一种多功能一体化发火芯片及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能一体化发火芯片及其控制方法。本发明的芯片包括：衬底、电火工品、保险开关、失效开关、失能开关和逻辑控制电路。本发明将电火工品、保险开关、失效开关、放电开关和逻辑控制电路分别制备成独立的或彼此组合的芯片，既保证电火工品在非发火状态下具有高安全性，又避免了没有正常发火后的危害；同时，由于本发明使用了MEMS-CMOS工艺使得产品的一致性大大提高，体积大大降低，同时免除了传统安全、解保系统的装配问题，也降低了安全、解保系统安装的空间要求；本发明成本低、体积小；可靠性高、耐受力强，可以提高在恶劣发射条件下的生存能力；模块化封装，通用性强，免装配，易于生产和勤务处理。
【专利说明】一种多功能一体化发火芯片及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电火工品，具体涉及一种MEMS-CM0S集成安全、解保与发火一体化发火芯片及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着微系统集成技术的发展，将该技术应用于安全、解保系统的设计与制造中是当前及未来安全、解保技术研究的热点。安全、解保系统是保证发火控制装置正常作用发火和平时勤务处理安全的关键机构，近年来，将微系统集成技术应用于安全与解保系统中，可以减小安全、解保系统的体积、提高可靠性及增加新的智能化功能。目前的大多数微型安全、解保系统只是实现了安全系统中的安全隔爆及解除两道环境力保险功能，初级火工品还是以传统的桥丝雷管为主，由于设计中需要考虑雷管外形及与系统连接关系的影响，无法做到安全、解保与发火的一体化设计影响了系统的安全性与可靠性。少数集成度较高的产品将机械保险装置、电推销器与隔爆装置进行微系统集成，但由于系统中的机械安全装置多为微机电系统MEMS弹性结构，弹性元件的性能对系统可靠性影响较大，且不易装配，不利于机电式微安全、解保系统的大规模与低成本使用。
【发明内容】
[0003]针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种体积小巧、可靠性高、无可动结构、免装配且易于批量生产，并且实现了基本安全、解保与发火系统全部功能的基于微系统集成技术的MEMS-CM0S安全、解保与发火一体化芯片。
[0004]本发明的一个目的在于提供一种多功能一体化发火芯片。
[0005]本发明的一种多功能一体化发火芯片包括:衬底、电火工品、保险开关、失效开关、失能开关和逻辑控制电路；其中，衬底划分为动作区和逻辑控制区，动作区采用MEMS工艺，电火工品、保险开关、失效开关和失能开关设置在动作区上；逻辑控制区采用CMOS工艺，逻辑控制电路设置在逻辑控制区上；电火工品的两个发火电极分别连接至外部的发火控制电路；保险开关的一对被控端与电火工品并联，保险开关的一对控制端分别连接至外部的保险控制电路；失效开关的一对被控端与电火工品串联，失效开关的一对控制端连接至外部的失效控制电路；失能开关的一对被控端并联在保险控制电路的发火电容的两端，失能开关的一对控制端连接至外部的失能控制电路；逻辑控制电路包括多个电极，分别连接至外部的各个控制电路。
[0006]逻辑控制电路包括发火控制电极、解除保险电极、失效控制电极和失能控制电极；其中，发火控制电极连接至发火控制电路的发火信号端口，向发火控制电路施加发火信号；解除保险电极连接至保险控制电路的解除保险信号端口，向保险控制电路施加解除保险信号；失效控制电极连接至失效控制电路的失效信号端口，向失效控制电路施加失效信号；失能控制电极连接至失能控制电路的失能信号端口，向失能控制电路施加失能信号。
[0007]电火工品包括电火工品衬底、两个发火电极和作用区域,两个发火电极和作用区域位于衬底上，两个发火电极分别位于作用区域的两端。
[0008]发火控制电路包括发火电容Cl和开关管Ql，开关管Ql为三端开关类电子管，例如三极管，MOSFET管或晶闸管。逻辑控制电路的发火控制电极连接至开关管Ql的门极控制引脚，开关管Ql的门极控制引脚作为发火控制电路的发火信号端口。
