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MEMS引信安全发火装置关键部件设计与制作

作　者: 宫宁
导　师: 聂伟荣
学　校: 南京理工大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: MEMS 引信 微开关 安全控制 发火装置
分类号: TJ430.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


MEMS(微机电系统)是21世纪科技与产业的热点之一,它的应用已经并正在给很多产业带来巨大的变革。在军事上,应用MEMS技术可以减小规模、降低成本和能量消耗、提高安全性、可靠性和灵敏度。MEMS引信发火装置具有体积小、成本低、可靠性高等诸多优点,研究此装置对引信的小型化及弹药的智能化和灵巧化有重要意义。本文在调研MEMS引信发火装置国内外进展的基础上,借鉴法国LAAS-CNRS实验室研制成功的MEMS发火装置,探索设计和制作用于我国导弹引信的MEMS引信发火装置关键部件。本文研究的MEMS引信发火装置由三个一次性的微开关(两个常闭微开关和一个微开关)和点火器构成。在介绍常闭微开关、常开微开关和点火器工作原理的基础上,对微开关和点火器进行结构设计,着重对微开关和点火器结构中的支撑膜和加热电阻进行设计,用CoventorWare软件对设计的不同参数的加热电阻进行电热仿真,通过参数对比设置得出仿真结果,分析总结出加热电阻的设计经验。设计的发火装置总尺寸小于1平方厘米,通过MEMS微开关的逻辑组合,对点火器进行安全控制,实现对点火器的解除保险、恢复保险和绝火功能。对MEMS发火装置芯片的制作上,根据加工单位现有的工艺基础,尝试制作发火装置芯片,加工用到的主要工艺有热氧化、LPCVD和PECVD、溅射、光刻、RIE、电镀和ICP刻蚀,在对加工问题分析的基础上,得出了此发火装置的完整加工工艺并得到了一些样品。最后,对制作的芯片进行实验,测量加热电阻的电热特性。通过对加热电阻熔断时的功率时间关系进行分析,总结不同设计参数加热电阻的电热特性,完善了加热电阻的设计经验,为今后的改进设计提供重要参考。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-18
  1.1 课题背景  7-11
    1.1.1 微机电系统发展状况  7-9
    1.1.2 引信技术发展状况  9-10
    1.1.3 MEMS技术在引信中的应用  10
    1.1.4 选题背景及意义  10-11
  1.2 MEMS引信发火装置国内外现状  11-13
  1.3 LAAS-CNRS实验室的MEMS发火装置介绍  13-16
  1.4 论文主要内容  16-17
  1.5 小结  17-18
2 常闭开关和点火器设计  18-40
  2.1 常闭开关介绍  18-19
  2.2 常闭开关结构设计  19-25
    2.2.1 支撑膜  19-21
    2.2.2 加热电阻  21-24
    2.2.3 含能材料及导线  24-25
  2.3 点火器  25-26
  2.4 仿真  26-39
    2.4.1 第一种结构  28-30
    2.4.2 第二种结构  30-33
    2.4.3 第三种结构  33-35
    2.4.4 第四种结构  35-38
    2.4.5 仿真结果分析  38-39
  2.5 小结  39-40
3 常开开关设计  40-55
  3.1 常开开关介绍  40-41
  3.2 结构设计及材料选择  41-43
  3.3 仿真  43-53
    3.3.1 第一种结构  44-46
    3.3.2 第二种结构  46-48
    3.3.3 第三种结构  48-51
    3.3.4 第四种结构  51-53
    3.3.5 仿真结果分析  53
  3.4 小结  53-55
4 发火装置关键部件制作工艺  55-71
  4.1 发火装置整体结构  55-56
  4.2 MEMS制造技术  56-58
  4.3 发火装置关键部件相关加工工艺介绍  58-64
    4.3.1 热氧化  58-59
    4.3.2 LPCVD和PECVD  59-60
    4.3.3 溅射  60
    4.3.4 光刻  60-62
    4.3.5 RIE  62
    4.3.6 电镀  62-63
    4.3.7 ICP  63-64
  4.4 发火装置关键部件加工工艺  64-68
  4.5 加工中的问题  68-69
  4.6 小结  69-71
5 实验  71-84
  5.1 实验目的及设备  71-72
  5.2 实验方案及结果  72-82
    5.2.1 样片分析及电阻值测量  72-77
    5.2.2 测试常闭开关加热电阻  77-80
    5.2.3 测试常开开关加热电阻  80-82
  5.3 结果分析  82-83
  5.4 小结  83-84
总结与展望  84-86
致谢  86-87
参考文献  87-89

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中图分类: > 工业技术 > 武器工业 > 弹药、引信、火工品 > 引信 > 一般性问题 > 设计、计算、制图
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