CN109115057A - 一种采用mems工艺制备的冲击片组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用MEMS工艺制备的冲击片组件及其制备方法，所述组件由下到上依次包括反射片、爆炸层、飞片层和加速膛，所述反射片设置在所述冲击片组件的底部，所述爆炸层设置在所述反射片上层并与飞片层紧密连接，所述加速膛设置在所述飞片层上方，所述飞片层的材料为聚酰亚胺，所述冲击片组件由MEMS工艺制备而成。该方法满足了冲击片换能元与引信系统的集成设计与制造兼容要求，实现火工系统的小型、高效、智能化。

Description

一种采用MEMS工艺制备的冲击片组件及其制备方法

技术领域

本发明属于火工品技术领域，具体涉及一种采用MEMS工艺制备的冲击片组件及其制备方法。

背景技术

智能化的火工品是现代化战争和现代化武器发展的必然需求，也是今后的主要发展趋势，弹载火工品与引信系统的集成是顺应潮流的必然结果。近几十年电子技术的迅猛发展直接贡献了多种电子电路解决方案，引信的设计与制造技术理念也随之有了质的飞跃。MEMS技术推动了各种元器件的小型化，使得安保器件、传感监测器件更紧凑的与系统集成在一起。为了与整个行业的发展步伐相匹配，火工品的设计制造理念也应该与时俱进，将MEMS技术应用于火工品，特别是冲击片换能元的设计制造中。

美国专利USP4862803介绍了用集成电路技术制造冲击片点火器的方法。其发火元件采用重掺杂多晶硅桥，飞片采用在单晶硅片上外延(或真空沉积或化学沉积)生长的厚度约25mm的硅层。多晶硅桥层与飞片层之间生长了厚度范围在0.3mm～0.7mm的二氧化硅绝缘层。多晶硅桥两端沉积了厚度约2mm并经过腐蚀限定的金属焊盘。为使多晶硅桥导电气化后产生的反射压力直接作用于飞片，多晶硅桥上面用环氧树脂粘接了耐温玻璃反射片。为使飞片加速到临界速度以上，单晶硅晶片背面上用电化学腐蚀工艺腐蚀了加速膛，保证冲击片以足够的动能起爆炸药。据称这种工艺提高了冲击片雷管的作用可靠性，降低了制造成本，便于大批量生产。但该专利技术存在以下缺点：

a)点火器的发火元件采用多晶硅桥，点火时间需要几十微秒，限制了它在某些需要快速作用场合的应用；

b)点火器的加速膛是通过电化学腐蚀工艺制备的，加速膛的纵向垂直度难以保证；

c)点火器的反射片是通过环氧树脂粘接在多晶硅桥上的，与多晶硅桥之间的粘接气密性和强度难以保证。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供采用MEMS工艺制备的冲击片组件及其制备方法，该方法满足了冲击片换能元与引信系统的集成设计与制造兼容要求，实现火工系统的小型、高效、智能化。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

本发明提供了一种采用MEMS工艺制备的冲击片组件，所述组件由下到上依次包括反射片、爆炸层、飞片层和加速膛，所述反射片设置在所述冲击片组件的底部，所述爆炸层设置在所述反射片上层并与飞片层紧密连接，所述加速膛设置在所述飞片层上方，所述飞片层的材料为聚酰亚胺，所述冲击片组件由MEMS工艺制备而成。