[0009]保险开关是一个由常通状态向常断状态转换的固态电子开关，包括:保险衬底、保险控制桥、绝缘层、金属互联、保险被控桥和钝化层；其中，保险控制桥形成在保险衬底上，包括一对保险控制桥电极，以及连接二者的保险控制桥桥区；绝缘层覆盖在保险控制桥上；绝缘层上与一对保险控制桥电极正对的位置设置有多个通孔，形成一对通孔阵列，内部填充金属互联；保险被控桥形成在绝缘层上，包括一对保险被控桥电极，以及连接二者的保险被控桥桥区；一对保险被控桥电极与一对通孔阵列的位置没有重叠；保险被控桥桥区覆盖保险控制桥桥区的作用区域；钝化层形成在保险被控桥上；在钝化层中分别与一对保险被控桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别与一对保险被控桥电极相接触形成电学互联，将一对保险被控桥电极作为被控端引出；在钝化层中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别通过金属互联与一对保险控制桥电极形成电学互联，将一对保险控制桥电极作为控制端引出；一对保险被控桥电极分别连接至电火工品的两个发火电极上，与电火工品形成并联；一对保险控制桥电极分别连接至保险控制电路的两端。保险控制桥桥区的作用区域即发生电爆的位置。
[0010]由于电火工品并联常通状态的保险开关，因此被短路。当逻辑控制电路通过解除保险电极，向保险控制电路的解除保险信号端口施加解除保险信号时，连接保险控制电路两端的保险控制桥发生电爆，保险控制桥桥区产生等离子体，等离子体膨胀做功将重叠在保险控制桥桥区的作用区域之上的保险被控桥桥区破坏，保险被控桥断开，电火工品接入外部的发火控制电路，从而逻辑控制电路的发火控制电极向发火控制电路的发火信号端口施加发火控制信号，启动发火电容Cl，使其向电火工品施加电流信号，电火工品发火。
[0011]失效开关是一个由常通状态向常断状态转换的固态电子开关，包括:失效衬底、失效控制桥、绝缘层、金属互联、失效被控桥和钝化层；其中，失效控制桥形成在失效衬底上，包括一对失效控制桥电极，以及连接二者的失效控制桥桥区；绝缘层覆盖在失效控制桥上；绝缘层上与一对失效控制桥电极正对的位置设置有多个通孔，形成一对通孔阵列，内部填充金属互联；失效被控桥形成在绝缘层上，包括一对失效被控桥电极，以及连接二者的失效被控桥桥区；一对失效被控桥电极与一对通孔阵列的位置没有重叠；失效被控桥桥区覆盖失效控制桥桥区的作用区域；钝化层形成在失效被控桥上；在钝化层中分别与一对失效被控桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别与一对失效被控桥电极相接触形成电学互联，将一对失效被控桥电极作为被控端引出；在钝化层中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别通过金属互联与一对失效控制桥电极形成电学互联，将一对失效控制桥电极作为控制端引出；一个失效被控桥电极连接至电火工品的一个发火电极上，另一个失效被控桥电极和电火工品的另一个发火电极分别连接至发火控制电路的两端，从而与电火工品串联接入发火控制电路；一对失效控制桥电极分别连接至失效控制电路的两端。
[0012]失效开关是一个常通状态的开关，与电火工品串联接入发火控制电路。当逻辑控制电路通过失效控制电极，向失效控制电路的失效信号端口施加失效信号时，连接失效控制电路两端的失效控制桥发生电爆，失效控制桥桥区产生等离子体，等离子体膨胀做功将重叠在失效控制桥桥区之上的失效被控桥桥区破坏，失效被控桥断开，电火工品与发火控制电路断开连接，使得发火控制电路不能向电火工品提供发火能量，降低了其未发火后可能造成的危害。
[0013]失能开关是一个由常断状态向常通状态转换的固态电子开关，包括:失能衬底、预连通桥、绝缘层、金属互联、失能控制桥和钝化层；其中，预连通桥形成在失能衬底上，包括一对预连通桥电极，以及二者之间的断开的预连通桥桥区；绝缘层覆盖在预连通桥上；绝缘层上与预连通桥的一对预连通桥电极正对的位置设置有多个通孔，形成一对通孔阵列，内部填充金属互联；失能控制桥形成在绝缘层上，包括一对失能控制桥电极，以及连接二者的失能控制桥桥区；一对失能控制桥电极与一对通孔阵列的位置没有重叠；失能控制桥桥区覆盖预连通桥桥区断开的位置；钝化层形成在失能控制桥上；在钝化层中分别与一对失能控制桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别与一对失能控制桥电极相接触形成电学互联，将一对失能控制桥电极作为控制端引出；在钝化层中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别通过金属互联与一对预连通桥电极形成电学互联，将一对预连通桥电极作为被控端引出；一对预连通桥电极并联在发火控制电路的发火电容的两端；一对失能控制桥电极分别连接至失能控制电路的两端。
