KR20020028157A - 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 소자 - Google Patents

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KR20020028157A
KR20020028157A KR1020017013180A KR20017013180A KR20020028157A KR 20020028157 A KR20020028157 A KR 20020028157A KR 1020017013180 A KR1020017013180 A KR 1020017013180A KR 20017013180 A KR20017013180 A KR 20017013180A KR 20020028157 A KR20020028157 A KR 20020028157A
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베르나르도 마르티네즈-토바
마틴 씨. 포스터
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더 인사인 빅포드 컴파니
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Abstract

본 발명은 반도체 브릿지 이그나이터 장치를 제공하는 것으로서, n-도프된 다중실리콘, 낮은 비등점 금속, 난용해성 금속 및/또는 두 개 이상의 조합으로 된 금속으로 제조된 전극과 같은 두 개의 고전도성 전극사이에 위치한 유전층을 포함한 항-휴즈에 의해 전압 보호된다. 유전층은 자체 두께 및 유전층의 cm 두께 당 볼트(V/cm)로 표시되는 유전장 세기가 목적하는 높은 전압 한계 값(Vth)에서 유전층의갑작스런 파괴를 야기시키는 것과 같은 방식으로 선택된다. 예를 들면, 107 V/cm의 유전세기 및 약 0.5 μm의 필름 두께를 갖는 실리콘 이산화물은 약 500V의 전압이 적용될 경우 파괴될 것이다. 상기 유전체를 파괴시키는 시간은 극히 짧다. 보다 얇은 필름은 보다 낮은 한계 전압(Vth) 및 그 반대의 전압을 가진다. 금속-절연체-금속 항-퓨즈 개념은 높은 전압 보호가 한계 전압(Vth)으로서 설정하기 위해 선택된 유전층의 파괴 또는 파열 전압 이하의 전압 값에 대한 유전층에 의해 제공된다는 것이다.

Description

전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 소자{VOLTAGE-PROTECTED SEMICONDUCTOR BRIDGE IGNITER ELEMENTS}
반도체 브릿지(bridge)(SCB) 소자, 전기적 활성화를 목적으로 한 상기 소자를 전기적으로 연결하는 수단, 및 폭발물을 개시시키는 이그나이터(igniter)와 같은 장치의 용도 등은 본 기술분야에 널리 알려져 있다. 현재, 1987년 11월 24일자로 Bickes, Jr. 등에 허여된 미합중국 특허번호 제4,708,060호에 기재된 SCB와 1990년 12월 11일자로 Benson등에 허여된 미합중국 특허번호 제4,976,200호에 기재된 텅스텐 브릿지 SCB 모두는 브릿지의 활성 지역에 전기적으로 접촉하기 위하여 사용되는 대량으로 금속화된 패드(pad)를 사용하여 제조된다. 상기 미합중국 특허번호 제4,708,060호 및 제4,976,200호의 개시내용은 본원에 포함된다. 일반적인 SCB 칩은 헤더(header)의 부착표면 또는 기타의 전기-폭발성 장치(EED)의 소자에 기계적으로 결합되어 있다. 기폭장치 내에서 SCB가 적절히 작동하기 위해서는 폭발성 또는 불꽃성 물질과 같은 에너지 물질과의 긴밀한 접촉이 요구되며, 이로서 칩에 대해 수직 위치가 요구된다; 즉, 상기 칩은 부착표면에 대항하여 위치된 활성 지역과 조립될 수 없지만, 상기 활성 지역은 에너지 물질로 향하고 이와 접촉되어져야 하며, 이로서 상기 활성 지역은 에너지 물질과 자유롭게 접촉하며, 즉, 에너지 물질을 개시시키고 에너지가 활성 지역으로 전달된다.
SCB 소자의 전압 보호는 산재 전압 존재하에 폭발성 장치의 우연한 작동을 방지하기 위하여 사용되는 매우 바람직한 안전 특성이다. 예를 들면, 전자기장파 에너지 및, 특히, 이의 라디오 주파수 스펙트럼은 SCB 소자에서의 산재 전압을 유도할 수 있다. 따라서, 배의 갑판, 오일 장치 및 다양한 고파워 라디오 장비가 사용되어 질 수 있는 기타의 장소에서 SCB 소자를 사용하는 것은 예를 들면 의도하지 않은 SCB의 개시를 예방하기 위해서 높은 전압보호가 제공되는 것을 요구한다. 일반적으로 높은 전압 보호는 한계전압(Vth) 이하의 전압이 SCB를 통한 전류 흐름을 유도하는 것을 예방한다. 그러나, Vth이상의 전압에 대해서는, 전류는 SCB를 작동시키기에 충분한 진폭으로 SCB를 통하여 흐를 것이고 이로서 SCB와 긴밀하게 접촉할 수 있도록 위치된 폭발성 장약을 개시시킬 플라즈마를 생성시키거나 기타 목적하는 작용을 제공할 것이다. 그러므로, Vth는 SCB가 작동될 수 있기 이전에 초과되어져야 하는 전압으로 정의된다. 이와같은 한계전압은 일반적으로 약 10V 내지 약 1000V의 범위이다. 다양한 수단, 예를 들면, 불꽃 갭, 본성 근접 반도체 필름 또는 기질 및 반도체 다이오드 등에 의해 SCB에 대한 높은 전압보호가 제공된다고 알려져 있다.
불꽃 갭은 특정한 거리 또는 갭으로 분리된 가스 또는 진공환경에서 충진된 한쌍의 캡슐화된 전극으로 이루어져 있다. 일반적으로 갭은 장치의 파괴 또는 한계 전압을 결정한다. 이와같은 갭은 한계전압의 변동 범위를 감소시키기 위한 조립공정중 정확하고 일치되게 조절되어져야 한다. 이와같은 고도로 조절되는 캡슐화 및 전극 간격조정 공정은 매우 비용이 많이 든다. 이와같은 불꽃 갭 접근의 또 다른 단점으로는 만일 불꽃 갭 파괴 전압보다 큰 전압이 매우 짧은 기간동안 적용되지 않는다면 SCB의 연속성이 쉽게 모니터링되지 않는 다는 것이다. 이와같은 일련의 상황은 SCB를 통한 고전류 흐름의 불안전한 조건을 야기시킨다.
본성 근접 반도체 필름 또는 기질이 또한 전압보호에 사용될 수 있다. 본성 근접 반도체는 선택된 특정 용적 및 특정 저항값을 갖도록 디자인될 수 있으며, 이로서 Vth를 초과하는 전압을 적용할 경우, 장치의 저항을 감소시키고 결국 전류흐름을 야기시키는 부가의 담체를 생성하기 위한 충분한 열이 발생될 것이다. 이와같은 전류흐름은 고유한 반도체가 일반적으로 나타내는 음성 미분 저항의 결과이다. 본성 근접 반도체 필름은 매우 낮은 도핑수준을 요구하며, 상기 도핑수준은 주로 두 개의 공정, 즉 예를 들면, i) 이온 주입 후의 열확산 및/또는 열어닐링과 같은 열효과 및 ii) 반도체 필름의 성장기간동안 불순물 수준의 높은 조절성 등에 의존하기 때문에 도핑수준을 조절하기 힘들다. 도핑 수준을 낮게 조절하는 것에 대한 어려움 이외에도, 본성 근접 소자의 임피던스 및 크기 모두는 이용가능한 에너지가 신속하게 전달되어 폭발성 장약을 연소시키는 플라즈마를 생성시키도록 필름을 가열하고 증발시키도록 적절히 디자인되어져야 한다.
