[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种低能微型点火器件，具体涉及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。

背景技术

爆炸箔起爆系统(ExplodingFoilInitiatorsystem，EFIs)也称为直列式安全起爆系统(In-lineSafeandArmingApparatus)，其组成包括脉冲功率单元和爆炸箔起爆单元两部分。脉冲功率单元为爆炸箔起爆单元提供电能，包括变压器、高压储能电容、高压开关和控制电路等。爆炸箔起爆单元也称为冲击片雷管，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单元，具有抗电磁干扰能力强，耐冲击等优点，是一种极其安全可靠的起爆装置。在武器系统中有着广泛应用，包括AAWS-M中程反坦克导弹、AIM-9X（120）响尾蛇系列空对空导弹、PATRIOT爱国者反导导弹等都采用了爆炸箔起爆系统。

随着武器系统的小型化及EFIs向常规炮弹的应用需求，EFIs的研究也趋向微型化、集成化和低能化。美国KDI公司于2004年公布了其电子安全与解除保险装置系列产品，其第三代产品中采用微电子技术将高压电容、半导体开关、爆炸桥箔等集成在一个固态器件上，整个装置起爆电压降为1250V，起爆能量大为降低。美国e2v公司2007年公布的直列式起爆系统模块中采用陶瓷贴片电容、三电极触发开关，整个模块体积得到减小，发火能量降到0.45J。上述微芯片爆炸箔起爆系统所用的开关为半导体开关和三电极触发开关，但是半导体开关较适合用在温度小于100℃和弱辐射环境中，三电极触发开关对材料和加工工艺要求较高，导致成本很高，并且这两种开关没有和爆炸箔起爆系统集成制作。肖特基单触发开关是一种新型的高压开关，该种开关闭合速度快，触发电压低，结构简单，易于加工集成，利用高聚物绝缘，能够耐高过载等复杂环境，是一种适用EFIs微型化的开关。目前为止，尚未见到肖特基单触发开关与EFI集成的报道。

发明内容

本发明有以下两个目的：

（1）提供一种肖特基单触发开关集成EFI芯片单元。

（2）提供一种集成肖特基单触发开关集成EFI芯片的爆炸箔起爆装置。

实现本发明目的（1）的技术解决方案为：

一种肖特基单触发开关集成EFI芯片单元，所述单元包括Si₃N₄的硅基底、金属Ti/Cu层、聚酰亚胺层、上电极Ti/W/Ti/Cu/Au和肖特基二级管；所述Si₃N₄的硅基底上设置金属Ti/Cu层，所述金属Ti/Cu层分为下电极区和桥箔区，所述下电极区为矩形结构，桥箔区为两端宽中间窄的桥型结构，窄的部分为爆炸箔，宽的一端与下电极区相连，所述金属Ti/Cu层上设置聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层完全覆盖下电极区及部分桥箔区，使未与下电极区相连的桥箔区宽的一端金属铜层裸露，所述下电极区聚酰亚胺层上设置上电极Ti/W/Ti/Cu/Au，上电极Ti/W/Ti/Cu/Au上设置肖特基二级管，所述下电极区以及设置在其上的聚酰亚胺层、上电极Ti/W/Ti/Cu/Au和肖特基二级管构成单触发开关单元。

一种肖特基单触发开关集成EFI芯片单元的制备方法，所述芯片单元按以下步骤来制备：

第一步，对Si₃N₄的硅基底进行表面清洗，利用光刻剥离工艺和磁控溅射工艺在硅基衬底表面沉积Ti层和Cu层，构成金属Ti/Cu层，所述金属Ti/Cu层分为下电极区和桥箔区，所述下电极区为矩形结构，桥箔区为两端宽中间窄的桥型结构，窄的部分为爆炸箔，宽的一端与下电极区相连；

第二步，使用聚酰亚胺前驱体原位制备聚酰亚胺层，聚酰亚胺层将直接涂覆在金属Ti/Cu层上，全部覆盖金属Ti/Cu层，然后通过多次梯度烘烤固化，得到与金属Ti/Cu层粘附性强的聚酰亚胺层；

第三步，利用干法刻蚀工艺将桥箔区上的聚酰亚胺层部分去除，使未与下电极区相连的桥箔区宽的一端金属铜层裸露；

第四步，利用磁控溅射工艺在下电极区聚酰亚胺层上沉积上电极Ti/W/Ti/Cu/Au；

第五步，利用导电银浆将肖特基二极管反向接在上电极Ti/W/Ti/Cu/Au上，制备得到肖特基单触发开关集成EFI芯片。

所述金属Ti/Cu层由金属钛层和金属铜层构成，上电极Ti/W/Ti/Cu/Au由金属钛层、钨层、钛层、铜层以及金层构成。金属钛层作为粘结层，金属铜层作为导电层。