一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片的制作方法

1.本发明涉及火工品领域，尤其涉及一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片。


背景技术：

2.火工品技术应用广泛，它与航空航天、汽车电子、兵器技术等国防高科技发展命运休戚相关。半导体桥火工品凭借其高安全可靠性、低发火能量、非线性换能的优势已经广泛的应用到火工系统中。但随着战场电磁环境的愈发严酷，火工系统对半导体桥的安全性要求也越来越高。传统半导体桥点火管的安全电流一般为1a 1w 5min，目前部分应用已经提高到1.5a 2.25w，甚至2a 4w。这种长时间大功率的加载往往使得半导体桥发生点火或者药剂变色、失效等故障。目前较为有效的办法为并联ntc电阻，通过ntc受热电阻降低，进而增加分流的方式保护。但这这种办法的逻辑顺序还是半导体桥先要达到一定的温度，ntc才能进行作用。这就导致半导体桥界面上的药剂也会达到一定的温度，在此温度下，点火药剂是存在热分解变性的风险的。此外，ntc电阻需要并联到半导体桥火工品上，器件的b系数和焊接质量都将影响最终的结果。


技术实现要素：

3.针对以上现有的问题和需求，本发明提出一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片。区别于传统的提高火工品安全电流办法，该半导体桥芯片的热区发生在分流层，可以保证在分流层断路之前，热量积聚发生在芯片下方，不会影响桥区的药剂加速分解，从根本上保证了火工品的安定性，此外，解决了ntc器件装配工艺性差、尺寸大和作用时间较长的问题，在集成一体化设计下，半导体桥芯片的体积更小、质量更轻。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，包括：焊盘层、半导体桥层、隔离层、硅基体、分流层、热沉和硅通孔。焊盘层位于芯片最顶层，并联连接半导体桥层和分流层；起电气连接作用；下一层为半导体桥层，功能为换能；隔离层有两处，上层隔离层主要为保证掺杂浓度和注入结深，其次可以起到隔热的作用，使半导体桥产生的热量优先导入上层药剂中，下层隔离层主要作用为隔热，使分流层产生的热量优先通过热沉导入到外界连接件上；分流层通过硅通孔并联到半导体桥层，通过一定比例的电阻设计，使得低于分流层额定功率的电流通过分流层分走，高于额定功率的电流通过时，在一定时间内分流层迅速从导通转变为断路，使电流从分流层回归到半导体桥层，进而使半导体桥层发生电热转换；热沉是为了提高分流层的额定功率，使分流层产生的热量尽快导入外界连接器件；硅基体为器件图形化的支撑载体。
5.所述隔离层材料为氮化硅或二氧化硅，厚度为1~2μm。所述硅基体的整体厚度为50~100μm。所述焊盘层材料为铝或金。所属分流层的材料为金、铂、锌、锡或钌。所属分流层的线宽小于40μm，层厚小于3μm，薄弱环节线宽小于20μm。所属热沉层的材料为钨铜。所属硅通孔的直径为10~20um，硅通孔填充材料为铜或低阻硅。分流层的阻值是半导体桥层阻值的1/
9~1/4。所述器件整体特征尺寸小于2mm，整体重量不超过200mg。
6.本发明的有益效果是，芯片热区发生在分流层，可以保证在分流层断路之前，热量积聚发生在芯片下方，不会影响桥区的药剂加速分解，从根本上保证了火工品的安定性，此外，解决了ntc器件装配工艺性差、尺寸大和作用时间较长的问题，在集成一体化设计下，半导体桥芯片的体积更小、质量更轻。
附图说明
7.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
8.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的分流层结构示意图；图3为本发明的安全电流工作流程图；图4为本发明的发火电流工作流程图；图5为ntc增加半导体桥安全电流工作流程示意图，图中1.半导体桥层，2.焊盘，3.隔离层，4.硅基体，5.分流层，6.热沉，7.硅通孔，5-1分流层薄弱环节，5-2分流层导通区。
具体实施方式
9.本发明提供的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片结构如图1和2所示，包括：半导体桥层(1)、焊盘（2）位于隔离层(3)上，隔离层(3)中间为硅基体(4)，半导体桥层（1）于分流层（5）通过硅通孔（7）并联连接，分流层（5）上方为隔离层（3），下方为热沉（6）。
10.在本实施例中，当电流通过焊盘(2)时，基于基尔霍夫定律，电流优先通过分流层（5），分流层（5）在电流加载下，通过焦耳定律发生电热转换，电热产生的能量会被隔离层（3）阻碍和热沉（6）引导，使得热量优先导入到外部连接器件；当加载电流大于分流层（5）的额定功率时，分流层（5）会在分流层薄弱区（5-1）发生迅速的电热相变，再在材料较大的热膨胀系数下发生变形，进而使得分流层薄弱区（5-1）发生断路，当分流层（5）断路后，电流加载将通过半导体桥层(1)，再由半导体桥层(1)发生电热转换，点燃点火药剂。根据分流层（5）材料的选择和分流层薄弱区（5-1）结构的设计，可以控制额定功率的大小，从而设计安全电流的大小。
11.集成半导体桥芯片的尺寸微小，几乎不占用实际应用的体积空间，并且重量极低，整体重量在百毫克量级。


