MEMS固体化学微推进阵列的设计、制作及其性能研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YANYUGUOHOU
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随着微纳卫星技术的发展,能够提供微小推力的MEMS固体化学微推进阵列已成为各航天大国竞相追逐的研究热点。本论文对MEMS固体化学微推进阵列的设计、制备及其性能测试做了系统的研究,完成了6×6阵列原理样机的制作,单元集成度为36个/cm2,并成功进行了点火和微冲量的测试。论文的主要内容如下:(1)原理样机采用经典的三明治结构,并将点火桥设计于喷口处,从而提高器件性能以及将来在此基础上药室长度的可扩展性;(2)在喷口层的制备过程中,深入研究了新型的TMAH(四甲基氢氧化铵)刻蚀剂的刻蚀性能,得到了微喷口阵列的“两步法”优化制备工艺。经过该工艺,体硅刻蚀深度达到485μm左右,平均刻蚀速率1.01μm/min,底面粗糙度仅为0.278μm;(3)从破膜压力、键合强度两个方面综合考虑,对微推进阵列喷口层的硅膜强度进行了校核计算。并提出了一种简单有效的硅膜厚度精确控制技术;(4)设计了一种带U形口结构的点火桥,使用高熔点、高电阻率的Ni/Cr合金并利用图形反转、剥离工艺完成制备,得到形状完整、阻值稳定的点火桥阵列;(5)通过CCD摄像和红外热像仪对点火桥在恒压激励下的发火性能进行研究。发现在10V时,桥膜温升缓慢,且不熔断;而在30V时,桥膜温升极其迅速,仅需40ms时间即可升高至300℃以上,已高于药剂的发火点而使药剂发火,说明该点火桥在30V点火电压下具有瞬发性和高可靠性;(6)设计并成功制备了由多层薄膜组合的“立体”式引线,与传统的单层引线相比,“立体”式引线具有布线设计简单、扩展性强、利于逻辑控制等多项优势;(7)设计了一种贴片式的导电银浆键合工艺,实现喷口层焊盘与药室焊盘间的良好导通,且连接强度高,密封性良好;利用三维打印快速成型技术,实现了高质量、高效率的微孔装药;(8)对封装完成后的微推进阵列进行单元点火测试和微冲量测试,采用恒压30V激励,测得平均发火延迟时间小于50ms,且测试的36个单元全部可靠发火;改进了微冲量测试平台,所测的8个单元微冲量的平均值为2.55744×10-4N·s,与国外文献报道一致。
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