CN109297364A - 一种含Al/PTFE的微芯片***箔***及其制备方法 - Google Patents

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朱朋
杨智
覃新
徐聪
张秋
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Abstract

本发明涉及微型低能量点火和起爆技术领域，具体涉及一种含Al/PTFE的微芯片***箔***及其制备方法。***包括：基片，置于基片之上的Al/PTFE双层复合含能薄膜层，包括Al金属层和PTFE层，其中Al金属层设置在基片之上，包括焊盘、过渡区和Al桥箔；PTFE层设置在Al金属层之上；设置在Al/PTFE双层复合含能薄膜层之上的聚合物飞片层；加速膛以及置于加速膛正上方的药剂。本发明Al与PTFE间的化学燃烧反应，产生大量蒸汽和等离子体，增强了桥箔剪切及驱动飞片的能力，最终将降低微芯片***箔***的发火能量。本发明采用微机电***工艺制备微芯片***箔***，可实现批量化生产，降低了制备成本，并且所得***的集成度高、体积小。

Description

一种含Al/PTFE的微芯片***箔***及其制备方法
技术领域
本发明涉及微型低能量点火和起爆技术领域，具体涉及一种含Al/PTFE的微芯片***箔***及其制备方法。
背景技术
低能量点火和起爆，是武器***中实现点火和起爆的发展趋势。
***箔***(Exploding Foil Initiator,EFI)又叫冲击片***，通常由基片、***桥箔、飞片层、加速膛和药剂组成，是一种极其安全可靠的点火和起爆装置，传统的EFI，各组件采用人工手动对准安装，导致精度低且制备成本高，采用微机电***(MicroElectro Mechanical System,MEMS)工艺，集成批量化制备McEFI成为新的研究趋势。
然而，当前McEFI的发火(点火或者起爆)能量较高，由武器***(如固体火箭发动机或者导弹引信等)所提供的能量又是极其有限的，因此如何降低McEFI的发火能量，在McEFI基础上制备低能量***箔***(Low Energy Exploding Foil Initiator,LEEFI)，成为当前和今后的研究热点。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种含Al/PTFE的微芯片***箔***及其制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种含Al/PTFE的微芯片***箔***，所述***包括：
作为反射背板的基片；
Al/PTFE双层复合含能薄膜层：置于基片之上，包括Al金属层和PTFE层，其中Al金属层设置在基片之上，包括焊盘、过渡区和桥箔，焊盘为两端最宽的部分，桥箔为中间最窄的部分，焊盘与桥箔通过逐渐变窄的过渡区相连；PTFE层设置在Al金属层之上，沉积在桥箔上的PTFE层向过渡区部分延伸；
聚合物飞片层：设置在Al/PTFE双层复合含能薄膜层之上；
加速膛：为一中空的圆柱，设置在聚合物飞片层之上，位于桥箔正上方，加速膛的膛孔直径大于或等于桥箔的边长；
药剂：置于加速膛的正上方。
所述基片为陶瓷、金属或玻璃。
所述聚合物飞片层为PC、PI或PMMA。
所述加速膛的膛孔直径为Al桥箔边长的1倍、倍或2倍。
所述药剂为点火药或高能猛***，形状为药柱或药片的形式，装药密度为理论密度的85％-95％。
所述焊盘尺寸为1.5-3mm×5mm-10mm，从桥箔到焊盘距离为5mm-6mm；PTFE层厚度为2μm-4μm；聚合物飞片层厚度为20μm-40μm；加速膛高度为0.4mm-0.8mm；药柱尺寸为直径3mm-5mm×高度3mm-5mm。
