CN103017197A - 一种无引线封装薄膜桥发火器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无引线封装薄膜桥发火器及其制造方法，本发明的无引线封装薄膜桥发火元件(14)包括：一块含有通孔(18I，18II)的硼硅玻璃(1)作为基底，使用金导电浆料(8)对通孔(18I，18II)进行填充烧结，使其金属化形成导电通孔(11I，11II)；在硼硅玻璃(1)表面制作薄膜桥发火元件层(10)，并在硼硅玻璃(1)表面制作焊接区(6I，6II)，金属化通孔(11I，11II)使得硼硅玻璃(1)表面焊接区(7I，7II)和焊接区(6I，6II)实现电气互连，通过表面贴装工艺使得发火器(14)焊接区(6I，6II)和基座(13)焊接区(12I，12II)实现焊接互连。根据本发明的点火器在振动环境较为强烈的设备装置中，安全性和可靠性水平较高，可以应用于多种新型高安全火工品的点火装置。

Description

一种无引线封装薄膜桥发火器及其制造方法

技术领域

本发明涉及火工品技术领域，具体是一种无引线封装薄膜桥发火器及其制造方法。

背景技术

火工品主要由外壳、发火件和起爆药剂组成。薄膜桥发火器具有发火性能稳定、高工艺一致性、低发火能量等优点。首先通过储能电容器对薄膜桥瞬时放电，形成脉冲大电流，桥膜在焦耳热的作用下迅速升温熔化、气化或电离并发出光亮直至烧断，薄膜桥发火器常用于引燃起爆药剂。实际发火试验中，起爆药剂通常均匀压装在薄膜桥上，当足够的电流通过薄膜桥时，在焦耳热的作用下薄膜桥迅速升温，热能在高温物体薄膜桥和低温物质药剂之间发生转移，引起药剂升温，当温度升高到一定程度，在药剂上形成热点，当药剂散热大于吸热时，药剂就会产生自持化学反应，当药剂温度达到起爆温度时，药剂发生爆炸。

发火器的安全性和可靠性是整个火工品系统安全与可靠作用的关键。传统桥丝式或桥带式发火器虽然能满足1A/1W、5min条件下不发火的安全要求，但不能满足快速发火的要求，而薄膜桥发火器既可通过桥膜结构的设计和药剂的选择达到缩短发火时间，降低发火能量，又能利用基于微电子机械系统的加工技术，便于大批量生产和降低发火器制造成本，并且有利于提高生产工艺一致性和器件使用的可靠性水平。

实际应用中，薄膜桥发火器典型封装是先将薄膜桥用环氧树脂粘结在陶瓷塞或T0电极塞上脚线间的凹槽内，然后用超声波或金丝球焊将金属连接脚线焊接在薄膜桥上的焊接区上，而在实际应用中存在陶瓷破裂和焊线断开或接点松动问题，不适合压装起爆药剂；并且该种封装形式的发火器抗环境振动、冲击干扰能力较差，一般情况下发火器在使用和运输途中不可避免受到振动影响，可能造成焊接点破裂脱焊，影响火工品发火的可靠性。因此，传统引线焊接封装形式不满足火工品系统高安全性和可靠性要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种无引线封装薄膜桥发火器及其制造方法，提高火工品系统工作的安全性和可靠性水平，加强加工工艺一致性，降低发火器制造成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种无引线封装薄膜桥发火器，硼硅玻璃(1)上表面中部覆盖有薄膜桥发火元件层(10)，薄膜桥发火元件层(10)左右两端的表面上有扩散阻挡层(9I，9II)，扩散阻挡层(9I，9II)分别与硼硅玻璃(1)通孔(11I，11II)左侧和右侧的上表面接触，扩散阻挡层(9I，9II)及硼硅玻璃(1)左右两端上表面覆盖有焊接层(7I，7II)，硼硅玻璃(1)下表面有两个互不连通的焊接层(6I，6II)，焊接层(7I，7II)与焊接层(6I，6II)通过导电通孔(11I，11II)连通，焊接层(6I，6II)固定在基座(13)的两个互不连通的导电金属区域(12I，12II)上，导电金属区域(12I，12II)通过焊接点(19I，19II)与基座(13)内的电极(16I，16II)相连；所述薄膜桥发火元件层(10)材料为NiCr、Ta2N、Cr、PtW中的一种；所述扩散阻挡层(9I，9II)材料为Cu、Ni、W中的一种；所述焊接层(6I，6II)和(7I，7II)材料为Au、Al、Cu、SnAg合金、SnAu合金中的一种；所述基座(13)采用无机玻璃或者有机树脂制成；所述导电金属区域(12I，12II)由SnAu合金构成。