[0014]逻辑控制电路设置三个时间窗口:第一至第三时间窗口 ；芯片通电，启动逻辑控制电路后，通过解除保险电极向保险控制电路的解除保险信号端口，施加解除保险信号，保险控制电路控制保险开关断开，电火工品接入发火控制电路；当第一时间窗口到达后，通过发火控制电极向发火控制电路的发火信号端口，施加发火信号，发火控制电路控制电火工品发火；当第二时间窗口到达后，通过失效控制电极向失效控制电路的失效信号端口，施加失效信号，失效控制电路控制失效开关断开，使得电火工品与发火控制电路断开，若电火工品未在第一时间窗口发火，则第二时间窗口的操作保证其不会再发火；当第三时间窗口到达后，通过失能控制电极向失能控制电路的失能信号端口，施加失能信号，从而失能控制电路控制失能开关接通，发火控制电路的发火电容通过失能开关安全放电，若电火工品未在第一时间窗口发火，且未在第二时间窗口失效，则第三时间窗口的操作也能使发火电容不能向电火工品提供发火能量，进一步降低了未发火后可能造成的危害。
[0015]控制桥的厚度不超过2 μ m，长度不超过400 μ m,材料为Al或Cu，或者为重掺杂的半导体多晶硅。被控桥的厚度不超过2 μ m，长度不超过400 μ m，材料为Al或Cu，或者为重掺杂的半导体多晶硅。控制桥的控制桥区，或者被控桥的被控桥区，形状为矩形，宽度在2 μ m?40 μ m之间，或者形状为中间窄两端宽的结构，并且为轴对称的图形，中间的最小宽度在2 μ m?40 μ m,两端的最大的宽度在40 μ m?400 μ m。
[0016]绝缘层的厚度在0.5 μ m?2 μ m之间，用于保持控制桥和被控桥导线之间的绝缘。钝化层位于最外层，材料采用与CMOS工艺相兼容的绝缘抗氧化材料，用于保护固态电子开关，防止其被氧化。
[0017]本发明的电火工品、保险开关、失效开关、失能开关和逻辑控制电路，可以分别单独制成芯片后封装在一起，或者直接制备到一块芯片中。
[0018]本发明的另一目的在于提供一种多功能一体化发火芯片的控制方法。
[0019]本发明的多功能一体化发火芯片的控制方法，包括以下步骤:
[0020]I)启动逻辑控制电路，通过解除保险电极向保险控制电路的解除保险信号端口，施加解除保险信号，保险控制电路控制保险开关断开，电火工品接入发火控制电路，逻辑控制电路开始计时；
[0021]2)当第一时间窗口到达后，通过发火控制电极向发火控制电路的发火信号端口，施加发火信号，发火控制电路控制电火工品发火；
[0022]3)当第二时间窗口到达后，通过失效控制电极向失效控制电路的失效信号端口，施加失效信号，失效控制电路控制失效开关断开，使得电火工品与发火控制电路断开；
[0023]4)当第三时间窗口到达后，通过失能控制电极向失能控制电路的失能信号端口，施加失能信号，从而失能控制电路控制失能开关接通，发火控制电路的发火电容通过失能开关安全放电，逻辑控制电路计时停止。
[0024]本发明将电火工品、保险开关、失效开关、失能开关和逻辑控制电路分别制备成独立的或彼此组合的芯片，既保证电火工品在非发火状态下具有高安全性，又避免了没有正常发火后的危害；同时，由于本发明使用了 MEMS-CM0S工艺使得产品的一致性大大提高，体积大大降低，同时免除了传统安全、解保系统的装配问题，也降低了安全、解保系统安装的空间要求。
[0025]本发明的优点:
[0026]本发明采用与标准CMOS加工工艺类似的MEMS-CM0S工艺，使用氧化、外延、光刻、干/湿法刻蚀、物理/化学气相沉积等技术，在批量制造微系统和微结构上有明显优势。本发明通过对安全、解保与发火原理的设计、一体化芯片中各MEMS组件及结构的选择、一体化芯片中CMOS电路部分的设计及各组件内部联线之间的能量关系匹配，核心结构可以用MEMS-CM0S加工工艺来加工，将现有技术中的大尺寸三维机构缩小成为一个小尺寸平面芯片结构。本发明的一体化芯片可以在实现传统的使用安全、保险系统核心功能的同时，使体积大大缩小，并集成了发火功能，提高了大规模加工的一致性，增加了系统可靠性，并且免于装配并降低成本。芯片面积不超过50mmX50mm。主要优点可以归结为:
