MEMS含能芯片的一体化集成方法(2)
微机电系统(Micro-Electro-Mechenical System，MEMS)是20世纪末兴起、21世纪初得到迅速发展的高科技技术；它将集成电路微机械加工等技术结合，是微电子、材料、机械、化学、传感器、自动控制等多学科交叉的产物[1]。
相对于传统的火工品器件，MEMS器件厚度和体积都很小，零部件集成在一个基片上，处于同一平面内， 平面结构MEMS微结构的火工系统点火序列中，能量传递和传统的点火系统存在很大的差异。因此，开展MEMS微结构的制备研究，对微结构系统的研究和发展具有指导性的作用。MEMS微结构芯片制备和系统的性能评估，不仅推动MEMS技术发生质的飞跃，而且对弹药智能化及其发展起到巨大的推动作用，其意义重大，影响深远。
MEMS微结构的含能器件有希望作为新型微结构推进系统的动力源，在微型航天器的姿态校正和控制、轨道位置保持、补偿引力损失和轨道的调整等方面有着不可比拟的优势。
MEMS器件的制备也离不开封装技术，其中倒装芯片技术（FCT）、上下球栅阵列（TB-BGA）和多芯片模块（MCMs）[2]等封装技术的使用，能够较好地实现MEMS的封装。MEMS技术是在IC技术的基础上提出来的。其中裸片的切割、粘连、摩擦和磨损问题、封装工艺等都是MEMS工艺的关键技术，采用硅-硅热熔键合、金-硅键合工艺和硅-玻璃静电键合等键合技术，贴片时采用钎焊和胶接工艺[3]。
由于MEMS器件非常复杂，所以每一个新器件的开发都面临着新的问题需要解决[3]，两种器件的制造和封装工艺不能简单的移植，需要对新器件制备的要求及工艺标准进行新的探索。
随着弹药系统的发展，微结构含能芯片代替传统的火工品组成序列，可实现弹药的小型化多功能，并提高其安全性和可靠性。微结构系统还可用于弹道修正。因此，开展MEMS含能器件的研究具有重要意义。
1.2 国内外研究进展
美国军方从上个世纪末便开始了MEMS微结构引信安保结构的设计研发。Hodge[4]、Combes[5] 等研究人员取得了MEMS的小型引信安全装置的专利，它的隔爆装置设计成可移动状态的机械阻片，当阻片移动除去后便解除了安全保险，处于待激发状态，当阻片移至原来位置时便恢复隔爆。
使用数字化的微推冲系统阵列芯片实现卫星的姿态进行校正，这种阵列芯片由美国DARPA在上个世纪九十年代开始立项并着手研发的含能芯片，目前已经开始装备，实现了微型卫星的姿态校正。此外，Honeywell公司、空军研究实验室、普林斯顿大学、麻省理工大学等高校，以及法国LAAS实验室、英国、德国等欧洲国家，日本、韩国等亚洲国家也都开展了基于MEMS的微结构推冲器技术的研究[6-8]。
Lewis Jr. D H等[9]设计了一种三明治类型的微推进系统，底部是在硅低片上，通过集成技术制作多晶硅的点火电路，中间层为玻璃层，作为燃烧室层，最顶层则是的喷口层。图1.1为这种三明治结构示意图。
图1.1 三明治式微推进结构图
南京理工大学[10-12]、清华大学[13] 、中国工程物理研究院903所[14]等单位开展了基于MEMS的微结构推冲器阵列技术以实现微型卫星等航天器的姿态校正和控制、轨道位置保持、补偿引力损失和轨道的调整，成功的研制了一系列的产品。南京理工大学[15,16]、陕西应用物理化学研究所[17]等单位在新型含能材料方面做了相应的研究，其中南京理工大学还探索了基于喷墨打印技术的含能材料快速成型方法和含能器件的原位装药技术，同时研究了含能芯片阵列的换能结构、换能机理[18,19]，并取得了理想的成果，使得微型含能元件的研发有了部分理论基础作为支撑，并且能够提供技术支持。