반도체 다이오드는 역모드로 치우쳐 있을 경우에 다이오드의 접합부에서 발생되는 특징적인 파괴 또는 한계 전압 이하의 전압을 적용함으로써 야기되는 전류흐름을 방지하기 위하여 사용되어진다. 그러나, 이와같은 보호 효과는 다이오드가 정모드로 치우쳐 있을 경우 상실되어, 극성화된 장치에서 다이오드 보호된 SCB가 제조된다. 이와같은 극성화 문제를 감소시키기 위하여, 백투백(back-to-back) 다이오드를 SCB와 연속으로 사용하여 양쪽 극성 모두에 있어서 SCB 보호를 제공할 수 있다. 그러나, 이와같은 접근의 주요한 단점은 단일 다이오드에 대하여 높은 파괴 전압을 요구하는 낮은 도핑 수준 및 상이한 파괴전압에 대한 상이한 웨이퍼(기질)를 요구하는 것이다. 예를 들면, 500V 파괴전압을 갖는 다이오드는 1015/cm3이하의 기질 도핑농도를 요구하며, 이와같이 낮은 농도의 물들이개(dopant)를 조절하기 힘들끼 때문에 상기 농도는 현실적이지 못하다. 낮은 도핑 수준에 대한 요구를 회피할 수 있는 해법으로는 다수개의 낮은 전압 다이오드가 SCB와 연속적으로 상호연결되고 백투백 환경에서 상호연결된 것을 사용하는 것이다. 물론, 이는 보다 복잡한 디자인과 보다 넓은 침 면적을 사용하는 결과를 가져온다. 이와같은 백투백 다이오드 접근의 또 다른 단점은 SCB의 연속성이 만일 다이오드 파괴전압보다 큰 전압이 매우 짧은시간 동안에 적용되지 않는다면 쉽게 모니터 되지 않는다는 것이다. 물론, 이와같은 상황은 SCB를 통하여 매우 높은 전류가 흐르는 불안전한 조건을 야기시킨다. 그러므로, SCB에 대한 높은 전압 보호를 제공하기 위한 향상된 구조에 대한 요구등과 같은 것 이외에도, 제조과정 및 사용하기 바로 직전의 다양한 포인트에서의 SCB 장치의 연속적인 모니터링이 가능하게 하는 향상된 구조에 대한 요구도 존재한다.
발명의 요약
일반적으로, 본 발명은 적분 높은 전압 보호를 보유하고 선택적으로 DC 전류 연속 모니터능을 보유하는 반도체 브릿지(SCB) 이그나이터 소자를 제공한다. 이와같은 적분 높은 전압 보호는 유전 물질을 조절가능한 항-휴즈로서 반도체 브릿지 이그나이터 소자 내부에 위치시켜 달성된다. 항-휴즈는 충분히 큰 전압, 즉, 한계 전압(Vth)의 적용에 따라서 유전물질을 통하여 링크를 형성하도록 파괴하는 유전물질에 의해 제공된다. Simon S. Cohen등의 문헌 "전압-프로그램가능한 링크에 대한 신규한 이중-금속 구조"(IEEE Electron Device Letters, Vol. 13, No. 9, September 1992, p. 488)에 기술된 바와 같이, 유전물질의 파괴공정은 세 단계로 진행된다. 첫 번째 단계에서, 절연체가 응용장에 의해 응력을 받게된다. 두 번째 단계에서, 충분한 전류를 이용가능할 경우 필라멘트가 절연체내에 형성되고, 마침내 매우 큰 전류가 요구되는 주울(Joule) 가열 및 화학반응의 조합으로 필라멘트가 성장한다. 파열된 유전층 및 필라멘트 형성의 최종단계는 높은 전압원을 반대편의 유전 소자, 이 경우에는 SCB 이그나이터 소자와 연결시키는 낮은 임피던스 링크이다. 가용 링크 또는 저항기는 선택적으로 유전 항-휴즈 SCB 이그나이터와 평행하게결합하여 회로의 연속 모니터 레그(leg)를 제공한다.
특히, 본 발명에 따르면, 기선택된 한계 전압 이하의 전압에서 작동하는 것에 대한 보호효과를 가지는 반도체 브릿지 이그나이터 장치를 제공한다. 상기 이그나이터 장치는 전기회로를 한정지으며 하기의 구성성분을 포함한다. 기질은 비전도성 물질로 제조되고 기질상에 위치된 일차 반도체 브릿지를 가진다. 상기 일차 반도체 브릿지는 일차 및 이차 패드(pad)를 연결시키는 개시자 브릿지에 의해 다리로 연결되는 갭(gap)을 사이에 둔 일차 및 이차 패드를 갖도록 차원화되고 배치되어진 기질상에 위치한 다중실리콘 층을 포함한다. 상기 브릿지는 매우 차원화되고 배치되어 있어서 선택 특성의 전류가 브릿지를 통과하면서 브릿지에서 에너지를 방출한다. 일차 및 이차 금속화된 랜드(land)는 각각 일차 및 이차 패드와의 전기적인 전도 접촉에 놓여져 일차 및 이차 금속화된 랜드, 일차 및 이차 패드 및 브릿지로 구성된 전기 회로의 일차 연소 래그를 한정한다. 한계전압과 동일한 파괴전압을 가지는 유전물질은 전기회로의 일차 연소 래그에 연속적으로 위치되어지며, 이로 인하여 상기 회로는 적어도 한계전압 이상의 전압 포탠셜을 적용하는 것에 의해서만 닫혀질 수 있다. 이차 반도체는 일차 반도체 브릿지와 평행하게 연결되어 있으며, 기질상에 위치된다. 이차 반도체 브릿지는 일차 및 이차 패드(pad)를 연결시키는 개시자 브릿지에 의해 다리로 연결되는 갭(gap)을 사이에 둔 일차 및 이차 패드를 갖도록 차원화되고 배치되어진 기질상에 위치한 다중실리콘 층을 포함한다. 상기 브릿지는 매우 차원화되고 배치되어 있어서 선택 특성의 전류가 브릿지를 통과하면서 브릿지에서 에너지를 방출한다. 일차 및 이차 금속화된 랜드(land)는 각각 일차 및이차 패드와의 전기적인 전도 접촉에 놓여져 일차 및 이차 금속화된 랜드, 일차 및 이차 패드 및 브릿지로 구성된 전기 회로의 이차 연소 래그를 한정한다. 한계전압과 동일한 파괴전압을 가지는 유전물질은 전기회로의 이차 연소 래그에 연속적으로 위치되어지며, 이로 인하여 상기 회로는 적어도 한계전압 이상의 전압 포탠셜을 적용하는 것에 의해서만 닫혀질 수 있다. 전기회로내에 배치된 일차 반도체 브릿지와 이차 반도체 브릿지는 각각 상대방 브릿지가 수용하는 극성의 반대 전압 극성을 수용하도록 연결되어 있다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 일차 반도체 브릿지의 유전물질은 일차 반도체 브릿지의 다중 실리콘 층과 일차 반도체 브릿지의 일차 금속화된 랜드 사이에 위치한 유전층이다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 이차 반도체 브릿지의 유전물질은 이차 반도체 브릿지의 다중실리콘 층과 이차 반도체 브릿지의 이차 금속화된 랜드 사이에 위치한 유전층이다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 일차 반도체 브릿지의 일차 금속화된 랜드와 이차 반도체 브릿지의 일차 금속화된 랜드가 결합하여 하나의 일차 전도층을 형성한다. 또한, 일차 반도체 브릿지의 이차 금속화된 랜드와 이차 반도체 브릿지의 이차 금속화된 랜드가 결합하여 하나의 이차 전도층을 형성한다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 상기 다중 실리콘 층은 도프로 처리될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 상기 전기 회로는 일차 및 이차 연소 래그에평행하게 연결된 축전기를 포함할 수 있다.
또 다른 일면으로 본 발명은 일차 및 이차 연소 래그에 평행하게 연결된 가용 링크를 포함하는 연속성 모니터 래그를 추가로 포함하는 전기회로를 제공한다. 상기 얇은 가용링크를 포함할 수 있는 가용 링크는 선택된 모니터 전류량 이상의 전류량에서 파열되도록 차원화되고 배치되어지며, 이로서 만일 모니터 전류량이 초과되면 가용링크는 파열되고 모니터 래그가 개방될 것이다.
본 발명의 또 다른 일면은 일차 및 이차 연소 래그에 평행하게 연결된 저항기를 함유하는 연속성 모니터 래그를 추가로 포함한다. 상기 저항기는 다중실리콘 층 또는 비전도성 기질의 도프된 분절을 포함할 수 있다. 어떠한 경우에도, 상기 저항기는 전기회로의 일차 및 이차 연소래그를 통한 전류흐름을 일차 및 이차 반도체 브릿지 장치의 온도가 기선택된 온도 이하로 유지되는 수준으로 감소시키기에 충분히 큰 저항값을 가진다(그리고 이로서 칩 내부의 열발생을 감소시킨다). 반도체 브릿지 이그나이터 장치가 전기폭발성 장치를 함유하고 에너지 물질, 예를 들면 일차 폭발물과 접촉하여 위치되는 본 발명의 연관된 일면에 있어서, 기선택된 온도는 에너지 물질의 자가 강열 온도이다.
본 발명의 또 다른 일면으로서, 저항기는 일차 반도체 브릿지의 다중실리콘 층의 도프된 분절을 포함할 수 있거나, 또는 기질의 도프된 분절을 포함할 수 있다.
본 발명의 추가적인 일면으로서, 기질은 일차 및 이차 기질로 분리되며, 여기서 일차 반도체 브릿지는 일차 기질상에 위치되고, 이차 반도체 브릿지는 이차기질상에 위치된다.
