KR100722721B1

KR100722721B1 - 라미네이트 브릿지를 갖는 전기 기폭 장치

Info

Publication number: KR100722721B1
Application number: KR1020037003444A
Authority: KR
Inventors: 배긴스키토마스에이; 파커토드에스; 파헤이더블유엠데이비드
Original assignee: 엔케이엔엠 리미티드; 어번 유니버시티
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2007-05-29
Also published as: EP1315941A2; EP1315941B1; DE60118581T2; JP4848118B2; HK1056390A1; DE60118581D1; WO2002021067A9; KR20030034174A; JP2004513319A; AU2001292596A1; WO2002021067A3; WO2002021067A2; ATE322664T1

Abstract

반도체 브릿지 장치 (SCB). 일 실시형태에서, SCB 장치는 절연 재료의 상부 상에 라미네이트층을 포함하고, 라미네이트층은 2 개 이상의 반응 재료의 일련의 층들을 포함하며, 라미네이트층들은 절연 재료의 표면 영역을 실질적으로 피복하는 2 개의 상대적으로 넓은 부분 및 2 개의 상대적으로 넓은 부분과 접합되는 브릿지부를 포함한다. 1 개 이상의 전도성 콘택트 패드는 1 개 이상의 일련의 층들과 연결되며, 전도성 패드를 통과하는 소정 전류는 브릿지부가 라미네이트층이 관련하는 반응을 기동시키도록 유발한다. 일 실시형태에서, SCB 장치는 금속과 같은 다른 재료를 갖는 절연 재료의 경계면 측에 형성된 집적 다이오드를 포함한다.

반도체 브릿지, 전기 기폭 장치

Description

라미네이트 브릿지를 갖는 전기 기폭 장치{ELECTRO-EXPLOSIVE DEVICE WITH LAMINATE BRIDGE}

본 발명은 일반적으로 전기 기폭 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 비교적 낮은 입력 에너지에 대해 비교적 높은 출력 에너지의 반응을 기동하는 라미네이트 브릿지를 갖는 장치에 관한 것이다.

통상, 전기 기폭 장치 (electro-explosive device, EED) 는 전기 에너지를 받아서, 기계적 충격파 (shock wave) 및/또는 연소, 폭연, 또는 폭발과 같은 발열 반응을 시작한다. EED는 자동차 에어백의 팽창을 기동하거나 또는 무기 시스템의 에너지 소오스를 활성화시키는 등의 다양한 목적으로 상업적 및 공공 애플리케이션에 이용되어 왔다.

종래 기술의 EED는 무기 재료를 점화시키는데 브릿지와이어 (bridgewire) 를 이용하는 것을 포함한다. 브릿지와이어는 2개의 콘택트 (contact) 들 사이에 접착된 얇은 저항성 와이어이다. 무기 재료는 브릿지와이어를 둘러싼다. 전류가 브릿지와이어를 통과하면, 오믹 (ohmic) 가열이 발생된다. 브릿지와이어가 무기 재료의 점화 온도에 도달하면, 무기 재료가 기동한다. 통상, 무기 재료는 제 2 장전물을 점화시키는 1차 또는 파이로테크닉 장전물 (pyrotechnic charge) 이며, 차례로 메인 장전물을 점화시킨다. 현재의 애플리케이션에서, 브릿지와이어를 이용하는 EED는 현저한 단점을 갖는다. 예를 들면, EED는 많은 군사상, 비군사상 애플리케이션에서 EMI의 레벨을 증가시킨다. EMI는 직접 또는 간접 경로를 통해 전자기 에너지를 EED에 연결시켜, 우발적인 발화를 유발할 수 있기 때문에, 높은 레벨의 EMI는 심각한 위험성을 나타낸다. 또한, EED는 ESD (electrostatic discharge) 에 의해 우발적인 발화를 발생시킬 수 있다. 수동 필터 회로 및 EMI 차폐와 같은, 우발적인 방전을 보호하는 통상의 장치는, 통상의 애플리케이션에서 그 자체 공간 및 중량 문제를 나타낸다.

스트레이 (stray) 신호에 대한 EED의 감도를 감소시키기 위해, EED를 점화하는데 필요한 발화 신호의 총 에너지를 감소시킬 수도 있다. 그 결과, 낮은 레벨의 스트레이 신호가, 어떠한 점화도 발생시키지 않으면서, 브릿지와이어를 통해 인가되고, 더 높은 레벨의 발화 신호만이 EED를 점화시키기에 충분한 에너지를 갖게 되었다. 그러나, 발화 신호를 더욱 증대시키는 것이 항상 바람직한 것은 아니다. 자동차 에어백에서와 같은 많은 애플리케이션에서는, 이용 가능한 전력이 거의 제한되므로, ESD 또는 EMI 소오스로부터의 것과 같은 잠재적인 의사 신호의 에너지 레벨 정도로 낮은 발화 에너지를 갖는 EED가 제공되어야 한다.

