CN220507849U - 一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，属于电火工品换能元技术领域，包括印制电路板，灌埋孔A、B，电极孔A、B，侧壁金属化层A、B、C、D、E、F，焊盘A、B、C、D。双层印制电路板的顶层和底层分别居中设置两个灌埋孔，用于扣装半导体桥芯片和负温度系数的热敏电阻，横向对称设置两个用于穿过脚线电极的电极孔，以此实现半导体桥芯片和负温度系数热敏电阻的并联连接；本实用新型无需封装电极塞，可直接外层包裹火工药剂，采用芯片扣装灌埋孔表面组装技术，通过一道工艺即可完成芯片与印制电路板间的可靠电气连接。相较于传统表面封装结构，具有体积小、成本低、焊接强度高，易于系列化的批量生产等特点。

Description

一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装

技术领域

本实用新型属于电火工品换能元技术领域，涉及一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装。

背景技术

电火工品是含能材料起爆与点火最常用的初始能源之一，在国民经济、航空航天及武器装备等军民应用领域具有广泛的应用，如卫星姿态控制、电火工品起爆、民用安全保护气囊及工程爆破等。

在电火工品起爆领域，常用金属桥丝作为换能单元。桥丝作为一种正温度系数的金属电阻丝，当电流通过时，有一定电阻的微细金属桥丝升温达到灼热状态，加热桥丝周围的火工药剂实现点火、起爆、做功等功能。桥丝式电火工品常用镍铬、康铜等作为桥丝材料，因此存在能量转换效率低、输入能量大、作用时间长且作用时间较分散等缺点。由于现阶段电磁环境愈发复杂，桥丝式电火工品中的桥丝通常用焊锡直接焊接引脚，易受到外界环境电磁波干扰出现意外发火等问题。同时，具有高电压、低能量特性的静电也是引起电火工品意外发火常见因素。为消除上述隐患，通常采取一些特殊保护措施，如换能单元外部封装电极塞、使用低通滤波器等进行电磁防护、使用静电泄放元件等进行静电防护等，但以上保护措施会显著增加电火工品结构的复杂性。

半导体桥由于具有低发火能量、高瞬发度、高安全性的技术特点，使用半导体桥作为电火工品换能单元已成为微型点火和传爆序列芯片研究和应用领域的热点。半导体桥利用桥体的半导体薄膜或金属-半导体复合薄膜作为发火组件，当半导体桥通过脉冲电流时，桥膜材料受热迅速汽化形成等离子体放电，等离子体迅速扩散到与其相邻的火工药剂中，向火工药剂迅速传递热量，使其达到着火温度发火，因此可以显著提高电火工品的安全性和可靠性。美国专利5831203公开了一种电阻为50Ω的半导体桥雷管，但是由于安全电流较小，安全性与可靠性需进一步提高。南京理工大学在其申请的CN201262533Y《半导体电阻桥电极塞》和CN201220055188.6《电磁加固半导体桥雷管》等专利文献中报道的半导体桥芯片与印制电路板的组装最少要芯片装架、金丝键合及键合点胶护三步工艺操作。此外，为提高电火工品的安全性，2019年公布的一份研究文献中(黄亦斌等.肖特基二极管防护后SCB静电安全性研究[J].爆破器材,2019,48(03):29-32.)，论证了在电火工品的脚－壳间用特基二极管或者热敏电阻等方式使脚－壳间的静电电压钳位到某一固定值，从而保护脚－壳间不被击穿而发火。但是，以上这些方法通常存在如下问题：

1、现今常采用金丝键合的方法实现半导体桥芯片与印制电路板电气连接，存在工序复杂、成本高、产品合格率低的缺点，同时还存在机械强度差，焊点虚接率高，从而显著影响火工品可靠性。

