專利名稱:安全、解保與發(fā)火一體化微組件信號、能量與藥劑連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是核心微組件內(nèi)部各要素的連接方法，具體地說是基于微系統(tǒng)集成技術(shù)設(shè)計(jì)的安全、解保與發(fā)火(Safe,Arm and Fire) 一體化微組件內(nèi)部信號、能量與藥劑的連接方法。
背景技術(shù)：
安全、解保(Safe & Arm)組件是中保證發(fā)火控制裝置正常作用發(fā)火和平時(shí)勤務(wù)處理安全的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)。隨著功能的逐漸復(fù)雜，內(nèi)部信息處理電路耗能增大，于是減小雷管的能量消耗，發(fā)展低能起爆技術(shù)成為了必然。目前初級的發(fā)火裝置正逐步由橋絲雷管向基于半導(dǎo)體橋/金屬橋發(fā)火件做成的低能雷管發(fā)展。半導(dǎo)體橋/金屬橋在起爆能量下的作用下輸出主要有兩種形式,高能條件下起爆輸出以等離子體形式為主,低能條件下以熱輸出為主，熱輸出條件下要求發(fā)火件和擊發(fā)藥、起爆藥緊密接觸，否則無法形成可靠爆燃向下一級火工品傳遞。所以目前半導(dǎo)體橋/金屬橋火工品往往與擊發(fā)藥、起爆藥工作封裝在一個(gè)殼體內(nèi)形成半導(dǎo)體橋/金屬橋雷管，作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件使用。但此類雷管體積較大，同時(shí)由于發(fā)火電路與半導(dǎo)體橋雷管是通過導(dǎo)線進(jìn)行板級電路連接后裝入，造成電火工品的可靠作用率依然難以保證。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有專用控制芯片開始使用，半導(dǎo)體橋/金屬橋的加工工藝與集成電路加工工藝完全兼容，將微發(fā)火件與信號處理及起爆控制電路單片集成可以減少內(nèi)部的互連線數(shù)量，減小電路體積，增加可靠性與抗過載能力，同時(shí)降低生產(chǎn)和封裝成本。但這對集成了發(fā)火件與處理電路的一體化芯片與其他元件的連接方式及在此連接方式下帶來的發(fā)火件與擊發(fā)藥、起爆藥的連接問題提出了巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于微系統(tǒng)集成技術(shù)設(shè)計(jì)的安全、解保與發(fā)火(Safe，Arm and Fire) 一體化微組件內(nèi)部信號、能量與藥劑的連接方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的安全、解保與發(fā)火一體化微組件的組成包括MEMS-CM0S安全、解保與發(fā)火一體化芯片、分立起爆電容、起爆控制晶閘管、防泄流二極管、擊發(fā)藥、起爆藥柱、飛片、電連接線/插針、連接芯片的PCB電路板、殼體、機(jī)械連接螺釘和支柱。核心的連接問題是MEMS-CM0S安全、解保與發(fā)火一體化芯片中的微發(fā)火件與擊發(fā)藥、起爆藥之間的連接關(guān)系，以及為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的微組件內(nèi)部處于從屬地位的其他連接關(guān)系。半導(dǎo)體橋/金屬橋微發(fā)火件在低能起爆條件下遵循熱熔效應(yīng)，要求擊發(fā)藥與發(fā)火件表 面無間隙接觸，同時(shí)芯片與PCB板的連接方式有限，只有正裝與倒裝兩種方式，另外硅材料較脆，芯片的抗壓能力有限。綜合考慮以上三方面的連接限制，MEMS-CM0S安全、解保與發(fā)火一體化芯片與PCB板的連接方式采用芯片BGA倒裝的形式，同時(shí)在芯片下發(fā)的PCB板上開定位孔，使孔中心正對芯片上發(fā)火件的位置，為保證爆燃可靠形成，采用兩級起爆藥定向傳遞放大能量的方式來放大發(fā)火件的發(fā)火效應(yīng)，并且加入一個(gè)帶有傳爆孔的基板通過PCB板上的定位孔與芯片定位。