CN101258378A - 半导体桥、点火器和气体发生器 - Google Patents

半导体桥、点火器和气体发生器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体桥、点火器和气体发生器，分别满足例如车辆侧面充气装置所要求的高速响应。该半导体桥包括通过应用电流而被点火的桥部。该桥部置于基板上。该桥部包括第一层和点火桥层。该第一层形成于基板上并具有绝缘性。该点火桥层作为置于该第一层上的第二层。该桥部在该第一层的宽度和该桥部在该第二层的宽度基本上相等。在该桥部周围设置空间。采用这种结构，电流和热量扩散到基板内可以被限制到最低水平，且能够获得加快点火时间的点火特性。该点火器和气体发生器均包括该半导体桥。

Description

半导体桥、点火器和气体发生器
技术领域
本发明涉及半导体桥(semiconductor bridge)，该半导体桥是用于例如车辆气囊***的气体发生器内的点火器的点火元件，并涉及均包含该半导体桥的点火器和气体发生器。
背景技术
点火器通常用于开始诸如燃烧、爆燃或***的放热反应。例如，点火器广泛用于开始车辆气囊的膨胀或者开始点燃工业***。
点火器包括通过被激励而产生热的桥部、被该热发生而点火的发火剂(ignition compound)、以及用于激励该桥部的电极销。为了点火该发火剂，传统点火器使用桥丝作为该桥部。桥丝是安装在两个接触点之间的具有电阻的细丝。发火剂包围桥丝，且在桥丝被供应电流时通过欧姆加热被点火。
设有桥丝的传统点火器使用镍铬合金丝作为桥丝。如果桥丝的丝直径极小，该桥丝无法设于点火器内。如果桥丝的丝直径足够大以设于点火器内，该桥丝具有大的热容，因此从桥丝被激励到桥丝到达点火温度的时间将变长。因此，例如，车辆侧面充气装置(side inflator)所需的高速响应不被满足。
术语“半导体桥”是通过诸如蒸镀的半导体技术产生的桥的通用术语。半导体桥的结构是由下述组成：分别用作电接触点的两个电极焊垫；置于该电极焊垫下的两个电极部；以及桥部，该两个电极部通过该桥部连接在一起，该桥部通过被激励而被点火，且该桥部比该电极部薄。用于点火器的半导体桥是比桥丝更薄的膜桥，其厚度约为几微米且因此使热容小，并可以提供高速响应。桥丝允许发火剂在约800至1000微秒内被点火，而在大多数情况下半导体桥允许发火剂在约100至200微秒内被点火。因此，半导体桥可实现高速点火。
这种半导体桥的一个例子被专利文献1披露。该文献披露的泵体桥具有置于基底的整个表面上的隔热层。经过图案化的导电点火桥层置于该隔热层上，且可以通过更少的能量被点火。在该点火桥层内，氢化铪或氢化钛用作基本成份。
专利文献1：国际专利申请(Kohyo)No.2001-505646的日文翻译。
发明内容
本发明解决的问题
在由专利文献1披露的半导体桥中，氧化物膜置于硅基板上，且形成为均匀地在整个基板上延伸。因此，施加于其上的电流以及在其产生的热被均匀地在该氧化物膜上传播，且因此，漏电流和热辐射发生，且点火时间无法加快。
解决问题的手段
为了解决这些问题，本发明人进行各种检查，并注意到当半导体桥被激励和桥部被加热时导致的电流和热量向基板内的扩散。与隔热层形成于整个基底上的上述文献所披露的技术不同，本发明人形成双层结构，包括隔热层作为第一层以及点火桥层作为第二层。该第二层是导电的且由两个电极部和一桥部组成，该两个电极部通过该桥部连接在一起，且该桥部薄于该电极部。该第一层具有一绝缘层，该绝缘层经过图案化从而具有与置于该第一层上的该第二层相同的形状。该第一层形成于基底上。围绕该桥部提供一空间。备选地，该桥部的上表面和侧表面向外露出。结果，本发明人发现，这种结构可以防止电流和热量扩散在该基板上，可以将能量集中在该桥部上，且与传统半导体桥相比可以使点火时间更快。因此，本发明人提供了本发明的半导体桥，以及均包括如此构造的半导体桥的点火器和气体发生器。
(1)本发明提供了一种半导体桥，其包括通过施加电流而被点火的桥部，该桥部包括形成于基板上的第一层和形成于该第一层上的第二层，该第一层具有绝缘性，该第二层是由电阻材料制成，其中该桥部在该第一层的宽度和该桥部在该第二层的宽度基本上彼此相等；并提供了分别包括如此构造的半导体桥的点火器和气体发生器。注意，本发明中提到的措辞“宽度基本上相等”是指，即使该第一层基于该第二层的宽度被放大达5％，该第一层和第二层宽度彼此仍相等。
该第一层形成为宽度基本上等于该第二层，且围绕该桥部提供一空间。结果，热量和电流在该基板上的扩散可以被防止，且因此能量可以有效地集中在桥部上，且点火时间可以加快。
(2)根据另一方面，本发明提供了一种半导体桥，其包括通过施加电流被加热且形成于基板上的桥部，该桥部包括第一层和点火桥层，该第一层形成于该基板上且具有绝缘性，该点火桥层形成于该第一层上且用作第二层，其中该桥部在该第一层的宽度和该桥部在该第二层的宽度基本上相等，且其中该桥部的侧表面和上表面向外露出。本发明人另外提供了均包括如此构造的半导体桥的点火器和气体发生器。优选地，在该方面，该桥部由两层组成。
