[發明專利]密封并聯平面觸發火花隙開關及其制造方法

有效

• 申請號: 202110394775.1
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113224645B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 朱朋;初青蕓;楊智;汪柯;沈瑞琪;葉迎華
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01T2/02
• 分類號: H01T2/02;H01T2/00;H01T1/00;H01T21/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發明公開一種基于PCB工藝的密封并聯平面觸發火花隙開關及其制造方法。包括底層基片，中間層基片，頂層基片，PP片和焊盤；底層基片上表面和頂層基片的下表面上均設有三電極線路，中間層基片設有上下貫通的矩形腔室，PP片上設有與矩形腔室相對應的矩形缺口；中間層基片設置在底層基片和頂層基片之間，基片之間通過PP片壓合；壓合后中間層基片的矩形腔室，底層基片的上表面和頂層基片的下表面形成密封腔室；頂層基片上設有焊盤，壓合之后的底層基片，中間層基片和頂層基片上設有貫穿的過孔。本發明并聯PCB?PTS導通氣體氛圍固定，使得開關在惡劣環境下具有和常規環境相似的性能，并聯的設計提升了開關的作用可靠性，拓寬觸發火花隙開關的應用范圍。

技術領域

本發明屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種基于PCB工藝的密封并聯平面觸發火花隙開關及其制造方法。

背景技術

脈沖功率技術指的是在極短時間內將率先緩慢儲存起來的電能釋放給負載的技術，廣泛應用于國防和民用領域。高壓開關通過控制能量的釋放過程，直接決定著回路中脈沖電流上升時間、電流峰值，進而影響輸出峰值功率，因而在脈沖功率系統中起著關鍵作用。高壓開關種類繁多，主要包括半導體開關、平面介質高壓開關、觸發真空開關和觸發火花隙開關。

觸發火花隙開關一般設計成三電極線路結構，即陰、陽主電極，和位于兩者之間的觸發電極，通過電弧放電的形式實現開關導通。由于具有結構簡單和電氣性能穩定等優點，成為當前最為常用的高壓開關之一。之前的研究者主要開展了電極結構、電極材料和氣體氛圍對于電極燒蝕、使用壽命、自擊穿電壓和觸發工作特性的影響規律研究。但是，這些開關裝置復雜導致造價高昂，同時體積大，不利于提高脈沖功率系統的集成度。為了降低制作成本以及縮小體積，研究人員基于微機電系統工藝和低溫共燒陶瓷工藝分別研制了平面觸發火花隙開關(Planar Triggered Spark-gap Switch,PTS)。但是，由于工藝條件的限制，兩種類型的PTS都只是采用單個三電極的結構，沒有引入冗余設計，極有可能降低系統的可靠度。

PCB工藝是一種能夠以低成本批量制造電子線路的成熟技術，既是電子元器件，又是電氣連接的提供者，支持組件和功能的模塊化集成。PCB工藝尤其適用于多層板的制作，因此已經有不少研究利用該工藝研制了各種機電相結合的芯片裝置(Lab-on-PCB Chips)，加大了設計靈活性，縮小了裝置體積，提高了自動化水平。近年來，隨著超細微孔和盲埋孔等鉆孔加工及其關鍵技術的突破，使得PCB工藝加工精度大幅提升，同時成本極大降低。

采用PCB批量制造密封并聯平面觸發火花隙開關，制造效率高，所獲得產品的一致性好、體積小、成本低。同時，并聯PCB-PTS導通氣體氛圍固定，使得開關在惡劣環境下具有和常規環境相似的性能，并聯的設計形式增添了冗余結構，提升了開關的作用可靠性，有利于拓寬觸發火花隙開關在脈沖功率系統中的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于PCB工藝的密封并聯平面觸發火花隙開關及其制造方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于PCB工藝的密封并聯平面觸發火花隙開關，包括底層基片，中間層基片，頂層基片，PP片和焊盤；

所述底層基片上表面和頂層基片的下表面上均設有三電極線路，所述中間層基片上設有上下貫通的矩形腔室，PP片上設有與矩形腔室相對應的矩形缺口；

所述中間層基片設置在底層基片和頂層基片之間，用于將兩個三電極線路隔離，底層基片和中間層基片，以及中間層基片和頂層基片之間通過設置PP片實現壓合；壓合之后，中間層基片的矩形腔室，底層基片的上表面和頂層基片的下表面形成密封腔室，使得兩個三電極線路處于密封腔室內；所述頂層基片上設有焊盤，壓合之后的底層基片，中間層基片和頂層基片上設有貫穿的過孔，用于實現三電極線路的并聯，以及電氣導通。

進一步的，底層基片上表面和頂層基片的下表面上均設有三電極線路，通過中間層基片的電氣隔離以及過孔的電氣導通，形成三電極線路的并聯。