技术特征：
1.一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，包括：焊盘层、半导体桥层、隔离层、硅基体、分流层、热沉和硅通孔；所述焊盘层位于芯片最顶层，并联连接半导体桥层和分流层；下一层为所述半导体桥层；所述隔离层包含上层隔离层和下层隔离层两处；所述分流层通过所述硅通孔并联到半导体桥层，使得低于分流层额定功率的电流通过分流层分走，高于额定功率的电流通过时，所述分流层迅速从导通转变为断路，使电流从分流层回归到半导体桥层，进而使半导体桥层发生电热转换；所述热沉提高了所述分流层的额定功率，使分流层产生的热量尽快导入外界连接器件；所述硅基体为器件图形化的支撑载体。2.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，所述的上层隔离层使半导体桥产生的热量优先导入上层药剂中；所述下层隔离层使分流层产生的热量优先通过热沉导入到外界连接件上。3.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，所述隔离层的材料为氮化硅或二氧化硅，厚度为1~2μm；所述硅基体的整体厚度为50~100μm。4.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，所述焊盘层材料为铝或金。5.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，所属分流层的材料为金、铂、锌、锡或钌。6.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，所属分流层的线宽小于40μm，层厚小于3μm，薄弱环节线宽小于20μm。7.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，所属热沉层的材料为钨或铜。8.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，所属硅通孔的直径为10~20μm，硅通孔填充材料为铜或低阻硅。9.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，分流层的阻值是半导体桥层阻值的1/9~1/4。10.根据权利要求1所述的一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，其特征在于，所述器件整体特征尺寸小于2mm，整体重量不超过200mg。

技术总结
本发明提供了一种基于硅通孔技术的高安全电流集成半导体桥芯片，包括：焊盘层、半导体桥层、隔离层、硅基体、分流层、热沉和硅通孔。焊盘层位于芯片最顶层，并联半导体桥层和分流层；下一层为半导体桥层；隔离层有两处；分流层通过硅通孔并联到半导体桥层；热沉使分流层产生的热量尽快导入外界连接器件。本发明一种基于硅通孔技术的高安全集成半导体桥芯片，分流层额定功率的大小对电流进行筛选，低于额定功率以下的电流会被消耗，达到一定的值后分流层断路，并且半导体桥分流的占比可以通过半导体桥和分流层电阻比值进行调整，使分流层先热，半导体桥层后热，使得火工品更安全，且器件集成化更高、体积更小、更易装配。更易装配。更易装配。


技术研发人员：周浩楠 张良 李宋 张亚婷
受保护的技术使用者：北京智芯传感科技有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/13