專利名稱：一種金屬薄膜橋點(diǎn)火器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電火工品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微機(jī)械加工技術(shù)的金屬薄膜橋點(diǎn)火器及其制備方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種金屬薄膜橋點(diǎn)火器及其制備方法，其電阻發(fā)熱元件由一種金屬薄膜橋結(jié)構(gòu)組成，并且通過(guò)選擇較低熱導(dǎo)率的基片和過(guò)渡層薄膜，降低了點(diǎn)火器的點(diǎn)火能量和工作電壓，提高了點(diǎn)火器的點(diǎn)火時(shí)間，通過(guò)通孔實(shí)現(xiàn)了極針與點(diǎn)火器電極區(qū)的電氣互連，增強(qiáng)了點(diǎn)火器工作的可靠性水平。
背景技術(shù)：
通常，橋絲式電火工品點(diǎn)火器是人們一直普遍使用的點(diǎn)火方式，是由一跟懸吊式 電阻加熱絲和兩個(gè)電極相連組成，這種結(jié)構(gòu)的點(diǎn)火器在較強(qiáng)的振動(dòng)環(huán)境下，橋絲徑向存在的拉伸作用容易導(dǎo)致橋絲發(fā)生變形，造成橋絲阻值改變從而影響點(diǎn)火器點(diǎn)火性能，并可能造成橋絲斷裂及焊點(diǎn)破裂脫焊，造成點(diǎn)火器瞎火，極大的降低了橋絲式點(diǎn)火器的可靠性水平，且橋絲式點(diǎn)火器一般無(wú)法滿足低發(fā)火能量和快速發(fā)火的要求。金屬薄膜橋點(diǎn)火器是通過(guò)物理氣相淀積方法在基片上沉積點(diǎn)火材料，薄膜橋阻值大小由其幾何形狀決定，實(shí)際中可以通過(guò)改變薄膜橋長(zhǎng)度、寬度及厚度獲得不同的電阻值。換句話說(shuō)，金屬薄膜橋外形結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同的性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)以滿足不同的功能，這是金屬薄膜橋點(diǎn)火器最為突出的優(yōu)點(diǎn)之一。由于金屬薄膜橋點(diǎn)火器是將金屬薄膜通過(guò)物理氣相沉積的方式直接淀積在基底上，金屬薄膜與基底之間的粘附力較強(qiáng)，并且在承受過(guò)載的過(guò)程中，金屬薄膜橋徑向不存在拉伸作用，不會(huì)出現(xiàn)金屬薄膜橋的斷裂及脫落等。金屬薄膜橋點(diǎn)火器是利用金屬薄膜的電阻特性，在電阻兩端通以電流，電流對(duì)電阻做功產(chǎn)生焦耳熱，使藥劑受熱達(dá)到著火溫度而發(fā)火。為了降低點(diǎn)火器點(diǎn)火能量和工作時(shí)間，從材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各方面都應(yīng)該減小熱量散失的可能，使得金屬薄膜橋點(diǎn)火器產(chǎn)生的焦耳熱盡可能的用于加熱藥劑。本發(fā)明人曾在專利CN102384486A中介紹了一種低發(fā)火電壓的Ni-Cr合金薄膜橋點(diǎn)火器及其制備方法，通過(guò)微機(jī)械加工技術(shù)在FR-4基片表面制備了 Ni-Cr合金薄膜橋點(diǎn)火器，實(shí)現(xiàn)了在較低發(fā)火電壓下可靠發(fā)火，點(diǎn)火電壓低至4. 8V/10 μ F，點(diǎn)火能量低至IlOmJ,且具有良好的抗振性能。FR-4基片的熱導(dǎo)率約為O. 294ff/(m · °C )，實(shí)際中，金屬薄膜橋產(chǎn)生的焦耳熱不可避免的會(huì)通過(guò)FR-4基片向周圍環(huán)境散失，可通過(guò)選擇熱導(dǎo)率更小的材料作為金屬薄膜橋點(diǎn)火器制備的基片材料，減小熱量散失，降低點(diǎn)火器工作能量和點(diǎn)火時(shí)間。聚酰亞胺材料的熱導(dǎo)率僅為O. 156 ff/(m*°C )，有著比FR-4更好的熱絕緣性能和微細(xì)加工特性，可作為金屬薄膜橋點(diǎn)火器的基片材料，能夠有效降低熱量通過(guò)基片的散失。針對(duì)上述問(wèn)題，需要一種具有較低工作能量和較短點(diǎn)火時(shí)間的金屬薄膜橋點(diǎn)火器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種金屬薄膜橋點(diǎn)火器及其制備方法，可以實(shí)現(xiàn)較低的點(diǎn)火能量和較短的點(diǎn)火時(shí)間，并且這種金屬薄膜橋點(diǎn)火器基本采用現(xiàn)有的成熟工藝技術(shù)和材料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，具有良好的抗環(huán)境干擾能力及可靠性水平。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
