воспламенительное устройство для инициирования детонаторов, которые содержат по крайней мере один основной заряд в корпусе детонатора

Формула изобретения

1. Воспламенительное устройство для инициирования детонаторов, которые содержат по меньшей мере один основной заряд в корпусе детонатора, содержащее электровоспламенительную головку, источник тока, соединенный с электровоспламенительной головкой, и электронный блок, включающий средство декодирования сигнала, выполненное с возможностью приема стартового сигнала, подаваемого в воспламенительное устройство через проводник внешнего сигнала, схему задержки для подачи сигнала зажигания по истечении заданного периода времени после приема стартового сигнала, переключающие средства для обеспечения после приема сигнала зажигания соединения источника тока с электровоспламенительной головкой с обеспечением срабатывания последней и по меньшей мере один полупроводниковый кристалл с микросхемой, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка выполнена на полупроводниковом кристалле.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый кристалл присоединен к подложке, выполненной со схемным рисунком.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый кристалл выполнен с переключающими средствами для электровоспламенительной головки, например, с тиристорным переключателем.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка выполнена на полупроводниковом кристалле с той же стороны, что и микросхема.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка выполнена на той стороне полупроводникового кристалла, где нет микросхемы.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка содержит мостик, выполненный в полупроводниковом материале кристалла так, что сопротивление его уменьшается по мере повышения температуры.

7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка расположена поверх микросхемы.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что между электровоспламенительной головкой и микросхемой расположен изолирующий слой.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что изолирующий слой содержит окись полупроводникового кристалла или полиимид.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что толщина изолирующего слоя составляет 0,1 - 10 мкм.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что между электровоспламенительной головкой и поверхностью полупроводникового кристалла размещен по меньшей мере один электроизолирующий материал и по меньшей мере один такой слой размещен между мостиком электровоспламенительной головки и поверхностью полупроводникового кристалла.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка содержит искроразрядник в качестве инициирующего элемента.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка содержит мостик, выполненный в виде резистора.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что мостик выполнен из материала, точка плавления которого выше необходимой температуры для воспламенения реактивного материала электровоспламенительной головки, например выше 500^oC.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что масса мостика электровоспламенительной головки менее 1 мкг, а лучше менее 0,1 мкг.

16. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка содержит плоский воспламенительный мостик и пиротехнический элемент.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что резисторная часть воспламенительного мостика выполнена в виде более тонкой или более узкой части между проводниками источника тока, образованными в металлической пленке.

18. Устройство по п. 16, отличающееся тем, что токопроводящий рисунок микросхемы полупроводникового кристалла поделен на нижний и верхний токопроводящие слои, которые изолированы друг от друга, за исключением участков, оставленных для обеспечения необходимого контактирования между слоями, причем воспламенительный мостик выполнен в верхнем слое.

19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что верхний токопроводящий слой включен в соединяющий металл между контактными участками подложки и поверхности полупроводникового кристалла соответственно.

20. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что верхний токопроводящий слой выполнен двойным, один из которых с высоким удельным сопротивлением, а другой - с низким удельным сопротивлением, при этом с воспламенительного мостика удален слой с низким удельным сопротивлением.

21. Устройство по п.16, отличающееся тем, что ширина воспламенительного мостика как минимум в 10 раз больше его толщины.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что ширина воспламенительного мостика как минимум в 50 раз больше его толщины.

23. Устройство по п.16, отличающееся тем, что толщина воспламенительного мостика составляет 0,01 - 10 мкм.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что толщина воспламенительного мостика составляет 0,25 - 1 мкм.

25. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый кристалл полностью или частично не герметизирован.

26. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый кристалл и его контакты герметизированы, например, силиконовым эластомером или эпоксидным полимером.

27. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка содержит взрывающуюся пленку или провод.

28. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка содержит химически реактивный материал.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что химически реактивный материал содержит чередующиеся слои окисляющих и восстанавливающих материалов, соответственно образующие воспламенительный мостик электровоспламенительной головки.

30. Устройство по п.28, отличающееся тем, что химически реактивный материал содержит металлические слои, образующие воспламенительный мостик электровоспламенительной головки, которые после нагревания легируются в течение выделения тепла.

31. Устройство по п.28, отличающееся тем, что химически реактивный материал содержит основное взрывчатое вещество, окружающее инициирующую часть электровоспламенительной головки.

32. Устройство по п.28, отличающееся тем, что химически реактивный материал содержит пиротехнические композиции, окружающие инициирующую часть электровоспламенительной головки.

33. Устройство по п.28, отличающееся тем, что химически реактивный материал содержит композиции, основанные на порошкообразных окисляющих и восстанавливающих материалах.

34. Устройство по п. 33, отличающееся тем, что средний размер частиц порошкообразного вещества составляет менее 20 мкм, а предпочтительнее менее 10 мкм.

35. Устройство по п.33 или 34, отличающееся тем, что композиции содержат связующий агент.

36. Устройство по п.35, отличающееся тем, что связующий агент выполнен на основе нитрата целлюлозы или поливинила.

37. Устройство по п.32, отличающееся тем, что пиротехнические композиции выполнены слабо электропроводящими.

38. Устройство по п.28, отличающееся тем, что количество химически реактивного материала составляет 0,1 - 100 мг.

39. Устройство по п.38, отличающееся тем, что количество химически реактивного материала составляет 1 - 50 мг.

40. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка покрыта лаком.

41. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один слой электроизолирующего и теплоизолирующего и/или предотвращающего диффузию материала расположен между основным взрывчатым веществом и поверхностью полупроводникового кристалла.

42. Устройство по п.2, отличающееся тем, что полупроводниковый кристалл соединен с подложкой вместе со схемным рисунком с помощью непосредственного соединения между обнаженными контактными участками, расположенными на поверхности полупроводникового кристалла, и соответствующими контактными участками на схемном рисунке подложки.

43. Устройство по п.2, отличающееся тем, что основное взрывчатое вещество размещено в отверстии для полупроводникового кристалла в подложке.

44. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в схемном рисунке подложки образован по меньшей мере один искроразрядник.

45. Устройство по п.2, отличающееся тем, что подложка выполнена гибкой.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к воспламенительным устройствам для инициирования детонаторов и к детонатору или относится к взрывному устройству для инициирования детонаторов, которые содержат по крайней мере один основной заряд в детонаторной оболочке, и готовому детонатору с таким взрывным устройством. В частности, настоящее изобретение относится к взрывному устройству такого типа с электронной задержкой взрывного сигнала.

При выполнении большинства взрывных работ различные заряды в комплекте шнуров подрываются последовательно с заданной временной задержкой между подрывами отдельных зарядов или групп зарядов. Создается возможность управлять перемещением породы во время взрывных работ, например, для обеспечения свободной поверхности расширения для всех зарядов из шнурового комплекта, для воздействия на фрагментацию породы и расстояние выброса, а также для управления колебаниями почвы.

Задержка обычно достигается посредством пиротехнического задерживающего элемента, вмонтированного в детонатор, длина и скорость горения которого (т. е. элемента) определяют длительность задержки. После того как инициирующий сигнал воспламенит задерживающий элемент, последний горит с предопределенной скоростью и затем инициирует взрывчатое вещество в детонаторе. Однако существует неустранимый временной разброс даже в том случае, когда пиротехнические элементы изготавливаются с большой точностью. Поскольку требуется сравнительно большое число различных задержек, требуется использование задерживающих элементов из различных пиротехнических композиций и с различными скоростями горения, что повышает степень риска возникновения нежелательного разброса в силу различных возрастных свойств различных элементов. Более того, поскольку пиротехнический задерживающий элемент обладает заданной длительностью горения, надлежит изготавливать и хранить обширное разнообразие детонаторов. Для обеспечения надежности воспламенения элемент надо держать в контакте с взрывчаткой в детонаторе, что создает определенные трудности хранения в полевых условиях или на рабочем участке желательного набора детонаторов.

