CN202470918U

CN202470918U - 电磁加固半导体桥雷管

Info

Publication number: CN202470918U
Application number: CN2012200551886U
Authority: CN
Inventors: 秦志春; 司马博羽
Original assignee: Individual
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2022-02-20

Abstract

本实用新型公开了一种电磁加固半导体桥雷管，用于瞬发和延期结构中，包括火雷管、半导体桥组件、塑料电极塞、两根脚线，半导体桥组件焊接在塑料电极塞的两根脚线上形成一体，将半导体桥组件设置在火雷管内，或者半导体桥组件焊接在电子延期体一端上，该电子延期体一端上焊接塑料电极塞的两根脚线上形成一体，将半导体桥组件、电子延期体设置在火雷管内。本实用新型电磁加固半导体桥雷管中，承载半导体桥芯片的印制电路板一面的半导体芯片和输入电源的连接电极由原来的直角L形改成圆弧L形，电场密度变化减小有利于提高防静电安全，印电路制板另一面增添了雷管脚线—管壳间泄放通道，就能可靠地泄放半导体桥雷管脚—壳之间的静电。

Description

电磁加固半导体桥雷管

技术领域

本实用新型属于工业电雷管，特别是一种用半导体桥芯片为点火元件的电子延期工业雷管。

背景技术

工业电雷管是矿山和工程爆破中引爆炸药的重要爆破器材，电雷管中常用灼热桥丝式为换能起爆点火元件。桥丝是一根焊在两条脚线上的金属电阻丝，当电流通过时，桥丝发热，并且热包裹在桥丝周围的点火药，当桥丝的温度达到点火药的着火点后，点火药发火并引爆雷管中的炸药。桥丝式电雷管在使用时存在明显的缺点，主要问题是容易受到电磁干扰，静电，杂散电流的影响产生性能改变或意外发火。而现阶段电磁环境越来越复杂且输出强度增加，在电雷管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，对电雷管造成危害。静电也总是存在于雷管生产和运输等使用等环节中，静电具有高电压，低能量的特点，静电的能量或其电极塞的两电极之间形成强大的电场都可能会使电雷管意外发火。为了解决这些问题，通常会在桥丝式电雷管上采取一些保护措施，如加低通滤波器等措施对电磁波进行防护，或设计静电泄放空气隙、采用非线性电阻材料制成的插塞等措施对静电进行防护，但都会增加结构的复杂性。

采用新技术的点火换能元件来提高电雷管安全性是发展的趋势。用半导体桥芯片作为发火元件是一种新的火工品技术，具有作用迅速，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；CN 201852529U《电子延期半导体桥雷管》中权利要求所述电子延期半导体桥雷管中电子延期芯片在延期后的输出电压不低于9V，这不利于减少电子延期芯片的造价；还有CN 201262533Y《半导体电阻桥电极塞》图5中金属电极区有90度角防静电能力受影响。以上这些技术中均采用半导体桥芯片作为发火元件，抗电磁环境危害有了较大的提高，但一是由于通讯技术的发达，带来空间电磁场强度增大且电磁环境越来越复杂，因此对电雷管的抗电磁环境有了更高要求，仅依赖半导体桥芯片自身的防电磁能力已不能满足电磁环境的安全要求；二是工程爆破技术和社会安定迫切需求应用电子延期雷管，而电子雷管特别需求低能半导体桥作为换能点火元件。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种电磁加固的半导体桥雷管，可靠地泄放半导体桥雷管脚—壳之间的静电，能够抵抗电磁波辐射、杂散电流的危害，并提高延期体点火作用的可靠性和延时精度，减少电子延期的制造成本。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种电磁加固半导体桥雷管，包括火雷管、半导体桥组件、塑料电极塞、两根脚线，半导体桥组件焊接在塑料电极塞的两根脚线上形成一体，将半导体桥组件设置在火雷管内，以印刷电路板为载体，在印刷电路板一面上设置有粘接半导体桥芯片的金属中心定位区和两个L形圆弧电极，并与火雷管的传火孔相对，半导体桥芯片分别通过键合硅铝丝或金丝与两个L形圆弧电极连接；该印刷电路板的另一面上设置有两个矩形电极，两根脚线与两个矩形电极、两个L形圆弧电极焊接形成点火回路，两个矩形电极分别与火雷管壳体之间形成静电泄放通道，从而构成电磁加固的半导体桥组件。

