JPWO2007029682A1 - 半導体ブリッジ、点火具、及びガス発生器 - Google Patents

Abstract

サイドインフレータ等に要求される高速応答性を満足する半導体ブリッジ及び点火具、ガス発生器を提供する。半導体ブリッジは、通電することによって発熱する電橋部を基板（１０）上に有し、該電橋部は基板（１０）上に形成された絶縁性をもつ第１層（２４）と、該第１層（２４）の上層に第２層（２２）としての点火ブリッジ層を有し、該第１層（２４）の電橋部の幅と該第２層（２２）の電橋部の幅が略同一幅であり、電橋部の周囲に空間を有することによって、基板（１０）への電流及び熱の拡散を最小限に抑え、着火時間の早い点火特性を得ることができる。また、点火具及びガス発生器は、上記半導体ブリッジを備えている。

Description

本発明は、例えば、自動車のエアバッグシステムなどのガス発生器に用いられる点火具の点火素子である半導体ブリッジ、この半導体ブリッジを備えた点火具、及びガス発生器に関する。

一般に点火具は、燃焼、爆燃、もしくは爆発のような発熱反応を開始させるのに用いられ、例えば、自動車のエアバッグの膨張開始から、産業用爆薬の起爆等に広く用いられている。

点火具は、通電すると発熱する電橋部、この発熱により点火する点火薬及び電橋部に通電するための電極ピンを有する。従来使用されてきた点火具は、点火薬に点火するために、電橋部に架橋ワイヤを利用していた。架橋ワイヤは、２つの接点間に取り付けられた、電気抵抗を有する細いワイヤである。点火薬は、架橋ワイヤを取り囲んで配置されており、電流が架橋ワイヤに流れると、オーム加熱によって、点火薬に点火される。
上述の架橋ワイヤを使用する従来の点火具は、架橋ワイヤとしてニクロム線を用いており、架橋ワイヤの線径が細すぎると取り付けることができない。また、取り付けることができる線径の架橋ワイヤでは熱容量が大きいために、通電してから点火温度に達するまでの時間が長くなり、例えば、自動車用のサイドインフレータに要求される高速応答性を満足しない。

半導体ブリッジは、蒸着などの半導体技術を用いて製造されたブリッジを総称するものである。その構造は、電気的接点の役割を果たす２つの電極パッドと、その下に位置する２つの電極部と、この２つの電極部を結び、通電することで発火する該電極部より細い形状の電橋部とを有する。架橋ワイヤに比べ半導体ブリッジを用いた点火具は、数ミクロン程度の膜厚の薄膜ブリッジを利用するので、熱容量を小さくすることができ、高速応答性を持たせることが可能である。架橋ワイヤでは、８００から１０００マイクロ秒程度で点火薬を着火させるが、半導体ブリッジは、一般に１００から２００マイクロ秒程度で点火薬を着火させる。したがって、半導体ブリッジは、高速着火が可能である。

半導体ブリッジの一例が、特許文献１に開示されている。この半導体ブリッジは、支持体基板上の全面に断熱層を有し、その上に導電性の点火ブリッジ層がパターニングされているもので、少ないエネルギーで添加できるものであり、点火ブリッジ層に水素添加ハフニウム又は水素添加チタンを必須成分として使用している。
特表２００１−５０５６４６号公報

特許文献１に記載された半導体ブリッジは、シリコン基板上の酸化膜が基板上に一様に広がって形成されているために、印加した電流及び発生した熱が酸化膜に一様に広がって電流漏れ及び放熱が起きてしまい、着火時間を早くできていない。

前記課題を解決するため、本発明者らは種々検討し、半導体ブリッジに通電し電橋部を加熱した時の基板への電流や熱の拡散に着目し、上記特許文献に開示されるような支持体基板上の全面に断熱層を設けるのではなく、２つの電極部と、この２つの電極部を結び、該電極部より細い形状の電橋部とからなる導電性の点火ブリッジ層を第２層とし、その下にこの第２層と同形状にパターニングされた絶縁層を持つ層（断熱層）を第１層として、支持体基板上に設けた２層構造とし、かつ電橋部の周囲に空間を設ける（若しくは電橋部の側面及び上面を露出させる）ことで、基板上において電流や熱の拡散を防ぎ、電橋部にエネルギーを集中させることができ、従来の半導体ブリッジに比べ着火時間をさらに早くすることができるという知見を得、本発明の半導体ブリッジ及びこのような半導体ブリッジを備える点火具及びガス発生器を提供するものである。

（１）本発明は、電流を通電することによって発火する電橋部を有し、該電橋部は基板上に形成された絶縁性をもつ第１層と、該第１層の上層に抵抗体からなる第２層を有する半導体ブリッジであって、該第１層の電橋部の幅と該第２層の電橋部の幅が略同一幅であることを特徴とする半導体ブリッジおよびこのような半導体ブリッジを備える点火具及びガス発生器を提供する。なお、本発明で言う略同一幅とは、第２層の幅を基準にして第１層が５％までの範囲で大きくなっても同一幅であることを意味する。

第１層を第２層と略同一幅で備えかつ電橋部の周囲に空間を設けることにより、基板上において熱や電流の拡散を防ぐことができるので、効果的に電橋部にエネルギーを集中することができ、点火時間を早くすることができる。

（２）別の観点として、電流を通電することによって発熱する電橋部を基板上に有する半導体ブリッジであって、該電橋部は、基板上に形成された絶縁性をもつ第１層と、該第１層の上層に第２層としての点火ブリッジ層を有し、該第１層の電橋部の幅と該第２層の電橋部の幅が略同一幅であり、該電橋部の側面及び上面が露出していることを特徴とする半導体ブリッジおよびこのような半導体ブリッジを備える点火具及びガス発生器を提供する。この場合、前記電橋部が２層からなるものであることが好ましい。

