Page 12 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019

低 温 共 烧 陶 瓷 爆 炸 箔 起 爆 芯 片 的 设 计 、制 备 与 发 火 性 能 449

次将肖特基单触发开关与爆炸箔芯片集成为一体，结 形两种，高度 H=300 μm；其中，圆形加速膛的直径为
果 表 明 该 集 成 芯 片 可 成 功 起 爆 HNS 的 最 小 电 压 为 桥区长度的 2 倍，方形加速膛的边长与桥区长度相
1.4 kV。朱朋等 ［15］ 采用 LTCC 工艺设计制备了微芯片 同。两种 LTCC-EFIc 具体尺寸参数见表 1。
爆炸箔起爆器（McEFI），实现了爆炸箔起爆器一体化、
批量化和低成本加工，并利用 McEFI 芯片成功起爆了
HNS。 以 上 研 究 表 明 ，目 前 的 爆 炸 箔 起 爆 器 多 采 用
MEMS 加工方式，加工工艺繁琐，操作复杂。为进一步
简化爆炸箔起爆器制备流程，解决传统 MEMS 加工过
程中复杂的曝光、对位和键合等问题，提高生产效率，
降低生产成本，实现 EFI 集成化、批量化制造，本研究
采 用 低 温 共 烧 陶 瓷（Low Temperature Co ‑fired Ce‑
ramics，LTCC）一体化的加工工艺，将爆炸箔起爆器基 a. the circle barrel structure
本 结 构 与 现 阶 段 成 熟 的 LTCC 技 术 相 结 合 ，设 计 了
LTCC 爆 炸 箔 起 爆 芯 片（LTCC ‑Exploding Foil Initia‑

tion chip，LTCC‑EFIc）。 从 而 实 现 了 基 底 、桥 箔 、飞
片、加速膛等组件一体化烧结制备。利用光子多普勒
速度测试技术（Photon Doppler Velocimetry，PDV），
研究发火电压、加速膛形状对飞片速度的影响规律，以
及陶瓷飞片的厚度对其飞行过程中形貌的影响。并进
行 了 点 燃 硼/硝 酸 钾（BPN）药 柱 和 起 爆 六 硝 基 芪
（HNS）药柱的实验，验证了 LTCC 工艺制备起爆芯片 b. the square barrel structure
的可行性。
图 1 两种 LTCC‑EFIc 结构示意图
Fig.1 Structure diagram of two kinds of LTCC‑Exploding Foil
2 LTCC 爆炸箔起爆芯片的设计与制备
Initiation chip（LTCC‑EFIc）
2.1 LTCC 爆炸箔起爆芯片设计
表 1 LTCC‑EFIc 尺寸参数
LTCC 技术是集互联、无源元件和封装于一体的
Table 1 The dimensional parameter of LTCC‑EFIc
多层电路印制板技术。其技术特征是：将多层陶瓷元
structure parameter / μm
件技术与多层电路图形技术相结合，以玻璃/陶瓷等材
料作为电路的介电层，应用 Au、Ag、Cu 等高导电率金 bridge foil L×W×H =300×300×5
属作为内外层电极材料，以丝网印刷方式印制电路，在 Φ×H =400×300（circle）or
barrel
低于金属熔点约 900 ℃的烧结炉中烧结而成的陶瓷 L×W×H =300×300×300（square）
flyer H =25 or 50
元件或基板 ［16］ 。
Au strip H =8-12
图 1 为本研究设计的 LTCC‑EFIc。其中，芯片的基
底、飞片、加速膛结构均采用生瓷带材料堆叠而成，选 Pd/Ag pad H =12-15
用 Au 作为桥箔材料，金属导带与桥箔材料相同。由于 Note： L is length. W is width. H is thickness. Φ is diameter of a circle.
Au 烧结后不易焊接，因此我们在裸漏于空气中的金属
导带的上面再次丝网印刷一层 Pd / Ag 材料，便于后期 2.2 LTCC 爆炸箔起爆芯片制备
焊接封装。 LTCC‑EFIc 制备的工艺流程主要为：贴片、冲孔、
根据爆炸箔起爆器的小型化，集成化的发展需求， 印 刷 、叠 压 、共 烧 、划 片 、检 测 、焊 接 和 封 装 。 图 2 为
设 计 了 两 种 桥 箔 参 数 桥 箔 长 宽 高 为 L × W × H = LTCC‑EFIc 的实物图及结构示意图。1~3 层与 5~12 层
300 μm×300 μm×5 μm，厚度为 25~50 μm 的生瓷片 均采用 DP951‑PT 生瓷片，生瓷片烧结前每层厚度为
作为 LTCC‑EFIc 的飞片。加速膛尺寸设计为圆形和方 114 μm。 其 中 1~3 层 为 加 速 膛 层 ，5~12 层 作 为

CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 6 期 （448-455）