基於柔性製造工藝的高壓平面開關結構的製作方法

2023-08-07 00:19:56

本實用新型涉及火工品技術和脈衝功率技術領域，尤其涉及一種基於柔性製造工藝的高壓平面開關結構。

背景技術：

在火工品技術與脈衝功率技術領域，平面開關區別於傳統的立體式氣體火花隙開關和真空開關，具有小型化和微型化特點，可降低系統體積，便於開關和其他器件的集成。2006年，王桂吉等發表題為「平面火花隙三電極開關研製及性能測試」的論文，提出在聚甲基丙烯酸甲酯襯底上加工正負電極和電加熱器，其中正負電極材料為不鏽鋼和黃銅兩種，電加熱器為銅鎢合金，但是這種開關體積較大，不便於和其它器件集成使用，而且接入電路產生電感較大，會對放電電流的峰值產生較大的削弱作用。通常為了保證開關的載流能力，所設計的開關在需要一定氣體氛圍下工作，工作電壓範圍限制較為明顯，而且容易受強烈震動和強電磁輻射環境影響，實際使用場合受到限制。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足之處，本實用新型的目的在於提供一種基於柔性製造工藝的高壓平面開關結構，採用柔性印製電路板工藝，通過正電極板、負電極板和信號輸入極板三層結構壓合而成，更加小型化和微型化，降低了高壓平面開關結構的體積，更加容易與其他器件之間實現集成。

本實用新型的目的通過下述技術方案實現：

一種基於柔性製造工藝的高壓平面開關結構，包括正電極板、負電極板和信號輸入極板，所述正電極板包括正極板絕緣襯底和設置於正極板絕緣襯底上的正電極，所述負電極板包括負極板絕緣襯底和設置於負極板絕緣襯底上的負電極，所述信號輸入極板包括爆炸箔絕緣襯底和設置於爆炸箔絕緣襯底上的爆炸箔正電極、爆炸箔負電極，所述爆炸箔正電極、爆炸箔負電極對應設置；所述負電極板、信號輸入極板、正電極板對應上下層壓構成高壓平面開關結構，所述正電極板的正電極與負電極板的負電極在空間位置上存在交叉部分，並且正電極板與負電極板之間通過絕緣襯底隔開，所述爆炸箔正電極與爆炸箔負電極之間的連線經過該交叉部分。

為了更好地實現本實用新型，所述爆炸箔正電極與爆炸箔負電極通過導電材料電連接，該導電材料在空間位置上經過該交叉部分。

進一步的技術方案是：所述負電極板對應爆炸箔正電極開有缺口，所述負電極板對應爆炸箔負電極開有缺口。

本實用新型優選的技術方案是：所述正電極整體呈長方形；所述負電極板為與正電極板相對應的長方形狀，所述負電極整體呈長方形；所述信號輸入極板為與正電極板相對應的長方形狀；所述負電極板、信號輸入極板、正電極板採用層壓鍵合方式依次上下壓合構成高壓平面開關結構，高壓平面開關結構的交叉部分呈長方形或正方形。

作為優選，所述正極板絕緣襯底、負極板絕緣襯底、爆炸箔絕緣襯底均由聚醯亞胺材料製造而成，所述正電極、負電極、爆炸箔正電極、爆炸箔負電極均為銅箔材料製造出的覆銅膜。

一種高壓平面開關結構的製備方法，其製備方法如下：

A、製備正電極板：採用聚醯亞胺材料製造出正極板絕緣襯底，並在正極板絕緣襯底上表面覆蓋一層銅箔形成覆銅膜，然後對該覆銅膜進行曝光、顯影、蝕刻工藝處理得到正電極；此時就可以將正電極製造到正極板絕緣襯底上表面上並最終得到正電極板。

B、製備負電極板：採用聚醯亞胺材料製造出負極板絕緣襯底，並在負極板絕緣襯底上表面覆蓋一層銅箔形成覆銅膜，然後對該覆銅膜進行曝光、顯影、蝕刻工藝處理得到負電極；此時就可以將負電極製造到負極板絕緣襯底上表面上並最終得到負電極板。

