一种基于磁控溅射装药的微推进器装药方法技术

本发明专利技术属于微推进器领域，具体涉及一种基于磁控溅射装药的微推进器装药方法。所述微推进器包含药室层，药室层上设有多个圆孔燃烧室，采用磁控溅射的方法对圆孔燃烧室进行装药。利用磁控溅射技术在微推进器药室内原位装入Al/CuO或Al/MoO3药剂，实现大规模制备微推进器。本发明专利技术制备的微推进器相比传统压药式微推进器，其装药更加均匀，同时利用磁控溅射技术可实现大规模微推进器装药。

A charge method of micro thruster based on magnetron sputtering charge

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁控溅射装药的微推进器装药方法
本专利技术属于微推进器领域，具体涉及一种基于磁控溅射装药的微推进器装药方法。
技术介绍
微纳卫星的姿态控制、变轨和重力补偿等飞行机动任务需要微推进器提供精确的冲量和推力来完成。因此对微推进器的尺寸，推力和精度等提出了更高的要求。与其他微推进器相比，固体化学微推进器具有结构简单、响应迅速，小型化，集成化等优点。其缺点在于工作的一次性，因此需引入阵列集成的概念，在中国专利201510151601.7中公布了一种6×6半导体桥阵列芯片的设计方法。目前固体化学微推进器主要由微燃烧室、点火电路和喷口三部分组成，药剂在微推进器阵列键合完成后压入药室。由于微推进器药室直径普遍小于1mm，传统压药方法实施较为困难，得到的微推进器装药存在装药量不均一，装药密度不均匀和药剂混合不均匀等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于磁控溅射装药的微推进器装药方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于磁控溅射装药的微推进器装药方法，所述微推进器包含药室层，药室层上设有多个圆孔燃烧室，采用磁控溅射的方法对圆孔燃烧室进行装药。进一步的，采用磁控溅射的方法对圆孔燃烧室进行装药的具体步骤如下：步骤(1)：在磁控溅射镀膜机真空室内放入靶材；步骤(2)：在样品台上放置待装药的微推进器，盖上掩膜，露出需要溅射装药的燃烧室圆孔；步骤(3)：真空室抽取真空至9E-4Pa时通入氩气，使其真空度达0.45Pa时，开始进行装药；步骤(4)：进行第一层主装药剂层的装药；步骤(5)：溅射沉积聚四氟乙烯层，完成第二层装药。进一步的，所述步骤(2)中的样品台上同时放置多个微推进器。进一步的，所述圆孔燃烧室内装药厚度为燃烧室深度的3/5，所述聚四氟乙烯层的厚度为第一层主装药药剂层的1/5。进一步的，所述燃烧室的深度为40-60μm。进一步的，所述步骤(4)进行第一层主装药剂层的装药具体为：交替沉积金属、金属氧化物，形成复合药剂层，通过旋转靶材位置，按照调制周期实现金属和金属氧化物交替沉积入燃烧室圆孔。进一步的，所述第一层主装药剂为Al/CuO药剂或Al/MoO3药剂，所述Al/CuO药剂的调制周期为20-30nm/40-60nm，所述Al/MoO3药剂的调制周期为16-24nm/24-36nm。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术采用磁控溅射技术通过Ar正离子轰击靶材，使靶材元素直接沉积到基底上，可以实现燃烧室原位集成装药；通过控制溅射时间和控制调制周期，实现对推进剂装药的精确控制，实现微推进器的均匀装药。(2)本专利技术微推进器主装药剂为金属/金属氧化物药剂，在主装药剂上继续沉积一层封装药可防止主装药的氧化，同时聚四氟乙烯反应温度较低，可作为气体发生药剂，提高药剂产气量，提升推力水平。(3)微推进器尺寸较小，本专利技术微推进器大小为10mm×10mm矩阵，磁控溅射镀膜机样品台远大于微推进器尺寸，因此可采用多块微推进器主体同时溅射装药；本专利技术装药即同时进行9块微推进器主体同时装药，实现微推进器的大规模装药。附图说明图1为本专利技术微推进器的结构示意图。图2为本专利技术微推进器电路层示意图。图3为本专利技术微推进器装药示意图。图4为本专利技术微推进器制备工艺流程示意图。图5为本专利技术微推进器磁控溅射大规模装药示意图。图6为本专利技术使用的点火桥的示意图，其中图(a)为蝶形桥，图(b)为蛇形桥。附图标记说明：1-硅片基底，2-药室层，3-圆孔燃烧室，4-焊盘，5-子引线，6-母引线，7-母线焊盘，8-定位焊盘，9-点火桥，10-主装药，11-聚四氟乙烯装药，12-二氧化硅层，13-靶材，14-样品台，15-微推进器样品。具体实施方式如图1-6，一种原位集成装药的微推进器，微推进器主体由硅片基底、点火电路层和药室层组成。在硅片基底1上表面沉积有2μm二氧化硅绝缘层12，之后在二氧化硅绝缘层表面制备得点火电路层。