TWM610652U

TWM610652U - 發火電阻

Info

Publication number: TWM610652U
Application number: TW109212248U
Authority: TW
Inventors: 江財寶; 江智偉; 楊士賢; 蘇尚爵
Original assignee: 大毅科技股份有限公司
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2021-04-21

Abstract

本揭露之一實施例係關於一種發火電阻，包括基板、設置於該基板上的絕熱層、設置於該絕熱層上的傳導層、及形成於該基板、該絕熱層、及該傳導層中的絕緣溝。該傳導層具有第一傳導部分及第二傳導部分。該絕緣溝將該第一傳導部分及該第二傳導部分分離。

Description

發火電阻

本新型係關於發火電阻。

發火電阻(又可稱為電子啟動晶片)具有快速將電能轉換成熱能及低點火能量的特性，故常用於在受控的能量反應中引發點火反應，例如用於爆炸裝置中做為雷管的橋絲。

本揭露之一實施例係關於一種發火電阻，包括基板、設置於該基板上的絕熱層、及設置於該絕熱層上的傳導層。該傳導層具有絕緣溝。該發火電阻還包括位於該絕緣溝之側壁上的氧化物層。

1:發火電阻

10:基板

10r:絕緣溝

10rs:側壁

11:絕熱層

11s:側壁

12:電極

13:傳導層

13a:傳導部分

13b:傳導部分

13s:側壁

15:晶種層

16:端電極

AA':切線

G:間距

L:長度

W1:寬度

W2:寬度

在下文實施方式中將參考隨附圖式討論本揭露實施例之各種態樣，該等圖式並非依比例繪製。在該等圖式及實施方式中之技術特徵以元件符號標記，該等元件符號係用以幫助理解本揭露實施例之各種態樣，但不限制本揭露之新型申請專利範圍。在該等圖式中：圖1A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之立體圖；圖1B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之局部立體圖；圖1C所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之側視圖；圖1D所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之俯視圖；圖2A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之俯視圖；圖2B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之俯視圖；圖2C所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之俯視圖；圖2D所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之俯視圖；圖2E所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之俯視圖；圖3A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的俯視圖；圖3B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的側視圖；圖4A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的俯視圖；圖4B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的側視圖；圖5A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的俯視圖；圖5B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的側視圖；圖6A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的俯視圖；圖6B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的側視圖；圖7A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的俯視圖；圖7B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的側視圖；圖8A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的俯視圖；圖8B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的側視圖；圖9A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的俯視圖；及圖9B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法中之一或更多步驟中的側視圖。

參照圖1A至圖1D，圖1A所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻1之立體圖。圖1B所示為圖1A之發火電阻1沿切線AA'截面之局部立體圖。圖1C所示為圖1A之發火電阻1沿切線AA'截面之側視圖。圖1D所示為圖1A之發火電阻1之俯視圖。發火電阻1包括基板10、絕熱層11、電極12、傳導層13、晶種層15、及端電極16。

在一些實施例中，基板10可包括(但不限於)硼矽酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、經摻雜矽酸鹽玻璃(undoped silicate glass，USG)、矽(silicon)、氧化矽(silicon oxide)、氮化矽(silicon nitride)、氮氧化矽(silicon oxynitride)、氧化鋁(aluminium oxide)、氮化鋁(aluminium nitride)、聚醯亞胺(Polyimide，PI)、ABF基材(Ajinomoto build-up film，ABF)、模塑膠(molding compounds)、預浸漬複合纖維(pre-impregnated composite fibers)(例如，預浸材料)、及其中之組合、或其他類似物。模塑膠的實例可包括(但不限於)環氧樹脂(epoxy resin)(包含分散其中的填料(fillers))。預浸材料的實例可包括(但不限於)通過堆疊或層壓(laminating)多個預浸漬材料及/或片料(sheets)所形成的多層結構。在一些實施例中，基板10可包括(但不限於)電路板(如FR4)。

