[发明专利]一种全集成冲击片点火器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于火工品技术领域，特别是一种基于微电子机械系统(MEMS)加工技术的全集 成冲击片点火器及其制备方法。

背景技术

传统冲击片雷管主要元件有桥箔基片、桥箔、飞片、加速膛、反射片及起爆炸药柱等。 桥箔是由绝缘介质基片上的覆铜箔刻蚀制成，绝缘介质基片通常采用氧化铝陶瓷基片，也具 有反射片的作用，飞片通常是粘在桥箔上的一块聚酰亚胺或聚酯薄膜(密拉膜)，飞片上部 有一直径约是桥箔宽度1.2～1.5倍的蓝宝石或不锈钢加速膛，加速膛上部是带有铝约束套的 炸药柱。金属桥箔在高能快速脉冲下发生电爆炸，由此产成的等离子体迅速膨胀，剪切及驱 动飞片高速撞击高密度炸药，使之迅速完成起爆。由于冲击片雷管各元件是分立加工成型， 再经过手工装配成雷管，因此存在可靠性低和制造成本高的缺点。

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

本发明要解决的技术问题是提供一种全集成冲击片点火器，同时提供一种全集成冲击片 点火器的制备方法。

本发明的全集成冲击片点火器含有反射片、桥箔、飞片和加速膛。其发火元件采用金属 桥箔，直接制备在反射片上方，桥箔与飞片紧密连接，加速膛设置在飞片上方，飞片和加速 膛之间设置有二氧化硅绝缘材料层。

本发明的全集成冲击片点火器的制备方法，依次按如下步骤进行：

a)在硼硅玻璃片上用溅射工艺沉积金属层；

b)在金属层上用光刻工艺制备出桥箔形状的光刻胶掩模，用腐蚀液去除不需要的金属， 形成金属桥箔；

c)在SOI基片上用光刻工艺制备出与金属桥箔对应形状的光刻胶掩模，再用反应离子刻 蚀法刻蚀出键合台阶，键合台阶的高度与桥箔的厚度相同；SOI是一种具有“硅/二氧化硅/ 硅”三层结构的半导体材料。

d)在SOI上用光刻工艺制备出焊盘形状的光刻胶掩模，用反应离子刻蚀法刻蚀出焊盘释 放区，刻蚀深度至SOI基片的二氧化硅层；

e)将制备有金属桥箔的硼硅玻璃片和SOI基片静电键合在一起；

f)在键合后基片的硅片表面溅射铝膜层，在铝膜表面光刻、腐蚀形成加速膛形状的铝掩 模；用反应离子刻蚀法刻蚀加速膛，刻蚀深度至SOI基片的二氧化硅层；

g)用砂轮划片机划片，将覆盖在焊盘上的硅片除去，并将玻璃硅片结构划成管芯，点 火器成型。

本发明的点火器采用基于微电子机械系统(MEMS)加工技术，能够实现冲击片点火器的 反射片、桥箔、飞片和加速膛的全集成制备，便于大批量生产和降低制造成本，在加工过程 中同时完成了装配，有利于提高器件的装配精度，而且具备集成电路并行加工的特点，即在 一个流程完成后，多个芯片就同时加工完成了，便于大批量生产和降低制造成本，并有利于 提高工艺一致性和器件的使用可靠性。本发明中采用金属桥箔，使点火时间缩短为1ms左右 ，适用于快速作用场合。本发明采用反应离子刻蚀工艺制备加速膛，使加速膛纵向垂直度为 90±2°，有利于提高飞片速度。本发明使用静电键合工艺粘接玻璃反射片，键合强度大于 玻璃和硅片的体强度，有利于提高可靠性。

附图说明

图1是本发明的全集成冲击片点火器的结构示意图

图2是本发明图1中的A-A向剖面示意图

图3是本发明图1中的B-B向剖面示意图