專利名稱：一種無引線封裝薄膜橋發(fā)火器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及火工品技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種無引線封裝薄膜橋發(fā)火器。
背景技術(shù)：
火工品主要由外殼、發(fā)火件和起爆藥劑組成。薄膜橋發(fā)火器具有發(fā)火性能穩(wěn)定、高工藝一致性、低發(fā)火能量等優(yōu)點(diǎn)。首先通過儲(chǔ)能電容器對薄膜橋瞬時(shí)放電，形成脈沖大電流，橋膜在焦耳熱的作用下迅速升溫熔化、氣化或電離并發(fā)出光亮直至燒斷，薄膜橋發(fā)火器常用于引燃起爆藥劑。實(shí)際發(fā)火試驗(yàn)中，起爆藥劑通常均勻壓裝在薄膜橋上，當(dāng)足夠的電流通過薄膜橋時(shí)，在焦耳熱的作用下薄膜橋迅速升溫，熱能在高溫物體薄膜橋和低溫物質(zhì)藥劑之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，引起藥劑升溫，當(dāng)溫度升高到一定程度，在藥劑上形成熱點(diǎn)，當(dāng)藥劑散熱大于吸熱時(shí)，藥劑就會(huì)產(chǎn)生自持化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)藥劑溫度達(dá)到起爆溫度時(shí)，藥劑發(fā)生爆炸。發(fā)火器的安全性和可靠性是整個(gè)火工品系統(tǒng)安全與可靠作用的關(guān)鍵。傳統(tǒng)橋絲式或橋帶式發(fā)火器雖然能滿足lA/lW、5min條件下不發(fā)火的安全要求，但不能滿足快速發(fā)火的要求，而薄膜橋發(fā)火器既可通過橋膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和藥劑的選擇達(dá)到縮短發(fā)火時(shí)間，降低發(fā)火能量，又能利用基于微電子機(jī)械系統(tǒng)的加工技術(shù)，便于大批量生產(chǎn)和降低發(fā)火器制造成本，并且有利于提高生產(chǎn)工藝一致性和器件使用的可靠性水平。實(shí)際應(yīng)用中，薄膜橋發(fā)火器典型封裝是先將薄膜橋用環(huán)氧樹脂粘結(jié)在陶瓷塞或TO電極塞上腳線間的凹槽內(nèi)，然后用超聲波或金絲球焊將金屬連接腳線焊接在薄膜橋上的焊接區(qū)上，而在實(shí)際應(yīng)用中存在陶瓷破裂和焊線斷開或接點(diǎn)松動(dòng)問題，不適合壓裝起爆藥劑；并且該種封裝形式的發(fā)火器抗環(huán)境振動(dòng)、沖擊干擾能力較差，一般情況下發(fā)火器在使用和運(yùn)輸途中不可避免受到振動(dòng)影響，可能造成焊接點(diǎn)破裂脫焊，影響火工品發(fā)火的可靠性。因此，傳統(tǒng)引線焊接封裝形式不滿足火工品系統(tǒng)高安全性和可靠性要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種無引線封裝薄膜橋發(fā)火器，提高火工品系統(tǒng)工作的安全性和可靠性水平，加強(qiáng)加工工藝一致性，降低發(fā)火器制造成本。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種無引線封裝薄膜橋發(fā)火器，硼硅玻璃(I)上表面中部覆蓋有薄膜橋發(fā)火元件層(10)，薄膜橋發(fā)火元件層(10)左右兩端的表面上有擴(kuò)散阻擋層(91，911)，擴(kuò)散阻擋層(91，911)分別與硼硅玻璃(I)通孔(111,1111)左側(cè)和右側(cè)的上表面接觸，擴(kuò)散阻擋層(91，911)及硼硅玻璃(I)左右兩端上表面覆蓋有焊接層(71，711)，硼硅玻璃(I)下表面有兩個(gè)互不連通的焊接層(61，611)，焊接層(71,711)與焊接層(61,611)通過導(dǎo)電通孔(111,1111)連通，焊接層(61,611)固定在基座(13)的兩個(gè)互不連通的導(dǎo)電金屬區(qū)域(121，1211)上，導(dǎo)電金屬區(qū)域(121，1211)通過焊接點(diǎn)(191,1911)與基座(13)內(nèi)的電極(161,1611)相連；所述薄膜橋發(fā)火元件層(10)材料為NiCr、Ta2N、Cr、PtW中的一種；所述擴(kuò)散阻擋層(91，911)材料為Cu、Ni、W中的一種；所述焊接層(61，611)和(71，711)材料為Au、Al、Cu、SnAg合金、SnAu合金中的一種；所述基座(13)采用無機(jī)玻璃或者有機(jī)樹脂制成；所述導(dǎo)電金屬區(qū)域(121，1211)由SnAu合金構(gòu)成。