[发明专利]密封并联平面触发火花隙开关及其制造方法

说明书

本发明公开一种基于PCB工艺的密封并联平面触发火花隙开关及其制造方法。包括底层基片，中间层基片，顶层基片，PP片和焊盘；底层基片上表面和顶层基片的下表面上均设有三电极线路，中间层基片设有上下贯通的矩形腔室，PP片上设有与矩形腔室相对应的矩形缺口；中间层基片设置在底层基片和顶层基片之间，基片之间通过PP片压合；压合后中间层基片的矩形腔室，底层基片的上表面和顶层基片的下表面形成密封腔室；顶层基片上设有焊盘，压合之后的底层基片，中间层基片和顶层基片上设有贯穿的过孔。本发明并联PCB‑PTS导通气体氛围固定，使得开关在恶劣环境下具有和常规环境相似的性能，并联的设计提升了开关的作用可靠性，拓宽触发火花隙开关的应用范围。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于PCB工艺的密封并联平面触发火花隙开关及其制造方法。

背景技术

脉冲功率技术指的是在极短时间内将率先缓慢储存起来的电能释放给负载的技术，广泛应用于国防和民用领域。高压开关通过控制能量的释放过程，直接决定着回路中脉冲电流上升时间、电流峰值，进而影响输出峰值功率，因而在脉冲功率系统中起着关键作用。高压开关种类繁多，主要包括半导体开关、平面介质高压开关、触发真空开关和触发火花隙开关。

触发火花隙开关一般设计成三电极线路结构，即阴、阳主电极，和位于两者之间的触发电极，通过电弧放电的形式实现开关导通。由于具有结构简单和电气性能稳定等优点，成为当前最为常用的高压开关之一。之前的研究者主要开展了电极结构、电极材料和气体氛围对于电极烧蚀、使用寿命、自击穿电压和触发工作特性的影响规律研究。但是，这些开关装置复杂导致造价高昂，同时体积大，不利于提高脉冲功率系统的集成度。为了降低制作成本以及缩小体积，研究人员基于微机电系统工艺和低温共烧陶瓷工艺分别研制了平面触发火花隙开关(Planar Triggered Spark-gap Switch,PTS)。但是，由于工艺条件的限制，两种类型的PTS都只是采用单个三电极的结构，没有引入冗余设计，极有可能降低系统的可靠度。

PCB工艺是一种能够以低成本批量制造电子线路的成熟技术，既是电子元器件，又是电气连接的提供者，支持组件和功能的模块化集成。PCB工艺尤其适用于多层板的制作，因此已经有不少研究利用该工艺研制了各种机电相结合的芯片装置(Lab-on-PCB Chips)，加大了设计灵活性，缩小了装置体积，提高了自动化水平。近年来，随着超细微孔和盲埋孔等钻孔加工及其关键技术的突破，使得PCB工艺加工精度大幅提升，同时成本极大降低。

采用PCB批量制造密封并联平面触发火花隙开关，制造效率高，所获得产品的一致性好、体积小、成本低。同时，并联PCB-PTS导通气体氛围固定，使得开关在恶劣环境下具有和常规环境相似的性能，并联的设计形式增添了冗余结构，提升了开关的作用可靠性，有利于拓宽触发火花隙开关在脉冲功率系统中的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PCB工艺的密封并联平面触发火花隙开关及其制造方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于PCB工艺的密封并联平面触发火花隙开关，包括底层基片，中间层基片，顶层基片，PP片和焊盘；

所述底层基片上表面和顶层基片的下表面上均设有三电极线路，所述中间层基片上设有上下贯通的矩形腔室，PP片上设有与矩形腔室相对应的矩形缺口；

所述中间层基片设置在底层基片和顶层基片之间，用于将两个三电极线路隔离，底层基片和中间层基片，以及中间层基片和顶层基片之间通过设置PP片实现压合；压合之后，中间层基片的矩形腔室，底层基片的上表面和顶层基片的下表面形成密封腔室，使得两个三电极线路处于密封腔室内；所述顶层基片上设有焊盘，压合之后的底层基片，中间层基片和顶层基片上设有贯穿的过孔，用于实现三电极线路的并联，以及电气导通。

进一步的，底层基片上表面和顶层基片的下表面上均设有三电极线路，通过中间层基片的电气隔离以及过孔的电气导通，形成三电极线路的并联。