上記（２）の構成によって、第１層を第２層と略同一幅で備えかつ電橋部の側面及び上面を露出させることにより、基板上において熱や電流の拡散を防ぐことができるので、効果的に電橋部にエネルギーを集中することができ、（１）のものに比べ、より点火時間を早くすることができる。また、電橋部が２層からなり、第２層の上に他の層が存在しない場合の半導体ブリッジにおいては、３層以上のものに比べ、製造工程を省略でき且つ安価に製造ができる。

（３）本願で言う絶縁性とは、電気的絶縁性と熱的絶縁性を意味する。第１層の熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下で、電気抵抗率が１０⁶Ω・ｍ以上であることが好ましく、このような構成とすることにより、より良好な点火性能を発揮することができる。

（４）また、本願でいう第２層の点火ブリッジ層は、通電により発熱する層である。特に、この第２層が、Ｎｉ及びＣｒを含有するＮｉ−Ｃｒ層からなるものが好ましい。このような構成とすることにより、抵抗温度係数が低いので、気温が高いときも低いときも安定した点火が可能となる。第１層においては、ＳｉＯ₂を含有する層からなるものが好ましい。このような構成とすることにより、基板との密着性を高めることができ、製造も容易となる。第１層においては、およそ０．０２ミクロンないし３ミクロンの厚さを有するものが好ましい。このような構成とすることにより、低い製造コストで基板上への電流や熱の拡散を防ぐことができる。また、第２層が、およそ０．０２ミクロンないし３ミクロンの厚さを有するものが好ましい。このような構成とすることにより、点火が確実になるとともに診断電流による発熱を避けることができる。なお、ここでの診断電流とは、電気系統の故障（異常）を発見するために、エンジンなどの装置の作動中に半導体ブリッジに常時流される微弱電流のことである。

（５）基板としては、例えばシリコン製、ガラス製、セラミック製のものが挙げられるが、シリコン基板が好ましい。このような構成とすることにより、点火時間をさらに早くすることができるという本発明の効果をより発揮でき、かつ半導体ブリッジを安価に製造することができる。

（６）特に、本発明の半導体ブリッジは、前記基板がシリコン製であり、該基板表面に酸化膜を有し、前記第１層はＳｉＯ₂を含有する層からなるものが好ましい。このような構成とすることにより、電橋部と基板との密着性をより高めることができる。

（７）本発明の点火具は、上記の半導体ブリッジを点火素子として備えている。このような構成とすることにより、ガス発生剤への着火時間をさらに早くすることができる。

（８）本発明のガス発生器は上記の点火具を備えている。このような構成とすることにより、エアバッグやシートベルトプリテンショナーなどの安全装置をより短時間で作動させることができる。

（９）本発明の点火具は、カップ体と、複数の電極ピンと、前記複数の電極ピンを互いに絶縁して保持し、前記カップ体の開口部を塞ぐ塞栓と、前記カップ体の内部の点火薬に当接して設置され、前記電極ピンに電気的に接続され外部からの通電により発火する上記（２）の半導体ブリッジと、前記複数の電極ピンのうち前記半導体ブリッジと電気的に並列をなす２本の電極ピンであって、前記カップ体の外部側の前記電極ピン対に電気的に接続されたコンデンサとを備えている。このような構成にすることにより、外部からの電磁波ノイズ等に伴う静電放電に起因した点火具の誤作動を効果的に防止することができる。

（１０）本発明の点火具は、カップ体と、複数の電極ピンと、前記複数の電極ピンを互いに絶縁して保持し、前記カップ体の開口部を塞ぐ塞栓と、前記カップ体の内部の点火薬に当接して設置され、前記電極ピンに電気的に接続され外部からの通電により発火する上記（２）の半導体ブリッジと、前記複数の電極ピンのうち前記半導体ブリッジと電気的に並列をなす２本の電極ピンであって、前記カップ体の外部側の前記電極ピン間に、その間隔の保持を司る高剛性を持つ一体型に装着された基材と、前記基材上に前記電極ピン対と電気的に接続されたコンデンサとを備えている。

（１１）本発明の点火具は、カップ体と、複数の電極ピンと、前記複数の電極ピンを互いに絶縁して保持し、前記カップ体の開口部を塞ぐ塞栓と、前記カップ体の内部の点火薬に当接して設置され、前記電極ピンに電気的に接続され外部からの通電により発火する上記（２）の半導体ブリッジと、前記複数の電極ピンのうち前記半導体ブリッジと電気的に並列をなす２本の電極ピンであって、前記カップ体の外部側の前記電極ピン間に設置された可撓性の基材と、前記基材上に前記電極ピン対と電気的に接続されたコンデンサとを備えている。

（１２）本発明のガス発生器は、上記（９）〜（１１）のいずれか１つに記載の点火具を備えている。

上記（１）〜（７）の半導体ブリッジ及び点火器によれば、着火時間を短くできるので、サイドインフレータなどのガス発生器の高速着火の要求を満たすことができる。また、着火時間を短くできるので、通電時間を短くできる。したがって、エアバッグ用エレクトロニック・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）に蓄積しなければならないエネルギー量を少なくできるので、着火のための通電用コンデンサを小さくすることが可能になる。また、上記（８）のガス発生器によれば、短時間でエアバッグを膨らませることができ、特に、サイドインフレータ用に適している。

上記（１０）、（１１）の構成によれば、カップ体の中で点火薬を電橋部に押圧接触で組み立てる点火具の場合に押圧力によるコンデンサの破壊を防止することができる。

上記（１０）の構成によれば、硬質の基材を介してコンデンサを設置する場合、電極ピン間に外力が作用した場合であっても、電極ピン間の間隔の変動に起因したコンデンサの接続の遮断やコンデンサの破壊を効果的に防止することができる。

上記（１１）の構成によれば、可撓性に富む基材を介してコンデンサを設置するので、電極ピン間に外力が作用した場合であっても、電極ピン間の間隔の変動に容易に追随して、かような間隔の変動に起因したコンデンサの接続の遮断やコンデンサの破壊を効果的に防止することができる。

上記（１２）の構成によれば、電磁気ノイズに伴う静電放電に起因したガス発生器の誤作動を防止できる。

以下、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に記載する。

図１（ａ）に、本発明の半導体ブリッジ１の平面図を示し、図１（ｂ）に、図１（ａ）における線Ａ−Ａ’での断面図を示し、図１（ｃ）に、図１（ａ）における線Ｂ−Ｂ’での断面図を示す。