[0027]1、便于批量加工，工艺一致性好，可降低生产成本；
[0028]2、体积小，可用于小口径弹药；
[0029]3、可靠性高、耐受力强，可以提高在恶劣发射条件下的生存能力；
[0030]4、模块化封装，通用性强，免装配，易于生产和勤务处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明的多功能一体化发火芯片的结构示意图；
[0032]图2为本发明的多功能一体化发火芯片的保险开关的爆炸图；
[0033]图3为本发明的多功能一体化发火芯片的失效开关的爆炸图；
[0034]图4为本发明的多功能一体化发火芯片的失能开关的爆炸图；
[0035]图5为本发明的多功能一体化发火芯片与外电路连接的电路原理图，其中，(a)为处于安全状态，(b)为处于解除保险状态，(C)为处于失效状态，(d)为处于失能状态；
[0036]图6为本发明的发火控制电路的发火电容的放电原理图；
[0037]图7为本发明的多功能一体化发火芯片的剖面图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
[0039]实施例一
[0040]如图1所示，本实施例的多功能一体化发火芯片包括:衬底O、电火工品1、保险开关2、失效开关3、失能开关4和逻辑控制电路5 ;其中，衬底O划分为动作区I和逻辑控制区II，动作区I采用MEMS工艺，电火工品1、保险开关2、失效开关3和失能开关4设置在动作区I上；逻辑控制区II采用CMOS工艺，逻辑控制电路5设置在逻辑控制区II上；电火工品I的两个发火电极11分别连接至外部的发火控制电路01 ;保险开关2的一对被控端241与电火工品并联，保险开关2的一对控制端221分别连接至外部的保险控制电路02 ;失效开关3的一对被控端341与电火工品串联，失效开关3的一对控制端321连接至外部的失效控制电路03 ;失能开关4的一对被控端421并联在保险控制电路的发火电容的两端，失能开关4的一对控制端441连接至外部的失能控制电路04 ;逻辑控制电路5包括发火控制电极51、解除保险电极52、失效控制电极53、失能控制电极54、电源电极55和地电极56。
[0041]电火工品I包括电火工品衬底、两个发火电极11和作用区域，两个发火电极11和作用区域位于衬底上，两个发火电极11分别位于作用区域的两端。
[0042]如图2所示，保险开关2是一个由常通状态向常断状态转换的固态电子开关，包括:保险衬底21、保险控制桥22、绝缘层23、金属互联27、保险被控桥24和钝化层25 ;其中，保险控制桥22形成在保险衬底21上，包括一对保险控制桥电极，以及连接二者的保险控制桥桥区；绝缘层23覆盖在保险控制桥22上；绝缘层23上与一对保险控制桥电极正对的位置设置有多个通孔，形成一对通孔阵列，内部填充金属互联27 ;保险被控桥24形成在绝缘层23上，包括一对保险被控桥电极，以及连接二者的保险被控桥桥区；一对保险被控桥电极与一对通孔阵列的位置没有重叠；保险被控桥桥区覆盖保险控制桥桥区的作用区域；钝化层25形成在保险被控桥24上；在钝化层25中分别与一对保险被控桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘264，分别与一对保险被控桥电极相接触形成电学互联，将一对保险被控桥电极作为被控端241引出；在钝化层25中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘262，分别通过金属互联27与一对保险控制桥电极形成电学互联，将一对保险控制桥电极作为控制端221引出；一对保险开关2的被控端241分别连接至电火工品的两个发火电极11上，与电火工品I形成并联；一对保险开关2的控制端221分别连接至保险控制电路02的两端。保险控制桥桥区的作用区域即发生电爆的位置。
[0043]如图3所示，失效开关3是一个由常通状态向常断状态转换的固态电子开关，包括:失效衬底31、失效控制桥32、绝缘层33、金属互联37、失效被控桥34和钝化层35。在钝化层35中分别与一对失效被控桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘364,分别与一对失效被控桥电极相接触形成电学互联，将一对失效被控桥电极作为被控端341引出；在钝化层中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘362，分别通过金属互联与一对失效控制桥电极形成电学互联，将一对失效控制桥电极作为控制端321引出；失效开关3的一个被控端341连接至电火工品I的一个发火电极11上，效开关3的另一个失被控端341和电火工品的另一个发火电极11分别连接至发火控制电路Ol的两端，从而与电火工品I串联接入发火控制电路01 ；一对失效开关3的控制端321分别连接至失效控制电路03的两端。
[0044]如图4所示，失能开关4是一个由常断状态向常通状态转换的固态电子开关，包括:失能衬底41、预连通桥42、绝缘层43、金属互联47、失能控制桥44和钝化层45 ;在钝化层45中分别与一对失能控制桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘464,分别与一对失能控制桥电极相接触形成电学互联,将一对失能控制桥电极作为控制端441引出；在钝化层45中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘462，分别通过金属互联与一对预连通桥电极形成电学互联，将一对预连通桥电极作为被控端421引出；一对失能开关4的被控端421并联在发火控制电路01的发火电容Cl的两端；一对失能开关4的控制端441分别连接至失能控制电路04的两端。
[0045]逻辑控制电路5包括发火控制电极51、解除保险电极52、失效控制电极53和失能控制电极54 ;其中，发火控制电极连接至发火控制电路01的发火信号端口 011，向发火控制电路施加发火信号；解除保险电极52连接至保险控制电路02的解除保险信号端口 021，向保险控制电路02施加解除保险信号；失效控制电极53连接至失效控制电路03的失效信号端口 031，向失效控制电路03施加失效信号；失能控制电极54连接至失能控制电路04的失能?目号端口 041,向失能控制电路04施加失能/[目号。
[0046]发火控制电路01包括发火电容Cl和开关管Q1，开关管Ql为三端开关类电子管，例如三极管，MOSFET管或晶闸管。逻辑控制电路的发火控制电极连接至开关管Ql的门极控制引脚。开关管Ql的门极控制引脚作为发火控制电路01的发火信号端口 011。
[0047]逻辑控制电路包括三个时间窗口:第一至第三时间窗口。
[0048]当不需要引爆电火工品时，电火工品I与保险开关20并联，此时由于保险开关2的分流作用，使得电火工品I在即使达到发火条件仍就不能发火，此时处于安全状态，如图5(a)所示；当芯片通电，启动逻辑控制电路，电源向发火电容Cl和外保险控制电路02、失效控制电路03与失能控制电路04中的电容充电，此时，逻辑控制电路5或者外部的激励信号通过解除保险电极52向保险控制电路02的解除保险信号端口 021发出解除保险信号，保险控制电路02使保险开关2断开，电火工品I接入发火控制电路01，此时处于解除保险状态，如图5(b)所示，同时逻辑控制电路5开始计时；当第一时间窗口到达后，逻辑控制电路5通过发火控制电极51向Ql的门极控制引脚输出一个发火控制信号导通开关管Q1，发火电容Cl通过开关管Ql向电火工品I施加电流信号，电火工品I发火；当第二时间窗口到达后，逻辑控制电路5通过失效控制电极53向失效信号端口 031发出失效信号，启动失效控制电路03断开失效开关3，使得电火工品I与发火控制电路01断开，此时处于失效状态，如图5(c)所不,若电火工品I未在第一时间窗口发火，则第一时间窗口的操作保证其不可再次发火；当第三时间窗口到达后，逻辑控制电路5通过失能控制电极54向失能信号端口041发出失能信号，启动失能控制电路04闭合失能开关4，使得发火电容Cl通过失能开关4安全放电，此时处于失能状态，如图5(d)所不,若电火工品I未在第一时间窗口发火且未在第二时间窗口失效，则第三时间窗口的操作使得发火电容Cl不能向电火工品I提供发火能量，进一步降低了未能发火后可能造成的危害。逻辑控制电路5计时停止。