우발적인 발화로 인한 몇몇 문제를 완화시킨 EED의 일 타입을 반도체 브릿지 또는 SCB라 한다. SCB는 동일한 미발화 레벨에 대해 브릿지와이어 EED에 이용되는 것보다 더욱 적은 에너지를 이용할 수 있다. 예를 들면, SCB에 필요한 에너지는, 동일한 미발화 성능을 갖는 브릿지와이어 장치에 필요한 에너지보다 10배까지 작을 수도 있다. SCB는 반도체 기판 상에 탑재된 무기 재료 기폭 장치이다. 통상, SCB는 핫 플라즈마 (hot plasma) 로 무기 재료를 점화시킨다. SCB가 발화하면, 무기 재료를 점화하는 고 전력 밀도를 갖는 고온 플라즈마 (예를 들면, 경우에 따라, 4000K 이상) 가 형성된다. SCB는 브릿지와이어에 비해 수 마이크로초 이내에 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 점화점을 수백 마이크로초 내에 가열할 수 있다. 통상, SCB에 의해 점화된 무기 재료는, 근접 무기 재료, 또는, 수 마이크로초 안에 점화되어 출력 장전물을 점화시키는 1차 폭발물이다. 반도체의 우수한 열 전달 특성은 SCB용 고용량 히트싱크 (heat-sink), 즉, 상대적으로 높은 미발화 레벨을 제공한다. 통상, SCB는, 플라즈마를 형성시키는 아발란체 (avalanche) 상태를 적절하게 제공하는 낮은 임피던스 전압 소오스 또는 용량적 방전에 의해 구동되어야 한다.

EED의 자동차 에어백 및 안전이 중요한 다른 애플리케이션 내의 이용은 우발적인 발화 방지이외에도 여러가지 문제를 발생시킨다. 예를 들면, 에어백 EED의 신뢰성은 중요하다. 에어백 EED는 발화 신뢰성을 가져야 하며, 몇몇 신뢰성을 확인할 수 있는 방식으로 제조되어야 한다. 종래의 SCB는 신뢰성이 확인된 SCB EED를 제조하기 어렵게 하는 단점을 갖고 있다. 예를 들면, SCB는 수 마이크로초 동안에만 지속되는 매우 뜨겁지만 낮은 에너지 점화 소오스를 제공한다. 통상의 SCB에서, 에너지 출력량은 에너지 입력 레벨에 의존하고 보다 적다. 매우 작은 양의 출력 에너지만이 제공될 수 있는 경우, 이 출력 에너지는 신뢰성을 갖는 점화를 제공하기에 불충분할 수도 있다.

또한, 종래의 SCB 콤포넌트 (component) 신뢰성을 확인하는 것은 어렵다. 이에 대한 한 가지 이유는, 종래의 SCB에서는, SCB의 작은 에너지 출력을 1차 무기 재료로 전달하기 위해 무기 재료 및 SCB를 단단히 연결해야 하기 때문이다. 즉, 무기 재료를 신뢰성있게 점화하기 위해서는, 무기 재료/SCB 경계면에서, 무기 재료는 SCB를 발화시키는 시간 동안, SCB와 밀접하게 접촉되어야 한다. 브릿지와이어 장치 내의 무기 재료/SCB 경계면을 확인하도록 테스트 방법이 개발되어 왔지만, 통상, 반도체 장치에는 이러한 테스트 방법이 적용되지 않는다. 예를 들면, 질량 측정에 의해 무기 재료의 적절한 양이 존재하고 있음을 확인할 수 있지만, SCB와 무기 재료 간의 적절한 경계면이나 밀접한 접촉를 확인하는 것은 어렵다. 심지어, 적절한 경계면이 제조시 존재하더라도, 특정 장치내의 경계면이 진동 또는 쇼크 등의 시간 동안 변화되었는지의 여부를 결정하는 것은 어렵다. 무기 재료의 SCB의 완전한 유지 (positive retention) 없이 적절한 경계면이 주어지더라도, 무기 재료는 SCB 발화에 의해 발생된 쇼크에 의해, 점화되기보다는 쓰로우 오프 (throw off) 될 수도 있다. 그러나, 완전한 유지는, 본 분야에서 계속되고 있는 신뢰성 확인 문제를 해결하지 않으며, 추가 비용 및 복잡성 등의 자체적인 문제를 부여한다. 또한, 완전한 유지에서 SCB로 가해지는 힘은 장치 내의 SCB 및/또는 접속 본드를 파손시킨다.

라미네이트 (laminate) 브릿지를 갖는 기판 상의 SCB 장치를 개시한다. 일 실시형태에서, SCB 장치는, 열 및 전기 절연 재료와, 이 절연 재료와 발열 반응 하지 않는 전도성 재료가 교대로 적층된 복수개 층들을 포함한다. 복수개의 교대로 적층된 층들은 기판의 표면 영역 상의 절연체 상에 라미네이트층을 형성한다. 일 실시형태에서, 기판은 실리콘이다. 일 실시형태에서, 절연 재료는 보론 (boron) 이고, 전도성 재료는 티타늄 (titanium) 이다. 통상, 라미네이트층은 연속적이다. 그러나, 상부에서 볼 때, 라미네이트층은, 기판의 표면 영역을 실질적으로 피복하고 브릿지부에 의해 연결되는 2개의 넓은 부분으로 나타난다. 브릿지부는 전류 흐름의 방향에 대해 작은 단면적을 갖는다. 라미네이트층은, 절연층 및 반응층이 교대하는, 일련의 개별층으로 구성된다. 전류가 라미네이트 상부 상의 콘택트들을 통과하면, 브릿지부가 반응되고, 잔존 라미네이트가 기폭된다. 라미네이트의 한 층이 소모됨에 따라, 다른 층이 노출되어 전도성 회로의 부분이 된다. 생성된 출력 에너지는 갭을 가로질러 무기 재료를 충분히 점화시킬 수 있다.