본 발명은 또 다른 일면으로서 하기의 구성성분을 포함하는 전기회로를 한정하는 이그나이터 장치를 제공한다. 기질은 비전도성 물질로 제조되고 기질상에 위치된 일차 반도체 브릿지를 가진다. 일차 반도체 브릿지는 일차 및 이차 패드를 연결시키는 이그나이터 브릿지에 의해 브릿지되는 사이에 갭을 가진 일차 및 이차 패드를 보유하도록 차원화되고 배치된 기질상에 위치된 다중실리콘 층을 포함한다. 상기 브릿지는 매우 차원화되고 배치화되어 선택된 특성의 전류가 브릿지를 통과하는 것으로 브릿지에서 에너지를 방출시킨다. 일차 및 이차 금속화된 랜드는 각각 일차 및 이차 패드와 전기 전도성 접촉하에 위치되어 일차 및 이차 금속화된 랜드, 일차 및 이차패드 및 브릿지로 구성된 전기회로의 일차 연소래그를 한정한다. 한계전압과 동일한 파괴전압을 가진 유전물질은 전기회로의 일차 연소래그에 연속하여 위치되고 이로서 회로는 적어도 한계 전압 이상의 전압 포탠셜을 적용하여야만 폐쇄될 수 있다. 전기회로는 추가로 일차 연소래그에 평행하게 연결된 축전기를 포함한다.
도면의 간략한 설명
도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치의 정면도;
도 2는 도 1의 이그나이터 장치의 상면도;
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터의 정면도;
도 4는 도 3의 이그나이터 장치의 상면도;
도 5는 본 발명으 또 다른 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치의 정면도;
도 6은 도 5의 이그나이터 장치의 상면도;
도 7은 장치의 전기회로의 연소래그에 평행하게 위치된 가용 링크를 함유하는 본 발명의 하나의 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치의 회로 도표;
도 8은 장치의 전기회로의 연소래그에 평행하게 위치된 고 저항성 저항기를 함유하는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치의 회로 도표;
도 9는 장치의 전기회로의 연소래그에 평행하게 위치된 사문암 고 저항성 저항기를 포함하고 도 8에 도시된 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치의 조망도;
도 10은 본 발명의 한 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 소자를 이용한 전기 폭발성 장치의 정단면도;
도 11은 실시예 1의 B에서 사용된 실험용 장치의 회로도;
도 12는 실시예 1의 C에서 사용된 실험용 장치의 회로도;
도 13은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치의 개략도;
도 14는 도 13의 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치의 조망도;
도 15는 도 14의 XIV-XIV 선을 따라 취해진 단면도;
도 16은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치의 회로도; 및
도 17은 도 16의 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 장치를 사용한 전기 폭발성 장치의 부분단면 확대된 조립도이다.
본 발명은 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적분 높은 전압 보호를 보유하며, 선택적으로 적분 연속 검사능을 보유한 소자에 관한 것이다.
전압 보호된 SCB 장치
본 발명의 반도체 브릿지 이그나이터 장치는 n-도프된 다중실리콘, 낮은 비등점 금속(예를 들면, Al, Cu, Au 등), 난용해성 금속(예를 들면, W, Mo, Co 등), 및/또는 두 개 이상의 조합으로 된 금속으로 제조된 전극과 같은 두 개의 고전도성 전극사이에 위치한 유전층(예를 들면 실리콘 이산화물)을 포함한 항-휴즈에 의해 전압 보호된다(이후 때때로 전압 블록화된으로 불리워짐). 유전층은 자체 두께 및 유전층의 cm 두께 당 볼트(V/cm)로 표시되는 유전장 세기가 목적하는 높은 전압 한계 값(Vth)에서 유전층의 갑작스런 파괴를 야기시키는 것과 같은 방식으로 선택된다. 예를 들면, 107 V/cm의 유전세기 및 약 0.5 μm의 필름 두께를 갖는 실리콘 이산화물은 약 500V의 전압이 적용될 경우 파괴될 것이다. 상기 유전체를 파괴시키는 시간은 극히 짧다; 즉, 스파크 생성과 연관된 시간과 동일하며 마이크로초, 심지어 나노초등으로 측정된다. 보다 얇은 필름은 보다 낮은 한계 전압(Vth) 및 그 반대의전압을 가진다. 즉, 짧은 회로 유사 반응을 가지는 유전층내에서 높은 전압의 존재 및 필라멘트의 갑작스런 형성은 소자가 가열하고 증발하는 것과 같은 반도체 브릿지 이그나이터 소자에 대하여 요구되는 연소수준을 초과하는 전류를 유발할 것이며, 이는 이그나이터에 근접하여 위치된 폭발성 전하를 폭발시키는 플라즈마를 유발시킨다. 일반적으로, 금속-절연체-금속 항-퓨즈 개념은 높은 전압 보호가 한계 전압(Vth)으로서 설정하기 위해 선택된 유전층의 파괴 또는 파열 전압 이하의 전압 값에 대한 유전층에 의해 제공된다는 것이다. Vth는 유전층이 제조되는 물질 및 물질의 두께에 의해 주로 결정된다. 적어도 Vth보다 큰 전압은 유전층을 파괴하고, 두 개의 전극을 함께 휴즈시키고, 반도체 브릿지 이그나이터 소자를 뒤이은 가열 및 반도체 브릿지 이그나이터 소자의 증발과 함께 적용된 높은 전압에 노출시켜 일부분인 전기 폭발성 장치(EED)를 작동시킬 것이다.
도 1 내지 9 및 13 내지 17은 구성도이며 크기를 도시하지 않는다; 즉 특정 소자의 크기는 도면을 명확하기 하기 위해 과장되어 있다. 도 1 내지 6의 동일한 소자는 동일한 소자 번호로 표시되며 유사한 소자는 프라임이 첨가된 숫자, 예를 들면 16a'을 가진 동일한 소자 번호로 표시되어 있다. 도 7 내지 9 및 13 내지 17은 분리된 숫자 체계를 사용한다.
도 1 및 2에 관하여, 적당한 전기적으로 비 전도성인 물질을 포함할 수 있는 전기적으로 비전도성인 기질(12)을 보유한 반도체 브릿지 장치(10)가 도시되어 있다. 일반적으로, 본 분야에 잘 알려진 바와 같이 비전도성 기질은 단일 또는 다수의 구성성분 물질이 될 수 있다. 예를 들면, 다중결정성 실리콘 반도체 물질에 대한 적당한 비 전도성 기질은 모노결정성 실리콘 기질의 꼭대기에 위치된 절연층(예를 들면, 실리콘 이산화물, 실리콘 질산화물 등)을 포함한다. 이는 잘 알려진 적당한 기질(12)에 대한 물질의 조합을 제공한다. 모노결정성 실리콘 반도체 물질에 대한 적절한 비전도성 기질은 사파이어, 또한 기질(12)에 대하여 알려진 적당한 물질을 포함한다. 설명된 구현예에 있어서, 짙게 도프된 다중실리콘 반도체(14)를 포함하는 전기적으로 전도성인 물질은 본 기술분야에 알려진 적당한 수단, 예를 들면, 적층 성장 또는 저압 화학증기 퇴적기술에 의해 기질(12)상에 탑재되어있다. 도 2에 잘 나타난 바와 같이, 반도체(14)는 조망도에서 보는 바와 같이 개시자 브릿지(14c)를 향해 가늘어진 마주보고 있는 측면(14a')(14b')을 제외한 배치에 있어서 실질적으로 직사각형인 한쌍의 패드(14a)(14b)를 포함한다. 브릿지(14c)는 패드(14a)(14b)를 연결시키고, 패드(14a)(14b)보다 작은 표면적 및 크기를 가진다. 브릿지(14c)는 반도체 브릿지 장치(10)의 활성 지역이다. 도 2에서 도시된 바와 같이 반도체(14)의 결과적인 배치는 작은 개시자 브릿지(14c)에 의해 서로 연결되고 공간을 두고 위치한 크고 실질적으로 직사각형의 패드(14a)(14b)를 구비한 나비넥타이 배치를 다소 닮았다. 유전층(15)는 반도체(14)의 직사각형 패드(14a)상에 탑재되어 있다. 유전층(15)는 패드(14a)를 도시하기 위하여 도 2에서 부분적으로 파괴되어 있으며, 도시된 구현예에 있어서 패드(14a)의 상부 표면을 완전히 덮는다. 한쌍의 금속화된 랜드(16a)(16b)는 유전층(15) 및 패드(14b), 위로 가로놓여진 유전층(15) 및 패드(14b)를 각각 부분적으로 도시하기 위하여 도 2에서 부분적으로파괴되어 있으며, 도시된 구현예에 있어서 동일한 상부 표면을 완전히 덮는다. 금속화된 랜드(16a)(16b)는 실질적으로 동일하다. 공지의 기술은 비록 어떠한 적당한 금속 또는 금속의 조합이 사용될 수 있지만 일반적으로 랜드(16a)(16b)에 대하여 알루미늄 또는 텅스텐을 사용한다. 전기적 접촉(18a)(18b)는 각각 랜드(16a)(16b)에 부착될 수 있으며, 이는 SCB에 대하여 어떠한 적당한 외부 전압원의 전기적 연결을 가능하게 한다. 대안적으로, 랜드(16a)(16b)는 인쇄회로기판 등에 직접적으로 연결될 수 있으며, 이는 SCB에 대하여 어떠한 적당한 외부 전압원을 전기적으로 연결할 수 있게 한다.