絕熱層11設置於基板10上。絕熱層11位於基板10及傳導層13之間。當從圖1D的俯視圖觀看時，一部分的絕熱層11被傳導層13覆蓋，一部分的絕熱層11從傳導層13曝露出來。在一些實施例中，絕熱層11可包括(但不限於)環氧樹脂(包含分散其中的填料)、矽、或其他適合的材料。在一些實施例中，絕熱層11可阻隔或減少熱經由基板10逸散，確保通過發火電阻1之電流在達額定電流時，傳導層13可即時且確實地引發點火反應。在一些實施例中，絕熱層11可具有約0.1微米(micrometer，μm)至約40.0μm之厚度。然而，本揭露不限於此。在一些實施例中，絕熱層11可依裝置規格或製程要求而具有其他厚度。

電極12設置於基板10之兩個相對表面的兩端。電極12與絕熱層11間隔一距離。在一些實施例中，在基板10之兩個相對表面的兩端設置四個電極12可省略在基板10的側面濺鍍晶種層的步驟。然而，本揭露不限於此。在一些實施例中，電極12之厚度可介於約1.0μm至約10.0μm之間。然而，本揭露不限於此。在一些實施例中，電極12可依裝置規格或製程要求而設置在其他位置，可具有任意數量，且可依裝置規格或製程要求而具有其他厚度。例如，在一些實施例中，電極12可僅設置於基板10之一表面的兩端。在一些實施例中，電極12可設置於絕熱層11上。

傳導層13設置於絕熱層11及電極12上。傳導層13覆蓋絕熱層11及電極12。至少一部分的傳導層13曝露至空氣。在一些實施例中，傳導層13可包括(但不限於)銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鎢(W)、鉻(Cr)、錫(Sn)、或其他金屬或合金。例如，在一些實施例中，合金可包括鎳鉻合金(如鎳鉻鋁、鎳鉻矽)、鎳銅合金(如鎳銅錳)等。在一些實施例中，傳導層13之厚度可介於約0.1μm至約5.0μm之間。然而，本揭露不限於此。在一些實施例中，傳導層13可依裝置規格或製程要求而具有其他厚度。

傳導層13具有彼此分隔或分離的傳導部分13a及傳導部分13b。傳導部分13a又可稱為非主線路區，傳導部分13b又可稱為主線路區。至少一部分的傳導部分13b曝露至空氣。

傳導部分13a及傳導部分13b經由形成於基板10、絕熱層11、及傳導層13中的絕緣溝10r而彼此分離。絕緣溝10r從傳導層13向下凹陷至基板10及絕熱層11中。在一些實施例中，傳導部分13a及傳導部分13b彼此完全地分離。在一些實施例中，傳導部分13a未連接(disconnected from)傳導部分13b。在一些實施例中，絕緣溝10r可圍繞矩形的傳導部分13a的三個邊，以將傳導部分13a與傳導部分13b分離。在一些實施例中，絕緣溝10r具有一間距G介於約10μm至約100μm之間。在一些實施例中，絕緣溝10r的間距G可實質上等間距。

在一些實施例中，傳導部分13b具有相異的寬度W1及寬度W2。例如，寬度W2大於寬度W1。例如，寬度W1小於寬度W2。傳導部分13a在寬度W1的方向上，位於傳導部分13b的兩側。在一些實施例中，傳導部分13b之寬度W1及長度L可形成發火電阻1的發火區。在一些實施例中，發火區之寬度W1可介於約10μm至約500μm之間。在一些實施例中，發火區之長度L可介於約10μm至約1000μm之間。在一些實施例中，在一些實施例中，傳導層13的發火區可在導通電流大於其所設計之額定電流時，在短時間內引發點火反應。在一些實施例中，由於傳導層13的發火區曝露至空氣，發火區可用以引發點火反應。

在一些實施例中，絕緣溝10r具有實質上平整的側壁。如圖1C所示，基板10之側壁10rs、絕熱層11之側壁11s、及傳導層13之側壁13s共同界定絕緣溝10r。在一些實施例中，基板10之側壁10rs、絕熱層11之側壁11s、及傳導層13之側壁13s可實質上共平面(coplanar)。在一些實施例中，基板10之側壁10rs、絕熱層11之側壁11s、及傳導層13之側壁13s 可形成連續的表面。

在一些實施例中，可依裝置規格或製程要求而設計寬度W1、寬度W2、長度L、及間距G，並不限於本揭露中所舉出的特定數值。在一些實施例中，可依裝置規格或製程要求而設計不同的傳導部分13b(主線路區)的圖案，例如圖2A至圖2C所示之圖案(將參照圖2A至圖2C進一步描述如後)。

