CN108592707B - 一种微机电智能安全起爆装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微机电智能安全起爆装置及其制备方法，包括起爆系统和封装壳体，所述封装壳体包覆在起爆系统外侧，对其进行封装，所述起爆系统包括微起爆芯片组件、微安保组件、始发药和插针，所述微爆炸芯片组件与所述微安保组件通过插针进行连接，形成电信号通道，所述微起爆芯片组件设置在所述微安保组件的下方，所述微起爆芯片组件的背面安装有始发药。该装置采用基于原位微装药技术的微起爆传爆序列、基于MEMS技术的微安保芯片，采用了超薄扁平化芯片嵌入设计的技术，具有微型化，智能化，抗过载，抗电磁干扰的特征。
Description
技术领域
本发明涉及火工品技术领域，具体涉及一种微机电智能安全起爆装置及其制备方法。
背景技术
微型机械电子系统(MEMS，Micro-electro-mechanical systems)是机械结构和电子设备在微米量级的集成化系统，通过机、电、热、光等多物理场器件组合，不但能感知和处理信息，还能通过机械机构的动作对系统进行控制，同时使系统结构体积缩小，重量降低，非常适合爆破产品的大批量生产及一次性应用。目前常用的起爆系统主要采用精密机械加工的方式进行制造，加工难度、装配难度较大，体积庞大，不利于系统的抗过载设计，不便于大规生产，且与智能化的控制系统集成度相对困难。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微机电智能安全起爆装置及其制备方法，该装置采用基于原位微装药技术的微起爆传爆序列、基于MEMS技术的微安保芯片，采用超薄扁平化芯片嵌入设计的技术，具有微型化，智能化，抗过载，抗电磁干扰的特征。
为了达到上述技术效果，本发明公开了一种微机电智能安全起爆装置，包括起爆系统和封装壳体，所述封装壳体包覆在起爆系统外侧，对其进行封装，所述起爆系统包括微起爆芯片组件、微安保组件、始发药和插针，所述微起爆芯片组件与所述微安保组件通过插针进行连接，形成电信号通道，所述微起爆芯片组件设置在所述微安保组件的下方，所述微起爆芯片组件的背面安装有始发药。
进一步的，所述微起爆芯片组件包括发火电路板、微起爆芯片和原位微装药，所述发火电路板的中心留有通孔，用于填装原位微装药，所述通孔底面通过微起爆芯片贴装封堵，所述原位微装药下表面与所述微起爆芯片接触，所述发火电路板的底面还安装有起爆电路元件。
进一步的，所述微安保组件包括微安保芯片和微安保芯片基底转接板，所述微安保芯片与所述微安保芯片基底转接板通过球状引脚栅格阵列封装技术贴装，形成微安保组件，所述微安保芯片中心设置有传爆通道孔，所述传爆通道孔上方与所述微安保芯片基底转接板中心孔正对，所述传爆通道孔下方与所述微起爆芯片组件的中心正对，所述传爆通道孔上设置有传爆通道能量门。
进一步的，所述传爆通道能量门大于所述传爆通道孔的直径。
进一步的，所述始发药安装在所述微安保芯片基底转接板背面，形成微传爆序列。
进一步的，所述封装壳体包括封装壳和封装基座，所述封装壳安装在始发药的一侧，所述封装基座安装在微起爆芯片组件的一侧。
进一步的，在所述微起爆芯片组件与所述封装壳体的空腔部分灌注有环氧胶。
本发明还公开了一种微机电智能安全起爆装置的制备方法，包括以下步骤：以发火电路板为基底，完成起爆电路元件、微起爆芯片以及插针的装配焊接，形成微起爆芯片组件，在微起爆芯片组件上涂覆高分子保护膜，待高分子保护膜成型稳定后，向发火电路板的装药孔内填充原位微装药；采用MEMS工艺完成微安保芯片的制备，可解保可复位，微安保芯片与微安保芯片基底转接板之间采用球状引脚栅格阵列封装技术的方式进行封装集成，将完成封装集成微安保组件与微起爆芯片组件通过插针焊接固定，并在基底转接板的背面安置上始发药，完成微传爆序列的组装；通过封装壳体完成起爆装置的总体集成封装，在发火电路板后的空腔部分灌注上环氧树脂胶，完成微起爆装置的总体封装。
进一步的，所述微安保芯片基底转接板采用双面铝基板工艺进行制造。