도 1은 일 실시형태의 SCB의 상부도이다.

도 2는 도 1의 SCB의 단면도이다.

도 3은 일 실시형태의 SCB의 상부도이다.

도 4는 도 3의 SCB의 단면도이다.

도 5는 EED의 단면도이다.

도 1 및 도 2는 일 실시형태의 SCB를 나타낸다. SCB (101) 는 일체로 형성된 EDS 이벤트에 대한 보호를 위한 분도 (shunting) 다이오드, 및 발화 효율성 향상을 위한 강화 브릿지 오버코팅 (overcoating) 을 갖는다. 도 1을 참조하면, SCB (101) 는 통상 정사각형 형상이지만 다른 형상이여도 무방한 실리콘 웨이퍼 기판 (102) 상에 형성된다. 기판 (102) 의 일면 상에 통상 삼각형 형상의 제 1 랜드 (103) 가 증착되고, 기판 (102) 의 대향면 상에 통상 삼각형 형상의 제 2 랜드 (104) 가 증착된다. 통상, 랜드 (103, 014) 는 서로 이격되며, 랜드와 서로 연결되고 전기적으로 접속된 상대적으로 좁은 전도성 브릿지 (106) 를 제외하고, 서로 전기적으로 절연된다. 일 실시형태에서, 랜드 (103) 는 부분적으로 팔라듐 (107) 증착층이 형성되며, 이와 유사하게 랜드 (104) 또한 부분적으로 팔라듐 (108) 증착층이 형성된다. 일 실시형태에서, 브릿지 (106) 또한 팔라듐으로 형성된다. 랜드 (103, 104) 및 브릿지 (106) 는 통상의 집적 회로 에칭 및 증착 기술을 사용하여 팔라듐 단일층으로 더 증착된다.

제 1 다이오드 (112) 는 제 1 랜드 (103) 의 팔라듐층 (107) 바로 아래에 형성되어 전기적으로 연결되며, 이와 유사하게, 제 2 다이오드 (113) 는 제 2 랜드 (104) 의 팔라듐 (palladium) 층 바로 아래에 형성되어 전기적으로 연결된다. 이하, 다이오드 (diode) 의 형성 및 구조를 보다 상세하게 설명한다. 제 1 콘택트 패드 (109) 는 제 1 랜드 (103) 의 팔라듐층 (107) 상에 티타늄, 니켈, 골드 (Ti/Ni/Au) 의 복합층으로 형성되는 것이 바람직하고, 이와 유사한, 제 2 콘택트 패드 (111) 는 제 2 랜드 (104) 의 팔라듐층 (108) 상에 증착된다. 콘택트 패드는, 전기 리드가, 장치로의 발화 전류를 제공하는 솔더나 전도성 에폭시 등에 의 해 랜드에 접촉시킬 수 있는 적절한 표면을 제공한다. 출력 에너지를 강화시키고 발화 이벤트의 분산을 증가시키기 위해, 브릿지 (106) 상에, 후에 상세하게 설명될 화학적 기폭 합성물 오버코팅 (114) 이 제공된다.

도 1의 단면 A-A을 나타내는 도 2를 참조하면, 기판 (102) 은 통상의 방법으로 제조된 실리콘 칩 (116) 이다. 실리콘 디옥사이드 층 (117) 은 칩의 표면 상에 형성되고 전기 절연체로서 기능한다. 2개의 이격된 삼각형 형상의 개방부 (118, 119) 는 적절한 에칭 기술에 의해 실리콘 디옥사이드층에서 에칭되어 실리콘 칩의 표면을 노출시킨다. 다음으로, 알루미늄의 제 1 층 또는 패드 (121) 가 제 1 에칭된 개방부 (118) 상에 증착되고, 알루미늄의 제 2 층 또는 패드 (122) 가 제 2 에칭된 개방부 (119) 상에 증착된다. 알루미늄 패드는, 기상 증착법 등의 적절한 기술에 의해 칩 상에 증착될 수 있다. 제 1 알루미늄 패드 (121) 는 실리콘 칩 (116) 의 표면과 제 1 쇼트키 배리어 접합 (schottky barrier junction, 123) 을 형성하고, 제 2 알루미늄 패드 (122) 는 실리콘 칩 (116) 의 표면과 제 2 쇼트키 배리어 접합 (124) 을 형성한다. 따라서, 한 쌍의 이격된 쇼트키 다이오드 (112, 113) 가 SCB (101) 와 일체로 형성된다.

SCB (101) 는 칩의 표면 상에 증착된 보우타이 (bowtie; 126) 형상의 팔라듐층을 포함한다. 팔라듐층 (126) 은 제 1 영역 (107), 제 2 영역 (108), 및 보우타이 영역 (126) 의 더 넓은 영역 (107, 108) 사이에서 연장되고 전기적으로 연결되는 브릿지 (106) 를 한정하도록 구성된다. 보우타이의 제 1 영역 (107) 은 제 1 쇼트키 다이오드 (112) 를 커버하고 전기적으로 본드되며, 보우타이의 제 2 영역은 (108) 은 제 2 쇼트키 다이오드 (113) 를 커버하고 전기적으로 본드된다.