所述金屬薄膜橋點(diǎn)火器I包括基片2，設(shè)于基片2上的過(guò)渡層薄膜3，設(shè)于過(guò)渡層薄膜3上的熱隔離膜4，設(shè)于熱隔離膜4上的金屬電阻膜5，設(shè)于金屬電阻膜5上的電極薄膜6，設(shè)于電極薄膜6上的通孔13。其中，所述基片2材料為聚酰亞胺，聚酰亞胺材料的熱導(dǎo)率僅為O. 156 ff/(m*°C),有著比FR-4更好的熱絕緣性能和微細(xì)加工特性，可作為金屬薄膜橋點(diǎn)火器的基片材料，能夠有效降低熱量通過(guò)基片的散失，基片2直徑為IOOmm 400mm，厚度30 μ m 200 μ m ;所述過(guò)渡層薄膜3材料為T(mén)a2O5, Ta2O5熱導(dǎo)率為O. 026W/ (m · °C )，其厚度為O. 05 μ m O. I μ m ;所述熱隔離膜4材料為SiO2, SiO2的熱導(dǎo)率為O. 28W/ (m · 0C ),其厚度為O. I μ m I μ m。所述金屬電阻膜5材料為Ni-Cr (8:2)合金、Ta2N、W、Cr、Pt等中的一種，優(yōu)選為Ni-Cr (8:2) 合金，厚度為O. 2μηι 4μηι ;所述電極薄膜6材料為Au,厚度為O. 05 μ m O. I μ m。上述金屬薄膜橋點(diǎn)火器的制備方法，包括如下步驟
(1)清洗聚酰亞胺基片2，去除基片2表面油污及雜質(zhì)；
(2)將基片2裝入夾具，放入鍍膜系統(tǒng)行星架上，通過(guò)物理氣相淀積的方式(PVD)在基片表面沉積Ta2O5過(guò)渡層薄膜3 ；
(3)通過(guò)物理氣相淀積技術(shù)在Ta2O5過(guò)渡層薄膜3表面淀積SiO2熱隔離膜4；
(4)再以物理氣相淀積的方式在SiO2熱隔離膜4表面制備Ni-Cr合金薄膜5；
(5)通過(guò)光刻技術(shù)在Ni-Cr合金薄膜表面制備薄膜橋形狀的光刻膠掩膜層；
(6)通過(guò)干法刻蝕或者濕法腐蝕技術(shù)完成Ni-Cr合金薄膜橋的加工；
(7)利用光刻技術(shù)制作電極區(qū)的光刻膠掩膜層，以光刻膠對(duì)電極區(qū)域之外的地方進(jìn)行保護(hù)；
(8)通過(guò)物理氣相淀積的方法沉積Au薄膜，然后剝離步驟(7)中所述的光刻膠掩膜層，清洗，形成電極區(qū)；
(9)以機(jī)械打孔方式在電極區(qū)制作通孔13；
(10)裁剪劃片形成Ni-Cr合金薄膜橋。其中，步驟(6)刻蝕深度為Ni-Cr合金薄膜5厚度，步驟(9)制作的通孔13直徑與陶瓷插塞10極針7直徑相同。制作好金屬薄膜橋點(diǎn)火器后，將極針7插入通孔13中并通過(guò)焊接點(diǎn)8焊接于電極薄膜6上，然后將點(diǎn)火器通過(guò)極針7插在陶瓷插塞10上，在陶瓷插塞10與金屬薄膜橋點(diǎn)火器底面之間填有環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑9，在陶瓷插塞10上安裝管殼12，在管殼12內(nèi)腔中填塞藥劑11，如此，完成金屬薄膜橋點(diǎn)火器的安裝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
a)本發(fā)明采用成熟的工藝技術(shù)和材料，在基片表面制備了金屬薄膜橋點(diǎn)火器，通過(guò)選擇熱導(dǎo)率更小的基片材料、過(guò)渡層材料和熱隔離材料，實(shí)現(xiàn)了金屬薄膜橋焦耳熱的更少散失，使得金屬薄膜橋產(chǎn)生的焦耳熱更多的用于加熱藥劑，從而提高了能量利用效率，有效降低了金屬薄膜橋的工作能量和點(diǎn)火時(shí)間；
b)本發(fā)明的Ni-Cr合金薄膜橋點(diǎn)火器發(fā)火電壓低于4V，發(fā)火能量約為80微焦，發(fā)火時(shí)間小于50 μ S，實(shí)現(xiàn)低能量下的快速發(fā)火；
c)本發(fā)明通過(guò)在金屬薄膜橋電極區(qū)制作通孔，可以實(shí)現(xiàn)陶瓷插塞極針與薄膜橋電極區(qū)的無(wú)線引連接，加工技術(shù)簡(jiǎn)單可靠，大大提高了點(diǎn)火器工作的可靠性水平；
