基于金属-绝缘体相变材料的高钝感集成半导体桥芯片设计

为了提高半导体桥(SCB)火工品的安全性与可靠性,通过片上集成方式,在SCB两端并联金属-绝缘体相变材料VO_(2)对其进行分流防护。提出蛇形设计方法来降低VO_(2)薄膜在金属态的电阻值,使其与SCB阻值相匹配,测试了不同长宽比的VO_(2)薄膜及相应的集成芯片在室温(25℃)至100℃范围内的电阻曲线,并对集成芯片及单独SCB在1A1W5min和1.5A2.25W5min安流试验中的传热过程进行了仿真。结果表明:蛇形设计可以有效降低VO_(2)薄膜电阻,其阻值与蛇形长宽比(Ws/L)成反比;VO_(2)薄膜能够对SCB起到一定的分流防护作用;集成芯片尺寸对安流试验热传导过程的平衡温度有一定影响;能够通过1.5 A安流试验的最大VO_(2)阻值为5Ω,这是下一步的设计目标。

低能SCB装置桥／药剂界面的优化

对发火能量低于100μL的SCB装置进行了讨论。就SCB桥本身而言，需要通过较小的桥尺寸来实现其低能性能。在SCB桥的质量和体积可比较的情况下，不同厚度的桥的电特性虽然有所差异，它们的性能却基本上是一样的。然而对于利用SCB来进行点火的含能材料来说，桥厚度的不同所带来的差异却非同小可。研究发现．桥厚度与药剂颗粒大小的比率要比桥面积与药剂颗粒大小的比率重要得多。文章对球磨BNCP在低压药压力下用于SCB点火的可靠性进行了介绍。对于颗粒尺寸大于球磨BNCP的重结晶BNCP来说，必须要在较高的压药压力下才能实现低能SCB点火。文章还对诸如叠氮化铅以及DXN-1等其它起爆药的颗粒尺寸效应作了介绍。选用合适的起爆药，尤其要注意选择合适的起爆药颗粒尺寸，SCB的点火就会非常可靠，并可利用SCB桥自身的全发火水平进行调整。总而言之，在对SCB桥／药剂界面进行优化后，可以肯定的是，只要有足够的能量来产生SCB等离子体，含能材料就会发火。

叠氮肼镍半导体桥点火研究

研究了一种新型高威力起爆药叠氮肼镍(nickel hydrazine azide,NHA)的半导体桥(semiconductor bridge,SCB)点火性能,确定了其最佳的点火参数为压药压力60MPa,电容47μF,药剂粒度49μm。研究其电压-时间曲线和电压-点火能量曲线发现:在高电压下,半导体桥产生等离子体将药剂点燃,低电压下,半导体桥产生的焦耳热可以在炸药中形成热点,将药剂点燃。

瞬态电压抑制二极管对半导体桥换能元电爆特性影响的模拟

为了解决瞬态电压抑制二极管(TVS)用于半导体桥火工品抗静电设计的参数优化问题,采用电路模拟和试验相结合的方法,构建了电容放电发火测试电路等效模型和半导体桥PSpice电子器件模型,研究了TVS参数对半导体桥换能元电爆特性的影响。结果表明,当钽电容等效串联电阻为288mΩ,钽电容等效串联电感为0.68μH,导线电感为40nH和回路电阻为3.3mΩ时,22μF/16V电容放电发火电路的等效电路模型和实际吻合。以阻抗-能量列表模型的方式创建的半导体桥PSpice电子器件模型模拟曲线和实际曲线吻合,且模拟电爆数据偏差小于3%。模拟和试验结果表明,TVS对半导体桥电爆性能的影响程度随着其击穿电压的升高而降低。当TVS的击穿电压在8~12V之间时,即使TVS击穿电压低于半导体桥发火电压,半导体桥仍能正常爆发,TVS击穿造成的分流导致半导体桥爆发延迟(2μs),且延迟时间随着TVS击穿电压的降低而延长。