제 1 콘택트 패드 (109) 는 보우타이 형상의 팔라듐층의 제 1 영역 (107) 의 표면 상에 증착되고, 제 2 콘택트 패드 (111) 는 보우타이 형상의 팔라듐층의 제 2 영역 (108) 의 표면 상에 증착된다. 일 실시형태에서, 콘택트 패드 (109, 111) 는 Ti/Ni/Au 복합층이다. 콘택트 패드 (109, 111) 는 전기 리드가 보우타이 형상의 팔라늄층 (126) 의 영역 (107, 108) 과 본드될 수 있도록 접촉된다. 전기 리드는 보우타이 형상의 팔라듐층 (126) 에 발화 전류를 공급한다.

칩 (116) 표면 상의 여러 가지 재료 층들의 증착, 에칭, 및 형상화는 통상의 집적 회로 제조 기술에 의해 수행된다. 여러 층에 대한 금속, 층들의 형상, 층들의 여러 부분의 상대적인 크기의 선택은 특정 요건에 따른 다른 실시형태와 상이할 수도 있다. 예를 들면, 골드 또는 알루미늄은 보우타이의 팔라듐을 대신할 수 있고, 다른 적절한 금속의 조합물이 콘택트 패드의 Ti/Ni/Au를 대신할 수 있다.

합성물 오버코트 (114) 는 브릿지 (106) 상에 증착된다. 도 2에 나타난 바와 같이, 복합체 오버코트 (114) 는 브릿지 상에 증착된 지르코늄층 (125) 과 지르코늄층 (128) 상에 증착된 테르밋 (thermit) 으로 알려진 구리 옥사이드 또는 아이언 옥사이드 등의 옥시다이져층 (129) 을 포함한다. 구리 옥사이드 및 아이언 옥사이드는 상대적으로 약한 화학적 본드를 갖는 분자로 형성되어, 고온 발열 반응을 조장하는 화학 반응 시 이들의 산소가 쉽게 기부된다 (donate). 복합체 오버코트 (114) 는 공지된 다양한 종류의 증착 기술에 의해 브릿지 (106) 상에 증착될 수 있다. 또한, 복합체 오버코트는 층 내에 증착될 필요는 없지만, 금속 및 옥시다이져의 단일 혼합물층으로 증착될 수 있다. 또한, 이를 대신하여 테르밋 성분, 지르코늄 및 옥사이드로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 다른 약한 옥사이드 및 금속 연료를 이용할 수 있다. 다른 실시형태에서는 적절하게 화학적으로 기폭된 오버코팅으로 대신될 수 있다.

여기서, 콘택트 패드 (109, 111) 는 와이어본드, 전도성 에폭시, 또는 솔더 등에 의해, 각각 대응하는 한쌍의 리드와 전기적으로 접속된다. 다음으로, 리드는 발화 포텐셜의 스위치 가능 소오스와 연결된다. 계획된 발화 이전의 휴지 상태에 있는 경우, SBC는 분도 다이오드 (112, 113) 및 브릿지의 미발화 에너지에 의해, ESD 이벤트와 같은 우발적인 발화로부터 보호된다. 보다 상세하게는, ESD에 의해 콘택트에 걸쳐 인가된 전기 포텐셜은 통상 SCB 상에 형성된 다이오드의 턴-온 전압보다 훨씬 높다. 따라서, 다이오드는 폐회로 분도로 포텐셜이 인가된 ESD를 나타내고, 분도 쓰레시홀드 이상의 전류가 레지스트 브릿지로부터 전달되어, 브릿지의 오믹 가열과 그 결과인 우발적인 발화가 방지된다.

SCB의 브릿지를 점화하기 위해, 적절한 시간 동안 충분한 발화 포텐셜을 전달할 수 있는 소오스로부터, 다이오드 (112, 113) 의 턴-온 전압 정도 또는 그 이상의 발화 포텐셜을 콘택트에 인가한다. 예를 들면, 발화 포텐셜은 SCB에 직렬로 충전된 캐패시터를 스위칭함으로써 제공될 수 있다. 다이오드의 턴-온 전압보다 작은 발화 포텐셜의 부분이 브릿지에 인가된다. 다음으로, 이 브릿지를 통해 전류가 흐름으로써, 상대적으로 높은 에너지 플라즈마 반응에서 빠르게 가열되고 증발된다.

발화 전류에 의해 팔라듐 브릿지에서 생성된 열은 SCB의 오버코트 (114) 에 직접 결합된다. 그 결과, 오버코트는 또한 오버코트의 지르코늄층이 플라즈마내에서 증발하기 시작할 때까지 빠르게 가열된다. 다음으로, 이는 오버코트의 지르코늄과 옥시다이져층 사이의 화학적 기폭 반응을 시작한다. 그 결과, 전도성 브릿지만의 플라즈마 기폭보다 실질적으로 더욱 에너지화된 브릿지 (106) 부근에서 화학적/플라즈마 반응이 발생된다. 기폭은 SCB의 표면으로부터 외부로 돌출된 플라즈마 하전 화구 (fireball) 를 생성한다. 따라서, 복합체 오버코트 (114) 는, ESD 이벤트로부터 일체형의 다이오드 분도가 브릿지를 보호하고, 표면에 패킹 (packing) 된 무기 믹스를 점화시키는 SCB의 효율성을 크게 향상시킨다.

