２を具備している。この電気起爆装置はまた、ヘッダー３０６、取り付け用の基質３０８、および蓄電器の監視用構造物３１０を具備した起爆用点火装置３０４を含んでいる。ヘッダー３０６は上記のヘッダー５２と同様であり、起爆装填薬３１４を含むコップ状の凹み３１２を規定している。凹み３１２の底には半導体ブリッジ点火装置３０１があり、これは図１０に関して上に説明したのと同様な方法で組み立ててヘッダー３０６にすることができる。
【００６８】
取り付け用の基質３０８は基台３１６および一対の電気伝導性の電極３１８から成っている。基台３１６はプラスティックスのような成形可能な絶縁性の材料から成っており、電極３１８を励起する装置（図示せず）に連結することができる。後者の装置は必要に応じ導通監視能力をもっていることができる。
【００６９】
蓄電器の取り付け構造物３１０は蓄電器３０２を支持し、ハウジング３２０、一対の筒状のスリーブ３２２および連結材３２４を備えている。ハウジングは基台と同じ材料から成ることができ、蓄電器３０２、筒状のスリーブ３２２および連結材３２４の周りに成形することができる。筒状のスリーブ３２２および連結材３２４は金属製の材料のような伝導性材料から成り、蓄電器３０２を電極３１８に電気的に連結する機能をする。蓄電器３０２は誘電体物質から成ることができる材料３２８の周りに配置された板３２６から成っている。
【００７０】
実施例２
図１７に示すような半導体ブリッジ点火装置３０１、蓄電器３０２および起爆薬点火装置３０４から成る電気起爆装置を、ＭＩＬ−ＳＴＤ−１５７６、方法２２０７の探査試験（ｐｒｏｂｉｎｇｔｅｓｔ）の部分に従って高周波数（ＲＦ）に対する感度に関して試験した。この方法では、１．５ＭＨｚ〜３３ＧＨｚの範囲の異なった１０種の周波数におけるＲＦ感度を決定するために約２３０の電気起爆装置の試験を行なう。電気起爆装置はかける周波数に依存して連続波（ＣＷ）およびパルス波の変調入力信号で試験し、またピン−ピン（Ｐ−Ｐ）モードおよびピン−ケース（Ｐ−Ｃ）モードで試験した。各装置に対する試験中の露出時間は５分であった。
【００７１】
ＲＦ探査試験の間雷管はＲＦ感度が極めて低いことを示した。電気起爆装置は僅かに２個だけが着火した（１個は９００ＭＨｚ、１０ワット、今一つは８．９ＧＨｚ、１３ワットで）。一つの試験系列では７個の電気起爆装置を１．５ＭＨｚ、２７ワットにおいてピン−ケース・モードで試験したが、どの起爆装置も偶発することはなかった。他の周波数において７個の装置を２５０ＭＨｚ、１８ワットにおいてピン−ピン・モードで試験したが、どれも偶然着火することはなかった。下記の表にＲＦ探査試験の結果をまとめる。
【００７２】
【表１】

【００７３】
【表２】

【００７４】
以上本発明をその特定の具体化例に関し詳細に説明したが、当業界の専門家は上記の説明を読めば上記の具体化例に関し多くの変更を行ない得ること、およびそのような変更は添付特許請求の範囲内に入ることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の模式的立面図。
【図２】図１の点火装置の上面平面図。
【図３】本発明の他の具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の立面図。
【図４】図３の点火装置の上部平面図。
【図５】本発明のさらに他の具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の立面図。
【図６】図５の点火装置の上部平面図。
【図７】装置の電気回路の着火用部分回路と並列に配置された熔融連結材を備えた本発明の一具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の回路図。
【図８】装置の電気回路の着火用部分回路と並列に配置された高抵抗値をもつ抵抗器を備えた本発明の他の具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の回路図。
【図９】装置の電気回路の着火用部分回路と並列に配置された高抵抗値をもつ屈曲した抵抗器を含む、図８に示した本発明の具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の模式的平面図。
【図１０】本発明の一具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置を使用した電気起爆装置の立面図の模式的断面図。
【図１１】実施例１項目Ｂに使用した試験装置の模式的回路図。
