CN109141145B - 基于低温共烧陶瓷的灵巧*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低温共烧陶瓷的灵巧***。一陶瓷底座，顶部设有空腔用于内嵌并固定PyroMEMS安保层基板，另设有一陶瓷输出装药层与陶瓷底座键合，将PyroMEMS安保层基板密封；陶瓷底座的空腔下设有起爆药孔与点火药孔；起爆药孔与点火药孔的底部对应设置有发火元件；陶瓷输出装药层上有输出药孔；内嵌的PyroMEMS安保层基板形成防止起爆药孔与输出药孔进行传爆的隔断结构。本发明利用低温共烧陶瓷先进的混合集成技术，一次烧成的特点，既提高组装密度，又简化工艺，将MEMS技术与低温共烧陶瓷技术相结合，使***集成化更高，更加小型化，提高了***安全性、可靠性。

Description

基于低温共烧陶瓷的灵巧***

技术领域

本发明属于MEMS火工品领域，具体涉及一种利用低温共烧陶瓷技术和MEMS技术制备的灵巧***。

背景技术

本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧***主要由MEMS安保机构和微传爆序列组成。MEMS安保技术是随着高技术武器的发展而提出的。由于传统的安全与解除保险机构难以满足新一代信息化、智能化武器***的发展要求，为提高作战效能，迫切需要发展一种新型的安保机构，这种安保机构要能够实现武器的定时、定距、高精度起爆及自毁等诸多功能。采用MEMS先进制造技术将武器***中的安保机构芯片化和小型化，置于***中，并与微电子线路、微传感器以及微传爆序列相结合，就能够很好的实现上述功能，同时不仅能使起爆装置的体积大为减小，又能使武器装备的安全可靠性进一步提高。

PyroMEMS(Pyrotechnical Microelectro Mechanical System)是一种基于MEMS技术，装载固体含能材料作为功能燃料的微型火工烟火装置。烟火药剂由于具有能量密度高，单位体积提供的动力更强等特点，因此以烟火药剂作为动力源来完成安保作用的安保机构，相比电磁驱动或静电驱动、记忆合金驱动等驱动方式，可以实现较大的位移。

低温共烧陶瓷具有优异的电学、机械、热学及工艺特性。低温共烧陶瓷是先进的混合集成技术，一次烧成，既提高组装密度，又简化工艺。低温共烧陶瓷作为一种先进的MCM基板，以其高集成度、高性能、高可靠性等明显的优势，可使整机更加小型化、轻量化、多功能化。采用Ag、Au等高导电性导体材料，布线层数不受限制，高频损耗小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于低温共烧陶瓷的应用于引信弹药中的灵巧***。

本发明通过以下技术方案实现：

基于低温共烧陶瓷的应用于引信弹药中的灵巧***，包括：一陶瓷底座，顶部设有空腔用于内嵌并固定PyroMEMS安保层基板，

另设有一陶瓷输出装药层与陶瓷底座键合，将PyroMEMS安保层基板密封；

所述的陶瓷底座的空腔下设有起爆药孔与点火药孔；起爆药孔与点火药孔的底部对应设置有发火元件；

陶瓷输出装药层上有输出药孔；所述的内嵌的PyroMEMS安保层基板形成防止起爆药孔与输出药孔进行传爆的隔断结构。

进一步的，采用PyroMEMS安保层基板上设有穿透PyroMEMS安保层基板两个相同刻槽、固态悬臂梁、安保滑块和产气药孔；所述刻槽用于内置弹性片，弹性片在安全和解除保险状态下可对安保滑块进行限位；所述安保滑块通过固态悬臂梁与PyroMEMS安保层基板连为一体，安保滑块上有一用作飞片加速膛的传爆通道；安保滑块两侧有两个相同的凹槽，所述的传爆通道为圆形通孔。