一种制备上述的一种含Al/PTFE的微芯片***箔***的方法，所述方法采用微机电***工艺，具体包括如下步骤：
步骤一，清洗基片；
步骤二，利用镀膜工艺制备Al金属层；
步骤三，采用CVD、电子束蒸发或原位聚合方法制备PTFE层；
步骤四，采用CVD、电子束蒸发或原位聚合方法制备聚合物飞片层；
步骤五，制备加速膛：在飞片层上方、桥箔正上方，通过匀胶、前烘、曝光、后烘及显影的工艺制备加速膛；
步骤六，将经压药后的药剂置于加速膛正上方，即能制备出一种含Al/PTFE的微芯片***箔***。
所述步骤一中清洗基片具体为在超声条件下，用去离子水、丙酮和乙醇依次对基片表面进行清洗，直至表面被洗净为止。
所述步骤二中的镀膜工艺具体为磁控溅射和湿法刻蚀工艺。
所述步骤五中，采用光刻工艺，使用SU-8光刻胶在聚合物飞片层上方、桥箔正上方制备中空圆柱形的SU-8胶加速膛。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明通过使用Al/PTFE双层复合含能薄膜层，Al与PTFE间的化学燃烧反应，进一步产生大量蒸汽和等离子体，增强了桥箔剪切及驱动飞片的能力，降低了微芯片***箔***的发火能量；
(2)本发明采用微机电***(Micro Electro Mechanical System,MEMS)工艺制备McEFI，可实现批量化生产，降低了制备成本，并且所得McEFI的集成度高、体积小。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明含Al/PTFE的McEFI的立体图。
图2是本发明含Al/PTFE的McEFI的俯视图。
图3是本发明含Al/PTFE的McEFI的制备工艺流程示意图；其中(a)为基片主视图，(a′)为基片俯视图；(b)为制备Al金属层之后的主视图，(b′)为制备Al金属层之后的俯视图；(c)为制备PTFE层之后的主视图，(c′)为制备PTFE层之后的俯视图；(d)为制备聚合物飞片层之后的主视图，(d′)为制备聚合物飞片层之后的俯视图；(e)为制备加速膛之后的主视图，(e′)为制备加速膛之后的俯视图；(f)为放置药剂之后的主视图，(f′)为放置药剂之后的俯视图。
图4是本发明含Al/PTFE的McEFI的发火电路连接示意图。
附图标记说明：
1-基片，2-Al金属层，21-焊盘，22-过渡区，23-Al桥箔，3-PTFE层，4-聚合物飞片层，5-加速膛，6-药剂。
具体实施方式
如图1-3所示，所述含Al/PTFE的McEFI主要包括基片1、Al/PTFE层、聚合物飞片层4、加速膛5和药剂6，药剂6之前的目标层都采用MEMS工艺制备：在基片上一体化制备出包含Al/PTFE双层复合含能薄膜层、聚合物飞片层4、加速膛在内的集成芯片，再将药剂6置于加速膛5正上方即能制备出含Al/PTFE的McEFI。所述焊盘21、过渡区22和Al桥箔23可以采用磁控溅射镀膜等镀膜方法同时制备；所述PTFE层3采用CVD或者电子束蒸发或者原位聚合等方法制备；所述聚合物飞片层4应具有良好的抗拉性能，可以是PC或PI薄膜等，采用CVD或者电子束蒸发或者原位聚合等方法制备；所述加速膛5选用光敏材料，如SU-8光刻胶，采用紫外光光刻工艺制备，加速膛5位于飞片层4上方、桥箔正上方，为一中空的圆柱，其膛孔直径为桥箔直径的1倍、倍或者2倍；所述药剂6可以是药柱或者药片的形式，装药密度为理论密度的90％-95％。所述McEFI可以用于直列式点火和直列式起爆领域。