在(2)所述的结构中，该第一层形成为宽度基本上等于该第二层，且该桥部的侧表面和上表面向外露出。结果，热量和电流在该基板上的扩散可以被防止，且因此能量可以有效地集中在桥部上，且点火时间可以比(1)的点火时间更快。此外，其中桥部由两层组成且没有层置于该第二层上的该半导体桥可以除去一制造步骤，且因此与包括设有三个或更多层的桥部的半导体桥相比，制造成本可以更低。
(3)在本发明中提到的术语“绝缘”或“绝缘性”表示电绝缘和热绝缘。优选地，该第一层的热导率为50W/m·K或更小，且其电阻率为106Ω·m或更大。采用这种结构，可以表现更出色的点火性能。
(4)作为本发明中所述的第二层的该点火桥层是通过被激励而被加热的层。优选地，该第二层特别是由包含Ni和Cr的Ni-Cr层组成。采用这种结构，不管温度是高或低，该层可以被稳定地点火，因为电阻温度系数低。优选地，该第一层由包含SiO2的层组成。采用这种结构，可以提高与基板的附着性，且有利于生产。优选地，该第一层厚度约为0.02微米至3微米。采用这种结构，可以以低的制造成本来防止电流和热量在基板上的扩散。优选地，该第二层厚度约为0.02微米至3微米。采用这种结构，该层可以被可靠地点火，且由诊断电流产生的热量可以避免。这里提到的术语“诊断电流”表示，在诸如引擎的装置的工作期间被允许总是流过该半导体桥以发现电学***内的故障或异常的微弱电流。
(5)例如，该基板可以是硅制成、玻璃制成或陶瓷制成的基板，且优选地使用硅制成的基板。采用这种结构，本发明的能够加快点火时间的效果可以更有利地表现，且该半导体桥可以低成本地生产。
(6)优选地，具体而言，在本发明的半导体桥中，该基板是由硅制成，且该基板的表面设有氧化物膜，且该第一层由包含SiO2的层组成。采用这种结构，可以更进一步提高桥部和基板之间的附着性。
(7)在本发明的点火器中，该半导体桥用作点火元件。采用这种结构，点燃气体发生剂的点火时间可以更进一步加快。
(8)本发明的气体发生器包括上述点火器。采用这种结构，诸如气囊或安全带预紧器(pretensioner)的安全装置可以在更短时间内工作。
(9)本发明的点火器包括杯体；多个电极销；头部(header)，其覆盖该杯体的开口，且该头部保持该多个电极销相互绝缘；(2)的半导体桥，该半导体桥接触设于该杯体内的发火剂，该半导体桥电连接到电极销，该半导体桥通过经由所述多个电极销被供应来自外部的电流而被点火；以及电容器，电连接到在该杯体外部的该多个电极销中的一对电极销，该一对电极销电学并联到该半导体桥。采用这种结构，可以有效地防止点火器由于静电放电而误操作，该静电放电例如是由来自外部的电磁波噪声引起的。
(10)本发明的点火器包括杯体；多个电极销；头部，覆盖该杯体的开口，且该头部保持该多个电极销相互绝缘；(2)的半导体桥，该半导体桥接触设于该杯体内的发火剂，该半导体桥电连接到该电极销，该半导体桥通过被供应来自外部的电流而被点火；基底，与该多个电极销内的一对电极销一体设置，该一对电极销电学并联到该半导体桥，该基底置于该杯体的外部以及该一对电极销之间，该基底具有高的刚性以维持该对电极销之间的距离；以及电容器，置于该基底上并电连接到该对电极销。
(11)本发明的点火器包括杯体；多个电极销；头部，覆盖该杯体的开口，且该头部保持该多个电极销相互绝缘；(2)的半导体桥，该半导体桥接触设于该杯体内的发火剂，该半导体桥电连接到该电极销，该半导体桥通过经由所述多个电极销被供应来自外部的电流而被点火；柔性基底，置于该杯体的外部以及该多个电极销内的一对电极销之间，该一对电极销电学并联到该半导体桥；以及电容器，置于该基底上并电连接到在该一对电极销。
(12)本发明的气体发生器包括(9)至(11)任一项所述的点火器。
本发明的效果
根据(1)至(7)的半导体桥和点火器，点火时间可以缩短，且因此对于诸如侧面充气装置的气体发生器的高速点火的需求可以被满足。此外，由于点火时间可以缩短，激励时间可以缩短。因此，积蓄在电子控制单元(ECU)中用于气囊的能量数量可以减少，且因此用于点火的激励电容器可以制成小的。此外，根据(8)的气体发生器，气囊可以在短时间内被充气，且尤其适用于侧面充气装置。
根据(10)和(11)的结构，在通过挤压该杯体内的发火剂以接触该桥部而形成的点火器中，可以防止该电容器被挤压力破坏。
根据(10)的结构，当电容器通过使用刚性基底被设置时，可以有效地防止由电极销之间距离的变化而引起的电容器的断路或击穿，即使外力作用于电极销之间也是如此。
根据(11)的结构，由于该电容器藉由柔性基底被设置，可以有效地防止由容易跟随电极销之间距离的变化而引起的电容器的断路或击穿，即使外力作用于电极销之间也是如此。
根据(12)的结构，可以防止该气体发生器由于电磁噪声所致的静电放电而误操作。
下面参考附图更详细地描述本发明。
附图说明
图1(a)为本发明实施例的半导体桥的平面图。