Известны различные предложения по созданию электронных детонаторов, в которых пиротехническая задержка подменяется создаваемой электроникой задержкой. Примеры известных технических решений даны в описаниях американских патентов NN 4145970, 4324182, 4328751, 4445435 и Европейского патента N 0147688. На этом пути можно существенно повысить точность отмера длительности задержки детонатора, а также сделать их нечувствительными к длительности хранения. Если детонатор изготовить программируемым, то один и тот же тип детонаторов окажется возможным применять с широким диапазоном задержки, можно будет произвольно устанавливать длительности задержек, что снимает необходимость их предварительной стандартизации. Если не принимать во внимание электронную часть, то детонатор может быть изготовлен в такой же простой форме, как и обычный детонатор мгновенного действия.

Поступление в продажу электронных детонаторов сдерживалось по нескольким причинам. Оказалось весьма затруднительным снизить стоимость сравнительно сложной электронной схемы до уровня стоимости пиротехнического элемента. Даже если основную часть электроники можно спроектировать в виде одиночного полупроводникового чипа, схемное решение дополнительно должно иметь по крайней мере один дискретный элемент, подобный, например, токовому источнику для питания электроники в течение фазы задержки и для воспламенения взрывной головки. Эти компоненты и их электрические и механические соединительные элементы существенно повышают затраты на изготовление электронного детонатора. Такая схема, вопреки легкой повреждаемости компонентов, должна удовлетворять существенно таким же требованиям к механической прочности, какие предъявляются к значительно более прочным деталям пиротехнического элемента, т.е. допускать сравнительную небрежность обращения во время сборки детонатора, во время соединения шпурового комплекта и во время мощных колебаний почвы и ударных волн от соседних детонаторов во время фазы задержки. Прочная механическая конструкция однако не противоречит желаемой задаче - создать электронный детонатор с такими же размерами, как и известные детонаторы, которые более или менее стандартизованы, и применять действующее в настоящее время сборочное оборудование. Надежность воспламенения накладывает ограничения на возможности уменьшения размера к электроэнергетической потребности взрывной головки. Точности электрической задержки противостоят длительность срабатывания и результирующий временной разброс в остальных частях взрывной цепи, подобных капсюль-воспламенителю и зарядам в детонаторе.

Известно из DE, заявки N 3533389, кл. F 42 C 11/06, 1986, воспламенительное устройство для инициирования детонаторов, которые содержат по меньшей мере один основной заряд в корпусе детонатора, содержащее электровоспламенительную головку, источник тока, соединенный с электровоспламенительной головкой, и электронный блок, включающий средство декодирования сигнала, выполненное с возможностью приема стартового сигнала, подаваемого в воспламенительное устройство через проводник внешнего сигнала, схему задержки для подачи сигнала зажигания по истечении заданного периода времени после приема стартового сигнала, переключающие средства для обеспечения после приема сигнала зажигания соединения источника тока с электровоспламенительной головкой с обеспечением срабатывания последней и по меньшей мере один полупроводниковый кристалл с микросхемой.

В известном воспламенительном устройстве возможность уменьшения длительности срабатывания капсюль-воспламенителя ограничивается емкостью токового источника. Миниатюризация электроники, которая желательна сама по себе, повышает чувствительность к статическому электричеству и другим помехам, которые в рамках технологии взрывных работ представляют собой проблему безопасности. Механическая чувствительность электронных частей также создает трудности при окончательной сборке детонатора и, в частности, при поиске возможностей простого сочленения готовых частей на рабочей площадке.

Одной технической задачей настоящего изобретения является устранение или частичное решение названных выше проблем. Частной задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности изготовления точного электронного воспламеняющего устройства для детонаторов при низкой стоимости. Следующей задачей является создание воспламеняющего устройства с малыми размерами, приемлемо согласующимися с размерами известных детонаторов. Задачей изобретения является также создание воспламеняющего устройства определенным электрическим и механическим соединением компонентов в электронной части, посредством которых достигаются хорошая управляемость и вибростойкость. Следующей задачей изобретения является обеспечение возможности изготовления воспламеняющего устройства с низкой чувствительностью к внешним вредным воздействиям. Следующей задачей является создание воспламеняющего устройства, которое допускает обращение с собой и транспортировку как самостоятельного целого и которое весьма просто объединяется с остальными частями детонатора при окончательной сборке. Следующей задачей является создание возможности изготовления воспламеняющего устройства с капсюлем-воспламенителем, которое обеспечивает надежное возгорание, характеризуется низкой энергетической потребностью и небольшой задержкой.

Эти задачи достигаются за счет того, что в известном воспламенительном устройстве по заявке 3533389 электровоспламенительная головка выполнена на полупроводниковом кристалле,

полупроводниковый кристалл присоединен к подложке, выполненной со схемным рисунком,

полупроводниковый кристалл выполнен с переключающими средствами для электровоспламенительной головки, например, с тиристорным переключателем,

электровоспламенительная головка выполнена на полупроводниковом кристалле с той же стороны, что и микросхема,

электровоспламенительная головка выполнена на той стороне полупроводникового кристалла, где нет микросхемы,

электровоспламенительная головка содержит мостик, выполненный в полупроводниковом материале кристалла так, что сопротивление его уменьшается по мере повышения температуры,

электровоспламенительная головка расположена поверх микросхемы,

между электровоспламенительной головкой и микросхемой расположен изолирующий слой,

изолирующий слой содержит окись полупроводникового кристалла или полиимид,

толщина изолирующего слоя составляет 0,1-10 мкм, между электровоспламенительной головкой и поверхностью полупроводникового кристалла размещен по меньшей мере один электроизолирующий материал и по меньшей мере один такой слой размещен между мостиком электровоспламенительной головки и поверхностью полупроводникового кристалла,

электровоспламенительная головка содержит искроразрядник в качестве инициирующего элемента,

электровоспламенительная головка содержит мостик, выполненный в виде резистора,

мостик выполнен из материала, точка плавления которого выше необходимой температуры для воспламенения реактивного материала электровоспламенительной головки, например выше 500^oC,

масса мостика электровоспламенительной головки менее 1 мкг, а лучше менее 0,1 мкг,

электровоспламенительная головка содержит плоский воспламенительный мостик и пиротехнический элемент,

резисторная часть воспламенительного мостика выполнена в виде более тонкой или более узкой части между проводниками источника тока, образованными в металлической пленке,

токопроводящий рисунок микросхемы полупроводникового кристалла поделен на нижний и верхний токопроводящие слои, которые изолированы друг от друга за исключением участков, оставленных для обеспечения необходимого контактирования между слоями, причем воспламенительный мостик выполнен в верхнем слое,

верхний токопроводящий слой включен в соединяющий металл между контактными участками подложки и поверхности полупроводникового кристалла соответственно,

верхний токопроводящий слой выполнен двойным, один из которых с высоким удельным сопротивлением, а другой с низким удельным сопротивлением, при этом с воспламенительного мостика удален слой с низким удельным сопротивлением,

ширина воспламенительного мостика, как минимум, в 10 раз больше его толщины,

ширина воспламенительного мостика, как минимум, в 50 раз больше его толщины,

толщина воспламенительного мостика составляет 0,01-10 мкм, толщина воспламенительного мостика составляет 0,05-1 мкм, полупроводниковый кристалл полностью или частично негерметизирован,

полупроводниковый кристалл и его контакты герметизированы, например, силиконовым эластомером или эпоксидным полимером,

электровоспламенительная головка содержит взрывающуюся пленку или провод,

электровоспламенительная головка содержит химически реактивный материал,

химически реактивный материал содержит чередующиеся слои окисляющих и восстанавливающих материалов, соответственно образующие воспламенительный мостик электровоспламенительной головки,

