JP5958915B2 - 点火ユニットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、様々な用途に使用される火工品を構成するための点火ユニットの製造方法に関し、特に、大量生産に適した方法により構成される点火ユニットの製造方法に関する。

従来から、火薬を塗布し、圧填し又はポッティングし、若しくは火薬を浸漬させて構成した電橋部を備え、この電橋部に通電して火薬に点火する小型の点火ユニットが公知である。最近では、半導体技術を活用して電橋部を形成し、この電橋部に火薬をポッティングし、通電し、電橋部を発熱させて火薬に点火する構成の点火ユニットが登場している。例えば、下記特許文献１では、半導体基板上に絶縁層と点火部ブリッジ層とからなる電橋部を備えて構成される半導体ブリッジに係る発明が提案されている。この発明により、着火時間、すなわち、半導体ブリッジの応答性能が改善したとされている。

なお、下記特許文献２では、火薬式マイクロシステムに係る発明において、点火薬をスクリーン印刷により基板上に堆積させる技術について開示されている。

特許第４９０２５４２号公報 特表２００７−５１９５３１号公報

しかし、特許文献１で提案された発明に関連し、半導体技術を活用して電橋部を形成し、この電橋部に火薬をポッティングする半導体ブリッジ及び、このような半導体ブリッジを備えた点火ユニットでは、小型であるために火薬のポッティング操作に困難性があって生産性に劣ると指摘されている。特許文献２では、火薬をスクリーン印刷により基板上に堆積させる技術が開示されるが、火薬がスラリー化した状態にあるため、小さい半導体チップ上で、所望の位置にピンポイントに印刷することが難しいという問題がある。特に、スラリー化した火薬が乾燥してくると摩擦によって発火する可能性が高まるので、安全に扱いたいという要望もある。すなわち、安全、容易な方法で、かつ、大量生産に適した方法により、点火ユニットを製造することが求められている。

本発明は、上記実情に鑑み提案され、様々な用途で使用される火工品を構成するための点火ユニットに関し、特に、大量生産に適した方法で構成されながら、優れた発火性能を具備する点火ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、発熱体の発熱に基づいて点火薬が点火する点火ユニットの製造方法において、外部と電気的に接続される電極接続体及びこの電極接続体同士を連結して通電時に発熱する前記発熱体からなる発熱材料部を、半導体部上に形成し、前記発熱体を包囲するようにして前記発熱材料部上に周壁部を形成し、この周壁部に囲まれた空間に点火薬を収容し、前記半導体部は、前記点火薬が前記周壁部に囲まれた空間に収容された後、ダイシングされてチップ状となることを特徴とする。
上記点火ユニットの製造方法において、前記点火薬は、火薬スラリーであって、スクリーン印刷によって前記周壁部に囲まれた空間に収容されることを特徴とする。

また、本発明は、発熱体の発熱に基づいて点火薬が点火する点火ユニットの製造方法において、チップ状の半導体部上に、外部と電気的に接続される電極接続体及びこの電極接続体同士を連結して通電時に発熱する前記発熱体からなる発熱材料部を形成し、前記発熱体を包囲するようにして前記発熱材料部上に周壁部を形成し、この周壁部に囲まれた空間に点火薬を収容し、前記点火薬は、火薬スラリーであって、スクリーン印刷によって前記周壁部に囲まれた空間に収容されることを特徴とする。

前記火薬スラリーは、水系スラリーであることが好ましい。前記水系スラリーを構成するバインダーは、ゴム液若しくはポリビニルアルコールであることがさらに好ましい。

本発明に係る点火ユニットは、外部の電極や端子と電気的に接続する電極接続体及び、この電極接続体同士を連結して通電時に発熱する発熱体を有して半導体部上に形成されている発熱材料部の発熱体を包囲するように、発熱材料部上に周壁部が形成されている構成である。さらに、この周壁部に囲まれた空間に点火薬が収容される。すなわち、本発明に係る点火ユニットでは、周壁部が形成されている構成により、発熱体上の一箇所（周壁部に囲まれた空間）に点火薬を必ずポッティングすることができる。したがって、確実な発火性能を期待でき、優れた発火性能を備えた点火ユニットを提供することが可能である。周壁部は、半導体技術を活用すれば容易に形成可能であるので、大量生産に適した構造である。