一种电磁加固半导体桥雷管，包括火雷管、半导体桥组件、塑料电极塞、两根脚线、电子延期体，半导体桥组件焊接在电子延期体一端上，该电子延期体一端上焊接塑料电极塞的两根脚线上形成一体，将半导体桥组件、电子延期体设置在火雷管内，以印刷电路板为载体，在印刷电路板一面上设置有粘接半导体桥芯片的金属中心定位区和两个L形圆弧电极，并与火雷管的传火孔相对，半导体桥芯片分别通过键合硅铝丝或金丝与两个L形圆弧电极连接；该印刷电路板的另一面上设置有两个矩形电极，电子延期体的电源输出端连接两个矩形电极后，穿过金属化过孔连接两个L形圆弧电极形成点火回路，从而构成电磁加固的半导体桥组件。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：（1）电磁加固半导体桥雷管中，承载半导体桥芯片的印制电路板一面的半导体芯片和输入电源的连接电极由原来的直角L形改成圆弧L形，电场密度变化减小有利于提高防静电安全，印电路制板另一面增添了雷管脚线—管壳间泄放通道，就能可靠地泄放半导体桥雷管脚—壳之间的静电。（2）还在电雷管的脚—脚间并联贴片式静电泄放电子元件和负温度系数的热敏电阻，将这两种电子元件焊接上就可以泄放半导体桥雷管脚-脚之间的静电和抵抗电磁波辐射、杂散电流的危害，抵抗了恶劣电磁环境仅依靠半导体桥自身不抵抗的电磁危害。增加了脚—脚的静电泄放的电路，随着电磁危害强度的大由原来仅依赖半导体桥自身的抗电磁危害能力已经不够了，负温度系数的热敏电阻能吸收电磁辐射、杂散电流等电磁危害，起到了电磁兼容的目的。（3）设计的半导体桥与延期体电极的连接方法结构简单，连接可靠。（4）按照本实用新型制成的瞬发半导体桥雷管，抵御电磁危害能力强，静电感度测试时，电容为2000Pf、串联电阻为0Ω，充电电压大于15KV条件下，对电雷管的脚线—管壳放电，电雷管不发火；在电磁辐射和杂散电流下安全。（5）按照本实用新型制成的电子延期半导体桥雷管，抵御电磁危害能力强，电子延期体与半导体桥组件连接简单可靠,电子延期芯片在延期后的输出电压只要不低于6V，半导体桥就能可靠作用点燃火工药剂。半导体桥的全发火能量≤1mJ。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1是根据本实用新型提出的电磁加固半导体桥瞬发雷管的结构图。

图2是根据本实用新型提出的电磁加固半导体桥延期雷管的结构图。

图3是根据本实用新型提出的电磁加固半导体桥电极塞的结构图。

图4是根据本实用新型提出的承载半导体桥芯片的印制电路板一面的电极图。

图5是根据本实用新型提出的承载半导体桥芯片的印制电路板另一面的电极图。

图6是根据本实用新型提出的承载半导体桥芯片的印制电路板另一面的并联电磁兼容电子元件图。

图7是根据本实用新型提出的电子延期体的印制板电路的V形电极与承载半导体桥芯片电磁加固组件平行的结构图。

图8是根据本实用新型提出的电子延期体的印制板电路的V形电极与承载半导体桥芯片电磁加固组件平行的半导体桥芯片的印制电路板一面图。

图9是根据本实用新型提出的电子延期体的印制板电路的V形电极与承载半导体桥垂直的结构图。

图10是根据本实用新型提出的垂直的结构半导体桥芯片的印制电路板一面图。

图11是本实用新型电磁加固的半导体桥安全电流试验曲线图。

图12是未加固的半导体桥安全电流试验曲线图。

具体实施方式

结合图1、图3、图4、图5和图6，本实用新型电磁加固半导体桥雷管在瞬发结构中，包括火雷管1、半导体桥组件2、塑料电极塞3、两根脚线4、5，半导体桥组件2焊接在塑料电极塞3的两根脚线4、5上形成一体，将半导体桥组件2设置在火雷管1内，其特征在于以印刷电路板为载体，在印刷电路板一面2A上设置有粘接半导体桥芯片9的金属中心定位区12和两个L形圆弧电极10、11，并与火雷管1的传火孔相对，半导体桥芯片9分别通过键合硅铝丝或金丝7、8与两个L形圆弧电极10、11连接；该印刷电路板的另一面2B上设置有两个矩形电极14、15，两根脚线4、5与两个矩形电极14、15、两个L形圆弧电极10、11焊接形成点火回路，两个矩形电极14、15分别与火雷管1壳体之间形成静电泄放通道13，从而构成电磁加固的半导体桥组件2。

其中在两个矩形电极14、15之间设置并联贴片式静电泄放元件16，或者并联贴片式负温度系数的热敏电阻17、或者同时设置并联贴片式静电泄放元件16和负温度系数的热敏电阻17。静电泄放元件16可采用如微型泄放电阻、非线性电阻（如压敏电阻）、TVS静电泄放管。脚与脚之间并联泄放电阻，其主要目的是分压及分流能量，使脚-脚间危险通道得到的能量极大的减小，静电荷不易积累，以至于不被静电击穿。负温度系数的热敏电阻17能吸收电磁辐射、杂散电流等电磁危害。半导体桥芯片的电阻为1-6Ω。两个L形圆弧电极10、11以金属中心定位区12为中心对称设置。L形圆弧形不易形成电场强度密集，离雷管壳体距离远，静电安全性得到提高。静电泄放通道13的距离为0.3-0.8mm，静电泄放通道13的一个放电电极为弧形，另一个放电电极为三角形，三角形尖角为30°-60°。尖角能集中静电磁力线，静电击穿可靠有利于实现雷管壳与脚线之间的静电放电。

结合图2、图3、图7、图8、图9和图10，本实用新型电磁加固半导体桥雷管在延期结构中，包括火雷管1、半导体桥组件2、塑料电极塞3、两根脚线4、5、电子延期体6，半导体桥组件2焊接在电子延期体6一端上，该电子延期体6一端上焊接塑料电极塞3的两根脚线4、5上形成一体，将半导体桥组件2、电子延期体6设置在火雷管1内，其特征在于以印刷电路板为载体，在印刷电路板一面2A上设置有粘接半导体桥芯片9的金属中心定位区12和两个L形圆弧电极10、11，并与火雷管1的传火孔相对，半导体桥芯片9分别通过键合硅铝丝或金丝7、8与两个L形圆弧电极10、11连接；该印刷电路板的另一面2B上设置有两个矩形电极14、15，电子延期体6的电源输出端连接两个矩形电极14、15后，穿过金属化过孔连接两个L形圆弧电极10、11形成点火回路，从而构成电磁加固的半导体桥组件2。

其中，半导体桥芯片的电阻为0.8-4Ω，全发火能量小于等于0.3mJ。两个L形圆弧电极10、11以金属中心定位区12为中心对称设置。印制板电路的V形电极与承载半导体桥芯片电磁加固组件的结构设置方式之一见图7，即电子延期体6的一端面留有v形槽，该v形槽两边留有金属过孔的焊盘与半导体桥组件2上的焊盘用金属丝接通，将半导体桥组件2的半导体桥芯片9与电子延期体6的一面平行焊接，在该半导体桥芯片9上包裹火工药剂18。印制板电路的V形电极与承载半导体桥芯片电磁加固组件的结构设置方式之二见图9，即电子延期体6的一端面留有v形槽，在半导体桥组件2两侧设置金属化的槽，槽宽与电子延期体6的印刷板厚度相同，将半导体桥组件2垂直放入电子延期体6的印刷板的v形槽，并用金属丝通过电子延期体6的焊盘焊接。

根据电火工品在射频能量作用下发火电桥上耦合的射频能量产生焦耳热，形成的热量积累造成火工药剂发生缓慢分解，引起电火工品的性能改变或意外发火的事故原因。本实用新型采用了贴片式负温度系数的热敏电阻并联在电路印刷板的电极上感应半导体桥上的温度,在常温时的电阻很大，当发火电桥升温到一定温度时(升温不大于80℃火工药剂无损)，温度敏感元件感应到温度后电阻迅速变小，射频形成的电流由热敏电阻吸收由此分流，因此电火工品上的热量始终不会形成积累，不会产生半导体桥和火工药剂性能改变或意外发火的事故。而在正常点火条件下热敏电阻的阻值大大与半导体桥的电阻，于是对半导体桥雷管发火性能不产生影响。

低能半导体桥是配合电子延期体延期后的驱动电路的需求而设计的，只要对半导体桥芯片的掺杂浓度和半导体桥的质量和形状优化设计就能实现半导体桥芯片的全发火能量≤0.4mJ。

