Page 48 - 《含能之美》2019封面论文

450 张秋，陈楷，朱朋，徐聪，覃新，杨智，沈瑞琪

LTCC‑EFIc 的基底。第 4 层作为飞片层，选用厚度为 压等离子体的四态变化而发生电爆炸。随后高温高压

50 μm 的 DP951‑C2 生瓷片。 等离子体以一个极高的压力（兆帕数量级）作用在陶瓷
飞片上，并在加速膛的限定下驱动飞片运动。飞片在
加速膛内加速，最终以几千米每秒的速度被剪切出来。
高速运动的飞片撞击下一级目标装药，从而实现点火
或起爆。因此，研究 LTCC‑EFIc 的桥箔电爆特性和飞
片 运 动 历 程 对 于 实 现 其 点 火 或 起 爆 功 能 具 有 重 要
a. the optical figure
意义。
3.1 电爆性能

选用 0.22 μF 电容和冷阴极触发管，在不同发火
电压下对 Au 桥箔（300 μm×300 μm×5 μm）进行电爆
测试。实验电路如图 3 所示。利用高压差分探头和罗
氏线圈采集桥区两端的电流和电压信号，将所得信号
通过示波器进行储存记录。

b. the schematic diagram

图 2 LTCC‑EFIc 的实物图及结构示意图 图 3 LTCC‑EFIc 测试电路图
Fig.2 The optical figure and schematic diagram of LTCC‑EFIc Fig.3 The test circuit of LTCC‑EFIc

在 140 mm×140 mm 的生瓷片上，按阵列排布 EFI 在 不 同 的 发 火 条 件 下 对 LTCC‑EFIc 进 行 电 爆 实
验，桥箔电爆炸的性能参数（爆发电流、峰值电压、爆发
单体版图后，在焊盘和加速膛所对应的位置依次对生
时间、能量利用率等）三次平行实验结果的平均值记录
瓷片做冲空孔处理；同时在第 5 层陶瓷生片上，采用丝
［17］
于表 2，其中桥箔的回路能量利用率 见公式（1）：
网印刷工艺依次印刷相应厚度的金属图形，包括金属 t b
2 ∫ U ⋅ I dt
η = 2 （1）
导 带 、爆 炸 桥 箔 以 及 焊 盘 。 其 中 ，金 属 导 带 厚 度 0
1
为 8~12 μm，爆炸桥箔厚度约为 4~6 μm，Pd / Ag 焊 CU 0
b
0
盘部分厚度 12~15 μm，印刷完成后将生瓷片放入烘 式中，C 为电容容值，F；U 为发火电压，V；t 为爆发点
时刻，s。国内外研究学者通常把电压峰值时刻作为桥
箱烘干。将所有图形印制完成的生瓷片按照图层顺序
箔的爆炸时刻。
依次叠放、校位，并用等静压力机压实。然后将叠压好
从表 2 可知，随着发火电压的增加，芯片两端的爆
的基板放入共烧炉内，在 900 ℃下进行烧结。最后对
发电流和峰值电压均呈逐渐增加的趋势。理想状态
基板划片、检测，从而实现 LTCC‑EFIc 的一体化集成
下，桥箔爆炸时刻应尽可能接近电流峰值，即当电压峰
制备。
1
值与电流峰值一致时，桥箔的能量利用率（η ）最大。
3 LTCC 爆炸箔起爆芯片发火性能 图 4 为芯片的电流、电压曲线，及由电流、电压的乘积
所得的桥箔功率曲线。图 4 中桥箔爆发点时刻下的电
LTCC‑EFIc 的作用过程如下：当一个脉冲大电流 流、电压和功率，以及桥箔爆发能量（桥箔功率对爆发
通过 Au 桥箔后，剧烈的焦耳热沉积使得桥箔的物理状 点时刻前的时间积分）均记录在表 2 中。由图 4 可见
态发生急剧的变化，桥箔经历从固、液、气再到高温高 在 1.8 kV / 0.22 μF 的发火电压下，芯片的峰值电压、

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Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.6, 2019（448-455） 含能材料