第一級擊發(fā)藥與發(fā)火件緊密接觸，第二級起爆藥與擊發(fā)藥緊密接觸。為保證擊發(fā)藥與發(fā)火件緊密接觸，同時(shí)避免由于擊發(fā)藥過于敏感在壓藥過程中作用，通過定位孔在發(fā)火件表面涂藥或通過注膠的方式將擊發(fā)藥覆蓋在發(fā)火件表面。為保證第二級起爆藥的壓藥密度，預(yù)先將起爆藥壓在一節(jié)藥管內(nèi)，將壓好藥的藥管放入基板上的傳爆管并壓緊，使傳爆藥與擊發(fā)藥緊密接觸。電源、分立起爆電容、起爆控制晶閘管、防泄流二極管等分立元件貼裝在另一塊PCB板上，兩塊PCB板通過接線柱貫通焊裝連接。為保證兩塊PCB板之間的機(jī)械連接強(qiáng)度與間隙充分，在兩塊PCB板之間加入支柱以保證兩塊PCB板的間隙復(fù)合工藝需要，同時(shí)通過螺釘連接兩塊PCB板。
本發(fā)明還可以包括這樣一些特征
I、所述MEMS-CM0S安全、解保與發(fā)火一體化芯片與PCB板的連接方式可以采用引線鍵合方式連接。
2、所述微組件PCB板間可以用雙絞線穿通方式連接。
采用MEMS-CM0S加工工藝制造的核心元件與傳統(tǒng)的分立元件、機(jī)械結(jié)構(gòu)與PCB電路相比尺寸更小，可靠性提高，加工一致性更好，成本更低。但由于尺寸過小，造成微型元件與傳統(tǒng)宏觀系統(tǒng)連接困難。用安全、解保與發(fā)火一體化微組件通過將微電子封裝技術(shù)與火工元件裝藥技術(shù)相結(jié)合，既解決了安全、解保與發(fā)火一體化芯片的控制、發(fā)火一體化設(shè)計(jì)問題，又解決了與宏觀元件的電連接問題，最重要的是結(jié)合注膠裝藥、壓藥等方法解決了發(fā)火件與擊發(fā)藥傳爆藥的分離設(shè)計(jì)與模塊化組裝問題。
I、與現(xiàn)有封裝工藝兼容，便于批量加工，可降低生產(chǎn)成本；
2、連接可靠性高，體積小，可用于小口徑彈藥；
3、實(shí)現(xiàn)了發(fā)火件與藥的分離，與合理的安全系統(tǒng)相結(jié)合，可以大大提高安全性。
本發(fā)明產(chǎn)品適用于采用MEMS、CMOS工藝加工的安全系統(tǒng)、發(fā)火件與專用芯片的信號與能量連接問題。


圖I、芯片BGA連接三維示意圖
圖2、發(fā)火件與擊發(fā)藥、起爆藥連接圖
圖3、BGA連接方式下發(fā)火件與擊發(fā)藥、起爆藥連接剖面圖
圖4、一體化微組件電連接與藥連接關(guān)系圖
圖5、另一種芯片引線鍵合連接三維示意圖
圖6、引線鍵合方式下發(fā)火件與擊發(fā)藥、起爆藥連接剖面圖
具體實(shí)施方案
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述結(jié)合圖1，本發(fā)明的芯片連接實(shí)施方案的組成包括安全、解保與發(fā)火一體化芯片(1)、BGA焊球(2)、PCB電路板(3)、PCB板上的焊盤(4)、定位孔(5)和螺釘孔出)。安全解保與發(fā)火一體化芯片(I)電路層面對PCB電路板(3)上表面，定位后SAF芯片的焊盤與PCB電路板(3)上對應(yīng)的焊盤(4)正對，在焊盤之間加入BGA焊球(2)，通過熱回流焊的方式使焊球(3)分別與兩側(cè)焊盤焊裝連接。焊裝之后的芯片中的微發(fā)火件與PCB板(3)上的定位孔(5)的中心正對。
結(jié)合圖2、3，本發(fā)明的藥連接方式的實(shí)施方案的組成在前述電連接方案組成的基、礎(chǔ)上加入了金屬基板(7)、起爆藥管(8)、擊發(fā)藥與起爆藥(9)。具體的實(shí)施方式是，將擊發(fā)藥(9)通過注膠裝藥或涂藥的方式，通過定位孔(5)滴注或涂覆至SAF芯片(I)上的發(fā)火件表面，將起爆藥(9)通過壓藥的方式壓入起爆藥管(8)中，滿足起爆藥壓藥密度的要求，金屬基板(7)上表面通過銑削方法加工出與PCB板(3)上的定位孔(5)形狀一致的凸臺，將凸臺裝入定位孔(5)并使金屬基板(7)上表面與PCB板(3)下表面粘接，將組裝好的藥管通過基板(7)上凸臺中間的起爆藥管安裝孔裝入，并使起爆藥表面與擊發(fā)藥表面緊密接觸實(shí)現(xiàn)藥與起爆件的連接。[0021]結(jié)合圖4，本發(fā)明中SAF芯片(5)通過PCB板(3)、接線柱(10)和上層PCB板(11)與其他外接元件及電源相連。
