安全、解保与发火一体化微组件信号、能量与药剂连接方法技术

本发明专利技术是基于微系统集成技术设计的安全、解保与发火(Safe，Arm?and?Fire)一体化微组件内部信号、能量与药剂的连接方法。本发明专利技术给出了一种安全、解保与发火一体化微组件通过将微电子封装技术与火工元件装药技术相结合的方法，既解决了安全、解保与发火一体化芯片的控制、发火一体化设计问题，又解决了与宏观元件的电连接问题，最重要的是结合注胶装药、压药等方法解决了发火件与击发药传爆药的分离设计与模块化组装问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是核心微组件内部各要素的连接方法，具体地说是基于微系统集成技术设计的安全、解保与发火(Safe,Arm and Fire) 一体化微组件内部信号、能量与药剂的连接方法。
技术介绍
安全、解保(Safe & Arm)组件是中保证发火控制装置正常作用发火和平时勤务处理安全的关键机构。随着功能的逐渐复杂，内部信息处理电路耗能增大，于是减小雷管的能量消耗，发展低能起爆技术成为了必然。目前初级的发火装置正逐步由桥丝雷管向基于半导体桥/金属桥发火件做成的低能雷管发展。半导体桥/金属桥在起爆能量下的作用下输出主要有两种形式,高能条件下起爆输出以等离子体形式为主,低能条件下以热输出为主，热输出条件下要求发火件和击发药、起爆药紧密接触，否则无法形成可靠爆燃向下一级火工品传递。所以目前半导体桥/金属桥火工品往往与击发药、起爆药工作封装在一个壳体内形成半导体桥/金属桥雷管，作为一个标准组件使用。但此类雷管体积较大，同时由于发火电路与半导体桥雷管是通过导线进行板级电路连接后装入，造成电火工品的可靠作用率依然难以保证。随着集成电路技术的发展，已经有专用控制芯片开始使用，半导体桥/金属桥的加工工艺与集成电路加工工艺完全兼容，将微发火件与信号处理及起爆控制电路单片集成可以减少内部的互连线数量，减小电路体积，增加可靠性与抗过载能力，同时降低生产和封装成本。但这对集成了发火件与处理电路的一体化芯片与其他元件的连接方式及在此连接方式下带来的发火件与击发药、起爆药的连接问题提出了巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于微系统集成技术设计的安全、解保与发火(Safe，Arm and Fire) 一体化微组件内部信号、能量与药剂的连接方法。本专利技术的目的是这样实现的安全、解保与发火一体化微组件的组成包括MEMS-CM0S安全、解保与发火一体化芯片、分立起爆电容、起爆控制晶闸管、防泄流二极管、击发药、起爆药柱、飞片、电连接线/插针、连接芯片的PCB电路板、壳体、机械连接螺钉和支柱。核心的连接问题是MEMS-CM0S安全、解保与发火一体化芯片中的微发火件与击发药、起爆药之间的连接关系，以及为了实现这个目的微组件内部处于从属地位的其他连接关系。半导体桥/金属桥微发火件在低能起爆条件下遵循热熔效应，要求击发药与发火件表 面无间隙接触，同时芯片与PCB板的连接方式有限，只有正装与倒装两种方式，另外硅材料较脆，芯片的抗压能力有限。综合考虑以上三方面的连接限制，MEMS-CM0S安全、解保与发火一体化芯片与PCB板的连接方式采用芯片BGA倒装的形式，同时在芯片下发的PCB板上开定位孔，使孔中心正对芯片上发火件的位置，为保证爆燃可靠形成，采用两级起爆药定向传递放大能量的方式来放大发火件的发火效应，并且加入一个带有传爆孔的基板通过PCB板上的定位孔与芯片定位。第一级击发药与发火件紧密接触，第二级起爆药与击发药紧密接触。为保证击发药与发火件紧密接触，同时避免由于击发药过于敏感在压药过程中作用，通过定位孔在发火件表面涂药或通过注胶的方式将击发药覆盖在发火件表面。为保证第二级起爆药的压药密度，预先将起爆药压在一节药管内，将压好药的药管放入基板上的传爆管并压紧，使传爆药与击发药紧密接触。电源、分立起爆电容、起爆控制晶闸管、防泄流二极管等分立元件贴装在另一块PCB板上，两块PCB板通过接线柱贯通焊装连接。为保证两块PCB板之间的机械连接强度与间隙充分，在两块PCB板之间加入支柱以保证两块PCB板的间隙复合工艺需要，同时通过螺钉连接两块PCB板。本专利技术还可以包括这样一些特征I、所述MEMS-CM0S安全、解保与发火一体化芯片与PCB板的连接方式可以采用引线键合方式连接。