图1(b)为图1(a)的半导体桥沿线A-A’的剖面图。
图1(c)为图1(a)的半导体桥沿线B-B’的剖面图。
图2为传统半导体桥的剖面图。
图3为使用图1(a)的半导体桥的点火器的剖面图。
图4为图3的点火器的另一示例的点火器剖面图。
图5为根据本发明实施例的气体发生器的剖面图。
图6为电极销之间设有基底和电容器的点火器的剖面图。
图7示出图6的点火器的典型基底形状、布线图案和电容器设置状态。
参考符号描述
1，304，1001半导体桥
10硅基板
11硅部
12氧化物膜
22第二层
24第一层
26点火桥层
34电极焊垫
35电极部
36桥部
100，210，1000点火器
110，1002头部
120，1004引线接合
130，306，1003电极销
140，302杯体的保护盖
141，301，1005杯体
150，303，1006，1007发火剂
170绝缘材料
180，310树脂模具
201气体发生器
202另一端部
203端部
204外壳
205气体发生剂
206燃烧室
207过滤材料
208过滤室
209第一隔离件
211气体发射孔
212支持物
213轴端部
214增强剂
215垫料
216密封件
218孔
219空间
220圆筒部
246第二隔离件
305头部
307玻璃密封物
308基底
309电容器
311通孔
312导电路径
具体实施方式
图1(a)为本发明的半导体桥1的平面图，图1(b)为图1(a)的沿线A-A’的剖面图，以及图1(c)为图1(a)的沿线B-B’的剖面图。
图2为传统半导体桥的剖面图。
图3为示出使用本发明的半导体桥的点火器的一个示例的剖面图。图4为示出使用本发明的半导体桥的点火器的另一示例的剖面图。
下面将参考图1(a)、图1(b)和图1(c)描述半导体桥1的结构及半导体桥1的制造方法。
如图1(b)和图1(c)所示，半导体桥1包括：第一层24，其是绝缘的且具有形状与后述第二层22相同的基本上H形平面；第二层22，形成于第一层24上且由电阻材料制成；电极焊垫34，相互分离从而不在图1(a)的纸面的左侧和右侧之间电学地形成直流通道；以及桥部36，通过在电极焊垫34之间传输电流而被点火。第一层24、第二层22和电极焊垫34置于硅基板10的氧化物膜12上，该硅基板10是由硅部11和氧化物膜12组成。桥部36置于半导体桥1的中心。桥部36为由第一层24和第二层22形成的分层体(layered body)的一部分，且按照下述方式构造：在形成图1(c)所示桥部36的该分层体的部分内，桥部在第一层24的宽度和桥部在第二层22的宽度彼此相等。桥部36的侧表面和上表面向外露出，如图1(c)所示。
相反，图2的传统半导体桥包括：氧化物膜12，形成于硅部11上；点火桥层26，形成于氧化物膜12上且具有基本上H形状的平面(未示出)；以及电极焊垫34，相互分离从而不在图2的纸面的左侧和右侧之间电学地形成直流通道。该传统半导体桥另外包括桥部(未示出)，该桥部通过在电极焊垫34之间传输电流而被点火，具有与图1(a)的桥部相同的形状，并置于传统半导体桥的中心。该桥部是点火桥层26的一部分。
因此认为本实施例的半导体桥1与图2的传统半导体桥不同在于，第一层24置于氧化物膜12和第二层22之间。
将描述半导体桥1的结构和半导体桥1的制造方法。利用光致抗蚀剂将图案结构应用于硅基板上，从而用半导体桥的形状图案化该硅基板。例如，向外露出的氧化物膜12的表面通过使用由ECR放电产生的Ar离子的蚀刻技术来清洗，随后第一层24和第二层22堆积在氧化物膜12上。这里，例如真空蒸镀方法或溅射方法适合用作膜形成方法。在第一和第二层堆积在基板上之后，通过图案化形成于基板上的光致抗蚀剂被剥离，结果，经过图案化的蒸镀膜留在基板上。
例如，第一层24的材料可以是例如包含SiO2、TiO2、Si3N4、Al2O3或AlN的材料。优选地，使用包含SiO2的材料，因为SiO2对于硅基板10内氧化物膜12具有高粘附性能，且具有低的热导率。第一层的厚度约为0.02微米至3微米，优选地为0.2微米至2微米。这些微米的厚度可以降低制造成本，可以产生有效的绝缘，且可以加快点火时间。此外，第一层24在室温下的热导率为100W/m·K或更低，优选地70W/m·K或更低，更优选地50W/m·K或更低。此外，第一层24的电阻率为102Ω·m或更高，优选地104Ω·m或更高，更优选地106Ω·m或更高。
例如，第二层22的材料可以是包含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或Zr的材料(注意，这些可包含不可避免的杂质)。优选地，本发明的半导体桥的桥部的材料使用包含Ni和Cr的材料(即，Ni-Cr)，因为Ni-Cr材料具有稳定的电阻温度系数，且作为用于桥丝中的可靠材料已经给出令人满意的结果。优选地，如果Ni-Cr膜形成为第二层，则形成该层的Ni和Cr之间的组成比例为8∶2。第二层的厚度约为0.02微米至3微米，优选地为0.2微米至2微米。第二层的这种厚度可以在电流通过它时产生点燃发火剂所需的热量，且防止产生通过诊断电流来点燃发火剂所需的热量，该诊断电流在不期望点火时用于诊断例如点火器的故障。
