CN102384486A - 一种低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器及其制备方法，属于火工品技术领域，所述低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器包括基底，所述基底上设有隔离膜，该隔离膜上设有发火元件，在发火元件设有发火器引线焊盘区；所述发火元件的材料为Ni-Cr合金。本发明采用微机械加工技术制备该点火器。本发明实现了在较低发火电压下可靠发火，点火电压低至4.8V/10μF，点火能量低至110mJ，且具有良好的抗振性能。
Description
技术领域
本发明属于火工品技术领域，是一种基于微机械加工技术的合金薄膜桥点火器及其制备方法。更具体地说，本发明涉及一种点火器，其点火元件由Ni-Cr合金薄膜桥组成，并且能在较低的发火电压和能量下可靠发作。
背景技术
电火工品主要包括桥丝式电火工品、薄膜桥火工品。其中薄膜桥火工品包括半导体桥火工品、金属薄膜桥火工品及爆炸薄膜桥火工品等。桥丝式火工品是人们一直普遍使用的点火方式，是由一跟悬吊式电阻加热丝和两个电极相连组成，这种技术主要存在以下几个缺点：
a)桥丝式点火器生产中工艺一致性水平较差，在使用过程中不能准确预测点火器的性能；
b)在较强的振动环境下，桥丝径向存在的拉伸作用容易导致桥丝发生变形，可能造成桥丝断裂及焊点破裂脱焊，造成点火器不能正常工作，降低桥丝式点火器可靠性水平；
c)桥丝式点火器不能满足低发火能量和快速发火的要求。
金属薄膜桥点火器是通过物理气相淀积(PVD)方法在基片上沉积桥体材料，薄膜桥阻值大小由其几何形状决定，实际中可以通过改变薄膜桥长度、宽度及厚度获得不同的电阻值。换句话说，金属薄膜桥外形结构可以根据不同的性能要求进行设计以满足不同的功能，这是金属薄膜桥点火器最为突出的优点之一。由于金属薄膜桥点火器是将金属薄膜通过物理气相沉积的方式直接淀积在基底上，金属薄膜与基底之间的粘附力较强，并且在承受过载的过程中，金属薄膜桥径向不存在拉伸作用，不会出现金属薄膜桥的断裂及脱落等。利用微机械加工技术在基底上制备金属薄膜桥点火器，可以在一片基底上同时制造数百上千个金属薄膜桥发火元件，提高加工效率、加工重复性和加工尺寸的可控性水平，并大大降低制造成本。
针对上述问题，需要一种能在较低发火电压下可靠发火的金属薄膜桥点火器。
发明内容
针对现有技术发火电压相对较高，发火时间相对较长的缺陷，本发明旨在提供一种Ni-Cr合金薄膜桥点火器及其制备方法，该点火器可在较低发火电压下可靠发火，且具有良好的抗振性能。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：所述低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，包括基底，其结构特点是，所述基底上设有隔离膜，该隔离膜上设有发火元件，在发火元件设有发火器引线焊盘区，所述发火元件的材料为Ni-Cr合金。
所述隔离膜为一种导热率较低的介质薄膜，优选为SiO2隔离膜，厚度为0.5μm～1μm。其中，上述基底的材料选自FR-4、聚酰亚胺、Al2O3中的至少一种，基底直径为50mm～100mm，厚度0.5mm～1mm。其中，上述发火器引线焊盘区的材料选自铝、铜、金、银中的至少一种，发火器引线焊盘区的厚度0.1μm～1μm。
使用时，所述发火器引线焊盘区通过引线与一用于安装所述点火器的基座上的引线焊盘区相连。
进一步地，薄膜厚度作为影响点火器性能的决定性因素之一，可根据产品特性与要求决定薄膜厚度取值，以获取不同的产品性能，上述发火元件的厚度优选不大于2×10-7m～5×10-6m。
所述发火元件中Ni和Cr比例优选为80∶20。
进一步地，本发明提供了一种上述低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器的制备方法，其包括如下步骤：
1)、对基底进行清洗，去除基底表面油污及杂质；
2)、在基底上淀积隔离膜，在隔离膜上淀积Ni-Cr合金薄膜；
3)、在所述Ni-Cr合金薄膜上制备出光刻胶掩膜层，利用光刻胶作为掩膜材料刻蚀出发火元件，刻蚀深度为Ni-Cr合金薄膜的厚度；
4)、在发火元件层上制备出光刻胶掩膜层，利用物理气相淀积技术淀积发火器引线焊盘区；
5)、采用切片机进行切片，制得Ni-Cr合金薄膜桥点火器。
在所述步骤3)中，在所述Ni-Cr合金薄膜上利用光刻工艺制备出发火元件形状的光刻胶掩膜层，再利用干法刻蚀技术将Ni-Cr合金薄膜刻蚀成发火元件。
在所述步骤4)中，在发火元件层上利用光刻工艺制备出发火器引线焊盘区形状的光刻胶掩膜层，利用物理气相淀积技术淀积发火器引线焊盘区。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用微机械加工技术，有利于提高加工工艺的一致性和点火器使用的可靠性水平，并可实现点火器的批量生产，有效降低制造成本。本发明采用Ni-Cr合金薄膜桥，使点火电压低至4.8V/10μF，点火能量低至110mJ，满足对较低点火能量点火器件的需求。本发明采用热传导率较小的基底材料和隔离膜材料，有效较小了热量的散失，提高点火器反应速率，缩短发火时间。本发明采用离子束刻蚀技术制备Ni-Cr合金薄膜桥发火元件，可获得侧面陡直度高、片间与片内均匀性好的Ni-Cr合金薄膜桥结构，大大提高了加工工艺一致性水平和点火器工作的可靠性水平。本发明利用微机械加工技术可以在一片基底上同时制造数百上千个金属薄膜桥发火元件，提高加工效率、加工重复性和加工尺寸的可控性水平，并大大降低制造成本。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步地阐述。
附图说明
图1是本发明一种实施例的俯视图；