химически реактивный материал содержит металлические слои, образующие воспламенительный мостик электровоспламенительной головки, которые после нагревания легируются в течение выделения тепла,

химически реактивный материал содержит основное взрывчатое вещество, окружающее инициирующую часть электровоспламенительной головки,

химически реактивный материал содержит пиротехнические композиции, окружающие инициирующую часть электровоспламенительной головки,

химически реактивный материал содержит композиции, основанные на порошкообразных окисляющих и восстанавливающих материалах,

средний размер частиц порошкообразного вещества составляет менее 20 мкм, а предпочтительнее менее 10 мкм,

композиции содержат связующий агент,

связующий агент выполнен на основе нитрата целлюлозы или поливинила,

пиротехнические композиции выполнены слабо электропроводящими,

количество химически реактивного материала составляет 0,1-100 мг,

количество химически реактивного материала составляет 1-50 мг, электровоспламенительная головка покрыта лаком,

по меньшей мере один слой электроизолирующего и теплоизолирующего и/или предотвращающего диффузию материала расположен между основным взрывчатым веществом и поверхностью полупроводникового кристалла,

полупроводниковый кристалл соединен с подложкой вместе со схемным рисунком с помощью непосредственного соединения между

обнаженными контактными участками, расположенными на поверхности полупроводникового кристалла, и соответствующими контактными участками на схемном рисунке подложки,

основное взрывчатое вещество размещено в отверстии для полупроводникового кристалла в подложке,

в схемном рисунке подложки образован по меньшей мере один искроразрядник, подложка выполнена гибкой.

В соответствии с настоящим изобретением компоненты электронной части монтируют на подложке, предпочтительно гибкой, с напечатанной проводящей схемой. Технология монтажа проста и дешева, поскольку возможно организовать непрерывный производственный процесс, во время которого компоненты монтируются и транспортируются между различными производственными станциями на непрерывной подложке, которая не разрешается на отдельные устройства до конечной стадии. Если подложкой является тонкая пленка, то это способствует изготовлению конечных изделий малых масс и незначительных объемов. Этот способ не требует какой-либо герметизации чипа, а кроме того разрешает непосредственное соединение контактирующих площадей чиповой поверхности и подложечной поверхности соответственно, посредством чего обеспечиваются дополнительные экономии в массе и объеме. Поскольку чипы и по крайней мере один дополнительный компонент, хотя и предпочтительно все компоненты, в электрической части монтируются на подложке, таким образом изготовленное электронное устройство оказывается компактным, с короткой проводкой, с низкой чувствительностью к внешним вредным воздействиям и меньшим числом межсоединений. В то же самое время производственно-технологические преимущества распространяются на все электронное устройство. Гибкость подложки обеспечивает наличие хорошей сопротивляемости давлению, ударам и вибрациям без риска повреждения схемного рисунка или соединений между компонентами. Эти преимущества особенно заметны в сочетании с уменьшением массы, которое оказывается возможным.

В соответствии с другим аспектом изобретения отдельное воспламеняющее устройство создается путем заключения в капсулу электроники и взрывной головки. Таким образом получают воспламеняющее устройство без каких-либо взрывчатых компонентов, которое самостоятельно в смысле обращения с ним и транспортирования, которое без высоких требований на точность можно устанавливать при окончательной сборке в детонаторный корпус с взрывчатыми зарядами, размещая на подходящем расстоянии от первичного заряда. В сочетании с гибкой подложкой достигаются следующие преимущества: доступное пространство разрешает заключение в капсулу в форме прочного установочного приспособления и позиции компонентов можно регулировать путем изменения формы установочного приспособления во время изгибания подложки.

В соответствии со следующим аспектом настоящего изобретения капсюль-воспламенитель, т. е. взрывной мостик и инициирующее взрывчатое вещество размещают непосредственно на поверхности чипа. Это позволяет уменьшить размеры этих компонентов, повысить механическую стабильность, понизить чувствительность к внешним вредным воздействиям, понизить потребность в энергии и уменьшить длительность срабатывания, поскольку исключаются излишние проводники между подложкой и соединительной схемой. Такое позиционирование обеспечивает хорошую механическую стабильность и надежное прилегание между первичным зарядом и воспламеняющим мостиком. Если воспламеняющий мостик размещается на той же стороне чипа, что и микросхема, производство взрывного моста упрощается, особенно если этот мост изготавливать на той же стадии, когда на поверхности изготавливаются другие необходимые структуры. Такое позиционирование в высокой степени совместимо с возможностью применения негерметизированных чипов и возможностью монтажа на контактных площадях около отверстия в подложке, через которое можно экспонировать воспламенитель. При таком соединении гибкая подложка предоставляет возможность хорошего управления потоком искр по направлению к первичному взрывному заряду детонатора. В соответствии со следующим аспектом изобретения электронный детонатор защищен от внешнего вредного воздействия посредством искровых промежутков в виде тонких металлических слоев и со стабильным напряжением искрового перекрытия, нечувствительного к длине промежутка, искровые промежутки можно без дополнительных затрат делать непосредственно в схемном рисунке на подложке.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из детального описания, приведенного ниже.

На фиг. 1 показано изображение согласно изобретению секции непрерывной подложки для формирования некоторого множества подложек со схемными рисунками; на фиг. 2 - вид сверху отдельной гибкой пленки со схемными рисунками, но без компонентов; на фиг. 3a и 3b - в увеличенном масштабе два слоя поверхности чипа; на фиг. 4 - вид сбоку детонатора с крепежным приспособлением, в котором заключена подложка со смонтированными компонентами.

Согласно фиг. 1 - 4 настоящее изобретение, представляющее собой воспламенительное устройство для инициирования детонаторов, которые имеют по меньшей мере один основной заряд в корпусе детонатора, содержит электровоспламенительную головку, источник тока, соединенный с электровоспламенительной головкой, и электронный блок, включающий средство декодирования сигнала, выполненное с возможностью приема стартового сигнала, подаваемого в воспламенительное устройство через проводник внешнего сигнала, схему задержки для подачи сигнала зажигания по истечении заданного периода времени после приема стартового сигнала, переключающие средства для обеспечения после приема сигнала зажигания соединения источника тока с электровоспламенительной головкой с обеспечением срабатывания последней и по меньшей мере один полупроводниковый кристалл с микросхемой, при этом электровоспламенительная головка выполнена на полупроводниковом кристалле, причем полупроводниковый кристалл присоединен к подложке, выполненной со схемным рисунком,

полупроводниковый кристалл выполнен с переключающими средствами для электровоспламенительной головки, например с тиристорным переключателем,

электровоспламенительная головка выполнена на полупроводниковом кристалле с той же стороны, что и микросхема,

электровоспламенительная головка выполнена на той стороне полупроводникового кристалла, где нет микросхемы,

электровоспламенительная головка содержит мостик, выполненный в полупроводниковом материале кристалла так, что сопротивление его уменьшается по мере повышения температуры,

электровоспламенительная головка расположена поверх микросхемы,

между электровоспламенительной головкой и микросхемой расположен изолирующий слой,

изолирующий слой содержит окись полупроводникового кристалла или полиимид,

толщина изолирующего слоя составляет 0,1 - 10 мкм,

между электровоспламенительной головкой и поверхностью полупроводникового кристалла размещен по меньшей мере один электроизолирующий материал и по меньшей мере один такой слой размещен между мостиком электровоспламенительной головки и поверхностью полупроводникового кристалла,

электровоспламенительная головка содержит искроразрядник в качестве инициирующего элемента,

электровоспламенительная головка содержит мостик, выполненный в виде резистора,

мостик выполнен из материала, точка плавления которого выше необходимой температуры для воспламенения реактивного материала электровоспламенительной головки, например выше 500^oC,

масса мостика электровоспламенительной головки менее 1 мкг, а лучше менее 0,1 мкг,

