[發明專利]電阻置頂型微推進器及其制備方法

有效

• 申請號: 201310219043.4
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103511125A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 謝建兵;郝永存;李小平;申強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K9/95
• 分類號: F02K9/95
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

技術領域

本發明涉及了一種電阻置頂型微推進器及其制備方法，屬于微推進技術和微機電系統(MEMS)領域。?

背景技術

隨著微機電系統（MEMS）的發展，現代衛星發展日趨小型化、微型化，并且出現了微衛星、納衛星和皮衛星。微推進器是滿足上述微小型航天器推進要求的動力系統，用于微小衛星等微小型航天器的位置保持、姿態控制、軌道調整和機動、引力補償等。?

目前基于MEMS技術的微推進器有多種結構類型，其中具有噴嘴-燃燒室-密封層的類似三明治結構的微推進器是研究的一個熱點。這種推進器又分為電阻置底型和電阻置頂型，電阻置底型微推進器是指將點火電阻置于燃燒室底部，電阻置頂型微推進器是指將點火電阻置于燃燒室頂部。相對于電阻置底型微推進器，電阻置頂型微推進器能改善燃燒方式，利于燃料能量利用。南京理工大學余協正在其碩士論文“MEMS固體化學微推進陣列的設計、制作及其性能研究”中提出一種將點火電阻置頂型微推進器的結構設計，參閱圖3，該微推進器包括上層結構體1、中間結構體2和下層結構體3；所述上層結構體1中心位置厚度方向存在具有擴張結構的噴嘴4，該噴嘴底部存在噴嘴薄膜13，噴嘴薄膜13上有點火電阻7，點火電阻7與上轉接電極6相連；中間結構層2內部有燃燒室10，上表面有下轉接電極9、導線11和打線點12；下層結構體3用于封閉燃燒室10；該推進器上層結構體1材料為PCB板，中間結構體2材料為硅，二者通過銀漿粘接。這種推進器的噴嘴為擴張形狀，氣流速度很難達到聲速，無法充分利用燃料能量，造成能量損失，同時在加工過程中承載點火電阻薄膜的厚度是由濕法刻蝕時間、?攪拌速度等決定的，導致噴嘴薄膜厚度難控制，既可能造成噴嘴薄膜過薄甚至消失，使點火電阻易在填藥、組裝等時被破壞，又可能造成噴嘴薄膜過厚，器件不工作甚至炸裂，存在器件性能不穩定的缺點，同時由于上層結構體1材料為PCB板與MEMS工藝不兼容，且與中間結構體2手工涂抹銀漿粘接，器件粘接一致性較差。?

發明內容

為克服現有電阻置頂型微推進器技術中由于噴嘴導致燃料能量利用率低、噴嘴薄膜厚度難控制導致器件性能不穩定以及與MEMS工藝不兼容的缺點，本發明提出一種在類laval結構噴嘴周圍布置點火電阻的微型推進器。?

本發明提出的電阻置頂型微推進器，依次包括上層結構體1、中間結構體2和下層結構體3；其特征在于：所述上層結構體1、中間結構體2均為硅材料；所述上層結構體1中心位置厚度方向上有中間收縮兩端擴張的類laval結構的噴嘴4，所述上層結構體1下表面繞噴嘴周圍分布點火電阻7，點火電阻7兩端與兩個上轉接電極6相連，兩個轉接電極6外邊緣各分布一個打線槽5；中間結構層2內部有填充藥品17的燃燒室10，燃燒室10兩端有配合槽8，配合槽8用于上轉接電極6與其內部的下轉接電極9歐姆接觸形成聯通電路；下轉接電極9一部分與上轉接電極6歐姆接觸，另外部分通過打線槽5露出，用于打線；下層結構體3用于封閉燃燒室10。通常，點火電阻7設計成多組環形電阻絲組成。?

工作時，通過下轉接電極9和上轉接電極6使電流通過點火電阻7，點火電阻7溫度升高，達到燃燒室10內填充藥品17的點燃溫度，燃料點燃，燃燒室10內壓強增大，氣體通過噴嘴4噴出，產生推進效果。?

所述電阻置頂型微推進器的制備方法，包括如下步驟：?

第一步，參閱圖1(a)，對單晶硅片清洗、上表面濺射金屬鉻并圖形化，形成點火?電阻7，得到上層結構體1；?

第二步，參閱圖1(b)，對上層結構體1上表面濺射金屬金并圖形化，得到上轉接電極6；?

第三步，參閱圖1(c)，對上層結構體1兩面沉積氮化硅并圖形化，得到中間有方形開口的氮化硅掩膜14；?

第四步，參閱圖1(d)，對上層結構體1上表面濺射金屬鋁并圖形化，得到兩端有長方形開口的金屬鋁掩膜15；?

第五步，參閱圖1(e)，以氮化硅掩膜14作為掩模對上層結構體1進行ICP刻蝕，直至刻透，并去除金屬鋁掩膜15；?

第六步，參閱圖1(f)，對上層結構體1濕法刻蝕單晶硅，形成類laval結構噴嘴4；?

第七步，參閱圖1(g)，去除上層結構體1上的氮化硅掩膜14完成上層結構體1加工。?

第八步，參閱圖1(h)，對單晶硅片制作光刻膠掩膜并ICP刻蝕，形成配合槽8，得到中間結構體2；?

第九步，參閱圖1(i)，對中間結構體2上表面配合槽8位置處濺射金屬金并圖形化，形成下轉接電極9；?

第十步，參閱圖1(j)，對中間結構體2上表面濺射金屬鋁并圖形化，得到中間開有方形窗口的燃燒室掩膜16；?