上述措辞“不可避免的杂质”是指在每个制造工艺中，例如在制作用于膜形成的靶时，在制作基板时或者在制作半导体桥时，非故意地不可避免地混入的杂质。
接下来，为了制作在电极销和半导体桥之间形成电流通道所需的电极焊垫34，通过图案化将光致抗蚀剂应用在电极部35上，随后经过图案化的部分通过使用例如ECR放电产生的Ar离子的蚀刻技术来清洗，且导电材料沉积在其上。最后，经过图案化的光致抗蚀剂被剥离，且结果，电极焊垫34形成于第二层的电极部35上。例如，电极焊垫34的材料使用Al。
如果诸如Ni-Cr的金属用于第二层22，则第二层22和氧化物膜12之间的粘附是弱的，尤其当氧化物膜12形成于硅基板10的表面上时。然而，有利地，通过在氧化物膜12上形成与氧化物膜12相同种类的SiO2膜并在真空状态下形成Ni-Cr膜，提高了与硅基板10的粘附力。
将描述其上安装有半导体桥的点火器。该点火器由下述部分组成：头部(header)，半导体桥主要安装于该头部上；电极销，穿入该头部；以及杯体，发火剂装填在该杯体内且头部通过该杯体被密封。图3为根据本发明实施例的点火器100的剖面图。这里，使用了上述的半导体桥1。半导体桥1通过非导电的环氧树脂安装在由陶瓷或合金制成的头部110上。半导体桥的电极焊垫34(未示出)和穿入头部110的电极销130通过引线接合或接合引线120电连接在一起。杯体141填充有发火剂150，且头部110嵌合在杯体141内。如此构造的杯体141通过密封焊接被密封。合适的绝缘材料170置于电极销130和头部110之间。优选地，绝缘材料170使用玻璃。点火器100另外具有树脂模(resin mold)180，杯体141的保护盖140的下部以及杯体141的下部被该树脂模180覆盖。
杯体141的材料例如可以为不锈钢(SUS)或铝。杯体的保护盖140的材料例如可以为诸如尼龙的塑性材料。杯体的保护盖140是为了保证电极销130和例如气体发生器201的外壳204之间的绝缘，并切断杂散电流。保护盖140可以除去。
为了消除诸如静电的噪声引起的误着火，电容器、齐纳二极管或者变阻器可以与半导体桥并联布置。
作为发火剂150，包含锆作为组成元素的化合物是适合的。此外，包含氢化钛、硼、或2，4，6-三硝基间苯二酚盐(tricinate)有利地用作该发火剂150。此外，日本公开未审专利申请No.2002-362992所示的发火剂可以使用，不过本发明不限于这些发火剂。发火剂150可以由形成两个或更多层的不同类型物质组成。例如，通过使用不同类型的可燃物质，可以调整输出，其中每种可燃物质形成每一层。可以列举双层结构作为一个示例。在该双层结构中，具有良好敏感度的可燃物质用于接触半导体桥的层，而具有不足敏感度且具有大的输出(即具有大量气体)的可燃物质用于另一层，其中良好敏感度是指即使在低温下仍容易被点燃。
接下来描述点火器100的点火操作和效果。被供应用于操作点火器100的电流流过电极销130，且随后通过半导体桥1的电极焊垫34从引线接合120传送到桥部36，由此加热桥部36。第二层22经历欧姆加热直至第二层22被充分加热。在第二层内产生的热用于加热而不通过第一层24被辐射到硅基板10。因此，在桥部36内执行加热，且置于桥部36上的发火剂150可以在该封闭空间内被点燃。因此，可以提供这样的点火器100，其能够将电流和热量向硅基板10内的扩散限制到最低水平且能够获得加快点火时间的点火特性。
接下来描述根据本发明另一实施例的点火器。图4为根据本发明另一实施例的点火器1000的剖面图。半导体桥1001具有与上述半导体桥1相同的结构，且通过非导电环氧树脂安装在由塑料或固化树脂制成的头部1002上。该半导体桥的电极焊垫以及穿入头部1002的电极销1003通过引线接合1004电连接在一起。杯体1005填充有发火剂1006，半导体桥1001、头部1002上表面的一部分以及电极销1003的头被该发火剂1006覆盖；该杯体1005还填充有发火剂1007，其中发火剂1006被发火剂1007覆盖且发火剂1007充填在杯体1005内。
为了消除诸如静电的噪声引起的误着火，电容器、齐纳二极管或者变阻器可以与半导体桥并联布置。
与上述的发火剂150相同的发火剂可以用作发火剂1006和1007。
接下来描述点火器1000的点火操作和效果。被供应用于操作点火器1000的电流流过电极销1003，且随后通过半导体桥1001的电极焊垫(未示出)从引线接合1004发送到桥部(未示出)，由此加热该桥部。第二层(未示出)经历欧姆加热直至该第二层被充分加热。在第二层内产生的热量用于加热而不通过第一层(未示出)被辐射到硅基板(未示出)。因此，在该桥部内执行加热，置于桥部上的发火剂1006可以被点燃，且随后发火剂1007可以在所述封闭空间内被点燃。因此，可以提供这样的点火器1000，其能够将电流和热量向半导体桥1001中的硅基板内的扩散限制到最低水平且能够获得加快点火时间的点火特性。
