一种应用于引信的MEMS电磁能量疏导器件及其制备方法与流程

本发明涉及引信的安全技术，具体涉及一种应用于引信的mems电磁能量疏导器件及其制备方法。

背景技术：

为了确保各类导弹中引信功能安全可靠，引信安全系统得到了迅速的发展。在现阶段各类弹药的使用过程中，引信无可避免的面临各种环境的干扰，例如在勤务处理阶段，引战系统的火工品容易受到静电、电磁脉冲的干扰，出现误触发现象，造成人员伤亡及财产损失；在弹药的发射及整个弹道过程中，引信控制系统及整个传爆序列容易受到外界环境或者敌方的干扰(静电、恒流、强电磁脉冲)，例如：雷电、核电磁脉冲(nemp)、静电电磁脉冲(esdemp)、电路中负载的通断等过程都会在电路上产生很强的瞬态干扰，统称为浪涌电压(电流)。这种浪涌电压(电流)含有非常大的能量，如进入设备，不仅会引起干扰，而且会导致设备中的器件、部件和电路严重损坏，因此必须采取措施防止浪涌的冲击。传统的引战系统为了解决这类问题，普遍采用加屏蔽罩隔离电磁干扰，但是，由于屏蔽层、屏蔽罩尺寸较大，加之引信系统小型化，传统方法不再使用；面对恒流、静电干扰，在控制端或者火工品两端设置tvs(瞬态电压抑制二极管)，可以有效的吸收静电、恒流能量，并瞬间泄放大量的电流，实现能量疏导。但是由于tvs管本身存在的阻抗匹配问题，限制了其吸收能量的性能。

技术实现要素：

针对以上对电磁信号屏蔽存在的限制，本发明提出了一种应用于引信的mems电磁能量疏导器件及其制备方法，通过在引信控制单元和火工品周围排布mems电磁能量疏导器件，实现对异常电磁能量的吸收。

本发明的一个目的在于提出一种应用于引信的mems电磁能量疏导器件。

本发明的应用于引信的mems电磁能量疏导器件包括：绝缘衬底、电磁能量疏导质量块、多个环形驱动电极、电磁能量吸收层、多对电磁能量疏导导线、薄膜吸收层、多对电磁能量疏导引脚和封装壳体；其中，在绝缘衬底的中心设置电磁能量疏导质量块，电磁能量疏导质量块采用分级式堆叠结构，包括上下两层的质量块上层机构和质量块下层机构，分别为两个同心的圆柱，质量块下层机构的直径小于质量块上层机构的直径，直径差范围为50～100μm；在电磁能量疏导质量块的周围设置多个呈中心对称的环形驱动电极，各个环形驱动电极之间有空隙不连通，每一个环形驱动电极为圆环的一部分，多个环形驱动电极位于与电磁能量疏导质量块同心的圆环上，每一个环形驱动电极采用分级式堆叠结构，包括上下两层的电极上层机构和电极下层机构，分别为两个同心的圆环的一部分，电极下层机构的宽度小于电极上层机构的宽度，宽度差范围为5～15μm；在电磁能量疏导质量块的质量块上层机构和多个环形驱动电极的电极上层机构的表面覆盖电磁能量吸收层，电磁能量吸收层采用对电磁能量具有吸收能力的材料；与多个环形驱动电极相对应，在绝缘衬底上设置多对电磁能量疏导导线，每一对电磁能量疏导导线的一端分别连接电磁能量疏导质量块和一个环形驱动电极，另一端分别连接电磁能量疏导引脚；在电磁能量疏导导线的表面覆盖一层薄膜吸收层，薄膜吸收层采用对电磁能量具有吸收能力的材料；绝缘衬底、电磁能量疏导质量块、多个环形驱动电极、电磁能量吸收层、多对电磁能量疏导导线和薄膜吸收层封装在内部中空的圆柱形的封装壳体内；电磁能量疏导引脚位于封装壳体外，电磁能量疏导质量块和一个环形驱动电极分别经由一对电磁能量疏导导线通过一对电磁能量疏导引脚并联在引信系统的两端；当引信系统所处的环境中有外界瞬态强电磁干扰时，在封装壳体内封闭的小空间会产生瞬态的高温和强电耦合环境，环形驱动电极与电磁能量疏导质量块之间存在大的电势差，在大电势差的作用下二者发生吸合现象，由于电磁能量疏导质量块和环形驱动电极均采用分级式堆叠结构，下层结构的尺寸小于上层结构的尺寸，重心偏高，导致发生相对位移互相靠近，使得电磁能量疏导质量块与环形驱动电极碰合，引信系统形成短路，从而实现电磁能量吸收。

