CN110030887A - 基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件，包括炮筒、飞片、爆炸箔组件及电缆，在炮筒上表面设有加速膛孔，在炮筒下表面设有第一共晶键合焊盘及飞片装填腔，且飞片装填腔与加速膛孔相连通；爆炸箔组件包括陶瓷基片，在陶瓷基片上表面设有爆炸箔及与第一共晶键合焊盘相对应的第二共晶键合焊盘，且在陶瓷基片上开设有贯穿陶瓷基片及爆炸箔的阵列过孔；飞片安装于炮筒的飞片装填腔内，炮筒与爆炸箔组件通过第一共晶键合焊盘与第二共晶键合焊盘的共晶键合而集成在一起，电缆焊接于陶瓷基片下表面。本发明的冲击片组件通过共晶键合工艺将陶瓷基片与带飞片装填腔的炮筒集成在一起，具备可靠性好、集成度高可批量化制造的特点。

Description

基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及火工品技术领域，特别涉及一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件及其制造方法。

背景技术

冲击片雷管因其较高的本质安全性，目前主要被应用于高价值弹药的起爆系统中。为使其得到更为广泛的应用，须对其低能化、小型化、集成化和低成本的制造方法进行研究。传统冲击片雷管主要部件有桥箔基片、爆炸箔、飞片、炮筒及始发药柱，各部件先分立加工成型后再手工装配成雷管，其制作过程复杂、炮筒与爆区对准要求高、轴向预紧力一致性差、不利于批量化制造。其基片材料多为三氧化二铝陶瓷片，飞片常用聚酰亚胺薄膜，炮筒多采用强度和可加工性都较好的不锈钢或蓝宝石材料。目前基于MEMS工艺的集成式冲击片组件多采用玻璃基片与硅炮筒通过硅玻键合的方式集成或在硅片上直接生长光刻胶等材料的炮筒，其绝缘性能、基片强度、飞片与炮筒的结构参数和性能都很难得到保证。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件及其制造方法，其中，该集成式冲击片组件采用带阵列过孔的陶瓷基片，聚酰亚胺薄膜飞片，通过共晶键合工艺将陶瓷基片与带飞片装填腔的炮筒集成在一起，具备可靠性好、集成度高可批量化制造的特点。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件，包括炮筒、飞片、爆炸箔组件及电缆，在所述炮筒上表面设有加速膛孔，在炮筒下表面设有第一共晶键合焊盘及飞片装填腔，其中该飞片装填腔的形状与飞片形状相一致，且飞片装填腔与加速膛孔相连通；所述爆炸箔组件包括陶瓷基片，在陶瓷基片上表面设有爆炸箔及与第一共晶键合焊盘相对应的第二共晶键合焊盘，且在陶瓷基片上开设有贯穿陶瓷基片及爆炸箔的阵列过孔；

所述飞片安装于炮筒的飞片装填腔内，且飞片与飞片装填腔紧密配合，炮筒与爆炸箔组件通过第一共晶键合焊盘与第二共晶键合焊盘的共晶键合而集成在一起，所述电缆焊接于陶瓷基片下表面。

进一步地，所述爆炸箔、第一共晶键合焊盘、第二共晶键合焊盘均由铜或铝制成，和/或所述炮筒由高阻硅或氧化铝陶瓷制成，和/或所述飞片由聚酰亚胺薄膜制成。

进一步地，所述飞片安装于炮筒的飞片装填腔后通过粘接剂粘接固定。

进一步地，在电缆和陶瓷基片之间还设有贴片焊接焊盘，所述陶瓷基片通过贴片焊接工艺定位焊接在电缆上。

同时，本发明还公开了一种上述基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件的制造方法，包括以下步骤：

A.在带阵列过孔的陶瓷基片上沉积金属层；

B.在陶瓷基片的金属层上通过光刻工艺制备出爆炸箔和第二共晶键合焊盘的光刻胶掩模，并腐蚀金属层形成爆炸箔和第二共晶键合焊盘；

C.在炮筒上沉积金属层并在炮筒的金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘；同时，在炮筒上刻蚀出飞片装填腔和加速膛孔结构；

D.将飞片装入炮筒的飞片装填腔内；

E.采用共晶键合工艺，通过第一共晶键合焊盘与第二共晶键合焊盘的共晶键合将安装了飞片的炮筒与爆炸箔组件集成在一起，形成冲击片组件；

F.将冲击片组件定位焊接在电缆上。

进一步地，所述步骤A及步骤C中均是通过磁控溅射的方法沉积金属层。

进一步地，所述炮筒采用双氧双抛高阻硅片作为基材，且所述步骤C具体包括以下步骤：

C1.通过光刻工艺分别在炮筒两侧制备出飞片装填腔和加速膛孔的光刻胶掩模，并采用干法刻蚀工艺刻蚀出飞片装填和加速膛孔结构；

C2.在炮筒上飞片装填腔的侧方沉积金属层，并在金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘。

进一步地，所述炮筒采用氧化铝陶瓷片作为基材，且所述步骤C具体包括以下步骤：

C1.在炮筒一侧上沉积金属层，并在金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘；

C2.在炮筒上采用激光加工工艺刻蚀出飞片装填腔和加速膛孔结构。

进一步地，所述步骤D具体为：将聚酰亚胺薄膜制成的飞片装入炮筒的飞片装填腔内，并通过胶固定。

进一步地，所述金属层为铜或铝金属层，且所述步骤F中冲击片组件具体是采用贴片焊接工艺并通过贴片焊接焊盘定位焊接在电缆上。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

在本发明的基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件中，可采用氧化铝陶瓷这种常规的陶瓷片作为爆炸箔组件的陶瓷基片，其具备较高的强度和硬度，有效保证了爆炸箔作用过程的高效输出，同时，通过采用阵列过孔的方式将爆炸箔焊盘引到陶瓷基片背面，有利于减小整个组件尺寸，保证其作用的可靠性；且飞片可使用传统的聚酰亚胺薄膜，通过炮筒上的飞片装填腔安装进去，采用独立飞片的设计可使飞片的厚度可控，保证了集成组件输出的一致性和可靠性；且分别在陶瓷基片和炮筒上的对应位置制作金属焊盘，采用共晶键合工艺，过程中通过控制公差和键合压紧力，使爆炸箔、飞片和炮筒可靠的集成在一起，保证了炮筒和桥区的对准；使得集成的冲击片组件降低了装配难度，减小了冲击片雷管的外形尺寸，提升了其适用范围，实现了制造过程的集成化和批量化。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件整体结构示意图。

图2是本发明的一个实施例的炮筒的结构示意图。

图3是本发明的一个实施例的爆炸箔组件的结构示意图。

附图标记：1-炮筒，2-飞片，3-爆炸箔，4-陶瓷基片，5-电缆，6-贴片焊接焊盘，7-阵列过孔，8-共晶键合焊盘组件，9-飞片装填腔，10-加速膛孔，81-第一共晶键合焊盘，82-第二共晶键合焊盘。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

实施例一：

如图1所示，一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件，包括炮筒1、飞片2、爆炸箔组件及电缆5，如图2所示，在炮筒1上表面设有加速膛孔10，在炮筒1下表面设有第一共晶键合焊盘81及飞片装填腔9，其中该飞片装填腔9的形状与飞片2形状相一致，且飞片装填腔9与加速膛孔10相连通；如图3所示，爆炸箔组件包括陶瓷基片4，在陶瓷基片4上表面设有爆炸箔3及与第一共晶键合焊盘81相对应的第二共晶键合焊盘82，且在陶瓷基片4上开设有贯穿陶瓷基片4及爆炸箔3的阵列过孔7，其中，在图1中仅示意出了两个阵列过孔7。