электровоспламенительная головка содержит плоский воспламенительный мостик и пиротехнический элемент,

резисторная часть воспламенительного мостика выполнена в виде более тонкой или более узкой части между проводниками источника тока, образованными в металлической пленке,

токопроводящий рисунок микросхемы полупроводникового кристалла поделен на нижний и верхний токопроводящие слои, которые изолированы друг от друга за исключением участков, оставленных для обеспечения необходимого контактирования между слоями, причем воспламенительный мостик выполнен в верхнем слое,

верхний токопроводящий слой включен в соединяющий металл между контактными участками подложки и поверхности полупроводникового кристалла соответственно,

верхний токопроводящий слой выполнен двойным, один из которых с высоким удельным сопротивлением, а другой с низким удельным сопротивлением, при этом с воспламенительного мостика удален слой с низким удельным сопротивлением,

ширина воспламенительного мостика как минимум в 10 раз больше его толщины,

ширина воспламенительного мостика как минимум в 50 раз больше его толщины,

толщина воспламенительного мостика составляет 0,01 - 10 мкм, толщина воспламенительного мостика составляет 0,05 - 1 мкм, полупроводниковый кристалл полностью или частично негерметизирован,

полупроводниковый кристалл и его контакты герметизированы, например, силиконовым эластомером или эпоксидным полимером,

электровоспламенительная головка содержит взрывающуюся пленку или провод,

электровоспламенительная головка содержит химически реактивный материал,

химически реактивный материал содержит чередующиеся слои окисляющих и восстанавливающих материалов, соответственно образующие воспламенительный мостик электровоспламенительной головки,

химически реактивный материал содержит металлические слои, образующие воспламенительный мостик электровоспламенительной головки, которые после нагревания легируются в течение выделения тепла,

химически реактивный материал содержит основное взрывчатое вещество, окружающее инициирующую часть электровоспламенительной головки,

химически реактивный материал содержит пиротехнические композиции, окружающие инициирующую часть электровоспламенительной головки,

химически реактивный материал содержит композиции, основанные на порошкообразных окисляющих и восстанавливающих материалах,

средний размер частиц порошкообразного вещества составляет менее 20 мкм, а предпочтительнее менее 10 мкм,

композиции содержат связующий агент,

связующий агент выполнен на основе нитрата целлюлозы или поливинила,

пиротехнические композиции выполнены слабо электропроводящими,

количество химически реактивного материала составляет 0,1 - 100 мг,

количество химически реактивного материала составляет 1 - 50 мг,

электровоспламенительная головка покрыта лаком,

по меньшей мере один слой электроизолирующего и теплоизолирующего и/или предотвращающего диффузию материала расположен между основным взрывчатым веществом и поверхностью полупроводникового кристалла,

полупроводниковый кристалл соединен с подложкой вместе со схемным рисунком с помощью непосредственного соединения между обнаженными контактными участками, расположенными на поверхности полупроводникового кристалла, и соответствующими контактными участками на схемном рисунке подложки,

основное взрывчатое вещество размещено в отверстии для полупроводникового кристалла в подложке,

в схемном рисунке подложки образовано по меньшей мере один искроразрядник, и подложка выполнена гибкой.

Согласно изобретению на фиг. 1 позицией 10 обозначена непрерывная гибкая полиимидная пленка с шириной 35 мм и толщиной 125 мм. На пленке 10 с подающими перфорациями 2 выполнены удлиненные отверстия 4 для облегчения резки на отдельные схемы, отверстия 12 для монтажа чипов и отверстия 14 для монтажа компонентов. Поверхность покрыта медной пленкой толщиной 35 мм с помощью адгезивного слоя толщиной 35 мм из акрилочного полимера. Путем фоторезиста и кислоты втравлены рисунки в соответствии с фиг. 2 с приблизительными размерами 6 на 24 мм, нижняя сторона медной пленки в отверстиях 12 и 14 во время травления кислотой защищалась герметизирующим веществом. После образования схемного рисунка на него нанесли слой олова толщиной около 0,8 мм.

На фиг. 2 имеется две контактные поверхности 16 и 16", на которые затем припаивают питающие линии. Две проводящие части 18 и 18" идут к двум языкам 20 и 20", между которыми имеется искровой промежуток порядка 100 мм. Между языком 22 и языками 20 и 20" выполнены дополнительные искровые промежутки одного размера, которые разрешают искровой пролет от любого проводника к детонаторному корпусу, поскольку язык 22 соединен через проводники под резисторами 26 и 26" с выступающими частями 24 и 24" рисунка, причем эти части, когда пленка вставлена в металлический детонатор, заземляют язык 22 на детонаторный корпус. На языках 20 и 20" есть контактные площадки для пайки приблизительно 2 кОм толстопленочных резисторов 26 и 26", изображенных на этой фигуре пунктирными линиями, последовательно с каждым проводником. Проводники 32 и 32" идут параллельно и волнообразно, чтобы возросла последовательная индуктивность, и они соединяют контактные площадки 30 и 30" резисторов 26 и 26" с двумя языками 34 и 34" в отверстии 14 для монтажа полупроводникового чипа 50, изображенного на фигуре пунктирными линиями. Из схем на чипе эти языки 34 и 34" соединены с языками 36 и 36", которые, в свою очередь, идут к контактным языкам 38 и 38", к которым 33 мф танталовый конденсатор 40, изображенный пунктирными линиями, затем припаивают после нанесения слоя из олова и когда конденсатор помещен в отверстие 12 и контактные язычки, выступающие из отверстия, повернуты к сторонам конденсатора 40. Множество контактных полей 41, 42, 43, 44 и 45 с контактными язычками, направленными к чипу, не имеют других электрических контактов с проводящим рисунком и служат в качестве тестовых полей, посредством которых воздействуют на сжигаемые перемычки на чипе, или для улучшения механического крепления чипа.

Фиг. 3a представляет в эскизном виде известную микросхему на чипе 50, содержащую функциональные схемы 52 и контактные площадки 54 из алюминия. Эта поверхность изолирована известным способом путем нанесения окисла кремния, после которого сделаны отверстия в нижележащих контактных точках, в основном контактных поверхностях 54, но также специальных соединительных точках для воспламенительного мостика и сжигаемых перемычек. Поверхность покрыта 1 мм слоем полиимида путем накапливания, вращения и термической усадки, после чего в этом слое сделаны отверстия, соответствующие отверстиям в вапоксном слое. На полиимидный слой нанесен слой толщиной около 0,25 мм из сплава титана и вольфрама и золотой слой толщиной около 0,25 мм путем распыления. Фоторезисторный слой толщиной около 20 мм нанесен, маскирован и проявлен таким образом, что обнажился золотой слой над контактными поверхностями, которые надлежит оснастить контактными столбцами, площадью приблизительно 100 на 100 мм, после чего золотые столбцы высотой около 30 мм образованы на этих поверхностях путем электролитического осаждения, после чего снят толстый фоторезисторный слой. После этого обычно вытравливают полностью покрытие из титановольфрамового и золотого слоев, но перед этим нанесен новый слой фоторезистора, маскирован и проявлен таким образом, что после травления остаются структуры, изображенные на фиг. 3. Эти структуры образованы, во-первых, из сжигаемых перемычек 56, имеющих точки поджога, соединенные с точками на микросхеме таким образом, что перегорание в точках поджога может быть осуществлено токовыми волнами мощностью 2 мДж, в результате чего можно получить любое двоичное восьмиразрядное число для идентификации детонаторов, групповой или индивидуальной. Воспламеняющий мостик 58 также формируют в резистивной площадке 60 в виде квадрата с площадью около 100, сопротивление которого около 4 Ом. Высокорезистивную площадку 60 на воспламеняющем мостике 58 или точки поджога на сжигаемых перемычках 56 получают посредством золотого слоя, снимаемого здесь так, что ток принуждается протекать по более резистивному Ti/W слою. Полиимидный слой толщиной около 1 мм нанесен на всю поверхность способом, описанным выше, после чего площадка около точки 60 воспламеняющего мостика, точки поджога сжигаемых перемычек и контактные столбцы экспонируют. Чип, обработанный таким образом, соединяют с пленкой, для чего его предварительно нагревают приблизительно до 200^oC и пропускают вперед схемной поверхностью через отверстие 14 до контакта с нижней стороной язычков вокруг отверстия 14, эти язычки отжимаются с верхней стороны к покрытым золотом контактным поверхностям схемы с помощью инструмента, который мгновенно разогревается до приблизительно 500^oC. На воспламеняющий мостик 58 помещают капсюль-воспламенитель с приближенным удлинением, соответствующим пунктирной линии 62, в силу того, что приблизительно 5 мг композиции, состоящей из смеси порошкообразных циркония и двуокиси свинца, взятых в весовом отношении 11 : 17 со связующей добавкой из нитроцеллюлозы, растворенной в бутилацетате, помещается на поверхность чипа и затем сохнет на воздухе при температуре около 50^oC, после чего капсюль-воспламенитель и остальная поверхность чипа покрывается нитроцеллюлозным лаком.