外界瞬态强电磁干扰为浪涌或瞬态强电压。

引信系统为引信控制单元和/或火工品。

绝缘衬底采用氮化硅或二氧化硅。

封装壳体采用具有吸收电磁能量的塑性材料，聚酰亚胺、聚四氟乙烯和碳化硅中的一种。封装壳体的内径为200～250μm；高度为450～500μm。

电磁能量疏导质量块与环形驱动电极之间的间距为5～10μm。电磁能量疏导质量块中，上层机构的高度为50～80μm，质量块下层机构的高度为20～30μm。环形驱动电极中，电极上层机构的高度为50～80μm，电极下层机构的高度为20～30μm。电磁能量疏导质量块和环形驱动电极采用半导体材料，硅或碳化硅。形成在电磁能量疏导质量块和多个环形驱动电极的表面的电磁能量吸收层采用碳纳米管或石墨烯，以提高芯片对于电磁能量的敏感度。

薄膜吸收层采用碳纳米管或石墨烯。为防止相邻的电磁能量疏导导线间的电场信号干扰，相邻的电磁能量疏导导线之间有距离，距离为100～180μm。

电磁能量疏导质量块和多个环形驱动电极采用半导体材料，硅或碳化硅。

本发明的另一个目的在于提供一种应用于引信的mems电磁能量疏导器件的制备方法。

本发明的应用于引信的mems电磁能量疏导器件的制备方法，包括以下步骤：

1)提供绝缘衬底；

2)在绝缘的衬底上溅射金属，并通过图形化，形成多对对称的电磁能量疏导导线，相邻电磁能量疏导导线之间有距离，距离为100～180μm；

3)在绝缘衬底的电磁能量疏导导线上层溅射一层薄膜吸收层，并图形化，图形与电磁能量疏导导线的图形相同，从而在电磁能量疏导导线的表面覆盖一层薄膜吸收层；

4)提供半导体材料；

5)在半导体材料的上表面进行图形化，形成电极下层机构和质量块下层机构的图形；

6)通过干法刻蚀工艺实现环形电极下层机构和质量块下层机构释放，刻蚀深度20～30μm；

7)将刻蚀后的半导体材料的上表面倒扣过来，与布有电磁能量疏导导线和薄膜吸收层的绝缘衬底通过阳极键合工艺键合在一起，每一对电磁能量疏导导线的一端分别连接电磁能量疏导质量块和一个环形驱动电极；

8)在电磁能量疏导导线的另一端连接电磁能量疏导引脚；

9)对倒扣键合后的半导体材料的表面进行抛光；

10)在半导体材料的表面进行图形化，形成电极上层机构和质量块上层机构的图形；

11)通过干法刻蚀工艺实现环形电极上层机构和质量块上层机构释放，刻蚀深度50～80μm；

12)在环形电极上层机构和质量块上层机构的表面采用蒸发工艺形成电磁能量吸收层；

13)将绝缘衬底、电磁能量疏导质量块、多个环形驱动电极、电磁能量吸收层、多对电磁能量疏导导线和薄膜吸收层封装在圆柱形的封装壳体内；

14)电磁能量疏导引脚位于封装壳体外，电磁能量疏导质量块和一个环形驱动电极分别经由一对电磁能量疏导导线通过一对电磁能量疏导引脚并联在引信系统的两端。

其中，在步骤4)中，厚度范围200～250μm，半导体材料为硅或碳化硅。

本发明的优点：

本发明基于各类型弹药的引信系统，结合微机电系统工艺制备了电磁能量疏导器件，解决了传统引信电磁防护受到尺寸限制的问题，并通过电磁驱动，实现机构通断，完成电磁能量的疏导，提高了引信系统乃至整个弹药的安全性能。