在一些實施例中，傳導層13亦可不具有完全分離的主線路區與非主線路區，例如圖2D至圖2E所示之圖案(將參照圖2D至圖2E進一步描述如後)。例如，主線路區與非主線路區可經由傳導層13的其他部分而相連。

在一些實施例中，氧化物層(未繪示於圖中)可形成於絕緣溝10r的側壁上。例如，氧化物層可形成於傳導層13的側壁13s上。在一些實施例中，氧化物層可完全地覆蓋側壁13s。在一些實施例中，氧化物層可沿著絕緣溝10r的側壁形成。在一些實施例中，氧化物層可沿著絕緣溝10r的側壁形成而局部地圍繞傳導部分13a。在一些實施例中，氧化物層可沿著絕緣溝10r的側壁形成而局部地圍繞傳導部分13b。例如，從圖1D的俯視圖可觀察到氧化物層形成在傳導部分13a的邊緣。例如，從圖1D的俯視圖可觀察到氧化物層形成在傳導部分13b的邊緣。在一些實施例中，氧化物層可曝露至空氣。

晶種層15設置於基板10之兩端且位於傳導層13上。在一些實施例中，晶種層15覆蓋傳導層13之局部表面。

端電極16設置於基板10之兩端且位於晶種層15上。在一些實施例中，晶種層15及端電極16可包括(但不限於)上述針對傳導層13所列舉的材料，在此不再贅述。

在部分實施例中，可使用黃光微影(photolithography)製程形成傳導層的主線路圖案(例如圖1A之傳導部分13b的圖案)。例如，在傳導層(例如圖1A之傳導層13)上形成經圖案化之光阻(patterned photoresist)以定義傳導層的主線路圖案，再將主線路圖案以外的非主線路區(例如圖1A之傳導部分13a)蝕刻掉，接著將光阻移除，留下主線路圖案。

本揭露之一實施例提供一製程方法(詳述於圖3A至圖9B)，係透過濺鍍(sputtering)(如真空濺鍍)的方式形成傳導層13，並以雷射蝕刻的方式圖案化傳導層。以濺鍍的方式形成傳導層13，可精準地控制傳導層13的厚度。以濺鍍的方式形成傳導層13可不受黃光微影製程材料的限制，因此材料的選擇性較高。

傳導層13之電阻值在雷射蝕刻的過程中可隨著發火區的截面積(如寬度W1及長度L所形成之面積)動態地(或即時)調整，提高傳導層13之設計彈性。

相較於黃光微影製程，使用雷射蝕刻可增加傳導層13尺寸(如寬度W1、寬度W2、長度L、間距G等)之精準度，提升產品的穩定度，進而達到精準地控制點火能量。根據本揭露之部分實施例，傳導層13尺寸之誤差小於等於約±2%。

根據本揭露之部分實施例，本揭露提供之發火電阻(例如圖1A之發火電阻1)可應用於爆炸裝置中，通入預定電流於傳導層13內，電流會對發火區進行加熱。由於發火區曝露至空氣，發火區產生的熱量可引發點火反應。在一些實施例中，發火電阻1可應用於低點燃能量的爆炸裝置中，例如(但不限於)應用於軍備、車用安全氣囊、雷管、或其他點火電路中。例如，根據本揭露之部分實施例，傳導層13可具有介於約2歐姆(Ω)至8Ω的電阻值。例如，根據本揭露之部分實施例，發火電阻1可應用於點火能量約為10毫焦耳(millijoule，mJ)至20毫焦耳的爆炸裝置中。例如，根據本揭露之部分實施例，發火電阻1可應用於額定電流為約5毫安培(milliampere，mA)至6毫安培的爆炸裝置中。例如，根據本揭露之部分實施例，發火電阻1可實現50毫秒(millisecond，ms)的點火時間以及高達150%的無火/點火比(fire/all fire ratio)。

圖2A至圖2C所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之俯視圖。在一些實施例中，圖1A至圖1D所示之發火電阻1的傳導層亦可替換為圖2A至圖2C所示的傳導層。

參照圖2A，圖2A與圖1D之發火電阻1之俯視圖相似，傳導部分13a及傳導部分13b經由形成於基板10、絕熱層11、及傳導層13中的絕緣溝10r而彼此分離。傳導部分13a及傳導部分13b彼此完全地分離。氧化物層形成於傳導部分13a及傳導部分13b的邊緣。

圖2A與圖1D之發火電阻1之俯視圖的差異在於，圖2A的絕緣溝10r圍繞矩形的傳導部分13a的兩個邊以將傳導部分13a與傳導部分13b分離。在一些實施例中，圖2A的傳導部分13a的面積可大於圖1D的傳導部分13a的面積。在一些實施例中，圖2A的傳導部分13b的面積可小於圖1D的傳導部分13b的面積。

參照圖2B，圖2B與圖1D之發火電阻1之俯視圖相似，傳導部分13a及傳導部分13b經由形成於基板10、絕熱層11、及傳導層13中的絕緣溝10r而彼此分離。傳導部分13a及傳導部分13b彼此完全地分離。氧化物層形成於傳導部分13a及傳導部分13b的邊緣。

圖2B與圖1D之發火電阻1之俯視圖的差異在於，圖2B的絕緣溝10r圍繞矩形的傳導部分13a的兩個邊以將傳導部分13a與傳導部分13b分離，且圖2B共有四個傳導部分13a。

參照圖2C，圖2C與圖1D之發火電阻1之俯視圖相似，傳導部分13a及傳導部分13b經由形成於基板10、絕熱層11、及傳導層13中的絕緣溝10r而彼此分離。傳導部分13a及傳導部分13b彼此完全地分離。氧化物層形成於傳導部分13a及傳導部分13b的邊緣。

圖2C與圖1D之發火電阻1之俯視圖的差異在於，圖2C的絕緣層11完全地覆蓋基板10。在一些實施例中，圖2C的傳導部分13a的面積可大於圖1D的傳導部分13a的面積。在一些實施例中，圖2C的傳導部分13b的面積可大於圖1D的傳導部分13b的面積。

圖2D至圖2G所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之俯視圖。在一些實施例中，圖1A至圖1D所示之發火電阻1的傳導層亦可替換為圖2D至圖2G所示的傳導層。

圖2D至圖2E與圖1D之發火電阻1之俯視圖相似，傳導部分13a及傳導部分13b彼此經由絕緣溝10r分離。氧化物層形成於傳導部分13a及傳導部分13b的邊緣。

圖2D至圖2G與圖1D之發火電阻1之俯視圖的差異在於，圖2D至圖2G的傳導層13的主線路區與非主線路區並未完全地分離。例如，圖2D至圖2E的傳導層13具有彎曲的圖案。例如，圖2D至圖2E的傳導層13的各個部分互相連接。例如，圖2D至圖2E的傳導層13的主線路區與非主線路區經由傳導層13的其他部分而連接。

圖3A至圖9B所示為根據本揭露之部分實施例之發火電阻之製造方法。在一些實施例中，圖3B、圖4B、圖5B、圖6B、圖7B、圖8B及圖9B分別為圖3A、圖4A、圖5A、圖6A、圖7A、圖8A及圖9A之結構沿切線AA’截面的剖面圖。根據本揭露之部分實施例，圖3A至圖9B所揭露之製造方法可用以製造如圖1A至圖1D所示之發火電阻1。根據本揭露之部分實施例，圖3A至圖9B所揭露之製造方法亦可用以製造其他發火電阻。

參照圖3A及圖3B，提供基板10。在一些實施例中，可以雷射切割的方式在基板10中形成切割道。在一些實施例中，切割道之深度可占基板10之厚度約20%至約60%的比例。

參照圖4A及圖4B，於基板10上形成電極12。在一些實施例中，電極12可藉由濺射、無電電鍍(electroless plating)、電鍍(plating)、印刷(printing)或其他可行的方式而形成。在一些實施例中，如圖4B所示，電極12可形成於基板10相對的兩個面上。在一些實施例中，電極12可僅形成於基板10的一個面上。

參照圖5A及圖5B，於基板10上形成絕熱層11。在一些實施例中，可透過塗佈(coating)、層壓(lamination)、或其他適合的方式形成絕熱層11。在一些實施例中，如圖5A所示，絕熱層11與電極12分開。在一些實施例中，絕熱層11可先於電極12形成。例如，在一些實施例中，圖5A及圖5B之步驟可先於圖4A及圖4B之步驟執行。在一些實施例中，電極12可形成於絕熱層11的上方。在一些實施例中，電極12可接觸絕熱層11。

