一种玻璃基表贴式点火电阻器及其制作方法与流程

1.本发明属于火工品技术领域，进一步来说涉及点火电阻器技术领域，具体来说，涉及一种玻璃基表贴式点火电阻器及其制作方法。


背景技术：

2.表贴式点火电阻器与传统悬吊式桥丝火工品相比具有安全性高、响应速度块、发火能量低等优点。目前制备表贴式点火电阻器通常采用具有较低导热率的玻纤板、聚酰亚胺基板等材质作为基体，可以减少由于基板散热导致的点火能量损失，但玻纤板与聚酰亚胺基板机械强度低，耐受温度低，极大的影响了点火电阻器的可靠性，进而对点火电阻的使用安全造成隐患。而采用氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板作为点火电阻的基体材质，虽然具有较好的机械性能，但是陶瓷导热率高，使得点火电阻在工作状态下热量损失多，难以引爆钝感药剂，容易造成瞎火。
3.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：解决现有点火电阻器技术中基板机械强度与基板导热率互不兼容，点火电阻器可靠性难以提高的问题。
5.本发明的发明构思是：采用表贴式桥丝结构工艺代替传统悬吊式桥丝结构工艺，采用真空薄膜镀膜与光刻工艺，以熔融石英玻璃为基体，在熔融石英玻璃制作隔热层，再在隔热层上制作表贴式玻璃基点火电阻器，实现机械强度高、安全性好、热量集中、发火温度持续时间长、不易瞎火等优点，同时结构简单、易于批量化生产、节约成本的目的。
6.为此，本发明提供一种表贴式玻璃基点火电阻器，如图1-3所示。所述点火电阻器包括玻璃基板1、隔热层2、表电极层3、端电极层4、背电极层5、缓冲镀层6、焊接镀层7、电阻层8。
7.所述玻璃基板1的材质为熔融石英玻璃。
8.所述隔热层2为半固化片，位于玻璃基板1的上表面。所述半固化片由树脂与玻纤布构成，热导率为0.1w/(m
·
k)-0.3w/(m
·
k)，通过压合工艺使其粘结在玻璃基板表面。
9.所述电阻层8位于隔热层2的上表面。所述电阻层8电阻层材料为nicr合金、ta2n或cr，采用溅射镀层工艺或压合合金箔工艺制作。
10.所述表电极层3位于电阻层8上表面的两端，与电阻层8上表面的两端进行搭接。所述表电极层3的材料为为ni或cu，采用溅射镀膜方式制备。
11.所述表电极层3、电阻层8的图形是采用湿法刻蚀、干法刻蚀或电化学刻蚀中的一种或几种工艺进行刻蚀，所述表电极层图形可以为方形、三角形或其它多边形，表电极层覆盖电阻层上部，刻蚀两个表电极层之间露出的电阻层为电阻器发火桥丝(简称桥丝)部分。
12.所述发火桥丝的形状为直线型、单蛇型或双蛇形。通过桥丝的形状、面积来控制发火桥丝的阻值、发火能量、发火温度、发火桥丝熔断时间、发火桥丝温度持续时间等参数。
13.所述表电极层3降低电极部分阻值，使得玻璃基表贴式点火电阻器阻值集中在发火桥丝部分，更有利于提升桥丝发火的一致性，及保证热量集中在桥丝部分。
14.所述背电极层5位于玻璃基板1的背面两端。所述背电极层5是采用溅射镀膜工艺溅射ni、cu、tiw-ni或tiw-tan形成，或采用丝网印刷工艺印刷ag浆料、ag-pd浆料后经高温烧结形成。
15.所述端电极层4为端面溅射ni层或nicr合金层，溅射层与表电极层3、背电极层5进行搭接，实现电气导通。
16.所述缓冲镀层6及焊接镀层7依次为ni层/sn层、ni层/sn-pb层、ni层/au-sn层或cu层/sn层。在电镀过程中，采用聚酰亚胺光刻胶对电阻层桥丝进行保护以阻挡电镀，电镀结束后，采用丙酮等溶剂进行去除聚酰亚胺光刻胶，使桥丝的电阻层完全露出，以使桥丝更好的接触点火药剂，避免热量散失，进而提升玻璃基表贴式点火电阻器的发火温度。