Фиг. 4 представляет готовый детонатор, содержащий воспламеняющее устройство с крепежным приспособлением 70, охватывающим гибкую пленку 10 со смонтированными резисторами 26, конденсатором 40 и чипом 50 с капсулем-воспламенителем 62. Крепежное приспособление 70 существенно цилиндрической формы с диаметром 6 мм имеет делящую плоскость в плоскости поверхности пленки 10 и в делящей плоскости углубления для установки, существенно без зазоров, вокруг компонентов на пленке. Канал 72 выполнен между капсюлем-воспламенителем и той поверхностью воспламеняющего устройства, которая обращена вглубь детонатора. Питающие линии 74 идут от той поверхности воспламеняющего устройства, которая обращена наружу из детонатора, и вокруг них имеется цельная заглушка-пробка 76 из эластомеричного материала. Крепежное приспособление 70 отформовано в полистироле и механически соединено с пробкой 76 в позиции 78. Воспламеняющее устройство вставляется в детонатор 80 с основным зарядом 80, например PETN и первичным взрывным зарядом 84, например, азида свинца, размещаемого перед ним, причем при таком соединении фронтальная часть воспламеняющего устройства размещается на расстоянии около 2 мм от первичного взрывчатого вещества и детонатор герметизируется с помощью канавок 86 вокруг заглушки-пробки 76.

Принципы настоящего изобретения могут быть применены ко всем типам детонаторов, для которых желательно предусмотреть задержку или возможность задержки и в которых предусмотрен момент электрического инициирования в воспламеняющей последовательности. За электрическим средством инициирования следует взрывчатый основной заряд из высокобризантного вторичного взрывчатого вещества, подобного PETN, PDX, HMX, тетрила, TNT, т.п. где приемлемо, с промежуточной ступенью взрывной последовательности в форме, например, первичного взрывчатого вещества, подобного свинцовому азиду, гремучей ртути, тринитроресорсинату, диазодинитрофенолату, свинцовому стифнату и т.д. Преимущества, перечисленные выше, имеют особое значение применительно к гражданским детонаторам, и настоящее изобретение описано в свете такого применения. Гражданские детонаторы часто объединяют в сети с требованиями обеспечения различных задержек в различных частях. Подходящий для гражданского применения детонатор включает в себя, дополнительно к воспламенительному устройству, отвечающему настоящему изобретению, существенно цилиндрический детонаторный корпус, который может быть изготовлен из бумаги, пластмассы и т.д. , но который обычно изготавливают из металла, содержащего базовый заряд, и, где есть необходимость первичное взрывчатое вещество, и на своем открытом конце заглушку с проходящими через нее сигнальными проводниками. Можно эффективно использовать известные мгновенного действия детонаторы, предназначенные для применения или инициирования взрывателей.

Воспламенительное устройство для инициирования в названных выше типах детонаторов должно содержать электрически возбуждаемый капсюль- воспламенитель, источник тока, присоединенный к электрически возбуждаемому капсюлю-воспламенителю через соединительную схему, и электронное задерживающее устройство, при этом электронное задерживающее устройство, в свою очередь, должно содержать сигнальный декодер, спроектированный так, чтобы узнавать стартовый сигнал, поданный на воспламенительное устройство по внешней сигнализационной линии, задерживающую схему, спроектированную так, чтобы после приема стартового сигнала она выдавала сигнал зажигания спустя предопределенное время, и соединительную схему, которая спроектирована так, чтобы после приема сигнала зажигания она подсоединяла токовый источник к капсюлю-воспламенителю для электрического возбуждения последнего, воспламенительное устройство, содержащее по крайней мере один чип, изготовленный из полупроводникового материала и имеющий микросхему. Чтобы иметь возможность устанавливать разные задержки для некоторой совокупности детонаторов, объединенных в сеть, они должны быть спроектированы так, чтобы обеспечивались разные задержки или чтобы имелась возможность программирования во время их объединения или взрывания с заданной задержкой.

Точное схемное решение для осуществления перечисленных выше функций может варьироваться в широких пределах, и поэтому в этом отношении настоящее изобретение не ограничивается.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения гибкая подложка с вытравленным схемным рисунком используется для механического и электрического соединения чипов с, например, внешними сигнальными проводниками и/или одним или несколькими дополнительными электрическими компонентами в воспламенительном устройстве. Примерами дополнительных компонентов являются другие чипы, электрически возбуждаемый капсюль-воспламенитель, преобразовательные схемы для входящих сигналов, предохранительные элементы, подобные резисторам, изоляционным трансформаторам, искроразрядникам, другим ограничивающим напряжение средствам, устройства для заземления корпуса детонатора, т.д. Обычно по крайней мере токовый источник и чипы удерживаются пленкой. Предпочтительно, чтобы в сборку входило не более одного чипа.

По причине экономного использования пространства желательно возлагать на один чип возможно большее количество схемных функций, но должны быть предусмотрены другие средства. В принципе, на чипе размещаются по крайней мере все малопроизводительные схемы, подобные декодерной или задерживающей схемам, в то время как высокопроизводительные схемы, подобные токовому источнику, предохранительным схемам и соединительной схеме для капсюля воспламенителя и других компонентов, которые нельзя изготовить в полупроводниковом материале, подобные генератору на кристалле, токовому источнику и т.п., могут быть внешними. Конечно, высокопроизводительные схемы, которые можно изготовить в полупроводниковом материале, подобные переключателю для капсюля-воспламенителя, ограничители напряжения и выпрямители, можно с большой пользой разместить на этом чипе или разместить на отдельном чипе. Чипы можно проектировать с применением известных технологий, подобных биполярной технологии, или предпочтительное CMOS технологии, чтобы минимизировать потребление энергии.

Жесткая подложка должна быть гибкой, но, в других аспектах, сохраняющей форму и неэластичной, чтобы не возникали разрывы в схемном рисунке, и, следовательно, ее целесообразно упрочить поперечными связями. Далее, материал должен быть теплостойким, чтобы допускалось использование нагревания при сборке компонентов. Примерами подходящих материалов являются органические полимеры, подобные эпоксидостеклу, полиэстеру и, особо, полиимиду (например, каптон фирмы Дюпонт). Предпочтительно, чтобы подложка изготавливалась из сравнительно тонкой пленки и не превышала по толщине толщину чипа. Предпочтительно, чтобы эта толщина не превышала 1 мм, а более предпочтительно, была меньше 0,5 мм, а еще лучше, меньше 0,25 мм. Для сохранения прочности толщина должна превышать 0,01 мм, а предпочтительно, быть больше 0,05 мм. Схемный рисунок надо делать на подложке, и это можно выполнить путем нанесения на поверхность металлического слоя, который далее подвергается травлению известным способом посредством фоторезиста для получения заданного рисунка. Металлом выгодно брать медь, которая электролитически осаждается или наклеивается в форме фольги на подложку, например, эпоксидом или акрилатным полимером. Толщину слоя можно задавать от 5 до 200 мм, и в частности, между 10 и 100 мм. После образования схемного рисунка металлическую поверхность можно покрыть тонким слоем из стойкого металла, подобного золоту или олову, при толщине слоя, например, от 0,1 до 1 мм. Схемный рисунок предназначен электрически соединять различные компоненты друг с другом, но его можно дополнительно использовать для создания определенных типов компонентов, подобных искроразрядникам, резисторам и т.д., как это будет сказано ниже.