进一步的，所述爆炸层的材料为金属材料，选自铜、铝、金的单质或是它们的混合物、合金或其中任意两种单质的叠层中的任意一种。

进一步的，所述反射片的材料选自硼硅玻璃、蓝宝石、陶瓷中的任意一种。

进一步的，所述加速膛的材料为硅，所述加速膛上设置有通孔，所述加速膛与反射片通过键合工艺实现连接，所述加速膛上的通孔与所述爆炸层中心相对。

本发明还提供了一种采用MEMS工艺制备的冲击片组件的制备方法，包括以下步骤：(1)在反射片上沉积爆炸层；(2)对所述爆炸层进行图形化；(3)所述飞片层通过聚酰亚胺胶经过旋涂、光刻制得，并对其进行图形化，此时得到第一基片；(4)在硅晶圆上制备出键合台阶，所述键合台阶的高度小于所述爆炸层与飞片层厚度之和；(5)在所述硅晶圆上制备出加速膛通孔；(6)将所述第一基片与所述硅晶圆键合在一起，其中所述爆炸层的中心和所述加速膛通孔中心对正；(7)划片释放电流接口，获得冲击片组件。

进一步的，所述步骤(1)中沉积方法选自蒸发镀膜、磁控溅射镀膜、离子束镀膜等薄膜制备方法，所述爆炸层的厚度为4～10um。

进一步的，所述步骤(2)中图形化的加工方法选自光刻加工或激光加工。

进一步的，所述飞片层的厚度为20～50um。

进一步的，所述步骤(6)中键合方法为阳极键合。

进一步的，所述冲击片换能元保留前一级脉冲功率源的电流接口，形式可以是焊盘、过孔或板上一体电路。

下面对本发明做进一步的解释和说明，MEMS即微机电系统，是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。微机电系统的优点是：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、性能稳定。首先MEMS技术的应用首先实现了真正意义上的批量制造，并且为冲击片换能元与引信的一体化设计、一体化制造扫清了障碍。此外，冲击片换能元的作用条件与整个回路的参数有关，在集成的过程中把作用回路中的电感进行了降低，进而有效的增强前一级功率源的放电效率。这一变化能够将冲击片换能元向低能化的方向推进，促进系统的低成本及小型化发展，并提升整体的稳定性。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

一、本申请从根本上保证冲击片组件的轴向、径向装配精度要求；二、可以实现批量化制造，且产品的质量一致性更高；三、与智能引信使用的集成技术兼容，提高了集成度、有助于推进整个系统的小型化；四、飞片层材料为聚酰亚胺，其介电性、机械性能优良，能够保证冲击片组件可靠作用。

附图说明

图1为采用MEMS工艺制造的冲击片组件的结构爆炸图；

图2为采用MEMS工艺制造的冲击片组件的整体结构示意图；

图3为采用MEMS工艺制造的冲击片组件的制备工艺路线图；

其中，图1中1-反射片，2-爆炸层，3-飞片层，4-加速膛。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需强调的是，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明的采用MEMS工艺制造的冲击片组件的结构爆炸图，从图中可以看出，本发明的冲击片组件从下到上依次为反射片、爆炸层、飞片层和加速膛，反射片1设置在所述冲击片组件的底部，爆炸层2设置在反射片1上层并与飞片层3紧密连接，加速膛4设置在飞片层3上方，其中反射片的材料为硼硅玻璃、蓝宝石、陶瓷中的任意一种，爆炸层的材料为金属材料，选自铜、铝、金的单质或是它们的混合物、合金或任意两种单质的叠层中的任意一种，飞片层的材料为聚酰亚胺，加速膛的材料为硅，加速膛上设置有通孔，所述加速膛与反射片通过键合工艺实现连接，并且加速膛上的通孔与所述爆炸层中心相对。所述冲击片组件由MEMS工艺制备而成，所述组件在整片晶圆上排布，流片完成后经划片获得单个器件。

图2为采用MEMS工艺制造的冲击片组件的整体结构示意图，图3为冲击片组件的制备工艺流程图。其制备工艺包括以下几个步骤：

(1)在反射片上沉积爆炸层，沉积方法选自蒸发镀膜、磁控溅射镀膜、离子束镀膜等薄膜制备方法，所述爆炸层的厚度为4～10um；(2)对所述爆炸层进行图形化，图形化的加工方法选自光刻加工或激光加工；(3)所述飞片层通过聚酰亚胺胶经过旋涂、光刻制得，并对其进行图形化，飞片层的厚度为20～50um，此时得到第一基片；(4)在硅晶圆上制备出键合台阶，所述键合台阶的高度小于所述爆炸层与飞片层厚度之和；(5)在所述硅晶圆上制备出加速膛通孔；(6)将所述第一基片与所述硅晶圆键合在一起，键合方法为阳极键合，其中所述爆炸层的中心和所述加速膛通孔中心对正；(7)划片释放电流接口，获得冲击片组件。其中所述冲击片换能元保留前一级脉冲功率源的电流接口，形式可以是焊盘、过孔或板上一体电路。