进一步的，所述微安保芯片采用硅过孔工艺在背面形成焊盘，所述微安保芯片通过焊盘与所述微安保芯片基底转接板通过BGA的方式贴装。
本申请中，球状引脚栅格阵列封装技术可以缩写为BGA。
下面对本发明进行进一步的解释和说明，首先，以填充微装药前驱体的微起爆芯片组件为基底，并将微起爆组件通过涂覆环氧高聚物进行保护，而后置于特定反应气氛中完成微起爆芯片的原位合成；微安保芯片通过MEMS技术制造，可解保可复位，微安保芯片可有效驱动厚度不低于200微米的传爆通道金属能量门，驱动电压不高于20V，状态切换总体响应时间不大于2s。微安保芯片与微安保芯片基底转接板采用BGA工艺封装，微安保芯片基底转接板采用双面铝基板工艺进行制造，微安保芯片基底转接板与微起爆芯片电路通过插针插接，并在微安保芯片基底转接板背面焊接固定。整个微型智能安全起爆系统，通过微机电(MEMS)技术完成了微起爆芯片的原位合成，实现了微传爆通道的3D封装集成，在微传爆序列内实现了微型安保芯片的嵌入集成。由于采用了MEMS技术，具备大批量生产，低成本，质量一致性高的特点，可形成模块化、通用化的系列产品。
本发明具有如下有益效果：首先，采用前驱体微装药技术原位合成微起爆芯片，通过与微安保芯片、始发药等的封装集成，得到在低起爆能条件下，较为安全的微型起爆传爆序列；采用MEMS工艺集成微安保芯片，超薄芯片嵌入式集成在传爆序列上，形成能量控制通道，可以有效对抗电磁干扰，装置整体采用3D封装的方法，完成了微起爆芯片与微安保芯片的总体集成；该系统通过与特定环境传感器的集成，可以满足不同环境要求的载具对于起爆系统的需求，生产成本低，工艺一致性高，具有较好的模块化、通用化的技术特征，该装置采用基于原位微装药技术的微起爆传爆序列、基于MEMS技术的安保芯片，采用了超薄扁平化芯片嵌入设计的技术，具有微型化，智能化，抗过载，抗电磁干扰的特征。
附图说明
图1是本发明起爆装置中的微安保芯片基底转接板的结构示意图；
图2是本发明起爆装置中的微起爆芯片组件的结构示意图；
图3是本发明起爆装置中的微安保组件的结构示意图；
图4是本发明起爆装置的整体结构示意图；
图5是本发明起爆装置的总体封装集成结构示意图；
图中，1-微起爆芯片，2-起爆电路元件，3-原位微装药，4-插针，5-传爆通道能量门，6-微安保芯片，7-发火电路板，8-微安保芯片基底转接板，9-始发药,10-灌封环氧胶，11-封装基座，12-封装壳，13-传爆通道孔。
具体实施方式
实施例1
本发明一具体实施例提供了一种微机电智能安全起爆装置，如图5所示，该装置包括起爆系统和封装壳体，所述封装壳体包覆在起爆系统外侧，对其进行封装；如图4所示，所述起爆系统包括微起爆芯片组件、微安保组件、始发药和插针，所述微起爆芯片组件与所述微安保组件通过插针4进行连接，形成电信号通道，所述微起爆芯片组件设置在所述微安保组件的下方，所述微起爆芯片组件的背面安装有始发药9。
图2为微起爆芯片组件的结构示意图，所述微起爆芯片组件包括发火电路板7、微起爆芯片1和原位微装药3，所述发火电路板7的中心留有通孔，用于填装原位微装药3，所述通孔底面通过微起爆芯片1贴装封堵，所述原位微装药3下表面与所述微起爆芯片1接触，所述发火电路板7的底面还安装有起爆电路元件2。
图3为微安保芯片组件的结构示意图，所述微安保组件包括微安保芯片6和微安保芯片基底转接板8，其中微安保芯片基地转接板的结构示意图如图1所示。所述微安保芯片6与所述微安保芯片基底转接板8通过球状引脚栅格阵列封装技术贴装，形成微安保组件，微安保芯片基底转接板8通过插针4与发火电路板7焊接形成堆叠位置固定关系，并形成电信号通路。所述微安保芯片6中心设置有传爆通道孔13，所述传爆通道孔13上方与所述微安保芯片基底转接板8中心孔正对，所述传爆通道孔13下方与所述微起爆芯片组件中的原位微装药正对，其中传爆通道孔的直径与原位微装药的直径大小相同，所述传爆通道孔13上设置有传爆通道能量门5，其中传爆通道能量门5的通孔直径大于所述传爆通道孔13的直径。所述始发药9安装在所述微安保芯片基底转接板8背面，形成微传爆序列。