Дискретные электронные компоненты монтируют на сформированном схемном рисунке. Это можно выполнить известным образом, пропуская соединения компонентов через отверстия в подложке и припаивая их к схемному рисунку. Небольшие компоненты можно монтировать непосредственно на поверхность схемного рисунка без штырьков. Лепестки металла, из которого изготовлен схемный рисунок, можно отделять от подложки и присоединять к компонентам. Это наиболее просто делать у отверстий в подложке, которые изготавливаются перед металлическим покрытием, причем для этого обратная сторона металлического покрытия у отверстия определенным образом защищается во время травления. Разъем компонента или предпочтительно сам компонент можно помещать в отверстие, чтобы повысить механическую прочность. Для этого можно фальцевать лепестки с поверхности подложки и соединить с компонентом. Соединение обычно выполняют посредством проводов или предпочтительно непосредственно с компонентами. Соединение можно выполнять путем термокомпрессии, конфаиндинга или предпочтительно путем пайки, что зависит от свойств металлов, подлежащих соединению. При пайке обычно требуется дополнительное количество паяльного металла поверх покрывного металла, который может быть в наличии.

Чип можно монтировать так, как это описано выше для других компонентов. Герметизированный чип поэтому можно припаять контактными штырьками к соответствующим точкам на подложке, где необходимо, после пропускания штырьков через подложку. Однако, как сказано выше, имеются определенные преимущества в том, чтобы соединять контактные поверхности чипа непосредственно к подложке, посредством чего, между прочим, можно обеспечить возможность использования полностью или частично негерметизированных чипов. Соединение контактных площадок чипа с подложкой соответственно можно производить, например, с помощью металлической проволоки известным способом, что исключает необходимость в совпадении контактных площадок на подложке с контактными площадками на чипе.

Предпочтительным способом выполнения соединения является известный TAB способ (ленточное автоматическое соединение), описанный, например, О"Нейллом "Состояние ленточного автоматического соединения", Семикондактор Интернешнал, февраль, 1981, или Смоллом "Ленточное автоматическое соединение и его воздействие на pwB", Серкюит Уорлд, т. 10, N 3, 1984. Помимо производственно-технологических преимуществу имеет важное значение тот факт, что контакт оказывается прочным и вибростойким. Схемный рисунок на подложке проектируется тем, что контактные площадки по размерам и позициям предназначаются для непосредственного совпадения с контактными площадками чипа. Дополнительный металл вносится между двумя контактирующими площадками, с одной стороны, чтобы обеспечивалось хорошее межметаллическое контактирование, и, с другой стороны, чтобы образовался некоторый промежуток между поверхностью чипа и плоскостью схемного рисунка на подложке. Для этого столбец подходящего металла, подобного меди, олову, свинцу или предпочтительно золоту, электролитически осаждается либо на контактные площадки, чипа, обычно алюминиевые, либо на контактные площадки подложки. Поперечная площадь столбца подгоняется к размеру контактной площадки чипа и может быть, например, от 50 до 150 кв мм.

Столбец можно образовывать непосредственно на контактных площадках пленки, когда остальная часть схемного рисунка предварительно герметизирована, например, на втором этапе путем фоторезиста. Альтернативно, столбцы можно образовывать вытравливанием материала в схемном рисунке подложки около отведенных под столбцы площадок. Затем может потребоваться выполнение покрытия изготовленного столбца, если это уместно. Когда столбец образован на чипе предпочтительным способом, обычно наносят дополнительные защитные слои, чтобы предотвратить долговременные эффекты контактных металлов схемы полупроводникового материала, причем эти схемы обычно размещают на изолирующем слое, например, двуокиси кремния на полупроводниковой поверхности. Как правило, вся поверхность сначала пассивируется нитридом кремния, пассивация снимается на контактных площадках, диффузионные барьеры или барьерный металл, например медь, титан, вольфрам, платина или золото, наносится по крайней мере поверх контактных площадок, таким образом очищенных, и предпочтительно поверх всей схемной площадки путем испарения или распыления. Контактные площадки экранируют, и на них электролитически отлагают столбцы, после чего поверхность около контактных площадок вытравливают до пассивационного слоя.

Когда столбцы сформированы на одной из контактных поверхностей, соединение их можно выполнить путем сдавливания при температуре, достаточной для соединения. В зависимости от выбранного материала и температуры соединение выполняют плавкой, формированием эвтектика или сдавливанием размягченных металлов. Температура должна быть выше 150^oC, а предпочтительно выше 300^oC, Предпочтительно предварительно подогревать чип, но следует предотвращать воздействие на него слишком высоких температур. Нагрев следует осуществлять со стороны подложки. Можно предварительно подогревать контактные поверхности подложки до заданной температуры перед соединением или прогревать подложку. Однако предпочтительным способом является создание соединения в отверстие в подложке, вдоль кромок которого свободно выступают контактные площадки схемного рисунка, благодаря чему эти контактные площадки непосредственно доступны для прессования некоторым горячим инструментом к поверхностям чипа. Таким образом, две поверхности чипа в других отношениях полностью свободны и доступны, например, для опоры и регулирования посредством крепежного приспособления. При этом инструмент можно пропускать через подложку, в то время как микросхемная поверхность чипа направлена к рисуночной поверхности подложки. Однако предпочтительно, чтобы чип проходил через отверстие в подложке до позиции, когда его микросхемная поверхность сравняется с рисуночной поверхностью подложки, в результате чего чип упирается в свободно выступающие контактные лепестки подложки снизу, в то время как горячий инструмент приближается с верхней стороны подложки. Таким образом схемную поверхность чипа можно наилучшим образом экспонировать и управлять с помощью внешнего крепежного приспособления.

Если желательно, обнаженный чип и его контакты можно после соединения герметизировать посредством, например, кремниевого эластомера или эпоксидного полимера.

Воспламенительная цепочка, которая приводит к детонации основного заряда детонатора, начинается с некоторой формы электрической инициации, при которой обычно резистор создает достаточно тепла, чтобы инициировать реакцию взрывчатого или воспламеняющегося, или другого реактивного материала взрывателя. Инициация может быть следствием нагрева или ударной волны, или некоторой комбинации механизмов, как в случае искр и световых дуг. Можно применять взрывающиеся пленки или проволочки, но выделение тепла предпочтительно интенсифицировать посредством химического реактивного материала, например посредством поочередно окисляющегося и восстанавливающегося материала в воспламенительном мостике, подобного окиси меди и алюминия, или металлического слоя, который при нагревании сплавляется, когда выделяется тепло, подобно алюминию в сочетании с палладием или платиной.