작동에 있어서, 본 발명의 반도체 브릿지 장치는 전압 포탠셜을 제공하는 외부 전압원에 전기적으로 연결된다. 유전층(15)은 절연체로서 행동하며 이는 전압 포탠셜이 개시자 브릿지(14c)를 가로질러 적용되는 것을 예방한다. 위에서 논의된 것처럼, 유전층(15)은 파괴되거나 파열되며, Vth를 초과한 전압이 충분한 시간동안 개시자 브릿지(14c)를 가로질러 적용된 후 전기 필라멘트를 형성한다. 일단 유전층(15)가 파괴되면, 즉, 랜드(16a) 및 패드(14a) 사이로 연장된 전도 필름이 형성되고, 접촉(18a)(18b)을 가로질러 적용된 전압 포탠셜은 개시자 브릿지(14c)를 통한 전류 흐름을 야기시킬 것이다. 충분한 세기의 전류가 충분한 시간동안 적용될 경우 개시자 브릿지(14c)는 플라즈마 형성을 분출시키고, 이는 예를 들면, 개시자 브릿지(14c)와 접촉하여 충진된 에너지 물질을 개시하는 것과 같이 사용되는 열원을 공급하도록 제공할 것이다.
도 3 및 4에는 본 발명의 또 다른 구현예인 전기적으로 비전도성 기질(12')을 가지는 반도체 브릿지 장치(10')가 도시되어 있다. 도 1 및 2의 구현예인 반도체(14)와 동일한 전기적으로 전도성인 반도체(14)는 일부의 기질(12')이 왼쪽으로 노출된 것과 같이 기질(12')상에 탑재된다. 금속화된 전도층(20)은 직사각형 패드(14a)의 상부 및 측면 표면상에 탑재되고 기질(12')의 노출된 부분을 따라서 연장되어 있다. 유전층(15)'은 전도층 영역(20a) 내부의 전도층(20) 상부표면상에 탑재된다. 전도층 영역(20a)는 기질(12')상에 직접적으로 탑재된 일부의 전도층(20)이다. 유전층(15')은 영역(20a)의 전체 상부표면을 덮도록 확장될 수 있다. 한쌍의 금속화된 랜드(16a')(16b)(랜드(16b)는 부분적으로 직사각형의 패드(14b)를 도시하기 위하여 도 4에서 파괴된다)는 유전층(15') 및 패드(14b)를 덮으며, 도시된 구현예에서 동일한 상부 표면을 완전히 덮는다.
작동에 있어서, 도 3 및 4의 반도체 브릿지 장치는 도 1 및 2의 장치와 유사한 적분 전압 보호를 제공한다. 유전층(15)은 절연체로서 행동하며 이는 전압 포탠셜이 개시자 브릿지(14c)를 가로질러 적용되는 것을 예방한다. 위에서 논의된 것처럼, 유전층(15)은 파괴되거나 파열되며, Vth를 초과한 전압이 충분한 시간동안 반도체 브릿지 장치(10)를 가로질러 적용된 후 전기 필라멘트를 형성한다. 일단 유전층(15)이 파괴되면, 즉, 랜드(16a) 및 패드(14a) 사이로 연장된 전도 필름이 형성되고, 접촉(18a')(18b)을 가로질러 적용된 전압 포탠셜은 개시자 브릿지(14c)를 통한 전류 흐름을 야기시킬 것이다. 특히, 전류흐름의 통로는 랜드(16a'), 유전층(15')에 형성된 전도성 필라멘트, 전도층(20), 패드(14a)를 거쳐 개시자 브릿지(14c)에서 패드(14b) 및 랜드(16b)에 이른다. 충분한 세기의 전류가 충분한 시간동안 적용될 경우 개시자 브릿지(14c)는 플라즈마 형성을 분출시키고, 이는 예를 들면, 개시자 브릿지(14c)와 접촉하여 충진된 에너지 물질을 개시하는 것과 같이 사용되는 열원을 공급하도록 제공할 것이다.
도 5 및 6에는 본 발명의 또 다른 구현예인 전기적으로 비전도성 기질(12')을 가지는 반도체 브릿지 장치(10'')가 도시되어 있다. 도 3 및 4의 구현예인 반도체(14)와 동일한 전기적으로 전도성인 반도체(14)는 일부의 기질(12')이 왼쪽으로 노출된 것과 같이 기질(12')상에 탑재된다. 금속화된 전도층(20')은 직사각형 패드(14a)의 상부 및 측면 표면상에 탑재되고 기질(12')의 노출된 부분의 짧은 단면을 따라서 연장되어 있다. 상부 표면에 위치한 기질(12')의 지역적으로 n-도프된 실리콘 영역(22)는 기질(12')의 노출된 부분을 따라서 확장하여 영역(20a')so 전도층(20')에 전기적으로 연결한다. 유전층(15')은 n-도프된 실리콘 영약(22)의 상부 표면 전체를 덮도록 확장할 수 있다. 일부의 전도층(20') 및 패드(14a) 모두는 n-도프된 실리콘 영역(22)를 부분적으로 도시하기 위하여 도 6에서 부분적으로 파괴되었다. 한쌍의 금속화된 랜드(16a')(16b)(랜드(16b)는 부분적으로 직사각형의 패드(14b)를 도시하기 위하여 도 4에서 파괴된다)는 유전층(15') 및 패드(14b)를 덮으며, 도시된 구현예에서 동일한 상부 표면을 완전히 덮는다.
도 5 및 6의 반도체 브릿지 장치는 도 3 및 4의 반도체 브릿지 장치와 유사한 방법으로 작동하고 적분 전압 보호를 제공한다. 일단 유전층(15)이 파괴되면,즉, 랜드(16a) 및 패드(14a) 사이로 연장된 전도 필름이 형성되고, 접촉(18a')(18b)을 가로질러 적용된 전압 포탠셜은 개시자 브릿지(14c)를 통한 전류 흐름을 야기시킬 것이다. 특히, 전류흐름의 통로는 랜드(16a'), 유전층(15')에 형성된 전도성 필라멘트, n-도프된 실리콘 영역(22), 전도층(20), 패드(14a)를 거쳐 개시자 브릿지(14c)에서 패드(14b) 및 랜드(16b)에 이른다. 충분한 세기의 전류가 충분한 시간동안 적용될 경우 개시자 브릿지(14c)는 플라즈마 형성을 분출시키고, 이는 예를 들면, 개시자 브릿지(14c)와 접촉하여 충진된 에너지 물질을 개시하는 것과 같이 사용되는 열원을 공급하도록 제공할 것이다.
다중실리콘, 금속화된 층, 또는 실리콘 기질중 하나에 항-휴즈를 위치시키는 상기 기술된 구현예는 단지 항-휴즈 전기 특성들을 최적화하려는 목적으로 사용될 수 있는 일부의 가능한 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 구조이다. 항-휴즈가 위치되는 구조층의 선택은 예를 들면 다중실리콘 표면의 마이크로-거칠음과 연관된 일부의 포탠셜 신뢰성 쟁점에 영향을 줄 수 있다.
연속성 검사를 보유한 전압보호된 SCB
상기에서 언급한 바와 같이, 사용하기 바로 직전 뿐만 아니라 제조시에 다양한 포인트에서 SCB 장치의 연속성을 모니터할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 연속성 모니터링은 SCB 장치가 전기 폭발성 장치(EED), 즉 폭발성 전하에 대한 개시자의 일부로서 장에 설치된 후 및 EED 가 연소래그에 연결되기 전이 바람직하다. 상기에서 기술된 연속성을 모니터하는 구조가 결여된 항-휴즈 구조는 자체 특성에 의해 EED 시스템에서 일반적으로 사용되는, 특히, 몇 피트를 초과하는 와이어 길이에 대하여, 표준 두 개-와이어 리드-인스를 통하여 매우 멀리 전파되지 않을 고주파 신호만을 사용한 연속성 모니터링이 가능할 것이다. 지금까지, 고주파 연속성 검사는 대부분의 적용에 대하여 실제적이지 못하였으며 직류(DC) 전기신호를 사용한 연속성 검사가 바람직하며, 대부분의 경우 유일한 실현가능한 방법이다.
