專利名稱:一種全集成沖擊片點火器及其制備方法
一種全集成沖擊片點火器及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明屬于火工品技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)加工技術(shù) 的全集成沖擊片點火器及其制備方法。
背景技術(shù)：
[0002]傳統(tǒng)沖擊片雷管主要元件有橋箔基片、橋箔、飛片、加速膛、反射片及起爆炸藥柱 等。橋箔是由絕緣介質(zhì)基片上的覆銅箔刻蝕制成，絕緣介質(zhì)基片通常采用氧化鋁陶瓷基片， 也具有反射片的作用，飛片通常是粘在橋箔上的一塊聚酰亞胺或聚酯薄膜(密拉膜)，飛片 上部有一直徑約是橋箔寬度1. 2 1. 5倍的藍寶石或不銹鋼加速膛，加速膛上部是帶有鋁 約束套的炸藥柱。金屬橋箔在高能快速脈沖下發(fā)生電爆炸，由此產(chǎn)成的等離子體迅速膨脹， 剪切及驅(qū)動飛片高速撞擊高密度炸藥，使之迅速完成起爆。由于沖擊片雷管各元件是分立 加工成型，再經(jīng)過手工裝配成雷管，因此存在可靠性低和制造成本高的缺點。[0003]美國專利USP4862803介紹了用集成電路技術(shù)制造沖擊片點火器的方法。其發(fā)火 元件采用重摻雜多晶硅橋，飛片采用在單晶硅片上外延(或真空沉積或化學沉積)生長的 厚度約25mm的娃層。多晶娃橋?qū)优c飛片層之間生長了厚度范圍在O. 3mm O. 7mm的二氧 化硅絕緣層。多晶硅橋兩端沉積了厚度約2_并經(jīng)過腐蝕限定的金屬焊盤。為使多晶硅橋 導電氣化后產(chǎn)生的反射壓力直接作用于飛片，多晶硅橋上面用環(huán)氧樹脂粘接了耐溫玻璃反 射片。為使飛片加速到臨界速度以上，單晶硅晶片背面上用電化學腐蝕工藝腐蝕了加速膛， 保證沖擊片以足夠的動能起爆炸藥。據(jù)稱這種工藝提高了沖擊片雷管的作用可靠性，降低 了制造成本，便于大批量生產(chǎn)。但該專利技術(shù)存在以下缺點[0004]a)點火器的發(fā)火元件采用多晶硅橋，點火時間需要幾十微秒，限制了它在某些需 要快速作用場合的應(yīng)用。[0005]b)點火器的加速膛是通過電化學腐蝕工藝制備的，加速膛的縱向垂直度難以保 證。[0006]c)點火器的反射片是通過環(huán)氧樹脂粘接在多晶硅橋上的，與多晶硅橋之間的粘接 氣密性和強度難以保證。
發(fā)明內(nèi)容
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種全集成沖擊片點火器，同時提供一種全集成 沖擊片點火器的制備方法。[0008]本發(fā)明的全集成沖擊片點火器含有反射片、橋箔、飛片和加速膛。其發(fā)火元件采用 金屬橋箔，直接制備在反射片上方，橋箔與飛片緊密連接，加速膛設(shè)置在飛片上方，飛片和 加速膛之間設(shè)置有二氧化硅絕緣材料層。[0009]本發(fā)明的全集成沖擊片點火器的制備方法，依次按如下步驟進行[0010]a)在硼硅玻璃片上用濺射工藝沉積金屬層；[0011]b)在金屬層上用光刻工藝制備出橋箔形狀的光刻膠掩模，用腐蝕液去除不需要的金屬，形成金屬橋箔；[0012]c)在SOI基片上用光刻工藝制備出與金屬橋箔對應(yīng)形狀的光刻膠掩模，再用反應(yīng) 離子刻蝕法刻蝕出鍵合臺階，鍵合臺階的高度與橋箔的厚度相同；S0I是一種具有“硅/ 二 氧化娃/娃”三層結(jié)構(gòu)的半導體材料。[0013]d)在SOI上用光刻工藝制備出焊盤形狀的光刻膠掩模，用反應(yīng)離子刻蝕法刻蝕出 焊盤釋放區(qū)，刻蝕深度至SOI基片的二氧化硅層；[0014]e)將制備有金屬橋箔的硼硅玻璃片和SOI基片靜電鍵合在一起；[0015]f)在鍵合后基片的硅片表面濺射鋁膜層，在鋁膜表面光刻、腐蝕形成加速膛形狀 的鋁掩模；用反應(yīng)離子刻蝕法刻蝕加速膛，刻蝕深度至SOI基片的二氧化硅層；[0016]g)用砂輪劃片機劃片，將覆蓋在焊盤上的硅片除去，并將玻璃硅片結(jié)構(gòu)劃成管芯， 點火器成型。[0017]本發(fā)明的點火器采用基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)加工技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)沖擊片點 火器的反射片、橋箔、飛片和加速膛的全集成制備，便于大批量生產(chǎn)和降低制造成本，在加 工過程中同時完成了裝配，有利于提高器件的裝配精度，而且具備集成電路并行加工的特 點，即在一個流程完成后，多個芯片就同時加工完成了，便于大批量生產(chǎn)和降低制造成本， 并有利于提高工藝一致性和器件的使用可靠性。本發(fā)明中采用金屬橋箔，使點火時間縮短 為Ims左右，適用于快速作用場合。本發(fā)明采用反應(yīng)離子刻蝕工藝制備加速膛，使加速膛縱 向垂直度為90±2°，有利于提高飛片速度。本發(fā)明使用靜電鍵合工藝粘接玻璃反射片，鍵 合強度大于玻璃和硅片的體強度，有利于提高可靠性。


[0018]圖1是本發(fā)明的全集成沖擊片點火器的結(jié)構(gòu)示意圖[0019]圖2是本發(fā)明圖1中的A-A向剖面示意圖[0020]圖3是本發(fā)明圖1中的B-B向剖面示意圖具體實施方式
[0021]圖1是本發(fā)明的全集成沖擊片點火器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1中的A-A向剖面 示意圖，圖3是圖1中的B-B向剖面示意圖，從圖1 3中可以看出，本發(fā)明的全集成沖擊 片點火器含有玻璃反射片7、金屬橋箔9、硅飛片5和硅加速膛I。金屬橋箔9設(shè)置在玻璃 反射片7上方，金屬橋箔9與硅飛片5緊密連接，硅加速膛I設(shè)置在硅飛片5上方，硅飛片 5和硅加速膛I之間設(shè)置有二氧化硅絕緣材料層4。[0022]本發(fā)明的全集成沖擊片點火器的制備方法，依次按如下步驟進行[0023]a)用濺射臺在直徑4英寸、厚度500mm的硼硅玻璃片上濺射厚度為4mm的銅金屬 層。[0024]b)在金屬層上用光刻工藝制備出橋箔9形狀的光刻膠掩模，用波美度為35的三氯 化鐵溶液去除不需要的銅金屬，形成金屬橋箔9，橋箔寬400_。[0025]c)采用直徑4英寸的SOI基片，用光刻工藝制備出鍵合臺階10形狀的光刻膠掩 模，用電感耦合反應(yīng)離子刻蝕機刻蝕出鍵合臺階10，其刻蝕深度為4mm。[0026]SOI基片中的器件娃層厚度35mm、二氧化娃層厚度2mm、襯底娃層厚度400mm。[0027]d)用光刻工藝制備出焊盤(81、8 II)形狀的光刻膠掩模，用電感耦合反應(yīng)離子刻 蝕機刻蝕出焊盤(81、8 II)釋放區(qū)，刻蝕深度31mm至SOI基片的二氧化硅層。[0028]e)采用襯底鍵合機將硼硅玻璃片7和SOI基片靜電鍵合在一起，其中金屬橋箔9 和鍵合臺階10對準。[0029]f)在鍵合后的SOI基片的襯底硅層表面濺射Imm厚的鋁膜2 ;鋁膜2表面光刻并 使用磷酸、乙酸和硝酸16 2 I的溶液進行腐蝕形成加速膛I形狀的鋁掩模；用電感耦 合反應(yīng)離子刻蝕機刻蝕出加速膛1，刻蝕深度400mm至SOI的二氧化硅層，加速膛I的直徑 600mmo[0030]g)用砂輪劃片機劃片，將覆蓋在焊盤(81、8 II)上的SOI基片去除，并將點火器 芯片分割成型。
權(quán)利要求
1.一種全集成沖擊片點火器，含有玻璃反射片(7)、金屬橋箔(9)、娃飛片(5)和娃加速膛(1)，其特征在于 玻璃反射片(7)位于所述點火器的底部，金屬橋箔(9)設(shè)置在玻璃反射片(7)上方，并與硅飛片(5)緊密連接，硅加速膛(I)設(shè)置在硅飛片(5)上方，硅飛片(5)和硅加速膛(I)之間設(shè)置有二氧化硅絕緣材料層(4)。
2.一種全集成沖擊片點火器制備方法，其特征在于包括步驟 a)用濺射臺在硼硅玻璃片上濺射銅金屬層； b)在金屬層上用光刻工藝制備出金屬橋箔(9)形狀的光刻膠掩模，用三氯化鐵溶液去除不需要的銅金屬，形成金屬橋箔(9)； c)采用SOI基片用光刻工藝制備出鍵合臺階(10)形狀的光刻膠掩模，用電感耦合反應(yīng)離子刻蝕機刻蝕出鍵合臺階(10)； d)用光刻工藝制備出焊盤(81、8 II)形狀的光刻膠掩模，用電感耦合反應(yīng)離子刻蝕機刻蝕出焊盤(81、8 II)釋放區(qū)，刻蝕至SOI基片的二氧化硅層； e)采用襯底鍵合機將硼硅玻璃片和SOI基片靜電鍵合在一起，其中金屬橋箔(9)和鍵合臺階(10)對準； f)在鍵合后的SOI基片的襯底硅層表面濺射鋁膜(2);鋁膜(2)表面光刻并腐蝕形成硅加速膛(I)形狀的鋁掩模；用電感耦合反應(yīng)離子刻蝕機刻蝕出硅加速膛(1)，刻蝕至SOI的二氧化硅層； g)用砂輪劃片機劃片，將覆蓋在焊盤(81、8 II)上的SOI基片去除，并將點火器芯片分割成型。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種全集成沖擊片點火器及其制備方法，屬于火工品技術(shù)領(lǐng)域：
。它基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)加工技術(shù)，在橋箔、飛片、加速膛和反射片的加工過程中同時完成了裝配，有利于提高器件的裝配精度，而且具備集成電路并行加工的特點，便于大批量生產(chǎn)和降低制造成本，并有利于提高工藝一致性和可靠性，同時使用金屬橋箔，其發(fā)火時間更快，能普及應(yīng)用于多種新型高安全火工品的點火。
文檔編號B81C1/00GKCN101619954SQ200910304324
公開日2013年4月3日 申請日期2009年7月14日
發(fā)明者施志貴, 席仕偉, 楊黎明, 張茜梅, 劉娟, 唐海林 申請人:中國工程物理研究院電子工程研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan