[发明专利]PCB型低电压半导体桥发火组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体桥火工品，尤其是涉及一种体积微型化的半导体桥发火组件，能在低发火电压输入条件下可靠发火。

背景技术

随着电雷管在工程爆破应用领域的快速发展，电雷管使用的电磁环境越来越恶劣，由电磁环境产生的静电、电磁波、杂散电流等的辐射和干扰越来越强，电磁环境越来越复杂，这对工业电雷管在生产、运输、储存、使用过程中抗静电、抗电磁辐射、抗杂散电流能力的要求越来越高。而目前使用的电子雷管沿用的热桥丝式发火元件的点火作用时间较长和同步性不高，且发火电压较高、不适用于大规模网络起爆使用；若想降低其发火电压，则需要减小桥丝直径，这将带来抗静电、杂散电能力变差，使用安全性不高。且目前电子雷管的发火能量控制来自于电雷管内部的贮能电容，如果发火电压高、发火能量大，则需要较大尺寸、大容量的电容器，而对于大规模起爆网络，单个起爆仪的负载能力(同时起爆电子雷管数量)将显著降低。而目前现有的电子雷管已无法同时满足这些要求。

采用半导体桥芯片作为发火元件是一种新的火工品技术，具有作用迅速，安全性好等特点。半导体桥发火件一般是由半导体桥换能元芯片、固定换能元芯片的基体、发火电路板、键合金属线、含能材料和封装壳体组成。当输入发火电流或电压时，电流通过半导体桥换能元时产生热量，引燃含能材料。通过调整半导体桥材料、掺杂成分、掺杂浓度、电阻值、桥路面积、桥路形状、桥长、桥宽、长宽比、桥厚度、产生热点结构、基体散热性能和结构、封装结构、抗静电结构、发火电路板结构、键合金属线电性能、含能材料点火性能、制作工艺等，可以改变发火件的发火电性能和安全电性能参数。

自出现半导体桥电火工品技术以来，已经发展了许多相关先进发火控制技术。第一代半导体桥是Hollander于1968年的专利，他用掺杂的多晶硅片通过切割方式形成细长条形的“桥丝状”电桥，通过传统的焊接方法与两根电极焊接连接，形成一种电热点火装置。这种装置拥有半导体的一切特性。该点火装置的典型电桥电阻为50Ω，最小发火电压28V，作用时间小于20ms。1987年Sandia实验室Bickes等人对半导体桥制作工艺和焊接技术进行了改进，设计出一种电桥形状为矩形，典型尺寸是长100μm×宽380μm×厚2μm。电桥电阻在常温下是1Ω，典型发火能量为3mJ，最小发火电压为13V(33μF)，不发火电流为1.2A，发火时间小于10μs的半导体芯片。

1995年刘西广发表在期刊《爆破器材》中“半导体桥火工品的发展”综述文章指出，半导体桥电雷管一般采用多晶硅桥作电热换能元件，材料为重掺杂多晶硅，形状为矩形，典型半导体桥尺寸为长100μm×宽380μm×厚2μm，具有较低激发能量(3mJ)、很短发火时间(小于12μs)。

美国专利US5831203公开的半导体桥雷管电阻为50Ω，半导体桥芯片的形状为长方形，发火电流大于200mA。2006年公开的中国专利CN1749686“半导体桥雷管”中所用的环氧纤维布基板上的电极层为铜，但铜在储存过程中可能被氧化影响作用可靠性；2011年湖北卫东控股集团有限公司公开的中国专利CN 201852529U“电子延期半导体桥雷管”中电子延期芯片在延期后的输出电压不低于9V，全发火能量为≤1.5mJ。南京理工大学2012年公开的CN 202470918U“电磁加固半导体桥雷管”中半导体雷管全发火能量≤0.3mJ。

2010年杨贵丽在其题目为“微型半导体桥换能及发火规律研究”的学位论文中论述通过对桥路尺寸和基底材料的优化选择，得到最优半导体桥发火件的最小全发火电压为4.53V(10μF)，对应的最小全发火能量为0.1mJ，成为目前文献报道的半导体桥发火件的最低发火电压和最小发火能量的设计方案。

综上所述，提高半导体桥发火组件的可靠性，进一步减小发火电压和发火能量，进而提高爆破作业中起爆大规模起爆网络的可靠性是一个技术难题。

发明内容

为克服现有技术的上述不足，本发明提供一种PCB型低电压半导体桥发火组件，包括半导体桥换能元芯片、点火药，其特征在于：还包括形成T型电路板连接的主电路板和PCB电路板，通过导电胶或键合金属丝将所述半导体桥换能元芯片固定在所述PCB电路板上，所述点火药由塑料套管进行封装，所述PCB电路板的背面覆有成对的马头形且具有锯齿的铜板放电片结构，所述放电片距离外圆之间布置有至少2个锯齿，所述锯齿的角度为50°～80°。