[实用新型]一种复合自加热反射层聚能的半导体点火桥

说明书

技术领域

本发明属于电火工品的基础部件的领域，涉及一种半导体点火桥，具体是一种复合自加热反射层聚能的半导体点火桥。

背景技术

电火工品是将电能转换为引发含能材料燃烧、爆炸和做功起始能量的装置，在武器装备、空天发射、微纳卫星姿态调控、爆破和汽车安全气囊等领域广泛应用，其微纳化制造并一体化集成是现代装备制造领域与国防科技中轻量化、小型化、灵巧化不可回避的任务。MEMS发火器件既兼有MEMS小尺寸、可大规模制造、低成本、高功能集成的优势，又可极大减少火工品中敏感发火药剂用量，进而降低制造火工品的危险和对环境的污染，因此是发火火工品工业开发、科学研究的热点之一。

半导体点火桥是目前应用最广泛的MEMS(微机电系统)电发火火工品之一。原因在于：（1）半导体是微器件的主要原材料，因此半导体点火桥与微制造工艺具有无缝的兼容性；（2）半导体不同于金属电阻材料具有负电阻系数，当半导体中有电流通过时，电阻随着电热的累积而逐渐降低，导致电流密度快速增大，电热换能效率急剧增加；同时随着电热的累积，固态的半导体点火桥迅速汽化形成高温等离子体，这些等离子体高速扩散到与其相邻的烟火剂或猛炸药中，热量传递极快。因此，半导体点火桥具有远高于传统电桥丝的换能效率和传热速率，可实现高速发火和低能点火；（3）由于（2）的原因，极少量的半导体即可以实现大体积电桥丝传递的热量，因此半导体点火桥体积很小，约为电桥丝的1/30，满足发火器件微小型要求。

然而半导体点火桥一直存在发火输出不足问题，输出能量甚至低于输入能量，点火可靠性受到严重影响，为此提高半导体点火桥输出成为半导体点火桥的主要改进方向。Benson等在美国专利（专利号US4976200）中介绍了采用钨单层复合半导体点火桥，Bernardo则在美国专利（专利号US6133146）进一步提出采用钨、钛双金属复合半导体点火桥，这些金属复合措施可以改善半导体点火桥的点火输出，但是因为金属本身并不发生化学反应提供额外能量，故对半导体点火桥发火输出改善效果并不显著。因此中国专利（专利号CN203572337U、CN203572338U）、欧洲专利（专利号EP1315941B1、EP1798512B1）、美国专利（专利号US6772692、US6810815B2、US6925938、US7748323、US20060081146）和文献“Improving reliability of SCB initiators based on Al Ni multilayer nanofilms”、“Characterization of Al-CuO nanoenergetic multilayer films integrated with semiconductor bridge for initiator applications”、“Energetic semiconductor bridge device incorporating Al MoOx multilayer nanofilms and negative temperature coefficient thermistor chip”、“基于Al／MoOx纳米复合薄膜的含能半导体桥研究”中采用亚稳金属间化合物或铝热剂体系等会发生化合反应释放额外能量的纳米含能体系作为半导体点火桥的复合物，显著改善了半导体点火桥的发火输出。然而复合纳米含能薄膜增加了半导体点火桥点火器件制备环节，提高了生产成本；同时纳米尺度下上述亚稳含能薄膜反应活性急剧增加，不利于安全生产；另外制备纳米含能薄膜时总容易存在空洞、晶格错乱等薄膜工艺常见缺陷，纳米含能体系组分间及纳米含能体系与半导体点火桥间受热膨胀系数存在差异，制备的复合半导体点火桥平整性差、均匀性低，导致薄膜厚度不可控，在接入电流发火时容易造成薄处先点火等意外发火现象。为此，采取其他措施改善半导体点火桥发火输出的探索一直未曾停止。