図２に、従来の半導体ブリッジの断面図を示す。

図３は、本発明の半導体ブリッジを用いた点火具の一例の断面図である。図４は、本発明の半導体ブリッジを用いた点火具の別例の断面図である。

図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）を参照して、製造方法に関連付けて半導体ブリッジ１の構成について以下に記載する。

半導体ブリッジ１は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、シリコン部１１と酸化膜１２とを備えているシリコン基板１０の酸化膜１２上に、後述する第２層２２と同形状の略Ｈ型平面を有するように形成されている絶縁性の第１層２４と、第１層２４の上層に形成され、抵抗体からなる第２層２２と、図１ａにおける第２層２２の紙面左側と右側とにおいて、電気的に直接通電しないように分離して形成されている電極パッド３４とを有し、電極パッド３４間に電流を通電することによって発火する電橋部３６を中央部に有している。この電橋部３６は、第１層２４と第２層２２との積層体の一部からなり、図１（ｃ）に示すように、電橋部３６を形成している部分における第１層２４の電橋部の幅と第２層の電橋部の幅とが、同一幅となるように形成されている。また、図１（ｃ）に示すように、電橋部３６はその側面及び上面が露出している。

これに対し、図２に示した従来の半導体ブリッジは、シリコン部１１上に形成された酸化膜１２と、酸化膜１２の上において形成された略Ｈ型平面（図示せず）を有する点火ブリッジ層２６と、図２における点火ブリッジ層２６の紙面左側と右側とにおいて、電気的に直接通電しないように分離して形成されている電極パッド３４とを有している。さらに、図示しないが、電極パッド３４間に電流を通電することによって発火する、図１ａに示した電橋部と同様の形状をした電橋部を中央部に有している。この電橋部は、点火ブリッジ層２６の一部からなる。

したがって、本実施形態に係る半導体ブリッジ１は、図２に示した従来の半導体ブリッジと、第１層２４を酸化膜１２と第２層２２との間に有している点で異なっていることがわかる。

半導体ブリッジ１の製造方法と構成を説明すると、シリコン基板上にフォトレジストで半導体ブリッジの形状をパターニングし、例えば、ＥＣＲ放電によるＡｒイオンを用いたエッチング技術により、この露出された酸化膜１２の表面をクリーニングし、その上に、第１層２４及び第２層２２を堆積する。ここで、成膜方法は、例えば、真空蒸着法及びスパッタ法での成膜が適する。そして、第１層及び第２層を堆積後、パターニングしたフォトレジストを剥離することで、パターニングされた蒸着膜が基板上に残る。

第１層２４としては、例えばＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃及びＡｌＮを含有するものからなるものが挙げられ、シリコン基板１０における酸化膜１２との密着性が高く、低い熱伝導率をもつ、ＳｉＯ₂を含有するものからなるものが好ましい。第１層の厚みは、およそ０．０２ミクロンないし３ミクロン、好ましくは０．２ミクロンないし２ミクロンの厚さを有する。これらの厚さは、製造コストが多くかからずに、効率よく絶縁し、着火時間を早くできる膜厚である。また、第１層２４は、熱伝導率が室温において１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好ましくは７０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらに好ましくは５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下を有する。電気抵抗率は、１０²Ω・ｍ以上、好ましくは、１０⁴Ω・ｍ以上、さらに好ましくは、１０⁶Ω・ｍ以上を有する。

第２層２２としては、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、Ｐｂ、Ｐｔ、ｎ型Ｓｉ、ｐ型Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ及びＺｒ（これらは不可避的不純物を含有していてもよい）からなるものが挙げられ、本願の半導体ブリッジの電橋部として、抵抗温度係数が安定していて、ブリッジワイヤとしても信頼性の面で実績のあるＮｉ及びＣｒを含有するもの（Ｎｉ−Ｃｒ）からなるものが好ましい。ここで、Ｎｉ−Ｃｒを第２層として成膜した場合、成膜したＮｉとＣｒとの組成比は、８：２になることが好ましい。第２層２２は、およそ０．０２ミクロンないし３ミクロン、好ましくは０．２ミクロンないし２ミクロンの厚さを有しており、この第２層の厚さは、電流通電時に点火薬に点火させるために必要な熱量が発生できる厚みであり、点火具の故障診断等に用いられる発火を望まれない診断電流により、点火薬に点火する熱量を発生しない厚みである。

なお、上述の不可避的不純物とは、成膜用のターゲット作製時や基板作製時及び半導体ブリッジ製造工程など、各製造プロセスにおいて、意図せずに混入し、避けることのできない不純物のことをいう。

次に、電極ピンと半導体ブリッジを導通するために必要な電極パット３４を構成するために、電極部３５上にフォトレジストをパターニングし、例えば、ＥＣＲ放電によるＡｒイオンを用いたエッチング技術で該パターニング部分をクリーニングし、導電材料を堆積する。最後に、パターニングしたフォトレジストを剥離することで第２層の電極部３５上に電極パッド３４を形成する。電極パッド３４の材料として、例えばＡｌを用いる。

特に、シリコン基板１０表面に酸化膜１２が形成されている場合、例えば、Ｎｉ−Ｃｒのような金属を第２層２２に用いると、第２層２２と酸化膜１２との密着性は弱い。しかしながら、酸化膜１２と同種のＳｉＯ₂を酸化膜１２上に成膜し、真空状態でＮｉ−Ｃｒを成膜することでシリコン基板１０との密着力が高まるという効果がある。

