MEMS固體化學(xué)微推進(jìn)陣列的設(shè)計(jì)、制作及其性能研究.pdf

1、隨著微納衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展,能夠提供微小推力的MEMS固體化學(xué)微推進(jìn)陣列已成為各航天大國(guó)競(jìng)相追逐的研究熱點(diǎn)。本論文對(duì)MEMS固體化學(xué)微推進(jìn)陣列的設(shè)計(jì)、制備及其性能測(cè)試做了系統(tǒng)的研究,完成了6×6陣列原理樣機(jī)的制作,單元集成度為36個(gè)/cm2,并成功進(jìn)行了點(diǎn)火和微沖量的測(cè)試。論文的主要內(nèi)容如下:
　　 (1)原理樣機(jī)采用經(jīng)典的三明治結(jié)構(gòu),并將點(diǎn)火橋設(shè)計(jì)于噴口處,從而提高器件性能以及將來(lái)在此基礎(chǔ)上藥室長(zhǎng)度的可擴(kuò)展性;
　　 (2

2、)在噴口層的制備過(guò)程中,深入研究了新型的TMAH(四甲基氫氧化銨)刻蝕劑的刻蝕性能,得到了微噴口陣列的"兩步法"優(yōu)化制備工藝。經(jīng)過(guò)該工藝,體硅刻蝕深度達(dá)到485μm左右,平均刻蝕速率1.01μm/min,底面粗糙度僅為0.278μm;
　　 (3)從破膜壓力、鍵合強(qiáng)度兩個(gè)方面綜合考慮,對(duì)微推進(jìn)陣列噴口層的硅膜強(qiáng)度進(jìn)行了校核計(jì)算。并提出了一種簡(jiǎn)單有效的硅膜厚度精確控制技術(shù);
　　 (4)設(shè)計(jì)了一種帶U形口結(jié)構(gòu)的點(diǎn)火橋,使用

3、高熔點(diǎn)、高電阻率的NUCr合金并利用圖形反轉(zhuǎn)、剝離工藝完成制備,得到形狀完整、阻值穩(wěn)定的點(diǎn)火橋陣列;
　　 (5)通過(guò)CCD攝像和紅外熱像儀對(duì)點(diǎn)火橋在恒壓激勵(lì)下的發(fā)火性能進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)在10V時(shí),橋膜溫升緩慢,且不熔斷;而在30V時(shí),橋膜溫升極其迅速,僅需40ms時(shí)間即可升高至300℃以上,已高于藥劑的發(fā)火點(diǎn)而使藥劑發(fā)火,說(shuō)明該點(diǎn)火橋在30V點(diǎn)火電壓下具有瞬發(fā)性和高可靠性;
　　 (6)設(shè)計(jì)并成功制備了由多層薄膜組合的"

4、立體"式引線(xiàn),與傳統(tǒng)的單層引線(xiàn)相比,"立體"式引線(xiàn)具有布線(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)、利于邏輯控制等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì);
　　 (7)設(shè)計(jì)了一種貼片式的導(dǎo)電銀漿鍵合工藝,實(shí)現(xiàn)噴口層焊盤(pán)與藥室焊盤(pán)間的良好導(dǎo)通,且連接強(qiáng)度高,密封性良好;利用三維打印快速成型技術(shù),實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率的微孔裝藥;
　　 (8)對(duì)封裝完成后的微推進(jìn)陣列進(jìn)行單元點(diǎn)火測(cè)試和微沖量測(cè)試,采用恒壓30V激勵(lì),測(cè)得平均發(fā)火延遲時(shí)間小于50ms,且測(cè)試的36個(gè)單元全部可靠發(fā)