CN101619954A - 一种全集成冲击片点火器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全集成冲击片点火器及其制备方法，属于火工品技术领域。它基于微电子机械***(MEMS)加工技术，在桥箔、飞片、加速膛和反射片的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，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可靠性，同时使用金属桥箔，其发火时间更快，能普及应用于多种新型高安全火工品的点火。
Description
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***(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***主要元件有桥箔基片、桥箔、飞片、加速膛、反射片及起爆***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***柱。金属桥箔在高能快速脉冲下发生电***，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***，使之迅速完成起爆。由于冲击片***各元件是分立加工成型，再经过手工装配成***，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***。据称这种工艺提高了冲击片***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***(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
具体实施方式
图1是本发明的全集成冲击片点火器的结构示意图，图2是图1中的A-A向剖面示意图，图3是图1中的B-B向剖面示意图，从图1～3中可以看出，本发明的全集成冲击片点火器含有玻璃反射片7、金属桥箔9、硅飞片5和硅加速膛1。金属桥箔9设置在玻璃反射片7上方，金属桥箔9与硅飞片5紧密连接，硅加速膛1设置在硅飞片5上方，硅飞片5和硅加速膛1之间设置有二氧化硅绝缘材料层4。
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)用溅射台在直径4英寸、厚度500mm的硼硅玻璃片上溅射厚度为4mm的铜金属层。
b)在金属层上用光刻工艺制备出桥箔9形状的光刻胶掩模，用波美度为35的三氯化铁溶液去除不需要的铜金属，形成金属桥箔9，桥箔宽400mm。
c)采用直径4英寸的SOI基片，用光刻工艺制备出键合台阶10形状的光刻胶掩模，用电感耦合反应离子刻蚀机刻蚀出键合台阶10，其刻蚀深度为4mm。
SOI基片中的器件硅层厚度35mm、二氧化硅层厚度2mm、衬底硅层厚度400mm。
d)用光刻工艺制备出焊盘(8I、8II)形状的光刻胶掩模，用电感耦合反应离子刻蚀机刻蚀出焊盘(8I、8II)释放区，刻蚀深度31mm至SOI基片的二氧化硅层。
e)采用衬底键合机将硼硅玻璃片7和SOI基片静电键合在一起，其中金属桥箔9和键合台阶10对准。
f)在键合后的SOI基片的衬底硅层表面溅射1mm厚的铝膜2；铝膜2表面光刻并使用磷酸、乙酸和硝酸16∶2∶1的溶液进行腐蚀形成加速膛1形状的铝掩模；用电感耦合反应离子刻蚀机刻蚀出加速膛1，刻蚀深度400mm至SOI的二氧化硅层，加速膛1的直径600mm。
g)用砂轮划片机划片，将覆盖在焊盘(8I、8II)上的SOI基片去除，并将点火器芯片分割成型。
Claims (2)
1.一种全集成冲击片点火器，含有反射片、桥箔、飞片和加速膛，其特征在于：
玻璃反射片(7)位于所述点火器的底部，金属桥箔(9)设置在玻璃反射片(7)上方，并与硅飞片(5)紧密连接，硅加速膛(1)设置在硅飞片(5)上方，硅飞片(5)和硅加速膛(1)之间设置有二氧化硅绝缘材料层(4)。
2.一种全集成冲击片点火器制备方法，其特征在于包括步骤：
a)用溅射台在硼硅玻璃片上溅射铜金属层；
b)在金属层上用光刻工艺制备出桥箔(9)形状的光刻胶掩模，用三氯化铁溶液去除不需要的铜金属，形成金属桥箔(9)；
c)采用SOI基片用光刻工艺制备出键合台阶(10)形状的光刻胶掩模，用电感耦合反应离子刻蚀机刻蚀出键合台阶(10)；
d)用光刻工艺制备出焊盘(8I、8II)形状的光刻胶掩模，用电感耦合反应离子刻蚀机刻蚀出焊盘(8 I、8 II)释放区，刻蚀至SOI基片的二氧化硅层；
e)采用衬底键合机将硼硅玻璃片和SOI基片静电键合在一起，其中金属桥箔(9)和键合台阶(10)对准；
f)在键合后的SOI基片的衬底硅层表面溅射铝膜(2)；铝膜(2)表面光刻并腐蚀形成加速膛(1)形状的铝掩模；用电感耦合反应离子刻蚀机刻蚀出加速膛(1)，刻蚀至SOI的二氧化硅层；
g)用砂轮划片机划片，将覆盖在焊盘(8 I、8 II)上的SOI基片去除，并将点火器芯片分割成型。
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