DE19756563C1 - Integrierte Schaltungsanordnung zum Aufheizen von Zündmaterial sowie Verwendung einer solchen integrierten Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung zum Aufheizen von Zündmaterial sowie eine Verwendung einer solchen integrierten Schaltungsanordnung.

Eine in einer älteren Patentanmeldung (DE 197 02 118) vorge­ schlagene integrierte Schaltungsanordnung zum Aufheizen von Zündmaterial enthält ein Siliziumsubstrat mit einer hochdo­ tierten Heizzone als Zündwiderstand. Der Bereich der Heizzone weist einen geringeren Querschnitt auf als der übrige Bereich des Siliziumsubstrats.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte Schaltungsan­ ordnung zum Aufheizen von Zündmaterial zu schaffen, die wei­ ter die Integration einer Ansteuerschaltung für den Zündwi­ derstand zuläßt und dennoch einen guten Wärmeübergang vom Zündwiderstand zum Zündmaterial erlaubt.

Die Erfindung wird gelöst durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1. Eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen integrierten Schaltungsanordnung wird in Patentanspruch 5 an­ gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand der Aus­ führungsbeispiele in den Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Anzünders zum Auslösen eines Insassenschutzmittels eines Kraftfahrzeugs, und

Fig. 2 ein Schichtenmodell einer erfindungsgemäßen inte­ grierten Schaltungsanordnung.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Anzün­ ders, der insbesondere zum Auslösen eines Insassenschutzmit­ tels in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Bei einem solchen Insassenschutzsystem ist vorzugsweise zentral im Fahrzeug ein Steuergerät angeordnet, das über eine Busleitung mit Anzün­ dern von Insassenschutzmitteln wie Airbag, Gurtstraffer, etc. verbunden ist. Erkennt das Steuergerät beschleunigungs- oder karosserieverformungsabhängig einen Aufprall, so werden über entsprechende Zündbefehle ausgewählte Anzünder aktiviert. Je­ der Anzünder ist dabei in einem Gasgeneratorgehäuse angeord­ net, welches beispielsweise in einen zusammengefalteten Air­ bag mündet. Eine Steuerschaltung 1 des Anzünders wertet über die Busanbindung 2 empfangene Nachrichten aus und beauf­ schlagt einen mit ihr elektrisch verbundenen Zündwiderstand 3 mit einem ausreichend großem Stromimpuls. Die Energie wird dabei von einem Zündkondensator 4 geliefert und über eine steuerbare Leistungstufe 11 an den Zündwiderstand 3 weiterge­ leitet. Steuerschaltung 1, Zündwiderstand 3 und Zündkondensa­ tor 4 sind dabei in einem Gehäuse des Anzünders unterge­ bracht. Ebenfalls in diesem Gehäuse ist um den Zündwiderstand 3 herum Zündmaterial, z. B. Zündpulver, angeordnet. Bei einem Erhitzen des Zündwiderstands 3 explodiert in Folge des Wärme­ übergangs das Zündpulver. Durch die Explosion freiwerdende Energie veranlaßt Tabletten des Gasgenerators, Gas freizuset­ zen, das in den gefalteten Airbag ausströmt und damit ein Aufblasen des Airbags verursacht.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen integrierten Schaltungsanordnung, die zum Aufheizen von Zünd­ material vorgesehen ist. Sie enthält den Zündwiderstand und die Steuerschaltung nach Fig. 1 auf einem gemeinsamen Halb­ leitersubstrat. Eine Halbleiterschicht Si, vorzugsweise ein Siliziumsubstrat, enthält Bauelemente der Steuerschaltung in Form von dotierten Bereichen n/p. Getrennt durch eine Iso­ lierschicht SiO₂/1, die vorzugsweise als Siliziumoxidschicht ausgebildet ist, ist eine weitere Halbleiterschicht Ps, vor­ zugsweise eine Polysiliziumschicht, auf der Halbleiterschicht Si aufgebracht. Anstelle der Polysiliziumschicht Ps kann jede andere elektrisch leitende Schicht mit einem Ohmschen Wider­ stand verwendet werden. Die Polysiliziumschicht Ps dient zum elektrischen Verbinden der in der Halbleiterschicht Si ange­ ordneten Bauelemente. Dazu sind nicht eingezeichnete Durch­ kontakierungen von der Polysiliziumschicht Ps durch die Iso­ lierschicht SiO₂/1 zur Halbleiterschicht Si vorgesehen. Dar­ über hinaus können Ohmsche Widerstände oder beispielsweise Kondensatorelektroden durch die Polysiliziumschicht Ps reali­ siert werden.

Jeweils durch Isolierschichten SiO₂/2, SiO₂/3, SiO₂/4 vonein­ ander getrennt sind elektrisch leitende Schichten Alu1, Alu2, und Alu3 auf der Polysiliziumschicht Ps angebracht. Diese elektrisch leitenden Schichten Alu1, Alu2, Alu3 dienen zum elektrischen Kontaktieren der Steuerschaltung. Dazu sind nicht eingezeichnete vertikale Durchkontaktierungen bis zur Polysiliziumschicht und zur Halbleiterschicht erforderlich. Diese elektrisch leitenden Schichten Alu1, Alu2, Alu3 sind vorzugsweise aus Aluminium hergestellt.

Erfindungsgemäß enthält also die integrierte Schaltungsanord­ nung nach Fig. 2 nicht nur die Steuerschaltung für den Zünd­ widerstand des Anzünders, sondern auch den Zündwiderstand selbst. Er ist durch einen Bereich Zb der Polysiliziumschicht Ps realisiert. Der Zündbereich Zb in der Polysiliziumschicht Ps ist derart ausgelegt, daß er vorzugsweise einem Ohmschen Widerstandswert von 1-20 Ohm aufweist. Im Zündbereich Zb ist die Polysiliziumschicht in ihrem Querschnitt verjüngt. Durch eine derartige Formgebung der Polysiliziumschicht Ps entsteht im Zündbereich Zb ein Zündelement in Form einer Heizwider­ standsbrücke. Die derart verjüngte Stelle stellt sicher, daß elektrische Energie in Form eines aus einem Kondensator über die verjüngten Stelle fließenden Stroms genau an dieser ver­ jüngten, niederohmigen Stelle in Wärmeenergie umgesetzt wird und dadurch ein anbei diesem verjüngten Bereich angeordnetes Zündmaterial/Zündpulver zum Explodieren gebracht wird. Der Zündbereich kann dazu in seiner Breite oder Höhe verjüngt ausgebildet sein. In jedem Fall ist die Querschnittsfläche der Polysiliziumschicht im verjüngten Bereich - also in dem Bereich, in dem die Heizwirkung erzielt werden soll - gerin­ ger als in dem Bereich, in dem die Polysiliziumschicht vor­ nehmlich als Verdrahtungsschicht wirkt.

Erfindungsgemäß weisen die elektrisch leitenden Schichten Alu1, Alu2 und Alu3 und die Isolierschichten SiO₂/3 und SiO₂/4 im Zündbereich Zb Aussparungen As auf. Diese Ausspa­ rungen As sind erforderlich, um einen guten Wärmeübergang vom in der Polysiliziumschicht Ps realisierten Zündwiderstand zum Zündmaterial Zp zu gewährleisten. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist dabei die gesamte integrierte Schaltungsanordnung in solches Zündmaterial Zp eingebettet. Dabei ist das Zündma­ terial Zp vorzugsweise an die integrierte Schaltungsanordnung insbesondere im Zündbereich Zb angepreßt. Weist die inte­ grierte Schaltungsanordnung lediglich eine elektrisch leiten­ de Schicht Alu1 auf, so enthält natürlich nur diese elek­ trisch leitende Schicht die Aussparung As auf.

Das Herstellen der Aussparungen As erfolgt durch Ätzung im Rahmen eines Standard-Halbleiter-Prozesses. Vorzugsweise wird dabei die unmittelbar auf der Polysiliziumschicht Ps angeord­ nete Isolierschicht SiO₂/2 als Ätzstop für diesen Ätzprozeß verwendet. Die durch Ätzen ausgesparten Bereiche As können mit geringen Toleranzen erstellt und damit genau an den Zünd­ bereich Zb angepaßt werden.

