Page 28 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019

466 徐聪，胡博，朱朋，叶迎华，沈瑞琪

应的电阻模型。

2 设计与制备

单触发开关的基本结构包括下电极、绝缘层、上
电 极 和 触 发 元 件 二 极 管 ，其 作 用 原 理 如 图 1 所
示 ［11］ ：触发前将触发回路中的电容 C 和主回路中的
1
电 容 C 充 到 相 应 的 电 压 ；向 绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管
2
（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的 栅 极 输
图 1 单触发开关结构示意图
入一个 5~15 V 的脉冲信号 ，IGBT 开关导通 ；当二极
Fig.1 Schematic diagram of the single shot switch
管 两 端 的 电 压 大 于 其 反 向 击 穿 电 压 时 ，二 极 管 被 反
向 击 穿 ，结 区 发 生 汽 化 、等 离 子 化 ，形 成 冲 击 波 ；在 控溅射技术和紫外光刻技术，制备上电极。以 SU‐8 胶
机 械 冲 击 的 作 用 下 ，上 、下 电 极 之 间 的 绝 缘 介 质 层 作为结构材料，通过紫外光刻技术制备约束槽。采用
被 击 穿 ；高 压 以 电 弧 的 形 式 穿 过 上 、下 电 极 ，单 触 发 机械切割，将陶瓷基片上的单触发开关阵列分解成独
开关导通。 立单元。将二极管阳极朝下，粘接在上电极之上，其阴
单触发开关的制备涉及了磁控溅射、紫外光刻、化 极以铝丝键合引出，压焊到焊盘 1 上，作为触发极；扁
学气相沉积等多项 MEMS 技术，其工艺流程如图 2 所 平铜带一端粘接在上电极之上，另一端压焊在焊盘 2
示。以陶瓷片为基底，采用磁控溅射技术沉积 Cu 膜， 上，作为共地极。最后将绝缘电子灌封胶填入约束槽，
利用紫外光刻技术刻蚀出下电极和焊盘。通过化学气 在 60 ℃下加热 2 h 固化。制得的单触发开关样品如
相沉积技术，在下电极上沉积 PC 作为绝缘层。采用磁 图 3 所示。

图 2 单触发开关的工艺流程图
Fig.2 Fabrication process of the single shot switch

由 于 Schottky 二 极 管 反 向 击 穿 电 压 较 低 ，一 般
只 有 几 十 伏 ，因 而 在 极 端 环 境 下 容 易 失 效 ，难 以 满
足 500 V 安 全 性 要 求 ［15］ 。 此 外 ，Schottky 二 极 管 的
触 发 电 压 虽 然 较 低 ，然 而 所 需 能 量 较 高 ，因 而 触 发
电 容 一 般 为 电 解 质 电 容 ，体 积 较 大 ，不 利 于 器 件 的
小 型 化 。 由 于 整 流 二 极 管 具 有 较 高 的 反 向 击 穿 电
压 ，并且 p‐n 结更易于汽化 ，因此本研究同时选取一
图 3 单触发开关样品图 种 反 向 击 穿 电 压 为 600 V 的 p‐n 结 二 极 管 ，作 为 触
Fig.3 Photograph of the single shot switch 发元件。

Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.6, 2019（465-472） 含能材料 www.energetic-materials.org.cn