[发明专利]一种热反馈机制换能元芯片的设计方法

说明书

本发明公开了一种热反馈机制换能元芯片的设计方法，至少包括以下步骤：步骤S1：制备衬底层；步骤S2：在衬底层上形成绝缘层；步骤S3：在绝缘层上设置换能元以及至少一个热敏电阻；步骤S4：换能元和热敏电阻之间形成并联电连接；步骤S5：单片集成为无极性的两端器件；其中，所述热敏电阻为热耦合式阻态开关，用于根据其感应温度呈现为高阻态或者低阻态，其高阻态阻值远大于所述换能元的阻值。采用本发明技术方案，通过单片集成的热敏电阻消除换能元芯片热累积，大大简化了火工品系统的复杂度，提高系统可靠性。

技术领域

本发明涉及电子换能元件技术领域，尤其涉及一种热反馈机制换能元芯片的设计方法。

背景技术

火工品是传火传爆序列中一次性作用的首发元件，决定着武器系统和民爆器材的最终效能。现代武器、弹药等爆炸装置所处的电磁环境日益复杂和恶化，装置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，导致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。在电磁能量较小的情况下，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，如火工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。在电磁能量积累到一定程度，又会造成火工品的意外发火起爆，威胁武器和人员安全。因此，对于其安全性，一般要求达到1A1W5min不发火或更高钝感要求，对其可靠性，一般要求其可靠度为0.995-0.9999(置信度0.95)。

为了提高火工品安全性能，申请号为201220055188.6的发明专利公开一种电磁加固半导体桥雷管，以及申请号为2012220512005.9专利公开用于电火工品的表面封装半导体桥换能器件，通过增加温度敏感元件-负温度系数(NTC)热敏电阻，用来分流吸收电磁干扰等杂散能量，达到消除半导体桥芯片热累积损伤的效果。但该类技术存在以下不足：(1)NTC热敏电阻的热常数时间一般在秒(s)级,如日本村田NXFT15XV系列，热常数时间≤3s；风华高科FH-HWF系列，热常数时间≤20s。而半导体桥SCB换能元的作用时间一般在0.5us-12us范围，金属膜桥换能元一般在100us-1000us范围，由换能元(SCB桥或金属桥膜)构成的火工系统一般有作用时间的要求，在毫秒(ms)级,如≯10ms。即采用外置商业级NTC热敏电阻的方案，不能对火工品进行实时保护，仅仅适用于长时间持续加热，如1A1W5min火工品安全电流试验；(2)采用NTC热敏电阻分立器件和半导体桥SCB换能元芯片，在电极塞上并联集成为功能电路，工艺复杂、可靠性降低。

另外，申请号为201710544785.2的发明专利公开一种集成半导体桥换能元件试图解决火工品的安全性和可靠性点火问题。该技术方案包括两个以上的半导体桥；至少有一个半导体桥的电阻值、桥区面积、桥区形状与其他半导体桥不相同；各半导体桥之间串联连接、并联连接或者串并联混合连接。以N个桥的串联为例，“可以设计每个单元桥的电阻值不同，桥的面积不同，利用面积大、电阻大的桥以承担吸收电磁干扰的能量为主要功能，而面积小、电阻小的桥在输入能量作用下迅速气化产生等离子体辐射以点燃火工药剂。”基本的电路原理决定了串联回路中电阻不同，分担的能量不同，然而，该技术方案并不能自动识别和区分是正常的发火信号(发火能量)还是电磁等杂散干扰信号(电磁杂散干扰能量)。因此不能达到“至少有一个半导体桥用于吸收电磁干扰能量，其他半导体桥用于将输入能量转换为等离子体点火能量”。

综上，为了消除半导体桥芯片热累积，现有技术通常采用外接分立NTC热敏电阻，未见有该类集成芯片的技术方案。而现有的集成设计方案中，设计多个不同结构的半导体桥分别用于承担火工品的点火和吸收电磁干扰能量的功能，然而，该技术方案并不能有效区分正常发火信号和电磁干扰信号。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种热反馈机制换能元芯片的设计方法，通过单片集成的热敏电阻消除半导体桥换能元或金属膜桥换能元芯片(以下统称为换能元芯片)热累积，同时对火工品进行实时保护，能够自动分辨正常发火能量和电磁等干扰能量。