从整个器件的角度讲，薄膜桥发火器固定在一个不导电支架之上，并且发火器被一种起爆药剂所覆盖，当储能电容对薄膜桥进行放电时，脉冲大电流对桥膜做功使薄膜桥温度升高，当温度达到起爆药剂起爆温度时，点火即发生。该薄膜桥发火器包含一个基底，覆盖在基底上的发火元件薄膜，其特征是在基底之上存在两个金属化过孔，通过该金属化过孔将发火元件焊接区和基底底面焊接区连接。

本发明的无引线封装薄膜桥发火器的制备方法，依次按如下步骤进行：

步骤1：选择直径50.8mm～127mm，厚度500μm～1000μm的硼硅玻璃(1)，利用激光加工设备在硼硅玻璃(1)表面制作孔径150μm～300μm通孔(18I，18II)阵列；

步骤2：采用模板印刷工艺对通孔(18I，18II)阵列进行填充，填充材料由金粉、玻璃粉配制的金导电浆料组成，填充完成后进行低温烧结，烧结时间为1～2h，烧结温度为350℃～550℃，形成导电通孔(11I，11II)；

步骤3：利用物理气相淀积技术在硼硅玻璃(1)上表面沉积发火元件薄膜层，其中发火元件薄膜层薄膜桥厚度为0.050μm～5μm；

步骤4：利用光刻工艺在发火元件薄膜层表面制作发火元件形状的光刻胶掩膜层；

步骤5：利用干法刻蚀技术制作薄膜桥发火元件层(10)，刻蚀深度为薄膜桥厚度；

步骤6：利用光刻工艺在薄膜桥发火元件层(10)表面制作光刻胶掩膜层；

步骤7：利用物理气相淀积技术在硼硅玻璃(1)和薄膜桥发火元件层(10)上表面沉积厚度为0.3μm～1μm的阻挡薄膜材料层Cu，通过剥离清洗工艺去除扩散阻挡层(9I，9II)区域之外的光刻胶和Cu薄膜，形成扩散阻挡层(9I，9II)；

步骤8：利用光刻工艺在硼硅玻璃(1)下表面制作光刻胶掩膜层；

步骤9：利用物理气相淀积技术在硼硅玻璃(1)下表面沉积厚度为0.1～0.5μm的焊接材料层Au薄膜，通过剥离清洗工艺形成焊接层(6I，6II)；

步骤10：利用光刻工艺在薄膜桥发火元件层(10)和扩散阻挡层(9I，9II)表面制作光刻胶掩膜层；

步骤11：利用物理气相淀积技术在薄膜桥发火元件层(10)和扩散阻挡层(9I，9II)表面沉积厚度为0.1～0.5μm的焊接材料层Au薄膜，通过剥离清洗工艺去除焊接区域(7I，7II)之外的光刻胶和Au薄膜，形成焊接层(7I，7II)；

步骤12：利用砂轮划片机对硼硅玻璃(1)进行划片切割，制成薄膜桥发火元件(14)；

步骤13：通过表面贴装工艺将薄膜桥发火元件(14)贴装固定到由无机玻璃或者有机树脂制成的基座(13)上。

所述物理气相淀积技术为溅射淀积技术。

所述步骤3)中，发火元件薄膜层薄膜桥材料为NiCr、Cr、Ta2N、PtW中的一种。

所述步骤7)中，阻挡薄膜材料层材料为Cu、Ni，W中的一种。

所述步骤9)中，焊接薄膜材料层材料为Au，Al，SnAg合金，SnAu合金中的一种。

本发明的无引线封装薄膜桥发火器采用微机械加工技术和集成电路制造技术，有利于提高加工工艺的一致性和发火器使用的可靠性水平，并可实现发火器的批量生产，有效降低制造成本。本发明采用薄膜桥发火元件，有效减小发火时间，降低发火能量；硼硅玻璃作为基底材料，有效较小了热量的散失，提高了点火器反应速率，缩短了发火时间；采用干法刻蚀技术制备薄膜桥发火元件，可获得侧面陡直度高、片间与片内均匀性好的薄膜桥结构，大大提高了加工工艺一致性水平和发火器工作的可靠性水平。