C、製備信號輸入極板：採用聚醯亞胺材料製造出爆炸箔絕緣襯底，並在爆炸箔絕緣襯底上表面覆蓋兩處銅箔形成兩處覆銅膜，然後對兩處覆銅膜分別進行曝光、顯影、蝕刻工藝處理得到爆炸箔正電極和爆炸箔負電極；此時就可以將爆炸箔正電極和爆炸箔負電極製造到爆炸箔絕緣襯底上表面上並最終得到信號輸入極板。

D、採用層壓鍵合工藝將負電極板、信號輸入極板、正電極板依次上下壓合在一起，並最終得到高壓平面開關結構；此時，正電極板的正電極與負電極板的負電極在空間位置上存在交叉部分，並且正電極板與負電極板之間通過絕緣襯底隔開，所述爆炸箔正電極與爆炸箔負電極之間的連線經過該交叉部分。

本實用新型較現有技術相比，具有以下優點及有益效果：

(1)本實用新型採用通用的柔性印製製造工藝，在保證產品質量一致性的前提下，便於大批量製造和降低成本；在製造的過程中，正電極板、負電極板和信號輸入極板可以分別製造，然後通過層壓鍵合方式緊密結合在一起，形成封閉的作用環境，開關的電極始終處於一種穩定的狀態，不容易受到潮溼等環境的影響。而且，正電極板、負電極板和信號輸入極板的厚度可以針對不同的應用場合進行控制，使其應用範圍較廣。更重要的是，本實用新型採用電爆炸產生等離子體的方式將正負電極之間的絕緣介質擊穿，電爆炸產生等離子體在100納秒時間內即可完成，因此其響應時間明顯更快。

(2)本實用新型通過正電極板、負電極板和信號輸入極板三層結構壓合而成，更加小型化和微型化，降低了高壓平面開關結構的體積，更加容易與其他器件之間實現集成；由於採用電爆炸產生等離子體的方式將正負電極之間的絕緣介質擊穿，開關響應時間更快。

附圖說明

圖1為本實用新型正電極板的結構示意圖；

圖2為本實用新型負電極板的結構示意圖；

圖3為本實用新型信號輸入極板的結構示意圖；

圖4為高壓平面開關結構的裝配示意圖。

其中，附圖中的附圖標記所對應的名稱為：

1－正電極板,11－正極板絕緣襯底,12－正電極,2－負電極板,21－負極板絕緣襯底,22－負電極,23－缺口,3－信號輸入極板，31－爆炸箔絕緣襯底,32－爆炸箔正電極,33－爆炸箔負電極。

具體實施方式

下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明：

實施例

如圖1～圖4所示，一種基於柔性製造工藝的高壓平面開關結構，包括正電極板1、負電極板2和信號輸入極板3，正電極板1包括正極板絕緣襯底11和設置於正極板絕緣襯底11上的正電極12，正電極12厚度為若干微米；正電極板1整體呈長方形，正電極12整體呈長方形。負電極板2包括負極板絕緣襯底21和設置於負極板絕緣襯底21上的負電極22，負電極22厚度為若干微米；負電極板2為與正電極板1相對應的長方形狀，負電極22整體呈長方形。信號輸入極板3包括爆炸箔絕緣襯底31和設置於爆炸箔絕緣襯底31上的爆炸箔正電極32、爆炸箔負電極33，爆炸箔正電極32、爆炸箔負電極33對應設置；爆炸箔正電極32、爆炸箔負電極33厚度為若干微米。負電極板2、信號輸入極板3、正電極板1對應上下層壓構成高壓平面開關結構，正電極板1的正電極12與負電極板2的負電極22在空間位置上存在交叉部分4，如圖4所示，最上層的負電極板2的負電極22與最下層的正電極板1的正電極12在垂直投影方向上存在的交叉部分為交叉部分4。並且正電極板1與負電極板2之間通過絕緣襯底隔開，如圖4所示，負電極板2、信號輸入極板3、正電極板1依次壓合後，負電極板2的負電極22與正電極板1的正電極12之間就被負極板絕緣襯底21、爆炸箔絕緣襯底31的絕緣襯底隔開；當爆炸箔正電極32、爆炸箔負電極33通電瞬間產生高溫高壓等離子體後，等離子體將絕緣材料(負極板絕緣襯底21、爆炸箔絕緣襯底31)破壞，而且等離子體本身導電性能良好，可以使得正電極12與負電極22導通，起到開關的作用。爆炸箔正電極32與爆炸箔負電極33之間的連線經過該交叉部分4。信號輸入極板3為與正電極板1相對應的長方形狀，負電極板2、信號輸入極板3、正電極板1採用層壓鍵合方式依次上下壓合構成高壓平面開關結構，高壓平面開關結構的交叉部分4呈長方形或正方形。