從整個(gè)器件的角度講，薄膜橋發(fā)火器固定在一個(gè)不導(dǎo)電支架之上，并且發(fā)火器被一種起爆藥劑所覆蓋，當(dāng)儲(chǔ)能電容對薄膜橋進(jìn)行放電時(shí)，脈沖大電流對橋膜做功使薄膜橋溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到起爆藥劑起爆溫度時(shí)，點(diǎn)火即發(fā)生。該薄膜橋發(fā)火器包含一個(gè)基底，覆蓋在基底上的發(fā)火元件薄膜，其特征是在基底之上存在兩個(gè)金屬化過孔，通過該金屬化過孔將發(fā)火元件焊接區(qū)和基底底面焊接區(qū)連接。本實(shí)用新型的無引線封裝薄膜橋發(fā)火器的制備方法，依次按如下步驟進(jìn)行步驟I :選擇直徑50. 8mm 127mm,厚度500 y m 1000 u m的硼娃玻璃(I),利用激光加工設(shè)備在硼硅玻璃(I)表面制作孔徑150iim 300iim通孔(181,1811)陣列；步驟2 :采用模板印刷工藝對通孔(181，1811)陣列進(jìn)行填充，填充材料由金粉、玻璃粉配制的金導(dǎo)電漿料組成，填充完成后進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時(shí)間為I 2h，燒結(jié)溫度為350°C 550°C，形成導(dǎo)電通孔(111,1111)；步驟3 :利用物理氣相淀積技術(shù)在硼硅玻璃(I)上表面沉積發(fā)火元件薄膜層，其中發(fā)火元件薄膜層薄膜橋厚度為0. 050 ii m 5 ii m ;步驟4 :利用光刻工藝在發(fā)火元件薄膜層表面制作發(fā)火元件形狀的光刻膠掩膜層；步驟5 :利用干法刻蝕技術(shù)制作薄膜橋發(fā)火元件層(10)，刻蝕深度為薄膜橋厚度；步驟6 :利用光刻工藝在薄膜橋發(fā)火元件層(10)表面制作光刻膠掩膜層；步驟7 :利用物理氣相淀積技術(shù)在硼硅玻璃(I)和薄膜橋發(fā)火元件層(10)上表面沉積厚度為0. 3 y m I y m的阻擋薄膜材料層Cu，通過剝離清洗工藝去除擴(kuò)散阻擋層(91，911)區(qū)域之外的光刻膠和Cu薄膜，形成擴(kuò)散阻擋層(91，911)；步驟8 :利用光刻工藝在硼硅玻璃(I)下表面制作光刻膠掩膜層；步驟9 :利用物理氣相淀積技術(shù)在硼硅玻璃(I)下表面沉積厚度為0. I 0. 5 y m的焊接材料層Au薄膜，通過剝離清洗工藝形成焊接層(61，611)；步驟10 :利用光刻工藝在薄膜橋發(fā)火元件層(10)和擴(kuò)散阻擋層(91，911)表面制作光刻膠掩膜層；步驟11 :利用物理氣相淀積技術(shù)在薄膜橋發(fā)火元件層(10)和擴(kuò)散阻擋層(91，911)表面沉積厚度為0. I 0. 5 ii m的焊接材料層Au薄膜，通過剝離清洗工藝去除焊接區(qū)域(71，711)之外的光刻膠和Au薄膜，形成焊接層(71，711)；步驟12 :利用砂輪劃片機(jī)對硼硅玻璃(I)進(jìn)行劃片切割，制成薄膜橋發(fā)火元件
(14)；步驟13 :通過表面貼裝工藝將薄膜橋發(fā)火元件(14)貼裝固定到由無機(jī)玻璃或者有機(jī)樹脂制成的基座(13)上。所述物理氣相淀積技術(shù)為濺射淀積技術(shù)。所述步驟3)中，發(fā)火元件薄膜層薄膜橋材料為NiCr、Cr、Ta2N、Ptff中的一種。所述步驟7)中，阻擋薄膜材料層材料為Cu、Ni，W中的一種。所述步驟9)中，焊接薄膜材料層材料為Au, Al, SnAg合金，SnAu合金中的一種。[0026]本實(shí)用新型的無引線封裝薄膜橋發(fā)火器采用微機(jī)械加工技術(shù)和集成電路制造技術(shù)，有利于提高加工工藝的一致性和發(fā)火器使用的可靠性水平，并可實(shí)現(xiàn)發(fā)火器的批量生產(chǎn)，有效降低制造成本。本實(shí)用新型采用薄膜橋發(fā)火元件，有效減小發(fā)火時(shí)間，降低發(fā)火能量；硼硅玻璃作為基底材料，有效較小了熱量的散失，提高了點(diǎn)火器反應(yīng)速率，縮短了發(fā)火時(shí)間；采用干法刻蝕技術(shù)制備薄膜橋發(fā)火元件，可獲得側(cè)面陡直度高、片間與片內(nèi)均勻性好的薄膜橋結(jié)構(gòu)，大大提高了加工工藝一致性水平和發(fā)火器工作的可靠性水平。

