CN111721163A - 一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器 - Google Patents

一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器 Download PDF

Info

Publication number
CN111721163A
CN111721163A CN201910202718.1A CN201910202718A CN111721163A CN 111721163 A CN111721163 A CN 111721163A CN 201910202718 A CN201910202718 A CN 201910202718A CN 111721163 A CN111721163 A CN 111721163A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage switch
layer
exploding foil
metal layer
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910202718.1A
Other languages
English (en)
Inventor
朱朋
徐聪
沈瑞琪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201910202718.1A priority Critical patent/CN111721163A/zh
Publication of CN111721163A publication Critical patent/CN111721163A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/12—Bridge initiators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Manufacture Of Switches (AREA)

Abstract

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100mm3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。

Description

一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器
技术领域
本发明属于微型低能钝感点火起爆器件技术领域，特别涉及一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器。
背景技术
爆炸箔起爆器(Exploding Foil Initiator，EFI)也称为冲击片雷管，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。
高压开关是爆炸箔起爆器中的关键器件之一，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，爆炸箔由于得到的能量较小就会熔化或者发生慢爆炸，爆炸箔起爆器便不能可靠作用。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)将平面高压开关和爆炸箔起爆器一体化集成的报道。
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爆炸箔起爆器。
实现本发明目的提供的技术方案如下：
该装置分为炸箔起爆器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、金属焊带和炸药柱；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，设置在爆炸箔起爆器一侧作为爆炸箔，另外爆炸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，设置在爆炸箔起爆器一侧作为飞片层；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，设置在爆炸箔起爆器一侧作为金属飞片；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，设置在爆炸箔起爆器一侧作为加速膛；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；炸药柱置于加速膛之上，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作为电爆炸金属材料，或为Au、Ag、Al中的一种。
进一步的，爆炸箔设置为两端宽、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)、本发明的起爆器将平面高压开关和爆炸箔起爆器集于一体，降低了电容放电单元的体积，同时也降低了发火能量；(2)、该起爆器采用MEMS制备工艺，降低了成本，可实现标准化批量生产；(3)、本发明的起爆器尺寸控制在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爆炸箔起爆器的立体图。
图2是基于平面高压开关的微芯片爆炸箔起爆器的爆炸视图。
图3是基于平面高压开关的微芯片爆炸箔起爆器的制作工艺流程图。
图4是本发明EFI芯片单元的电路连接原理图。
图5是微芯片爆炸箔起爆器的样品图。
图6是爆炸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和炸药柱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，在爆炸箔起爆器一侧作为爆炸箔2-b，爆炸箔的尺寸为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，在爆炸箔起爆器一侧作为飞片层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，在爆炸箔起爆器一侧作为金属飞片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，在爆炸箔起爆器一侧作为加速膛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；炸药柱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爆炸箔起爆器，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和炸药柱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，在爆炸箔起爆器一侧作为爆炸箔2-b，爆炸箔的尺寸为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，在爆炸箔起爆器一侧作为飞片层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，在爆炸箔起爆器一侧作为金属飞片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，在爆炸箔起爆器一侧作为加速膛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；炸药柱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是微芯片爆炸箔起爆器的发火电路图。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反向击穿并发生电爆炸，击穿绝缘介质层3，然后高压电容C2开始放电，脉冲大电流经过爆炸箔2-b，爆炸箔2-b发生电爆炸驱动复合飞片3-b、4-b，经过加速膛5-b加速，复合飞片3-b、4-b撞击炸药柱8，使其爆轰。制备好的芯片样品图如图5所示，爆炸后的铝鉴定块如图6所示。

Claims (9)

1.一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于，该装置分为炸箔起爆器与平面高压开关两部分，具体包括陶瓷基片(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)和炸药柱(8)；其中，金属层一(2)置于陶瓷基片(1)之上，金属层一(2)上设置在平面高压开关一侧作为下电极(2-a)，设置在爆炸箔起爆器一侧作为爆炸箔(2-b)，另外爆炸箔(2-b)上设有焊盘一(2-c)和焊盘二(2-d)；绝缘层(3)置于金属层一(2)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(3-a)，设置在爆炸箔起爆器一侧作为飞片层(3-b)；金属层二(4)置于绝缘层(3)之上，设置平面高压开关一侧作为上电极(4-a)，设置在爆炸箔起爆器一侧作为金属飞片(4-b)；光刻胶层(5)置于金属层二(4)之上，设置在平面高压开关一侧作为束胶槽(5-a)，设置在爆炸箔起爆器一侧作为加速膛(5-b)；二极管(6)粘接在上电极(4-a)之上，阳极朝下；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)，另一端焊接在焊盘一(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；炸药柱(8)置于加速膛(5-b)之上，并通过复合飞片飞片层(3-b)与金属飞片(4-b)高速撞击实现对外部的输出。
2.根据权利要求1所述的基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于，所述的金属层一(2)和金属层二(4)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。
3.根据权利要求1所述的基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于，所述的金属层一(2)由W-Ti/Cu膜系构成，金属层二(4)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作为电爆炸金属材料，或为Au、Ag、Al中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于，所述的爆炸箔(2-b)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。
5.根据权利要求1所述的基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于，绝缘层(3)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。
6.根据权利要求1所述的基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于：所述的光刻胶层(5)为SU-8系列、环氧树脂系列或聚丙烯酸甲酯中的一种。
7.根据权利要求1所述的基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于：所述的二极管(6)为肖特基二极管或p-n结二极管中的一种。
8.根据权利要求1所述的基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于：所述的金属焊带(7)为Au、Ag、Cu或Al中的一种。
9.根据权利要求1所述的基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器，其特征在于：所述的药柱(8)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％。
CN201910202718.1A 2019-03-18 2019-03-18 一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器 Pending CN111721163A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910202718.1A CN111721163A (zh) 2019-03-18 2019-03-18 一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910202718.1A CN111721163A (zh) 2019-03-18 2019-03-18 一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111721163A true CN111721163A (zh) 2020-09-29