[0049]如图6所示，本发明中的保险控制电路02、失效控制电路03与失能控制电路04均为相同的电容放电电路；电路包括电源、二极管Dx，电容Cx和开关管Qx，开关管Qx可以是三极管，MOSFET管、晶闸管或其它开关类电子管。一体化芯片通电后，电源向电容Cx充电，当电路从端口 a接收到外部信号时，开关管Qx导通，电容Cx通过端口 b和端口 c放电使得端口 b和端口 c之间的器件发生电爆。例如保险控制电路02，端口 a为021连接到解除保险电极52，端口 b和端口 c连接到保险开关的控制端221，当逻辑控制电路5通过解除保险电极52发出解除保险信号后，晶闸管Qx导通，使得电容Cx通过保险开关2放电，使得保险控制桥发生电爆，断开正交于其上方的保险被控桥，即保险开关2断开。又如失效控制电路03端口 a为031连接到失效控制电极53，端口 b和端口 c连接到失效开关的控制端321，当逻辑控制电路5通过失效控制电极53发出失效信号后，晶闸管Qx导通，使得电容Cx通过失效开关3放电，使得失效控制桥发生电爆，断开正交于其上方的失效被控桥，即失效开关3断开。又如失能控制电路04端口 a为041连接到失能控制电极54，端口 b和端口 c连接到失能开关的控制端441，当逻辑控制电路5通过失能控制电极54发出失能信号后，晶闸管Qx导通，使得电容Cx通过失能开关4放电，使得失能控制桥发生电爆，接通正交于其下方的预连通桥，即失能开关4闭合。
[0050]如图7所示，本发明中的多功能一体化芯片的制备方法包括:准备双面抛光硅基片701 (〈100〉晶向)为原料作为芯片基底，清洗后经双面氧化与等离子增强型化学气象沉积方法(LPCVD)，生成厚度2 μ m左右的钝化层702 ;在清洗后继续对硅片用LPCVD的方法在650°C的条件下淀积0.5 μ m厚的多晶硅层，之后在多晶硅层上利用氧化、扩散、光刻、离子注入、物理气相沉积等方法形成表面电路层703，利用LPCVD方法沉积表面钝化层704完成芯片的制备。
[0051]最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种多功能一体化发火芯片，其特征在于，所述芯片包括:衬底、电火工品、保险开关、失效开关、放电开关和逻辑控制电路；其中，衬底划分为动作区和逻辑控制区，动作区采用MEMS工艺，电火工品、保险开关、失效开关和放电开关设置在动作区上；逻辑控制区采用CMOS工艺，逻辑控制电路设置在逻辑控制区上；所示电火工品的两个发火电极分别连接至外部的发火控制电路；所示保险开关的一对被控端与电火工品并联，保险开关的一对控制端分别连接至外部的保险控制电路；所示失效开关的一对被控端与电火工品串联，失效开关的一对控制端连接至外部的失效控制电路；所述失能开关的一对被控端并联在保险控制电路的发火电容的两端，失能开关的一对控制端连接至外部的失能控制电路；逻辑控制电路包括多个电极，分别连接至外部的各个控制电路。
2.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述逻辑控制电路包括发火控制电极、解除保险电极、失效控制电极和放电控制电极；其中，发火控制电极连接至发火控制电路的发火信号端口，向发火控制电路施加发火信号；解除保险电极连接至保险控制电路的解除保险信号端口，向保险控制电路施加解除保险信号；失效控制电极连接至失效控制电路的失效信号端口，向失效控制电路施加失效信号；失能控制电极连接至失能控制电路的失能信号端口，向失能控制电路施加失能信号。
3.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述保险开关是一个由常通状态向常断状态转换的固态电子开关，包括:保险衬底、保险控制桥、绝缘层、金属互联、保险被控桥和钝化层；其中，保险控制桥形成在保险衬底上，包括一对保险控制桥电极，以及连接二者的保险控制桥桥区；绝缘层覆盖在保险控制桥上；绝缘层上与一对保险控制桥电极正对的位置设置有多个通孔，形成一对通孔阵列，内部填充金属互联；保险被控桥形成在绝缘层上，包括一对保险被控桥电极，以及连接二者的保险被控桥桥区；一对保险被控桥电极与一对通孔阵列的位置没有重叠；保险被控桥桥区覆盖保险控制桥桥区的作用区域；钝化层形成在保险被控桥上；在钝化层中分别与一对保险被控桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别与一对保险被控桥电极相接触形成电学互联，将一对保险被控桥电极作为被控端引出；在钝化层中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别通过金属互联与一对保险控制桥电极形成电学互联，将一对保险控制桥电极作为控制端引出；一对保险被控桥电极分别连接至电火工品的两个发火电极上，与电火工品形成并联；一对保险控制桥电极分别连接至保险控制电路的两端。
4.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述失效开关是一个由常通状态向常断状态转换的固态电子开关，包括:失效衬底、失效控制桥、绝缘层、金属互联、失效被控桥和钝化层；其中，失效控制桥形成在失效衬底上，包括一对失效控制桥电极，以及连接二者的失效控制桥桥区；绝缘层覆盖在失效控制桥上；绝缘层上与一对失效控制桥电极正对的位置设置有多个通孔，形成一对通孔阵列，内部填充金属互联；失效被控桥形成在绝缘层上，包括一对失效被控桥电极，以及连接二者的失效被控桥桥区；一对失效被控桥电极与一对通孔阵列的位置没有重叠；失效被控桥桥区覆盖失效控制桥桥区的作用区域；钝化层形成在失效被控桥上；在钝化层中分别与一对失效被控桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别与一对失效被控桥电极相接触形成电学互联，将一对失效被控桥电极作为被控端引出；在钝化层中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别通过金属互联与一对失效控制桥电极形成电学互联，将一对失效控制桥电极作为控制端引出；一个失效被控桥电极连接至电火工品的一个发火电极上，另一个失效被控桥电极和电火工品的另一个发火电极分别连接至发火控制电路的两端，从而与电火工品串联接入发火控制电路；一对失效控制桥电极分别连接至失效控制电路的两端。
5.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述失能开关是一个由常断状态向常通状态转换的固态电子开关，包括:失能衬底、预连通桥、绝缘层、金属互联、失能控制桥和钝化层；其中，预连通桥形成在失能衬底上，包括一对预连通桥电极，以及二者之间的断开的预连通桥桥区；绝缘层覆盖在预连通桥上；绝缘层上与预连通桥的一对预连通桥电极正对的位置设置有多个通孔，形成一对通孔阵列，内部填充金属互联；失能控制桥形成在绝缘层上，包括一对失能控制桥电极，以及连接二者的失能控制桥桥区；一对失能控制桥电极与一对通孔阵列的位置没有重叠；失能控制桥桥区覆盖预连通桥桥区断开的位置；钝化层形成在失能控制桥上；在钝化层中分别与一对失能控制桥电极相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别与一对失能控制桥电极相接触形成电学互联，将一对失能控制桥电极作为控制端引出；在钝化层中分别与一对通孔阵列相对的地方设置有焊盘通孔，内部设置有一对焊盘，分别通过金属互联与一对预连通桥电极形成电学互联，将一对预连通桥电极作为被控端引出；一对预连通桥电极并联在发火控制电路的发火电容的两端；一对失能控制桥电极分别连接至失能控制电路的两端。
6.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述发火控制电路包括发火电容Cl和开关管Q1，开关管Ql为三端开关类电子管。
7.—种权利要求1所述的多功能一体化发火芯片的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤: 1)启动逻辑控制电路，通过解除保险电极向保险控制电路的解除保险信号端口，施加解除保险信号，保险控制电路控制保险开关断开，电火工品接入发火控制电路，逻辑控制电路开始计时； 2)当第一时间窗口到达后，通过发火控制电极向发火控制电路的发火信号端口，施加发火信号，发火控制电路控制电火工品发火； 3)当第二时间窗口到达后，通过失效控制电极向失效控制电路的失效信号端口，施加失效信号，失效控制电路控制失效开关断开，使得电火工品与发火控制电路断开； 4)当第三时间窗口到达后，通过失能控制电极向失能控制电路的失能信号端口，施加失能信号，从而失能控制电路控制失能开关接通，发火控制电路的发火电容通过失能开关安全放电，逻辑控制电路计时停止。
【文档编号】B81B7/02GK104140073SQ201410395741
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】丁旭冉, 娄文忠, 赵越 申请人:北京理工大学