SCB火工品电磁防护集成研究

发布时间：2020-04-16 03:48

【摘要】：半导体桥(SCB)火工品较桥丝式火工品具有更好的点火性能和安全性能,在现代武器系统中具有广阔的应用前景。但是随着电磁环境的日益恶化,武器系统也对电火工品提出了更高的安全要求。因此,本文基于现有SCB电火工品的研究基础,提出利用集成防护电路实现SCB电火工品的电磁防护,首先在PSpice电路仿真软件中建立了 SCB电火工品的仿真模型,在该模型的基础上研究了分立元器件的电磁防护效果,提出将分立器件进行组合从而实现电磁防护的最佳设计,并根据分立器件设计出一种新型的集成防护电路,最后对该集成防护电路用于SCB电火工品的电磁防护进行了仿真模拟和试验验证,主要得到的结论如下:(1)基于PSpice电路仿真软件建立了 SCB火工品的电路模型。通过分析比较现有电磁环境和国内外标准,设计了四个用于验证电磁防护效果的SCB试验条件:标准电容放电条件(22μF,16V),标准恒流放电条件(5A,10ms),静电放电条件(25kV,500pF,500Ω),恒流安全试验条件(1.5A及以下,300s);根据上述四种试验条件,分别对SCB的器件模型进行了仿真模拟,仿真结果与SCB实际测试结果基本吻合,由此证明了模型的精确性和仿真的可行性。(2)以SCB电路模型为基础,以电容放电、恒流激励、静电和射频四种测试环境研究了两种分立型防护结构(MOS管电阻混联结构和瞬态抑制二极管)的电磁防护效果和对SCB发火性能的影响规律。根据仿真结果进行了选型设计,仿真表明MOS管电阻混联结构中的D型防护结构和P6SMB15CA型瞬态抑制二极管适用于集成防护电路。(3)根据两种分立型防护结构的仿真结果,进行了集成防护电路的设计,并研究了集成防护电路对SCB发火性能的影响规律和静电射频防护效果。电容发火激励和恒流发火激励表明集成防护电路对SCB的发火性能影响较小,仿真结果表明集成防护电路具有较强的静电防护能力,通过SCB的最大电流从50A降至22A,将加载在SCB的静电能量从0.312mJ降至0.136mJ,可以有效增强SCB的射频防护能力,能够阻止0.8A及以下的恒流电流通过SCB。(4)根据理论模拟结果,对集成防护电路进行了设计和加工,首先测试了集成防护电路的电性能,测试结果表明电路满足设计要求。对SCB在标准电容放电条件(22μF,16V)和标准恒流放电条件(5A,10ms)的发火性能进行了测试,结果表明集成防护电路对SCB的发火性能影响较小,爆发时间有所延迟,发火时间和爆发能量无显著性差异。(5)在500pF,500Ω的静电放电条件下,集成防护电路大大地提高SCB的静电防护能力,集成防护电路防护后的SCB临界不损坏的静电放电电压从12kV提高至25kV。(6)在恒流激励的条件下,集成防护电路能大大提高SCB的恒流安全性能,SCB的临界不发火电流由防护前的0.9A提高到1.4A,进一步在集成防护电路上增加散热片后,SCB的临界不发火电流可达1.5A。
【图文】：

ＳＣＢ芯片是由微电子制造工艺制成的，在硅片上沉积多种材料形成的，在特定的电能输逡逑入下能迅速气化形成等离子体，，从而引发火工药剂作用。典型Ｎ型掺杂ＳＣＢ芯片的基逡逑本结构如图１．１所示，主要由硅衬底、二氧化硅层、多晶硅层及电极层组成。多晶硅桥逡逑呈“Ｈ？？型，即俯视图中灰色区域，其尺寸为１００ｐｍ邋（Ｌ）邋ｘ４（％ｍ邋（Ｗ）邋ｘ２Ｍｍ邋（Ｔ），宽度逡逑由掺杂区的形状来决定，厚度由多晶硅的高度来决定，长度由电极层决定［１２（Ｗ２］。典型逡逑ＳＣＢ芯片的电阻一般为１Ｄ，既可以满足火工品发火需要也可以有效防止静电放电的影逡逑响，为得到理想的阻值，多晶硅桥中磷原子的掺杂浓度一般为ｌ0２Ｇｃｎｒ３［２３］。逡逑桥区逡逑．逦Ａ＂逡逑５逡逑｜邋ｒ＿ｒ＿＿＿Ｔ－＿逦逦逡逑Ｌ逡逑Ｉ邋逦邋逦—Ｉ一￣邋电极逡逑？ｐｉ—＾—多晶硅逡逑Ｔ逦—二氧化硅逡逑待＿邋—桂基底逡逑图１．１邋ＳＣＢ芯片基本结构逡逑１．２．２逦ＳＣＢ电磁防护器件国内外研究现状逡逑在对火工品进行电磁防护的方式上，世界上研究者们普遍地使用电磁防护器件对火逡逑工品进行有效的静电射频防护。１９５８年，ＡｐｓｔｅｉｎＭ等人［２４］发现在桥丝式火工品中使用逡逑铁氧体材料可以加强火工品的射频防护能力。高频状态下，铁氧体材料可以有效的吸收逡逑和减弱电磁波能量；低频状态下

逦ＳＣＢ火丁品电磁防护集成研宄逡逑通过，保证火工品的正常发火。其中结构如图１．２所示，１８为电阻元件，７为脚线，５逡逑为外壳，５，邋１８与７形成通电电回路。１０为铁氧体材料，１０与７直接接触无绝缘，设计逡逑中，７可做成螺旋状，既可以增加与铁氧体材料的接触面积也可以有效阻止杂散电流的逡逑通过。逡逑－邋￣逡逑１逡逑；，：：：：＿＿：：；＿

本文编号：2629348