基于柔性制造工艺的高压平面开关结构及其制备方法与流程

本发明涉及火工品技术和脉冲功率技术领域，尤其涉及一种基于柔性制造工艺的高压平面开关结构及其制备方法。

背景技术：

在火工品技术与脉冲功率技术领域，平面开关区别于传统的立体式气体火花隙开关和真空开关，具有小型化和微型化特点，可降低系统体积，便于开关和其他器件的集成。2006年，王桂吉等发表题为“平面火花隙三电极开关研制及性能测试”的论文，提出在聚甲基丙烯酸甲酯衬底上加工正负电极和电加热器，其中正负电极材料为不锈钢和黄铜两种，电加热器为铜钨合金，但是这种开关体积较大，不便于和其它器件集成使用，而且接入电路产生电感较大，会对放电电流的峰值产生较大的削弱作用。通常为了保证开关的载流能力，所设计的开关在需要一定气体氛围下工作，工作电压范围限制较为明显，而且容易受强烈震动和强电磁辐射环境影响，实际使用场合受到限制。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于柔性制造工艺的高压平面开关结构及其制备方法，采用柔性印制电路板工艺，通过正电极板、负电极板和信号输入极板三层结构压合而成，更加小型化和微型化，降低了高压平面开关结构的体积，更加容易与其他器件之间实现集成。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于柔性制造工艺的高压平面开关结构，包括正电极板、负电极板和信号输入极板，所述正电极板包括正极板绝缘衬底和设置于正极板绝缘衬底上的正电极，所述负电极板包括负极板绝缘衬底和设置于负极板绝缘衬底上的负电极，所述信号输入极板包括爆炸箔绝缘衬底和设置于爆炸箔绝缘衬底上的爆炸箔正电极、爆炸箔负电极，所述爆炸箔正电极、爆炸箔负电极对应设置；所述负电极板、信号输入极板、正电极板对应上下层压构成高压平面开关结构，所述正电极板的正电极与负电极板的负电极在空间位置上存在交叉部分，并且正电极板与负电极板之间通过绝缘衬底隔开，所述爆炸箔正电极与爆炸箔负电极之间的连线经过该交叉部分。

为了更好地实现本发明，所述爆炸箔正电极与爆炸箔负电极通过导电材料电连接，该导电材料在空间位置上经过该交叉部分。

进一步的技术方案是：所述负电极板对应爆炸箔正电极开有缺口，所述负电极板对应爆炸箔负电极开有缺口。

本发明优选的技术方案是：所述正电极整体呈长方形；所述负电极板为与正电极板相对应的长方形状，所述负电极整体呈长方形；所述信号输入极板为与正电极板相对应的长方形状；所述负电极板、信号输入极板、正电极板采用层压键合方式依次上下压合构成高压平面开关结构，高压平面开关结构的交叉部分呈长方形或正方形。

作为优选，所述正极板绝缘衬底、负极板绝缘衬底、爆炸箔绝缘衬底均由聚酰亚胺材料制造而成，所述正电极、负电极、爆炸箔正电极、爆炸箔负电极均为铜箔材料制造出的覆铜膜。

一种高压平面开关结构的制备方法，其制备方法如下：

A、制备正电极板：采用聚酰亚胺材料制造出正极板绝缘衬底，并在正极板绝缘衬底上表面覆盖一层铜箔形成覆铜膜，然后对该覆铜膜进行曝光、显影、蚀刻工艺处理得到正电极；此时就可以将正电极制造到正极板绝缘衬底上表面上并最终得到正电极板。

B、制备负电极板：采用聚酰亚胺材料制造出负极板绝缘衬底，并在负极板绝缘衬底上表面覆盖一层铜箔形成覆铜膜，然后对该覆铜膜进行曝光、显影、蚀刻工艺处理得到负电极；此时就可以将负电极制造到负极板绝缘衬底上表面上并最终得到负电极板。