进一步的，上述的飞片设置在传爆通道与起爆药孔之间。飞片采用钛或者不锈钢，直径30μm-50μm。

进一步的，采用PyroMEMS安保层基板上设有穿透PyroMEMS安保层基板两个相同刻槽、固态悬臂梁、安保滑块和产气药孔；所述刻槽用于内置弹性片，弹性片在安全和解除保险状态下可对安保滑块进行限位；所述安保滑块通过固态悬臂梁与PyroMEMS安保层基板连为一体，安保滑块上有一装填传爆药柱的传爆药孔；安保滑块两侧有两个相同的凹槽，所述的传爆药孔为槽孔。

上述灵巧***中发火元件为通过导体连接的平面电阻换能元与焊盘。

进一步的，平面电阻换能元采用二氧化钌材料通过平行印刷方式印制而成，形状为S形，导体和焊盘采用Pb/Ag材料通过微孔注浆、精密导体浆料印刷而成。

进一步的，PyroMEMS安保层基板采用硅材料加工，利用ICP干法刻蚀方法制作。

进一步的，弹性片材料为不锈钢或者锰钢，弹性片形状为V形，夹角为30度-50度，弹性片长为8mm-10mm，宽为0.4mm-0.8mm，厚度为0.3mm-0.5mm，并保证其厚度不超过安保层基板的厚度。

进一步的，陶瓷输出装药基板为通过低温共烧陶瓷技术制作，在生瓷带上利用激光打孔制出输出药孔，最后将生瓷带叠压在一起，在低于1000℃的烧结炉中共同烧结而成陶瓷输出药层基板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.利用低温共烧陶瓷技术加工陶瓷底座和输出药层基板，以及后续的封装，使灵巧***集成化程度更高，更加小型化，利于批量生产。

2.利用烟火药剂作为驱动安保滑块的动力源，可以不依靠惯性力解除保险，提高了***的实用性，而且烟火药剂的驱动位移更大。

3.采用MEMS技术将安保功能与传爆序列相结合，实现了火工品一体化的设计要求。

附图说明

图1是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧***集成后的立体图。

图2是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧***飞片传爆序列分层结构图。

图3是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧***飞片传爆序列中PyroMEMS安保层作用前后的立体图。

图4是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧***飞片传爆序列中陶瓷底座示意图。

图5是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧***中平面电阻换能元示意图。

图6是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧***中陶瓷输出药层基板平面示意图。

图7是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧******传爆序列分层结构图。

图8是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧******传爆序列中PyroMEMS安保层作用前后的立体图。

图9是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧******传爆序列中陶瓷底座示意图。

图10是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧***飞片传爆序列沿A-A方向剖面图。

图11是本发明基于低温共烧陶瓷的灵巧******传爆序列沿A-A方向剖面图。

其中，1-陶瓷底座，2-PyroMEMS安保层基板，3-陶瓷输出药层基板，4-起爆药孔，5-点火药孔，6-点火药柱，7-起爆药柱，8-焊盘，9-飞片，10-产气药柱，11-输出药孔，12-输出药柱，13-平面电阻换能元，14-空腔，15-弹性片，16-产气药孔，17-固态悬臂梁，18-凹槽，19-加速膛，20-安保滑块，21-传爆药柱，22-传爆药柱，23-传爆药孔，24-导体，25-刻槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

起爆药柱7采用叠氮化铅Pb(N₃)₂、叠氮化银AgN₃以及斯蒂芬酸铅LTNR中的一种或两种；点火药柱6为硅铅丹(Si/Pb₃O₄)或者Al/CuO，其中硅铅丹(Si/Pb₃O₄)质量配比为1:5—1:12；产气药柱10为苦味酸钾/高氯酸钾(C₆H₂(NO₂)₃OK/KClO₄)，又称K₁K药，质量配比为3:1-1:3；输出药柱12采用六硝基菧HNS-IV。传爆药柱21为六硝基菧HNS-IV。