2、所述微组件PCB板间可以用双绞线穿通方式连接。采用MEMS-CM0S加工工艺制造的核心元件与传统的分立元件、机械结构与PCB电路相比尺寸更小，可靠性提高，加工一致性更好，成本更低。但由于尺寸过小，造成微型元件与传统宏观系统连接困难。用安全、解保与发火一体化微组件通过将微电子封装技术与火工元件装药技术相结合，既解决了安全、解保与发火一体化芯片的控制、发火一体化设计问题，又解决了与宏观元件的电连接问题，最重要的是结合注胶装药、压药等方法解决了发火件与击发药传爆药的分离设计与模块化组装问题。I、与现有封装工艺兼容，便于批量加工，可降低生产成本；2、连接可靠性高，体积小，可用于小口径弹药；3、实现了发火件与药的分离，与合理的安全系统相结合，可以大大提高安全性。本专利技术产品适用于采用MEMS、CMOS工艺加工的安全系统、发火件与专用芯片的信号与能量连接问题。附图说明图I、芯片BGA连接三维示意图图2、发火件与击发药、起爆药连接图图3、BGA连接方式下发火件与击发药、起爆药连接剖面图图4、一体化微组件电连接与药连接关系图图5、另一种芯片引线键合连接三维示意图图6、引线键合方式下发火件与击发药、起爆药连接剖面图具体实施方案下面结合附图举例对本专利技术做更详细的描述结合图1，本专利技术的芯片连接实施方案的组成包括安全、解保与发火一体化芯片(1)、BGA焊球(2)、PCB电路板(3)、PCB板上的焊盘(4)、定位孔(5)和螺钉孔出)。安全解保与发火一体化芯片(I)电路层面对PCB电路板(3)上表面，定位后SAF芯片的焊盘与PCB电路板(3)上对应的焊盘(4)正对，在焊盘之间加入BGA焊球(2)，通过热回流焊的方式使焊球(3)分别与两侧焊盘焊装连接。焊装之后的芯片中的微发火件与PCB板(3)上的定位孔(5)的中心正对。结合图2、3，本专利技术的药连接方式的实施方案的组成在前述电连接方案组成的基、础上加入了金属基板(7)、起爆药管(8)、击发药与起爆药(9)。具体的实施方式是，将击发药(9)通过注胶装药或涂药的方式，通过定位孔(5)滴注或涂覆至SAF芯片(I)上的发火件表面，将起爆药(9)通过压药的方式压入起爆药管(8)中，满足起爆药压药密度的要求，金属基板(7)上表面通过铣削方法加工出与PCB板(3)上的定位孔(5)形状一致的凸台，将凸台装入定位孔(5)并使金属基板(7)上表面与PCB板(3)下表面粘接，将组装好的药管通过基板(7)上凸台中间的起爆药管安装孔装入，并使起爆药表面与击发药表面紧密接触实现药与起爆件的连接。结合图4，本专利技术中SAF芯片(5)通过PCB板(3)、接线柱(10)和上层PCB板(11)与其他外接元件及电源相连。结合图5、6，本专利技术中另一种电连接与药连接的实现方式的具体实施方式的组成包括安全、解保与发火一体化芯片(201)、焊球(202)、引线(203)、PCB板(204)、PCB板上的焊盘(205)和螺钉孔(206)。安全解保与发火一体化芯片(201)电路层与PCB电路板(204)上表面同向放置，定位后SAF芯片(201)的焊盘与PCB电路板(204)上对应的焊盘(205)通过球焊的方式引线键合，使SAF芯片(201)上的焊点与PCB板(204)上的焊盘(205)导通。药连接方式与前一种实现方式相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种安全、解保与发火一体化微组件内部信号、能量与药剂的连接方法，其连接方法是:MEMS-CMOS安全、解保与发火一体化芯片与PCB板的连接方式采用芯片BGA倒装的形式，同时在芯片下发的PCB板上开定位孔，使孔中心正对芯片上发火件的位置，通过定位孔在发火件表面涂药或通过注胶的方式将击发药覆盖在发火件表面。加入一个带有传爆孔的基板通过PCB板上的定位孔与芯片定位。预先将起爆药压在一节药管内，将压好药的药管放入基板上的传爆管并压紧，使传爆药与击发药紧密接触。电源、分立起爆电容、起爆控制晶闸管、防泄流二极管等分立元件贴装在另一块PCB板上，两块PCB板通过接线柱贯通焊装连接。2.根据权利要求I所述的信号连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵越，娄文忠，宋荣昌，
申请(专利权)人：赵越，娄文忠，宋荣昌，
类型：发明
国别省市：