一种爆炸箔及其批量化制备方法

技术领域

本发明涉及一种爆炸箔及其批量化制备方法，属于点火起爆装置和微电子机械技术领域。

背景技术

爆炸箔是发火管的重要组成部分，包括两个电极和连接电极的桥区；爆炸箔按照桥区材料的不同可以分为金属薄膜桥、半导体薄膜桥、含能薄膜桥以及复合薄膜桥。当强大电流通过爆炸箔时，爆炸箔的桥区发生爆炸，产生等离子体迅速膨胀，冲击贴在爆炸箔上方的飞片，使飞片高速撞击药柱，从而点燃火箭发动机点火药及推进剂。传统爆炸箔的金属层只有Cu膜或者为Cu、Au膜，这类薄膜在起爆时需要较高电压、产生等离子体速度较低，对发火管要求高。

专利CN109556463B公开了一种起爆器爆炸桥箔的制作方法，所述方法首先对陶瓷基底的表面处理，然后通过紫外光刻工艺将桥箔的掩膜图形制作在陶瓷基底表面，再通过双离子束溅射镀膜工艺完成桥箔沉积，得到由下而上依次为纯钛、纯铜和纯金三种金属材料叠加而成的桥箔材料。所述方法制备得到的桥箔材料为金属薄膜桥箔，采用单一电能作用，通过焦耳热使得桥区材料温度升高汽化从而发生电爆炸反应，生成高温等离子体。所述桥箔材料桥区起爆输入能量低，延迟时间短，一致性和可靠性好，但是存在能量转换效率偏低，能量输出不高的缺陷。并且，所述专利中的爆炸桥箔是采用镀膜工艺，将桥箔材料沉积在表面处理后的单个衬底上，制备工序比较繁琐，并且在前期处理过程中容易引入杂质，难以批量化生产。

单个爆炸箔可以通过薄膜沉积和光刻工艺制备，结合手工组装的制作方式加工生产，在制作爆炸箔时需要人工对准，工作效率低、误差大。半导体制备工艺主要包括薄膜沉积、光刻转移图形、选择性刻蚀薄膜等，并通过多次重复步骤实现复杂器件的制备；半导体制备工艺中的晶圆处理制程与爆炸箔制备过程中所需衬底的处理工艺相近，因此可以参考使用半导体制备工艺，实现爆炸箔的批量化生产。但是，半导体工艺中晶圆厚度为微米级，在制备爆炸箔时采用衬底厚度为毫米级，并且爆炸箔衬底需要考虑晶圆切割及通孔切割问题。因此尚无直接采用半导体工艺制备爆炸箔的报道。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种爆炸箔，所述爆炸箔由下而上依次为Ti膜、Al膜、Ni膜、Cu膜和Au膜，所述爆炸箔能够有效改善发火管的点火性能。

本发明的目的之二在于提供一种爆炸箔的批量化制备方法，所述方法采用半导体工艺，制作效率高、均一性好、误差低，适合批量化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种爆炸箔，所述爆炸箔为由下向上依次由Ti膜、Al膜、Ni膜、Cu膜和Au膜组成的复合膜；所述Ti膜的厚度为5nm～200nm，Al膜的厚度为100nm～300nm、Ni膜的厚度为100nm～300nm、Cu膜的厚度为1000nm～5000nm，Au膜的厚度为5nm～100nm；所述爆炸箔的电阻值范围为30mΩ～50mΩ。

一种本发明所述爆炸箔的批量化制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、对蓝宝石晶圆衬底进行表面处理，使所述衬底表面粗糙度小于1nm；

步骤二、采用匀胶光刻工艺将爆炸箔掩膜图形制作在蓝宝石晶圆衬底表面；

步骤三、采用磁控溅射镀膜工艺，将爆炸箔原料Ti、Al、Ni、Cu和Au依次沉积在蓝宝石晶圆衬底表面，自下而上形成由Ti膜、Al膜、Ni膜、Cu膜和Au膜组成的复合膜；所述复合膜制备完成后，超声清洗掉多余薄膜及光刻胶，完成爆炸箔图案制备，得到表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底整体；