結(jié)合圖5、6，本發(fā)明中另一種電連接與藥連接的實(shí)現(xiàn)方式的具體實(shí)施方式
的組成包括安全、解保與發(fā)火一體化芯片(201)、焊球(202)、引線(203)、PCB板(204)、PCB板上的焊盤(205)和螺釘孔(206)。安全解保與發(fā)火一體化芯片(201)電路層與PCB電路板(204)上表面同向放置，定位后SAF芯片(201)的焊盤與PCB電路板(204)上對應(yīng)的焊盤(205)通過球焊的方式引線鍵合，使SAF芯片(201)上的焊點(diǎn)與PCB板(204)上的焊盤(205)導(dǎo)通。藥連接方式與前一種實(shí)現(xiàn)方式相同。
權(quán)利要求
1.一種安全、解保與發(fā)火一體化微組件內(nèi)部信號、能量與藥劑的連接方法，其連接方法是:MEMS-CMOS安全、解保與發(fā)火一體化芯片與PCB板的連接方式采用芯片BGA倒裝的形式，同時(shí)在芯片下發(fā)的PCB板上開定位孔，使孔中心正對芯片上發(fā)火件的位置，通過定位孔在發(fā)火件表面涂藥或通過注膠的方式將擊發(fā)藥覆蓋在發(fā)火件表面。加入一個(gè)帶有傳爆孔的基板通過PCB板上的定位孔與芯片定位。預(yù)先將起爆藥壓在一節(jié)藥管內(nèi)，將壓好藥的藥管放入基板上的傳爆管并壓緊，使傳爆藥與擊發(fā)藥緊密接觸。電源、分立起爆電容、起爆控制晶閘管、防泄流二極管等分立元件貼裝在另一塊PCB板上，兩塊PCB板通過接線柱貫通焊裝連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的信號連接方法，安全、解保與發(fā)火一體化芯片與PCB板的連接方法為采用BGA焊球連接方法連接芯片與PCB板。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的信號連接方法，安全、解保與發(fā)火一體化芯片上的發(fā)火件與擊發(fā)藥傳爆藥的連接方法為將擊發(fā)藥通過注膠裝藥或涂藥的方式，通過定位孔滴注或涂覆至SAF芯片上的發(fā)火件表面，將起爆藥通過壓藥的方式壓入起爆藥管中，將帶有凸臺的 基板通過PCB板定位孔與PCB板連接，將組裝好的藥管通過基板上凸臺中間的起爆藥管安裝孔裝入，并使起爆藥表面與擊發(fā)藥表面緊密接觸實(shí)現(xiàn)藥與起爆件的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的信號連接方法，安全、解保與發(fā)火一體化芯片與PCB板的另一種連接方法為采用引線焊接的連接方法連接芯片與PCB板。
專利摘要
本發(fā)明是基于微系統(tǒng)集成技術(shù)設(shè)計(jì)的安全、解保與發(fā)火(Safe，Arm and Fire)一體化微組件內(nèi)部信號、能量與藥劑的連接方法。本發(fā)明給出了一種安全、解保與發(fā)火一體化微組件通過將微電子封裝技術(shù)與火工元件裝藥技術(shù)相結(jié)合的方法，既解決了安全、解保與發(fā)火一體化芯片的控制、發(fā)火一體化設(shè)計(jì)問題，又解決了與宏觀元件的電連接問題，最重要的是結(jié)合注膠裝藥、壓藥等方法解決了發(fā)火件與擊發(fā)藥傳爆藥的分離設(shè)計(jì)與模塊化組裝問題。
文檔編號F42D1/00GKCN102645141SQ201110041420
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月21日
發(fā)明者婁文忠, 宋榮昌, 趙越 申請人:婁文忠, 宋榮昌, 趙越導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan