HJJF003半导体桥塞点火/起爆激发单元
01 概述
hjjf003半导体桥塞点火/起爆激发单元是一种快速放电的高端开关。它是基于符合gjb2438要求的厚膜集成制作而成。具有体积小、放电电流大、放电快速等特点。加装了抗射频（emi）及静电（esd）防护。适用于高可靠地激发对射频和静电敏感的1ω/3ω半导体桥塞（scb）。也可用做半导体激光器泵源高可靠的激发单元。
02 电原理图
图1 hjjf003电原理图
设计思路
半导体桥塞相对于合金桥丝而言，具有点火所需要的能量小、时间短、能够形成高温等离子放电等特性。要求其激发单元必须具备快速放大电流的能力。桥塞一端必须接地（gnd），出于安全性的考虑，必须选用高端开关执行。在一定的供电电压及电流要求下，p-mos管是最好的选项。而成品p-mos管的应用又遇到了两个挑战，一是引线寄生电感，二是不合理的驱动方式会造成p-mos管儿的开启损耗偏大，进而影响激发效果。
实际工况条件，半导体桥塞还会受静电放电（esd）和射频干扰（emi）的影响。静电会损伤桥塞。强射频干扰会造成误触发。静电、射频干扰、放电的v-t波形图如图2所示。
图2 放电的v-t波形图
静电脉冲有时可能高达几万伏，但其作用时间δt1≤2~3μs；射频干扰虽在几十伏到上百伏不等，但其持续的时间δt2 在几十μs到几十ms之间；正常需要的放电脉冲在15~36v，有效作用时间δt3在1μs~10μs之间。因此，hjjf003设计的主要思路就是：通过合理的驱动p-mos管获取强放电脉冲；通过m2（nmos管）来吸收esd/emi。由于厚膜集成工艺均用裸管芯通过超声换能焊接成系统，故寄生电感可降至最小。
对静电放电（esd）和射频干扰（emi）的防护机理分两种情况：
1.在系统不加电的情况下，此时m1、m2关断，若半导体桥塞（scb）感受到一个负向的esd/emi，则能量会通过d2泄放，如下图3所示：
图3
此时，scb上的最大感受电压≤1.2v（@if≤38a），能够有效地保护scb不激发/亚点火。
若scb上感受到一个正向的esd/emi，则能量会通过d1和co释放，如下图4所示：
图4
此时，因为co没有充电，正负极相当于短路态。静电放电（esd）属于极窄脉冲，其时间不足以使co解除短路态。而emi放电脉冲虽然较宽，但只要小于300ms，也不足以使co充电。从而有效保护scb不激发/亚点火。
2.在系统加电但未发点火命令时，m1关断，m2导通，co已充电完成。此时scb不管感受到正向esd/emi，还是负向esd/emi，均会通过导通的m2强泄放掉，如下图5所示：
图5
由于m2是一个导通电阻约60mω的管子，因而能承受约50a的非重复浪涌电流，因而能有效地保护1ω/3ω的scb免受esd/emi影响。
03
封装形式及引出端功能 3.1 采用f08-04b 紫瓷扁平封装，封装尺寸如图 6 所示。
图 6 f08-04b封装尺寸图
3.2 引出端功能如下：
04
绝对最大额定值
05
电特性
除非另有规定外，vcc=15v，co=68μf，scb阻值为1ω，ta=25℃
06
典型应用原理图
图7 hjjf003典型应用
应用注意事项：
a.为消除寄生电感对放电能量的损失，充/放电电容、桥塞应尽可能靠近器件排布、互连线尽可能短且粗;
b.为了防止快速放电gnd噪声对输入信号的影响，在充/放电电容与桥塞公共点到电源地之间，应考虑0ω电阻;
c. vcc端不用做电源旁路；
d.器件可重复做实验，但是一定要留够足够的充电时间，确保co完全充饱，否则会影响二次激发效果。
e.放电信号脉冲宽度一定要≥200μs，且上升沿要≤200ns，否则内部的p-mos管儿瞬时导通特性会变差，进而影响激发效果。
f. scb一般由高掺杂的多晶硅组成，其电阻率上升较为缓慢，且在达到约800k时，电阻率就开始下降。当有电流通过时，scb中心区域会快速升温，随着负阻效应的作用，电阻值降低，电流的路径集中于低阻区域，温度进一步升高，这一作用使得高温区域迅速融化。温度继续升高时中心区域开始汽化，大量热量通过载流子扩散和热辐射向四周发射。随着电离的增强，电阻变小，最后形成一个较强的高温等离子层，产生高温等离子体辐射放电，从而引爆装载的药剂。