d)本發(fā)明利用微機(jī)械加工技術(shù)可以在一片基片上同時(shí)制造數(shù)百上千個(gè)Ni-Cr合金薄膜橋，提高加工效率、加工重復(fù)性和加工尺寸的可控性水平，并大大降低制造成本。


圖I是本發(fā)明金屬薄膜橋點(diǎn)火器的俯視 圖2是圖I的剖面 圖3是本發(fā)明金屬薄膜橋點(diǎn)火器插于陶瓷插塞上的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明金屬薄膜橋點(diǎn)火器完成安裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、金屬薄膜橋點(diǎn)火器；2、基片；3、過(guò)渡層薄膜；4、熱隔離膜；5、金屬電阻薄膜；6、電極薄膜；7、極針；8、焊接點(diǎn)；9、環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑；10、陶瓷插塞；11、藥劑；12、管殼；13、通孔。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
參見(jiàn)圖I至圖4，所述金屬薄膜橋點(diǎn)火器I包括基片2，設(shè)于基片2上的過(guò)渡層3，設(shè)于過(guò)渡層3上的熱隔離膜4，設(shè)于熱隔離膜4上的金屬電阻膜5，設(shè)于電阻膜5上的電極薄膜6，設(shè)于電極薄膜6上的通孔13。其中，所述基片2材料為聚酰亞胺,直徑為IOOmm 400mm,厚度30 μ m 200 μ m ；所述過(guò)渡層3材料為T(mén)a2O5,厚度為O. 05 μ m O. I μ m ;所述熱隔離膜4材料為SiO2,厚度為Ο. μηι Ιμπι,所述金屬電阻膜材料為Ni-Cr (8:2)合金,厚度為O. 2 μ m 4 μ m,所述電極薄膜6材料為Au,厚度為O. 05 μ m O. I μ m。實(shí)施例2
所述金屬薄膜橋點(diǎn)火器制備方法包括以下步驟
(1)對(duì)直徑為IOOmm 400mm、厚度30μ m 200 μ m的聚酰亞胺基片進(jìn)行清洗，去除基片的油污及雜質(zhì)站污等；
(2)將基片裝入夾具，放入鍍膜系統(tǒng)行星架上，通過(guò)離子束濺射沉積的方式(PVD)在基片表面沉積厚度為O. 05 μ m O. I μ m的Ta2O5過(guò)渡層薄膜；
(3)以離子束濺射沉積的方式在Ta2O5過(guò)渡層薄膜表面淀積厚度為O.I μ m I μ m的SiO2熱隔離膜；
(4)再通過(guò)離子束濺射沉積的方式在SiO2熱隔離膜表面制備厚度為O.2 μ m 4 μ m的Ni-Cr合金薄膜；
(5)通過(guò)光刻技術(shù)在Ni-Cr合金薄膜表面制備薄膜橋形狀的光刻膠掩膜層；
(6)將基片裝入夾具，放入離子束刻蝕機(jī)的行星架上，通過(guò)離子束干法刻蝕技術(shù)完成Ni-Cr合金薄膜橋區(qū)的刻蝕加工，刻蝕深度為Ni-Cr合金薄膜厚度；
(7)利用光刻技術(shù)制作電極區(qū)的光刻膠掩膜層，以光刻膠對(duì)電極區(qū)域之外的地方進(jìn)行保護(hù)；(8)通過(guò)離子束濺射沉積的方式制備厚度為O.05 μ m O. I μ m的Au薄膜，然后剝離步驟(7)中所述的光刻膠掩膜層，清洗，形成電極區(qū)；
(9)通過(guò)激光打孔機(jī)完成Ni-Cr合金薄膜橋電極區(qū)直徑為O.2mm 1_通孔的制作；
(10)通過(guò)激光切割機(jī)完成Ni-Cr合金薄膜橋的裁剪和切割。其中，步驟(9)制作的通孔13直徑與陶瓷插塞10極針7直徑相同。制作好金屬薄膜橋點(diǎn)火器后，將極針7插入通孔13中并通過(guò)焊接點(diǎn)8焊接于電極薄膜6上，然后將點(diǎn)火器通過(guò)極針7插在陶瓷插塞10上，在陶瓷插塞10與金屬薄膜橋點(diǎn)火器底面之間填有環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑9，在陶瓷插塞10上安裝管殼12，在管殼12內(nèi)腔中填塞藥劑11，如此，完成金屬薄膜橋點(diǎn)火器的安裝。實(shí)施例所述的Ni-Cr合金薄膜橋點(diǎn)火器發(fā)火電壓低于4V,發(fā)火能量約為80微焦，發(fā)火時(shí)間小于50 μ S。換句話說(shuō)，本發(fā)明的點(diǎn)火器可在8X10_5J這樣非常低的能量下可靠、 迅速發(fā)火。上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬薄膜橋點(diǎn)火器，其特征在于，所述金屬薄膜橋點(diǎn)火器(I)包括基片(2)，設(shè)于基片(2)上的過(guò)渡膜(3)，設(shè)于過(guò)渡層薄膜(3)上的熱隔離膜(4)，設(shè)于熱隔離膜(4)上的金屬電阻膜(5)，設(shè)于金屬電阻膜(5)上的電極薄膜(6)，設(shè)于電極薄膜(6)上的通孔(13)；所述基片(2)材料為聚酰亞胺；所述過(guò)渡層薄膜(3)材料為T(mén)a2O5 ;所述熱隔離膜(4)材料為Si02。