Die Erfindung hat damit den großen Vorteil, daß in einer ein­ zigen integrierten Schaltungsanordnung Zündwiderstand und Steuerschaltung für den Zündwiderstand integriert werden kön­ nen und gleichzeitig ein guter Wärmeübergang vom Zündpillen­ widerstand zum Zündpulver gewährleistet wird. Bei gleichzei­ tiger aufwandsarmer und toleranzgenauer Erstellung dieses Wärmeübergangs durch das Ausbilden der Aussparungen in Folge von Standard-Ätzprozessen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann erfindungsgemäß auch aus­ schließlich oder aber zusätzlich zur Aussparung in der elek­ trisch leitenden Schicht Alu1 eine Aussparung As in die Halb­ leiterschicht Si im Zündbereich Zb geätzt werden, um von die­ ser Seite her eine gute Wärmeanbindung des Zündwiderstandes an das Zündmaterial Zp zu gewährleisten. Das Zündmaterial Zp liegt dabei vorzugsweise immer an der Seite an, an der die Aussparung As freigeätzt ist.

Soll die Schaltungsanordnung in Flip-Chip-Technik auf einem Träger angeordnet werden, d. h. wird die Schaltungsanordnung direkt mit Kontaktflächen einer der elektrisch leitenden Schichten auf Gegenkontaktflächen eines Trägers gesetzt, so ist vorteilhafterweise nur die Halbleiterschicht Si mit der Aussparung As versehen. Es wird von der Seite der Halbleiter­ schicht Si her Zündmaterial Zp an die Schaltungsanordnung an­ gepreßt.

Claims (5)

1. Integrierte Schaltungsanordnung zum Aufheizen von Zündma­ terial,

• 1. mit einem Zündwiderstand (3) und mit einer Steuerschaltung (1) zum Steuern eines Stromflusses durch den Zündwiderstand (3),
• 2. mit einer Halbleiterschicht (Si) für Bauelemente der Steu­ erschaltung (1),
• 3. mit einer weiteren Halbleiterschicht (Ps) zum elektrischen Verbinden der Bauelemente, und
• 4. mit einer elektrisch leitenden Schicht (Alu1) zum elektri­ schen Kontaktieren der Steuerschaltung (1),
• 5. bei der ein Bereich (Zb) der weiteren Halbleiterschicht (Ps) als Zündwiderstand (1) ausgebildet ist, und
• 6. bei der die elektrisch leitende Schicht (Alu1) und/oder die Halbleiterschicht (Si) in diesem Bereich (Zb) eine Ausspa­ rung (As) aufweist.

2. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Polysiliziumschicht (Ps) von einer Isolierschicht (SiO₂/1) getrennt auf der Halbleiterschicht (Si) angeordnet ist, und bei der die elektrisch leitende Schicht (Alu1) durch eine weitere Isolierschicht (SiO₂/2) getrennt auf der Polysi­ liziumschicht (Ps) angeordnet ist.

3. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der weitere Schichten (SiO₂/3, Alu2, SiO₂/4, Alu3, Pa) auf der elektrisch leitenden Schicht (Alu1) angeordnet sind, und bei der diese weiteren Schichten (SiO₂/3, Alu2, SiO₂/4, Alu3, Pa) in dem Bereich (Zb) eine Aussparung (As) aufweisen.

4. Verwendung einer integrierten Schaltungsanordnung nach ei­ nem der vorhergehenden Ansprüche in einem Anzünder zum Auslö­ sen eines Insassenschutzmittels, bei der die Schaltungsanord­ nung in direktem Kontakt zu einem Zündmaterial (Zp) steht.

5. Verwendung einer integrierten Schaltungsanordnung nach An­ spruch 4, bei der das Zündmaterial (Zp) im Bereich des Zünd­ widerstandes (1) an einer die Polysiliziumschicht (Ps) bedec­ kenden elektrischen Isolierschicht (SiO₂/2) anliegt.