CN105371713A - 一种隔断式mems引信 - Google Patents

Abstract

一种隔断式MEMS引信，包括药剂层，药剂层上部和药剂盖板层通过键合的方式连接，药剂层下部和安保装置层上部通过键合的方式连接，安保装置层下部和加速膛层黏贴，安保装置层包括硅衬底层，二氧化硅层以及可动硅结构层依次制作在硅衬底层上，在可动硅层中制作有四组驱动器，每组驱动器的右、左金属电极分别制作在右、左锚点上，呈阵列的V型热电执行器的两端分别与左、右锚点相连，杠杆的首端通过右柔性梁与中间臂相连，下锚点通过左柔性梁与杠杆的首端相连，隔板位于杠杆的末端并且制作有互锁槽与互锁齿，与相邻隔板对应的互锁齿及互锁槽形成互锁，本发明将MEMS技术应用到引信，具有低成本、高智能、易集成的特点。

Description

一种隔断式MEMS引信

技术领域

本发明涉及引信技术领域，具体涉及一种隔断式MEMS引信。

背景技术

引信是武器系统中的重要部件，它通过对环境、目标进行探测以获取信息和处理、识别信息，并实现引信的安全状态控制和最佳起爆控制。为了实现上述目标，通常会设计相应的隔断机构来阻止意外爆轰，提高引信的安全性能。

随着武器技术的进步，引信需要向着小型化、集成化以及智能化方向发展，而传统加工工艺很难在小尺寸加工上有所突破，这将制约着相关技术的发展。将MEMS技术应用到引信的设计中，将很好的解决这个矛盾。MEMS引信具有体积小、可靠性高、可批量化等诸多优势，使得常规弹药有更多的空间容纳多传感器探测电路与主装药，提高弹药的精确度和杀伤力，使引信的小型化和智能化和成为可能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种隔断式MEMS引信，将MEMS技术应用到引信，具有低成本、高智能、易集成的特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种隔断式MEMS引信，包括药剂盖板层Ⅰ、药剂层Ⅱ、安保装置层Ⅲ以及加速膛层Ⅳ，药剂层Ⅱ上部和药剂盖板层Ⅰ通过键合的方式连接，药剂层Ⅱ下部和安保装置层Ⅲ上部通过键合的方式连接，安保装置层Ⅲ下部和加速膛层Ⅳ黏贴。

所述的药剂盖板层Ⅰ包括药剂盖板23，药剂盖板23为边长7.5mm～8mm，厚度0.2mm～0.3mm的方形片状单晶硅材料。

所述的药剂层Ⅱ包括药剂层壁20，药剂腔22位于药剂层壁20的中心下方，器件腔21分布在药剂腔22的四周。

所述的安保装置层Ⅲ包括硅衬底层3，在硅衬底层3中心处制作有通孔4，二氧化硅层2以及可动硅结构层1依次制作在硅衬底层3上，在可动硅层1中制作有以通孔4为中心对称的四组驱动器，每组驱动器包括右锚点6与左锚点9，右金属电极5与左金属电极10分别制作在右锚点6与左锚点9上，呈阵列的V型热电执行器8的两端分别与左锚点9与右锚点6相连，中间臂7位于V型热电执行器8的中点，杠杆14的首端通过右柔性梁13与中间臂7相连，下锚点11制作在右柔性梁13的左边并通过左柔性梁12与杠杆14的首端相连，隔板15位于杠杆14的末端并且制作有互锁槽16与互锁齿17，互锁槽16与互锁齿17与相邻隔板对应的互锁齿及互锁槽形成互锁；

左锚点9、右锚点6以及下锚点11与二氧化硅层2相连，其余部分均为悬空可动结构。

所述的加速膛层Ⅳ包括中心带有凸台结构的方形陶瓷片18，方形陶瓷片18的凸台结构设有加速膛孔19，方形陶瓷片18的长度为7.5mm～8mm，厚度为0.4mm～0.5mm，加速膛孔19直径为0.3～0.5mm。

与传统引信相比，本发明的优点为：利用现有的成熟的IC工艺，可以实现大规模制造，降低了生产成本；每层结构可以单独制作，降低了加工难度，提高了器件的成品率；利用热电效应来产生相应的输出，克服了传统引信受使用环境约束的缺陷，由电信号控制，智能化程度更高；互锁结构的设计为相应冗余信号提供基础，提高了器件整体的安全性；将加速膛、安保装置以及药剂集成在一个芯片内，传统引信相比，有效的减小了器件体积，集成化程度更高。

附图说明

图1为隔断式MEMS引信的结构示意图，其中图1a为结构的俯视图，图1b为图1a的A-A的剖视图。

图2为药剂盖板的结构示意图，其中图2a为结构的俯视图，图2b为图2a的F-F剖视图。

图3为药剂室的结构示意图，其中图3a为结构的俯视图，图3b为图3a的D-D剖视图。

图4为安保装置的结构示意图，其中图4a为结构的俯视图，图4b为图4a的B-B剖视图。

图5为单组驱动器结构示意图。

图6为加速膛的结构示意图，其中图6a为结构的俯视图，图6b为图6a的C-C剖视图。

图7为互锁机构的局部放大示意图。

图8为隔断式MEMS引信的解保示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步说明。

参照图1，一种隔断式MEMS引信，包括药剂盖板层Ⅰ、药剂层Ⅱ、安保装置层Ⅲ以及加速膛层Ⅳ，药剂层Ⅱ上部和药剂盖板层Ⅰ通过键合的方式连接，药剂层Ⅱ下部和安保装置层Ⅲ上部通过键合的方式连接，安保装置层Ⅲ下部和加速膛层Ⅳ黏贴。