본 발명은 본 발명의 높은 전압 보호된 SCB 장치에 대한 안전하고 유효한 DC 연속성 검사에 대하여 두 개의 상이한 접근을 제공한다. 하나는 가용링크이고 다른 하나는 고값 저항기이며, 둘다 SCB 장치의 연소래그에 평행하게 위치된다.
가용링크 연속성 검사 구조
SCB 장치의 DC 연속성 검사를 촉진시키는 하나의 배치로는 SCB 장치의 연소래그에 평행하게 위치된 가용링크이다. 가용링크는 일반적으로 장치에 퇴적된 얇은 미량의 알루미늄과 같은 낮은 파워, 낮은 저항성 금속화층이다. 가용링크를 사용하여 연소래그 연속성을 SCB 장치의 연소래그를 통한 전류의 흐름이 없이도 검사될 수 있다. 미량의 알루미늄은 파열되도록 디자인되어 있으며, 이로서 낮은 진폭 DC 모니터 에너지 수준에 의안 개방회로를 야기시킨다. 지금까지는 DC 모니터 전류의 진폭은 가용링크가 파열하는 수준 이하로 유지되어져야만 하고 전압도 활성전압, 즉, SCB 장치가 개시되는 전압 이하로 유지되어져야 한다. 가용링크는 SCB 장치(칩)의 뒤측면상에 또는 보다 쉽게는 SCB 장치의 상부표면에 위치될 수 있다. 가용링크는 필요하다면 SCB 장치가 EED의 일부로서 사용되고 리드 아지드(lead azide),리드 스티프네이트(lead styphnate)등의 일차 폭발물과 같은 에너지 물질과 접촉하는 경우에 SiO2부동태층으로 덮힐 수 있다. 부동태층은 가용링크와 접촉하는 어떠한 에너지물질이 저진폭 모니터 전류 또는 고진폭전류, 즉 상기 가용링크를 가용화하는 링크 활성화 전류에 의해 개시되는 것을 예방한다.
전기회로 구성도가 도 7에 도시되어 있으며, 여기서 전압 보호된 반도체 브릿지 장치(24)는 유전 항-휴즈(28)과 연속적으로 연결된 반도체 브릿지 장치(26)으로 구성된다. 전압 보호된 반도체 브릿지 장치(24)는 도 1 내지 6에 도시된 구현예중 하나 또는 장치의 전기회로의 연소래그내부에 연속으로 항-휴즈 장치(28)을 위치시킨 기타 구현예로 구성될 수 있다는 것이 인식되어 질 것이다. 도 7에 있어서, 연소래그는 전기에너지원이 연결된 전기 컨넥터(30)(32)를 포함하는 ABEF 통로에 의해 한정된다. 연속성 모니터래그 ACDF는 연소래그와 평행하게 연결되고 가용링크(34)를 포함한다. 가용링크(34)는 바람직하게는 반도체 브릿지 장치(26)의 기질상에 침적된 얇은 미량 금속, 바람직하게는 알루미늄이다.
가용링크(34)의 중요한 특성은 개방 소자를 휴즈하는데 필요한 전류의 최소량으로 정의되는 휴즈전류수준 Lfo이다. Ifo이하의 전류수준은 소자내부에서 최소의 열이 발생되는 곳에서 연속성 실험에 사용될 수 있다. Ifo보다 크거나 동등한 전류수준은 휴즈전류로 여겨진다.
가용링크에 대한 Ifo는 다양한 디자인 매개변수에 의해 결정되며, 이들중 일부로서: 소자의 저항 Rf(ρfLf/Acf)을 조절하는 전기저항성(ρf)을 결정하고 가용링크의 원료인 금속; 및 소자를 휴즈하는데 필요한 열량을 결정하는 비등점(Tm); 및 용해에 대한 금속의 열전도성(Km)등이다. 일반적인 금속은 알루미늄(Al), 금(Au), 동(Cu), 및 크롬(Cr)등이다.
가용링크가 퇴적된 기질은 가용링크로부터의 열전달속도를 조절한다. 일반적인 물질로는 실리콘(Si), 석영(SiO2), 유리 및 사파이어(Al2O3)등이다.
가용링크의 물리적 차원, 즉 길이(Lf), 넓이(Wf), 두께(Thf)는 전류흐름에 대한 소자의 단면적 Acf(Wf×Thf), 기질로의 열전도성에 대한 표면적 Asf(Lf×Wf), 및 전체 에너지 요구량에 대한 용적 Vf(Lf×Wf×Thf)를 정의한다.
가용링크는 0.1 내지 0.5 amps와 같은 작은 전류 진폭에 대한 개방을 휴즈하기 위하여 디자인될 수 있다. 모니터 전압이 적용될 경우, 회로의 기타 래그가 항-휴즈층의 전도효과에 의해 효과적으로 차단되고 그로써 바람직한 전압, 일반적으로 몇 백 볼트에 대하여 보호되기 때문에 전류 제한된 모니터전류는 가용링크를 통하여 흐른다. 지금까지는 단순한 DC 연속성 검사를 SCB 칩의 전기적 연결의 연속성을 측정하기 위하여 사용될 수 있었다.
본 발명의 반도체 브릿지 이그나이터 장치는 n-도프된 다중실리콘, 낮은 비등점 금속(예를 들면, Al, Cu, Au 등), 난용해성 금속(예를 들면, W, Mo, Co 등), 및/또는 두 개 이상의 조합으로 된 금속으로 제조된 전극과 같은 두 개의 고전도성전극사이에 위치한 유전층(예를 들면 실리콘 이산화물)을 포함한 항-휴즈에 의해 전압 보호된다(이후 때때로 전압 블록화된으로 불리워짐). 유전층은 자체 두께 및 유전층의 cm 두께 당 볼트(V/cm)로 표시되는 유전장 세기가 목적하는 높은 전압 한계 값(Vth)에서 유전층의 갑작스런 파괴를 야기시키는 것과 같은 방식으로 선택된다. 예를 들면, 107 V/cm의 유전세기 및 약 0.5 μm의 필름 두께를 갖는 실리콘 이산화물은 약 500V의 전압이 적용될 경우 파괴될 것이다. 상기 유전체를 파괴시키는 시간은 극히 짧다; 즉, 스파크 생성과 연관된 시간과 동일하며 마이크로초, 심지어 나노초등으로 측정된다. 보다 얇은 필름은 보다 낮은 한계 전압(Vth) 및 그 반대의 전압을 가진다. 즉, 짧은 회로 유사 반응을 가지는 유전층내에서 높은 전압의 존재 및 필라멘트의 갑작스런 형성은 소자가 가열하고 증발하는 것과 같은 반도체 브릿지 이그나이터 소자에 대하여 요구되는 연소수준을 초과하는 전류를 유발할 것이며, 이는 이그나이터에 근접하여 위치된 폭발성 전하를 폭발시키는 플라즈마를 유발시킨다. 일반적으로, 금속-절연체-금속 항-퓨즈 개념은 높은 전압 보호가 한계 전압(Vth)으로서 설정하기 위해 선택된 유전층의 파괴 또는 파열 전압 이하의 전압 값에 대한 유전층에 의해 제공된다는 것이다. Vth는 유전층이 제조되는 물질 및 물질의 두께에 의해 주로 결정된다. 적어도 Vth보다 큰 전압은 유전층을 파괴하고, 두 개의 전극을 함께 휴즈시키고, 반도체 브릿지 이그나이터 소자를 뒤이은 가열 및 반도체 브릿지 이그나이터 소자의 증발과 함께 적용된 높은 전압에 노출시켜 일부분인 전기 폭발성 장치(EED)를 작동시킬 것이다.
특정 소자의 크기는 도면을 명확하기 하기 위해 과장되어 있다. 도 1 내지 6의 동일한 소자는 동일한 소자 번호로 표시되며 유사한 소자는 프라임이 첨가된 숫자, 예를 들면 16a'을 가진 동일한 소자 번호로 표시되어 있다. 도 7 내지 9 및 13 내지 17은 분리된 숫자 체계를 사용한다.