Реактивным материалом в капсюле-детонаторе может быть взрывчатое вещество, подобное первичным взрывчатым веществам перечисленных выше типов, например свинцовый азид, который детонирует при электрической инициации, причем детонацию можно непосредственно сообщить далее последующим зарядам детонатора. Если реактивный материал является недетонирующим от воздействия электрического инициирующего элемента, то требуется введение дополнительного шага в цепочке воспламенения для передачи детонации. Это проще всего достигнуть посредством реакционных продуктов реактивного материала, воздействующих на первичное взрывчатое вещество. Если желательно исключить использование первичного взрывчатого вещества, можно применить другие известные передаточные механизмы, подобные импульсному воздействию на вторичное взрывчатое вещество некоторой массы, ускоренной горящим порохом или мгновенно сгорающим вторичным взрывчатым веществом (FP, летающая пластинка), или сжиганию вторичного взрывчатого вещества при определенных условиях, подобных тем, когда реакция ведет к детонации (ДДТ, переход от дефлаграции к детонации). Предпочтительный тип устройства ДДТ описан в PCT/SE 85/00316.

Предпочтительным типом недетонирующих реактивных материалов является пиротехнический элемент, который создает огонь или искры. Такие элементы не обязательно размещать в непосредственной близости последующих ступеней воспламенительной цепочки, но могут перекрывать определенное расстояние по направлению к ним. Более того, недетонирующие реактивные материалы имеют то преимущество, что позволяют обращение с воспламенительным устройством перед установкой в детонатор. Можно использовать известные композиции для капсюлей-воспламенителей, основанные на окисляющих материалах, подобных окислам, хлоратам, нитратам и восстанавливающим материалам, подобным алюминию, кремнию, цирконию, т.д. Они часто порошкообразны и связаны друг с другом некоторым связывающим агентом, подобным нитроцеллюлозе или поливиниловому нитрату. Взрывчатые вещества, подобные свинцовому азиду, свинцовым динитрофенолатам или свинцовым моно- или динитрорезорсинату можно вводить в меньшей степени для улучшения воспламенения. Окислительные и восстанавливающие материалы обычно порошкообразны со средним размером частиц менее 20 мм и предпочтительно менее 10 мм. Капсюль-воспламенитель можно изготовлять обычным способом, перемешивая компоненты в растворе связывающего агента. После формовки растворитель испаряют для затвердевания и соединения с воспламенительным мостиком.

Известный капсюль-воспламенитель с воспламеняющей проволокой можно использовать в устройстве, соответствующем настоящему изобретению. Чтобы понизить потребность в электропитании или сократить длительность срабатывания, желательно сделать капсюль-воспламенитель и., в частности воспламенительную проволочку меньше известных. Масса воспламеняющей проволочки, или вообще импедансной части воспламенительной схемы, должна быть менее одного микрограмма и предпочтительно менее 0,1 микрограмма. Может оказаться необходимым направлять искровой поток через экраны к последующим частям воспламенительной цепочки. Известный капсюль-воспламенитель можно смонтировать на подложке в качестве дополнительного компонента в соответствии с приведенным выше описанием. Воспламеняющий мостик малой массы можно более просто изготовить с помощью тонкопленочной технологии на некоторой опоре и присоединить в качестве дополнительного компонента. Можно получить еще более компактную конструкцию, если воспламеняющий мостик спроектирован как часть схемного рисунка на подложке и капсюль-воспламенитель непосредственно приложен к нему. Мостик может быть в виде утонченной или зауженной части проводящего схемного рисунка, но предпочтительно, чтобы он был из другого материала, имеющего большую резистивность, например никель-хром, и изготовлен тонкопленочной технологией.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения некоторая свободная часть по крайней мере частично негерметизированного чипа используется в качестве опоры для воспламеняющего мостика и капсюля-воспламенителя. Если в детонатор встроено некоторое множество чипов, то капсюль-воспламенитель целесообразно помещать на чип, содержащий переключательный элемент для воспламенительной схемы, подобный тиристорному переключателю.

Воспламеняющий мостик можно поместить на обратной стороне чипа, т.е. на стороне, где нет схем, что упрощает конструкцию, минимизируя воздействия на другие функции схемы. Однако предпочтительно располагать воспламеняющий мостик на фронтальной, обработанной стороне с микросхемой, поскольку это облегчает производство мостика и приложение капсюля-воспламенителя путем шагов, подобным применяемым при изготовлении схемного рисунка, и облегчает выполнение соединения этих схем и воспламеняющего мостика, а также сборку и соединение с другими электронными компонентами. При этом воспламеняющий мостик можно нанести на ту часть поверхности, которая не несет каких-либо частей схемного рисунка, что минимизирует воздействие на схему и позволяет изготавливать этот мостик из полупроводникового материала, например, чтобы добиться понижения сопротивления с температурой в соответствии с тем, что описано в американском патенте 3366055. При размещении воспламеняющего устройства поверх микросхемы снижают объем и стоимость, поскольку капсюль-воспламенитель, в частности, больше в сравнении с чипом. Поэтому некоторая форма электрической изоляции между перекрывающимися частями необходима, и для этого при изготовлении полупроводниковых схем можно применять известные изоляционные слои, например, из вапокса или полиимида. Толщина этих слоев может быть, например, от 0,1 до 10 мм.

Если выделение тепла составляет важную часть воспламенительного механизма, предпочтительно иметь под воспламеняющим мостиком теплоизоляционный слой, чтобы снизить потерю тепла на хорошо проводящей тепло кремниевой подложке, и, тем самым, сократить длительность срабатывания и энергетические потребности. Теплоизолирующий слой можно изготавливать из того же материала, что и электрическую изоляцию, например из двуокиси кремния, вапокса, но придавать ему большую толщину, например, свыше 0,5 мм и, в частности, свыше 1 мм. Толщину следует выбирать с учетом риска прожигания (этого слоя) раньше воспламенения капсюля-воспламенителя. Другими приемлемыми изоляционными материалами в частности являются теплостойкие органические вещества, подобные полиимидам, которые можно применять, как это описано, например, Мукаи: "Планарная многоуровневая соединительная технология, использующая полиимид", IEEE Джорнал оф Солид Стат Серкюитс, том S С 13, N 4, август 1978, или Уадом: "Полиимиды для применения в качестве VLSI многоуровневого соединительного диэлектрического и пассивационного Слоя", Микросайенс, с. 61.

Следующей причиной изготовления специального слоя между воспламеняющим мостиком и чипом является необходимость избежать воздействие на чип со стороны веществ, находящихся в капсюле-воспламенителе. Поскольку чип с капсюлем-воспламенителем должен быть по крайней мере частично незащищенным, существует риск отрицательного воздействия на чип веществ, находящихся в других частях детонатора, например веществ, выделяющихся при сгорании основных зарядов детонатора. Высокие температуры внутри детонатора могут наблюдаться, например, при пребывании детонатора под солнечными лучами.

Подходящими материалами для диффузионных барьеров могут быть металлические слои. Те, которые почти полностью перекрывают друг друга, могут быть размещены в том же самом слое, что и воспламеняющий мостик, или в наложенном слое, изолированном от него. Изолирующие материалы, подобные перечисленным выше, предпочтительны. Они могут быть размещены между капсюлем-воспламенителем и мостиком, но предпочтительно размещать их под мостиком.

Капсюль-воспламенитель может быть слабым электрическим проводником, и поэтому может оказаться целесообразным предусмотреть изоляционный слой непосредственно под капсюлем-воспламенителем, предпочтительно непосредственно на верхней поверхности с воспламеняющим мостиком, что предотвратит нежелательный электрический контакт между различными частями поверхности. Можно принять названные выше изоляционные материалы, предпочтительно мостиковый слой. В этом слое должны быть вытравлены окна, во-первых, поверх воспламеняющего мостика и, во-вторых, у электрических контактных поверхностей чипа.

В общем, по крайней мере один слой из непроводящего электричество материала должен быть изготовлен между капсюлем-воспламенителем и чиповой поверхностью и предпочтительно по крайней мере один такой слой между воспламеняющим мостиком и чиповой поверхностью, причем один слой может, конечно, выполнять несколько названных выше функций. В общем, в этих слоях должны быть сквозные провода, например, для электрических контактных поверхностей.

