微型含能开关.pdf

本发明公开了一种微型含能开关，它包括绝缘基底、正电极、负电极、微型加热器和绝缘介质层，所述正电极和负电极设置所述绝缘基底上，所述微型加热器设置所述电极与负电极之间的绝缘基底上，所述正电极和负电极之间的微型加热器上方形成一个反应区，所述反应区内设置含能材料，所述绝缘介质层将所述微型加热器和含能材料全部覆盖、以及将所述正电极部分区域和所述负电极部分区域覆盖，所述微型加热器还与贯穿所述绝缘介质层的微型加热器连接端连接。本微型含能开关性能稳定，不易受到外界因素影响，能在高温、低温、高湿环境下可靠工作。

权利要求书1.  一种微型含能开关，其特征在于它包括绝缘基底(1)、正电极(2)、负电极(3)、微型加热器(5)和绝缘介质层(7)，所述正电极(2)和负电极(3)设置所述绝缘基底(1)上，所述微型加热器(5)设置所述正电极(2)与负电极(3)之间的绝缘基底(1)上，所述正电极(2)和负电极(3)之间的微型加热器(5)上方形成一个反应区(6)，所述反应区(6)内设置含能材料，所述绝缘介质层(7)将所述微型加热器(5)和含能材料全部覆盖、以及将所述正电极(2)部分区域和所述负电极(3)部分区域覆盖，所述微型加热器(5)还与贯穿所述绝缘介质层(7)的微型加热器连接端(4)连接。2.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述含能材料是一种或几种选自铝/镍、铝/聚四氟乙烯、硼/钛或叠氮化铜的材料。3.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述正电极(2)或负电极(3)为梯形或圆形。4.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述正电极(2)和负电极(3)之间的距离为100微米～300微米。5.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述绝缘基底(1)是一种或几种选自高分子绝缘材料、陶瓷、石英、玻璃或者硅的绝缘材料。6.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述正电极(2)、负电极(3)或微型加热器(5)采用的是一种选自铜、铝、钨、铂金的单一材料，或采用合金材料。7.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述正电极(2)或负电极(3)的高度范围为5微米～100微米。8.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述微型加热器(5)距正电极(2)和负电极(3)的距离均为5微米～40微米。9.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述绝缘介质层(7)是一种选自聚对二甲苯、环氧树脂或者聚酰亚胺的绝缘材料，所述绝缘介质层 (7)的厚度为50微米～500微米。10.  根据权利要求1所述的微型含能开关，其特征在于所述微型加热器(5)高度范围为1微米～3微米。

说明书微型含能开关
技术领域
本发明涉及微型高压开关技术领域，具体涉及一种微型含能开关。
背景技术
在高压放电场合，如爆炸箔起爆系统中常用到高压开关作为隔断器件，如目前常用的立体式的气体火花隙开关，它是以传统的机械加工为基础，体积较大，封装要求较高，成本较高。近年来，高压开关的小型化和批量生产是人们研究的热点：一方面，高压开关的小型化可降低系统体积，便于开关和其它器件的集成；另一方面，实现批量生产对提高器件一致性，作用的可靠性，降低成本有着重要作用。