具体的，飞片2安装于炮筒1的飞片装填腔9内，且飞片2与飞片装填腔9紧密配合，飞片装填腔9对安装在其内的飞片2施加一定的预紧力，炮筒1与爆炸箔组件通过第一共晶键合焊盘81与第二共晶键合焊盘82的共晶键合而集成在一起，电缆5焊接于陶瓷基片4下表面，在本实施例中，分别在陶瓷基片4和炮筒1上的对应位置制作共晶键合焊盘组件8(由第一共晶键合焊盘81与第一共晶键合焊盘82构成)，采用共晶键合工艺，集成过程中可通过控制公差和键合压紧力使爆炸箔3、飞片2和炮筒1可靠的集成在一起，保证了炮筒1和桥区的对准，且最终构成的集成式冲击片组件具有装配难度低、冲击片雷管的外形尺寸小的优点，有利于提升其适用范围，且可实现制造过程的集成化和批量化。

作为优选，本实施例中，爆炸箔3、第一共晶键合焊盘81、第二共晶键合焊盘82均由铜或铝制成，且炮筒1由高阻硅或氧化铝陶瓷制成，飞片2由聚酰亚胺薄膜制成，本实施例中采用将飞片2设为单独的零部件的设计，使得飞片2的厚度可控，保证了集成组件输出的一致性和可靠性。

为了保障飞片2安装在飞片装填腔9内的稳固性，本实施例中，飞片2安装于炮筒1的飞片装填腔9后通过胶水等粘接剂粘接固定。

作为优选，本实施例中，在电缆5和陶瓷基片4之间还设有贴片焊接焊盘6，陶瓷基片4通过贴片焊接工艺定位焊接在电缆5上。

实施例二

本实施例中公开了一种上述基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件的制造方法，包括以下步骤：

A.采用磁控溅射等方法在带阵列过孔7的陶瓷基片4上沉积铜或铝金属层；

B.在陶瓷基片4的金属层上通过光刻工艺制备出爆炸箔3和第二共晶键合焊盘82的光刻胶掩模，并腐蚀金属层形成爆炸箔3和第二共晶键合焊盘82；

C.在炮筒1上沉积铜或铝金属层并在炮筒1的金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘81的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘81；同时，在炮筒1上刻蚀出飞片装填腔9和加速膛孔10结构；

其中，若炮筒1采用双氧双抛高阻硅片作为基材，则步骤C具体为以下步骤：

C1.通过光刻工艺分别在炮筒1两侧制备出飞片装填腔9和加速膛孔10的光刻胶掩模，并采用干法刻蚀工艺刻蚀出飞片2装填和加速膛孔10结构；

C2.采用磁控溅射等方法在炮筒1上飞片装填腔9的侧方沉积铜或铝金属层，并在金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘81的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘81；

若炮筒1采用氧化铝陶瓷片作为基材，则步骤C具体为以下步骤：

C1.采用磁控溅射等方法在炮筒1一侧上沉积铜或铝金属层，并在金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘81的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘81；