도 3 및 4는 SCB의 다른 실시형태를 나타낸다. SCB (90) 는 SCB (101) 에 비해 SCB의 더 넓은 표면 영역 상에 적층된 더 많은 양의 반응 재료를 포함한다. SCB (90) 는 뚜렷한 에너지 입력의 증가없이, 예를 들면, SCB (101) 보다 현저하게 높은 발화시의 에너지 출력을 갖는다. 뒤에 상세하게 설명되는 바와 같이, SCB (90) 는, 기동을 위한 충분한 에너지만이 필요하고, SCB (90) 의 표면으로부터 외부로 돌출된 플라즈마 내에서 기폭하는 2개의 반응 재료들 간의 반응을 최소로 유지한다. SCB (90) 는 ESD 이벤트에 대한 보호를 위해 일체로 형성된 분도 다이오드를 더 포함한다.

SCB (90) 의 감도는, 출력 무기 재료를 점화하기 위해 필요한 에너지 레벨에 독립적인 애플리케이션을 필요로 하는 입력된 전력 레벨에서 동작되도록 조절될 수 있다. SCB (90) 는 무감각한 재료 또는 점화를 위해 많은 열이 필요한 재료를 점화시킬 수 있다.

현저하게, SCB (90) 는 브릿지와 무기 재료 사이의 갭에 신뢰성있는 점화를 제공한다. 브릿지와 무기 재료 사이에 밀접하게 연결된 가까운 경계면이 적절한 작용이 보장될 필요가 없기 때문에, 이는 신뢰성이 크게 향상된다. 즉, 브릿지와 무기 재료 사이의 경계면의 확인이 필요하지 않다. 오직, 종래의 기술을 이용하여, 반도체 웨이퍼가 정확하게 가공되었는지를 확인하는 것만이 필요하다. 출력 장전물의 존재는 무게 측정 또는 X-레이에 의해 쉽게 확인될 수 있다. 또한, 이는 생산 비용을 절감시킨다.

도 3은 기판 (미도시) 상에 나타낸 각각의 상부 상에 설정된 일련의 재료층의 아웃라인을 나타내는 SCB (90) 의 상부도이다. 도 4는 SCB (90) 의 개략적인 단면도이다. SCB (90) 는 상호 화학적으로 반응하는 상이한 재료가 교대로 적층되는 층들을 포함한다. 통상, 재료들 중 하나는 금속이다. 통상, 재료들 중 하나는 금속에 비해 높은 저항 및 낮은 열 전도도를 갖는 절연체이다. 일 실시형태에서, 보론은 절연체로서 이용되고, 티타늄은 금속으로 이용된다. 다른 실시형태에서, 다른 재료가 이용될 수도 있다. 예를 들면, 이용되는 금속은 하나 이상의 알루미늄, 마그네슘, 및 지르코늄 및 다른 금속일 수도 있다. 이용되는 절연체는 칼슘, 망간, 및 실리콘 및 다른 절연체일 수도 있다.

교대로 적층된 층들, 또는 티타늄 하위층들과 보론 하위층들이 실리콘 디옥사이드 절연층 (306) 상에 적층된다. 이 일련의 층들 중 상부층은 콘택트 패드 (202) 와 접촉되는 티타늄의 "브릿지" 층 (203) 이다. 교대로 적층된 하위층 (502, 504), 및 상부 브릿지층 (203) 은 라미네이트층을 형성한다. 층들 (502, 504, 203) 은 이 층들이 나타나는 기판을 제조하는 반도체 제조 프로세스 동안 원래의 위치로 일체로 본드된다. 따라서, 브릿지와 연료를 포함하는 결과물 구조체는 모놀리식이다. 이는 반도체 제조 프로세스 이후 파우더로서 연료를 증착하고 브릿지 주변에 파우더 연료를 기계적으로 프레스함으로써 제조될 수도 있는 종래의 장치와 반대이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 상부 브릿지층 (203) 은 연속의 금속층, 이 경우에는, 티타늄이며, 브릿지부 (203C) 에 연결된 2개의 상대적으로 넓은 부분 (203A, 203B) 을 포함한다. 다른 실시형태에서, 상부층은 보론 또는 몇몇 다른 반응 재료일 수 있다. 브릿지부 (203C) 는 콘택트 패드 (202) 로부터의 전류 흐름 방향에 대해 작은 단면적을 갖는다. 브릿지부 (203C) 의 단면적 및 형상은 브릿지를 가열하기 위해 필요한 에너지의 양을 결정한다. 브릿지에 이용되는 재료, 이들의 형상 및 두께는 브릿지부 (203C) 의 기동 저항에 영향을 준다. 다양한 실시형태에서, 콘택트 패드 (202) 는 상부 브릿지층 (203) 에만, 또는 상부 브릿지층 (203) 및 복수개의 하위층 (502, 504) 에 전기적으로 접촉된다. 콘택트 패드 (202) 에 전기적으로 접속된 층들의 개수는 브릿지부 (203C) 의 저항 및 열 특성에 영향을 준다. 콘택트 패드 (202) 에 접촉된 단일 층의 경우, 층들의 저항은 골드 등의 더 낮은 저항을 갖는 얇은 층의 재료를 추가시킴으로써 감소될 수 있다. 즉, 브릿지의 저항은 소정 요건에 부합되도록 조절될 것이다.