通过对未进行电磁加固的半导体桥和加了电磁加固的半导体桥安全试验结果可以证明，加固后半导体桥安全性的到了较大的提高，具体见图11和图12。从图11中可知，加固后的半导体桥通1A5hour恒流电试验，半导体桥不发火，从曲线可以表明通电后1秒钟内热敏电阻就吸收了电路中约40-50%的电流。从图12可知，对未进行电磁加固的半导体桥通800mA的恒流半导体桥在30秒内就发火，半导体桥的安全指标降低了。

Claims

1.一种电磁加固半导体桥雷管，包括火雷管（1）、半导体桥组件（2）、塑料电极塞（3）、两根脚线（4、5），半导体桥组件（2）焊接在塑料电极塞（3）的两根脚线（4、5）上形成一体，将半导体桥组件（2）设置在火雷管（1）内，其特征在于以印刷电路板为载体，在印刷电路板一面（2A）上设置有粘接半导体桥芯片（9）的金属中心定位区（12）和两个L形圆弧电极（10、11），并与火雷管（1）的传火孔相对，半导体桥芯片（9）分别通过键合硅铝丝或金丝（7、8）与两个L形圆弧电极（10、11）连接；该印刷电路板的另一面（2B）上设置有两个矩形电极（14、15），两根脚线（4、5）与两个矩形电极（14、15）、两个L形圆弧电极（10、11）焊接形成点火回路，两个矩形电极（14、15）分别与火雷管（1）壳体之间形成静电泄放通道（13），从而构成电磁加固的半导体桥组件（2）。

2.根据权利要求1所述的电磁加固半导体桥雷管，其特征在于在两个矩形电极（14、15）之间设置并联贴片式静电泄放元件（16），或者并联贴片式负温度系数的热敏电阻（17）、或者同时设置并联贴片式静电泄放元件（16）和负温度系数的热敏电阻（17）。

3.根据权利要求1所述的电磁加固半导体桥雷管，其特征在于半导体桥芯片的电阻为1-6Ω。

4.根据权利要求1所述的电磁加固半导体桥雷管，其特征在于两个L形圆弧电极（10、11）以金属中心定位区（12）为中心对称设置。

5.根据权利要求1所述的电磁加固半导体桥雷管，其特征在于静电泄放通道（13）的距离为0.3-0.8mm，静电泄放通道（13）的一个放电电极为弧形，另一个放电电极为三角形，三角形尖角为30°-60°。

6.一种电磁加固半导体桥雷管，包括火雷管（1）、半导体桥组件（2）、塑料电极塞（3）、两根脚线（4、5）、电子延期体（6），半导体桥组件（2）焊接在电子延期体（6）一端上，该电子延期体（6）一端上焊接塑料电极塞（3）的两根脚线（4、5）上形成一体，将半导体桥组件（2）、电子延期体（6）设置在火雷管（1）内，其特征在于以印刷电路板为载体，在印刷电路板一面（2A）上设置有粘接半导体桥芯片（9）的金属中心定位区（12）和两个L形圆弧电极（10、11），并与火雷管（1）的传火孔相对，半导体桥芯片（9）分别通过键合硅铝丝或金丝（7、8）与两个L形圆弧电极（10、11）连接；该印刷电路板的另一面（2B）上设置有两个矩形电极（14、15），电子延期体（6）的电源输出端连接两个矩形电极（14、15）后，穿过金属化过孔连接两个L形圆弧电极（10、11）形成点火回路，从而构成电磁加固的半导体桥组件（2）。

7.根据权利要求6所述的电磁加固半导体桥雷管，其特征在于半导体桥芯片的电阻为0.8-4Ω，全发火能量小于等于0.3mJ。

8.根据权利要求6所述的电磁加固半导体桥雷管，其特征在于电子延期体（6）的一端面留有v形槽，该v形槽两边留有金属过孔的焊盘与半导体桥组件（2）上的焊盘用金属丝接通，将半导体桥组件（2）的半导体桥芯片（9）与电子延期体（6）的一面平行焊接，在该半导体桥芯片（9）上包裹火工药剂（18）。

9.根据权利要求6所述的电磁加固半导体桥雷管，其特征在于电子延期体（6）的一端面留有v形槽，在半导体桥组件（2）两侧设置金属化的槽，槽宽与电子延期体（6）的印刷板厚度相同，将半导体桥组件（2）垂直放入电子延期体（6）的印刷板的v形槽，并用金属丝通过电子延期体（6）的焊盘焊接。