微电子火工品的发展及应用

微电子火工品在近年来得到了快速的发展 其中半导体桥火工品和电子延期雷管作为微电子火工品的典型代表 已经从军事应用走向民用 文章介绍了半导体桥火工品的结构 特点 作用原理以及发展趋势 同时介绍了半导体桥雷管 电子延期雷管 无线遥控雷管 先进的爆破网络等微电子火工技术在民用爆破领域的应用情况。

ZOO 年1Z月

微电子火工品的发展及应用徐振相等

-Z -

微电子火工品的发展及应用

徐振相

周

彬

秦志春

陈西武

郑桂富

南京理工大学<南京 Z1OO D

[摘

要]

微电子火工品在近年来得到了快速的发展 其中半导体桥火工品和电子延期雷管作为微电子

火工品的典型代表 已经从军事应用走向民用 文章介绍了半导体桥火工品的结构 特点 作用原理以及发展趋势 同时介绍了半导体桥雷管 电子延期雷管 无线遥控雷管 先进的爆破网络等微电子火工技术在民用爆破领域的应用情况 [关键词][分类号]

微电子

火工品

半导体桥

电子延期

雷管

TDZBS.ZZ

TOS6O.7

1

引言

起爆器材或称为民用火工品的发展与军

子技术的投入 为电火工品的发展注入了新的活力

学科交叉往往能够产生新的技术 电子技术 微电子技术与火工技术相结合产生了不少的新思路 新产品 新工艺 新方法 极大地推动了火工技术的进步 将微电子技术应用到火工技术中 可以解决许多利用传统的方法难以解决的问题 微电子火工品的典型代表是半导体桥雷管和电子延期雷管 22.1

半导体桥火工品及发展半导体桥<SCBD火工品

用火工品相似 大致是经历了热 机械 电的发展 同时 电火工品的出现 确实

使火工品进入了一个新的发展阶段 电火工品具有操作方便 便于同时大量地应用 也便于使用前的检测 但同时也产生了安全问题 特别是在静电 射频作用下误动作的问题很突出 为此民用火工品朝着两个方向发展

首先是想办法 防 关于电磁辐射的危害 美国早在SO年代就已发现了这个问题的严重性 于是美国成为最早重视这个问题的国家 6O年代初开始制定较全面的研究计划 大规模地投入人力 物力开展研究 研究的结果是提出了一系列的双防措施 制定了一系列的标准 规范等文件 主要成果现在仍为世界各国所应用

其次是朝着不用电火工品的方向发展 除了传统的火焰点火外 就是上个世纪6O年代出现了Nonel管<即塑料导爆管D 导爆管安全性好 因而很快得到了广泛的应用 但在使用时也暴露了导爆管的弱点 主要是用量大 成本高 再就是不象电起爆那样便于检查 网络是否可靠连接是难以检查的 因此 塑料导爆管的出现 并没有也不可能取代电起爆 所以电火工品仍在发展中 特别是微电

SCB火工品是国外SO年代较受重视的新型火工装置 是微电子火工品的重要技术 SCB火工品具有高安全性 高可靠性 高同步性 高工艺一致性 低发火能量以及能与数字逻辑电路组合等一系列优异性能[1] 它的诞生是电火工品一次革命性的飞跃 SCB火工品首先是用于军事 由于其优异的性能 很快就转入民用领域的应用研究 SCB火工品现已用于灵巧或智能武器 卫星 弹药 民用防撞气囊和爆破工程等[Z B] 开发前景十分看好 是取代桥丝式火工品的最佳低输入能量火工品

2.1.1结构与制造原理[4]

半导体桥<SCBD火工品中的核心是SCB芯片 SCB芯片是以微电子技术制造的 将

微电子火工品在近年来得到了快速的发展 其中半导体桥火工品和电子延期雷管作为微电子火工品的典型代表 已经从军事应用走向民用 文章介绍了半导体桥火工品的结构 特点 作用原理以及发展趋势 同时介绍了半导体桥雷管 电子延期雷管 无线遥控雷管 先进的爆破网络等微电子火工技术在民用爆破领域的应用情况。