圖I是完成通孔陣列制作的硼硅玻璃的剖面圖；圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例無引線薄膜橋發(fā)火器發(fā)火元件的剖面圖；圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例無引線薄膜橋發(fā)火器發(fā)火元件的俯視圖；圖4是載有如圖2所示的無引線封裝薄膜橋發(fā)火器的俯視圖； 圖5是載有如圖2所示的無引線封裝薄膜橋發(fā)火器的剖面圖。其中I :硼硅玻璃；61 :焊接層；611 :焊接層；71 :焊接層；711 :焊接層；8 :金導(dǎo)體漿料；91 :擴(kuò)散阻擋層；911 :擴(kuò)散阻擋層；10 :薄膜橋發(fā)火元件層；111 :導(dǎo)電通孔；1111 :導(dǎo)電通孔；121 :導(dǎo)電金屬區(qū)域；1211 :導(dǎo)電金屬區(qū)域；13 :基座；14 :薄膜橋發(fā)火兀件；161 :電極；1611 :電極；181 :通孔；1811 :通孔；191 :焊接點(diǎn)；1911 :焊接點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說明。圖2是本實(shí)用新型的無引線封裝薄膜橋發(fā)火元件14的結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)火元件14包括一塊通孔陣列的硼硅玻璃1，并使用金導(dǎo)體漿料對通孔181、1811進(jìn)行填充燒結(jié)，使得硼硅玻璃I上下表面實(shí)現(xiàn)電氣連通。首先，通過濺射淀積技術(shù)在硼硅玻璃I表面沉積發(fā)火薄膜材料層，利用光刻工藝技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)制作出發(fā)火元件-薄膜橋10 ;在薄膜橋10之上制作光刻膠掩膜層，濺射淀積阻擋薄膜材料層，剝離清洗形成阻擋區(qū)91、911 ;在薄膜橋10、阻擋區(qū)91、911之上以及硼硅玻璃I下表面制作光刻膠掩膜層，濺射淀積焊接薄膜材料層，剝離清洗可在硼硅玻璃上下表面分別形成焊接層7I、7II、6I、6II ;利用砂輪劃片機(jī)劃片，無引線封裝薄膜橋發(fā)火器分割成型。無引線封裝薄膜橋發(fā)火器的制備方法如下步驟I :選擇直徑50. 8mm 127mm，厚度500 y m 1000 u m的硼硅玻璃1，利用激光加工設(shè)備在硼硅玻璃I表面制作孔徑150iim 300iim通孔181、1811陣列；步驟2 :采用模板印刷工藝對通孔181、1811陣列進(jìn)行填充，填充材料由金粉、玻璃粉配制的金導(dǎo)電漿料組成，填充完成后進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時(shí)間優(yōu)選I 2h，燒結(jié)溫度優(yōu)選350°C~ 550°C，形成導(dǎo)電通孔 111、1111 ；步驟3 :利用濺射淀積技術(shù)沉積發(fā)火元件薄膜層，其中薄膜橋材料優(yōu)選NiCr、Cr、Ta2N、Ptff等發(fā)火材料，薄膜橋厚度為0. 050 y m 5 y m ;步驟4 :利用光刻工藝在薄膜橋表面制作發(fā)火元件形狀的光刻膠掩膜層；步驟5 :利用干法刻蝕技術(shù)制作薄膜橋發(fā)火元件層10，刻蝕深度為薄膜橋厚度；[0042]步驟6 :利用光刻工藝在薄膜橋發(fā)火元件10表面制作光刻膠掩膜層；步驟7 :濺射沉積厚度為0. 3 y m I y m的阻擋材料層Cu薄膜，其中阻擋層材料優(yōu)選Cu、Ni，W，通過剝離清洗工藝去除阻擋層區(qū)域之外的光刻膠和Cu薄膜，形成阻擋區(qū)91、911 ；步驟8 :利用光刻工藝在硼硅玻璃下表面制作光刻膠掩膜層；步驟9 :濺射沉積厚度為0. I 0. 5 y m的焊接材料層Au薄膜，其中焊接層材料優(yōu)選Au, Al, SnAg合金，SnAu合金,通過剝離清洗工藝形成焊接層(61,611)；步驟10 :利用光刻工藝在薄膜橋發(fā)火件10和阻擋區(qū)91、911表面制作光刻膠掩膜 層；步驟11 :濺射沉積厚度為0. I 0. 5 y m的焊接材料層Au薄膜，其中焊接層材料優(yōu)選Au, Al, SnAg合金，SnAu合金,通過剝離清洗工藝去除焊接區(qū)域之外的光刻膠和Au薄膜，形成焊接區(qū)71、711 ；步驟12 :利用砂輪劃片機(jī)對硼硅玻璃進(jìn)行劃片切割，制成薄膜橋發(fā)火元件14 ；步驟13 :通過表面貼裝工藝將薄膜橋發(fā)火元件14貼裝固定到由無機(jī)玻璃或者有機(jī)樹脂制成的基座13上。至此，淀積在電氣絕緣以及熱導(dǎo)率較小的硼硅玻璃之上的薄膜橋發(fā)火元件，被用作電阻元件，可以通過選擇合適的起爆劑并施加特定的點(diǎn)火條件，即可將起爆劑引燃，這樣一來就制作出了一種無引線封裝的薄膜橋發(fā)火器。
