[发明专利]一种基于低温共烧陶瓷的爆炸箔集成芯片及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种基于低温共烧陶瓷的爆炸箔集成芯片及其制备工艺。爆炸箔集成芯片包括：陶瓷基片、金属层、飞片层、加速膛、装药槽和炸药柱，还包括陶瓷基片中的金属过孔、浆料，以及背部的焊盘区和Pd/Ag层等便于与其他部分连接的结构。陶瓷基片在集成芯片中作为反射背板；金属层包括桥区、过渡区和导带三部分；飞片层包括由生瓷带一体化烧结而成的陶瓷飞片、Parylene C/W‑Ti/Cu复合飞片；加速膛的作用是为飞片提供加速的空间；装药槽为炸药柱的放置提供了精确的定位。与现有技术相比，本发明的优点在于利用低温共烧陶瓷技术使得爆炸箔起爆器的集成化程度更高、体积更小，可以实现批量生产，提高了产品一致性，并且大大降低了成本。

技术领域

本发明涉及低能微型点火起爆器件技术领域，具体涉及一种基于低温共烧陶瓷的爆炸箔集成芯片及其制备工艺。

背景技术

爆炸箔起爆器系统(Exploding Foil Initiator system，EFIs)的概念是由美国劳伦斯利弗莫尔实验室于20世纪60年代提出的，也称为直列式安全起爆系统,其组成包括脉冲功率单元和爆炸箔起爆器单元。前者主要包括控制电路、升压模块、高压电容以及高压开关等，为爆炸箔起爆器单元提供金属电爆所需要的能量，并给出发火指令，通过高压开关使回路导通；后者主要包括背板、爆炸箔、飞片、加速膛以及钝感装药，通过金属电爆炸剪切飞片，经过加速膛使飞片达到一定的速度，进而冲击起爆炸药柱。由于爆炸箔起爆器系统结构上的特点，如无敏感装药、桥箔与装药之间无直接接触，能够适应静电、射频、电磁等极端环境，具有更高的安全性，因而爆炸箔起爆器系统引起了各国研究人员的广泛关注。

随着MEMS技术的发展，起爆系统低能化、小型化、低成本化成为一种主流趋势，如何将爆炸箔起爆器系统与新技术新工艺结合起来，成为亟需解决的问题。

早期的爆炸箔起爆器单元通过分立的机械组件组装而成，如背板采用蓝宝石、氧化铝陶瓷等材料；金属桥箔采用溅射的方式覆在陶瓷基片上；加速膛采用蓝宝石、不锈钢等材料；飞片采用聚酰亚胺薄膜贴在桥箔上。手工或机械的对准安装方式，易产生错位现象，使得爆炸箔起爆器单元能量利用效率低，作用不可靠。此外，传统的爆炸箔起爆器单元在结构上体积较大、发火能量较高，也难以实现小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、作用可靠的基于低温共烧陶瓷的爆炸箔集成芯片单元及其制备方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于低温共烧陶瓷的爆炸箔集成芯片，爆炸箔集成芯片结构包括陶瓷基片、金属层、飞片层、陶瓷加速膛、装药槽和炸药柱，此外还包括陶瓷基片中的金属过孔、浆料，以及背部的焊盘区和Pd/Ag层等便于与其他部分连接的结构；所述陶瓷基片作反射背板，电爆炸所产生的等离子体向上运动剪切飞片；所述金属层烧结在陶瓷基片之上，包括桥区、过渡区和导带三个部分，桥区即为爆炸箔；过渡区指桥区和导带之间由宽变窄的区域；所述陶瓷加速膛为飞片层提供加速的空间；所述装药槽为炸药柱放置提供了精确的定位。

进一步的，金属层包括了Au、Ag多种适用于低温共烧陶瓷的金属浆料；所述炸药柱采用六硝基茋HNS-Ⅳ，采用装药密度最大密度1.74g/cm³的90％-95％。

进一步的，飞片层分为两种：一种是以生瓷带作为陶瓷飞片；另一种是以ParyleneC 层和金属W-Ti/Cu层作为聚合物-金属复合飞片。

进一步的，飞片层采用Parylene C层时，以化学气相沉积的方式通过二聚物原料的热解、冷却，重新聚合形成薄膜，沉积在加速膛内的桥区之上；所述金属W-Ti/Cu层通过磁控溅射的方式依次成膜。

低温共烧陶瓷的爆炸箔集成芯片单元制备工艺包括具体步骤如下，

第一步，利用生瓷带直接作为陶瓷基片和飞片层，通过激光打孔的方式制作加速膛和装药槽所需孔径；

第二步，利用导体浆料印刷的工艺，制作金属层以及焊盘区；