对本领域文献进行检索，高压开关典型的结构和特点如下：专利CN101814701A采用多次叠层电镀镍或者铜的方法制备开关的正负电极和触发极。这种开关在一定气体氛围下工作，其工作稳定性容易受到封装技术的影响。美国专利US6977468B1中采用MEMS加工技术，制备开关两个主电极和位于主电极中间的触发极，采用固体介质材料填充触发极和两主电极之间的间隙，由于这种高压开关制备也是采用传统的微加工技术，加工成本较低，但是通过加高压的方式将绝缘介质击穿，使得开关放电较难控制。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种运行可靠的微型含能开关。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种微型含能开关，它包括绝缘基底、正电极、负电极、微型加热器和绝缘介质层，所述正电极和负电极设置所述绝缘基底上，所述微型加热器设置所述正电极与负电极之间的绝缘基底上，所述正电极和负电极之间的微型加热器上方形成一个反应区，所述反应区内设置含能材料，所述绝缘介质层将所述微型加热器和含能材料全部覆盖、以及将所述正电极部分区域和所述负电极部分区域覆盖，所述微型加热器还与贯穿所述绝缘介质层的微型加热器连接端连接。
为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
根据本发明的一个实施方案，所述含能材料是一种或几种选自铝/镍、铝/聚四氟乙烯、硼/钛或叠氮化铜的材料。
根据本发明的另一个实施方案，所述正电极或负电极为梯形或圆形。
根据本发明的另一个实施方案，所述正电极和负电极之间的距离为100微米～300微米。
根据本发明的另一个实施方案，所述绝缘基底是一种或几种选自高分子绝缘材料、陶瓷、石英、玻璃或者硅的绝缘材料。
根据本发明的另一个实施方案，所述正电极、负电极或微型加热器采用的是一种选自铜、铝、钨、铂金的单一材料，或采用合金材料。
根据本发明的另一个实施方案，所述正电极或负电极的高度范围为5微米～100微米。
根据本发明的另一个实施方案，所述微型加热器距正电极和负电极的距离均为5微米～40微米。
根据本发明的另一个实施方案，所述绝缘介质层是一种选自聚对二甲苯、环氧树脂或者聚酰亚胺的绝缘材料，所述绝缘介质层的厚度为50微米～500微米。
本发明还可以是：
根据本发明的另一个实施方案，所述微型加热器高度范围为1微米～3微米。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：
本发明的一种微型含能开关，其正电极接电容正极，负电极接电容负极，在微型加热器通电之前，开关处于断开状态；当微型加热器两端加上电压，产生的热量足以激发加热器上反应区域发生剧烈的放热反应，导致正负电极之间的绝缘介质在热流或者冲击的作用下遭到破坏，绝缘强度下降，开关正负极之间的间隙击穿。本微型含能开关性能稳定，不易受到外界因素影响，能在高温、低温、高湿环境下可靠工作。
附图说明
为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1示出了根据本发明一个实施例的在基底表面形成开关正电极、负电极、微型加热器和微型加热器连接端的示意图。
图2示出了根据本发明一个实施例的在基底表面形成开关正电极、负电极、微型加热器、微型加热器连接端和反应区的示意图。
图3示出了根据本发明一个实施例的在基底表面形成开关正负电极，微型加热器、反应区和固体绝缘介质的示意图。
图4示出了图3的A-A剖面示意图。
图5示出了根据本发明一个实施例的在基底表面形成开关正电极、负电极，微型加热器、微型加热器连接端、反应区和固体绝缘介质示意图。
图6示出了图5的B-B剖面示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－绝缘基底，2－正电极，3－负电极，4－微型加热器连接端，5－微型加热器，6－反应区，7－绝缘介质层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1～图6所示，一种微型含能开关，它包括绝缘基底1、正电极2、负电极3、微型加热器5和绝缘介质层7，所述正电极2和负电极3设置所述绝缘基底1上，所述微型加热器5设置所述正电极2与负电极3之间的绝缘基底1上，所述正电极2和负电极3之间的微型加热器5上方形成一个反应区6，所述反应区6内设置含能材料，所述绝缘介质层7将所述微型加热器5和含能材料全部覆盖、以及将所述正电极2部分区域和所述负电极3部分区域覆盖，所述微型加热器5还与贯穿所述绝缘介质层7的微型加热器连接端4连接。