權(quán)利要求1.一種無引線封裝薄膜橋發(fā)火器，其特征在于，硼硅玻璃(I)上表面中部覆蓋有薄膜橋發(fā)火元件層(10)，薄膜橋發(fā)火元件層(10)左右兩端的表面上有擴(kuò)散阻擋層(91，911)，擴(kuò)散阻擋層(91，911)分別與硼硅玻璃(I)導(dǎo)電通孔(IlI)左側(cè)和導(dǎo)電通孔(IlII)右側(cè)的上表面接觸，擴(kuò)散阻擋層(91，911)及硼硅玻璃(I)左右兩端上表面覆蓋有焊接層(71，711)，硼硅玻璃(I)下表面有兩個(gè)互不連通的焊接層(61，611)，導(dǎo)電通孔(111，1111)內(nèi)填充有導(dǎo)電漿料，焊接層(71，711)與焊接層(61，611)通過導(dǎo)電通孔(111，1111)實(shí)現(xiàn)電氣連接，焊接層(61，611)固定在基座(13)的兩個(gè)互不連通的導(dǎo)電金屬區(qū)域(121，1211)上，導(dǎo)電金屬區(qū)域(121,1211)通過焊接點(diǎn)(191,1911)與基座(13)內(nèi)的電極(161,1611)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無引線封裝薄膜橋發(fā)火器，其特征在于，所述薄膜橋發(fā)火元 件層(10)材料為NiCr、Ta2N、Cr、PtW中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無引線封裝薄膜橋發(fā)火器，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋層(91，911)材料為Cu、Ni、W中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無引線封裝薄膜橋發(fā)火器，其特征在于，所述焊接層(61，611)和(71，711)材料為Au、Al、Cu、SnAg合金、SnAu合金中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無引線封裝薄膜橋發(fā)火器，其特征在于，所述基座(13)采用無機(jī)玻璃或者有機(jī)樹脂制成，所述導(dǎo)電金屬區(qū)域(121，1211)由SnAu合金構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無引線封裝薄膜橋發(fā)火器，本實(shí)用新型的無引線封裝薄膜橋發(fā)火元件(14)包括一塊含有通孔(18I，18II)的硼硅玻璃(1)作為基底，使用金導(dǎo)電漿料(8)對通孔(18I，18II)進(jìn)行填充燒結(jié)，使其金屬化形成導(dǎo)電通孔(11I，11II)；在硼硅玻璃(1)表面制作薄膜橋發(fā)火元件層(10)，并在硼硅玻璃(1)表面制作焊接區(qū)(6I，6II)，金屬化通孔(11I，11II)使得硼硅玻璃(1)表面焊接區(qū)(7I，7II)和焊接區(qū)(6I，6II)實(shí)現(xiàn)電氣互連，通過表面貼裝工藝使得發(fā)火器(14)焊接區(qū)(6I，6II)和基座(13)焊接區(qū)(12I，12II)實(shí)現(xiàn)焊接互連。根據(jù)本實(shí)用新型的點(diǎn)火器在振動(dòng)環(huán)境較為強(qiáng)烈的設(shè)備裝置中，安全性和可靠性水平較高，可以應(yīng)用于多種新型高安全火工品的點(diǎn)火裝置。
文檔編號F23Q13/00GK202501504SQ20122000418
公開日2012年10月24日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者何迎輝, 景濤, 王玉明, 肖友文, 謝貴久, 謝鋒, 顏志紅 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所