[发明专利]基于Al/PVDF油墨的含能半导体桥及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Al/PVDF油墨的含能半导体桥及其制备方法。所述方法通过将纳米铝粉分散在PVDF的N‑甲基吡咯烷酮溶液中得到Al/PVDF油墨，采用微笔直写的方式在半导体桥芯片表面滴加Al/PVDF油墨，经烘干后在半导体桥芯片上得到Al/PVDF含能薄膜。本发明的Al/PVDF油墨具有反应高放热量、高燃烧火焰传播速度等优点，基于Al/PVDF油墨的含能半导体桥点火输出能力高、安全性好，能够实现间隙点火。

技术领域

本发明属于半导体桥技术领域，涉及一种基于Al/PVDF油墨的含能半导体桥及其制备方法。

背景技术

半导体桥是一种基于半导体膜或者金属-半导体膜在外加电能刺激下产生热或等离子体能量的桥膜式换能元件，是近年来通过半导体器件领域的微电子集成技术研制的最重要的火工品换能元件之一。它具有触发能量低、瞬发性高、安全性高、可靠性高以及能与数字逻辑电路组合等优点。半导体桥虽然兼顾安全性和可靠性的要求，但是由于其桥区面积小，存在点火输出能力不高的情况，目前只能点燃斯蒂酚酸铅等较敏感的火工药剂，不能满足钝感点火要求。

如何在保证半导体桥安全性的条件下，有效提高半导体桥点火输出能力是半导体桥火工品亟待解决的难题。为此研究人员开展了含能半导体桥的研究，通过各种薄膜制备技术在半导体桥表面集成一定厚度的含能薄膜，当有热能、电能或者激光辐射等外在能量激励时，这些含能薄膜能够发生自持的燃烧反应，放出大量的热量，同时还生成了灼热的固体产物随着半导体桥发火时的火花喷溅而出，从而有效提高半导体桥的点火输出能力。常见的含能薄膜主要有金属合金化薄膜和金属/氧化物薄膜，主要的薄膜成分有Al/Ni、Al/Ru和Al/CuO、Al/MoO₃等。

在上述含能薄膜的制备过程中，纳米铝粉是一种非常重要的原料，但是其颗粒表面会氧化形成一层致密的Al₂O₃钝化层。这一钝化层的存在明显降低了铝粉中活性铝的含量从而使得纳米铝粉能量密度下降，同时由于该钝化层(主要是Al₂O₃)的融解温度高，将导致纳米铝粉的点火温度升高、燃速降低，导致其反应时能量释放不完全，反应进程受到一定影响，使得最终所制备的含能薄膜的反应性能无法满足实际需求，进而使得集成含能薄膜的半导体桥点火输出性能受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于铝/聚偏氟乙烯(Al/PVDF)油墨的含能半导体桥及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

基于Al/PVDF油墨的含能半导体桥的制备方法，采用微笔直写技术将Al/PVDF油墨集成到半导体桥芯片表面形成Al/PVDF薄膜，包括如下步骤：

步骤1，在70～80℃下将PVDF溶于N-甲基吡咯烷酮中，配置成浓度为0.1～2.0mol/L的PVDF溶液；

步骤2，按纳米铝粉与PVDF的质量比为1:1～1.5:1，先采用超声混合，再采用磁力机械搅拌的方式将纳米铝粉均匀分散到PVDF溶液中，获得Al/PVDF油墨；

步骤3，采用微笔直写的方式，将Al/PVDF油墨集成到半导体桥芯片上，然后将半导体桥烘干，依次循环集成和烘干步骤，待油墨全部集成完毕后再将半导体桥烘干，最终在半导体桥芯片表面集成Al/PVDF薄膜，得到基于Al/PVDF油墨的含能半导体桥。

优选地，步骤2中，所述的纳米铝粉活性为60％～75％。

优选地，步骤2中，所述的超声混合时间为1～3h，磁力机械搅拌时间为12～36h。

优选地，步骤3中，微笔直写次数为2～5次，每次集成后的烘干温度为50℃，烘干时间为20～40min；油墨全部集成完毕后的烘干温度为50℃，烘干时间为2～6h。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：