所述含能材料可以是一种或几种选自铝/镍、铝/聚四氟乙烯、硼/钛或叠氮化铜的材料，也可以是其它含能材料。
所述正电极2或负电极3可以为梯形、圆形或者其它任意形状，梯形底边长优选尺寸为5毫米～40毫米，半圆形直径范围为5毫米-40毫米。正电极2或负电极3的高度范围为3微米～50微米。
如图1、图2所示，正电极2和负电极3为梯形，微型加热器连接端4为方形，微型加热器5为条带状，反应区6位于微型加热器5上方，为圆形，其圆形直径可以为0.1毫米～1毫米。
如图3、图4所示，正电极2或负电极3可分别由多层反应膜构成，反应区6的形状为方形，方形边长范围可以为0.1毫米～1毫米；反应区6为多层反应含能膜构成，如铝/镍、硼/钛等。
如图5、图6所示，正电极2、负电极3为梯形，微型加热器连接端4为方形，微型加热器5为条带状，材料为镍、钛、铜、铝、钨、铂金等，反应区6位于微型加热器5上方，形状为圆柱形，材料为叠氮化铜。绝缘介质层7覆盖部分开关电极和全部微型加热器5以及反应区6。
所述正电极2和负电极3之间的距离为100微米～300微米。
所述绝缘基底1是一种或几种选自高分子绝缘材料、陶瓷、石英、玻璃或者硅的绝缘材料。
所述正电极2、负电极3或微型加热器5采用的是一种选自铜、铝、钨、铂金的单一材料，或采用合金材料。
所述正电极2或负电极3的高度范围为5微米～100微米。
所述微型加热器5距正电极2和负电极3的距离均为5微米～40微米。
所述绝缘介质层7是一种选自聚对二甲苯、环氧树脂或者聚酰亚胺的绝缘材料，使开关受外界环境影响较小；所述绝缘介质层7的厚度为50微米～500微米。
所述微型加热器5高度范围为1微米～3微米，带状微型加热器宽度为20微米～50微米。
微型加热器连接端4分为正极和负极连接端，可为方形、圆形或者其它任意形状，正方形边长范围为2毫米～10毫米。所述的微型加热器正极、负极连接端高度范围为3微米～50微米。
如图3、图4所示，正电极2、负电极3、微型加热器连接端4以及微型加 热器5通过磁控溅射技术形成于绝缘基底1上。本实施例中的正电极2、负电极3、反应区6均可采用多层膜结构。所形成的开关具体尺寸为：微型加热器5线宽100微米，微型加热器5距离正电极2、负电极3宽度为500微米。
如图3、图4所示，电极2、负电极3为梯形，梯形底边长为20毫米。绝缘基底1上微型加热器连接端4正方形，边长为3毫米。
正电极2、负电极3、微型加热器连接端4以及微型加热器5通过磁控溅射技术形成于绝缘基底1上之后，用厚度为100微米的聚对二甲苯覆盖部分正电极2、负电极3、以及全部微型加热器4和反应区6。
在开关两端可采用容值为0.1微法的脉冲电容供电，电容两端电压可为1500伏，采用低电感放电回路，回路中峰值电流可达1500安，第一电流峰值时间可为100纳秒。
如图5、图6所示，采用与以上实施例相同的制备方法与结构。不同的是，本实施例中开关电极采用的是单层金膜结构、电极之间的微反应区采用叠氮化铜。在开关电极、加热器、反应区形成之后，采用聚酰亚胺覆盖部分开关电极和全部加热器、反应区，聚酰亚胺膜层的厚度为400微米。在本实施例中，采用的电容容值为0.2微法，电容两端电压为1000V。在给定的放电回路中，放电回路中峰值电流可达1300A，第一电流峰值时间为150纳秒。
综上所述，本发明的微型含能开关，利用含能膜或者含能药剂发生反应产生的热能和机械能触发开关作用。另外，采用微机电加工技术，开关正负电极尺寸可以精确控制，容易和其它薄膜器件进行集成加工，降低开关的成本，减少装配工序。开关主电极之间的间隙采用固体介质材料，开关性能稳定，不易受到外界因素影响，能在高温、低温、高湿环境下可靠工作。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。