C、制备信号输入极板：采用聚酰亚胺材料制造出爆炸箔绝缘衬底，并在爆炸箔绝缘衬底上表面覆盖两处铜箔形成两处覆铜膜，然后对两处覆铜膜分别进行曝光、显影、蚀刻工艺处理得到爆炸箔正电极和爆炸箔负电极；此时就可以将爆炸箔正电极和爆炸箔负电极制造到爆炸箔绝缘衬底上表面上并最终得到信号输入极板。

D、采用层压键合工艺将负电极板、信号输入极板、正电极板依次上下压合在一起，并最终得到高压平面开关结构；此时，正电极板的正电极与负电极板的负电极在空间位置上存在交叉部分，并且正电极板与负电极板之间通过绝缘衬底隔开，所述爆炸箔正电极与爆炸箔负电极之间的连线经过该交叉部分。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明采用通用的柔性印制制造工艺，在保证产品质量一致性的前提下，便于大批量制造和降低成本；在制造的过程中，正电极板、负电极板和信号输入极板可以分别制造，然后通过层压键合方式紧密结合在一起，形成封闭的作用环境，开关的电极始终处于一种稳定的状态，不容易受到潮湿等环境的影响。而且，正电极板、负电极板和信号输入极板的厚度可以针对不同的应用场合进行控制，使其应用范围较广。更重要的是，本发明采用电爆炸产生等离子体的方式将正负电极之间的绝缘介质击穿，电爆炸产生等离子体在100纳秒时间内即可完成，因此其响应时间明显更快。

(2)本发明通过正电极板、负电极板和信号输入极板三层结构压合而成，更加小型化和微型化，降低了高压平面开关结构的体积，更加容易与其他器件之间实现集成；由于采用电爆炸产生等离子体的方式将正负电极之间的绝缘介质击穿，开关响应时间更快。

附图说明

图1为本发明正电极板的结构示意图；

图2为本发明负电极板的结构示意图；

图3为本发明信号输入极板的结构示意图；

图4为高压平面开关结构的装配示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－正电极板,11－正极板绝缘衬底,12－正电极,2－负电极板,21－负极板绝缘衬底,22－负电极,23－缺口,3－信号输入极板，31－爆炸箔绝缘衬底,32－爆炸箔正电极,33－爆炸箔负电极。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图4所示，一种基于柔性制造工艺的高压平面开关结构，包括正电极板1、负电极板2和信号输入极板3，正电极板1包括正极板绝缘衬底11和设置于正极板绝缘衬底11上的正电极12，正电极12厚度为若干微米；正电极板1整体呈长方形，正电极12整体呈长方形。负电极板2包括负极板绝缘衬底21和设置于负极板绝缘衬底21上的负电极22，负电极22厚度为若干微米；负电极板2为与正电极板1相对应的长方形状，负电极22整体呈长方形。信号输入极板3包括爆炸箔绝缘衬底31和设置于爆炸箔绝缘衬底31上的爆炸箔正电极32、爆炸箔负电极33，爆炸箔正电极32、爆炸箔负电极33对应设置；爆炸箔正电极32、爆炸箔负电极33厚度为若干微米。负电极板2、信号输入极板3、正电极板1对应上下层压构成高压平面开关结构，正电极板1的正电极12与负电极板2的负电极22在空间位置上存在交叉部分4，如图4所示，最上层的负电极板2的负电极22与最下层的正电极板1的正电极12在垂直投影方向上存在的交叉部分为交叉部分4。并且正电极板1与负电极板2之间通过绝缘衬底隔开，如图4所示，负电极板2、信号输入极板3、正电极板1依次压合后，负电极板2的负电极22与正电极板1的正电极12之间就被负极板绝缘衬底21、爆炸箔绝缘衬底31的绝缘衬底隔开；当爆炸箔正电极32、爆炸箔负电极33通电瞬间产生高温高压等离子体后，等离子体将绝缘材料(负极板绝缘衬底21、爆炸箔绝缘衬底31)破坏，而且等离子体本身导电性能良好，可以使得正电极12与负电极22导通，起到开关的作用。爆炸箔正电极32与爆炸箔负电极33之间的连线经过该交叉部分4。信号输入极板3为与正电极板1相对应的长方形状，负电极板2、信号输入极板3、正电极板1采用层压键合方式依次上下压合构成高压平面开关结构，高压平面开关结构的交叉部分4呈长方形或正方形。

