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基于MEMS的4×4微推进阵列制备及性能研究

作　者: 陈默
导　师: 叶迎华
学　校: 南京理工大学
专　业: 军事化学与烟火技术
关键词: MEMS 键合微推进阵列推力冲量
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 74次
引　用: 4次
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内容摘要

本文应用MEMS微加工工艺,分别制作了化学微推进芯片的点火电路层、硅燃烧室和外部电路板,获得了4×4MEMS微推进芯片阵列样机,并测试了微推进芯片阵列的性能。应用湿法刻蚀工艺制作了Cr点火桥膜,确定了最佳光刻显影工艺条件。应用图形反转剥离工艺成功制得了Al／CuO／Al桥膜,确定了AZ5214E反转胶和复合薄膜沉积的最佳工艺参数。测试了两种桥膜的电学性能,其中Cr桥膜平均电阻为270.64Ω,Al／CuO／Al桥膜平均电阻仅为5.604Ω；恒压激发下,Cr点火桥的平均熔断时间为55.940μs,Al／CuO／Al桥为2.793μs；Cr点火桥的平均熔断能量为296.3628μJ,Al／CuO／Al点火桥为97.884μJ。湿法刻蚀工艺制作了Cu逻辑点火电路,可以实现4×4单元的逻辑点火。选择厚度为398μm的P型(100)晶向硅片,用低压化学气相沉积的方法在基片表面双面沉积Si3N4薄膜作为湿法刻蚀掩膜,制作硅燃烧室。通过阳极键合完成了点火电路层和硅燃烧室的键合,通过引线键合完成了点火电路层与外部电路板的键合,确定了阳极键合和引线键合的最佳工艺参数。芯片装填药剂为LTNR／粘合剂,在15V,20V和25V恒压下,芯片均能完全发火。随着电压的增大,药剂发火时间减小,药剂平均发火时间分别为1.21ms、1.79ms和2.71ms；平均发火能量分别为3.41mJ、3.34mJ和3.79mJ。测试了硅药室和直径0.7mm,厚度分别0.9mm、1.2mm的圆柱形环氧树脂药室阵列的单元推力和冲量。随燃烧室体积的增大,单元推力和冲量均呈增大的趋势。三种燃烧室的平均推力分别为：57.15mN、412.02mN和739.85mN；平均冲量分别为：0.0385mN·s、0.278 mN·s和0.501mN·s。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
1 绪论  9-17
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外微推进系统概述  10-16
    1.2.1 微冷气推进系统  10
    1.2.2 微电推进系统  10-12
    1.2.3 微化学能推进系统  12-15
    1.2.4 各种微推进系统比较  15-16
  1.3 本论文研究内容  16-17
2 MEMS芯片制备工艺  17-43
  2.1 点火电路层的制备  17-39
    2.1.1 实验材料、主要仪器和环境  20-21
    2.1.2 磁控溅射薄膜沉积原理  21-22
    2.1.3 Cr薄膜微点火桥制备  22-25
    2.1.4 Al/CuO/Al微点火桥制备  25-31
    2.1.5 两种桥膜电学性能测试  31-38
    2.1.6 Cu引线制作  38-39
  2.2 硅燃烧室制备  39-41
  2.3 外部电路板加工  41-43
3 MEMS芯片封装  43-49
  3.1 硅与玻璃的表面键合  43-47
    3.1.1 硅-玻璃阳极键合原理  43-44
    3.1.2 键合设备  44-45
    3.1.3 工艺过程和条件  45
    3.1.4 键合过程电流电压和温度曲线  45-47
  3.2 引线键合  47-48
    3.2.1 热声波引线键合原理  47
    3.2.2 热声波引线键合设备  47-48
    3.2.3 引线键合工艺过程和参数  48
  3.3 小结  48-49
4 MEMS微推进芯片性能测试  49-60
  4.1 芯片装药  49
  4.2 阵列发火实验  49-52
    4.2.1 测试仪器与条件  49-50
    4.2.2 测试结果  50-51
    4.2.3 实验结果分析  51-52
  4.3 单元推力和冲量实验  52-60
    4.3.1 实验装置  52-53
    4.3.2 仪器标定和数据的计算  53-56
    4.3.3 测试样品准备  56-57
    4.3.4 测试结果  57
    4.3.5 实验结果分析  57-60
5 结论  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-64

基于MEMS的4×4微推进阵列制备及性能研究

内容摘要

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