本发明的气体发生器适合用作微气体发生器或充气装置，特别是用作为侧面碰撞准备的汽车侧面充气装置的气体发生器。
这里将描述用于汽车侧面充气装置的气体发生器的实例。图5为示出根据本发明实施例的气体发生器的示例的剖面图。具有与上述实施例相同结构的各个部件的描述被恰当地省略。
在图5中，气体发生器201包括：圆筒状外壳204、第一隔离件209，外壳204的内部被该第一隔离件209隔离成燃烧室206和过滤室208，该燃烧室206填充有通过燃烧产生高温气体的气体发生剂205且过滤室208设有过滤材料207；以及点火器210，燃烧室206内的气体发生剂205被该点火器210点燃并燃烧。点火器210结构与点火器100相同。外壳204的形状是有底的圆筒，其形成为一个端部203敞开且另一端部202闭合。另一端部202可形成为平面形状。
气体发射孔211形成于外壳204的另一端部202的外周。优选地，气体发射孔211形成于这样的位置，当气体被发射时，在充气装置中在该位置不产生推进力，例如形成于过滤室208的圆筒部220。此外，气体发射孔211可以不是设置为单个孔而是设置为多个孔，可以不是沿轴向设置为单行孔而是设置为多行孔，以及如果多行的气体发射孔沿轴向设置，则可以按折线方式设置。优选地，四个或八个气体发射孔被形成，且更优选地，四个气体发射孔以90度角的间隔形成于同一外周中，或者八个气体发射孔以90度角的间隔沿轴向分两行形成于外周中。由燃烧室206内的气体发生剂205的燃烧产生的高温和高压气体，在经过设于过滤室208内的过滤材料207时被冷却和过滤，且从气体发射孔211发射。
第一隔离件209形成为具有孔218的平环形盘形状，且具有双室结构，该双室结构隔离成过滤室208和用作气体发生剂室的燃烧室206，由此防止过滤器被气体发生剂的燃烧热损伤或熔融。第一隔离件209由例如不锈钢或铁制成。
诸如铝带的密封件216贴附在下述两个位置之一或二者：外壳204的内表面上气体发射孔211被覆盖的位置以及第一隔离件209的孔218被覆盖的位置。结果外壳204的内部被密封住。更优选地，密封件216贴附到第一隔离件209的面向燃烧室的表面上，不贴附到外壳204的内表面上。将密封件216贴附到第一隔离件209可以容易地执行，且可以使得气体发生器制造成本降低。
保持点火器210的支持物212设置在外壳204的端部203。支持物212通过与外壳204的轴端部213填塞在一起被保持，由此封闭外壳204的端部203。
优选地，沿第一隔离件209布置位置附近的外壳204圆周面直径减小的方向执行该填嵌，且第一隔离件209外周的端面咬合到外壳204的内圆周面内。
过滤材料207、气体发生剂205、增强剂214和垫料215按该顺序从外壳204的另一端部202被装填，其中支持物212被装配到该外壳204内，点火器210被填嵌和固定到该支持物212。如果必要，第一隔离件209可以置于过滤材料207和气体发生剂205之间。
例如弹力丝网、平织丝网、或者一组皱织金属丝优选地具有圆形，更优选地柱形或圆筒形，尤其优选地圆筒形的材料被用作过滤材料207。在本实施例中，示出了另一端部202形成为圆形的圆筒形材料。过滤材料207接触外壳204的另一端部202的末端，并附着到该末端。过滤材料207通过第一隔离件209被固定同时压抵外壳204的另一端部202，该第一隔离件209由例如隔离外壳204的内部的金属制成。第一隔离件209通过从外壳204的外圆周部被填塞而固定在外壳204内部，所述外圆周部位于第一隔离件209的两侧上，由此将外壳204的内部隔离成过滤室208和燃烧室206。空间219形成于过滤材料207的纵向中心，从而取代过滤材料207的芯。在适合用于对例如侧面气囊充气的本发明气体发生器中，使用相当大量的可点火材料，例如气体发生剂205。因此，优选地，使用第一隔离件209，由此使得可以将内部隔离成过滤室208和燃烧室206，以防止过滤器被气体发生剂205的燃烧热量损伤。
燃烧室206填充有增强剂214。增强剂214受垫料215保护而不被振动成粉末。垫料215具有十字状切口，该十字状切口用于将火焰动力从点火器210可靠地无延迟地传输到增强剂214。优选地，垫料215由例如陶瓷纤维、发泡硅制成的硅橡胶或者硅泡沫的弹性材料形成。优选地，垫料215通常形成为具有单层结构的盘形状。
优选地，气体发生剂205和增强剂214通过形成为板状的第二隔离件246而相互隔离，且充填在燃烧室206内。这里，容器表示铁制或铝制容器，增强剂等置于该容器内。例如，可列举薄板、丝网、延展金属、或者冲孔金属用作第二隔离件246。
由于气体发生剂205和增强剂214通过第二隔离件246相互隔离并充填在燃烧室206内，这些制剂没有混合在一起。此外，由于气体发生剂205和增强剂214视气体发生剂205的充填状态而相互靠近，薄的第二隔离件246置于气体发生剂205和增强剂214之间，气体发生剂205和增强剂214之间的距离不被分散，且因此气体发生器201的性能可以稳定。用作第二隔离件246的薄板可以由铝、铁、SUS等中任意一种制成。
