微型内燃机内置平板电容点火器及其制备方法
专利汇可以提供微型内燃机内置平板电容点火器及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种微型 内燃机 内置平板电容点火器及其制备方法。首先，采用 等离子体 增强 化学气相沉积 工艺在 硅 基体上沉积一层氮化硅 薄膜 作为绝缘层；接着采用微 电子 工艺在硅基上 刻蚀 出微 燃烧室 腔体的一部分，在刻蚀过程中从 硅片 的背面制作出两个端面对齐的 悬臂梁 作为 支撑 ；然后采用蒸 镀 工艺，在悬臂梁上沉积上一层金薄膜作为金属平板电容器、 导线 和接线座；再在 电镀 液中进行电镀和去离子 水 清洗；最后采用微封装工艺与微燃烧室的其它部分封装在一起。，下面是微型内燃机内置平板电容点火器及其制备方法专利的具体信息内容。
1、一种微型内燃机内置平板电容点火器，包括双面沉积有绝缘 层的硅基片(1)，其特征在于，所述的硅基片(1)背面和正面设有与微 型内燃机内置燃烧室的腔体相对应的腔形，硅基片(1)的背面设有与 微燃烧室的腔体相对应的空心腔体(3)，使硅基片(1)形成两个端面对 齐的悬臂梁结构，在硅基片(1)正面，于悬臂梁结构中心对应处设有 两端分别通过导线(2)和接线座(5)连接的金属平板电容器(4)。
2、权利要求1所述的一种微型内燃机内置平板电容点火器的制 备方法，其特征在于按照以下步骤制备：
(1)根据微型内燃机内置的燃烧室的大小对硅基片进行正确划 片，将划片后的硅基片按顺序用去离子水，无水乙醇，去离子水进行 超声清洗；
(2)然后在硅基片双面沉积绝缘层；
(3)再在硅基片背面和正面分别涂光刻胶、光刻，刻蚀出窗口；
(4)然后在硅基片正面涂光刻胶，光刻，沉积金属，剥离，形成 金属平板电容器、导线和接线座；
(5)再刻蚀硅基片背面的窗口，通过控制刻蚀时间形成硅的断梁 结构和腔体。
(6)最后将硅基片在电镀液中进行电镀即可。
3、如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的绝缘层为 非金属陶瓷膜层。
4、如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的非金属陶 瓷膜层为氮化硅层。
5、如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的沉积金属 为熔点超过1000℃的贵金属。
6、如权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述的熔点超过 1000℃的贵金属为金。
7、如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的刻蚀硅基 片的方法为湿法刻蚀。
8、如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的刻蚀硅基 片的方法为干法刻蚀。
技术领域
本发明涉及一种微型内燃机和微小空间点火和燃烧特性试验装置 点火元件，特别涉及一种微型内燃机内置平板电容点火器及其制备方 法。
背景技术
发明内容
为了达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：一 种微型内燃机内置平板电容点火器，包括双面沉积有绝缘层的硅基片1， 在硅基片1的背面和正面设有与微型内燃机内置燃烧室的腔体相对应的 腔形，背面还设有与微燃烧室的腔体相对应的空心腔体3，使硅基片1 形成两个端面对齐的悬臂梁结构，在硅基片1的正面，于悬臂梁结构中 心对应处设有两端分别通过导线2和接线座5连接的金属平板电容器4。
一种微型内燃机内置平板电容点火器的制备方法，其特征在于按照 以下步骤进行：
(1)将硅基片按顺序用去离子水，无水乙醇，去离子水进行超声清洗；
(2)然后在硅基片双面沉积绝缘层；
(3)再在硅基片背面和正面分别涂光刻胶、光刻，刻蚀出腐蚀窗口；
(4)然后在硅基片正面涂光刻胶，光刻，沉积金属，剥离，形成金属 平板电容器、导线和接线座；
(5)再刻蚀硅基片的背面，通过控制刻蚀时间形成硅梁结构和腔体。
(6)最后在电镀液中进行电镀即可。
本发明的有益效果是：采用微电子薄膜制备工艺及普通的湿法刻蚀 工艺在硅基上制作既满足微小空间尺寸要求又满足微流道中可燃气体 点火要求的微型内燃机内置平板电容式点火器，从而实现微型内燃机内 置及微小空间点火及燃烧特性试验各类装置的可微型化；微型内燃机内 置平板电容点火器正对应于可燃气体入口处，点火迅速，易于控制。由 于本发明方法是基于微电子工业的薄膜制备工艺进行微型内燃机内置 平板电容点火器的制备，因此，可以实现其批量化生产，同时可以实现 电极的形状和尺寸精度的控制，从而有利于对点火能量的精确计算与控 制，并且有利于提高点火测量结果的一致性。