附图说明

图1是完成通孔阵列制作的硼硅玻璃的剖面图；

图2为本发明一实施例无引线薄膜桥发火器发火元件的剖面图；

图3是本发明一实施例无引线薄膜桥发火器发火元件的俯视图；

图4是载有如图2所示的无引线封装薄膜桥发火器的俯视图；

图5是载有如图2所示的无引线封装薄膜桥发火器的剖面图。

其中：

1：硼硅玻璃；6I：焊接层；6II：焊接层；7I：焊接层；7II：焊接层；8：金导体浆料；9I：扩散阻挡层；9II：扩散阻挡层；10：薄膜桥发火元件层；11I：导电通孔；11II：导电通孔；12I：导电金属区域；12II：导电金属区域；13：基座；14：薄膜桥发火元件；16I：电极；16II：电极；18I：通孔；18II：通孔；19I：焊接点；19II：焊接点。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

图2是本发明的无引线封装薄膜桥发火元件14的结构示意图，发火元件14包括一块通孔阵列的硼硅玻璃1，并使用金导体浆料对通孔18I、18II进行填充烧结，使得硼硅玻璃1上下表面实现电气连通。首先，通过溅射淀积技术在硼硅玻璃1表面沉积发火薄膜材料层，利用光刻工艺技术和干法刻蚀技术制作出发火元件-薄膜桥10；在薄膜桥10之上制作光刻胶掩膜层，溅射淀积阻挡薄膜材料层，剥离清洗形成阻挡区9I、9II；在薄膜桥10、阻挡区9I、9II之上以及硼硅玻璃1下表面制作光刻胶掩膜层，溅射淀积焊接薄膜材料层，剥离清洗可在硼硅玻璃上下表面分别形成焊接层7I、7II、6I、6II；利用砂轮划片机划片，无引线封装薄膜桥发火器分割成型。

无引线封装薄膜桥发火器的制备方法如下：

步骤1：选择直径50.8mm～127mm，厚度500μm～1000μm的硼硅玻璃1，利用激光加工设备在硼硅玻璃1表面制作孔径150μm～300μm通孔18I、18II阵列；

步骤2：采用模板印刷工艺对通孔18I、18II阵列进行填充，填充材料由金粉、玻璃粉配制的金导电浆料组成，填充完成后进行低温烧结，烧结时间优选1～2h，烧结温度优选350℃～550℃，形成导电通孔11I、11II；

步骤3：利用溅射淀积技术沉积发火元件薄膜层，其中薄膜桥材料优选NiCr、Cr、Ta2N、PtW等发火材料，薄膜桥厚度为0.050μm～5μm；

步骤4：利用光刻工艺在薄膜桥表面制作发火元件形状的光刻胶掩膜层；

步骤5：利用干法刻蚀技术制作薄膜桥发火元件层10，刻蚀深度为薄膜桥厚度；

步骤6：利用光刻工艺在薄膜桥发火元件10表面制作光刻胶掩膜层；

步骤7：溅射沉积厚度为0.3μm～1μm的阻挡材料层Cu薄膜，其中阻挡层材料优选Cu、Ni，W，通过剥离清洗工艺去除阻挡层区域之外的光刻胶和Cu薄膜，形成阻挡区9I、9II；

步骤8：利用光刻工艺在硼硅玻璃下表面制作光刻胶掩膜层；

步骤9：溅射沉积厚度为0.1～0.5μm的焊接材料层Au薄膜，其中焊接层材料优选Au，Al，SnAg合金，SnAu合金，通过剥离清洗工艺形成焊接层(6I，6II)；

步骤10：利用光刻工艺在薄膜桥发火件10和阻挡区9I、9II表面制作光刻胶掩膜层；

步骤11：溅射沉积厚度为0.1～0.5μm的焊接材料层Au薄膜，其中焊接层材料优选Au，Al，SnAg合金，SnAu合金，通过剥离清洗工艺去除焊接区域之外的光刻胶和Au薄膜，形成焊接区7I、7II；

步骤12：利用砂轮划片机对硼硅玻璃进行划片切割，制成薄膜桥发火元件14；

步骤13：通过表面贴装工艺将薄膜桥发火元件14贴装固定到由无机玻璃或者有机树脂制成的基座13上。

至此，淀积在电气绝缘以及热导率较小的硼硅玻璃之上的薄膜桥发火元件，被用作电阻元件，可以通过选择合适的起爆剂并施加特定的点火条件，即可将起爆剂引燃，这样一来就制作出了一种无引线封装的薄膜桥发火器。

Claims (10)

1.一种无引线封装薄膜桥发火器，其特征在于，硼硅玻璃(1)上表面中部覆盖有薄膜桥发火元件层(10)，薄膜桥发火元件层(10)左右两端的表面上有扩散阻挡层(9I，9II)，扩散阻挡层(9I，9II)分别与硼硅玻璃(1)导电通孔(11I)左侧和导电通孔(11II)右侧的上表面接触，扩散阻挡层(9I，9II)及硼硅玻璃(1)左右两端上表面覆盖有焊接层(7I，7II)，硼硅玻璃(1)下表面有两个互不连通的焊接层(6I，6II)，导电通孔(11I，11II)内填充有导电浆料，焊接层(7I，7II)与焊接层(6I，6II)通过导电通孔(11I，11II)实现电气连接，焊接层(6I，6II)固定在基座(13)的两个互不连通的导电金属区域(12I，12II)上，导电金属区域(12I，12II)通过焊接点(19I，19II)与基座(13)内的电极(16I，16II)相连。