此外，优选地，增强剂214是由柱状件形成，且因此当增强剂214被充填时，与粉末件或颗粒件相比更难进入气体发生剂205各件之间的间隙。因此，即使当这些制剂被搬运时或者在这些制剂安装在例如车辆内时，可以防止这些制剂在燃烧室206内被混合。因此，气体发生器的性能可以更可靠地被稳定。
接下来描述气体发生器201的操作。撞击传感器探测车辆碰撞，且随后已经接收到探测信号的ECU(未示出)将该信号发送到置于气体发生器201内的点火器210，且点火被执行。点火器210的火焰使垫料215***，并在垫料215内形成孔。随后，火焰喷到燃烧室206内，并将增强剂214点燃。因此，气体发生剂205被强制点燃和燃烧，结果高温气体产生。气体发生剂205的点燃和燃烧从外壳204的端部203顺序向过滤材料207移动。
当随着燃烧室206内燃烧的进行，燃烧室206的内部压力相应地上升到预定内部压力时，在燃烧室206内产生的高温气体打破密封件216，随后穿过孔218，随后进入空间219，随后穿过过滤材料207，随后在此收集熔渣并冷却，且转换成洁净气体。该洁净气体从气体发射孔211发射。
结果，气带或气囊被瞬时充气。
如上所述，在根据本发明实施例的气体发生器201内，点火器210设有与点火器100相同的薄膜桥，因此与传统桥丝类型点火器相比可以更快速地被可靠地点火。
尽管气体发生器201示于本实施例，其中该气体发生器201通常称为“高温充气装置”并包括具有与点火器100相同的结构的点火器210，不过本发明的点火器100或点火器1000可以用于通常称为“混合充气装置”的气体发生器的点火器部分，这种类型的气体发生器在例如日本公开未审专利申请No.2005-249275中示出。
作为上述实施例的改进，可以使用由玻璃或陶瓷制成的基板来替代硅基板10。
接下来描述在电极销之间包括基底308和电容器309的点火器的实施例。图6为示出根据该实施例的点火器的剖面图。
在图6，参考数字301表示杯体，且参考数字302表示用于该杯体的保护盖。保护盖302用以保证电极销306与例如气体发生器201的外壳204之间的绝缘，且用以切断杂散电流。保护盖302可以除去。
参考数字303表示发火剂。作为发火剂303，包含锆作为组成元素的化合物是适合的。此外，包含氢化钛、硼、或2，4，6-三硝基间苯二酚盐的化合物有利地用作该发火剂303。
参考数字304表示按照与上述半导体桥1相同的方式作为加热元件的半导体桥。因此半导体桥304与桥丝(bridge wire)相比可得到更高的速度响应，且可以使用低能量产生大火花。
该桥结构也可以通过交替堆叠包含选自下述每一组的至少一种元素的合成物层来形成：镍-铬、铝、镁和锆的组，以及钙、锰、二氧化硅和硅的组。
参考数字305表示头部。用于电连接到外部的电极销306通过玻璃密封件307固定到头部305。由于按这种方式通过玻璃密封件307来固定电极销306，因此可以保证电绝缘同时维持高气密性。通过例如激光焊接而将头部305和杯体301结合在一起，由此可以在高气密性下密封住杯体的内部。
电极销306连接到点火器内部的半导体桥304，并将从外部供应的电流传输到半导体桥304。
参考数字308表示基底，参考数字309表示置于基底308上的电容器，以及参考数字310表示树脂模，头部305的底部以及设有电容器309的基底308被该树脂模(resin mold)覆盖。
下面详细描述基底308和电容器309。图7(a)至图7(h)为示出典型基底形状、引线图案和电容器设置状态的视图。
建议如图7(a)至7(d)所示成形的基底为高刚性基底或柔性基底，且如图7(e)至7(h)所示成形的基底为柔性基底。
图7(a)示出一示例，两个电极销分别***其中的两个通孔311形成在具有矩形形状的平板中，且电容器309置于基底308-1上，基底308-1的平坦表面设有分别从通孔311延伸的导电路径312。
图7(b)示出一示例，两个电极销分别***其中的两个通孔311类似地形成在具有圆形形状的平板中，且电容器309置于基底308-2上，基底308-2的平坦表面设有分别从通孔311延伸的导电路径312。
图7(c)示出一示例，两个电极销分别***其中的两个通孔311形成在具有矩形形状的厚块中，且电容器309附着到基底308-3，该基底308-3设有形成于该块的侧表面上并分别从通孔311延伸的导电路径312。
优选地，在每个图7(a)、图7(b)和图7(c)中，通孔311的内周面上覆盖有导电材料。
图7(d)示出一示例，基底具有与图7(a)相同的形状，且电容器309按下述方式布置：电容器309的两极的方向基本上平行于该对电极销连接在一起的方向。
图7(e)示出一示例，基底为分割类型的基底，且电容器309在分割基底308a和分割基底308b上伸展并连接到分割基底308a和分割基底308b，该分割基底308a、308b沿与该对电极销连接在一起的方向基本上垂直的方向延伸。