2.如權(quán)利要求I所述的金屬薄膜橋點(diǎn)火器，其特征在于，所述基片(2)直徑為IOOmm 400mm,厚度為30 μ m 200 μ m ;所述過(guò)渡層薄膜(3)厚度為O. 05 μ m O. I μ m ;所述熱隔離膜(4)厚度為O. Ιμπι Ιμπι ;所述金屬電阻膜厚(5)度為O. 2μηι 4μηι ;所述電極薄膜(6)厚度為O. 05 μ m O. I μ m。
3.如權(quán)利要求I所述的金屬薄膜橋點(diǎn)火器，其特征在于，所述金屬電阻膜(5)材料為Ni-Cr 合金、Ta2N, Cr、Pt、W 中的一種。
4.如權(quán)利要求I所述的金屬薄膜橋點(diǎn)火器，其特征在于，所述金屬電阻膜(5)材料為Ni-Cr合金。
5.如權(quán)利要求I所述的金屬薄膜橋點(diǎn)火器，其特征在于，所述電極薄膜(6)材料為Au。
6.一種如權(quán)利要求I 5之一所述金屬薄膜橋點(diǎn)火器的制備方法，包括如下步驟 (1)清洗聚酰亞胺基片； (2)將基片裝入夾具，放入鍍膜系統(tǒng)行星架上，通過(guò)物理氣相淀積的方式在基片表面沉積Ta2O5過(guò)渡層薄膜； (3)通過(guò)物理氣相淀積技術(shù)在Ta2O5過(guò)渡層薄膜表面淀積SiO2熱隔離膜； (4)再以物理氣相淀積的方式在SiO2熱隔離膜表面制備Ni-Cr合金薄膜； (5)通過(guò)光刻技術(shù)在Ni-Cr合金薄膜表面制備薄膜橋形狀的光刻膠掩膜層； (6)通過(guò)干法刻蝕或者濕法腐蝕技術(shù)完成Ni-Cr合金薄膜橋的加工； (7)利用光刻技術(shù)制作電極區(qū)的光刻膠掩膜層，以光刻膠對(duì)電極區(qū)域之外的地方進(jìn)行保護(hù)； (8)通過(guò)物理氣相淀積的方法沉積Au薄膜，然后剝離步驟(7)中所述的光刻膠掩膜層，清洗，形成電極區(qū)； (9)以機(jī)械打孔方式在電極區(qū)制作通孔； (10)裁剪劃片形成Ni-Cr合金薄膜橋。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(6)中刻蝕的深度為Ni-Cr合金薄膜厚度。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(9)所述通孔(13)的直徑等于陶瓷插塞(10)極針(7)的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬薄膜橋點(diǎn)火器及其制備方法，主要用于汽車安全氣囊和安全裝置，還可推廣應(yīng)用于武器彈藥系統(tǒng)、衛(wèi)星及民用防撞氣囊和爆破工程。該點(diǎn)火器采用了導(dǎo)熱系數(shù)更小的基片、過(guò)渡層薄膜和熱隔離層薄膜，使得Ni-Cr合金薄膜橋點(diǎn)火器發(fā)火電壓低于4V，發(fā)火能量約為80微焦，發(fā)火時(shí)間小于50μs，有效降低了點(diǎn)火器的工作電壓，提高了點(diǎn)火器的點(diǎn)火時(shí)間。同時(shí)，通過(guò)基片表面的通孔實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火器插塞極針與薄膜橋電極區(qū)的無(wú)引線連接，提高了點(diǎn)火器抗環(huán)境沖擊能力，極大的提高了點(diǎn)火器的可靠性水平。采用了微細(xì)加工技術(shù)，金屬薄膜橋點(diǎn)火器具有成本低、易批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F23Q13/00GK102927590SQ201210416288
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者謝貴久, 景濤, 顏志紅, 白慶星, 張建國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所