적당한 전기적으로 비 전도성인 물질을 포함할 수 있는 전기적으로 비전도성인 기질(12)을 보유한 반도체 브릿지 장치(10)가 도시되어 있다. 일반적으로, 본 분야에 잘 알려진 바와 같이 비전도성 기질은 단일 또는 다수의 구성성분 물질이 될 수 있다. 예를 들면, 다중결정성 실리콘 반도체 물질에 대한 적당한 비 전도성 기질은 모노결정성 실리콘 기질의 꼭대기에 위치된 절연층(예를 들면, 실리콘 이산화물, 실리콘 질산화물 등)을 포함한다. 이는 잘 알려진 적당한 기질(12)에 대한 물질의 조합을 제공한다. 모노결정성 실리콘 반도체 물질에 대한 적절한 비전도성 기질은 사파이어, 또한 기질(12)에 대하여 알려진 적당한 물질을 포함한다. 설명된 구현예에 있어서, 짙게 도프된 다중실리콘 반도체(14)를 포함하는 전기적으로 전도성인 물질은 본 기술분야에 알려진 적당한 수단, 예를 들면, 적층 성장 또는 저압 화학증기 퇴적기술에 의해 기질(12)상에 탑재되어있다. 도 2에 잘 나타난 바와 같이, 반도체(14)는 조망도에서 보는 바와 같이 개시자 브릿지(14c)를 향해 가늘어진 마주보고 있는 측면(14a')(14b')을 제외한 배치에 있어서 실질적으로 직사각형인 한쌍의 패드(14a)(14b)를 포함한다. 브릿지(14c)는 패드(14a)(14b)를 연결시키고, 패드(14a)(14b)보다 작은 표면적 및 크기를 가진다. 브릿지(14c)는 반도체 브릿지 장치(10)의 활성 지역이다. 도 2에서 도시된 바와 같이 반도체(14)의 결과적인 배치는 작은 개시자 브릿지(14c)에 의해 서로 연결되고 공간을 두고 위치한 크고 실질적으로 직사각형의 패드(14a)(14b)를 구비한 나비넥타이 배치를 다소 닮았다. 유전층(15)는 반도체(14)의 직사각형 패드(14a)상에 탑재되어 있다. 유전층(15)는 패드(14a)를 도시하기 위하여 도 2에서 부분적으로 파괴되어 있으며, 도시된 구현예에 있어서 패드(14a)의 상부 표면을 완전히 덮는다. 한쌍의 금속화된 랜드(16a)(16b)는 유전층(15) 및 패드(14b), 위로 가로놓여진 유전층(15) 및 패드(14b)를 각각 부분적으로 도시하기 위하여 도 2에서 부분적으로 파괴되어 있으며, 도시된 구현예에 있어서 동일한 상부 표면을 완전히 덮는다. 금속화된 랜드(16a)(16b)는 실질적으로 동일하다. 공지의 기술은 비록 어떠한 적당한 금속 또는 금속의 조합이 사용될 수 있지만 일반적으로 랜드(16a)(16b)에 대하여 알루미늄 또는 텅스텐을 사용한다. 전기적 접촉(18a)(18b)는 각각 랜드(16a)(16b)에 부착될 수 있으며, 이는 SCB에 대하여 어떠한 적당한 외부 전압원의 전기적 연결을 가능하게 한다. 대안적으로, 랜드(16a)(16b)는 인쇄회로기판 등에 직접적으로 연결될 수 있으며, 이는 SCB에 대하여 어떠한 적당한 외부 전압원을 전기적으로 연결할 수 있게 한다.
실시예 1
작동에 있어서, 본 발명의 반도체 브릿지 장치는 전압 포탠셜을 제공하는 외부 전압원에 전기적으로 연결된다. 유전층(15)은 절연체로서 행동하며 이는 전압 포탠셜이 개시자 브릿지(14c)를 가로질러 적용되는 것을 예방한다. 위에서 논의된것처럼, 유전층(15)은 파괴되거나 파열되며, Vth를 초과한 전압이 충분한 시간동안 개시자 브릿지(14c)를 가로질러 적용된 후 전기 필라멘트를 형성한다. 일단 유전층(15)가 파괴되면, 즉, 랜드(16a) 및 패드(14a) 사이로 연장된 전도 필름이 형성되고, 접촉(18a)(18b)을 가로질러 적용된 전압 포탠셜은 개시자 브릿지(14c)를 통한 전류 흐름을 야기시킬 것이다. 충분한 세기의 전류가 충분한 시간동안 적용될 경우 개시자 브릿지(14c)는 플라즈마 형성을 분출시키고, 이는 예를 들면, 개시자 브릿지(14c)와 접촉하여 충진된 에너지 물질을 개시하는 것과 같이 사용되는 열원을 공급하도록 제공할 것이다.
도 3 및 4에는 본 발명의 또 다른 구현예인 전기적으로 비전도성 기질(12')을 가지는 반도체 브릿지 장치(10')가 도시되어 있다. 도 1 및 2의 구현예인 반도체(14)와 동일한 전기적으로 전도성인 반도체(14)는 일부의 기질(12')이 왼쪽으로 노출된 것과 같이 기질(12')상에 탑재된다. 금속화된 전도층(20)은 직사각형 패드(14a)의 상부 및 측면 표면상에 탑재되고 기질(12')의 노출된 부분을 따라서 연장되어 있다. 유전층(15)'은 전도층 영역(20a) 내부의 전도층(20) 상부표면상에 탑재된다. 전도층 영역(20a)는 기질(12')상에 직접적으로 탑재된 일부의 전도층(20)이다. 유전층(15')은 영역(20a)의 전체 상부표면을 덮도록 확장될 수 있다. 한쌍의 금속화된 랜드(16a')(16b)(랜드(16b)는 부분적으로 직사각형의 패드(14b)를 도시하기 위하여 도 4에서 파괴된다)는 유전층(15') 및 패드(14b)를 덮으며, 도시된 구현예에서 동일한 상부 표면을 완전히 덮는다.
작동에 있어서, 도 3 및 4의 반도체 브릿지 장치는 도 1 및 2의 장치와 유사한 적분 전압 보호를 제공한다. 유전층(15)은 절연체로서 행동하며 이는 전압 포탠셜이 개시자 브릿지(14c)를 가로질러 적용되는 것을 예방한다. 위에서 논의된 것처럼, 유전층(15)은 파괴되거나 파열되며, Vth를 초과한 전압이 충분한 시간동안 반도체 브릿지 장치(10)를 가로질러 적용된 후 전기 필라멘트를 형성한다. 일단 유전층(15)이 파괴되면, 즉, 랜드(16a) 및 패드(14a) 사이로 연장된 전도 필름이 형성되고, 접촉(18a')(18b)을 가로질러 적용된 전압 포탠셜은 개시자 브릿지(14c)를 통한 전류 흐름을 야기시킬 것이다. 특히, 전류흐름의 통로는 랜드(16a'), 유전층(15')에 형성된 전도성 필라멘트, 전도층(20), 패드(14a)를 거쳐 개시자 브릿지(14c)에서 패드(14b) 및 랜드(16b)에 이른다. 충분한 세기의 전류가 충분한 시간동안 적용될 경우 개시자 브릿지(14c)는 플라즈마 형성을 분출시키고, 이는 예를 들면, 개시자 브릿지(14c)와 접촉하여 충진된 에너지 물질을 개시하는 것과 같이 사용되는 열원을 공급하도록 제공할 것이다.
도 5 및 6에는 본 발명의 또 다른 구현예인 전기적으로 비전도성 기질(12')을 가지는 반도체 브릿지 장치(10'')가 도시되어 있다. 도 3 및 4의 구현예인 반도체(14)와 동일한 전기적으로 전도성인 반도체(14)는 일부의 기질(12')이 왼쪽으로 노출된 것과 같이 기질(12')상에 탑재된다. 금속화된 전도층(20')은 직사각형 패드(14a)의 상부 및 측면 표면상에 탑재되고 기질(12')의 노출된 부분의 짧은 단면을 따라서 연장되어 있다. 상부 표면에 위치한 기질(12')의 지역적으로 n-도프된실리콘 영역(22)는 기질(12')의 노출된 부분을 따라서 확장하여 영역(20a')so 전도층(20')에 전기적으로 연결한다. 유전층(15')은 n-도프된 실리콘 영약(22)의 상부 표면 전체를 덮도록 확장할 수 있다. 일부의 전도층(20') 및 패드(14a) 모두는 n-도프된 실리콘 영역(22)를 부분적으로 도시하기 위하여 도 6에서 부분적으로 파괴되었다. 한쌍의 금속화된 랜드(16a')(16b)(랜드(16b)는 부분적으로 직사각형의 패드(14b)를 도시하기 위하여 도 4에서 파괴된다)는 유전층(15') 및 패드(14b)를 덮으며, 도시된 구현예에서 동일한 상부 표면을 완전히 덮는다.