2、目前无论使用桥丝换能元还是使用半导体桥换能元，通常都使用电极塞用于电火工品表面的封装，因此通常需要考虑静电带来的负面影响。虽然使用静电泄放元件可以对静电进行防护，但此类方法的突出问题在于需要增加额外的器件，导致工艺复杂，且不利于产品小型化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，仅需一步工艺即可实现半导体桥芯片与印制电路板电极的可靠电气连接，无需封装电极塞直接外层包裹火工药剂，在提高安全性和可靠性的同时，大幅降低制造成本，易于系列化的批量生产与应用。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，装置包括：包括印制电路板，所述印制电路板的顶层和底层分别居中设置灌埋孔A、灌埋孔B，用于扣装半导体桥芯片和负温度系数的热敏电阻；所述印制电路板横向对称设置两个用于穿过脚线电极的电极孔A、电极孔B，所述电极孔A、电极孔B的侧壁分别设置有侧壁金属化层C、侧壁金属化层D，所述灌埋孔A两侧的侧壁各自设置有侧壁金属化层A、侧壁金属化层B，灌埋孔B两侧的侧壁各自设置有侧壁金属化层E、侧壁金属化层F,所述电极孔A上下各自设置有焊盘B、焊盘C，所述电极孔B上下各自设置有焊盘A、焊盘D，所述侧壁金属化层C通过焊盘B与侧壁金属化层电气连接，所述侧壁金属化层C通过焊盘C与侧壁金属化层F电气连接，所述侧壁金属化层D通过焊盘A与侧壁金属化层B电气连接，所述侧壁金属化层D通过焊盘D与侧壁金属化层E电气连接，以此实现半导体桥芯片和负温度系数热敏电阻的并联连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述灌埋孔A、B分别设置半导体桥芯片和负温度系数的热敏电阻。

本实用新型的进一步改进在于，所述印制电路板上下均设置有阻焊层。

本实用新型的进一步改进在于，灌埋孔A、B居中设置，电极孔横向对称设置且孔间距1.9mm，通过电极孔侧壁金属化实现焊盘A、B、C、D的电气连接，进而实现半导体桥芯片与负温度系数热敏电阻的并联连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述侧壁金属化层A通过金丝键合或焊锡膏焊接与焊盘B连接，所述侧壁金属化层F通过金丝键合或焊锡膏焊接与焊盘C连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述侧壁金属化层B通过金丝键合或焊锡膏焊接与焊盘A连接，所述侧壁金属化层E通过金丝键合或焊锡膏焊接与焊盘D连接。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：(1)使用的印制电路板采用双层板设计，两层分别居中设置灌埋孔，灌埋孔侧壁金属化层实现扣装元件与印制电路板的可靠电极连接，侧壁金属化层与焊盘根据需求一方面可以金丝键合，另一方面可以用焊锡膏焊接的方式连接，机械强度高，可靠性好，工艺简单，可实现大批量系列化生产；(2)无需电极塞封装，外层可直接包裹火工药剂，无需考虑静电带来的安全隐患，显著降低系统结构的复杂性；(3)电极孔侧壁金属化层与两层焊盘连接实现半导体桥芯片与负温度系数热敏电阻的并联连接，当杂散电流或射频干扰进入电火工品引起温度升高时，负温度系数的热敏电阻能够起到及时分流的作用，提高了半导体桥芯片的钝感性能；(4)采用芯片扣装灌埋孔表面组装技术，一道工艺即可实现半导体桥芯片和负温度系数热敏电阻与印制电路板的可靠电气连接，同时无需封装电极塞，可直接外层包裹火工药剂，无需考虑静电带来的安全隐患。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的印制电路板两层的电路原理图；

图3为本实用新型的顶层导体布局图；

图4为本实用新型的阻焊层印制后电路板顶层布局图；

图5为本实用新型的半导体桥芯片与印制电路板结合图；

图6为本实用新型的单元印制电路板的剖面图；

图7为本实用新型的底层导体布局图；

图8为本实用新型的阻焊层印制后电路板底层布局图；

图9为本实用新型的负温度系数热敏电阻与印制电路板结合图。

其中，1、印制电路板；2电极孔A；3、电极孔B；4、焊盘A；5、焊盘B；6、侧壁金属化层A；7、侧壁金属化层B；8、灌埋孔A；9、灌埋孔B；10、侧壁金属化层C；11、侧壁金属化层D；12、阻焊层；13、半导体桥芯片；14、热敏电阻；15、侧壁金属化层E；16、侧壁金属化层F；17、焊盘C；18、焊盘D。