C2.在炮筒1上采用激光加工工艺刻蚀出飞片装填腔9和加速膛孔10结构；

具体的，在步骤C中制作飞片装填腔9时需注意飞片装填腔9的形状需与飞片2保持一致，且飞片2安装于飞片装填腔9后，飞片装填腔9应对飞片2具有一定的预紧力。

D.将由聚酰亚胺薄膜制成的飞片2装入炮筒1的飞片装填腔9内，并通过胶初步固定；

E.采用共晶键合工艺，通过第一共晶键合焊盘81与第二共晶键合焊盘82的共晶键合将安装了飞片2的炮筒1与爆炸箔组件集成在一起，形成冲击片组件；

F.将冲击片组件采用贴片焊接工艺并通过贴片焊接焊盘6定位焊接在电缆5上。

在本实施例的基于共晶键合工艺的集成式冲击片中，炮筒1在原位位置上集成了飞片装填腔9，通过对飞片装填腔9的刻蚀深度控制和共晶键合的轴向压紧力，实现飞片2与爆炸箔3、炮筒1的可靠压紧，并在飞片装填腔9侧集成了第一共晶键合焊盘81；爆炸箔组件通过阵列过孔7的方式将爆炸箔3焊盘引到陶瓷基片4底面，并在爆炸箔3一侧集成了第二共晶键合焊盘82；将飞片2装进炮筒1中的飞片装填腔9后，通过精密定位的共晶键合工艺，把飞片2炮筒1组件和爆炸箔组件集成在一起，形成冲击片组件，再采用贴片焊接的方式将集成后的冲击片组件定位焊接在电缆5上，因此，本技术方案的集成式的冲击片组件通过共晶键合工艺和内部结构设计采用成熟可靠的结构材料实现了冲击片组件的集成制造，具备可靠性好、集成度高可批量化制造的特点。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件，其特征在于，包括炮筒、飞片、爆炸箔组件及电缆，在所述炮筒上表面设有加速膛孔，在炮筒下表面设有第一共晶键合焊盘及飞片装填腔，且飞片装填腔与加速膛孔相连通；所述爆炸箔组件包括陶瓷基片，在陶瓷基片上表面设有爆炸箔及与第一共晶键合焊盘相对应的第二共晶键合焊盘，且在陶瓷基片上开设有贯穿陶瓷基片及爆炸箔的阵列过孔；

所述飞片安装于炮筒的飞片装填腔内，炮筒与爆炸箔组件通过第一共晶键合焊盘与第二共晶键合焊盘的共晶键合而集成在一起，所述电缆焊接于陶瓷基片下表面。

2.根据权利要求1所述的一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件，其特征在于，所述爆炸箔、第一共晶键合焊盘、第二共晶键合焊盘均由铜或铝制成，和/或所述炮筒由高阻硅或氧化铝陶瓷制成，和/或所述飞片由聚酰亚胺薄膜制成。

3.根据权利要求1所述的一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件，其特征在于，所述飞片安装于炮筒的飞片装填腔后通过粘接剂粘接固定。

4.根据权利要求1至3中任一所述的一种基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件，其特征在于，在电缆和陶瓷基片之间还设有贴片焊接焊盘，所述陶瓷基片通过贴片焊接工艺定位焊接在电缆上。

5.一种如权利要求1所述的基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.在带阵列过孔的陶瓷基片上沉积金属层；

B.在陶瓷基片的金属层上通过光刻工艺制备出爆炸箔和第二共晶键合焊盘的光刻胶掩模，并腐蚀金属层形成爆炸箔和第二共晶键合焊盘；

C.在炮筒上沉积金属层并在炮筒的金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘；同时，在炮筒上刻蚀出飞片装填腔和加速膛孔结构；

D.将飞片装入炮筒的飞片装填腔内；

E.采用共晶键合工艺，通过第一共晶键合焊盘与第二共晶键合焊盘的共晶键合将安装了飞片的炮筒与爆炸箔组件集成在一起，形成冲击片组件；

F.将冲击片组件定位焊接在电缆上。

6.根据权利要求5所述的基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件的制造方法，其特征在于，所述步骤A及步骤C中均是通过磁控溅射的方法沉积金属层。

7.根据权利要求5所述的基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件的制造方法，其特征在于，所述炮筒采用双氧双抛高阻硅片作为基材，且所述步骤C具体包括以下步骤：

C1.通过光刻工艺分别在炮筒两侧制备出飞片装填腔和加速膛孔的光刻胶掩模，并采用干法刻蚀工艺刻蚀出飞片装填和加速膛孔结构；

C2.在炮筒上飞片装填腔的侧方沉积金属层，并在金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘。

8.根据权利要求5所述的基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件的制造方法，其特征在于，所述炮筒采用氧化铝陶瓷片作为基材，且所述步骤C具体包括以下步骤：

C1.在炮筒一侧上沉积金属层，并在金属层上通过光刻工艺制备出第一共晶键合焊盘的光刻胶掩模，然后腐蚀金属层形成第一共晶键合焊盘；

C2.在炮筒上采用激光加工工艺刻蚀出飞片装填腔和加速膛孔结构。

9.根据权利要求5所述的基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件的制造方法，其特征在于，所述步骤D具体为：将聚酰亚胺薄膜制成的飞片装入炮筒的飞片装填腔内，并通过胶固定。

10.根据权利要求5至9中任一所述的基于共晶键合工艺的集成式冲击片组件的制造方法，其特征在于，所述金属层为铜或铝金属层，且所述步骤F中冲击片组件具体是采用贴片焊接工艺并通过贴片焊接焊盘定位焊接在电缆上。