步骤四、采用激光切割对表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底整体进行划片，并在切割后得到的单个表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底上加工两个对称的通孔。

优选的，所述步骤一中，表面处理的具体工艺步骤为：对蓝宝石晶圆衬底进行研磨抛光至表面粗糙度达到小于1nm，然后将研磨抛光后的衬底超声波清洗干净并用氮气吹干。

优选的，所述步骤二中，匀胶光刻具体工艺为：在步骤一表面处理后的蓝宝石晶圆衬底表面均匀涂覆一层光刻胶，并进行固胶处理；通过紫外光刻工艺在光刻胶表面制作爆炸箔掩膜图形；经显影60s、100℃烘干60s处理后，完成将爆炸箔掩膜图形转移到蓝宝石晶圆衬底上，形成爆炸箔图形阵列。

优选的，所述步骤三中，磁控溅射镀膜工艺的具体工艺为：溅射功率1kw、压强5×10

进一步优选的，Ti膜、Al膜、Ni膜、Cu膜和Au膜的沉积时间依次分别为30s、90s、90s、1600s和10s。优选的，所述步骤四中，通孔采用激光切割技术加工而成，通孔的直径为1mm～2mm。

有益效果

(1)本发明提供了一种爆炸箔，所述爆炸箔为由下向上依次由Ti膜、Al膜、Ni膜、Cu膜和Au膜组成的复合膜；所述爆炸箔电爆生成的高温等离子体与复合膜中Al、Ni纳米反应多层膜中的自蔓延反应共同作用，将电能与化学能相结合，提高薄膜换能元的能量转换效率，增强能量输出，有效降低发火管的起爆电压，增加起爆速度，显著改善发火管的性能；爆炸箔上表面的Au膜层能有效防止Cu膜层氧化，Au与焊锡的粘附性比铜好，有利于装配焊接引线，增加焊接强度，所述爆炸箔的结构设计合理简单，易单片集成、使用方便。

(2)本发明提供了一种爆炸箔的批量化制备方法，所述方法以蓝宝石晶圆为衬底，采用半导体工艺，通过匀胶光刻和磁控溅射沉积，在蓝宝石晶圆上沉积得到爆炸箔复合膜；蓝宝石晶圆杂质含量极低，并且毫米级蓝宝石晶圆衬底可以满足激光切割技术需求；光刻工艺有效提高爆炸箔的精度，并提高爆炸箔的均一性；磁控溅射工艺能够在较低气压和靶电压下工作，提高膜层的沉积速率，降低基片温度，减小等离子体对膜层的破坏；沉积在蓝宝石晶圆上的爆炸箔复合膜可以激光切割一次生成大量的单个爆炸箔，显著提高爆炸箔的生产效率及产品质量，降低成本。

(3)本发明提供了一种爆炸箔的批量化制备方法，所述爆炸箔包括两个扇形的电极和连接两个扇形电极的正方形桥区；正方形桥区的制备工艺简单，稳定性和一致性高。

(4)本发明提供了一种爆炸箔的批量化制备方法，所述方法在切割后得到的单个表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底上加工有对称的通孔，焊接引线时，通孔内注满锡能够增加焊接强度。

附图说明

图1为实施例1制备得到的表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底整体布局示意图；

图2为实施例1激光切割后得到的单个沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底结构示意图；

图3为实施例1激光切割后得到的单个沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底结构俯视图；

图4为实施例1激光切割后得到的单个沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底剖视图；

图5为实施例1激光切割后得到的单个沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底截面图；

其中，1-蓝宝石晶圆衬底、2-Ti膜、3-Al膜、4-Ni膜、5-Cu膜、6-Au膜、7-爆炸箔、7.1-电极、7.2-桥区、8-通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

以下实施例中：

(1)Ti膜、Al膜、Ni膜、Cu膜和Au膜的厚度采用扫描电子显微镜进行测试，型号为JSM-6390；

(2)爆炸箔电阻值采用微欧表进行测试，型号为RM3544-01；

(3)蓝宝石晶圆衬底表面粗糙度采用轮廓仪进行测试，型号为WYKO NT1100。

实施例1

一种爆炸箔，如图1～5所示，所述爆炸箔为由下向上依次由Ti膜2、Al膜3、Ni膜4、Cu膜5和Au膜6组成的复合膜；所述Ti膜2的厚度为5nm，Al膜3的厚度为100nm、Ni膜4的厚度为100nm、Cu膜5的厚度为1000nm，Au膜的厚度为5nm；所述爆炸箔的电阻值范围为50mΩ。