17.本发明玻璃基表贴式点火电阻器采用熔融石英玻璃作为其基体材质，采用半固化片作为其隔热层，使得熔融石英玻璃与粘附其表面的隔热层组成复合基体层，相对于玻纤板基点火电阻器具有更高的机械强度、及更优的耐温、耐湿等性能。同时，熔融石英玻璃作为基体材质可以耐受约1200℃高温，使得后续丝印后进行高温烧结等工艺更易于实现，有利于玻璃基表贴式点火电阻器批量生产，节约成本。
18.与氧化铝、氮化铝等陶瓷基板制备的点火电阻器相比，玻璃基导热率仅为1.34w/(m
·
k)，半固化片隔热层热导率仅为0.1w/(m
·
k)-0.3w/(m
·
k)，这种玻璃基-半固化片复合基板即保持了较高的机械强度，同时具有较低的热导率。而氧化铝的导热率为25w/(m
·
k)，氮化铝的导热率为270w/(m
·
k)，使得发明点火电阻在工作时，桥丝温度不容易从基板散失，发火温度持续时间长，更适于钝感药剂，避免点火电阻在使用时瞎火，提升点火电阻的安全性。
19.本发明广泛应用于膜式点火电阻制造技术领域。
附图说明
20.图1点火电阻器纵向结构示意图
21.图2点火电阻器平面结构示意图
22.图3点火电阻器桥丝光刻掩膜版结构示意图
23.图中：1为熔融玻璃基板、2为隔热层、3为表电极层、4为端电极层、5为背电极层、6为缓冲镀层、7为焊接镀层、8为电阻层。
具体实施方式
24.所述一种表贴式玻璃基点火电阻器，如图1-3所示。具体实施方式如下：
25.实施例一：
26.如图1、图2所示为点火电阻器，玻璃基板1为熔融玻璃基板、隔热层2为半固化片、表电极层3为ni金属层、端电极层4为nicr合金层、背电极层5为ag层、缓冲镀层6为镀ni层、焊接镀层7为镀sn-pb层、电阻层8为ta2n电阻层。制作工艺如下：
27.(1)所述熔融石英玻璃基板尺寸为(50
×
50
×
0.5)mm，采用激光打孔方式将石英玻璃基板任意2个边角各打1个对位孔；
28.(2)采用丝网印刷方式将印刷网版与对位孔精确对位后印刷银浆，并通过800℃-900℃进行烧结得到带有背电极ag层的玻璃基板，烧结后背电极ag层厚度为2μm-5μm。
29.(3)所述隔热层通过压合工艺粘结在熔融玻璃基板表面，使其与玻璃基板组成玻璃基-半固化片复合基板。
30.(4)所述隔热层上表面为磁控溅射ta2n电阻层，ta2n电阻层厚度约1μm-3μm。
31.(5)ta2n电阻层上表面为磁控溅射表电极ni金属层，ni金属层厚度为1μm-3μm。
32.(6)制作掩膜版，掩膜版单颗图形如图3所示，并采用石英基板上对位孔与掩膜版进行对位，以实现与背电极进行匹配，石英玻璃基板正面经过匀胶(正光刻胶)、曝光、显影得到所需图形，通过干法刻蚀方式，将ta2n电阻层、表电极ni金属层同时进行刻蚀，刻蚀出所需图形。
33.(7)去除ta2n电阻层桥丝表面的光刻胶。
34.(8)再通过选择性湿法刻蚀方式将ta2n电阻层桥丝上面表电极ni金属层腐蚀干净，所述刻蚀液仅能刻蚀ni层，对ta2n电阻层不进行刻蚀。
35.(9)去除ni金属层表面的光刻胶。
36.(10)所述ta2n电阻层桥丝上面采用匀胶(聚酰亚胺负胶)、曝光、显影等工序制备桥丝保护层，使得聚酰亚胺仅覆盖桥丝部分。
37.(11)所述熔融石英玻璃基板采用分段切割方式，将其切割为条状，再采用磁控溅射方式使玻璃基板侧面溅射nicr合金层(端电极层)，并与表电极及背电极进行搭接。
38.(12)所述溅射端电极后的条状玻璃基板采用分段切割方式，切割为单颗样品。对表电极、背电极及端面电极采用滚镀方式依次电镀出镀ni层，镀sn-pb层，所述ni层厚度为3μm-20μm，所述sn-pb层厚度为3μm-20μm。
39.(13)所述ta2n电阻层桥丝上面聚酰亚胺光刻胶采用丙酮去除，以便桥丝可以直接与药剂接触，并减少热量散失。