절연층 (306) 은 기판 (304) 의 표면 영역을 실질적으로 커버하도록 실리콘 기판 (304) 상에 형성된다. 일 실시형태에서, 절연층 (306) 은 실리콘 디옥사이드이다. 보론층 (504) 및 타타늄층 (502, 503) 은 각각 약 0.25 ㎛ 두께이다. 보론은 티타늄에 비해 상대적으로 불량한 열 전도체이고, 비교적 높은 면 전기적 저항을 갖는다. 보론 및 티타늄은 표준 반도체 기술로 가공될 수 있다. 보론 하위층 (504) 및 티타늄 하위층 (502) 은 일련의 층들에, 브릿지부 (203C) 를 포함하는, 상부 브릿지층 (203) 하부에 소망의 두께로 형성될 때까지 형성된다. 라미네이트층의 두께는 제조되고자 하는 플라즈마량 및 소망의 미발화 플라즈마량에 의존한다. 라미네이트층의 두께는 실제로 반도체 프로세싱 기술에 의해서만 제한된다. 상대적으로 높은 출력 에너지를 획득하기 위한 화학양론은 2개의 보론 원자 당 1개의 티타늄 원자이다. 이를 달성하기 위해, 층 두께는 250nm의 티타늄과 220nm의 보론이 될 수도 있다. 층들의 실제 개수는, 이러한 총 프로세싱 시간을 고려할 때, 4층의 티타늄과 4층의 보론이다. 대부분의 애플리케이션에서, (보론 하위층 (504), 티타늄 하위층 (502) 및 브릿지층 (203) 을 포함하는) 라미네이트층은 2 ㎛ 내지 14 ㎛ 사이의 두께를 갖는다.

일 실시형태에서, 콘택트 패드 (202) 는 티타늄/니켈/골드 (Ti/Ni/Au) 이다. 콘택트 패드 (202) 는, 예를 들면, 와이어 본드, 솔더, 또는 전도성 에폭시를 통해, 접속될 수 있는 전기적 접착부들을 형성하기 위해, 상부 브릿지층 (203) 의 부분을 표준 Ti/Ni/Au 코트로 선택적으로 피복함으로써 형성된다. 티타늄은 다른 재료와의 본딩을 향상시키는 접착 (adhesion) 특성을 갖는다. 원한다면, 니켈은 솔더 가능 콘택트를 제공한다. 골드는 적층된 반응물과의 전도성 경로를 제공하는 우수한 콘택트이고, 또한, 니켈이 쉽게 산화되는 것을 방지한다. 도 4에 나타난 바와 같이, 콘택트 패드 (202) 는 하위층 (502, 504) 을 통과하여 알루미늄 (312) 으로 연장된다. SCB (90) 는 실리콘 기판 (304) 을 갖는 알루미늄 (312) 의 경계면측에 일체로 형성된 다이오드 (204) 를 포함한다. 실리콘 칩 (304) 의 표면을 노출시키기 위해, 적절한 에칭 기술을 이용하여, 실리콘 옥사이드층 (306) 내에서 2개의 이격된 삼각형 형상의 개방부를 에칭한다. 다음으로, 기상 증착법 등과 같은, 적절한 기술을 이용하여 에칭된 개방부 상에서 알루미늄 층 또는 패드 (312) 를 노출시킨다. 일 알루미늄 패드는 실리콘 칩 (304) 의 표면과 제 1 배리어 접합 (204A) 을 형성하고, 다른 알루미늄 패드는 실리콘 칩 (304) 의 표면과 제 2 배리어 접합 (204B) 을 형성한다. 기판의 도핑은 다이오드의 브레이크다운 전압을 결정한다. 예를 들면, 자동차 에어백 기폭제와 같은 애플리케이션에서, 7 내지 8V 의 브레이크다운 전압은 현저한 ESD 보호를 제공한다. 더 낮은 감도를 갖는 브릿지를 필요로 하는 다른 애플리케이션은 더 높은 브레이크다운 전압을 이용할 수 있다.

층들 (203, 502, 504) 에 의해 형성된 라미네이트층의 길이 및 폭은 작은 브릿지부 (203C) 의 길이 및 폭 이상으로 현저하게 연장된다. 작은 브릿지부 (203C) 에 전류가 가해지면, 상부층 (203) 은 보론층과의 접합 반응을 위해 충분하게 뜨거워질 때까지 오믹 가열된다. 발열 반응은 핫 플라즈마로 배출되는 티타늄 및 다른 티타늄 화합물의 형성을 유발한다. 보론은, 플라즈마 아크 및 금속층의 노출된 부분만이 전도성 경로로서 작용하도록, 절연체로서 작용한다. 소오스 전기적 에너지 (예를 들면, 캐패시터로부터의 에너지) 가 고갈되거나, 모든 층이 플라즈마 아크가 소화되는 먼 거리까지 소비되는 경우, 이 반응은 중단된다. 출력 에너지는 플라즈마에 의해 점화되는 무기 재료를 가열하기 위해 이용된다. 하위층 (502, 504) 으로 전달된 열은 실리콘 기판으로 손실되는 대신 이 반응을 돕는다.