一种本实施例所述爆炸箔的批量化制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一、对蓝宝石晶圆衬底1进行研磨抛光至所述衬底表面粗糙度为0.5nm；然后将研磨抛光后的衬底放入乙醇中进行超声波清洗干净并用氮气吹干；

步骤二、在步骤一表面处理后的衬底表面均匀涂覆一层光刻胶，并进行固胶处理；通过紫外光刻工艺在光刻胶表面制作爆炸箔掩膜图形，所述爆炸箔掩膜图形由两个对称的扇形电极7.1和连接两个扇形电极的正方形桥区7.2组成；光刻时间为5s；经显影60s、100℃烘干60s处理后，完成将爆炸箔掩膜图形转移到蓝宝石晶圆衬底1上，形成爆炸箔图形阵列；

步骤三、采用磁控溅射镀膜工艺，将爆炸箔材料Ti、Al、Ni、Cu和Au依次沉积在蓝宝石晶圆衬底1表面，自下而上形成由Ti膜2、Al膜3、Ni膜4、Cu膜5和Au膜6组成的复合膜；

具体工艺参数为：磁控溅射功率1kw、压强5×10

步骤四、采用激光切割对表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底整体进行划片，并在切割后得到的单个表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底上加工两个对称的通孔8；切割后得到的单个表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底的直径为8mm，通孔8的直径为1mm。

实施例2

一种爆炸箔，所述爆炸箔为由下向上依次由Ti膜2、Al膜3、Ni膜4、Cu膜5和Au膜6组成的复合膜；所述Ti膜2的厚度为200nm，Al膜3的厚度为300nm、Ni膜4的厚度为300nm、Cu膜5的厚度为5000nm，Au膜的厚度为100nm；所述爆炸箔的电阻值范围为30mΩ。

一种本实施例所述爆炸箔的批量化制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一、对蓝宝石晶圆衬底1进行研磨抛光至所述衬底表面粗糙度为0.5nm；然后将研磨抛光后的衬底放入乙醇中进行超声波清洗干净并用氮气吹干；

步骤二、在步骤一表面处理后的衬底表面均匀涂覆一层光刻胶，并进行固胶处理；通过紫外光刻工艺在光刻胶表面制作爆炸箔掩膜图形，所述爆炸箔掩膜图形由两个对称的扇形电极7.1和连接两个扇形电极的正方形桥区7.2组成；光刻时间为5s；经显影60s、100℃烘干60s处理后，完成将爆炸箔掩膜图形转移到蓝宝石晶圆衬底1上，形成爆炸箔图形阵列；

步骤三、采用磁控溅射镀膜工艺，将爆炸箔材料Ti、Al、Ni、Cu和Au依次沉积在蓝宝石晶圆衬底1表面，自下而上形成由Ti膜2、Al膜3、Ni膜4、Cu膜5和Au膜6组成的复合膜；

具体工艺参数为：磁控溅射功率1kw、压强5×10

步骤四、采用激光切割对表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底整体进行划片，并在切割后得到的单个表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底上加工两个对称的通孔8；切割后得到的单个表面沉积有爆炸箔的蓝宝石晶圆衬底的直径为8mm，通孔8的直径为2mm。

实施例1～2制备得到的爆炸箔通过爆炸箔电爆生成的高温等离子体与复合膜中Al、Ni纳米反应多层膜中的自蔓延反应共同作用，将电能与化学能相结合，提高爆炸箔复合膜换能元的能量转换效率，增强能量输出，有效降低发火管的起爆电压，增加起爆速度，显著改善发火管的性能；并且所述爆炸箔以蓝宝石晶圆为衬底，采用半导体工艺，通过匀胶光刻和磁控溅射沉积实现批量化制备；提高爆炸箔的均一性、生产效率及产品质量，降低成本。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。