【図１２】実施例１項目Ｃに使用した試験装置の模式的回路図。
【図１３】本発明のさらに他の具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の模式図。
【図１４】図１３電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の模式図。
【図１５】図１４の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図。
【図１６】本発明のさらに他の具体化例による電圧防護型半導体ブリッジ点火装置の模式図。
【図１７】図１６の電圧防護型半導体ブリッジ点火装置を使用した電気起爆装置の一部断面図を含む拡大分解図。

Claims

或る予め定められた閾値電圧よりも低い電圧においては作動しないようにされている半導体ブリッジ点火装置において、該点火装置は一つの回路を規定し、且つ
非伝導性材料からつくられた基質、および
（ａ）該基質の上に配置され、第１および第２のパッドを有し、該第１および第２のパッドの間にはそれらを連結する起爆ブリッジによって架橋された間隙をもつような寸法と形を有する多結晶珪素の層であって、該ブリッジは選ばれた特性の電流が流れると該ブリッジの所でエネルギーを放出するような寸法と形をもつようにつくられた多結晶珪素の層、
（ｂ）該第１および第２のパッドにそれぞれ電気的に接触して配置されている第１および第２の金属化されたランドであって、該第１および第２の金属化されたランド、第１および第２のパッドおよび該ブリッジから構成される電気回路の第１の着火用部分回路を規定している第１および第２の金属化されたランド、および
（ｃ）絶縁破壊電圧が該閾値電圧と等しく該電気回路の該第１の着火用部分回路の中に直列に挿入され、大きさが該閾値電圧と少なくとも等しい電圧がかかった場合だけ回路を閉じることができる誘電体材料を具備した第１の半導体ブリッジ、並びに
該第１の半導体ブリッジに並列に連結され、該基質の上に配置されている第２の半導体ブリッジであって、該第２の半導体ブリッジは
（ａ）該基質の上に配置され、第１および第２のパッドを有し、該第１および第２のパッドの間にはそれらを連結する起爆ブリッジによって架橋された間隙をもつような寸法と形を有する多結晶珪素の層であって、該ブリッジは選ばれた特性の電流が流れると該ブリッジの所でエネルギーを放出するような寸法と形をもつようにつくられた多結晶珪素の層、
（ｂ）該第１および第２のパッドにそれぞれ電気的に接触して配置されている第１および第２の金属化されたランドであって、該第１および第２の金属化されたランド、第１および第２のパッドおよび該ブリッジから構成される電気回路の第２の着火用部分回路を規定している第１および第２の金属化されたランド、および
（ｃ）絶縁破壊電圧が該閾値電圧と等しく該電気回路の該第２の着火用部分回路の中に直列に挿入され、大きさが該閾値電圧と少なくとも等しい電圧がかかった場合だけ回路を閉じることができる誘電体材料を具備した第２の半導体ブリッジを具備し、
該第１の半導体ブリッジおよび第２の半導体ブリッジが、該電気回路の中で、他の電圧とは極性が反対の電圧を受けるように各々が連結されるような形状をしていることを特徴とする半導体ブリッジ点火装置。
第１の半導体ブリッジの誘電体材料は第１の半導体ブリッジの多結晶珪素の層と第１の半導体ブリッジの第１の金属化されたランドの間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の点火装置。
第２の半導体ブリッジの誘電体材料は第２の半導体ブリッジの多結晶珪素の層と第２の半導体ブリッジの第２の金属化されたランドの間に配置されていることを特徴とする請求項２記載の点火装置。
第１の半導体ブリッジの第１の金属化されたランドと第２の半導体ブリッジの第１の金属化されたランドとは一緒になって一つの第１の伝導層をつくり、第１の半導体ブリッジの第２の金属化されたランドと第２の半導体ブリッジの第２の金属化されたランドとは一緒になって一つの第２の伝導層をつくっていることを特徴とする請求項３記載の点火装置。
多結晶珪素の層はドーピングされていることを特徴とする請求項１〜４記載の点火装置。
電気回路はさらに第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された蓄電器を備えていることを特徴とする請求項１〜４記載の点火装置。
電気回路はさらに、基質の上に配置され且つ第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された蓄電器を備えていることを特徴とする請求項１〜４記載の点火装置。
