CN102853724B - 用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件 - Google Patents

用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞，电极塞的脚线电极，印制电路板，印制电路板的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在与电极塞接触的面的焊盘电极上留有若干个用于连接芯片的导电胶的标记盂，在印制电路板上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极孔同时穿过印制电路板两个面的焊盘电极，且与其相连，在印制电路板的中心留有开孔，在印制电路板的与电极塞接触的面安装有半导体桥芯片，开孔对准半导体桥芯片的桥区；本发明在印制电路板中心开孔，采用芯片倒扣的表面组装技术，一道工艺就可靠的完成芯片与印制电路板电极连接；结构简单，焊接强度高，作用可靠，产品合格率高制造成本低。

Description

用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件
技术领域
本发明属于电火工品中的换能元件领域，特别是一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件。
背景技术
电火工品在军用武器点传火系统和民用爆破器材中广泛应用，电火工品常用以灼热桥丝式为换能元件。桥丝是一种正温度系数的金属电阻丝，当电流通过时，桥丝发热，点燃包裹在桥丝周围的火工药剂，从而使火工品实现点火、起爆、做功等功能，桥丝式电火工品存在明显的缺点，主要是需输入能量较大；且作用时间较长、作用时间较分散；还容易受到电磁辐射、静电、杂散电流的影响而造成性能改变或意外发火。现阶段电磁环境越来越复杂且输出强度增强，在电火工品所使用的环境中存在着各种频率和功率的电磁波，电磁波会直接或间接地在桥丝上产生感应电流，对电火工品造成损伤，使其性能钝感或意外发火，造成安全事故；静电具有高电压，低能量的特点，静电的能量常常引起电火工品意外发火。为了解决这些问题，通常会在桥丝式电火工品上采取一些保护措施，如设计低通滤波器等措施对电磁波进行防护，设计静电泄放空气隙或静电泄放元件对静电进行防护，但这些都会增加结构的复杂性。
采用半导体桥作为电火工品的换能元件是一种新技术，是提高电火工品安全性和可靠性的发展趋势。用半导体桥芯片作为发火元件具有作用迅速可靠，安全性好等特点。美国专利5831203公开的半导体桥雷管电阻为50Ω，半导体桥芯片的形状为长方形，安全电流小，安全性需提高。中国专利1749686公开的半导体桥雷管中所用的环氧纤维布基板上的电极层为铜，铜在储存过程中可能被氧化影响作用可靠性；还有CN 201262533Y《半导体电阻桥电极塞》和CN 201220055188.6  《电磁加固半导体雷管》等几项专利中半导体桥芯片与印制电路板的组装最少要经过三步1.芯片装架2、金属丝键合（半导体桥芯片电极与印制电路连接）3，键合点需用胶保护，以上这种方法存在着如下问题：
1、连接电路用金属丝键合的方法，存在键合工艺对键合指的质量要求高，易出现键合点虚焊，焊点不牢固造成断路隐患；还存在着机械强度差，火工品在压药过程、运输和高过载作用的过程中会造成键合点损伤，因此对火工品作用的可靠性存在隐患， 
2、现有的半导体桥芯片与印制电路板的电连接方法，费材料（需金属丝）、费能耗（粘芯片和点胶两次高温烘干）、费时、人工费用高；其次由于工序多、工艺复杂在每一道工序过程中均有不合格品产生，因而使得产品合格率低；以上这些因素均是造成产品成本降不来的因素，由于价格贵限制许多中、低端火工品选用性能优良的半导体桥为换能源。
因此提高半导体桥换能元件的可靠性和降低的制造成本是一项迫切需要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仅需一步工艺就能完成芯片与电路板电极可靠的连接，能够有效解决半导体桥换能元件在电磁环境的加固和提高作用的可靠性,并且大幅度降低制造成本的用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞，电极塞的脚线电极，印制电路板，印制电路板与电极塞接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的焊盘电极上留有N个用于连接芯片的导电胶的标记盂，其中，N大于等于三，在印制电路板上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极孔同时穿过印制电路板两个面的焊盘电极，且与两个面的焊盘电极相连，在印制电路板的中心留有开孔，在印制电路板的B面安装有半导体桥芯片，开孔对准半导体桥芯片的桥区。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
1、本发明由于在单元印制电路板中心开孔，对准半导体桥区，采用芯片倒扣的表面组装技术，一道工艺就可靠的完成芯片与印制电路板电极连接；所以结构特别简单，改变了现有技术需要三步工艺才能完成电极组装的工艺，实现了焊接强度牢固可靠，作用可靠，产品合格率高制造成本低的目的。
2、本发明的印制电路板与电极塞接触的面的电极设计有一组尖角，在电磁环境中尖角处电磁场密度强易形成放电通道，印制电路板能精确的控制尖角与管壳之间的距离，因此能有效泄放电火工品的脚-壳之间的静电，不需要增加成本。