实施例1

一种采用MEMS工艺制造的冲击片组件，从下到上依次为反射片、爆炸层、飞片层和加速膛，反射片1设置在所述冲击片组件的底部，爆炸层2设置在反射片1上层并与飞片层3紧密连接，加速膛4设置在飞片层3上方，其中反射片的材料为硼硅玻璃，爆炸层的材料为金属铜，飞片层的材料为聚酰亚胺，加速膛的材料为硅，加速膛上设置有通孔，所述加速膛与反射片通过键合工艺实现连接，并且加速膛上的通孔与所述爆炸层中心相对。所述冲击片组件由MEMS工艺制备而成，所述组件在整片晶圆上排布，流片完成后经划片获得单个器件。

其制备方法包括以下步骤：(1)在反射片上用磁控溅射镀膜的方法沉积爆炸层，厚度为4um；(2)对所述爆炸层进行图形化，图形化的加工方法为光刻加工，形状和尺寸根据需要进行限定；(3)所述飞片层通过聚酰亚胺胶经过旋涂、光刻制得，并对其进行图形化，飞片层的厚度为20um，此时得到第一基片；(4)在硅晶圆上制备出键合台阶，所述键合台阶的高度小于所述爆炸层与飞片层厚度之和；(5)在所述硅晶圆上制备出加速膛通孔；(6)将所述第一基片与所述硅晶圆键合在一起，键合方法为阳极键合法，其中所述爆炸层的中心和所述加速膛通孔中心对正；(7)划片释放电流接口，获得冲击片组件。其中所述冲击片换能元保留前一级脉冲功率源的电流接口，形式可以是焊盘、过孔或板上一体电路。

实施例2

一种采用MEMS工艺制造的冲击片组件，从下到上依次为反射片、爆炸层、飞片层和加速膛，反射片1设置在所述冲击片组件的底部，爆炸层2设置在反射片1上层并与飞片层3紧密连接，加速膛4设置在飞片层3上方，其中反射片的材料为蓝宝石，爆炸层的材料为金属铝，飞片层的材料为聚酰亚胺，加速膛的材料为硅，加速膛上设置有通孔，所述加速膛与反射片通过键合工艺实现连接，并且加速膛上的通孔与所述爆炸层中心相对。所述冲击片组件由MEMS工艺制备而成，所述组件在整片晶圆上排布，流片完成后经划片获得单个器件。

其制备方法包括以下步骤：(1)在反射片上用磁控溅射镀膜的方法沉积爆炸层，厚度为8um；(2)对所述爆炸层进行图形化，图形化的加工方法为光刻加工，形状和尺寸根据需要进行限定；(3)所述飞片层通过聚酰亚胺胶经过旋涂、光刻制得，并对其进行图形化，飞片层的厚度为30um，此时得到第一基片；(4)在硅晶圆上制备出键合台阶，所述键合台阶的高度小于所述爆炸层与飞片层厚度之和；(5)在所述硅晶圆上制备出加速膛通孔；(6)将所述第一基片与所述硅晶圆键合在一起，键合方法为阳极键合法，其中所述爆炸层的中心和所述加速膛通孔中心对正；(7)划片释放电流接口，获得冲击片组件。其中所述冲击片换能元保留前一级脉冲功率源的电流接口，形式可以是焊盘、过孔或板上一体电路。