g. 根据电容放电能量公式e=（c×u2）÷2，若vcc较小时，co应选用容值较大的电容，便于使桥塞在起爆时有充足能量进入负阻态。
07
典型应用数据
08
评估板
1.scb激发单元
2.半导体激光器激发单元
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02 电原理图
图1 hjjf003电原理图
设计思路
半导体桥塞相对于合金桥丝而言，具有点火所需要的能量小、时间短、能够形成高温等离子放电等特性。要求其激发单元必须具备快速放大电流的能力。桥塞一端必须接地（gnd），出于安全性的考虑，必须选用高端开关执行。在一定的供电电压及电流要求下，p-mos管是最好的选项。而成品p-mos管的应用又遇到了两个挑战，一是引线寄生电感，二是不合理的驱动方式会造成p-mos管儿的开启损耗偏大，进而影响激发效果。
实际工况条件，半导体桥塞还会受静电放电（esd）和射频干扰（emi）的影响。静电会损伤桥塞。强射频干扰会造成误触发。静电、射频干扰、放电的v-t波形图如图2所示。
图2 放电的v-t波形图
静电脉冲有时可能高达几万伏，但其作用时间δt1≤2~3μs；射频干扰虽在几十伏到上百伏不等，但其持续的时间δt2 在几十μs到几十ms之间；正常需要的放电脉冲在15~36v，有效作用时间δt3在1μs~10μs之间。因此，hjjf003设计的主要思路就是：通过合理的驱动p-mos管获取强放电脉冲；通过m2（nmos管）来吸收esd/emi。由于厚膜集成工艺均用裸管芯通过超声换能焊接成系统，故寄生电感可降至最小。
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1.在系统不加电的情况下，此时m1、m2关断，若半导体桥塞（scb）感受到一个负向的esd/emi，则能量会通过d2泄放，如下图3所示：
图3
此时，scb上的最大感受电压≤1.2v（@if≤38a），能够有效地保护scb不激发/亚点火。
若scb上感受到一个正向的esd/emi，则能量会通过d1和co释放，如下图4所示：
图4
此时，因为co没有充电，正负极相当于短路态。静电放电（esd）属于极窄脉冲，其时间不足以使co解除短路态。而emi放电脉冲虽然较宽，但只要小于300ms，也不足以使co充电。从而有效保护scb不激发/亚点火。
2.在系统加电但未发点火命令时，m1关断，m2导通，co已充电完成。此时scb不管感受到正向esd/emi，还是负向esd/emi，均会通过导通的m2强泄放掉，如下图5所示：
图5
由于m2是一个导通电阻约60mω的管子，因而能承受约50a的非重复浪涌电流，因而能有效地保护1ω/3ω的scb免受esd/emi影响。
03
封装形式及引出端功能 3.1 采用f08-04b 紫瓷扁平封装，封装尺寸如图 6 所示。
图 6 f08-04b封装尺寸图
3.2 引出端功能如下：
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05
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a.为消除寄生电感对放电能量的损失，充/放电电容、桥塞应尽可能靠近器件排布、互连线尽可能短且粗;
b.为了防止快速放电gnd噪声对输入信号的影响，在充/放电电容与桥塞公共点到电源地之间，应考虑0ω电阻;
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f. scb一般由高掺杂的多晶硅组成，其电阻率上升较为缓慢，且在达到约800k时，电阻率就开始下降。当有电流通过时，scb中心区域会快速升温，随着负阻效应的作用，电阻值降低，电流的路径集中于低阻区域，温度进一步升高，这一作用使得高温区域迅速融化。温度继续升高时中心区域开始汽化，大量热量通过载流子扩散和热辐射向四周发射。随着电离的增强，电阻变小，最后形成一个较强的高温等离子层，产生高温等离子体辐射放电，从而引爆装载的药剂。
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