参照图2，所述的药剂盖板层Ⅰ包括药剂盖板23，药剂盖板23为边长7.5mm～8mm，厚度0.2mm～0.3mm的方形片状单晶硅材料。

参照图3，所述的药剂层Ⅱ包括药剂层壁20，药剂腔22位于药剂层壁20的中心下方，用于填充起爆药剂，器件腔21分布在药剂腔22的四周，器件腔21与药剂腔22的截面均呈梯形。

参照图4，安保装置层Ⅲ包括硅衬底层3，在硅衬底层3中心处制作有截面为梯形的通孔4，二氧化硅层2以及可动硅结构层1依次制作在硅衬底层3上，在可动硅层1中制作有以通孔4为中心对称的四组驱动器。

参照图5，每组驱动器包括右锚点6与左锚点9，右金属电极5与左金属电极10分别制作在右锚点6与左锚点9上，呈阵列的V型热电执行器8的两端分别与左锚点9与右锚点6相连，中间臂7位于V型热电执行器8的中点，杠杆14的首端通过右柔性梁13与中间臂7相连，下锚点11制作在右柔性梁13的左边并通过左柔性梁12与杠杆14的首端相连，隔板15位于杠杆14的末端并且制作有互锁槽16与互锁齿17，互锁槽16与互锁齿17与相邻隔板对应的互锁齿及互锁槽形成互锁，提高了所设计引信的安全性。

左锚点9、右锚点6以及下锚点11与二氧化硅层2相连，其余部分均为悬空可动结构。

参照图6，所述的加速膛层Ⅳ包括中心带有凸台结构的方形陶瓷片18，方形陶瓷片18的凸台结构设有加速膛孔19，方形陶瓷片18的长度为7.5mm～8mm，厚度为0.4mm～0.5mm，加速膛孔19直径为0.3～0.5mm。

参照图7，隔板15上制作有互锁槽16与互锁齿17，并与相邻隔板上对应的互锁齿与互锁槽形成互锁，当激励信号同时加载到所有驱动器上时，隔板才会打开。

参照图8，当激励信号同时加载到所有驱动器上时，隔断式MEMS引信才能由安全状态变为解保状态。

本发明的原理是：

利用了硅材料的热电效应与热膨胀效应，当直流电压加载到左金属电极10与右金属电极5上时，V型热电执行器8会产生相应热量以及热膨胀变形，由左柔性梁12、右柔性梁13以及杠杆14组成的机构将热膨胀变形放大并实现对隔板15的驱动，隔板15上制作有互锁槽16与互锁齿17，上述结构组成的驱动器以通孔4为中心旋转成四组阵列结构，每组驱动器上隔板的互锁槽与互锁齿与相邻隔板上对应的互锁齿与互锁槽形成互锁，并将通孔4与药剂腔22阻挡，当激励信号同时加载到所有驱动器上时，隔板15才会打开，使通孔4与药剂腔22畅通。

Claims (5)

1.一种隔断式MEMS引信，其特征在于：包括药剂盖板层(Ⅰ)、药剂层(Ⅱ)、安保装置层(Ⅲ)以及加速膛层(Ⅳ)，药剂层(Ⅱ)上部和药剂盖板层(Ⅰ)通过键合的方式连接，药剂层(Ⅱ)下部和安保装置层(Ⅲ)上部通过键合的方式连接，安保装置层(Ⅲ)下部和加速膛层(Ⅳ)黏贴。

2.根据权利要求1所述的一种隔断式MEMS引信，其特征在于：所述的药剂盖板层(Ⅰ)包括药剂盖板(23)，药剂盖板(23)为边长7.5mm～8mm，厚度0.2mm～0.3mm的方形片状单晶硅材料。

3.根据权利要求1所述的一种隔断式MEMS引信，其特征在于：所述的药剂层(Ⅱ)包括药剂层壁(20)，药剂腔(22)位于药剂层壁(20)的中心下方，器件腔(21)分布在药剂腔(22)的四周。

4.根据权利要求1所述的一种隔断式MEMS引信，其特征在于：所述的安保装置层(Ⅲ)包括硅衬底层(3)，在硅衬底层(3)中心处制作有通孔(4)，二氧化硅层(2)以及可动硅结构层(1)依次制作在硅衬底层(3)上，在可动硅层(1)中制作有以通孔(4)为中心对称的四组驱动器，每组驱动器包括右锚点(6)与左锚点(9)，右金属电极(5)与左金属电极(10)分别制作在右锚点(6)与左锚点(9)上，呈阵列的V型热电执行器(8)的两端分别与左锚点(9)与右锚点(6)相连，中间臂(7)位于V型热电执行器(8)的中点，杠杆(14)的首端通过右柔性梁(13)与中间臂(7)相连，下锚点(11)制作在右柔性梁(13)的左边并通过左柔性梁(12)与杠杆(14)的首端相连，隔板(15)位于杠杆(14)的末端并且制作有互锁槽(16)与互锁齿(17)，互锁槽(16)与互锁齿(17)与相邻隔板对应的互锁齿及互锁槽形成互锁；

左锚点(9)、右锚点(6)以及下锚点(11)与二氧化硅层(2)相连，其余部分均为悬空可动结构。

5.根据权利要求1所述的一种隔断式MEMS引信，其特征在于：所述的加速膛层Ⅳ包括中心带有凸台结构的方形陶瓷片(18)，方形陶瓷片(18)的凸台结构设有加速膛孔(19)，方形陶瓷片(18)的长度为7.5mm～8mm，厚度为0.4mm～0.5mm，加速膛孔(19)直径为0.3～0.5mm。