实施例1

基于低温共烧陶瓷飞片传爆序列的灵巧***。

结合图1、图2以及图6，本发明基于低温共烧陶瓷飞片传爆序列的灵巧***，其结构包括：陶瓷底座1、PyroMEMS安保层基板2、陶瓷输出药层基板3、起爆药孔4、点火药孔5、点火药柱6、起爆药柱7、焊盘8、飞片9、产气药柱10、输出药孔11、输出药柱12以及空腔14；结合图3，所述PyroMEMS安保层基板2包含产气药孔16、固态悬臂梁17、凹槽18、加速膛19、安保滑块20以及刻槽25，所述刻槽25用于内置弹性片15。结合图4、图5，所述陶瓷底座1上包含平面电阻换能元13以及导体24，所述平面电阻换能元13位于起爆药孔4以及点火药孔5正下方，起爆药孔4和点火药孔5在同一轴线上。

上述陶瓷底座1采用生瓷带叠压在一起，在低于1000℃的烧结炉中共同烧结而成，总高度2.5mm，其中空腔14高为0.5mm，起爆药孔4和点火药孔5的高度均为1mm，起爆药孔4直径为1mm-2mm，点火药孔5直径为1mm-3mm；

上述产气药孔16直径为3mm-5mm，高度同PyroMEMS安保层基板2厚度，产气药柱选用苦味酸钾/高氯酸钾(C₆H₂(NO₂)₃OK/KClO₄)；

上述固态悬臂梁17尺寸长为500mm-600mm，宽为300mm-500mm；

上述加速膛19直径为1mm-2mm，高度同PyroMEMS安保层基板2厚度；

上述凹槽18长为1mm-2mm，宽为0.5mm-1mm，高度同PyroMEMS安保层基板2厚度；

上述弹性片15材料为不锈钢或者锰钢，弹性片形状为V形，夹角为30度-50度，弹性片15长为8mm-10mm，宽为0.4mm-0.8mm，厚度为0.3mm-0.5mm，保证其厚度不超过安保层基板的厚度；

上述PyroMEMS安保层基板2采用硅材料加工，利用ICP干法刻蚀方法制作基板，尺寸为14mm×14mm×0.5mm，PyroMEMS安保层基板2内置陶瓷底座1上的空腔14中。

上述平面电阻换能元13采用二氧化钌材料通过平行印刷方式印制而成，形状为S形；

上述导体24和焊盘8采用Pb/Ag材料通过微孔注浆、精密导体浆料印刷而成；

上述飞片9采用钛或者不锈钢，直径30μm-50μm。

结合图3和图10，本发明所述基于低温共烧陶瓷飞片传爆序列的灵巧***的作用过程如下：

第一步：灵巧***初始状态为安全状态，即起爆药柱7与正上方的输出药柱12通过PyroMEMS安保层基板2中的安保滑块20隔开，防止因起爆药柱7意外发火而引起灵巧***失效，保证了灵巧***安全性。

第二步：当灵巧***需要作用输出时，此时外界给***一个解除保险所需电压，传火序列开始作用。外加电压作用于点火药柱6正下方的平面电阻换能元13，平面电阻换能元13激发陶瓷底座中的点火药柱6，点火药柱6被点燃后激发PyroMEMS安保层基板2中产气药柱10。产气药柱10被点燃后产生局部高压气体，当产生气体的压力超过固态双悬臂梁17的内应力，固态悬臂梁17将会发生弹性变形、塑性变形直至脆性断裂。固态悬臂梁17断裂后，安保滑块20从基板中脱离成为自由滑块，气体继续推动安保滑块运动到刻槽25顶端。此时，弹性片15卡入凹槽18中将安保滑块20固定，实现解保模式，从而使起爆药柱7、飞片9与输出药柱12对正。

第三步：传爆序列对正后，起爆药柱7正下方的平面电阻换能元13在外界电压作用下激发起爆药柱7，起爆药柱7爆轰剪切飞片9，飞片9在加速膛19中加速，最后冲击起爆输出药柱12，灵巧***完成输出作用。

