[发明专利]一种单片集成钝感火工品换能元芯片

说明书

本发明涉及一种单片集成钝感火工品换能元芯片，更具体地设计一种将火工品点火换能元件和可控硅结构的保护器件等进行单片集成形成对射频（RF）和静电（ESD）钝感的单片方案。与现有技术相比，本发明的装置具有更好的可靠性、安全性、效能更优异，以及成本更加低廉、产品体积更小的特点。更进一步的，其可以作为一个单元，与更大的芯片系统进行进一步集成。

技术领域：

本发明涉及一种将火工品点火换能元件和可控硅结构的保护器件等进行单片集成，更具体的涉及一种对RF和ESD钝感的单片集成钝感半导体桥换能元芯片及其制备方法。

背景技术：

1968年L.E.Hollander等人公开的美国专利No#3366055披露了半导体桥换能元(SCB：Semiconductor Bridge)火工品。它与传统的桥丝(Bridge-wire)火工品相比，具有高瞬发性、高安全性、高可靠性、低发火能量以及能与数字逻辑电路组合等优点。半导体桥真正引起人们的重视是在20世纪80年代中期，美国山迪亚国家实验室(Sandia NationalLab)的R. W.Bickes等人对其进行了大量的研究、改进和完善，于1987年获得美国专利No#4708060。半导体桥火工品已用于数字化或智能化武器、卫星姿态控制、弹药弹道修正、民用安全气囊和爆破工程等，已成为微型点火和传爆序列芯片研究和应用领域的热点。

随着现代武器、弹药等爆炸装置及系统所处的电磁环境日益复杂和恶化，这些武器、弹药中的电火工品通过引线及耦合作用等接收、拾取的电磁能量，引起意外起爆或性能降低的风险日渐增大，带来的安全性和可靠性隐患。在射频(RF)和静电(ESD)能量较小的情况下，不足以引起火工品发火，但其热累积效应会使火工品的性能恶化，如爆炸药剂发生热分解引起性能变化，从而失去正常工作的可靠性，造成瞎火、发火延迟、钝感等。在电磁干扰能量积累到一定程度，就会造成火工品的意外发火起爆，威胁武器和人员安全。特别是对低发火能量(～1.0mJ)半导体桥SCB火工品，有必要对其进行ESD及RF防护。

1993年、1997年公开的两份美国专利US5179248和US5672841中分别提到用齐纳二极管进行脚—脚之间的射频防护和脚—壳间的静电防护，可以使电压箝位到某一固定值,从而保护脚—脚与脚—壳间不被击穿而发火。齐纳二极管一般用于电路中来防止作用时间短、电压幅度高、瞬态能量大的瞬态干扰能量对火工品的干扰。然而，由于二极管的整流特性，在正向偏置模式下，这种保护会丢失，因此使采用齐纳二极管保护方案的SCB火工品成为了带极性防护的器件，且能量吸收较小，负荷承受能力弱，容易出现过热情况。

B.Martinez-Tovar等人1999年公开的美国专利No#5992326,通过在多晶硅层和电极层之间添加了介电层，首先击穿介电层，以保护SCB点火器件远离静电高压(ESD)冲击的损害。

T.A.Baginski等人1999年公开的美国专利No#5905226设计了一个带有非线性电阻的半导体桥SCB换能元火工品装置，由两段蛇形金属薄膜电阻和中间蝴蝶结形SCB桥火工品电阻串联组成。施加给SCB火工品的电信号,在薄铝层上被转换成欧姆热，在蛇形电阻区域将欧姆热传导到底座中并耗散掉。可以使蝴蝶结区域保持较低的温度,防止SCB火工品因射频而意外发火。但是为了起爆这个火工品,须使用具有足够长周期的发火电流。