附图说明

图1为本发明的应用于引信的mems电磁能量疏导器件的一个实施例的内部示意图；

图2为本发明的应用于引信的mems电磁能量疏导器件的一个实施例的外部封装示意图；

图3为本发明的应用于引信的mems电磁能量疏导器件的一个实施例的未封装的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1、2和3所示，本实施例的应用于引信的mems电磁能量疏导器件包括：绝缘衬底1、电磁能量疏导质量块2、五个环形驱动电极3、五对电磁能量疏导导线4、五对电磁能量疏导引脚5、薄膜吸收层6、电磁能量吸收层7和封装壳体8；其中，在圆形的绝缘衬底1的中心设置电磁能量疏导质量块2，电磁能量疏导质量块2采用分级式堆叠结构，包括上下两层的质量块上层机构21和质量块下层机构22，分别为两个同心的圆柱，质量块下层机构22的直径小于质量块上层机构21的直径，直径差范围为50～100μm；在电磁能量疏导质量块2的周围设置五个呈中心对称的环形驱动电极3，各个环形驱动电极3之间有空隙不连通，每一个环形驱动电极3为圆环的一部分，五个环形驱动电极3位于与电磁能量疏导质量块2同心的圆环上，每一个环形驱动电极3采用分级式堆叠结构，包括上下两层的电极上层机构31和电极下层机构32，分别为两个同心的圆环的一部分，电极下层机构32的宽度小于电极上层机构31的宽度，宽度差范围为5～15μm；在电磁能量疏导质量块2的质量块上层机构21和五个环形驱动电极3的电极上层机构31的表面覆盖电磁能量吸收层7；与五个环形驱动电极3相对应，在绝缘衬底1上设置五对电磁能量疏导导线4，每一对电磁能量疏导导线4的一端分别连接电磁能量疏导质量块2和一个环形驱动电极3，另一端分别连接电磁能量疏导引脚5；在电磁能量疏导导线4的表面覆盖一层薄膜吸收层6，薄膜吸收层6采用对电磁能量具有吸收能力的材料；绝缘衬底1、电磁能量疏导质量块2、五个环形驱动电极3、电磁能量吸收层7、多对电磁能量疏导导线4和薄膜吸收层6封装在内部中空的圆柱形的封装壳体8内；电磁能量疏导引脚5位于封装壳体8外，电磁能量疏导质量块2和一个环形驱动电极3分别经由一对电磁能量疏导导线4通过一对电磁能量疏导引脚5并联在引信系统的两端。

本实施例的应用于引信的mems电磁能量疏导器件的制备方法，包括以下步骤：

1)提供二氧化硅的绝缘衬底1；

2)在绝缘的衬底上溅射金属，并通过图形化，形成多对对称的电磁能量疏导导线4，相邻电磁能量疏导导线4之间有距离，距离为100～180μm；

3)在绝缘衬底1的电磁能量疏导导线4上层溅射一层石墨烯材料作为薄膜吸收层6，并图形化，图形与电磁能量疏导导线4的图形相同，从而在电磁能量疏导导线4的表面覆盖一层薄膜吸收层6；

4)提供硅的半导体材料，厚度范围200～250μm；

5)在半导体材料的上表面进行图形化，形成电极下层机构和质量块下层机构的图形；

6)通过干法刻蚀工艺实现环形电极下层机构和质量块下层机构释放，刻蚀深度20～30μm；

7)将刻蚀后的半导体材料的上表面倒扣过来，与布有电磁能量疏导导线4和薄膜吸收层6的绝缘衬底1通过阳极键合工艺键合在一起，每一对电磁能量疏导导线4的一端分别连接电磁能量疏导质量块2和一个环形驱动电极3；

8)在电磁能量疏导导线4的另一端分别连接电磁能量疏导引脚5；

9)对倒扣键合后的半导体材料的表面，即相对于步骤5)为下表面，进行抛光，对半导体材料进行减薄，半导体材料的厚度为电极上层机构和质量块上层机构的高度；

10)在半导体材料的下表面进行图形化，形成电极上层机构和质量块上层机构的图形；

11)通过干法刻蚀工艺实现环形电极上层机构和质量块上层机构释放，刻蚀深度50～80μm；

12)在环形电极上层机构和质量块上层机构的表面采用蒸发工艺形成电磁能量吸收层7；

13)将绝缘衬底1、电磁能量疏导质量块2、多个环形驱动电极3、电磁能量吸收层7、多对电磁能量疏导导线4和薄膜吸收层6封装在圆柱形的封装壳体8内；

14)电磁能量疏导引脚5位于封装壳体8外，电磁能量疏导质量块2和一个环形驱动电极3分别经由一对电磁能量疏导导线4通过一对电磁能量疏导引脚5并联在引信系统的两端。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。