손실된 열이 기판으로 흡수되거나 플라즈마내에서 손실되는 열보다 큰 반응 공정 또는 다른 메커니즘에 의한 반응 프로세스에서는, 모든 이용 가능한 반응물이 소모될 때까지 반응 프로세스가 계속될 것이다. 손실이 에너지 출력을 초과하는 경우, 전기적 에너지 공급이 중단되거나 아크 길이가 소오스가 제공할 수 있는 것보다 전압을 더 필요로 할 때까지, 플라즈마를 통한 전기적 에너지의 추가에 의해 반응은 지속될 것이다.

SCB (90) 의 테스트는 무기 재료의 점화가 갭에 대해 발생되는 것을 나타내왔다. 이는 브릿지와 원시 무기 재료 간의 접촉을 보장할 필요성을 제거하면서 제조를 매우 간단하게 한다. 또한, 브릿지와 원시 무기 재료 사이의 접촉을 유지하지 않는 것은, 파우더 프레싱 동작 동안의 와이어 본드 파손과 같이, 발생될 수 있는 많은 신뢰성 문제를 제거한다. 따라서, SCB (90) 는 신뢰성을 갖고 다량으로 제조될 수 있다.

다른 실시형태에서, 반응 재료층으로 피복된 SCB (90) 영역은 성능 요건에 따라 변화될 수 있다. 피복되는 영역의 형상 또한 변화될 수 있다. 예를 들면, 복수개의 보론 및 티타늄, 또는 다른 적절한 재료층이 SCB의 콘택트들 사이 의 좁은 브릿지 영역 내에서만 실행 가능하도록 높게 적층될 수 있다.

도 5는 EED (60) 단면도이다. SCB (50) 는 세라믹 또는 금속 합금으로부터 형성되고, 헤더 (62) 에 접착된다. SCB (50) 는 SCB (101) 또는 SCB (90) 과 유사할 수도 있다. 통상, SCB (50) 는 비전도성 에폭시로 접착된다. 예를 들면, 전도성 에폭시 또는 와이어 본드 등의 전기적 접착부 (64) 는 이 헤더 (62) 상의 핀들 사이에 가해지고, 캡 (68) 이 헤더 (62) 상에 위치되어 무기 재료 (69) 로 충진된 인클로져가 형성된다.

동작 시, 기폭기 (60) 에 제공된 발화 신호는 핀 (66) 을 통해, 전기적 접착부 (64) 를 통해, SCB (50) 의 반응 브릿지부로 라우트되어, 반응 브릿지를 발화시키고, SCB 상의 모든 반응 재료층이 관련하는 반응을 시작한다.

본 발명을 특정 실시예를 참조하여 설명하였다. 다음의 청구 범위로 한정되는 본 발명의 목적 및 범위로부터 벗어나지 않는다면, 당업자는 다양한 변형을 가할 수도 있다. 예를 들면, 청구되는 본 발명의 범위 내에서 다른 재료 및 다른 구성이 가능하다.

Claims

절연 재료의 상부 상의 라미네이트 층으로서, 2 개 이상의 반응 재료들로 이루어진 일련의 층들을 포함하고, 절연 재료의 표면 영역을 실질적으로 피복하는 2개의 상대적으로 넓은 부분, 및 상기 2개의 상대적으로 넓은 부분과 연결되는 브릿지부를 포함하는, 절연 재료의 상부 상의 라미네이트층; 및

상기 일련의 층들 중 1개 이상의 층과 연결되는 1 개 이상의 전도성 콘택트 패드로서, 상기 1 개 이상의 전도성 콘택트 패드를 통과하는 소정 전류가 상기 브릿지부로 하여금 상기 라미네이트층이 관련된 반응을 기동시키는, 1개 이상의 전도성 콘택트 패드

를 포함하는, 반도체 브릿지 (SCB) 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 2개 이상의 반응 재료들은 반응 금속 및 반응 절연체를 포함하며,

상기 반응 절연체는 상기 반응 금속의 저항에 비해 높은 저항을 가지며,

상기 반응 금속은 상기 1개 이상의 전도성 콘택트 패드에 접촉되는, 반도체 브릿지 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 반응 금속은 티타늄이고 상기 반응 절연체는 보론인, 반도체 브릿지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 일련의 층들의 각 층은 약 0.25 ㎛ 두께인, 반도체 브릿지 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 일련의 층들은 2 ㎛ 내지 14 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 반도체 브릿지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 절연 재료의 다른 재료와의 계면에 의해 형성된 집적 다이오드를 더 포함하는, 반도체 브릿지 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 1개 이상의 전도성 콘택트 패드는 티타늄/니켈/골드를 포함하는, 반도체 브릿지 장치.
헤더 (header);

인클로져를 형성하기 위해 상기 헤더의 제 1 면에 연결된 캡;

상기 인클로져 내부의 무기 재료 (ordnance material);

상기 제 1 면과 대향하는 상기 인클로져의 제 2 면을 통해 통과하는 1개 이상의 도전성 핀; 및

기판 상의 반도체 브릿지 (SCB) 를 포함하고,

상기 기판은 상기 헤더의 제 1 면과 연결되고,

상기 반도체 브릿지는 상기 기판의 상부 상에 2개 이상의 반응 재료층들로 이루어진 일련의 층들을 포함하며,

상기 일련의 층들은,

상기 기판의 상기 표면 영역을 실질적으로 피복하는 2개의 상대적으로 넓은 부분; 및

상기 2개의 상대적으로 넓은 부분과 연결되는 브릿지부를 포함하며,

상기 1개 이상의 전도성 콘택트 패드는 상기 일련의 층들의 1개 이상의 층 및 상기 1개 이상의 도전성 핀들과 연결되고, 상기 1개 이상의 도전성 핀들을 통과하는 소정 전류는 브릿지부로 하여금 상기 일련의 층들과 관련된 반응을 기동하도록 함으로써, 상기 무기 재료를 점화시키는, 전기 기폭 장치 (EED).
제 8 항에 있어서,