图7(f)示出一示例，基底为L型分割基底，且电容器309置于电极销之间，使得电容器309的两极的方向基本上垂直于该对电极销连接在一起的方向。
图7(g)示出一示例，结构与图7(f)非常近似，且每个分割基底308a、308b形成为半弧形。
图7(h)示出一示例，分割基板沿与电极销平行的方向弯折，且电容器连接到分割基板。
导电路径312形成于图7(a)和图7(d)至7(h)每个中，电极销与电容器309的两极通过该导电路径312连接在一起。
电极销和电容器之间的这种连接方式也可以应用于图4的电极销。
即使在施加外部压力时也不导致电极销之间距离变化的高刚性材料可以用作每个图7(a)至7(d)的基底。
陶瓷是最合适的这种材料。此外，可以有利地使用例如玻璃环氧树脂基底或塑料板的绝缘基底。通常，该基底设有引线以将电极销和电容器电连接在一起。
能够容易地应对在施加外部压力时引起的电极销之间距离的变化(即使在引起这种变化时)的高柔性材料可以用作每个图7(a)至7(h)的基底。
引线框或柔性基板可以是合适的这种材料。此外，可以使用导线等。
这里，措辞“引线框”是指用作半导体封装的内部引线部分的薄板金属，且可以用作相对于外引线部分的介体(mediator)，且可以设计各种图案的引线。“柔性基板”是指柔性印刷板，且由于可以弯折而对于各种电路设计是有效的。这用于将本发明该实施例中的电极销和陶瓷电容器连接在一起。
优选地，当电容器309被设置时，电容器309的两极的方向固定为基本上垂直于该两个电极销连接在一起的方向，如图7(a)、图7(b)、图7(f)和图7(g)所示。
原因如下所述。例如，如果电容器309布置为使得电容器309的两极的方向基本上平行于该两个电极销连接在一起的方向，则出现这样巨大的危险，即，电容器将直接承受由于电极销之间距离的改变而导致的应力，并因此被破坏。相反，如果电容器309布置为使得电容器309的两极的方向基本上垂直于该两个电极销连接在一起的方向，则不会引起这种危险。
在本实施例中，措辞“基本上垂直”是指基于与该两个电极销连接在一起的方向严格垂直的方向的±30°范围。
结合图6和图7已经如上描述了电极销的数目为2的情形。然而，本实施例可以应用于具有三个或更多电极销的点火器。注意，如果三个或更多电极销被设置，则重要的是从该三个或更多电极销中选择与该半导体桥电学并联的两个电极销。
此外，优选地，设有如上布置的电容器的基底覆盖有树脂模。
原因在于，可以有效地防止施加于电容器的冲击、温度或湿度，且通过将电容器嵌入该树脂模中可以保护该电容器以免力作用于电容器的连接部上以及电极销之间的部分。
优选地，为该电容器的电阻值的等效串联电阻设置在100mΩ或更小。
原因在于，静电可以与该电阻值的减小成比例地被该电容器有效地吸收。就此而言，铝电解电容器或钽电容器电阻值高，且因此特定数量的电流流向半导体桥，且难以有效地阻止静电放电。
此外，陶瓷电容器有利地用作该电容器。
原因在于，陶瓷电容器的相对于频率特性的阻抗值低，该值称为等效串联电阻；且陶瓷电容器的噪声吸收特性优于上述的铝电解电容器和钽电容器。
这种陶瓷电容器的示例可以列举下述电容器。
1.I型陶瓷电容器(TiO2)：用于温度补偿
2.II型陶瓷电容器(基于BiTiO3或基于PbO)：用于高介电常数
3.III型陶瓷电容器(基于SrTiO3半导体)：用于高电介质
在本实施例中，任一这些电容器都是合适的，且建议视各种用途而定来恰当使用。
尽管这些陶瓷电容器具有极为优异的性能，不过具有沿轴向的应力弱的缺点。因此，当这些陶瓷电容器被设置时，期望按下述方式来布置这些电容器：电容器的两极的方向基本上垂直于该两个电极销连接在一起的方向。
优选地，使用的电容器的静电电容设置在约0.1至10μF。
如果电容器的静电电容大，充电所需的时间变长，且会出现与高速响应有关的问题。例如，如果电容器的静电电容为0.47μF，响应为0.94μsec，如果电容器的静电电容为2μF，响应为4μsec，且如果电容器的静电电容为10μF，响应为20μsec。
在本实施例中使用该半导体桥作为加热元件的原因为，该半导体桥的特征在于低能量和高速点火。因此，如果电容器的静电电容大，则高速响应受阻碍。此外，如果电容器的静电电容变大，则电容器的尺寸与之相应地变大，且难以将电容器置于电极销之间。
基底相对于电极销的固定装置不限于特定一种。焊料、导电环氧树脂、焊接、或者使用弹簧的接触可有利地用作该固定装置。
示例
如图1(b)所示构造的半导体桥安装于图3的点火器上，且点火时间被测量。作为比较实验，使用设有半导体桥的点火器来测量点火时间，其中在图2所示的结构中，置于硅基板上的氧化物膜的厚度已经被改变。在该实验中，使用这样的半导体桥，其中由Ni和Cr组成的第二层(使用Ni和Cr比例为8∶2的Ni-Cr合金通过溅射发方法来制成)具有1.5微米的预定厚度。桥部36的宽度为24微米，桥部36的长度为58微米，且电阻值约为2Ω。在1.2A和2msec条件下供应的恒定电流用作输入电流。在下述条件下测量点火时间：从输入电流的上升波形到点火器点火时导致的光的上升波形的时间定义为“点火时间”。
更具体而言，制作了样品1至样品7，每个样品的硅基板上氧化物膜的厚度以及第一层(SiO2)的厚度如表1和表2所示被确定，并测量点火时间。每个样品中硅基板上氧化物膜的厚度以及第一层的厚度连同测量结果一起示于表1和表2。
[表1]
  硅基板上氧化物膜的厚度(μm)   第一层(SiO2)的厚度(μm) 点火时间(μsec)
 样品1   0.8   0   180
 样品2   0.8   0.3   129
 样品3   0.8   0.5   99
 样品4   0.8   1.0   94
[表2]
  硅基板上氧化物膜的厚度(μm)   第一层(SiO2)的厚度(μm) 点火时间(μsec)
 样品1   0.8   0   180
 样品5   1.1   0   167
 样品6   1.3   0   160
 样品7   1.8   0   157
从表1和表2可以理解，提高硅基板上氧化物膜的厚度可以加快点火时间，且使用经过图案化以具有与第二层相同形状的第一层也可以进一步加快点火时间。原因可能为，热和电流向硅基板的氧化物膜内的扩散被限制到最低水平，使得隔热和电绝缘被有效地执行。
已经参考具体示例描述了本发明。本领域技术人员可以实施本发明的各种改进而不背离由所附权利要求界定的本发明的思想和范围。例如，备选材料和备选结构落在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种半导体桥，包括：
通过施加电流而被点火的桥部，所述桥部包括形成于基板上的第一层和形成于所述第一层上的第二层，所述第一层具有绝缘性，所述第二层由电阻材料制成；
其中所述桥部在所述第一层的宽度和所述桥部在所述第二层的宽度基本上彼此相等。
2.一种半导体桥，包括：
通过施加电流被加热且形成于基板上的桥部，所述桥部包括第一层和点火桥层，所述第一层形成于所述基板上且具有绝缘性，所述点火桥层形成于所述第一层上且用作第二层；
其中所述桥部在所述第一层的宽度和所述桥部在所述第二层的宽度基本上彼此相等，且
其中所述桥部的侧表面和上表面向外露出。
3.如权利要求2所述的半导体桥，其中所述桥部具有双层结构。
4.如权利要求1或2所述的半导体桥，其中在室温下所述第一层的热导率为50W/m·K或更小，且电阻率为106Ω·m或更大。
5.如权利要求1或2所述的半导体桥，其中所述第一层厚度为0.02微米至3微米，且所述第二层厚度为0.02微米至3微米。
6.如权利要求1或2所述的半导体桥，其中所述第一层包含SiO2。
7.如权利要求1或2所述的半导体桥，其中所述第二层包含Ni和Cr。
8.如权利要求1或2所述的半导体桥，其中所述基板由硅制成。
9.如权利要求1或2所述的半导体桥，其中所述基板由硅制成，且所述基板的表面设置有氧化物膜，所述第一层由包含SiO2的层组成。
10.一种包含权利要求1或2的半导体桥的点火器，所述半导体桥用作点火元件。
11.一种包含如权利要求10所述的点火器的气体发生器。
12.一种点火器，包括：
杯体；
多个电极销；
头部，该头部覆盖所述杯体的开口，且保持所述多个电极销相互绝缘；
如权利要求2所述的半导体桥，所述半导体桥接触设于所述杯体内的发火剂，所述半导体桥电连接到所述电极销，所述半导体桥通过经由所述多个电极销被供应来自外部的电流而被点火；以及
电容器，电连接到在所述杯体外部的所述多个电极销中的一对电极销，该对电极销电学并联到所述半导体桥。
13.一种点火器，包括：
杯体；
多个电极销；
头部，该头部覆盖所述杯体的开口，且保持所述多个电极销相互绝缘；
如权利要求2所述的半导体桥，所述半导体桥接触设于所述杯体内的发火剂，所述半导体桥电连接到所述电极销，所述半导体桥通过经由所述多个电极销被供应来自外部的电流而被点火；
基底，与所述多个电极销内的一对电极销一体设置，该对电极销电学并联到所述半导体桥，所述基底置于所述杯体的外部以及该对电极销之间，所述基底具有高度刚性以维持该对电极销之间的距离；以及
电容器，置于所述基底上并电连接到该对电极销。
14.一种点火器，包括：
杯体；
多个电极销；
头部，该头部覆盖所述杯体的开口，且保持所述多个电极销相互绝缘；
如权利要求2所述的半导体桥，所述半导体桥接触设于所述杯体内的发火剂，所述半导体桥电连接到所述电极销，所述半导体桥通过经由所述多个电极销被供应来自外部的电流而被点火；
柔性基底，置于所述杯体的外部以及所述多个电极销中一对电极销之间，该对电极销电学并联到所述半导体桥；以及
电容器，置于所述基底上并电连接到在该对电极销。
15.一种包括如权利要求12至14任一项所述的点火器的气体发生器。
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