3、本发明的印制电路板的另一面电极之间设计有两对焊盘可焊接与半导体桥并联的贴片式静电泄放元件，泄放电火工品脚-脚之间的静电；还有一对焊盘可焊接与半导体桥并联的贴片式负温度系数的热敏电阻，用于起到当射频干扰和杂散电流的进入电火工品引起温度升高时，并联负温度系数的热敏电阻值变小及时分流的作用，避免了半导体桥芯片受到损伤。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明的用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件的电极塞结构示意图。
图2是本发明的用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件的印制电路板A面的电磁加固电路原理图。
图3是本发明的用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件的单元印制电路板的剖面图。
图4是本发明的用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件的单元印制电路板A面的结构示意图。
图5是本发明的用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件的单元印制电路板B面的结构示意图。
图6是本发明的用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件的侧视图。
图7是本发明的用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件的电极塞底端面的扇形金属化层尖齿静电泄放通道示意图。
具体实施方式
结合附图1至附图7：
本发明一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞1，电极塞的脚线电极，印制电路板4，印制电路板4与电极塞1接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板4的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的焊盘电极上留有N个用于连接芯片的导电胶的标记盂，其中，N大于等于三，在印制电路板4上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极孔同时穿过印制电路板4两个面的焊盘电极，且与两个面的焊盘电极相连，在印制电路板4的中心留有开孔5，在印制电路板4的B面安装有半导体桥芯片10，开孔5对准半导体桥芯片10的桥区；半导体桥芯片倒扣组装焊接在印制电路板4的B面，无需通过引线连接，仅用导电胶一步工艺就能准确可靠的实现芯片与电路板的电极连接。
在印制电路板4的A面的两个焊盘电极之间设置贴片式负温度系数热敏电阻8，起到当射频干扰和杂散电流进入电火工品引起温度升高时，并联负温度系数的热敏电阻值变小及时分流的作用，避免了半导体桥芯片受到损伤，或者设置贴片式静电泄放元件9，起到泄放电火工品脚-脚之间的静电的作用，或者同时设置贴片式负温度系数热敏电阻8和贴片式静电泄放元件9。
印制电路板4的B面的两个焊盘电极分别在边沿设计了一组尖角，尖角角度为30°-120°，尖角与印制电路板4的边缘距离为0.25mm-0.8mm；为脚-壳间的泄放静电通道；能有效泄放电火工品的脚-壳之间的静电，不需要增加成本；或者在电极塞1的底部设置有扇形金属化层尖角区域，尖角角度为30°-120°，尖角与壳体的距离为0.25mm-0.8mm；电极塞的脚线电极穿过扇形金属化层尖角区域，并与扇形金属化层尖角区域相连；能有效泄放电火工品脚-壳之间的静电，也不需要增加成本。
实施例1：一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞1，电极塞的脚线电极，印制电路板4，印制电路板4与电极塞1接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板4的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的第三焊盘电极11上留有三个用于连接芯片的导电胶的第三焊盘电极标记盂13，在B面的第四焊盘电极12上留有三个用于连接芯片的导电胶的第四焊盘电极标记盂14，在印制电路板4上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极塞的第一脚线电极2的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和B面的第三焊盘电极11，且与两个焊盘电极相连，电极塞的第二脚线电极3的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第二焊盘电极7和B面的第四焊盘电极12，且与两个焊盘电极相连，在印制电路板4的中心留有开孔5，在印制电路板4的B面安装有半导体桥芯片10，开孔5对准半导体桥芯片10的桥区；在印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和第二焊盘电极7之间设置贴片式负温度系数热敏电阻8，印制电路板4的B面的两个焊盘电极分别在边沿设计了一组尖角，尖角角度30°，尖角与印制电路板4的边缘距离为0.25mm。