结合图1至图3，所述一种含Al/PTFE的McEFI主要包括基片1、Al/PTFE双层复合含能薄膜层，包括焊盘21、过渡区22、Al桥箔23和PTFE层3、聚合物飞片层4、加速膛5和药剂6。该McEFI的制备过程如下：
第一步，清洗基片1：在超声条件下，用去离子水、丙酮和乙醇依次对基片1表面进行清洗，直至表面被洗净为止。
第二步，制备Al金属层：利用磁控溅射等镀膜工艺制备Al金属层，包括金属焊盘21、过渡区22和桥箔23。所述焊盘21为两端最宽的部分，所述金属桥箔23为最窄的部分；从焊盘至桥箔之间的区域由逐渐变窄的过渡区连接，这有利于能量的汇聚，推进桥箔电***形成蒸汽和等离子体。
第三步，制备PTFE层3：采用CVD或者电子束蒸发或者原位聚合等方法制备，为保证聚合物的粘附性，沉积在桥箔上的聚合物向过渡区部分延伸。
第四步，制备聚合物飞片层4：采用CVD或电子束蒸发或原位聚合等方法制备，材料为PC或者PI等。
第五步，制备加速膛5：在飞片层4上方、桥箔23正上方，通过匀胶、前烘、曝光、后烘及显影的工艺制备加速膛，为一中空的圆柱，加速膛起着约束及加速飞片的作用，其直径直接影响等离子体量及约束效果，根据研究膛孔直径为桥箔23直径的1倍(内切)、倍(外切)或者2倍(视为无限大)。
第六步，将经压药后具有一定密度的药剂6置于加速膛5正上方，即能制备出一种含Al/PTFE的McEFI。
具体而言，Al桥箔23在短脉冲大电流作用下，一方面被激发产生大量蒸汽和等离子体，另一方面Al还能和上方PTFE发生化学燃烧反应，反应放出大量热，进一步增加了蒸汽和等离子体量。蒸汽和等离子体剪切聚合物飞片层4，并在加速膛5中驱动飞片。在出加速膛5口后，飞片具有较高的速度，为每秒数千米，高速飞片直接作用在具有一定密度的药剂6表面上，实现点火或者起爆功能。
实施案例
本实施案例是在制备McEFI的基础上设计了发火电路，结合图3和图4，包括以下步骤(注：图3中的左右两图分别为制备工艺过程的主视图和俯视图)：
第一步，见图3(a)和(a′)，对50.8mm(长)×50.8mm(宽)×0.635mm(高)的Al2O3陶瓷基片1表面进行清洗。
第二步，见图3(b)和(b′)，采用磁控溅射和湿法刻蚀工艺在Al2O3陶瓷基片1表面沉积Al金属层，构成焊盘21、过渡区22和金属桥箔23。相关尺寸为：焊盘21宽5mm-10mm；从金属桥箔23到焊盘21距离为5mm-6mm；桥箔尺寸为0.4mm(长)×0.4mm(宽)×3.6μm(高)；焊盘21到金属层中间由逐渐变窄的过渡区22相连。
第三步，见图3(c)和(c′)，在金属桥箔23及部分过渡区22上，采用电子束蒸发及图形化工艺制备PTFE层3，厚度为2μm-4μm。
第四步，见图3(d)和(d′)，在PTFE层3上方，采用CVD制备PC聚合物飞片层4，厚度为20μm-40μm。
第五步，见图3(e)和(e′)，采用光刻工艺，使用SU-8光刻胶在聚合物飞片层4上方、桥箔23正上方制备中空圆柱形的SU-8胶加速膛5，直径为桥箔边长：0.4mm；高度为0.4mm-0.8mm。
第六步，见图3(f)和(f′)，在SU-8胶加速膛5上采用胶带正对加速膛5紧贴钝感药柱，装药采用对短脉冲敏感的猛***六硝基芪-四型(HNS-IV)，其装药密度取为理论密度1.74g/cm3的90％-95％，药柱尺寸为：4mm(Φ)×4mm(H)，起爆能量约0.1J。
如图4所示，在McEFI的基础上设计了发火电路：将一种含Al/PTFE的McEFI、高压电容和三电极气体开关组成串联电路，首先在McEFI两端的焊盘上通过电容施加主高压，然后通过对开关触发极(T)施加触发脉冲信号(另外，A代表开关阳极，K代表开关阴极)，从而导通1000V-1300V的主高压，回路中出现短脉冲大电流，即能完成起爆功能。