도 5 및 6의 반도체 브릿지 장치는 도 3 및 4의 반도체 브릿지 장치와 유사한 방법으로 작동하고 적분 전압 보호를 제공한다. 일단 유전층(15)이 파괴되면, 즉, 랜드(16a) 및 패드(14a) 사이로 연장된 전도 필름이 형성되고, 접촉(18a')(18b)을 가로질러 적용된 전압 포탠셜은 개시자 브릿지(14c)를 통한 전류 흐름을 야기시킬 것이다. 특히, 전류흐름의 통로는 랜드(16a'), 유전층(15')에 형성된 전도성 필라멘트, n-도프된 실리콘 영역(22), 전도층(20), 패드(14a)를 거쳐 개시자 브릿지(14c)에서 패드(14b) 및 랜드(16b)에 이른다. 충분한 세기의 전류가 충분한 시간동안 적용될 경우 개시자 브릿지(14c)는 플라즈마 형성을 분출시키고, 이는 예를 들면, 개시자 브릿지(14c)와 접촉하여 충진된 에너지 물질을 개시하는 것과 같이 사용되는 열원을 공급하도록 제공할 것이다.
다중실리콘, 금속화된 층, 또는 실리콘 기질중 하나에 항-휴즈를 위치시키는 상기 기술된 구현예는 단지 항-휴즈 전기 특성들을 최적화하려는 목적으로 사용될 수 있는 일부의 가능한 전압 보호된 반도체 브릿지 이그나이터 구조이다. 항-휴즈가 위치되는 구조층의 선택은 예를 들면 다중실리콘 표면의 마이크로-거칠음과 연관된 일부의 포탠셜 신뢰성 쟁점에 영향을 줄 수 있다.
연속성 검사를 보유한 전압보호된 SCB
상기에서 언급한 바와 같이, 사용하기 바로 직전 뿐만 아니라 제조시에 다양한 포인트에서 SCB 장치의 연속성을 모니터할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 연속성 모니터링은 SCB 장치가 전기 폭발성 장치(EED), 즉 폭발성 전하에 대한 개시자의 일부로서 장에 설치된 후 및 EED 가 연소래그에 연결되기 전이 바람직하다. 상기에서 기술된 연속성을 모니터하는 구조가 결여된 항-휴즈 구조는 자체 특성에 의해 EED 시스템에서 일반적으로 사용되는, 특히, 몇 피트를 초과하는 와이어 길이에 대하여, 표준 두 개-와이어 리드-인스를 통하여 매우 멀리 전파되지 않을 고주파 신호만을 사용한 연속성 모니터링이 가능할 것이다. 지금까지, 고주파 연속성 검사는 대부분의 적용에 대하여 실제적이지 못하였으며 직류(DC) 전기신호를 사용한 연속성 검사가 바람직하며, 대부분의 경우 유일한 실현가능한 방법이다.
본 발명은 본 발명의 높은 전압 보호된 SCB 장치에 대한 안전하고 유효한 DC 연속성 검사에 대하여 두 개의 상이한 접근을 제공한다. 하나는 가용링크이고 다른 하나는 고값 저항기이며, 둘다 SCB 장치의 연소래그에 평행하게 위치된다.
가용링크 연속성 검사 구조
SCB 장치의 DC 연속성 검사를 촉진시키는 하나의 배치로는 SCB 장치의 연소래그에 평행하게 위치된 가용링크이다. 가용링크는 일반적으로 장치에 퇴적된 얇은 미량의 알루미늄과 같은 낮은 파워, 낮은 저항성 금속화층이다. 가용링크를 사용하여 연소래그 연속성을 SCB 장치의 연소래그를 통한 전류의 흐름이 없이도 검사될 수 있다. 미량의 알루미늄은 파열되도록 디자인되어 있으며, 이로서 낮은 진폭 DC 모니터 에너지 수준에 의안 개방회로를 야기시킨다. 지금까지는 DC 모니터 전류의 진폭은 가용링크가 파열하는 수준 이하로 유지되어져야만 하고 전압도 활성전압, 즉, SCB 장치가 개시되는 전압 이하로 유지되어져야 한다. 가용링크는 SCB 장치(칩)의 뒤측면상에 또는 보다 쉽게는 SCB 장치의 상부표면에 위치될 수 있다. 가용링크는 필요하다면 SCB 장치가 EED의 일부로서 사용되고 리드 아지드(lead azide), 리드 스티프네이트(lead styphnate)등의 일차 폭발물과 같은 에너지 물질과 접촉하는 경우에 SiO2부동태층으로 덮힐 수 있다. 부동태층은 가용링크와 접촉하는 어떠한 에너지물질이 저진폭 모니터 전류 또는 고진폭전류, 즉 상기 가용링크를 가용화하는 링크 활성화 전류에 의해 개시되는 것을 예방한다.
전기회로 구성도가 도 7에 도시되어 있으며, 여기서 전압 보호된 반도체 브릿지 장치(24)는 유전 항-휴즈(28)과 연속적으로 연결된 반도체 브릿지 장치(26)으로 구성된다. 전압 보호된 반도체 브릿지 장치(24)는 도 1 내지 6에 도시된 구현예중 하나 또는 장치의 전기회로의 연소래그내부에 연속으로 항-휴즈 장치(28)을 위치시킨 기타 구현예로 구성될 수 있다는 것이 인식되어 질 것이다. 도 7에 있어서, 연소래그는 전기에너지원이 연결된 전기 컨넥터(30)(32)를 포함하는 ABEF 통로에 의해 한정된다. 연속성 모니터래그 ACDF는 연소래그와 평행하게 연결되고 가용링크(34)를 포함한다. 가용링크(34)는 바람직하게는 반도체 브릿지 장치(26)의기질상에 침적된 얇은 미량 금속, 바람직하게는 알루미늄이다.
가용링크(34)의 중요한 특성은 개방 소자를 휴즈하는데 필요한 전류의 최소량으로 정의되는 휴즈전류수준 Lfo이다. Ifo이하의 전류수준은 소자내부에서 최소의 열이 발생되는 곳에서 연속성 실험에 사용될 수 있다. Ifo보다 크거나 동등한 전류수준은 휴즈전류로 여겨진다.
실시예 2
가용링크에 대한 Ifo는 다양한 디자인 매개변수에 의해 결정되며, 이들중 일부로서: 소자의 저항 Rf(ρfLf/Acf)을 조절하는 전기저항성(ρf)을 결정하고 가용링크의 원료인 금속; 및 소자를 휴즈하는데 필요한 열량을 결정하는 비등점(Tm); 및 용해에 대한 금속의 열전도성(Km)등이다. 일반적인 금속은 알루미늄(Al), 금(Au), 동(Cu), 및 크롬(Cr)등이다.
가용링크가 퇴적된 기질은 가용링크로부터의 열전달속도를 조절한다. 일반적인 물질로는 실리콘(Si), 석영(SiO2), 유리 및 사파이어(Al2O3)등이다.
가용링크의 물리적 차원, 즉 길이(Lf), 넓이(Wf), 두께(Thf)는 전류흐름에 대한 소자의 단면적 Acf(Wf×Thf), 기질로의 열전도성에 대한 표면적 Asf(Lf×Wf), 및 전체 에너지 요구량에 대한 용적 Vf(Lf×Wf×Thf)를 정의한다.
가용링크는 0.1 내지 0.5 amps와 같은 작은 전류 진폭에 대한 개방을 휴즈하기 위하여 디자인될 수 있다. 모니터 전압이 적용될 경우, 회로의 기타 래그가 항-휴즈층의 전도효과에 의해 효과적으로 차단되고 그로써 바람직한 전압, 일반적으로 몇 백 볼트에 대하여 보호되기 때문에 전류 제한된 모니터전류는 가용링크를 통하여 흐른다. 지금까지는 단순한 DC 연속성 검사를 SCB 칩의 전기적 연결의 연속성을 측정하기 위하여 사용될 수 있었다.