本實用新型高壓平面開關結構的負電極板2、信號輸入極板3、正電極板1的三層層壓結構還可以選擇如下層壓疊合順序：

第一、從上至下依次為正電極板1、信號輸入極板3、負電極板2；

第二、從上至下依次為負電極板2、正電極板1、信號輸入極板3；

第三、從上至下依次為正電極板1、負電極板2、信號輸入極板3；

第四、從上至下依次為信號輸入極板3、正電極板1、負電極板2；

第五、從上至下依次為信號輸入極板3、負電極板2、正電極板1。

上述五種層壓疊合順序與本實施所選擇的層壓疊合順序在使用時的工作原理相同。

如圖4所示，從圖中可以看出，正電極板1和負電極板2相互疊放壓合後，正電極12與負電極22在空間位置上存在交叉部分4，但正電極12與負電極22中間被絕緣材料隔開，因此正電極12與負電極22處於斷路狀態，當信號輸入極板3的爆炸箔正電極32與爆炸箔負電極33通電瞬間產生高溫高壓等離子體後，等離子體將絕緣材料破壞，而且等離子體本身導電性能良好，可以使得正電極12與負電極22導通，起到開關的作用。

如圖3所示，爆炸箔正電極32與爆炸箔負電極33通過導電材料電連接，該導電材料在空間位置上經過該交叉部分4。

如圖2所示，負電極板2對應爆炸箔正電極32開有缺口23，負電極板2對應爆炸箔負電極33開有缺口23。當負電極板2和信號輸入極板3疊合在一起時，缺口23處恰好可以露出爆炸箔正電極32和爆炸箔負電極33，便於與外部電路連接。

正極板絕緣襯底11、負極板絕緣襯底21、爆炸箔絕緣襯底31均由聚醯亞胺材料製造而成，正電極12、負電極22、爆炸箔正電極32、爆炸箔負電極33均為銅箔材料製造出的覆銅膜。

一種高壓平面開關結構的製備方法，其製備方法如下：

A、製備正電極板：採用聚醯亞胺材料製造出正極板絕緣襯底11，並在正極板絕緣襯底11上表面覆蓋一層銅箔形成覆銅膜，然後對該覆銅膜進行曝光、顯影、蝕刻等工藝處理得到正電極12；此時就可以將正電極12製造到正極板絕緣襯底11上表面上並最終得到正電極板1。

B、製備負電極板：採用聚醯亞胺材料製造出負極板絕緣襯底21，並在負極板絕緣襯底21上表面覆蓋一層銅箔形成覆銅膜，然後對該覆銅膜進行曝光、顯影、蝕刻等工藝處理得到負電極22；在負極板絕緣襯底21上分別對應爆炸箔正電極32、爆炸箔負電極33開有兩個缺口23；此時就可以將負電極22製造到負極板絕緣襯底21上表面上並最終得到負電極板2。

C、製備信號輸入極板：採用聚醯亞胺材料製造出爆炸箔絕緣襯底31，並在爆炸箔絕緣襯底31上表面覆蓋兩處銅箔形成兩處覆銅膜，然後對兩處覆銅膜分別進行曝光、顯影、蝕刻等工藝處理得到爆炸箔正電極32和爆炸箔負電極33；此時就可以將爆炸箔正電極32和爆炸箔負電極33製造到爆炸箔絕緣襯底31上表面上並最終得到信號輸入極板3。

D、採用層壓鍵合工藝將負電極板2、信號輸入極板3、正電極板1依次上下壓合在一起，並最終得到高壓平面開關結構；此時，正電極板1的正電極12與負電極板2的負電極22在空間位置上存在交叉部分4，並且正電極板1與負電極板2之間通過絕緣襯底隔開，爆炸箔正電極32與爆炸箔負電極33之間的連線經過該交叉部分4。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。