[发明专利]一种固体微推进器用点火电路及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于火工品技术领域，涉及一种基于微机械加工技术的固体微推进器用点火电路及其制备方法，具体涉及一种金属薄膜桥点火电路，是MEMS固体微推进器的核心部件，能够满足低发火电压，较小发火功率下可靠发作。

背景技术

微型固体推力器是基于MEMS技术的固体推进剂微推进系统，适用于空间有限的微型卫星的精确定向和高度控制。典型MEMS微型固体推力器的结构采用三明治结构，底部为点火电路层，中间部分为燃烧室层，顶部为喷管层。微推力器的作用原理为点火电路对燃烧室中的推进剂进行寻址点火，推进剂燃烧形成的燃气流冲破膜片，释放高温高压燃气，并且由喷管对燃气流进行导流，产生预定的推力。

一般情况下，微纳卫星的设计功率只有几十瓦，总线电压可能降到3～5V（目前的标准是28V），若推进系统需要高电压，则需要较重的功率处理单元，会超出微小卫星的质量限制。因此，现阶段微纳卫星缺乏姿轨控能力，基本处于无控或仅有有限的控制能力。对于10kg纳卫星质量，电压仅有3V左右，而现有的微推进系统质量、体积、功耗均不能满足纳卫星的推进需要。期望固体微推力器阵列工作电压能够达到3V以下，整个推进系统质量小于500g，功率达到1W以下，才能够为微纳卫星提供姿轨控执行机构。

点火电路是微推进器中最重要同时也是制备工艺最复杂、难度最大的组成部分，而由微推进器的特性决定了点火电路必须满足尺寸小、点火电压低及高可靠性，点火电压的大小及点火可靠性均取决于点火电阻，因此，微推进器能否正常工作也主要取决于点火电阻。目前，国内外制备的固体微推进器的点火电路各不相同，点火电压及点火功率也有较大差别。

国防科技大学吴学忠、万红教授课题组研制的MEMS微推力器采用三层结构，点火桥膜采用Cr，通过沉积镀膜、光刻、干法或湿法刻蚀等MEMS工艺将点火电阻、导线及焊盘制作在基板上，点火电压不高于30V，最低点火功率为6.66W。

清华大学尤政教授课题组设计了三明治式的推力器结构，分别是点火器层、燃烧室层和喷嘴层，点火器由可寻址的Pt电阻阵列组成，衬底为Pyrex7740玻璃，平均点火电压为38.73V。

现有技术主要存在以下几个缺点：a）点火电压高；b）点火功率较大。

因此，寻求一种点火电压低、功率小的固体微推进器用点火电路成为当务之急。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能在较低发火电压下可靠发火、功耗低、具有逻辑寻址功能、可满足独立点火或组合点火的固体微推进器用点火电路及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种固体微推进器用点火电路，所述点火电路设于一基片上，所述点火电路为由a×b个点火单元构成的a行b列的阵列，其中a和b均为正整数且均不小于2，所述点火单元包括点火电阻和二极管，所述点火电阻为薄膜电阻，所述点火电阻设于所述基片的正面，所述二极管设于所述基片的背面，所述点火电阻与二极管通过所述基片上设置的金属化过孔串联。

上述的固体微推进器用点火电路中，优选的，所述点火电阻为NiCr合金薄膜电阻或TaN薄膜电阻。

上述的固体微推进器用点火电路中，优选的，所述点火电阻的一端通过引线与所述二极管的一端相连，所述点火电阻的另一端通过引线连接在行寻址线上，行寻址线与电极区相连，所述二极管的另一端通过引线连接在列寻址线上，列寻址线与电极区相连。

上述的固体微推进器用点火电路中，优选的，所述基片上的金属化过孔形成a×b阵列，所述金属化过孔的直径为300μm～1500μm，更优选500μm～1500μm，所述金属化过孔的深度为0.5mm～1mm。

上述的固体微推进器用点火电路中，优选的，所述点火电路上的引线和电源电极均采用Au薄膜制备而成。

上述的固体微推进器用点火电路中，优选的，所述基片为硼硅玻璃。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的固体微推进器用点火电路的制备方法，包括以下步骤：

（a）基片打孔以及过孔金属化；

（b）采用微机械加工工艺在所述基片正面制备点火电阻、引线和电极区；

（c）采用微机械加工工艺在所述基片背面制备引线和电极区，并在基片背面贴装二极管，得到固体微推进器用点火电路。

上述的固体微推进器用点火电路的制备方法中，优选的，所述步骤（b）和步骤（c）中，所述微机械加工工艺包括离子束溅射镀膜工艺和离子束刻蚀工艺。