參照圖6A及圖6B，於基板10上形成傳導層13。傳導層13覆蓋絕熱層11及電極12。在一些實施例中，傳導層13可保型地 (comformally)形成於絕熱層11與電極12上。在一些實施例中，傳導層13可藉由濺鍍的方式而形成。在一些實施例中，部分的絕熱層11及電極12從傳導層13曝露出來。在一些實施例中，絕熱層11及電極12可完全被傳導層13所覆蓋。

參照圖7A及圖7B，在基板10、絕熱層11、及傳導層13中形成絕緣溝10r。在一些實施例中，基板10經由絕緣溝10r而曝露。例如，絕緣溝10r從傳導層13向下凹陷至基板10。在一些實施例中，絕緣溝10r可經由雷射蝕刻的方式移除部分的傳導層13(或圖案化傳導層13)、絕熱層11、及基板10而形成。在一些實施例中，由於雷射蝕刻可形成實質上平整的切割面，因此絕緣溝10r可具有實質上平整的側壁。如圖7B所示，基板10之側壁10rs、絕熱層11之側壁11s、及傳導層13之側壁13s可實質上共平面。在一些實施例中，基板10之側壁10rs、絕熱層11之側壁11s、及傳導層13之側壁13s可形成連續的表面。

在一些實施例中，以雷射蝕刻的方式移除傳導層13所產生的熱能可使傳導層13氧化，而在傳導層13的邊緣處形成氧化物層。例如，在一些實施例中，氧化物層可包括傳導層13的氧化物。在一些實施例中，氧化物層可沿著絕緣溝10r的側壁形成。

在形成絕緣溝10r之後，傳導層13的傳導部分13a與傳導部分13b分離。

在一些實施例中，在圖7A及圖7B的步驟中，可同時量測傳導層13之電阻值而即時地調整傳導層13之圖案(或形狀)。例如，可先形成進行一次圖案化，接著量測傳導層13之電阻值，再根據所測得的電阻值而微調傳導層13之圖案，進而得到精準的電阻值。在一些實施例中，上述量測及微調圖案的步驟可重複多次。

在一些實施例中，傳導層13之圖案亦可以乾式蝕刻(dry etching)、離子撞擊(ion bumping)、或其他可行的方式形成。例如，以雷射蝕刻結合可行的其他蝕刻方式圖案化傳導層13，並不限於本揭露中所列舉的方式。

參照圖8A及圖8B，在傳導層13上形成晶種層15覆蓋傳導層13之一部分。在一些實施例中，晶種層15可藉由濺射鈦及銅(Ti/Cu)或TiW而形成。在一些實施例中，晶種層15可藉由無電電鍍Ni或Cu而形成。在一些實施例中，在形成晶種層15之前，可將基板10沿著經由雷射劃線而形成的切割道而分離成複數個獨立的元件，以露出基板10之側面。

參照圖9A及圖9B，於基板10之兩端形成端電極16。在一些實施例中，端電極16可藉由電鍍Ni、Cu、Ag、Au或其他金屬而形成。在一些實施例中，端電極16可藉由無電電鍍Ni、Pb或其他金屬而形成。在一些實施例中，端電極16可藉由印刷Cu、Ag、Au或其他金屬而形成。在一些實施例中，透過圖3A及圖3B至圖9A及圖9B所示方法而形成的發火電阻可與圖1A所示之發火電阻1相同。

在本揭露中討論之結構及方法之實施例，並不限於實施方式及隨附圖式中描述及繪示之構造或配置，而係能以各種方式實踐或執行。

此外，在本揭露中使用之措辭及術語係出於描述之目的且不應視為限制。例如，單數形式或複數形式之措辭不意在限制當前所揭示之結構及方法。本揭露中使用之「包含」、「包括」、「具有」、「含有」、「涉及」等涵蓋在其後列出之項目、其等效物、及額外項目。本揭露中使用之「或」可視為指示所描述之一個以上之項目中之任一者。前及後、左及右、頂部及底部、上部及下部、及垂直及水平等意在方便描述，而不應視為限制結構及方法於一個位置、空間、或方向。

因此，本新型技術領域中具有通常知識者根據本揭露中所載的特定實施例應可想到各種更改、修改、及改良。此等更改、修改、及改良仍落入本揭露之範圍內。