阮華(福建海峽科化股份有限公司,福建 三明 366000)

火工品是指裝有火藥或者炸藥的一種元件，火工品的工作原理是受到外界小能量的刺激后可以產(chǎn)生燃燒或者爆炸行為，一般來說我們常常將火工品用于軍事應(yīng)用以及民間建筑施工等方面。而隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，微電子火工品的發(fā)展逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。下文就微電子火工品的發(fā)展和其應(yīng)用展開研究，就其結(jié)構(gòu)和制造以及一些技術(shù)要點(diǎn)展開分析。

1 半導(dǎo)體橋火工品的發(fā)展

1.1 半導(dǎo)體橋火工品概述

半導(dǎo)體橋也就是我們所說的SCB火工品是國外的一種火工裝置，是微電子火工品的開端，也是非常重要的技術(shù)。事實(shí)上，半導(dǎo)體橋火工品具有較高的安全性、可靠性以及同步性，且其工藝非常一致，具有地發(fā)貨能量和數(shù)字邏輯電路組合等一系列的優(yōu)勢。一直以來，SCB火工品都優(yōu)先運(yùn)用在軍事中，后來因其巨大的優(yōu)勢，更逐漸被廣泛使用在民用領(lǐng)域中。

1.2 半導(dǎo)體橋的結(jié)構(gòu)與制造原理

實(shí)際上，半導(dǎo)體橋火工品最核心的部分就是SCB芯片，這種以微電子技術(shù)制造的產(chǎn)品通過將半導(dǎo)體橋芯片封裝在陶瓷塞上，以充當(dāng)發(fā)火塞最終制成SCB火工品。如圖1所示，SCB芯片主要采用的是多晶硅片材料，再加上多晶硅重?fù)诫s產(chǎn)生n-型材料，將其腐蝕成預(yù)定形狀，再在晶片上涂厚0.1mm的鋁，并光刻成我們需要的圖形。通常一個(gè)100mm2的晶片可以通過切割制造出200個(gè)以上的半導(dǎo)體橋，然后在切割為單個(gè)的芯片。事實(shí)上，半導(dǎo)體橋的工作原理就是通過對半導(dǎo)體橋事假電流脈沖，使得元件中的鋁焊盤之間產(chǎn)生等離子體以引燃相關(guān)產(chǎn)品。具體來說，就是施加的脈沖首先將橋融化，以產(chǎn)生弱離子化硅蒸汽的熔融態(tài)的溝道，如果電流繼續(xù)輸入，將會(huì)形成更寬的溝道，使得整個(gè)鋁焊盤的橋區(qū)全部熔融和政法。最后爆發(fā)成等離子體，最終形成高溫引燃壓裝在半導(dǎo)體橋上的藥劑。

圖1 半導(dǎo)體橋芯片結(jié)構(gòu)示意圖

2 微電子火攻品應(yīng)用在民用爆破領(lǐng)域分析

2.1 高瞬發(fā)度SCB安全雷管

我們常常會(huì)接觸到在地質(zhì)勘探中運(yùn)用的爆炸技術(shù)，爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波傳播和回波特征差異可以幫助我們對地質(zhì)情況進(jìn)行分析。使用SCB安全雷管，可以在幾平方公里內(nèi)對數(shù)千個(gè)炮孔進(jìn)行準(zhǔn)確的七寶，以形成平面應(yīng)力波，這樣一來對于有助于準(zhǔn)確的對結(jié)果進(jìn)行分析。但事實(shí)上，這種結(jié)果只是理想上的，實(shí)際上我們只能通過提高雷管的瞬發(fā)度，減少誤差來保持這種準(zhǔn)確性。同時(shí)，因野外施工受到的外界環(huán)境因素影響較多，因此對于爆破的無線通信、信號(hào)、雷管的安全性能等要求較高，而SCB雷管的優(yōu)勢能夠發(fā)揮在地質(zhì)勘探中。

2.2 電子雷管

所謂電子延期雷管主要通過微電子延期模板來取代傳統(tǒng)雷管中的延期體，使得延長時(shí)間更加精確，且非常保險(xiǎn)的新型雷管。電子雷管可以使用電發(fā)火和導(dǎo)爆管發(fā)火，前期的電子雷管內(nèi)部是不帶電源的，主要由外部提供延期模塊工作點(diǎn)火以產(chǎn)生起爆能量。而經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，電子雷管內(nèi)部開始被設(shè)置電源，以維持延期模塊工作最后準(zhǔn)確引爆雷管。不僅如此，現(xiàn)在的電子雷管還設(shè)有“密碼”，只有接收到特定的信息，才能啟動(dòng)，這也是保證電子雷管的安全性和保險(xiǎn)性的重要技術(shù)。

2.3 無線遙控雷管

新型無線可遙控起爆引爆系統(tǒng)的提出是微電子火工品的一項(xiàng)巨大進(jìn)步，該系統(tǒng)具有降低安裝成本、降低維持龐大引爆電纜網(wǎng)絡(luò)的高額費(fèi)用的優(yōu)勢，被廣泛運(yùn)用在礦井等民用領(lǐng)域中。Blast PED系統(tǒng)應(yīng)用在礦井起爆中，不僅為礦井提供了一種安全可靠的遠(yuǎn)程引爆系統(tǒng)，更增加了線纜的安全性。由發(fā)射機(jī)、帶接收機(jī)電子雷管組成，分為單向通信和雙向通信兩種系統(tǒng)。其中單項(xiàng)系統(tǒng)的工作原理主要由雷管接受信號(hào)，再按照預(yù)先編程來起爆雷管，而雙向系統(tǒng)中則可以實(shí)現(xiàn)雷管與發(fā)射機(jī)的雙向通信。

2.4 微電子火工品的研究進(jìn)展

起爆網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得電子雷管被應(yīng)用到了建筑施工、地質(zhì)勘察以及軍事防御中，作為現(xiàn)代高新技術(shù)，微電子火攻技術(shù)成為兵器、工業(yè)等部門研究的重點(diǎn)。經(jīng)過多年的潛心研究，SCB火工品在芯片設(shè)計(jì)、工藝制造以及元件封裝、測試等方面都得到了完善，不僅解決了微電子延期的電路設(shè)計(jì)、封裝等問題，更對邏輯控制SCB火攻技術(shù)的發(fā)火信號(hào)做到了識(shí)別技術(shù)。

3 結(jié)語

總之，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，微電子火工品的不僅應(yīng)用到了軍事領(lǐng)域中，對于民間多領(lǐng)域的運(yùn)用更得到了較大的發(fā)展。而多種微電子火工品的運(yùn)用在安全性以及可靠性上也有了巨大的提升，相信在未來，微電子火工品還將得到進(jìn)一步的發(fā)展，被廣泛運(yùn)用到更多的領(lǐng)域。

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