实施例2

基于低温共烧陶瓷***传爆序列的灵巧***。

结合图1、图6以及图7，本发明基于低温共烧陶瓷***传爆序列的灵巧***，其结构包括：陶瓷底座1、PyroMEMS安保层基板2、陶瓷输出药层基板3、起爆药孔4、点火药孔5、点火药柱6、起爆药柱7、焊盘8、传爆药柱21、传爆药柱22、产气药柱10、输出药孔11、输出药柱12以及空腔14；结合图8，所述PyroMEMS安保层基板2包含产气药孔16、固态悬臂梁17、凹槽18、传爆药孔23、安保滑块20以及刻槽25，所述刻槽25用于内置弹性片15。结合图4、图9，所述陶瓷底座1上包含平面电阻换能元13以及导体24，所述平面电阻换能元13位于起爆药孔4以及点火药孔5正下方，起爆药孔4和点火药孔5不在同一轴线上。

上述陶瓷底座1采用生瓷带叠压在一起，在低于1000℃的烧结炉中共同烧结而成，总高度2.5mm，其中空腔14高为0.5mm，起爆药孔4和点火药孔5的高度均为1mm，起爆药孔4直径为1mm-2mm，点火药孔5直径为1mm-3mm；

上述产气药孔16直径为3mm-5mm，高度同PyroMEMS安保层基板2厚度，产气药柱选用苦味酸钾/高氯酸钾(C₆H₂(NO₂)₃OK/KClO₄)；

上述固态悬臂梁17尺寸长为500mm-600mm，宽为300mm-500mm；

上述传爆药孔23长度为2.5mm，宽为1mm，高度同PyroMEMS安保层基板2厚度；

上述凹槽18长为1mm-2mm，宽为0.5mm-1mm，高度同PyroMEMS安保层基板2厚度；

上述弹性片15材料为不锈钢或者锰钢，弹性片形状为V形，夹角为30度-50度，弹性片15长为8mm-10mm，宽为0.4mm-0.8mm，厚度为0.3mm-0.5mm，保证其厚度不超过安保层基板的厚度；

上述PyroMEMS安保层基板2采用硅材料加工，利用ICP干法刻蚀方法制作基板，尺寸为14mm×14mm×0.5mm，PyroMEMS安保层基板2内置空腔14中；

上述平面电阻换能元13采用二氧化钌材料通过平行印刷方式印制而成，形状为S形；

上述导体24和焊盘8采用Pb/Ag材料通过微孔注浆、精密导体浆料印刷而成；

结合图8和图11，本发明所述基于低温共烧陶瓷***传爆序列的灵巧***的作用过程如下：

第一步：灵巧***初始状态为安全状态，即起爆药柱7与输出药柱12通过PyroMEMS安保层基板2中的安保滑块20隔开，防止因起爆药柱7意外发火而引起灵巧***失效，保证了灵巧***安全性。

第二步：当灵巧***需要作用输出时，此时外界给***一个解除保险所需电压，传火序列开始作用。外加电压作用于点火药柱6正下方的平面电阻换能元13，平面电阻换能元13激发陶瓷底座中的点火药柱6，点火药柱6被点燃后激发PyroMEMS安保层基板2中产气药柱10。产气药柱10被点燃后产生局部高压气体，当产生气体的压力超过固态双悬臂梁17的内应力，固态悬臂梁17将会发生弹性变形、塑性变形直至脆性断裂。固态悬臂梁17断裂后，安保滑块20从基板中脱离成为自由滑块，气体继续推动安保滑块运动到刻槽25顶端。此时，弹性片15卡入凹槽18中将安保滑块20固定，实现解保模式，从而使传爆序列对正。

第三步：传爆序列对正后，起爆药柱7下方的平面电阻换能元13在外界电压作用下激发起爆药柱7，起爆药柱7爆轰后激发安保滑块20的传爆药孔23中的传爆药柱21六硝基菧HNS-IV，传爆药柱21爆轰后继续传导至陶瓷输出药层基板3中的另一个传爆药柱22，最后起爆输出药柱12，灵巧***完成输出作用。

Claims (9)