降低药剂SCB点火能量的研究进展

半导体桥(SCB)点火技术研究中,点火能量的降低是一个重要的研究部分。影响SCB点火能量的因素很多,本文主要从SCB结构、SCB药剂点火机理、药剂装药等几个方面分析总结了降低药剂SCB点火能量的方法。认为,从以下几个方面可以有效地降低SCB点火能量:(1)小截面SCB(23μm(L)×67μm(W)×2μm(t));(2)斯蒂芬酸铅(LTNR)作为SCB点火药剂;(3)药剂粒度在5μm以下;(4)压药压力不小于30 MPa;(5)掺加微米级的Zr粉;(6)选用导电导热差的G10管壳装药。

负温度系数热敏电阻对半导体桥电爆性能影响

温度是影响火工品电磁防护其防护效果的主要因素,负温度系数(NTC)热敏电阻用于半导体桥(SCB)能有效提高其射频感度。采用恒流激励和电容放电两种实验,对不同环境温度下NTC热敏电阻对SCB性能的影响规律进行了研究。通过1 A 5 min恒流激励实验,分析了室温(25℃)和高温(70℃)时NTC热敏电阻的并联分流情况;25℃时NTC热敏电阻分走59%回路电流,70℃时,对小尺寸SCB(S-SCB)的分流率最大达到63%。在电容放电激励下,探讨了并联NTC热敏电阻SCB在25℃和70℃时电爆性能的变化情况。结果表明,并联NTC热敏电阻前后,典型尺寸(L-SCB)在25℃和70℃下的爆发时间和爆发消耗能量均无显著性变化。而S-SCB并联NTC热敏电阻后,当温度从25℃升至70℃,爆发时间从5.94μs增长到7.18μs,爆发消耗积分能量从0.388 m J降低到0.178 m J。

基于Al/CuO_x复合薄膜半导体桥间隙点火性能研究

为了提升半导体桥(SCB)的点火能力,尤其是点燃钝感药剂的能力,采用磁控溅射技术将Al/CuO_x复合薄膜与半导体桥相融合,形成含能点火器件,并研究了该含能点火器件的发火感度和点火能力。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)研究了Al/CuO_x复合薄膜的微观形貌和组成。结果表明,在溅射过程中氧化铜薄膜主要以黑铜矿(Cu_2^(1+)Cu_2~1+O_3)形式存在;复合薄膜中Al、Cu、O三种元素质量分数分别为28.8%,32.5%和38.7%,且Al与Cu原子比例接近于理论比1:1;差示扫描量热仪(DSC)显示Al/CuO_x复合薄膜放热量约为2175.4J·g^(-1);高速摄影技术测试Al/CuO_x复合薄膜的燃烧速率约为3.0m·s^(-1);兰利法测得该含能点火器件50%发火电压为8.45 V,99.9%发火电压为12.39 V。点火能力实验表明,在点火间隙为4 mm时,该含能器件能够点燃钝感点火药硼-硝酸钾(B/KNO_3)药片,显著提升了半导体桥的点火能力。

压敏电阻对半导体桥火工品电爆性能的影响

压敏电阻能有效抑制浪涌电压,可用于火工品电磁防护。为研究压敏电阻对半导体桥(SCB)火工品电爆性能的影响,本研究在电容放电(47μF、22 V)与恒流(100 ms)激励条件下测试了并联压敏电阻前后典型尺寸SCB火工品100μm(L)×400μm(W)×2μm(T)和低发火能量SCB火工品20μm(L)×100μm(W)×2μm(T)的爆发时间和爆发消耗能量的变化规律。电容放电实验(47μF、22 V)结果 t检验表明,并联压敏电阻前后的典型SCB火工品的爆发时间和爆发能量均无显著性变化;对于低发火能量SCB火工品,并联击穿电压较低的压敏电阻时,爆发所需能量升高14%,而爆发时间无显著性变化。而恒流(100 ms)激励实验结果表明,压敏电阻对两种SCB火工品电爆性能均无显著性影响。

SCB换能元应用于微型固体推进器中的研究

换能元的选型和结构尺寸、发火电阻等参数是影响微型固体化学推进器的发火能量的主要参数。通过对半导体桥(SCB)换能元的电阻、尺寸等参数特性的分析,设计了一种点火能量低,可用于固体微型推进器的SCB微型换能阵列。试验表明,其在15μF电容时,最小全发火电压小于7 V,为固体微型推进器的设计提供了低能换能元件。