半導体ブリッジをのせる点火具を説明すると、点火具は、主に半導体ブリッジをのせるヘッダ、ヘッダを貫通する電極ピン、点火薬を装填しヘッダを封じるカップ体から構成される。図３は、本発明の実施形態の一例に係る点火具１００の断面図である。ここでは、上述した半導体ブリッジ１を用いる。半導体ブリッジ１は、セラミックまたは合金で作られたヘッダ１１０に、非導電性エポキシ樹脂によって取り付けられている。半導体ブリッジの電極パッド３４（図示せず）とヘッダ１１０を貫通する電極ピン１３０とは、ワイヤボンド１２０により電気的に接続されている。カップ体１４１には、点火薬１５０が詰められ、さらにヘッダ１１０が嵌合され、さらにシール溶接されている。なお、電極ピン１３０とヘッダ１１０との間に適当な絶縁材１７０が配置される。絶縁材１７０としては、ガラスが好ましい。さらに、点火具１００は、カップ体１４１の保護カバー１４０の下部及びカップ体１４１の下部を覆う樹脂モールド１８０を有する。

なお、カップ体１４１の材質はステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウムなどがあげられ、カップ体の保護カバー１４０の材質はナイロン等のプラスチックなどがあげられる。カップ体の保護カバー１４０は、電極ピン１３０と例えばガス発生器２０１のハウジング２０４との間の絶縁を確実なものにし、迷送電流を遮断するもので、省略することも可能である。

また、静電気のようなノイズ等に対して誤爆の危険性を無くすために、半導体ブリッジと並列に、コンデンサ、ツェナーダイオード、またはバリスタが取り付けられてもよい。

点火薬１５０は、その組成中にジルコニウムを含むものが好適である。その他、水素化チタン、ボロン、トリシネートなどを含むものも有利に適合する。また、特開２００２−３６２９９２号公報に開示されている点火薬を使用することもできるが、これらに限られない。また、点火薬１５０は、２層以上の異なる種類の薬剤からなるものであってよい。例えば、各層において異なる種類の薬剤を用いて出力を調整することができる。一例としては、２層構造として、半導体ブリッジに接する層には感度の良好な（低温度でも点火されやすい）薬剤を使用し、他層には感度は不十分だが出力の大きい（ガス量が多い）薬剤を使用するという構成が挙げられる。

次に、点火具１００の点火の動作及び効果について説明する。点火具１００を動作させるために供給される電流は、電極ピン１３０を通り、ワイヤボンド１２０から、半導体ブリッジ１の電極パッド３４を介して電橋部３６に送られ、電橋部３６を加熱させる。第２層２２は十分に熱くなるまで、オーム加熱され、第２層で発生した熱は、第１層２４によりシリコン基板１０へ放熱なく加熱をする。そして、電橋部３６で加熱が行なわれ、エンクロージャ内で、電橋部３６上に配置された点火薬１５０を点火させることができる。したがって、シリコン基板１０への電流及び熱の拡散を最小限に抑え、着火時間の早い点火特性を得ることができる点火具１００を提供できる。

次に、本発明の実施形態の別例に係る点火具について説明する。図４は、本発明の別実施形態に係る点火具１０００の断面図である。半導体ブリッジ１００１は、上述の半導体ブリッジ１と同構成のものであり、プラスチック又は硬化樹脂で作られたヘッダ１００２に、非導電性エポキシ樹脂によって取り付けられている。半導体ブリッジの電極パッド（図示せず）とヘッダ１００２とを貫通する電極ピン１００３とはワイヤボンド１００４により電気的に接続されている。カップ体１００５には、半導体ブリッジ１００１、ヘッダ１００２の上面の一部、及び電極ピン１００３頭部を覆う点火薬１００６と、点火薬１００６を覆い、カップ体１００５内に詰められた点火薬１００７とが装填されている。

また、静電気のようなノイズ等に対して誤爆の危険性を無くすために、半導体ブリッジと並列に、コンデンサ、ツェナーダイオード、またはバリスタが取り付けられてもよい。

点火薬１００６、１００７には、上述の点火薬１５０と同様のものを用いることができる。

次に、点火具１０００の点火の動作及び効果について説明する。点火具１０００を動作させるために供給される電流は、電極ピン１００３を通り、ワイヤボンド１００４から、半導体ブリッジ１００１の電極パッド（図示せず）を介して電橋部（図示せず）に送られ、電橋部を加熱させる。第２層（図示せず）は十分に熱くなるまで、オーム加熱され、第２層で発生した熱は、第１層（図示せず）によりシリコン基板（図示せず）へ放熱なく加熱をする。そして、電橋部で加熱が行なわれ、エンクロージャ内で、電橋部上に配置された点火薬１００６を着火させ、点火薬１００７を点火することができる。したがって、半導体ブリッジ１００１におけるシリコン基板への電流及び熱の拡散を最小限に抑え、着火時間の早い点火特性を得ることができる点火具１０００を提供できる。

本願のガス発生器は、マイクロガスジェネレータやインフレータ、特にサイド（側面衝突）用ガス発生器として好適に用いられる。

ここで、上述のサイド用ガス発生器の一例を説明する。図５は、本発明に係るガス発生器の実施形態の一例の断面図を示す図である。なお、上記各実施形態で説明した部分と同構成の部位に関しては、その説明を省略することがある。

図５において、ガス発生器２０１は、筒状のハウジング２０４と、ハウジング２０４内を、燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤２０５が充填される燃焼室２０６と、フィルター材２０７が装着されるフィルター室２０８と、に区画する第１仕切り部材２０９と、燃焼室２０６内のガス発生剤２０５を着火燃焼させる点火具２１０（上記点火具１００と同構成）と、を有している。また、ハウジング２０４において、その端部２０３が開放され、その他端部２０２が閉塞した有底筒状となっている。なお、他端部２０２は、平面形状でもあってもよい。

また、ハウジング２０４の他端部２０２の外周にはガス放出孔２１１が設けられている。ガス放出孔２１１は、ガス放出時にインフレータに推進力を生じない位置、例えばフィルター室２０８の円筒部２２０に設けられることが好ましく、また、複数個設けられていても良く、また、１列のみならず、軸方向に複数列に設けられていても良く、軸方向に複数列に設けられている場合、ジグザグ状に設けられていても良い。好ましくは、４個又は８個設けられ、同一外周上に９０度毎に４個又は軸方向に２列の外周上に９０度毎に８個設けられるのがより好ましい。これらガス放出孔２１１から、燃焼室２０６内でガス発生剤２０５の燃焼により発生した高温、高圧のガスが、フィルター室２０８に装着されているフィルター材２０７を通過して、冷却、濾過されて放出される。

第１仕切り部材２０９は、環状の平たい円板形状をし、孔２１８を有し、フィルター室２０８と燃焼室２０６（ガス発生剤室）を分けて２０２室構造にし、ガス発生剤の燃焼熱によるフィルターの損傷（溶融）を防止している。第１仕切り部材２０９は、例えば、ステンレス、鉄等でできている。
ハウジング２０４の内周側であってガス放出孔２１１を覆う位置、又は、第１仕切り部材２０９の孔２１８を覆う位置のどちらか一方又は双方に、例えばアルミニウムテープ等のシール部材２１６が貼付される。これによりハウジング２０４内をシールしている。シール部材２１６は、第１仕切り部材２０９の燃焼室側の面に貼付され、ハウジング２０４の内周側には貼付されていないことがより好ましい。第１仕切り部材２０９への貼付は、簡便であり、この貼付は、ガス発生器の製造コストの低減になりうる。

ハウジング２０４の端部２０３には、点火具２１０を保持するホルダ２１２が装着されている。ホルダ２１２は、ハウジング２０４の軸端部２１３とともにかしめることによって保持されて、ハウジング２０４の端部２０３を閉鎖している。

また、第１仕切り部材２０９が配置された位置近辺のハウジング２０４の周面を縮径する方向にかしめて、第１仕切り部材２０９の外周端面をハウジング２０４の内周面にくい込ませることが好ましい。

また、ハウジング２０４の他端部２０２より、フィルター材２０７、ガス発生剤２０５、エンハンサ剤２１４、クッション材２１５の順に充填され、点火器２１０がかしめ固定されているホルダ２１２が嵌挿されている。フィルター材２０７とガス発生剤２０５との間に、必要により、第１仕切り部材２０９を設けることができる。

フィルター材２０７は、例えば、メリヤス編み金網、平織り金網やクリンプ織り金属線材の集合体によって、好ましくは丸みを帯びた形状のもの、より好ましくは円柱状又は円筒状の形状のもの、特に好ましくは円筒状のものが用いられる。本実施形態例では、他端部２０２に丸みを帯びた円筒状の形状を有するものが例示される。このフィルター材２０７は、ハウジング２０４の他端部２０２の先端部分に当接して装着されている。そして、このフィルター材２０７は、ハウジング２０４内を区画する金属等によって形成されている第１仕切り部材２０９によってハウジング２０４の他端部２０２に押えられて固定されている。この第１仕切り部材２０９は、この第１仕切り部材２０９を挟んで他端部２０２側及び端部２０３側の両側のハウジング２０４の外周部分からかしめられる（２箇所のかしめ）ことで、ハウジング２０４内で固定され、ハウジング２０４内をフィルター室２０８と燃焼室２０６とに仕切っている。フィルター材２０７の長手方向中央には、空間２１９がフィルター材２０７の芯をくりぬくように形成されている。サイド用エアバッグ等を膨張させるのに好適に使用される本発明のガス発生器では、ガス発生剤２０５等の薬剤を比較的多く使用するので、好ましくは第１仕切り部材２０９を用いることによって、フィルター室２０８と燃焼室２０６とを仕切り、ガス発生剤２０５の燃焼熱によるフィルターの損傷を防止することが可能となる。

燃焼室２０６内には、エンハンサ剤２１４が充填されている。エンハンサ剤２１４は、クッション材２１５によって、振動により粉状化しないように保護されている。また、このクッション材２１５には、点火器２１０からの火炎の威力を遅延なく、確実にエンハンサ剤２１４に伝達するための十字状の切欠きが形成されている。クッション材２１５としては、例えば、セラミックスファイバー、発泡シリコン等で形成シリコンゴムやシリコン発泡体等の弾性材を用いて形成することが好ましい。クッション材２１５は、通常、円盤状の形状をしており、１層に形成されているものが好ましい。

そして、これらガス発生剤２０５及びエンハンサ剤２１４は、好ましくは燃焼室２０６内で、板状の第２仕切り部材２４６で隔離されて充填されている。ここで、前記容器とは、通常、エンハンサ等を加えるための鉄、アルミニウム等で形成された容器を言う。この第２仕切り部材２４６としては、例えば薄いプレート、金網、エキスパンドメタル、パンチングメタル等が挙げられる。
ガス発生剤２０５及びエンハンサ剤２１４は、第２仕切り部材２４６で隔離され、充填されることで、それぞれが混合し合うこともなく、又、ガス発生剤２０５の充填状況の違いによるエンハンサ剤２１４とガス発生剤２０５は、第２仕切り部材２４６を介して密着しているため（図１では、薄いプレートが用いられている）、お互い、距離を生ずることがないので、ガス発生器２０１の性能を安定させることができる。また、第２仕切り部材２４６としての薄いプレートは、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ等のいずれかからなる。
また、エンハンサ剤２１４を好ましくは円柱状とすることで、粉状や顆粒状に比べ、エンハンサ剤２１４が充填される時に、ガス発生剤２０５の隙間に入って行きにくいために運搬中や、自動車等に取り付けた後であっても、燃焼室２０６内で、これらが混合することを抑制できる。このため、ガス発生器の性能をより確実に安定なものとすることができる。

次に、ガス発生器２０１の作動を説明する。衝突センサが自動車の衝突を検出すると、検出信号を受けたＥＣＵ（図示せず）は、ガス発生器２０１内の点火器２１０に信号を送り、発火させる。点火器２１０の火炎は、クッション材２１５を破裂、開口した後、燃焼室２０６内に噴出して、エンハンサ剤２１４に着火し、ガス発生剤２０５を強制的に着火燃焼させることで、高温ガスを発生させる。このガス発生剤２０５の着火燃焼は、ハウジング２０４の端部２０３からフィルター材２０７側へ順次移行される。

燃焼室２０６内での燃焼が進んで、燃焼室２０６が所定内圧まで上昇すると、発生した高温ガスは、シール部材２１６を破って、孔２１８を通り、空間２１９へ入り、フィルタ−材２０７を通過して、ここでスラグ捕集と冷却を経て、清浄なガスとなる。この清浄なガスは、ガス放出孔２１１から放出される。

これによって、エアベルトやエアバッグ等は、瞬時に、膨張する。

このように、本発明の実施形態の一例に係るガス発生器２０１では、点火具２１０に点火具１００と同様の薄膜ブリッジが用いられているため、従来の電橋線タイプのものに比べて速い時間で、確実に点火させることができる。

ここでは、点火具１００と同構成の点火具２１０を有する、いわゆるパイロ型インフレータと呼ばれるガス発生器２０１を示したが、例えば、特開２００５−２４９２７５号公報に記載のいわゆるハイブリッド型インフレータと呼ばれるガス発生器の点火具部分に、本発明の点火具１００、１０００を用いてもよい。

上記各実施形態の変形例として、シリコン基板１０の代わりに、ガラスやセラミックからなる基板を用いてもよい。

次に電極ピン間に基材３０８とコンデンサ３０９とを設けた点火具の実施形態について説明する。図６に、本実施形態に係る点火具を断面図で示す。
図中、番号３０１はカップ体、３０２はその保護カバーであり、この保護カバー３０２は、電極ピン３０６と例えばガス発生器２０１のハウジング２０４との間の絶縁を確実にし、迷送電流を遮断するもので、省略することも可能である。
３０３は点火薬であり、かかる点火薬３０３としては、その組成中にジルコニウムを含むものが好適である。その他、水素化チタンやボロン、トリシネートなどを含むものも有利に適合する。

３０４は、上述した半導体ブリッジ１と同様の加熱素子としての半導体ブリッジである。したがって、この半導体ブリッジ３０４は、架橋ワイヤに比べて高速応答性をもたせることができ、また、低エネルギーで大きな火花を発生させることができる。
上記のブリッジ構造としては、ニッケル−クロム、ニッケル、アルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムの組と、カルシウム、マンガン、二酸化珪素およびシリコンの組から選ばれた各１種以上の組成物を交互に積層したものを適用することもできる。

３０５は塞栓であり、この塞栓３０５には、外部と電気的に接続するための電極ピン３０６がガラス封止３０７によって固定されている。このようにガラス封止３０７によって電極ピン３０６を固定することにより、高い気密性を保ちながら電気的絶縁を確保することができる。なお、塞栓３０５とカップ体３０１は、レーザー溶接等の手段で一体化されることで、カップ体内部は高い気密性の下で密閉される。
また、この電極ピン３０６は、点火具の内部で半導体ブリッジ３０４と接続していて、外部からの電流を半導体ブリッジ３０４に伝達する。

そして、３０８が基材、３０９がその上に設置されたコンデンサ、３１０が塞栓３０５の底部と上記したコンデンサ３０９付き基材３０８を覆う樹脂モールドである。

以下、上記した基材３０８およびコンデンサ３０９について詳細に説明する。図７（ａ）〜（ｈ）に、代表的な基材形状、配線パターンおよびコンデンサの設置状態を示す。
なお、図７（ａ）〜（ｄ）の形状の基材は高鋼性の基材でも、可撓性の基材でも、いずれでもよく、図７（ｅ）〜（ｈ）の形状の基材は加撓性の基材がよい。
図７（ａ）は、形状が矩形の平板に、２本の電極ピンを差し込む２つの貫通孔３１１を設け、この貫通孔３１１から延びる導通路３１２を平板上にそなえる基材３０８−１に、コンデンサ３０９を載置した場合である。
図７（ｂ）は、形状が円形の平板に、同様に、２本の電極ピンを差し込む２つの貫通孔３１１を設け、この貫通孔３１１から延びる導通路３１２を平板上にそなえる基盤３０８−２に、コンデンサ３０９を載置した場合である。
図７（ｃ）は、形状は矩形であるが厚肉のブロックに、２本の電極ピンを差し込む２つの貫通孔３１１を設け、この貫通孔３１１から延びる導通路３１２をブロックの側面にそなえる基材３０８−３に、コンデンサ３０９を取り付けたものである。
なお、図７（ａ）〜（ｃ）いずれの場合も、貫通孔３１１の内周面には導通材の被覆を施すことが好ましい。
図７（ｄ）は、（ａ）と基材形状は同じであるが 、コンデンサ３０９をその両極方向が前記電極ピン対を結ぶ方向に対し略平行となるように配置した場合である。
図７（ｅ）は、基材を分割型とし、電極ピン対を結ぶ方向に対し略直角方向に延在させた分割基材３０８ａおよび３０８ｂ上にコンデンサ３０９を指し渡して接続させた場合である。
図７（ｆ）は、分割した基材をＬ字型として、電極ピン間にコンデンサ３０９をその両極方向が前記電極ピン対を結ぶ方向に対し略直角となるように配置した場合である。
図７（ｇ）は、構成は図７（ｆ）に近似しているが、分割基材３０８ａ，３０８ｂを半弧形にしたものである。
図７（ｈ）は、分割した基板を電極ピンに平行な方向に折り曲げてコンデンサを接続させた場合である。
なお、図７（ａ）、（ｄ）〜（ｈ）いずれの場合も、電極ピンとコンデンサ３０９の両極との間には、それらを結ぶ導通路３１２が形成されている。
また、この電極ピンとコンデンサの接続形態は、図４の電極ピンに対しても適用可能である。

上掲した図７（ａ）〜（ｄ）いずれにおいても、基材としては、外圧が付加されても電極ピン間の間隔が変動しないような剛性が高い素材を用いることができる。
かような素材としては、セラミックが最適であるが、その他にもガラスエポキシ基材、プラスチック板等の絶縁性基材が有利に適合する。通常、この基材には電極ピンとコンデンサとを電気的に接続するための配線が設けられている。