1.一种基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于，包括：

一陶瓷底座（1），顶部设有空腔（14）用于内嵌并固定PyroMEMS安保层基板（2），

另设有一陶瓷输出装药层（3）与陶瓷底座（1）键合，将PyroMEMS安保层基板（2）密封；

所述的陶瓷底座（1）的空腔下设有起爆药孔（4）与点火药孔（5）；起爆药孔（4）与点火药孔（5）的底部对应设置有发火元件；

所述的陶瓷输出装药层（3）上有输出药孔（11）；所述的PyroMEMS安保层基板（2）形成防止起爆药孔（4）与输出药孔（11）进行传爆的隔断结构；

所述PyroMEMS安保层基板（2）上设有穿透PyroMEMS安保层基板（2）的两个相同刻槽（25）、固态悬臂梁（17）、安保滑块（20）和产气药孔（16）；所述刻槽（25）用于内置弹性片（15），弹性片（15）在安全和解除保险状态下可对安保滑块（20）进行限位；所述安保滑块（20）通过固态悬臂梁（17）与PyroMEMS安保层基板（2）连为一体，安保滑块（20）上有一用作飞片（9）加速膛的传爆通道（19）；安保滑块（20）两侧有两个相同的凹槽（18），所述的传爆通道（19）为圆形通孔。

2.根据权利要求1所述的基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于，所述的飞片（9）设置在传爆通道（19）与起爆药孔（4）之间。

3.根据权利要求2所述的基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于：飞片（9）采用钛或者不锈钢，直径30μm-50μm。

4.根据权利要求1所述的基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于，所述的发火元件为通过导体（24）连接的平面电阻换能元（13）与焊盘（8）。

5.根据权利要求4所述的基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于，所述的平面电阻换能元（13）采用二氧化钌材料通过平行印刷方式印制而成，形状为S形，导体（24）和焊盘（8）采用Pb/Ag材料通过微孔注浆、精密导体浆料印刷而成。

6.根据权利要求1所述的基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于，所述的陶瓷输出装药层（3）为通过低温共烧陶瓷技术制作，在生瓷带上利用激光打孔制出输出药孔（11），最后将生瓷带叠压在一起，在低于1000℃的烧结炉中共同烧结而成陶瓷输出装药层（3）。

7.一种基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于，

一陶瓷底座（1），顶部设有空腔（14）用于内嵌并固定PyroMEMS安保层基板（2），

另设有一陶瓷输出装药层（3）与陶瓷底座（1）键合，将PyroMEMS安保层基板（2）密封；

所述的陶瓷底座（1）的空腔下设有起爆药孔（4）与点火药孔（5）；起爆药孔（4）与点火药孔（5）的底部对应设置有发火元件；

所述的陶瓷输出装药层（3）上有输出药孔（11）；所述的PyroMEMS安保层基板（2）形成防止起爆药孔（4）与输出药孔（11）进行传爆的隔断结构；

所述PyroMEMS安保层基板（2）上设有穿透PyroMEMS安保层基板（2）的两个相同刻槽（25）、固态悬臂梁（17）、安保滑块（20）和产气药孔（16）；所述刻槽（25）用于内置弹性片（15），弹性片（15）在安全和解除保险状态下可对安保滑块（20）进行限位；所述安保滑块（20）通过固态悬臂梁（17）与PyroMEMS安保层基板（2）连为一体，安保滑块（20）上有一装填传爆药柱（21）的传爆药孔（23）；安保滑块（20）两侧有两个相同的凹槽（18），所述的传爆药孔（23）为槽孔。

8.根据权利要求1或7所述的基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于，PyroMEMS安保层基板（2）采用硅材料加工，利用ICP干法刻蚀方法制作。

9.根据权利要求1或7所述的基于低温共烧陶瓷的灵巧***，其特征在于，所述的弹性片（15）材料为不锈钢或者锰钢，弹性片形状为V形，夹角为30度-50度，弹性片（15）长为8mm-10mm，宽为0.4mm-0.8mm，厚度为0.3mm-0.5mm，并保证其厚度不超过安保层基板的厚度。

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