Family

ID=72563014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910202718.1A Pending CN111721163A (zh) 2019-03-18 2019-03-18 一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111721163A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112923801A (zh) * 2021-01-29 2021-06-08 南京理工大学 采用pcb工艺制备的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法
CN112923800A (zh) * 2021-01-22 2021-06-08 南京理工大学 基于电爆炸和等离子体放电耦合的爆炸箔芯片及制备方法
CN114540754A (zh) * 2022-04-02 2022-05-27 西南科技大学 一种Cu/Ti-W/陶瓷复合材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030200890A1 (en) * 2002-04-30 2003-10-30 Reynolds Richard K. Integrated planar switch for a munition
US8291824B1 (en) * 2009-07-08 2012-10-23 Sandia Corporation Monolithic exploding foil initiator
CN103868422A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 南京理工大学 一种肖特基单触发开关集成efi芯片单元及爆炸箔起爆装置
CN104697405A (zh) * 2015-03-10 2015-06-10 南京理工大学 Efi芯片单元及其制备方法、以及基于该芯片单元的爆炸箔起爆装置
CN107449325A (zh) * 2017-08-15 2017-12-08 苏州亿禾永利新能源有限公司 一种低能爆炸箔起爆器基片的制备方法
CN109297364A (zh) * 2018-10-19 2019-02-01 南京理工大学 一种含Al/PTFE的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030200890A1 (en) * 2002-04-30 2003-10-30 Reynolds Richard K. Integrated planar switch for a munition
US8291824B1 (en) * 2009-07-08 2012-10-23 Sandia Corporation Monolithic exploding foil initiator
CN103868422A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 南京理工大学 一种肖特基单触发开关集成efi芯片单元及爆炸箔起爆装置
CN104697405A (zh) * 2015-03-10 2015-06-10 南京理工大学 Efi芯片单元及其制备方法、以及基于该芯片单元的爆炸箔起爆装置
CN107449325A (zh) * 2017-08-15 2017-12-08 苏州亿禾永利新能源有限公司 一种低能爆炸箔起爆器基片的制备方法
CN109297364A (zh) * 2018-10-19 2019-02-01 南京理工大学 一种含Al/PTFE的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周密等: "平面开关与爆炸桥箔的集成设计及研究", 《火工品》 *
陈楷等: "加速膛与复合飞片对集成爆炸箔起爆器性能的影响", 《含能材料》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112923800A (zh) * 2021-01-22 2021-06-08 南京理工大学 基于电爆炸和等离子体放电耦合的爆炸箔芯片及制备方法
CN112923800B (zh) * 2021-01-22 2022-07-22 南京理工大学 基于电爆炸和等离子体放电耦合的爆炸箔芯片及制备方法
CN112923801A (zh) * 2021-01-29 2021-06-08 南京理工大学 采用pcb工艺制备的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法
CN112923801B (zh) * 2021-01-29 2022-05-20 南京理工大学 采用pcb工艺制备的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法
CN114540754A (zh) * 2022-04-02 2022-05-27 西南科技大学 一种Cu/Ti-W/陶瓷复合材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7938065B2 (en) Efficient exploding foil initiator and process for making same
CN111721163A (zh) 一种基于平面高压开关的微芯片集成爆炸箔起爆器
US4393779A (en) Electric detonator element
US7581496B2 (en) Exploding foil initiator chip with non-planar switching capabilities
CN104697405A (zh) Efi芯片单元及其制备方法、以及基于该芯片单元的爆炸箔起爆装置
US5731538A (en) Method and system for making integrated solid-state fire-sets and detonators
CN107091599A (zh) 一种集成的冲击片起爆装置
CN109959307B (zh) 一种基于低温共烧陶瓷的爆炸箔集成芯片及其制备工艺
US6234081B1 (en) Shaped bridge slapper
CN110132075A (zh) 一种含有含能飞片的爆炸箔集成芯片
CN103868422A (zh) 一种肖特基单触发开关集成efi芯片单元及爆炸箔起爆装置
CN109945746B (zh) 片式爆炸箔的制备方法
CN109539899B (zh) 一种小型化、集成化爆炸箔起爆系统
Zhu et al. Development of a monolithic micro chip exploding foil initiator based on low temperature co-fired ceramic
CN109115057A (zh) 一种采用mems工艺制备的冲击片组件及其制备方法
CN107923728B (zh) 集成电路起爆器设备
US20170045342A1 (en) Integrated Barrel/Bridge Subassembly for Detonator
CN108592707A (zh) 一种微机电智能安全起爆装置及其制备方法
CN109297364A (zh) 一种含Al/PTFE的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法
Xu et al. A shock-induced pulsed power switch utilizing electro-explosion of exploding bridge wire
CN109297365A (zh) 基于ltcc工艺的平面三电极开关和爆炸箔集成芯片
CN113800992B (zh) 一种低发火能量微型冲击片雷管
US20020023567A1 (en) Secured high-power electro-pyrotechnic initiator
CN209512654U (zh) 基于微箔电爆的平面高压开关集成爆炸箔芯片
CN109612342A (zh) 基于并联桥箔的微芯片爆炸箔起爆器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200929