图2是图1的剖面图；
图3是图1的阵列排布俯视图；
图4是图1带引线焊接的俯视图；
图5是本发明的点火电路示意图。
在图中：
1-Ni-Cr合金薄膜桥点火器； 2-基底； 3-隔离膜；
4-发火元件； 5A，5B-点火器引线焊盘区； 6-引线焊盘区；
7-基座； 8-引线。
具体实施方式
一种低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，如图1～3所示，包括基底2，所述基底2上设有SiO2隔离膜3，该隔离膜3上设有厚度不大于5×10-6m的发火元件4，在发火元件4设有发火器引线焊盘区5A，5B，如图4所示，该发火器引线焊盘区5A，5B通过引线8与一用于安装所述点火器1的基座7上的引线焊盘区6相连；所述发火元件4的材料为Ni-Cr合金，其中Ni和Cr比例为80∶20。所述基底2的材料选自FR-4、聚酰亚胺、Al2O3中的至少一种；所述发火器引线焊盘区5A，5B的材料选自铝、铜、金、银中的至少一种。
本发明的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器的制备方法，依次按照以下步骤进行：
a)对直径50mm～100mm、厚度0.5mm～1mm的FR-4基底2进行清洗，去除基底抛光面的油污及杂质玷污等；
b)利用离子束溅射沉积厚度0.5μm～1μm的SiO2隔离膜3，减少热量向基底2的散失，并用以增强Ni-Cr合金薄膜层与基底层2的结合力；
c)离子束溅射沉积厚度0.2μm～5μm的Ni-Cr合金薄膜层，用作发火材料；
d)在Ni-Cr合金薄膜上利用光刻工艺制作与发火元件形状的光刻胶掩膜层，利用离子束干法刻蚀工艺去除不需要的合金薄膜区域，形成Ni-Cr合金薄膜桥结构；
e)利用光刻工艺制作光刻胶掩膜层，对引线压焊区域之外的薄膜层进行保护；
f)离子束溅射沉积厚度0.1μm～1μm的Au引线焊接区5A，5B，剥离清洗后完成Ni-Cr合金薄膜桥点火器1的制备。
如图5所示为本实施例所述Ni-Cr合金薄膜桥点火器点火电路示意图，本实施例所述较低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器发火电压低于4.8V，发火能量约为110微焦，或者换句话说本发明的点火器可在1.1×10-4J这样非常低的能量下可靠发火。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，包括基底(2)，其特征是，所述基底(2)上设有隔离膜(3)，该隔离膜(3)上设有发火元件(4)，在发火元件(4)设有发火器引线焊盘区(5A，5B)；所述发火元件(4)的材料为Ni-Cr合金。
2.根据权利要求1所述的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，其特征是，该发火器引线焊盘区(5A，5B)通过引线(8)与一用于安装所述点火器(1)的基座(7)上的引线焊盘区(6)相连。
3.根据权利要求1所述的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，其特征是，所述基底(2)的材料选自FR-4、聚酰亚胺、Al2O3中的至少一种，基底(2)直径为50mm～100mm，厚度0.5mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，其特征是，所述发火器引线焊盘区(5A，5B)的材料选自铝、铜、金、银中的至少一种，发火器引线焊盘区(5A，5B)的厚度0.1μm～1μm。
5.根据权利要求1所述的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，其特征是，所述发火元件(4)的厚度2×10-7m～5×10-6m。
6.根据权利要求1所述的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，其特征是，所述发火元件(4)中Ni和Cr比例为80∶20。
7.根据权利要求1所述的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器，其特征是，所述隔离膜(3)的材料为SiO2，厚度为0.5μm～1μm。
8.一种如权利要求1～7之一所述低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器(1)的制备方法，其特征是：其包括如下步骤：
1)、对基底(2)进行清洗，去除基底(2)表面油污及杂质；
2)、在基底(2)上淀积隔离膜(3)，在隔离膜(3)上淀积Ni-Cr合金薄膜；
3)、在所述Ni-Cr合金薄膜上制备出光刻胶掩膜层，以光刻胶作掩膜材料刻蚀出发火元件(4)，刻蚀深度为Ni-Cr合金薄膜的厚度；
4)、在发火元件(4)层上制备出光刻胶掩膜层，利用物理气相淀积技术淀积发火器引线焊盘区(5A，5B)；
5)、采用切片机进行切片，制得Ni-Cr合金薄膜桥点火器(1)。
9.根据权利要求8所述的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器(1)的制备方法，其特征是：所述步骤3)中，在所述Ni-Cr合金薄膜上利用光刻工艺制备出发火元件(4)形状的光刻胶掩膜层，利用干法刻蚀技术将Ni-Cr合金薄膜刻蚀成发火元件(4)。
10.根据权利要求8所述的低发火电压的Ni-Cr合金薄膜桥点火器(1)的制备方法，其特征是：所述步骤4)中，在发火元件(4)层上利用光刻工艺制备出发火器引线焊盘区(5A，5B)形状的光刻胶掩膜层，利用物理气相淀积技术淀积发火器引线焊盘区(5A，5B)。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120321 |