阅读说明：本技术 一种基于平面高压开关的微芯片集成***箔*** (Microchip integrated exploding foil initiator based on plane high-voltage switch ) 是由 朱朋 徐聪 沈瑞琪 于 2019-03-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器。该起爆器包括：陶瓷基片、金属层一、绝缘层、金属层二、光刻胶层、二极管、金属焊带和炸药柱。本发明公开的集成爆炸箔起爆器将平面高压开关与爆炸箔集成在了一起,极大地降低了平面高压开关的成本,提高了样品的一致性；通过一体化设计使得电容放电单元的结构更紧凑,极大地降低了发火能量；最后,本发明装置的尺寸控制在100mm<Sup>3</Sup>以内,符合爆炸箔起爆器小型化的发展方向,拓宽了其应用范围。(The invention discloses a microchip integrated exploding foil initiator based on a plane high-voltage switch. The initiator includes: the semiconductor device comprises a ceramic substrate, a first metal layer, an insulating layer, a second metal layer, a photoresist layer, a diode, a metal welding strip and an explosive column. The integrated exploding foil initiator disclosed by the invention integrates the plane high-voltage switch and the exploding foil, so that the cost of the plane high-voltage switch is greatly reduced, and the consistency of a sample is improved; the capacitor discharge unit is more compact in structure through integrated design, and ignition energy is greatly reduced; finally, the size of the device of the invention is controlled at 100mm 3 The explosion foil initiator meets the development direction of miniaturization of the explosion foil initiator and widens the application range of the explosion foil initiator.)

一种基于平面高压开关的微芯片集成***箔***

技术领域

本发明属于微型低能钝感点火***件技术领域，特别涉及一种基于平面高压开关的微芯片集成***箔***。

背景技术

***箔***(Exploding Foil Initiator，EFI)也称为冲击片***，主要包括金属桥箔、飞片层、加速膛和钝感装药。由于其不含敏感含能材料，且能量输出载体(飞片)与主装药之间没有直接接触，因而具有较强的抗电磁干扰能力，能够适应极端的外界环境，比如静电、射频、电磁等，是一种极其安全可靠的起爆装置。

高压开关是***箔***中的关键器件之一，决定着起爆装置的输出特性，其性能的好坏直接影响起爆装置的性能。当起爆回路的脉冲电流上升沿过于平缓或峰值较低时，***箔由于得到的能量较小就会熔化或者发生慢***，***箔***便不能可靠作用。平面高压开关是一种新型的高压开关，具有闭合速度快、触发电压低、结构简单、易于加工集成的特点，是一种适用于微型化EFI的开关。然而到目前为止，尚未见到利用微机电加工技术(Microelectromechanical system,MEMS)将平面高压开关和***箔***一体化集成的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于平面高压开关的微芯片集成***箔***。

实现本发明目的提供的技术方案如下：

该装置分为炸箔***与平面高压开关两部分，具体包括陶瓷基片、金属层一、绝缘层、金属层二、光刻胶层、二极管、金属焊带和***柱；其中，金属层一置于陶瓷基片之上，金属层一上设置在平面高压开关一侧作为下电极，设置在***箔***一侧作为***箔，另外***箔上设有焊盘一和焊盘二；绝缘层置于金属层一之上，设置在平面高压开关一侧作为上下电极间的绝缘材料，设置在***箔***一侧作为飞片层；金属层二置于绝缘层之上，设置平面高压开关一侧作为上电极，设置在***箔***一侧作为金属飞片；光刻胶层置于金属层二之上，设置在平面高压开关一侧作为束胶槽，设置在***箔***一侧作为加速膛；二极管粘接在上电极之上，阳极朝下；利用其反向击穿特性，使开关能够抗杂散电流；金属焊带起着衔接作用，焊带一一端焊接在上电极，另一端焊接在焊盘一，焊带二一端焊接在二极管的阴极，另一端焊接在焊盘二之上；***柱置于加速膛之上，并通过复合飞片飞片层与金属飞片高速撞击实现对外部的输出。

进一步的，金属层一和金属层二的制备采用磁控溅射沉积、热蒸发或电镀中的一种；图形化为湿法腐蚀、干法腐蚀或等离子束刻蚀中的一种。

进一步的，金属层一由W-Ti/Cu膜系构成，金属层二由W-Ti/Cu/Au膜系构成，其中W-Ti合金层既作为粘结层，又作为防烧蚀层，或为Ni-Cr；Cu作为电***金属材料，或为Au、Ag、Al中的一种。