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爆破器材

ExplOSivematerialS

第33卷增刊

半导体桥芯片封装在陶瓷塞上制成发火塞 再制成火工品OSCB芯片的简要示意图如图1OSCB芯片的典型原始材料为多晶硅片O工艺过程中的第一步是用磷使多晶硅重掺杂产生n-型材料O选择掺杂程度保证半导体桥有10或20(或所需要的)标称电阻O第二步是将重掺杂多晶硅腐蚀成预定形状O第三步 在晶片上淀积厚0.1mm的铝 并光刻成所需工品非常有效地在数十微秒之内作用O2.1.3SCB火工品的优点

与传统的桥丝式雷管相比 SCB雷管具有明显的优越性能 如表1所示O

表1SCB雷管与传统的桥丝式雷管比较

项目

桥丝式

SCB结构1SCB结构2

全发火能量32.6 1.022.72 0.481.33 0.03

/mJ图形O一个100mm2的晶片上可制造200个以上半导体桥 然后将晶片切为单个芯片 每一芯片上有一个半导体桥O用计算机控制产生掩模限定掺杂区的图形O

图1

半导体桥芯片结构示意图

2.1.2作用原理

向半导体桥施加电流脉冲使铝焊盘之间产生等离子体的引燃过程O脉冲首先使桥熔化而产生弱离子化硅蒸气的熔融态硅沟道 电流继续输入时 形成较宽的沟道 使铝焊盘之间的整个桥区全部成熔融和蒸发状态O当半导体桥汽化蒸发后 爆发成等离子体 即形成具有几千度的温度 因而引燃压装在半导体桥上的药剂[5]O当然 其所需电流能级及其脉冲持续时间取决于半导体桥的几何结构O等离子体的形成既不受火工品药剂影响 也不受火工品环境温度影响O半导体桥在施加15A电流下爆发成等离子体的时间小于5MSO

金属桥丝以热传导方式根据桥丝与药剂间的机械接触加热其周围的药剂 因此 其工作机理受炸药及其装药参数变化的影响O相比之下 半导体桥的热传递是等离子体以微对流形式贯穿药层 然后凝聚在药粒上使火

(

试验温度)(室温)(-54C)(-54C)不发火能量1.11.39 0.031.30 0.12/mJ(试验温度)(室温)(74C)(74C)静电放电试合格合格合格验作用时间11022/MS(试验温度)

(室温)

(室温)

(室温)

其优点可归纳为以下几点O

(1)SCB的体积约为桥丝的1/30 所需发火能量至多为其1/10[6]O

(2)由于SCB与衬底紧密接触 其不发火能量等于全发火能量的80% 比桥丝式的散布精度高 安全性好[7]O

(3)SCB具有负阻效应 作用时间比桥丝快1~2个数量级 因而同步性好[4 8]O(4)安全性能优良 其防射频~抗静电和杂电的性能好;其良好的安全性是由于射频~静电产生的热能能够很快地向SCB硅基底和陶瓷塞散失 其原理如图2所示[7 9]O

图2SCB良好的散热性能

(5)采用现代微电子设计与制造工艺 可采用微电子延期电路控制延期时间 延期精度高 时间精度可高达0.5%[10];可与复杂数

微电子火工品在近年来得到了快速的发展 其中半导体桥火工品和电子延期雷管作为微电子火工品的典型代表 已经从军事应用走向民用 文章介绍了半导体桥火工品的结构 特点 作用原理以及发展趋势 同时介绍了半导体桥雷管 电子延期雷管 无线遥控雷管 先进的爆破网络等微电子火工技术在民用爆破领域的应用情况。

200 年12月

微电子火工品的发展及应用徐振相等

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字电路组合9连接微型机或逻辑电路9接受特定编码信号的控制;在SCB雷管上安装光电管类光电阵列元件9可构成以光或激光为激光源的光电雷管 11 O

( )自动化大批量生产9一致性好9价格

合算 O

过去5年9在世界民用爆破器材领域也得到

极大发展9被誉为未来 最合算(Optimum)的起爆技术O世界著名的爆破器材企业(http://doc.guandang.netwrenceExplo-sives9Halliburton9AMFEXScientific等)都纷纷开 …… 此处隐藏：11255字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……