【摘要】：半導(dǎo)體橋(SCB)火工品較橋絲式火工品具有更好的點(diǎn)火性能和安全性能,在現(xiàn)代武器系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但是隨著電磁環(huán)境的日益惡化,武器系統(tǒng)也對電火工品提出了更高的安全要求。因此,本文基于現(xiàn)有SCB電火工品的研究基礎(chǔ),提出利用集成防護(hù)電路實(shí)現(xiàn)SCB電火工品的電磁防護(hù),首先在PSpice電路仿真軟件中建立了 SCB電火工品的仿真模型,在該模型的基礎(chǔ)上研究了分立元器件的電磁防護(hù)效果,提出將分立器件進(jìn)行組合從而實(shí)現(xiàn)電磁防護(hù)的最佳設(shè)計,并根據(jù)分立器件設(shè)計出一種新型的集成防護(hù)電路,最后對該集成防護(hù)電路用于SCB電火工品的電磁防護(hù)進(jìn)行了仿真模擬和試驗驗證,主要得到的結(jié)論如下:(1)基于PSpice電路仿真軟件建立了 SCB火工品的電路模型。通過分析比較現(xiàn)有電磁環(huán)境和國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計了四個用于驗證電磁防護(hù)效果的SCB試驗條件:標(biāo)準(zhǔn)電容放電條件(22μF,16V),標(biāo)準(zhǔn)恒流放電條件(5A,10ms),靜電放電條件(25kV,500pF,500Ω),恒流安全試驗條件(1.5A及以下,300s);根據(jù)上述四種試驗條件,分別對SCB的器件模型進(jìn)行了仿真模擬,仿真結(jié)果與SCB實(shí)際測試結(jié)果基本吻合,由此證明了模型的精確性和仿真的可行性。(2)以SCB電路模型為基礎(chǔ),以電容放電、恒流激勵、靜電和射頻四種測試環(huán)境研究了兩種分立型防護(hù)結(jié)構(gòu)(MOS管電阻混聯(lián)結(jié)構(gòu)和瞬態(tài)抑制二極管)的電磁防護(hù)效果和對SCB發(fā)火性能的影響規(guī)律。根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行了選型設(shè)計,仿真表明MOS管電阻混聯(lián)結(jié)構(gòu)中的D型防護(hù)結(jié)構(gòu)和P6SMB15CA型瞬態(tài)抑制二極管適用于集成防護(hù)電路。(3)根據(jù)兩種分立型防護(hù)結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果,進(jìn)行了集成防護(hù)電路的設(shè)計,并研究了集成防護(hù)電路對SCB發(fā)火性能的影響規(guī)律和靜電射頻防護(hù)效果。電容發(fā)火激勵和恒流發(fā)火激勵表明集成防護(hù)電路對SCB的發(fā)火性能影響較小,仿真結(jié)果表明集成防護(hù)電路具有較強(qiáng)的靜電防護(hù)能力,通過SCB的最大電流從50A降至22A,將加載在SCB的靜電能量從0.312mJ降至0.136mJ,可以有效增強(qiáng)SCB的射頻防護(hù)能力,能夠阻止0.8A及以下的恒流電流通過SCB。(4)根據(jù)理論模擬結(jié)果,對集成防護(hù)電路進(jìn)行了設(shè)計和加工,首先測試了集成防護(hù)電路的電性能,測試結(jié)果表明電路滿足設(shè)計要求。對SCB在標(biāo)準(zhǔn)電容放電條件(22μF,16V)和標(biāo)準(zhǔn)恒流放電條件(5A,10ms)的發(fā)火性能進(jìn)行了測試,結(jié)果表明集成防護(hù)電路對SCB的發(fā)火性能影響較小,爆發(fā)時間有所延遲,發(fā)火時間和爆發(fā)能量無顯著性差異。(5)在500pF,500Ω的靜電放電條件下,集成防護(hù)電路大大地提高SCB的靜電防護(hù)能力,集成防護(hù)電路防護(hù)后的SCB臨界不損壞的靜電放電電壓從12kV提高至25kV。(6)在恒流激勵的條件下,集成防護(hù)電路能大大提高SCB的恒流安全性能,SCB的臨界不發(fā)火電流由防護(hù)前的0.9A提高到1.4A,進(jìn)一步在集成防護(hù)電路上增加散熱片后,SCB的臨界不發(fā)火電流可達(dá)1.5A。
【圖文】：

ＳＣＢ芯片是由微電子制造工藝制成的，在硅片上沉積多種材料形成的，在特定的電能輸逡逑入下能迅速氣化形成等離子體，，從而引發(fā)火工藥劑作用。典型Ｎ型摻雜ＳＣＢ芯片的基逡逑本結(jié)構(gòu)如圖１．１所示，主要由硅襯底、二氧化硅層、多晶硅層及電極層組成。多晶硅橋逡逑呈“Ｈ？？型，即俯視圖中灰色區(qū)域，其尺寸為１００ｐｍ邋（Ｌ）邋ｘ４（％ｍ邋（Ｗ）邋ｘ２Ｍｍ邋（Ｔ），寬度逡逑由摻雜區(qū)的形狀來決定，厚度由多晶硅的高度來決定，長度由電極層決定［１２（Ｗ２］。典型逡逑ＳＣＢ芯片的電阻一般為１Ｄ，既可以滿足火工品發(fā)火需要也可以有效防止靜電放電的影逡逑響，為得到理想的阻值，多晶硅橋中磷原子的摻雜濃度一般為ｌ0２Ｇｃｎｒ３［２３］。逡逑橋區(qū)逡逑．邐Ａ＂逡逑５逡逑｜邋ｒ＿ｒ＿＿＿Ｔ－＿邐邐逡逑Ｌ逡逑Ｉ邋邐邋邐—Ｉ一￣邋電極逡逑？ｐｉ—＾—多晶硅逡逑Ｔ邐—二氧化硅逡逑待＿邋—桂基底逡逑圖１．１邋ＳＣＢ芯片基本結(jié)構(gòu)逡逑１．２．２邐ＳＣＢ電磁防護(hù)器件國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑在對火工品進(jìn)行電磁防護(hù)的方式上，世界上研究者們普遍地使用電磁防護(hù)器件對火逡逑工品進(jìn)行有效的靜電射頻防護(hù)。１９５８年，ＡｐｓｔｅｉｎＭ等人［２４］發(fā)現(xiàn)在橋絲式火工品中使用逡逑鐵氧體材料可以加強(qiáng)火工品的射頻防護(hù)能力。高頻狀態(tài)下，鐵氧體材料可以有效的吸收逡逑和減弱電磁波能量；低頻狀態(tài)下

邐ＳＣＢ火丁品電磁防護(hù)集成研宄逡逑通過，保證火工品的正常發(fā)火。其中結(jié)構(gòu)如圖１．２所示，１８為電阻元件，７為腳線，５逡逑為外殼，５，邋１８與７形成通電電回路。１０為鐵氧體材料，１０與７直接接觸無絕緣，設(shè)計逡逑中，７可做成螺旋狀，既可以增加與鐵氧體材料的接觸面積也可以有效阻止雜散電流的逡逑通過。逡逑－邋￣逡逑１逡逑；，：：：：＿＿：：；＿

本文編號：2629348