상기 2개 이상의 반응 재료는 반응 금속 및 반응 절연체를 포함하고,

상기 반응 절연체는 상기 반응 금속의 저항에 비해 높은 저항을 가지며,

상기 반응 금속은 상기 1개 이상의 도전성 핀에 연결되는, 전기 기폭 장지.
제 9 항에 있어서,

상기 반응 금속은 티타늄이고 상기 반응 절연체는 보론인, 전기 기폭 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 일련의 층들의 각 층은 약 0.25 ㎛ 두께인, 전기 기폭 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 일련의 층들은 2 ㎛ 내지 14 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 전기 기폭 장치.
기판의 표면 영역을 실질적으로 피복하는 전기 절연 재료층;

상기 전기 절연 재료와 다른 재료의 경계면을 포함하는 1개 이상의 일체형 다이오드;

상기 기판의 표면 영역을 실질적으로 피복하는 2개의 상대적으로 넓은 부분, 및 상기 2개의 상대적으로 넓은 부분에 연결되는 브릿지부를 포함하고, 상기 전기 절연 재료층의 상부 상의 반응 재료로 된 브릿지층;

상기 브릿지부의 표면 영역을 피복하고, 2개 이상의 반응 재료를 포함하는 일련의 층을 포함하는 라미네이트층; 및

이를 통과하는 소정 전류가 상기 라미네이트층 및 상기 브릿지층이 관련하는 반응을 유발하는, 상기 브릿지층과 연결된 1개 이상의 전도성 콘택트 패드를 포함하는, 반도체 브릿지.
제 13 항에 있어서,

상기 브릿지층은 티타늄을 포함하는, 반도체 브릿지.
제 13 항에 있어서,

상기 브릿지층들은 팔라듐을 포함하는, 반도체 브릿지.
제 13 항에 있어서,

상기 2개 이상의 반응 재료는 반응 금속 및 반응 절연체를 포함하고, 상기 반응 절연체는 상기 반응 금속의 저항에 비해 높은 저항을 갖는, 반도체 브릿지.
제 16 항에 있어서,

상기 반응 금속은 티타늄이고, 상기 반응 절연체는 보론인, 반도체 브릿지.
제 13 항에 있어서,

상기 일련의 층들의 각 층은 약 0.25 ㎛ 두께인, 반도체 브릿지.
제 18 항에 있어서,

상기 라미네이트층은 2 ㎛ 내지 14 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 반도체 브릿지.
제 13 항에 있어서,

상기 다른 재료를 포함하는 금속은 알루미늄인, 반도체 브릿지.
제 13 항에 있어서,

상기 1개 이상의 전도성 콘택트 패드는 티타늄/니켈/골드를 포함하는, 반도체 브릿지.
기판의 표면 영역이 실질적으로 피복되도록, 상기 기판의 표면 상에 전기 절연 재료의 층을 증착하는 단계;

상기 기판을 노출시키기 위해, 상기 전기 절연 재료를 선택적 에칭하는 단계;

1 개 이상의 다이오드를 형성하기 위해, 상기 에칭 단계에 의해 노출된 영역에 금속을 증착하는 단계;

상기 기판의 상기 표면 영역을 실질적으로 피복하는 2개의 상대적으로 넓은 부분과 상기 2개의 상대적으로 넓은 부분과 연결되는 브릿지부를 포함하며, 2개 이상의 반응 재료들로 이루어진 일련의 층들을 상기 절연층의 상부에 증착하는 단계; 및

상기 일련의 층들의 1 개 이상의 층에 1 개 이상의 전도성 콘택트 패드를 연결하는 단계로서, 1개 이상의 전도성 콘택트 패드를 통과하는 소정 전류는 상기 브릿지부로 하여금 상기 일련의 층들이 관련된 반응을 기동하도록 하는 단계

를 포함하는, 반도체 브릿지 (SCB) 장치의 제조 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 2 개 이상의 반응 재료는 반응 금속 및 반응 절연체를 포함하고,

상기 반응 절연체는 상기 반응 금속의 저항에 비해 높은 저항을 포함하며,

상기 반응 금속은 상기 1 개 이상의 전도성 콘택트 패드와 접촉되는, 반도체 브릿지 장치의 제조 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 반응 금속은 티타늄이고, 상기 반응 절연체는 보론인, 반도체 브릿지 장치의 제조 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 일련의 층들의 각 층은 약 0.25 ㎛ 두께인, 반도체 브릿지 장치의 제조 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 일련의 층들은 2 ㎛ 내지 14 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 반도체 브릿지 장치의 제조 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 금속은 알루미늄인, 반도체 브릿지 장치의 제조 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 1개 이상의 전도성 콘택트 패드는 티타늄/니켈/골드를 포함하는, 반도체 브릿지 장치의 제조 방법.