電気回路はさらに、第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された熔融連結材から成る導通監視用の部分回路を備え、該熔融連結材は或る選ばれた監視用の電流より大きな電流値において断裂するような形をしており、これによって監視用の電流値を越えた場合、熔融連結材が断裂して回路が開くことを特徴とする請求項１〜４記載の点火装置。
該熔融連結材は薄いフィルムの熔融連結材であることを特徴とする請求項８記載の点火装置。
電気回路はさらに、第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された抵抗器から成る導通監視用の部分回路を備え、該抵抗器は該予め定められた閾値電圧より低い電圧においては、該電気回路の第１および第２の着火用部分回路を通る電流を減少させ、該第１および第２の半導体ブリッジ装置の温度を或る予め定められた温度よりも低く維持するのに十分に大きな抵抗値をもていることを特徴とする請求項１〜４記載の点火装置。
電気起爆装置を備え、エネルギー材料と接触して配置され、該予め定められた温度は該エネルギー材料の自動点火温度であることを特徴とする請求項１０記載の点火装置。
該抵抗器は第１の半導体ブリッジの多結晶珪素の層のドーピングされた区画であることを特徴とする請求項１０記載の点火装置。
該抵抗器は基質のドーピングされた区画であることを特徴とする請求項１０記載の点火装置。
基質は第１および第２の基質に分離され、第１の半導体ブリッジは第１の基質の上に配置され、第２の半導体ブリッジは第２の基質の上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３記載の点火装置。
或る予め定められた閾値電圧よりも低い電圧においては作動しないように防護されている半導体ブリッジ点火装置において、該点火装置は一つの回路を規定し、且つ
非伝導性材料からつくられた基質、および
（ａ）該基質の上に配置され、第１および第２のパッドを有し、該第１および第２のパッドの間にはそれらを連結する起爆ブリッジによって架橋された間隙をもつような寸法と形を有する多結晶珪素の層であって、該ブリッジは選ばれた特性の電流が流れると該ブリッジの所でエネルギーを放出するような寸法と形をもつようにつくられた多結晶珪素の層、
（ｂ）該第１および第２のパッドにそれぞれ電気的に接触して配置されている第１および第２の金属化されたランドであって、該第１および第２の金属化されたランド、第１および第２のパッドおよび該ブリッジから構成される電気回路の第１の着火用部分回路を規定している第１および第２の金属化されたランド、および
（ｃ）絶縁破壊電圧が該閾値電圧と等しく該電気回路の該第１の着火用部分回路の中で多結晶珪素の層と第１の金属化されたランドとの間に直列に挿入され、大きさが該閾値電圧と少なくとも等しい電圧電位がかかった場合にだけ回路を閉じることができる誘電体材料を具備した第１の半導体ブリッジを具備し、
該電気回路はさらに該第１の着火用部分回路に並列に連結された蓄電器を備えていることを特徴とする点火装置。
電気回路はさらに、第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された熔融可能な連結材から成る導通監視用の部分回路を備え、該熔融連結材は或る選ばれた監視用の電流より大きな電流値において断裂するような寸法と形をもち、これによって監視用の電流値を越えた場合、熔融連結材が断裂して回路が開くことを特徴とする請求項１５記載の点火装置。
該熔融連結材は薄いフィルムの熔融連結材であることを特徴とする請求項１６記載の点火装置。
電気回路はさらに、第１および第２の着火用部分回路に並列に連結された抵抗器から成る導通監視用の部分回路を備え、該抵抗器は該予め定められた閾値電圧より低い電圧においては、該電気回路の第１および第２の着火用部分回路を通る電流を減少させ、該第１および第２の半導体ブリッジ装置の温度を或る予め定められた温度よりも低く維持するのに十分に大きい抵抗値をもていることを特徴とする請求項１５記載の点火装置。
電気起爆装置を備え、エネルギー材料と接触して配置され、該予め定められた温度は該エネルギー材料の自動点火温度であることを特徴とする請求項１８記載の点火装置。
該抵抗器は第１の半導体ブリッジの多結晶珪素の層のドーピングされた区画であることを特徴とする請求項１８記載の点火装置。
該抵抗器は基質のドーピングされた区画であることを特徴とする請求項１８記載の点火装置。