硅药室层2刻蚀有5×5圆孔燃烧室3，将硅药室层与硅片基底的点火电路层一面进行热键和，得到微推进器主体，即如附图1。对制备得微推进器主体进行磁控溅射装药，药室装药第一层为25μm厚主装药剂10，之后沉积5μm聚四氟乙烯装药11，对主燃烧药进行封装防护的同时可作为气体发生药剂，提升微推进器推力。药室深度为50μm，即装药深度为30μm，剩余20μm作为燃烧喷口层，如附图3。所述硅片基底尺寸规格为10mm×10mm×50μm。所述点火电路层由金焊盘4，金子引线5，金母引线6，金母线焊盘7，定位焊盘8，点火桥9构成。金子引线线宽25μm，金母线线宽50μm，线厚2um。点火桥为5×5阵列点火桥，焊盘为0.6mm×0.6mm方块焊盘，定位焊盘为Ф0.6mm圆片焊盘，如附图2。所述硅药室层尺寸规格为6mm×6mm×50μm，其上已刻蚀有5×5阵列圆孔燃烧室，圆孔燃烧室规格为Ф600μm。所述磁控溅射装药具体方法为：在磁控溅射镀膜机真空室内放入需要的靶材13。在样品台上同时放置9块需要装药的微推进器主体，盖上定制掩模，只露出需要溅射装药的燃烧室圆孔。真空室抽取真空至9E-4Pa时通入氩气，使其真空度达0.45Pa时，即可开始进行装药。进行第一层主装药剂装药，其为交替沉积的金属/金属氧化物复合药剂，通过旋转靶材位置，按照调制周期可实现金属和金属氧化物交替沉积入燃烧室圆孔，为推进剂主要燃烧发生药剂，溅射厚度为25μm，如附图5。打开真空室，换入聚四氟乙烯靶材，之后进行步骤3，溅射沉积5μm聚四氟乙烯装药，完成第二层装药。所述装药药剂为：第一层主装药剂为Al/CuO(调制周期为25nm/50nm)药剂或Al/MoO3(调制周期为20nm/30nm)药剂，溅射厚度为25μm。第二层装药为四氟乙烯装药，溅射厚度为5μm。所述点火电路层的点火桥形状为：蝶形半导体点火桥，桥长94.4μm，桥宽49.7μm，最窄宽度16μm，V角120°，如图6(a)。蝶形Ni80-Cr20点火桥，桥长30.5μm，桥宽100μm，桥区最窄处39μm，V角60°。蛇形Ni80-Cr20点火桥，桥长500μm，桥宽50μm，拐角数4，如图6(b)。实施例1微推进器的制备方法如下：步骤(1)在10mm×10mm×50μm的硅基底表面热生长一层2μm厚的二氧化硅薄膜，此为芯片绝缘层。步骤(2)采用化学气相沉积在二氧化硅层上沉积厚度2μm的多晶硅薄膜，对多晶硅薄膜进行热扩散重掺杂，掺杂元素为磷，形成N型重掺杂多晶硅层。步骤(3)通过深反应离子刻蚀技术，将点火桥图形转移到多晶硅薄膜上，制备得蝶形5×5半导体点火桥，桥长94.4μm，桥宽49.7μm，最窄宽度16μm，V角120°，如图6(a)。步骤(4)用磁控溅射技术在电路层上沉积2μm厚的金引线和焊盘，完成芯片电路层的制作，金子引线线宽25μm，金母线线宽50μm。步骤(5)在6mm×6mm×50μm的硅片上使用干法刻蚀出5×5的Ф600μm的圆孔，制备得药室层和燃烧室，将药室层与芯片电路层进行热键和，得到5×5微驱动器主体；步骤(6)使用磁控溅射技术，在药室内沉积25μmAl/CuO药剂(调制周期25nm/50nm)，之后继续沉积5μm聚四氟乙烯，完成装药。由于芯片为10mm×10mm方块体，在装药时可采用9片芯片同时集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁控溅射装药的微推进器装药方法，其特征在于，所述微推进器包含药室层(2)，药室层(2)上设有多个圆孔燃烧室(3)，采用磁控溅射的方法对圆孔燃烧室(3)进行装药。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁控溅射装药的微推进器装药方法，其特征在于，所述微推进器包含药室层(2)，药室层(2)上设有多个圆孔燃烧室(3)，采用磁控溅射的方法对圆孔燃烧室(3)进行装药。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用磁控溅射的方法对圆孔燃烧室(3)进行装药的具体步骤如下：步骤(1)：在磁控溅射镀膜机真空室内放入靶材(13)；步骤(2)：在样品台上放置待装药的微推进器，盖上掩膜，露出需要溅射装药的燃烧室圆孔；步骤(3)：真空室抽取真空至9E-4Pa时通入氩气，使其真空度达0.45Pa时，开始进行装药；步骤(4)：进行第一层主装药剂层的装药；步骤(5)：溅射沉积聚四氟乙烯层，完成第二层装药。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的样品台上同时放置多...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶迎华，李福伟，许建兵，沈云，王成爱，王悦听，杨腾龙，张泽华，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32