40.本实施例玻璃基表贴式点火电阻器采用电容充放电进行点火，44μf电容进行充放电，施加10v电压对电容进行充电，测试10只样品并取平均值，点火熔断时间＜50μs，200℃以上温度持续时间为898μs，发火最高温度为580.1℃。44μf电容进行充放电，施加14v电压对电容进行充电，测试10只样品并取平均值，点火熔断时间＜10μs，200℃以上温度持续时间为872.5μs，发火最高温度为697.6℃。而采用氧化铝陶瓷作为点火电阻器基体材质，采用相同工艺制备相同阻值规格，及相同桥丝尺寸陶瓷基点火电阻器，44μf电容进行充放电，施加10v电压对电容进行充电，点火熔断时间＜50μs，200℃以上温度持续时间为254μs，发火最高温度为491.69℃。44μf电容进行充放电，施加14v电压对电容进行充电，测试10只样品并取平均值，点火熔断时间＜10μs，200℃以上温度持续时间为371μs，发火最高温度为691.43℃。可以看出玻璃基表贴式点火电阻器与陶瓷基点火电阻器相比，都可以实现在较小的电激励下快速发火，且桥丝熔断时间均小于50μs，但玻璃基点火电阻器温度持续时间长，且最高温度更高，更有利于将桥丝温度传递到药剂，有效的避免药剂瞎火，提升点火电阻使用的安全性。
41.实施例二：
42.如图1、图2所示为点火电阻器，玻璃基板1为熔融玻璃基板、隔热层2为半固化片、表电极层3为ni金属层、端电极层4为nicr合金层、背电极层5为tiw-ni层、缓冲镀层6为镀cu
层、焊接镀层7为镀sn层、电阻层8为ta2n电阻层。具体实施方式如下：
43.(1)所述熔融石英玻璃基板尺寸为(50
×
50
×
0.5)mm，采用激光打孔方式将石英玻璃基板任意2个边角各打1个对位孔；
44.(2)采用磁控溅射方式将熔融石英玻璃背面溅射tiw-ni层，并采用匀胶(正光刻胶)、曝光、显影方式得到背电极图形，采用湿法刻蚀方式，刻蚀出背电极，背电极tiw-ni层总厚度为1μm-5μm。
45.(3)所述隔热层通过压合工艺粘结在熔融玻璃基板表面，使其与玻璃基板组成玻璃基-半固化片复合基板。
46.(4)所述隔热层上表面为磁控溅射ta2n电阻层，ta2n电阻层厚度约1μm-3μm。
47.(5)ta2n电阻层上表面为磁控溅射表电极ni金属层，ni金属层厚度为1μm-3μm。
48.(6)制作掩膜版，掩膜版单颗图形如图3所示，并采用石英基板上对位孔与掩膜版进行对位，以实现与背电极进行匹配，石英玻璃基板正面经过匀胶(正光刻胶)、曝光、显影得到所需图形，通过湿法刻蚀方式，将ta2n电阻层、表电极ni金属层同时进行刻蚀，刻蚀出所需图形，所述刻蚀液可以对ta2n电阻层及ni层同时进行刻蚀。
49.(7)去除ta2n电阻层桥丝表面的光刻胶。
50.(8)再通过选择性湿法刻蚀方式将ta2n电阻层桥丝上面表电极ni金属层腐蚀干净，所述刻蚀液仅能刻蚀ni层，对ta2n电阻层不进行刻蚀。
51.(9)去除ni金属层表面的光刻胶。
52.(10)所述ta2n电阻层桥丝上面采用匀胶(聚酰亚胺负胶)、曝光、显影等工序制备桥丝保护层，使得聚酰亚胺仅覆盖桥丝部分。
53.(11)所述熔融石英玻璃基板采用砂轮切割方式，将其切割为条状，再采用磁控溅射方式使玻璃基板侧面溅射nicr合金层，并与表电极及背电极进行搭接。
54.(12)所述溅射端电极后的条状玻璃基板采用砂轮方式，切割为单颗样品。表、背电极及端面电极采用滚镀方式依次电镀出镀cu层，镀sn层，所述cu层6厚度为3μm-10μm，所述sn层厚度为3μm-20μm。
55.(13)所述ta2n电阻层桥丝上面聚酰亚胺光刻胶采用丙酮去除，以便桥丝可以直接与药剂接触，并减少热量散失。
56.最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。