2.根据权利要求1所述的无引线封装薄膜桥发火器，其特征在于，所述薄膜桥发火元件层(10)材料为NiCr、Ta2N、Cr、PtW中的一种。

3.根据权利要求1所述的无引线封装薄膜桥发火器，其特征在于，所述扩散阻挡层(9I，9II)材料为Cu、Ni、W中的一种。

4.根据权利要求1所述的无引线封装薄膜桥发火器，其特征在于，所述焊接层(6I，6II)和(7I，7II)材料为Au、Al、Cu、SnAg合金、SnAu合金中的一种。

5.根据权利要求1所述的无引线封装薄膜桥发火器，其特征在于，所述基座(13)采用无机玻璃或者有机树脂制成，所述导电金属区域(12I，12II)由SnAu合金构成。

6.一种无引线封装薄膜桥发火器的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：选择直径50.8mm～127mm，厚度500μm～1000μm的硼硅玻璃(1)，利用激光加工设备在硼硅玻璃(1)表面制作孔径150μm～300μm通孔(18I，18II)阵列；

步骤2：采用模板印刷工艺对通孔(18I，18II)阵列进行填充，填充材料由金粉、玻璃粉组成的金导电浆料(8)组成，填充完成后进行低温烧结，烧结时间1～2h，烧结温度为350℃～550℃，形成导电通孔(11I，11II)；

步骤3：利用物理气相淀积技术在硼硅玻璃(1)上表面沉积发火元件薄膜层NiCr合金，其中发火元件薄膜层薄膜桥厚度为0.050μm～5μm；

步骤4：利用光刻工艺在发火元件薄膜层表面制作发火元件形状的光刻胶掩膜层；

步骤5：利用干法刻蚀技术制作薄膜桥发火元件层(10)，刻蚀深度为薄膜桥厚度；

步骤6：利用光刻工艺在薄膜桥发火元件层(10)表面制作光刻胶掩膜层；

步骤7：利用物理气相淀积技术在硼硅玻璃(1)和薄膜桥发火元件层(10)上表面沉积厚度为0.3μm～1μm的阻挡薄膜材料层Cu，通过剥离清洗工艺去除扩散阻挡层(9I，9II)区域之外的光刻胶和Cu薄膜，形成扩散阻挡层(9I，9II)；

步骤8：利用光刻工艺在硼硅玻璃(1)下表面制作光刻胶掩膜层；

步骤9：利用物理气相淀积技术在硼硅玻璃(1)下表面沉积厚度为0.1～0.5μm的焊接材料层Au薄膜，通过剥离清洗工艺形成焊接层(6I，6II)；

步骤10：利用光刻工艺在薄膜桥发火元件层(10)和扩散阻挡层(9I，9II)表面制作光刻胶掩膜层；

步骤11：利用物理气相淀积技术在薄膜桥发火元件层(10)和扩散阻挡层(9I，9II)表面沉积厚度为0.1～0.5μm的焊接材料层Au薄膜，通过剥离清洗工艺去除焊接区域(7I，7II)之外的光刻胶和Au薄膜，形成焊接层(7I，7II)；

步骤12：利用砂轮划片机对硼硅玻璃(1)进行划片切割，制成薄膜桥发火元件(14)；

步骤13：通过表面贴装工艺将薄膜桥发火元件(14)贴装固定到由无机玻璃或者有机树脂制成的基座(13)上。

7.根据权利要求2所述的无引线封装薄膜桥发火器的制造方法，其特征在于，所述物理气相淀积技术为溅射淀积技术。

8.根据权利要求2所述的无引线封装薄膜桥发火器的制造方法，其特征在于，所述步骤3)中，发火元件薄膜层薄膜桥材料为NiCr、Cr、Ta2N、PtW中的一种。

9.根据权利要求2所述的无引线封装薄膜桥发火器的制造方法，其特征在于，所述步骤7)中，阻挡薄膜材料层材料为Cu、Ni，W中的一种。

10.根据权利要求2所述的无引线封装薄膜桥发火器的制造方法，其特征在于，所述步骤9)中，焊接薄膜材料层材料为Au，Al，SnAg合金，SnAu合金中的一种。

Images