また、本発明では、点火薬が周壁部に囲まれた空間に収容された後に、半導体ウエハをダイシングし、半導体部をチップ状とする構成により、点火ユニットの完成品を一度に大量生産することができる。さらに、点火薬を火薬スラリーとすることで、印刷技術を使って点火薬をポッティングすることができる。特に、周壁部が形成される構成であるので、この周壁部を目印とすることで、スクリーン印刷によって周壁部に囲まれた空間に容易かつ確実に火薬スラリーを収容することができ、大量生産に益々適した点火ユニットを構成することができる。

さらに、周壁部に囲まれた空間に点火薬が収容されているので、ダイシングする箇所に火薬が存在することがなく、ダイシング時の誤発火が抑止される。電極接続体上に火薬が存在することもないので、外部の電極や端子と電気的、機械的に接続する際にも誤発火が防止される。したがって、本発明では、安全、容易な方法で、かつ、大量生産に適した方法により、点火ユニットを製造することができる。

このほか、火薬スラリーを水系スラリーとすることで、点火薬の乾燥に時間を要するため、摩擦によって生産中（製造中）に発火する可能性を抑えることができ、安全に扱いたいという要望に対応することができる。水系スラリーを構成するバインダーを、ゴム液若しくはポリビニルアルコールとすることで、点火薬スラリーの周壁部に囲まれた空間へのスクリーン印刷をより安定的に進めることができる。

本発明に係る点火ユニットの概略を示す概略斜視図である。 本発明に係る点火ユニットの概略を、周壁部を除いた平面形態で示し、チップ状の半導体部上に形成された発熱材料部の形状を説明する概略平面図である。 図１のＸ−Ｘ断面図である。 本発明に係る点火ユニットが半導体ウエハに形成されている状態を説明する説明図である。 （ａ）は、本発明に係る点火ユニットを適用した火工品の概略構成を説明する説明図であり、（ｂ）は、（ａ）において点火ユニットが存在する部分を拡大して描いた要部拡大説明図である。 点火薬スラリーの溶媒乾燥曲線を示したグラフである。

以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。この一実施形態は、本発明の一つの構成を詳述した例示であって、これに限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。

本発明は、図１に示すように、発熱材料部２の発熱体（図１において示されていない。）を包囲するように周壁部３が形成され、この周壁部３で囲まれた空間に点火薬（点火薬スラリーＢ）がポッティングにより収容されて構成され、発熱体の発熱に基づいて点火薬が点火する点火ユニットＡに係る。

点火ユニットＡは、図１〜図３に示すように、チップ状の半導体部１と、この半導体部１上に、外部の電極や端子と電気的に接続する電極接続体２１及び、この電極接続体２１同士を連結して通電時に発熱する発熱体２２を有して平面視略Ｈ字状に一体として形成される発熱材料部２と、絶縁材料、例えば、ガラスにより、発熱体２２を包囲するようにして発熱材料部２上に形成される周壁部３とから構成されている。発熱材料部２の電極接続体２１には、外部の電極や端子との電気的な接続を容易かつ確実にする電極パット４が設けられている。

半導体部１は、図１又は図３に示すように、例えば、チップ状のシリコン基板からなり、ｎ型ｐ型の両方の性質を有して構成されている。本実施形態では、発熱材料部２と接続する部分をｐ型シリコン１１とし、その他の部分をｎ型シリコン１２とした構成である。また、半導体部１の表面であって、略Ｈ字状の発熱材料部２に接していない表面部分は、例えば、二酸化ケイ素の絶縁層１３で覆われる等、絶縁処理されていることが好ましい。

発熱材料部２は、特に図２に示すように、外部と電気的に接続する電極接続体２１及び、この電極接続体２１同士を連結して通電時に発熱する発熱体２２から平面視略Ｈ字状に一体形成されて構成されている。発熱材料部２の材質には、例えば、ニッケル、クロム、タングステン、アルミニウム、ジルコニウム、ポリシリコン、金、白金等を用いることができる。また、これらの材質から１又は２以上が選ばれた合金により構成することもできる。

周壁部３は、ガラスなどの絶縁材料からなり、発熱体２２を包囲するようにして発熱材料部２上、具体的には、図１又は図３に示すように、電極接続体２１上に積層されて形成されている。特に、周壁部３に囲まれた空間が電極パット４と接触しない、すなわち、周壁部３に囲まれた空間に収容される点火薬スラリーＢと、発熱材料部２の電極接続体２１とが接触しないようにして周壁部３が設けられることが好ましい。さらに詳述すれば、図３に示すように、周壁部３に囲まれた空間の直下に発熱体２２が位置するようにし、周壁部３の直下に電極接続体２１が位置するようにする。また、周壁部３の外壁下面で凹む段部３１を設け、この段部３１と電極接続体２１との間に、電極パット４が挟まれた形態とするのである。これにより、外部と電気的、機械的に接続する際の誤発火の防止に資するものとなる。このほか、周壁部３は、導電性材料、半導体材料から、その表面を絶縁処理した構成のものを用いることができる。