具体实施方式

如图1-9所示，本实用新型提供一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，包括印制电路板1，灌埋孔A8、B9，电极孔A2、B3，侧壁金属化层A6、B7、C10、D11、E15、F16，焊盘A4、B5、C17、D18。电极孔横向对称设置且孔间距1.9mm，所述印制电路板1采用双层板设计，尺寸为2.5mm*2.5mm*1.5mm且切角半径为0.5mm，两层分别居中设置灌埋孔A8、B9，且留有灌埋孔A8的面为顶层，顶层灌埋孔深0.5mm，底层灌埋孔深0.3mm，两层设阻焊层12。所述灌埋孔A8、B9尺寸分别为1.75mm*1.5mm*0.5mm和1.1mm*0.6mm*0.3mm，横向对称设置两个用于穿过电极脚线的电极孔，电极孔直径为0.4mm。所述侧壁设侧壁金属化A6、B7、C10、D11、E15、F16。通过电极孔侧壁金属化实现焊盘A4、B5、C17、D18的电气连接，进而实现半导体桥芯片与负温度系数热敏电阻的并联连接。

下面通过实施例及附图对本实用新型作进一步详细描述。

在印制电路板1的两层灌埋孔区域设侧壁金属化层，半导体桥芯片13与负温度系数的热敏电阻14可分别扣装到灌埋孔A8、B9中，进而根据实际应用需求一方面可以金丝键合，另一方面可以用焊锡膏焊接一步工艺即可实现半导体桥芯片及热敏电阻与电路板的可靠电气连接。

印制电路板1的底层灌埋孔区域设置与半导体桥芯片并联的负温度系数热敏电阻，当杂散电流或射频干扰进入电火工品引起温度升高时，能够起到及时分流的作用，提高了电火工品的钝感性能。

印制电路板1的外层无需封装电极塞，可直接包裹火工药剂，工艺简单，并且无需考虑静电带来的安全隐患，避免布置额外的静电泄放元件，显著降低系统结构复杂性和产品生产成本。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，其特征在于，包括印制电路板(1)，所述印制电路板(1)的顶层和底层分别居中设置灌埋孔A(8)、灌埋孔B(9)，用于扣装半导体桥芯片和负温度系数的热敏电阻；所述印制电路板(1)横向对称设置两个用于穿过脚线电极的电极孔A(2)、电极孔B(3)，所述电极孔A(2)、电极孔B(3)的侧壁分别设置有侧壁金属化层C(10)、侧壁金属化层D(11)，所述灌埋孔A(8)两侧的侧壁各自设置有侧壁金属化层A(6)、侧壁金属化层B(7)，灌埋孔B(9)两侧的侧壁各自设置有侧壁金属化层E(15)、侧壁金属化层F(16),所述电极孔A(2)上下各自设置有焊盘B(5)、焊盘C(17)，所述电极孔B(3)上下各自设置有焊盘A(4)、焊盘D(18)，所述侧壁金属化层C(10)通过焊盘B(5)与侧壁金属化层A(6)电气连接，所述侧壁金属化层C(10)通过焊盘C(17)与侧壁金属化层F(16)电气连接，所述侧壁金属化层D(11)通过焊盘A(4)与侧壁金属化层B(7)电气连接，所述侧壁金属化层D(11)通过焊盘D(18)与侧壁金属化层E(15)电气连接，以此实现半导体桥芯片和负温度系数热敏电阻的并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，其特征在于，所述灌埋孔A(8)、B(9)分别设置半导体桥芯片和负温度系数的热敏电阻。

3.根据权利要求1所述的一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，其特征在于，所述印制电路板(1)上下均设置有阻焊层。

4.根据权利要求1所述的一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，其特征在于，所述侧壁金属化层A(6)通过金丝键合或焊锡膏焊接与焊盘B(5)连接，所述侧壁金属化层F(16)通过金丝键合或焊锡膏焊接与焊盘C(17)连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于钝感电火工品半导体桥换能元的表面封装，其特征在于，所述侧壁金属化层B(7)通过金丝键合或焊锡膏焊接与焊盘A(4)连接，所述侧壁金属化层E(15)通过金丝键合或焊锡膏焊接与焊盘D(18)连接。