Claims (10)

1.一种含Al/PTFE的微芯片***箔***，其特征在于，所述***包括：
作为反射背板的基片(1)；
Al/PTFE双层复合含能薄膜层：置于基片(1)之上，包括Al金属层(2)和PTFE层(3)，其中Al金属层(2)设置在基片(1)之上，包括焊盘(21)、过渡区(22)和Al桥箔(23)，焊盘(21)为两端最宽的部分，桥箔(23)为中间最窄的部分，焊盘(21)与Al桥箔(23)通过逐渐变窄的过渡区(22)相连；PTFE层(3)设置在Al金属层(2)之上，沉积在Al桥箔(23)上的PTFE层向过渡区(22)部分延伸；
聚合物飞片层(4)：设置在Al/PTFE双层复合含能薄膜层之上；
加速膛(5)：为一中空的圆柱，设置在聚合物飞片层(4)之上，位于Al桥箔(23)正上方，加速膛(5)的膛孔直径大于或等于Al桥箔(23)的边长；
药剂(6)：置于加速膛(5)的正上方。
2.根据权利要求1所述的含Al/PTFE的微芯片***箔***，其特征在于，所述基片(1)为陶瓷、金属或玻璃。
3.根据权利要求1所述的含Al/PTFE的微芯片***箔***，其特征在于，所述聚合物飞片层(4)为PC、PI或PMMA。
4.根据权利要求1所述的含Al/PTFE的微芯片***箔***，其特征在于，所述加速膛的膛孔直径为Al桥箔(23)边长的1倍、倍或2倍。
5.根据权利要求1所述的含Al/PTFE的微芯片***箔***，其特征在于，所述药剂(6)为点火药或高能猛***，形状为药柱或药片的形式，装药密度为理论密度的85％-95％。
6.根据权利要求1所述的含Al/PTFE的微芯片***箔***，其特征在于，所述焊盘(21)尺寸为1.5-3mm×5mm-10mm，从Al桥箔(23)到焊盘(21)距离为5mm-6mm；PTFE层(3)厚度为2μm-4μm；聚合物飞片层(4)厚度为20μm-40μm；加速膛(5)高度为0.4mm-0.8mm；药柱尺寸为直径3mm-5mm×高度3mm-5mm。
7.一种制备权利要求1-6所述的含Al/PTFE的微芯片***箔***的方法，其特征在于，所述方法采用微机电***工艺，具体包括如下步骤：
步骤一，清洗基片(1)；
步骤二，利用镀膜工艺制备Al金属层(2)；
步骤三，采用CVD、电子束蒸发或原位聚合方法制备PTFE层(3)；
步骤四，采用CVD、电子束蒸发或原位聚合方法制备聚合物飞片层(4)；
步骤五，制备加速膛(5)：在飞片层(4)上方、桥箔(23)正上方，通过匀胶、前烘、曝光、后烘及显影的工艺制备加速膛(5)；
步骤六，将经压药后的药剂(6)置于加速膛(5)正上方，即能制备出一种含Al/PTFE的微芯片***箔***。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤一中清洗基片具体为在超声条件下，用去离子水、丙酮和乙醇依次对基片(1)表面进行清洗，直至表面被洗净为止。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤二中的镀膜工艺具体为磁控溅射和湿法刻蚀工艺。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤五中，采用光刻工艺，使用SU-8光刻胶在聚合物飞片层(4)上方、Al桥箔(23)正上方制备中空圆柱形的SU-8胶加速膛(5)。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109945746A (zh) * 2019-03-22 2019-06-28 中国电子科技集团公司第四十三研究所 片式***箔的制备方法
CN110903153A (zh) * 2019-12-17 2020-03-24 宜昌市恒益亚盛科技有限责任公司 高可塑性含能构造
CN111721163A (zh) * 2019-03-18 2020-09-29 南京理工大学 一种基于平面高压开关的微芯片集成***箔***
CN113028905A (zh) * 2019-12-25 2021-06-25 南京理工大学 一种小型化脉冲激光器和原位集成微型起爆单元的激光飞片起爆装置
DE102022004814A1 (de) 2022-12-20 2024-06-20 Diehl Defence Gmbh & Co. Kg Zündbauteil eines LE-EFI-Zündmoduls

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1055807A (en) * 1964-01-10 1967-01-18 Riegel Paper Corp Heat-sealable,moistureproof coating composition and coated packaging material incorporating same
US20090151584A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-18 Amish Desai Efficient exploding foil initiator and process for making same
CN105348704A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 北京理工大学 一种铝/钨/聚四氟乙烯含能材料的制备方法
CN105693442A (zh) * 2016-01-21 2016-06-22 电子科技大学 一种网格状含能薄膜点火桥

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1055807A (en) * 1964-01-10 1967-01-18 Riegel Paper Corp Heat-sealable,moistureproof coating composition and coated packaging material incorporating same
US20090151584A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-18 Amish Desai Efficient exploding foil initiator and process for making same
CN105348704A (zh) * 2015-11-03 2016-02-24 北京理工大学 一种铝/钨/聚四氟乙烯含能材料的制备方法
CN105693442A (zh) * 2016-01-21 2016-06-22 电子科技大学 一种网格状含能薄膜点火桥

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李可为 等: "基于非硅微制造工艺的***箔***研究", 《兵工学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111721163A (zh) * 2019-03-18 2020-09-29 南京理工大学 一种基于平面高压开关的微芯片集成***箔***
CN109945746A (zh) * 2019-03-22 2019-06-28 中国电子科技集团公司第四十三研究所 片式***箔的制备方法
CN109945746B (zh) * 2019-03-22 2021-07-23 中国电子科技集团公司第四十三研究所 片式***箔的制备方法
CN110903153A (zh) * 2019-12-17 2020-03-24 宜昌市恒益亚盛科技有限责任公司 高可塑性含能构造
CN110903153B (zh) * 2019-12-17 2024-02-06 胡滨 高可塑性含能构造
CN113028905A (zh) * 2019-12-25 2021-06-25 南京理工大学 一种小型化脉冲激光器和原位集成微型起爆单元的激光飞片起爆装置
DE102022004814A1 (de) 2022-12-20 2024-06-20 Diehl Defence Gmbh & Co. Kg Zündbauteil eines LE-EFI-Zündmoduls

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