上掲した図７（ａ）〜（ｈ）いずれにおいても、基材としては、外圧が付加され電極ピン間の間隔が変動した場合であっても、その変動に容易に追随できる可撓性に富む素材を用いることができる。
かような素材としては、リードフレームやフレキシブル基板が好適であるが、その他にもリード線等を使用することができる。

ここに、リードフレームとは、半導体パッケージの内部配線として使われる薄板の金属のことで、外部の配線との橋渡しの役目を果たし、色々なパターンの配線をデザインすることができる。また、フレキシブル基板は、柔軟性を持ったプリント基板のことで、折り曲げが可能なことから様々な回路設計に有効である。本実施形態の発明では、電極ピンとセラミックコンデンサを接続するために用いられる。

また、コンデンサ３０９の設置に際しては、図７（ａ）、（ｂ）、（ｆ）、（ｇ）に示したように、コンデンサ３０９の両極方向が２本の電極ピンを結ぶ方向に対し略直角となるような配置とすることが好ましい。
というのは、例えばコンデンサ３０９の両極方向が２本の電極ピンを結ぶ方向に対し略平行となるように配置した場合には電極ピン間の間隔の変動によって、直接コンデンサに応力が加わりコンデンサが破壊される危険性が高いけれども、コンデンサ３０９の両極方向を２本の電極ピンを結ぶ方向に対し略直角となるように配置した場合には、かようなおそれがないからである。
なお、本実施形態において、略直角とは、２本の電極ピンを結ぶ方向に対し直角となる方向を基準として±３０°の範囲を意味する。

以上、図６、７では、電極ピンを２本有する場合について説明したが、本実施形態は、電極ピンを３本以上有する点火具についても適用することができる。但し、この場合には、複数の電極ピンのうち半導体ブリッジと電気的に並列をなす２本の電極ピンを選択することが肝要である。

さらに、上記のようにして設置したコンデンサ付き基材は、樹脂モールドで覆う構造にすることが好ましい。
というのは、樹脂モールドの中にコンデンサを埋め込むことにより、コンデンサに加わる衝撃、温度および湿度等を効果的に防止することができ、またコンデンサの接続部および電極ピン間に作用する力からも保護することができるからである。

また、コンデンサの持つ抵抗値である等価直列抵抗は100mΩ以下とすることが好ましい。
というのは、この抵抗値が低いほど、静電気をコンデンサ側に効果的に吸収することができるからである。この点、アルミ電解コンデンサやタンタルコンデンサは、この抵抗値が高いために、半導体ブリッジ側にいくらかの電流が流れ、静電放電を効果的に阻止することが難しい。

さらに、コンデンサとしては、セラミックコンデンサが有利に適合する。
というのは、セラミックコンデンサは、上述したアルミ電解コンデンサやタンタルコンデンサに比べて、周波数特性に対するインピーダンスの値（等価直列抵抗）が低く、ノイズ吸収特性に優れるからである。
かようなセラミックコンデンサとしては、
１．Ｉ型セラミックコンデンサ（ＴｉＯ₂）：温度補償用
２．II型セラミックコンデンサ(ＢａＴｉＯ₃系、ＰｂＯ系）：高誘電率用
３．III型セラミックコンデンサ(ＳｒＴｉＯ₃半導体系）：高誘電用
等が挙げられるが、本実施形態ではいずれもが適合し、用途に応じて適宜使い分ければよい。
なお、かかるセラミックコンデンサは、性能的には非常に優れているのであるが、軸方向の応力に弱いという弱点があるので、その設置に際しては、コンデンサの両極方向が２本の電極ピンを結ぶ方向に対し略直角となるように配置することが好適である。

また、使用するコンデンサの静電容量は０．１〜１０μＦ程度とするのが好ましい。
コンデンサの静電容量が大きくなると、充電に要する時間も長くなり、高速応答性に問題が生じる。例えば、コンデンサの静電容量が０．４７μＦの場合には０．９４μsec、２μＦの場合に４μsec、１０μＦの場合には２０μsecとなる。
本実施形態において、加熱素子として半導体ブリッジを用いる目的は、低エネルギーおよび高速着火であるので、コンデンサの静電容量が大きいとむしろ高速応答性は阻害される。また、コンデンサの静電容量が大きくなると、コンデンサのサイズも大きくなり、電極ピン間への設置も難しくなる。

なお、電極ピンに対する基材の固定手段は、特に制限されるものではないが、ハンダ、導電性エポキシ樹脂、溶接およびバネによる接触等が有利に適合する。

図１（ｂ）に示すような構成の半導体ブリッジを用いて、図３の点火具に組み込み着火時間測定を行なった。また、比較実験として図２に示すような構成でシリコン基板上の酸化膜の厚みを変化させた半導体ブリッジを用いた点火具で着火時間測定を行なった。この実験では、第２層のＮｉとＣｒとからなる（ＮｉとＣｒが８：２のＮｉ−Ｃｒ合金を用いてスパッタリング法で作製）層の厚みを１．５ミクロンと一定にした半導体ブリッジを使用した。また、電橋部３６の幅は２４ミクロンで、長さは５８ミクロンであり、抵抗値がほぼ２Ωになる。入力電流は、１．２Ａで２ｍｓｅｃ通電した定電流を用いた。着火時間は、入力電流の立ち上がり波形から点火具による発火時の光の立ち上がり波形までの時間を着火時間として測定を行った。

具体的には、下記表１、２に示したシリコン基板上の酸化膜及び第１層（ＳｉＯ₂）の膜厚を有するサンプル１〜７を作製し、それぞれについて着火時間の測定を行った。なお、各サンプルのシリコン基板上の酸化膜及び第１層（ＳｉＯ₂）の膜厚は、下記表１、２に測定結果とともにまとめて示した。

上記表１、２から、シリコン基板上の酸化膜の膜厚を増やすと着火時間は早くなるが、それ以上に第２層と同形状にパターニングされた第１層を用いることで、着火時間をより早くすることができた。これは、シリコン基板の酸化膜への熱や電流の拡散を最小限に抑え、効果的に断熱及び絶縁されたためと考えられる。

本発明は、具体的な例を参照して記載されている。当業者であれば、様々な変形形態を請求項が規定する本発明の思想および範囲から逸脱することなく実施することが可能である。例えば、代替的物質および代替的構成は、特許請求の範囲に記載の範囲内である。

本発明の実施形態の一例に係る半導体ブリッジの平面図である。 図１（ａ）の半導体ブリッジのＡ−Ａ’断面図である。 図１（ａ）の半導体ブリッジのＢ−Ｂ’断面図である。 従来の半導体ブリッジの断面図である。 図１（ａ）の半導体ブリッジを用いた点火具の断面図である。 図３の点火具の別実施形態に係る点火具を示す断面図である。 本発明の実施形態の一例に係るガス発生器を示す断面図である。 電極ピン間の基材とコンデンサを設けた点火具の断面図である。 図６の点火具における代表的な基材形状、配線パターンおよびコンデンサの設置状態を示した図である。

符号の説明

１、３０４、１００１ 半導体ブリッジ
１０ シリコン基板
１１ シリコン部
１２ 酸化膜
２２ 第２層
２４ 第１層
２６ 点火ブリッジ層
３４ 電極パッド
３５ 電極部
３６ 電橋部
１００、２１０、１０００ 点火具
１１０、１００２ ヘッダ
１２０、１００４ ワイヤボンド
１３０、３０６、１００３ 電極ピン
１４０、３０２ カップ体の保護カバー
１４１、３０１、１００５ カップ体
１５０、３０３、１００６、１００７ 点火薬
１７０ 絶縁材
１８０、３１０ 樹脂モールド
２０１ ガス発生器
２０２ 他端部
２０３ 端部
２０４ ハウジング
２０５ ガス発生剤
２０６ 燃焼室
２０７ フィルター材
２０８ フィルター室
２０９ 第１仕切り部材
２１１ ガス放出孔
２１２ ホルダ
２１３ 軸端部
２１４ エンハンサ剤
２１５ クッション材
２１６ シール部材
２１８ 孔
２１９ 空間
２２０ 円筒部
２４６ 第２仕切り部材
３０５ 塞栓
３０７ ガラス封止
３０８ 基材
３０９ コンデンサ
３１１ 貫通孔
３１２ 導通路

Claims (15)

1. 電流を通電することによって発火する電橋部を有し、該電橋部は基板上に形成された絶縁性をもつ第１層と、該第１層の上層に抵抗体からなる第２層を有する半導体ブリッジであって、
   該第１層の電橋部の幅と該第２層の電橋部の幅が略同一幅であることを特徴とする半導体ブリッジ。
2. 電流を通電することによって発熱する電橋部を基板上に有する半導体ブリッジであって、
   該電橋部は、基板上に形成された絶縁性をもつ第１層と、該第１層の上層に第２層としての点火ブリッジ層を有し、
   該第１層の電橋部の幅と該第２層の電橋部の幅が略同一幅であり、該電橋部の側面及び上面が露出していることを特徴とする半導体ブリッジ。
3. 前記電橋部が２層からなるものであることを特徴とする請求項２記載の半導体ブリッジ。
4. 前記第１層は室温において熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下で、電気抵抗率が１０⁶Ω・ｍ以上である請求項１又は２に記載の半導体ブリッジ。
5. 前記第１層が、０．０２ミクロン〜３ミクロンの厚さを有し、前記第２層が、０．０２ミクロン〜３ミクロンの厚さを有する、請求項１又は２に記載の半導体ブリッジ。
6. 前記第１層が、ＳｉＯ₂を含有する請求項１又は２に記載の半導体ブリッジ。
7. 前記第２層が、Ｎｉ及びＣｒを含有する請求項１又は２に記載の半導体ブリッジ。
8. 前記基板が、シリコン製である請求項１又は２に記載の半導体ブリッジ。
9. 前記基板がシリコン製であり、該基板表面に酸化膜を有し、前記第１層はＳｉＯ₂を含有する層からなる請求項１又は２に記載の半導体ブリッジ。
10. 請求項１又は２に記載の半導体ブリッジを点火素子として備えてなる点火具。
11. 請求項１０に記載の点火具を備えてなるガス発生器。
12. カップ体と、
    複数の電極ピンと、
    前記複数の電極ピンを互いに絶縁して保持し、前記カップ体の開口部を塞ぐ塞栓と、
    前記カップ体の内部の点火薬に当接して設置され、前記電極ピンに電気的に接続され外部からの通電により発火する請求項２に記載の半導体ブリッジと、
    前記複数の電極ピンのうち前記半導体ブリッジと電気的に並列をなす２本の電極ピンであって、前記カップ体の外部側の前記電極ピン対に電気的に接続されたコンデンサとを備えた点火具。
13. カップ体と、
    複数の電極ピンと、
    前記複数の電極ピンを互いに絶縁して保持し、前記カップ体の開口部を塞ぐ塞栓と、
    前記カップ体の内部の点火薬に当接して配置され、前記電極ピンに電気的に接続され外部からの通電により発火する請求項２に記載の半導体ブリッジと、
    前記複数の電極ピンのうち前記半導体ブリッジと電気的に並列をなす２本の電極ピンであって、前記カップ体の外部側の前記電極ピン間に、その間隔の保持を司る高剛性を持つ一体型に装着された基材と、
    前記基材上に前記電極ピン対と電気的に接続されたコンデンサとを備えた点火具。
14. カップ体と、
    複数の電極ピンと、
    前記複数の電極ピンを互いに絶縁して保持し、前記カップ体の開口部を塞ぐ塞栓と、
    前記カップ体の内部の点火薬に当接して設置され、前記電極ピンに電気的に接続され外部からの通電により発火する請求項２記載の半導体ブリッジと、
    前記複数の電極ピンのうち前記半導体ブリッジと電気的に並列をなす２本の電極ピンであって、前記カップ体の外部側の前記電極ピン間に設置された可撓性の基材と、
    前記基材上に前記電極ピン対と電気的に接続されたコンデンサとを備えた点火具。
15. 請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の点火具を備えてなるガス発生器。
    
    

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