本发明高压平面开关结构的负电极板2、信号输入极板3、正电极板1的三层层压结构还可以选择如下层压叠合顺序：

第一、从上至下依次为正电极板1、信号输入极板3、负电极板2；

第二、从上至下依次为负电极板2、正电极板1、信号输入极板3；

第三、从上至下依次为正电极板1、负电极板2、信号输入极板3；

第四、从上至下依次为信号输入极板3、正电极板1、负电极板2；

第五、从上至下依次为信号输入极板3、负电极板2、正电极板1。

上述五种层压叠合顺序与本实施所选择的层压叠合顺序在使用时的工作原理相同。

如图4所示，从图中可以看出，正电极板1和负电极板2相互叠放压合后，正电极12与负电极22在空间位置上存在交叉部分4，但正电极12与负电极22中间被绝缘材料隔开，因此正电极12与负电极22处于断路状态，当信号输入极板3的爆炸箔正电极32与爆炸箔负电极33通电瞬间产生高温高压等离子体后，等离子体将绝缘材料破坏，而且等离子体本身导电性能良好，可以使得正电极12与负电极22导通，起到开关的作用。

如图3所示，爆炸箔正电极32与爆炸箔负电极33通过导电材料电连接，该导电材料在空间位置上经过该交叉部分4。

如图2所示，负电极板2对应爆炸箔正电极32开有缺口23，负电极板2对应爆炸箔负电极33开有缺口23。当负电极板2和信号输入极板3叠合在一起时，缺口23处恰好可以露出爆炸箔正电极32和爆炸箔负电极33，便于与外部电路连接。

正极板绝缘衬底11、负极板绝缘衬底21、爆炸箔绝缘衬底31均由聚酰亚胺材料制造而成，正电极12、负电极22、爆炸箔正电极32、爆炸箔负电极33均为铜箔材料制造出的覆铜膜。

一种高压平面开关结构的制备方法，其制备方法如下：

A、制备正电极板：采用聚酰亚胺材料制造出正极板绝缘衬底11，并在正极板绝缘衬底11上表面覆盖一层铜箔形成覆铜膜，然后对该覆铜膜进行曝光、显影、蚀刻等工艺处理得到正电极12；此时就可以将正电极12制造到正极板绝缘衬底11上表面上并最终得到正电极板1。

B、制备负电极板：采用聚酰亚胺材料制造出负极板绝缘衬底21，并在负极板绝缘衬底21上表面覆盖一层铜箔形成覆铜膜，然后对该覆铜膜进行曝光、显影、蚀刻等工艺处理得到负电极22；在负极板绝缘衬底21上分别对应爆炸箔正电极32、爆炸箔负电极33开有两个缺口23；此时就可以将负电极22制造到负极板绝缘衬底21上表面上并最终得到负电极板2。

C、制备信号输入极板：采用聚酰亚胺材料制造出爆炸箔绝缘衬底31，并在爆炸箔绝缘衬底31上表面覆盖两处铜箔形成两处覆铜膜，然后对两处覆铜膜分别进行曝光、显影、蚀刻等工艺处理得到爆炸箔正电极32和爆炸箔负电极33；此时就可以将爆炸箔正电极32和爆炸箔负电极33制造到爆炸箔绝缘衬底31上表面上并最终得到信号输入极板3。

D、采用层压键合工艺将负电极板2、信号输入极板3、正电极板1依次上下压合在一起，并最终得到高压平面开关结构；此时，正电极板1的正电极12与负电极板2的负电极22在空间位置上存在交叉部分4，并且正电极板1与负电极板2之间通过绝缘衬底隔开，爆炸箔正电极32与爆炸箔负电极33之间的连线经过该交叉部分4。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。