附图说明
图1是本发明的微型内燃机内置平板电容点火器结构图；
图2是本发明制备方法步骤图；
图3是微型内燃机内置平板电容点火器在微燃烧室内装备图。
具体实施方式
如图1所示，为一微型内燃机内置平板电容点火器结构图。包括硅 基片1、导线2、腔体3、金属平板电容器4和接线座5。本实施例中微 型内燃机内置的燃烧室的截面形状采用正方形或圆形，其边长或直径取 2mm，金属电容片的宽度取40um，由于微型内燃机内置电容点火器的 形状与尺寸大小与微燃烧室进口部分腔体的形状和尺寸设计相对应，因 此腔体3截面形状也采用正方形或圆形。电容片4沉积在硅基片1的悬 臂梁结构上，其形状与硅基片1的悬臂梁结构相对应。
上述微型内燃机内置平板电容点火器制备方法参见图2，包括下列步 骤：
(1)对硅基片的正常清洗工艺
根据微型内燃机的燃烧室的大小对硅基片进行正确划片，将划片后 的硅基片按顺序用去离子水，无水乙醇，去离子水进行超声清洗。
(2)在硅基片双面沉积绝缘层
采用热氧化的方法可以制备氧化硅薄膜，也可以在硅基片上用等离 子体增强化学气相沉积工艺沉积氧化硅、氮化硅和碳化硅薄膜。
如图2中a所示，生长绝缘层，绝缘层为非金属陶瓷膜层，绝电、绝 热，本实施例中采用氮化硅作为材料，在双面抛光的硅机片上，用 LPCVD在双面生长低应力氮化硅，氮化硅厚度为2μm。
(3)通过刻蚀绝缘层薄膜形成硅基片背面的燃烧室腔体图形
如图2中b所示，在硅基片背面涂正性光刻胶BP218，胶厚7μm， 曝光80秒，显影120秒；用RIE刻蚀机刻蚀氮化硅，刻蚀出腔体的背 面窗口，刻蚀气体为SF6气体，流量60sccm，刻蚀时间20分钟。
(4)通过刻蚀绝缘层薄膜形成硅基片正面的燃烧室腔体图形
如图2中c所示，在硅基片正面涂正性光刻胶BP218，胶厚7μm， 曝光80秒，显影120秒；用RIE刻蚀机刻蚀氮化硅，刻蚀出腔体的正 面窗口，刻蚀气体为SF6气体，流量60secm，刻蚀时间20分钟。
(5)在正面的绝缘层上制备金属平板电容器、导线和接线座，金属平 板电容器选用熔点超过1000℃的贵金属，如金、铂、镍等，用溅射或蒸 镀方法获得，导线和接线座材料选择导电性好的金属。上述实施例和本 实例中金属平板电容器材料选用金薄膜，连接导线对外接线座部分也采 用金薄膜，在蒸发沉积金薄膜之前，可先蒸发一层金属铬薄膜作为缓冲 层。
如图2中d所示，在硅基片正面涂反转光刻胶AZ5214，胶厚2μm； 正面对准曝光，前曝时间6秒，再将热板在120℃下烘2分钟，泛曝20 秒，然后在背面腔体对应的梁上，硅基片的正面，沉积熔点超过1000℃ 的贵金属金，厚度约为100nm，电子束蒸发金属铬和金，用丙酮超声， 乙醇超声，水超声剥离、清洗，形成正面金属平板电容器、导线和接线 座。
(6)刻蚀多余的硅以形成腔体
如图2中e所示，用30％KOH溶液，刻蚀硅基片的背面形成的燃 烧室腔体，根据刻蚀速率(约1μm/分钟)通过控制湿法刻蚀时间使硅基 片上形成两个端面对齐的悬臂梁结构，两个悬臂梁端面之间有一定的距 离。
在刻蚀过程中根据刻蚀速率通过控制刻蚀时间控制刻蚀硅的深度 从而形成悬臂梁结构。
刻蚀硅采用湿法刻蚀和干法刻蚀均可。
(7)在氰化钾100～110克/升，金25克/升的电镀液中电镀金。
由于蒸发或溅射获得的金属薄膜厚度较小，为了使平板电容的极间 端平面有一定的厚度，需要在电镀液中进行电镀。电镀温度50℃±2℃， 电流密度6-10mA/cm2；电镀时间根据8分钟约5μm厚，13分钟 约8μm厚的速率来掌握。
结合图3说明。通常，微燃烧室是由多层硅结构经键合构成的， 微型内燃机内置平板电容点火器7设计在微燃烧室的下腔体6，是在其 中的一层硅基片上制备的，微燃烧室的截面形状采用正方形或圆形。所 以该硅基片上腔体的形状和尺寸与微燃烧室的形状和尺寸设计相适应。 硅微梁结构，起到支撑作用；硅梁结构是在刻蚀硅基片的过程中形成的， 因此在制备时，可根据微燃烧室的尺寸和形状要求制备相应的微型内燃 机内置平板电容点火器，然后与微燃烧室的其他部分采用微封装工艺连 接在一起即可。
微型内燃机内置平板电容点火器具有很多优点：采用微电子工艺制 备简单；形状和尺寸控制精确，端面整齐，极间距离均匀；点火迅速， 控制方便在外界提供较小的功率情况下，产生足够的点火能量达到点火 的目的，非常适用于微内燃机及微小空间点火和燃烧特性试验装置等研 究领域。
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