实施例2：一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞1，电极塞的脚线电极，印制电路板4，印制电路板4与电极塞1接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板4的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的第三焊盘电极11上留有五个用于连接芯片的第三焊盘电极导电胶的标记盂13，在B面的第四焊盘电极12上留有五个用于连接芯片的导电胶的第四焊盘电极标记盂14，在印制电路板4上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极塞的第一脚线电极2的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和B面的第三焊盘电极11，且与两个焊盘电极相连，电极塞的第二脚线电极3的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第二焊盘电极7和B面的第四焊盘电极12，且与两个焊盘电极相连，在印制电路板4的中心留有开孔5，在印制电路板4的B面安装有半导体桥芯片10，开孔5对准半导体桥芯片10的桥区；在印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和第二焊盘电极7之间设置贴片式静电泄放元件9；印制电路板4的B面的两个焊盘电极分别在边沿设计了一组尖角，尖角角度120°，尖角与印制电路板4的边缘距离为0.5mm。
实施例3：一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞1，电极塞的脚线电极，印制电路板4，印制电路板4与电极塞1接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板4的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的第三焊盘电极11上留有八个用于连接芯片的第三焊盘电极导电胶的标记盂13，在B面的第四焊盘电极12上留有八个用于连接芯片的导电胶的第四焊盘电极标记盂14，在印制电路板4上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极塞的第一脚线电极2的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和B面的第三焊盘电极11，且与两个焊盘电极相连，电极塞的第二脚线电极3的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第二焊盘电极7和B面的第四焊盘电极12，且与两个焊盘电极相连，在印制电路板4的中心留有开孔5，在印制电路板4的B面安装有半导体桥芯片10，开孔5对准半导体桥芯片10的桥区；在印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和第二焊盘电极7之间同时设置贴片式负温度系数热敏电阻8和贴片式静电泄放元件9；印制电路板4的B面的两个焊盘电极分别在边沿设计了一组尖角，尖角角度90°，尖角与印制电路板4的边缘距离为0.8mm。
实施例4：一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞1，电极塞的脚线电极，印制电路板4，印制电路板4与电极塞1接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板4的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的第三焊盘电极11上留有五个用于连接芯片的第三焊盘电极导电胶的标记盂13，在B面的第四焊盘电极12上留有五个用于连接芯片的导电胶的第四焊盘电极标记盂14，在印制电路板4上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极塞的第一脚线电极2的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和B面的第三焊盘电极11，且与两个焊盘电极相连，电极塞的第二脚线电极3的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第二焊盘电极7和B面的第四焊盘电极12，且与两个焊盘电极相连，在印制电路板4的中心留有开孔5，在印制电路板4的B面安装有半导体桥芯片10，开孔5对准半导体桥芯片10的桥区；在印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和第二焊盘电极7之间同时设置贴片式负温度系数热敏电阻8和贴片式静电泄放元件9；电极塞1的底部设置有连个扇形金属化层尖角区域，尖角角度为30°，尖角与壳体的距离为0.25mm；电极塞的第一脚线电极2穿过第一扇形金属化层尖角区域15，并与第一扇形金属化层尖角区域15相连；电极塞的第二脚线电极3穿过第二扇形金属化层尖角区域16，并与第二扇形金属化层尖角区域16相连。