そして、本発明では周壁部３により、発熱材料部２を構成する発熱体２２上の一箇所（周壁部３に囲まれた空間）に点火薬スラリーＢを必ず固定することができる構成となるので、確実な発火性能を期待でき、優れた発火性能を備えた点火ユニットを提供することが可能となる。

点火薬は、公知の火薬を溶剤又は、バインダーとしてゴム液やポリビニルアルコール溶液に分散させてスラリーとした点火薬スラリーＢからなる。点火薬スラリーＢは、周壁部３に囲まれた空間へ、後述するようにスクリーン印刷によって収容されることになる。

以下、本発明に係る点火ユニットの製造方法を簡単に説明する。

図４に示すように、半導体技術を活用し、ｐｎ接合を内包するシリコン半導体ウエハＣについて、その表面に発熱材料部２及び電極パッド４、周壁部３を形成する。次に、スクリーン印刷により点火薬スラリーＢを周壁部３に囲まれた空間に収容する。その後、シリコン半導体ウエハＣをダイシングしてチップ状とする。これにより、チップ状の半導体部１上に発熱材料部２及び周壁部３が形成され、周壁部３内に点火薬スラリーＢが収容されて点火ユニットＡを製造することができる。

なお、通常のウエハサイズであれば、１枚のシリコン半導体ウエハＣから、２．５ｍｍ×１．５ｍｍのサイズで約２０００個の点火ユニットＡを一度に製造することが可能である。印刷技術を活用するので、シリコン半導体ウエハＣ上の約２０００個の半導体部１に対して一度で、周壁部３に囲まれた空間に点火薬スラリーＢを収容することができ、大量生産に適している。

製造した点火ユニットＡは、図５（ａ）に示すように、所定の位置に収容されて火工品が完成する。火工品内での電気的接続は、点火ユニットＡの電極パッド４と、火工品に設けられた電気通電用端子Ｄとを、例えば、図５（ｂ）に示すようにワイヤーボンディングＥや、その他の接続手段によって接続すればよい。その他、図示を省略したが、はんだ付け等によっても、導線性接着剤によっても接続可能である。そして、本発明は、エアバッグ、シートベルトのプリテンショナー、その他の各種の火工品に適用可能である。特に、大量生産に適した構成であるから、汎用的な火工品に備えられることが好適である。

ここで、本発明における点火薬スラリーＢは、バインダーとしてゴム液やポリビニルアルコール溶液を用いた水系スラリーであることが好ましい。水系スラリーを使用すれば、図６に示すように、溶剤系スラリーに比べて乾燥に時間を要することとなるが、乾燥するまでの時間は摩擦によって発火する可能性が低くなるので、溶剤系スラリーに比べて長時間にわたってより安全に扱うことができるからである。

（実施例１）
ｎ型ｐ型の両方の性質を有する２シリコンからなる６インチの半導体ウエハ上に、チップサイズが２．５ｍｍ×１．５ｍｍとなるようにして、材質を白金とした発熱材料部を蒸着法により構成した。さらに、発熱材料部で構成する電極接続体に電極パットを設け、併せて、発熱材料部で構成する発熱体を覆うようにして、外寸１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、内寸１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、高さ０．５ｍｍのガラスからなる周壁部を発熱材料部上に構成した。

一方、トリニトロレゾルシン鉛とゴム液により水系点火薬スラリーを作成し、半導体ウエハ上に形成されている周壁部に囲まれた空間へスクリーン印刷で塗布し、乾燥させた。ダイシングにより、カッティング線でカットし、チップ状の点火ユニットを形成した。

この点火ユニットを、電気通電用端子の付いた基台上に載せ、電気通電用端子と電極バッドをはんだにより固定した。なお、はんだに代えて導電性接着剤で固定してもよい。電気通電用端子間に所定の電圧をかけて発熱体を通電し、火薬が着火するかどうかを確認すると、通電から点火までの時間が５０μｓとなって、問題なく着火した。