주파수 모드 전력(W) 비발화 발화
1.5 MHz(CW) P-PP-C 10.527.0 77 무무
27 MHz(CW) P-PP-PP-PP-P 3.08.09.012.0 1131 무무무무
27 MHz(CW) P-CP-CP-CP-C 3.43.73.84.0 1212 무무무무
54 MHz(CW) P-PP-C 18.018.0 77 무무
250 MHz(CW) P-PP-C 18.018.0 77 무무
900 MHz(CW) P-PP-PP-PP-C 5.08.010.010.0 1157 무무1무
2.7 GHz(CW) P-PP-C 10.010.0 77 무무
5.4 GHz(CW) P-PP-C 10.010.0 77 무무
8.9 GHz(CW) P-PP-PP-C 5.013.013.0 166 무무1
16 GHz(CW) P-PP-C 6.06.0 87 무무
33 GHz(CW) P-PP-C 5.06.05.06.0 1643 무무무무
지금까지 본 발명을 구체적 실시예를 기초로 상세하게 설명하였으나, 당업자라면 전술한 바와 같은 본 발명의 설명에 따른 본 발명의 사상과 범위 이내에서 다양한 변형 및 변화를 실현할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 이그나이터 장치에 있어서,
    전기회로를 한정하고 비전도성 물질로 제조된 기질; 및
    (a) 기질상에 위치하고 일차 및 이차 패드를 연결하는 개시자 브릿지에 의해 브릿지되고, 상기 브릿지는 매우 차원화되고 배치되어져서 선택된 특성의 전류 통과에 의해 브릿지에서 에너지를 방출시키고, 사이에 갭을 가지는 일차 및 이차 패드를 보유하도록 차원화되고 배치된 다중실리콘 층;
    (b) 일차 및 이차 금속화된 랜드, 일차 및 이차 패드 및 브릿지로 구성된 전기 회로의 일차 연소래그를 한정하기 위하여 각각 일차 및 이차 패드와 전기적으로 전도성 접촉하에 배치된 일차 및 이차 금속화된 랜드; 및
    (c) 전기회로의 일차 연소래그에 연속으로 위치되고 한계 전압과 동일한 파괴전압을 보유하여, 회로가 적어도 한계전압 이상의 전압 포탠셜을 적용하여야만 폐쇄될 수 있는 유전물질
    을 함유하는 일차 반도체 브릿지;
    일차 반도체 브릿지와 평행하게 연결되고, 기질상에 위치되며
    (a) 기질상에 위치하고 일차 및 이차 패드를 연결하는 개시자 브릿지에 의해브릿지되고, 상기 브릿지는 매우 차원화되고 배치되어져서 선택된 특성의 전류 통과에 의해 브릿지에서 에너지를 방출시키며, 사이에 갭을 가지는 일차 및 이차 패드를 보유하도록 차원화되고 배치된 다중실리콘 층;
    (b) 일차 및 이차 금속화된 랜드, 일차 및 이차 패드 및 브릿지로 구성된 전기 회로의 일차 연소래그를 한정하기 위하여 각각 일차 및 이차 패드와 전기적으로 전도성 접촉하에 배치된 일차 및 이차 금속화된 랜드; 및
    (c) 전기회로의 일차 연소래그에 연속으로 위치되고 한계 전압과 동일한 파괴전압을 보유하여, 회로가 적어도 한계전압 이상의 전압 포탠셜을 적용하여야만 폐쇄될 수 있는 유전물질을 함유하는 이차 반도체 브릿지
    를 함유한 일차 반도체 브릿지
    를 포함하고, 상기 일차 반도체 브릿지 및 이차 반도체 브릿지는 각각 상대방 브릿지가 수용하는 극성의 반대 전압 극성을 수용하도록 연결되어 전기회로내에 배치되는 기선택된 한계전압 이하의 전압세서의 작용에 대한 보호효과를 가진 반도체 브릿지 이그나이터 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 일차 반도체 브릿지의 유전물질은 일차 반도체 브릿지의 다중실리콘층과 일차 반도체 브릿지의 일차 금속화된 랜드사이에 위치된 유전층인 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 이차 반도체 브릿지의 유전물질은 이차 반도체 브릿지의 다중실리콘층과 이차 반도체 브릿지의 이차 금속화된 랜드사이에 위치한 유전층인 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 일차 반도체 브릿지의 일차 금속화된 랜드와 이차 반도체 브릿지의 이차 금속화된 랜드가 결합하여 하나의 일차 전도층을 형성하고, 일차 반도체 브릿지의 이차 금속화된 랜드와 이차 반도체 브릿지의 이차 금속화된 랜드가 결합하여 하나의 이차 전도층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중실리콘층이 도프되어 있는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  6. 제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기회로가 추가로 일차 및 이차 연소래그와 평행하게 연결된 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  7. 제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기회로가 추가로 일차 및 이차 연소래그와 평행하게 연결되고 기질상에 위치한 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  8. 제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기회로가 추가로 일차 미치 이차 연소래그, 선택된 모니터 암페어 이상의 암페어에서 파괴되도록 차원화되고 배치되어, 만일 모니터 암페어가 초과되면 가용링크가 파괴되고 모니터래그가 개방되는 가용링크를 포함하는 연속성 모니터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 가용링크가 박막 필름 가용링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  10. 제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기회로가 추가로 일차 및 이차 연소래그와 평행하게 연결되고, 기선택된 한계전압 이하의 전압수준에서 전기회로의 일차 및 이차 연소래그를 통한 전류흐름을 일차 및 이차 반도체 브릿지 장치의 온도가 기선택된 온도 이하로 유지되는 수준으로 감소시키기에 충분히 큰 저항값을 보유한 저항기를 함유하는 연속성 모니터래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 이그나이터 장치가 전기 폭발성 장치를 포함하고 에너지 물질과 접촉하에 위치되며, 기설정된 온도가 에너지 물질의 자동발화온도인 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 저항기가 일차 반도체 브릿지의 다중실리콘층의 도프된 분절을 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 저항기가 기질의 도프된 분절을 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  14. 제 1항 내지 3항중 어느 한항에 있어서, 상기 기질이 일차반도체 브릿지가 일차 기질상에 위치하고 이차 반도체 브릿지가 이차 기질상에 위치한 일차 및 이차 기질로 분리되는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  15. 반도체 브릿지 이그나이터 장치에 있어서,
    비전도성 물질로 제조된 기질; 및
    (a) 기질상에 위치하고 일차 및 이차 패드를 연결하는 개시자 브릿지에 의해 브릿지되고, 상기 브릿지는 매우 차원화되고 배치되어져서 선택된 특성의 전류 통과에 의해 브릿지에서 에너지를 방출시키고, 사이에 갭을 가지는 일차 및 이차 패드를 보유하도록 차원화되고 배치된 다중실리콘 층;
    (b) 일차 및 이차 금속화된 랜드, 일차 및 이차 패드 및 브릿지로 구성된 전기 회로의 일차 연소래그를 한정하기 위하여 각각 일차 및 이차 패드와 전기적으로 전도성 접촉하에 배치된 일차 및 이차 금속화된 랜드; 및
    (c) 전기회로의 일차 연소래그내 다중실리콘층과 일차 금속화된 랜드사이에 연속으로 위치되고 한계 전압과 동일한 파괴전압을 보유하여, 회로가 적어도 한계전압 이상의 전압 포탠셜을 적용하여야만 폐쇄될 수 있는 유전물질
    을 함유하는 일차 반도체 브릿지;
    를 포함하고, 상기 전기회로가 추가로 일차 연소래그와 평행하게 연결된 축전기를 포함하고, 전기 회로를 한정하며, 기선택된 한계전압 이하의 전압세서의 작용에 대한 보호효과를 가진 반도체 브릿지 이그나이터 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 전기회로는 추가로 일차 연소래그와 평행하게 연결되고, 기설정된 모니터 암페어 이상의 암페어에서 파괴되도록 차원화되고 배치되어 만일 모니터 암페어가 초과하면 가용링크가 파괴되고 모니터래그가 개방되는 가용링크를 함유하는 연속성 모니터래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 가용링크가 박막 필름 가용링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 전기 회로가 추가로 일차 연소래그와 평행하게 연결되고, 기선택된 한계전압 이하의 전압수준에서 전기회로의 일차 연소래그를 통한 전류흐름을 일차 반도체 브릿지 장치의 온도가 기선택된 온도 이하로 유지되는 수준으로 감소시키기에 충분히 큰 저항값을 보유한 저항기를 함유하는 연속성 모니터래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 이그나이터 장치가 전기 폭발성 장치를 포함하고 에너지 물질과 접촉하에 위치되며, 기설정된 온도가 에너지 물질의 자동발화온도인 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 저항기가 일차 반도체 브릿지의 다중실리콘층의 도프된 분절을 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
  21. 제 18항에 있어서, 상기 저항기가 기질의 도프된 분절을 포함하는 것을 특징으로 하는 이그나이터 장치.
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