进一步的，***箔设置为两端宽、中间窄，从两端到中间逐渐收缩形状的金属箔层。

进一步的，绝缘层为Parylene系列、Polyimide系列或聚丙烯系列中的一种，制备方法为物理气相沉积、化学气相沉积或热蒸发中的一种。

进一步的，光刻胶层为SU-8系列、环氧树脂系列或聚丙烯酸甲酯中的一种。

进一步的，二极管为肖特基二极管或p-n结二极管中的一种。

进一步的，金属焊带为Au、Ag、Cu或Al中的一种。

进一步的，药柱采用六硝基茋HNS-Ⅳ，装药密度为理论最大密度1.74g/cm³的90％-95％。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)、本发明的***将平面高压开关和***箔***集于一体，降低了电容放电单元的体积，同时也降低了发火能量；(2)、该***采用MEMS制备工艺，降低了成本，可实现标准化批量生产；(3)、本发明的***尺寸控制在100mm³以内，拓宽了其应用范围，可将其应用于小型武器弹药之中。

附图说明

图1是基于平面高压开关的微芯片***箔***的立体图。

图2是基于平面高压开关的微芯片***箔***的***视图。

图3是基于平面高压开关的微芯片***箔***的制作工艺流程图。

图4是本发明EFI芯片单元的电路连接原理图。

图5是微芯片***箔***的样品图。

图6是***后的鉴定块的实物图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1、2、3，该芯片包括陶瓷基片1、金属层一2、绝缘层3、金属层二4、光刻胶层5、二极管6、金属焊带7和***柱8。采用磁控溅射沉积工艺，结合紫外光刻技术，制备金属层一2，其膜系为W-Ti/Cu层，厚度为20nm～500nm/1μm～6μm，置于陶瓷基片1之上，金属层一2在平面高压开关一侧作为下电极2-a，在***箔***一侧作为***箔2-b，***箔的尺寸为100μm～1000μm×100μm～1000μm，另外两处“孤岛”作为焊盘一2-c和焊盘二2-d；通过化学气相沉积的方法，制备绝缘层3，其厚度在10μm～90μm，将其置于金属层一2之上，其在平面高压开关一侧作为上下电极间的绝缘材料3-a，在***箔***一侧作为飞片层3-b；金属层二4的制备方法与金属层一2相同，将其置于绝缘层3之上，其在平面高压开关一侧作为上电极4-a，在***箔***一侧作为金属飞片4-b；光刻胶层5通过紫外光刻技术，即旋涂、前烘、曝光、后烘、显影、坚膜等一系列过程，置于金属层二4之上，其在平面高压开关一侧作为束胶槽5-a，在***箔***一侧作为加速膛5-b；二极管6粘接在上电极4-a之上，阳极朝下，利用其反向击穿特性，使开关能够抗杂散电流；金属焊带7起着衔接作用，焊带一7-a一端焊接在上电极4-a，一端焊接在焊盘一2-c，焊带二7-b一端焊接在二极管6的阴极，另一端焊接在焊盘二2-d之上；***柱8通过模具压装而成，置于加速膛5-b之上，通过复合飞片3-b、4-b高速撞击，使其爆轰，实现对外部的输出。

实施例

结合图1、2、3，本实施例制备了一种基于平面高压开关的微芯片集成***箔***，所述芯片包括陶瓷基片1、金属层一2、绝缘层3、金属层二4、光刻胶层5、二极管6、金属焊带7和***柱8。采用磁控溅射沉积工艺，结合紫外光刻技术，制备金属层一2，其膜系为W-Ti/Cu层，厚度为50nm/5μm，置于陶瓷基片1之上，金属层一2在平面高压开关一侧作为下电极2-a，在***箔***一侧作为***箔2-b，***箔的尺寸为600μm×600μm，另外两处“孤岛”作为焊盘一2-c和焊盘二2-d；通过化学气相沉积的方法，制备绝缘层3，其厚度在50μm，将其置于金属层一2之上，其在平面高压开关一侧作为上下电极间的绝缘材料3-a，在***箔***一侧作为飞片层3-b；金属层二4的制备方法与金属层一2相同，将其置于绝缘层3之上，其在平面高压开关一侧作为上电极4-a，在***箔***一侧作为金属飞片4-b；光刻胶层5通过紫外光刻技术，即旋涂、前烘、曝光、后烘、显影、坚膜等一系列过程，置于金属层二4之上，其在平面高压开关一侧作为束胶槽5-a，在***箔***一侧作为加速膛5-b；二极管6粘接在上电极4-a之上，阳极朝下，利用其反向击穿特性，使开关能够抗杂散电流；金属焊带7起着衔接作用，焊带一7-a一端焊接在上电极4-a，一端焊接在焊盘一2-c，焊带二7-b一端焊接在二极管6的阴极，另一端焊接在焊盘二2-d之上；***柱8通过模具压装而成，置于加速膛5-b之上，通过复合飞片3-b、4-b高速撞击，使其爆轰，实现对外部的输出。

图4是微芯片***箔***的发火电路图。通过FET开关的闭合，使电容C₁对二极管6进行放电，使二极管6反向击穿并发生电***，击穿绝缘介质层3，然后高压电容C₂开始放电，脉冲大电流经过***箔2-b，***箔2-b发生电***驱动复合飞片3-b、4-b，经过加速膛5-b加速，复合飞片3-b、4-b撞击***柱8，使其爆轰。制备好的芯片样品图如图5所示，***后的铝鉴定块如图6所示。