（実施例２）
ｎ型ｐ型の両方の性質を有する２シリコンからなる６インチの半導体ウエハ上に、チップサイズが２．５ｍｍ×１．５ｍｍとなるようにして、材質をポリシリコンとした発熱材料部を蒸着法により構成した。さらに、発熱材料部で構成する電極接続体に電極パットを設け、併せて、発熱材料部で構成する発熱体を覆うようにして、外寸１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、内寸１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、高さ０．５ｍｍのシリコンからなる周壁部を発熱材料部上に構成した。また、周壁部を構成するシリコンの表面に対し、電気的に絶縁とするために酸化処理を施した。

一方、ジルコニウム粉末と過塩素酸カリウム粉末とポリビニルアルコール溶液とにより水系点火薬スラリーを作成し、半導体ウエハ上に形成されている周壁部に囲まれた空間へスクリーン印刷で塗布し、乾燥させた。また、点火薬を保護するため、点火薬が収容されている周壁部へ向けてスクリーン印刷で被膜液を塗布し、その後、乾燥させた。ダイシングにより、カッティング線でカットし、チップ状の点火ユニットを形成した。

この点火ユニットを、電気通電用端子の付いた基台上に載せ、電気通電用端子と電極バッドを導電性接着剤により固定した。なお、導電性接着剤に代えてはんだで固定してもよい。電気通電用端子間に所定の電圧をかけて発熱体を通電し、火薬が着火するかどうかを確認すると、通電から点火までの時間が５０μｓとなって、問題なく着火した。

以上、本発明の一実施形態を詳述したが、本発明は、上記一実施形態に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。例えば、上記実施例で記載した周壁部の形状、サイズは例示であって、その縦、横、高さのサイズ及び点火薬を収容する容量については、求められる発火の強度等から任意に調整することができる。半導体部のサイズも例示である。その形状も半導体ウエハからダイシングされて得られるチップ状であるかぎり、矩形、丸形等の別を問わない。発熱材料部は上記実施形態において、平面視略Ｈ字状のものを例示したが、平面視で略Ｚ字状、略Ｎ字状のほか、通電を通じて発熱体が発熱し、点火薬に点火可能な各種の形状のものを採用することができる。なお、本発明は、水系スラリーを用いることが好ましいが、溶剤系スラリーから構成した点火薬スラリーを周壁部内へ収容して構成した点火ユニットを除外するものではない。

１・・半導体部
１１・ｐ型シリコン
１２・ｎ型シリコン
１３・絶縁層
２・・発熱材料部
２１・電極接続体
２２・発熱体
３・・周壁部
３１・段部
４・・電極パット
Ａ・・点火ユニット
Ｂ・・点火薬スラリー
Ｃ・・半導体ウエハ
Ｄ・・電気通電用端子
Ｅ・・ワイヤーボンディング

Claims (5)

1. 発熱体の発熱に基づいて点火薬が点火する点火ユニットの製造方法において、
   外部と電気的に接続される電極接続体及びこの電極接続体同士を連結して通電時に発熱する前記発熱体からなる発熱材料部を、半導体部上に形成し、
   前記発熱体を包囲するようにして前記発熱材料部上に周壁部を形成し、
   この周壁部に囲まれた空間に点火薬を収容し、
   前記半導体部は、前記点火薬が前記周壁部に囲まれた空間に収容された後、ダイシング
   されてチップ状となることを特徴とする点火ユニットの製造方法。
2. 発熱体の発熱に基づいて点火薬が点火する点火ユニットの製造方法において、
   チップ状の半導体部上に、外部と電気的に接続される電極接続体及びこの電極接続体同士を連結して通電時に発熱する前記発熱体からなる発熱材料部を形成し、
   前記発熱体を包囲するようにして前記発熱材料部上に周壁部を形成し、
   この周壁部に囲まれた空間に点火薬を収容し、
   前記点火薬は、火薬スラリーであって、スクリーン印刷によって前記周壁部に囲まれた
   空間に収容されることを特徴とする点火ユニットの製造方法。
3. 請求項１に記載された点火ユニットの製造方法において、
   前記点火薬は、火薬スラリーであって、スクリーン印刷によって前記周壁部に囲まれた
   空間に収容されることを特徴とする点火ユニットの製造方法。
4. 請求項２又は３に記載された点火ユニットの製造方法において、
   前記火薬スラリーは、水系スラリーであることを特徴とする点火ユニットの製造方法。
5. 請求項４に記載された点火ユニットの製造方法において、
   前記水系スラリーを構成するバインダーは、ゴム液若しくはポリビニルアルコールであ
   ることを特徴とする点火ユニットの製造方法。