实施例3

一种采用MEMS工艺制造的冲击片组件，从下到上依次为反射片、爆炸层、飞片层和加速膛，反射片1设置在所述冲击片组件的底部，爆炸层2设置在反射片1上层并与飞片层3紧密连接，加速膛4设置在飞片层3上方，其中反射片的材料为陶瓷，爆炸层的材料为铜铝合金，飞片层的材料为聚酰亚胺，加速膛的材料为硅，加速膛上设置有通孔，所述加速膛与反射片通过键合工艺实现连接，并且加速膛上的通孔与所述爆炸层中心相对。所述冲击片组件由MEMS工艺制备而成，所述组件在整片晶圆上排布，流片完成后经划片获得单个器件。

其制备方法包括以下步骤：(1)在反射片上用磁控溅射镀膜的方法沉积爆炸层，厚度为10um；(2)对所述爆炸层进行图形化，图形化的加工方法为光刻加工，形状和尺寸根据需要进行限定；(3)所述飞片层通过聚酰亚胺胶经过旋涂、光刻制得，并对其进行图形化，飞片层的厚度为50um，此时得到第一基片；(4)在硅晶圆上制备出键合台阶，所述键合台阶的高度小于所述爆炸层与飞片层厚度之和；(5)在所述硅晶圆上制备出加速膛通孔；(6)将所述第一基片与所述硅晶圆键合在一起，键合方法为阳极键合法，其中所述爆炸层的中心和所述加速膛通孔中心对正；(7)划片释放电流接口，获得冲击片组件。其中所述冲击片换能元保留前一级脉冲功率源的电流接口，形式可以是焊盘、过孔或板上一体电路。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (9)

1.一种采用MEMS工艺制备的冲击片组件，其特征在于，所述组件由下到上依次包括反射片、爆炸层、飞片层和加速膛，所述反射片设置在所述冲击片组件的底部，所述爆炸层设置在所述反射片上层并与飞片层紧密连接，所述加速膛设置在所述飞片层上方，所述飞片层的材料为聚酰亚胺，所述冲击片组件由MEMS工艺制备而成。

2.根据权利要求1所述的采用MEMS工艺制备的冲击片组件，其特征在于，所述爆炸层的材料为金属材料，选自铜、铝、金的单质或是它们的混合物或合金或其中任意两种单质的叠层中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的采用MEMS工艺制备的冲击片组件，其特征在于，所述反射片的材料选自硼硅玻璃、蓝宝石、陶瓷中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的采用MEMS工艺制备的冲击片组件，其特征在于，所述加速膛的材料为硅，所述加速膛上设置有通孔，所述加速膛与反射片通过键合工艺实现连接，所述加速膛上的通孔与所述爆炸层中心相对。

5.一种采用MEMS工艺制备的冲击片组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在反射片上沉积爆炸层；(2)对所述爆炸层进行图形化；(3)所述飞片层通过聚酰亚胺胶经过旋涂、光刻制得，并对其进行图形化，此时得到第一基片；(4)在硅晶圆上制备出键合台阶，所述键合台阶的高度小于所述爆炸层与飞片层厚度之和；(5)在所述硅晶圆上制备出加速膛通孔；(6)将所述第一基片与所述硅晶圆键合在一起，其中所述爆炸层的中心和所述加速膛通孔中心对正；(7)划片释放电流接口，获得冲击片组件。

6.根据权利要求5所述的采用MEMS工艺制备的冲击片组件的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中沉积方法选自蒸发镀膜、磁控溅射镀膜、离子束镀膜等薄膜制备方法，所述爆炸层的厚度为4～10um。

7.根据权利要求5所述的采用MEMS工艺制备的冲击片组件的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中图形化的加工方法选自光刻加工或激光加工。

8.根据权利要求5所述的采用MEMS工艺制备的冲击片组件的制备方法，其特征在于，所述飞片层的厚度为20～50um。

9.根据权利要求5所述的采用MEMS工艺制备的冲击片组件的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中键合方法为阳极键合。