封装壳体包括封装壳12和封装基座11，所述封装壳12安装在靠近始发药9的一侧，所述封装基座11安装在微起爆芯片组件的一侧，在微起爆芯片组件与所述封装壳体的空腔部分灌注有环氧胶10。
实施例2
本发明还提供了一种微机电智能安全起爆装置的制备方法，包括以下步骤：以发火电路板为基底，完成起爆电路元件、微起爆芯片以及插针的装配焊接，形成微起爆芯片组件，在微起爆芯片组件上涂覆高分子保护膜，待高分子保护膜成型稳定后，向发火电路板的装药孔内填充原位微装药；采用MEMS工艺完成微安保芯片的制备，可解保可复位，微安保芯片与微安保芯片基底转接板之间采用BGA的方式进行封装集成，微安保芯片可有效驱动厚度不低于200微米的传爆通道金属能量门，驱动电压不高于20V，状态切换总体响应时间不大于2s。将完成封装集成的微安保组件与微起爆芯片组件通过插针焊接固定，并在基底转接板的背面安置上始发药，完成微传爆序列的组装；通过封装壳体完成起爆装置的总体集成封装，在发火电路板后的空腔部分灌注上环氧树脂胶，完成微起爆装置的总体封装。其中所述微安保芯片基底转接板采用双面铝基板工艺进行制造，所述微安保芯片采用硅过孔工艺在背面形成焊盘，所述微安保芯片通过焊盘与所述微安保芯片基底转接板通过BGA的方式贴装。
Claims (8)
1.一种微机电智能安全起爆装置，其特征在于，包括起爆系统和封装壳体，所述封装壳体包覆在起爆系统外侧，对其进行封装，所述起爆系统包括微起爆芯片组件、微安保组件、始发药和插针，所述微起爆芯片组件与所述微安保组件通过插针进行连接，形成电信号通道，所述微起爆芯片组件设置在所述微安保组件的下方，所述微起爆芯片组件的背面安装有始发药；
所述微起爆芯片组件包括发火电路板、微起爆芯片和原位微装药，所述发火电路板的中心留有通孔，用于填装原位微装药，所述通孔底面通过微起爆芯片贴装封堵，所述原位微装药下表面与所述微起爆芯片接触，所述发火电路板的底面还安装有起爆电路元件；
所述微安保组件包括微安保芯片和微安保芯片基底转接板，所述微安保芯片与所述微安保芯片基底转接板通过球状引脚栅格阵列封装技术贴装，形成微安保组件，所述微安保芯片中心设置有传爆通道孔，所述传爆通道孔上方与所述微安保芯片基底转接板中心孔正对，所述传爆通道孔下方与所述微起爆芯片组件的中心正对，所述传爆通道孔上设置有传爆通道能量门。
2.根据权利要求1所述的微机电智能安全起爆装置，其特征在于，所述传爆通道能量门通孔直径大于所述传爆通道孔的直径。
3.根据权利要求1所述的微机电智能安全起爆装置，其特征在于，所述始发药安装在所述微安保芯片基底转接板背面，形成微传爆序列。
4.根据权利要求1所述的微机电智能安全起爆装置，其特征在于，所述封装壳体包括封装壳和封装基座，所述封装壳安装在始发药的一侧，所述封装基座安装在微起爆芯片组件的一侧。
5.根据权利要求1所述的微机电智能安全起爆装置，其特征在于，在所述微起爆芯片组件与所述封装壳体的空腔部分灌注有环氧胶。
6.一种微机电智能安全起爆装置的制备方法，其特征在于，以发火电路板为基底，完成起爆电路元件、微起爆芯片以及插针的装配焊接，形成微起爆芯片组件，在微起爆芯片组件上涂覆高分子保护膜，待高分子保护膜成型稳定后，向发火电路板的装药孔内填充原位微装药；采用MEMS工艺完成微安保芯片的制备，可解保可复位，微安保芯片与微安保芯片基底转接板之间采用球状引脚栅格阵列封装技术的方式进行封装集成，将完成封装集成微安保组件与微起爆芯片组件通过插针焊接固定，并在基底转接板的背面安置上始发药，完成微传爆序列的组装；通过封装壳体完成起爆装置的总体集成封装，在发火电路板后的空腔部分灌注上环氧树脂胶，完成微起爆装置的总体封装。
7.根据权利要求6所述的微机电智能安全起爆装置的制备方法，其特征在于，所述微安保芯片基底转接板采用双面铝基板工艺进行制造。
8.根据权利要求6所述的微机电智能安全起爆装置的制备方法，其特征在于，所述微安保芯片采用硅过孔工艺在背面形成焊盘，所述微安保芯片通过焊盘与所述微安保芯片基底转接板通过球状引脚栅格阵列封装技术的方式贴装。
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