实施例5：一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞1，电极塞的脚线电极，印制电路板4，印制电路板4与电极塞1接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板4的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的第三焊盘电极11上留有五个用于连接芯片的第三焊盘电极导电胶的标记盂13，在B面的第四焊盘电极12上留有五个用于连接芯片的导电胶的第四焊盘电极标记盂14，在印制电路板4上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极塞的第一脚线电极2的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和B面的第三焊盘电极11，且与两个焊盘电极相连，电极塞的第二脚线电极3的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第二焊盘电极7和B面的第四焊盘电极12，且与两个焊盘电极相连，在印制电路板4的中心留有开孔5，在印制电路板4的B面安装有半导体桥芯片10，开孔5对准半导体桥芯片10的桥区；在印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和第二焊盘电极7之间同时设置贴片式负温度系数热敏电阻8和贴片式静电泄放元件9；电极塞1的底部设置有扇形金属化层尖角区域，尖角角度为50°，尖角与壳体的距离为0.4mm；电极塞的第一脚线电极2穿过第一扇形金属化层尖角区域15，并与第一扇形金属化层尖角区域15相连；电极塞的第二脚线电极3穿过第二扇形金属化层尖角区域16，并与第二扇形金属化层尖角区域16相连。
实施例6：一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞1，电极塞的脚线电极，印制电路板4，印制电路板4与电极塞1接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板4的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的第三焊盘电极11上留有五个用于连接芯片的第三焊盘电极导电胶的标记盂13，在B面的第四焊盘电极12上留有五个用于连接芯片的导电胶的第四焊盘电极标记盂14，在印制电路板4上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极塞的第一脚线电极2的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和B面的第三焊盘电极11，且与两个焊盘电极相连，电极塞的第二脚线电极3的电极孔同时穿过印制电路板4的A面的第二焊盘电极7和B面的第四焊盘电极12，且与两个焊盘电极相连，在印制电路板4的中心留有开孔5，在印制电路板4的B面安装有半导体桥芯片10，开孔5对准半导体桥芯片10的桥区；在印制电路板4的A面的第一焊盘电极6和第二焊盘电极7之间同时设置贴片式负温度系数热敏电阻8和贴片式静电泄放元件9；电极塞1的底部设置有扇形金属化层尖角区域，尖角角度为120°，尖角与壳体的距离为0.8mm；电极塞的第一脚线电极2穿过第一扇形金属化层尖角区域15，并与第一扇形金属化层尖角区域15相连；电极塞的第二脚线电极3穿过第二扇形金属化层尖角区域16，并与第二扇形金属化层尖角区域16相连。
本发明最大的改进是设计单元元件印制电路板中心开孔（圆孔或方孔）对准半导体桥区，采用芯片倒扣的表面组装技术，一道工艺就可靠的完成芯片与印制电路板电连接；通过设计印制电路板，如图5所示，在印制电路板4的B面的焊盘图形和点导电胶的标记点，在标记处点导电胶再将半导体桥芯片倒扣在B面的焊盘图形上，进烘箱烘干一步就完成了芯片与印制电路板的组装，改变了现有技术需要三步工艺才能完成组装的工艺，实现了焊接强度牢固可靠，作用可靠，产品合格率高，制造成本低的目的。

Claims (4)

1.一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，包括电极塞（1），电极塞的脚线电极，印制电路板（4），其特征在于，印制电路板（4）与电极塞（1）接触的面为B面，另一面为A面，印制电路板（4）的两个面上分别对称设置两个焊盘电极，在B面的焊盘电极上留有N个用于连接芯片的导电胶的标记盂，其中，N大于等于三，在印制电路板（4）上设置两个用于穿过电极塞的脚线电极的电极孔，电极孔同时穿过印制电路板（4）两个面的焊盘电极，且与两个面的焊盘电极相连，在印制电路板（4）的中心留有开孔（5），在印制电路板（4）的B面安装有半导体桥芯片（10），开孔（5）对准半导体桥芯片（10）的桥区。
2.根据权利要求1所述的一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，其特征在于，在印制电路板（4）的A面的两个焊盘电极之间设置贴片式负温度系数热敏电阻（8），或者设置贴片式静电泄放元件（9），或者同时设置贴片式负温度系数热敏电阻（8）和贴片式静电泄放元件（9）。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，其特征在于，印制电路板（4）的B面的两个焊盘电极分别在边沿设计了一组尖角，尖角角度30°-120°，尖角与印制电路板（4）的边缘距离为0.25mm-0.8mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于电火工品的表面封装半导体桥换能元件，其特征在于，在电极塞（1）的底部设置有扇形金属化层尖角区域，尖角角度为30°-120°，尖角与壳体的距离为0.25mm-0.8mm，电极塞的脚线电极穿过扇形金属化层尖角区域，并与扇形金属化层尖角区域相连。
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