[发明专利]电阻置顶型微推进器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种电阻置顶型微推进器及其制备方法，属于微推进技术和微机电系统(MEMS)领域。 

背景技术

随着微机电系统（MEMS）的发展，现代卫星发展日趋小型化、微型化，并且出现了微卫星、纳卫星和皮卫星。微推进器是满足上述微小型航天器推进要求的动力系统，用于微小卫星等微小型航天器的位置保持、姿态控制、轨道调整和机动、引力补偿等。 

目前基于MEMS技术的微推进器有多种结构类型，其中具有喷嘴-燃烧室-密封层的类似三明治结构的微推进器是研究的一个热点。这种推进器又分为电阻置底型和电阻置顶型，电阻置底型微推进器是指将点火电阻置于燃烧室底部，电阻置顶型微推进器是指将点火电阻置于燃烧室顶部。相对于电阻置底型微推进器，电阻置顶型微推进器能改善燃烧方式，利于燃料能量利用。南京理工大学余协正在其硕士论文“MEMS固体化学微推进阵列的设计、制作及其性能研究”中提出一种将点火电阻置顶型微推进器的结构设计，参阅图3，该微推进器包括上层结构体1、中间结构体2和下层结构体3；所述上层结构体1中心位置厚度方向存在具有扩张结构的喷嘴4，该喷嘴底部存在喷嘴薄膜13，喷嘴薄膜13上有点火电阻7，点火电阻7与上转接电极6相连；中间结构层2内部有燃烧室10，上表面有下转接电极9、导线11和打线点12；下层结构体3用于封闭燃烧室10；该推进器上层结构体1材料为PCB板，中间结构体2材料为硅，二者通过银浆粘接。这种推进器的喷嘴为扩张形状，气流速度很难达到声速，无法充分利用燃料能量，造成能量损失，同时在加工过程中承载点火电阻薄膜的厚度是由湿法刻蚀时间、 搅拌速度等决定的，导致喷嘴薄膜厚度难控制，既可能造成喷嘴薄膜过薄甚至消失，使点火电阻易在填药、组装等时被破坏，又可能造成喷嘴薄膜过厚，器件不工作甚至炸裂，存在器件性能不稳定的缺点，同时由于上层结构体1材料为PCB板与MEMS工艺不兼容，且与中间结构体2手工涂抹银浆粘接，器件粘接一致性较差。 

发明内容

为克服现有电阻置顶型微推进器技术中由于喷嘴导致燃料能量利用率低、喷嘴薄膜厚度难控制导致器件性能不稳定以及与MEMS工艺不兼容的缺点，本发明提出一种在类laval结构喷嘴周围布置点火电阻的微型推进器。 

本发明提出的电阻置顶型微推进器，依次包括上层结构体1、中间结构体2和下层结构体3；其特征在于：所述上层结构体1、中间结构体2均为硅材料；所述上层结构体1中心位置厚度方向上有中间收缩两端扩张的类laval结构的喷嘴4，所述上层结构体1下表面绕喷嘴周围分布点火电阻7，点火电阻7两端与两个上转接电极6相连，两个转接电极6外边缘各分布一个打线槽5；中间结构层2内部有填充药品17的燃烧室10，燃烧室10两端有配合槽8，配合槽8用于上转接电极6与其内部的下转接电极9欧姆接触形成联通电路；下转接电极9一部分与上转接电极6欧姆接触，另外部分通过打线槽5露出，用于打线；下层结构体3用于封闭燃烧室10。通常，点火电阻7设计成多组环形电阻丝组成。 

工作时，通过下转接电极9和上转接电极6使电流通过点火电阻7，点火电阻7温度升高，达到燃烧室10内填充药品17的点燃温度，燃料点燃，燃烧室10内压强增大，气体通过喷嘴4喷出，产生推进效果。 

所述电阻置顶型微推进器的制备方法，包括如下步骤： 

第一步，参阅图1(a)，对单晶硅片清洗、上表面溅射金属铬并图形化，形成点火 电阻7，得到上层结构体1； 

第二步，参阅图1(b)，对上层结构体1上表面溅射金属金并图形化，得到上转接电极6； 

第三步，参阅图1(c)，对上层结构体1两面沉积氮化硅并图形化，得到中间有方形开口的氮化硅掩膜14； 

第四步，参阅图1(d)，对上层结构体1上表面溅射金属铝并图形化，得到两端有长方形开口的金属铝掩膜15； 

第五步，参阅图1(e)，以氮化硅掩膜14作为掩模对上层结构体1进行ICP刻蚀，直至刻透，并去除金属铝掩膜15； 

第六步，参阅图1(f)，对上层结构体1湿法刻蚀单晶硅，形成类laval结构喷嘴4； 

第七步，参阅图1(g)，去除上层结构体1上的氮化硅掩膜14完成上层结构体1加工。 

第八步，参阅图1(h)，对单晶硅片制作光刻胶掩膜并ICP刻蚀，形成配合槽8，得到中间结构体2； 

第九步，参阅图1(i)，对中间结构体2上表面配合槽8位置处溅射金属金并图形化，形成下转接电极9； 

第十步，参阅图1(j)，对中间结构体2上表面溅射金属铝并图形化，得到中间开有方形窗口的燃烧室掩膜16；