Поверх слоя или слоев создается воспламеняющий мостик, который может быть спроектирован, например, в виде высоковольтного детонатора, но предпочтительно в виде резистора с питающими линиями. В этом случае питающие линии целесообразно формировать в металлической пленке с малым сопротивлением путем, например, вакуумного осаждения, которая соединена с подстилающим слоем на схемном рисунке полупроводниковой поверхности. Резисторная часть может быть спроектирована в виде утонченной или зауженной части между питающими линиями и из того же материала, что и последний. Однако предпочтительно сам воспламени- тельный мостик проектировать из материала с большим сопротивлением, чем материал питающих линий. Это можно достичь путем вытравливания схемы с питающими линиями и мостиком из двойного слоя, состоящего из нижнего слоя с большим сопротивлением и верхнего слоя с маленьким сопротивлением. В такой схеме затем изготавливают мостик вытравлением верхнего слоя. Ток в питательных линиях поэтому в основном течет в верхнем слое с маленьким сопротивлением к мостику, где ток принуждается к переходу в нижний слой с большим сопротивлением. Помимо подходящего сопротивления этот материал должен характеризоваться точкой плавления, превышающей необходимую для воспламенения температуру для реактивного материала, например более 400^o и предпочтительно более 500^oC. Если этот чип будет присоединяться к другим компонентам по TAB технологии, как описано выше, воспламеняющий мостик выгодно изготавливать во время той же операции и из того же материала, во время которой и из которого изготавливают барьерный слой, поскольку последний) в общем, наносится поверх всей схемной площади и затем снимается по маске путем фотолитографии и вытравливания. Поэтому питающие линии и мостик можно изготавливать без предусмотрения специальных производственных стадий. Некоторые из металлов, перечисленных выше, как пригодные для этой цели обладают приемлемыми свойствами для применения в качестве резистивного материала, например титан и вольфрам, в чистом виде или в сплавах, и в качестве поверхностного слоя, например золото может служить материалом с малым сопротивлением. В этом случае, следовательно, можно применять TAB способ для создания металлических столбцов на контактных площадках полупроводников, а не на контактных поверхностях пленки.

Геометрия воспламенительного мостика не является критическим фактором, если необходимую мощность можно обеспечить. Однако предпочтительно, чтобы мостик имел тонкое поперечное сечение для производственных целей и для увеличения контактной поверхности с капсюлем-воспламенителем, например, с по крайней мере 10-кратным и предпочтительно по крайней мере 50-кратным отношением ширины к толщине. Предпочтительно, чтобы у воспламеняющего мостика питающей линии переход был закруглен во избежание нежелательного локального теплового выделения в результате смещения тока. Как оказалось, приемлемой формой мостика является форма с существенно квадратной площадью со сторонами от 10 до 1000 и, в частности, от 50 до 150 мм и толщиной от 0,01 до 10 и, в частности, от 0,05 до 1 А. Воспламенительный мостик можно, например, спроектировать так, что при силе тока от 0,05 до 10 или предпочтительно от 0,1 до 5 А он доводит слой капсюля-воспламенителя до температуры воспламенения выше 500^o и предпочтительно выше 700^oC за временной отрезок от 1 до 1000 мкс или предпочтительно от 5 до 100 мкс.

Поверх мостика размещен капсюль-воспламенитель, который, например, может состоять из компонентов, перечисленных выше. Его масса является сравнительно некричиным фактором, поскольку воспламенение имеет место в исключительно маленькой площадке, но ее следует делать настолько малой, насколько это позволяет надежность воспламенения последующих ступеней воспламеняющей цепочки. Масса может быть, например, меньше 100 мг и даже 50 мг, но она должна превышать 0,1 мг и даже 1 мг. В случае порошкообразных компонентов в капсюле-воспламенителе следует предусмотреть, чтобы использовался связывающий агент с хорошей адгезией к воспламеняющему мостику, чтобы гарантировалась эффективная передача тепла в этой поверхности, прежде чем капсюль-воспламенитель разрушится взрывом. Связывающий агент или другой сплошной материал в капсюле-воспламенителе является предпочтительно легковоспламеняемым взрывчатым веществом, подобным нитроцеллюлозе.

Капсюль-воспламенитель можно приложить к чипу до монтажа чипа на подложке, но предпочтительно делать это после монтажа. Если контактные поверхности чипа защищены во время приложения, допускаются вариации в позиционировании и величине капсюля-воспламенителя, осуществляемых различными известными способами, подобными накапливанию, намазке, вдавливанию, т.д. Однако предпочтительно, чтобы капсюль-воспламенитель был хорошо центрирован внутри контактных площадок чипа, особенно если заряд обладает значительной проводимостью. Это можно осуществить с помощью капли вискозной суспензии, нанесенной с большой точностью посредством трубки на воспламеняющий мостик на чиповой поверхности. После испарения растворителя порошкообразные компоненты в капсюле-воспламенителе слипаются и прилипают к воспламеняющему мостику. После высыхания капсюль-воспламенитель можно покрыть лаковым слоем, чтобы еще более улучшить стабильность и способствовать полноте реакции.

Принципы позиционирования воспламенительного мостика на чипе можно применять независимо для дальнейшего соединения схемы с электроникой в воспламенительном устройстве. Однако, как указано выше, преимущества достигаются в сочетании с ТАВ технологией производства. Отсутствие герметизации используется применительно как к контактам, так и к экспозиции капсюля-воспламенителя. Соединения, получаемые при этом, оказываются прочными и хорошо противостоят вибрациям. Сборка в отверстиях в подложке позволяет осуществлять хорошее позиционирование капсюля-воспламенителя на поверхности подложки. Гибкие подложки дополнительно создают возможность хорошей корректировки позиции капсюля-воспламенителя путем сгибания пленки и низкие экранирующие эффекты с другим сборочным способом, отличным (от способа корректировки) вдоль поверхности подложки.

Воспламенительное устройство, соответствующее настоящему изобретению, содержит средство для приема стартового сигнала, подаваемого на детонатор. Если используется зарядный токовый источник, например предпочтительно конденсатор, то может оказаться необходимым обеспечивать детонатор энергией для заряда этого токового источника. Тогда целесообразно использовать одни и те же средства для обеих функций. Названные средства соответственно содержат линию, идущую от внутренней части детонатора, и контакты для нее внутри этого детонатора. Эту линию можно соединить известным способом с подрывным устройством непосредственно или через промежуточные акустические или радиокаскады, как описано, например, в американских патентах 3780654, 3834310 и 3971317. Линией может быть волоконный оптический кабель, посредством которого достигается простота и исключительно высокая чувствительность к вмешательству, и в этом случае средства в детонаторе содержат фотоэлектрический силовой трансформатор. Линия может также содержать, как известно, один или более металлических проводников, причем в этом случае в детонаторе надо иметь только одно соединение между проводниками и схемой в воспламенительном устройстве.

Электрически инициируемые детонаторы обычно защищаются от случайной детонации, вызываемой неуправляемыми электрическими явлениями, подобными грозовым разрядам, статическому электричеству, возбуждаемым детонацией потенциалом, воздействием радиопередатчиков и силовых линий, и неправильного соединения проводников. Детонаторы не должны срабатывать от умеренного воздействия подобных явлений и, более того, должны предпочтительно нормально функционировать после по крайней мере нормальных воздействий названного типа, подобных статическим разрядам и возбуждаемых детонацией потенциалов. Известные электрические детонаторы оснащены искроразрядниками, предназначенными лимитировать напряжение, и, где приемлемо, также резисторами, предназначенными ограничивать вредные токи в схеме. Наличие интегральных схем и другой миниатюризированной электроники в детонаторе делает их потенциально более чувствительными к вредным воздействиям, и желательно разом понижать предел допустимого напряжения и сокращать длительность срабатывания в предохранительных схемах.

Оказалось целесообразным дополнительно в электронных детонаторах устраивать искроразрядники, чтобы ограничивать вредные напряжения. Искроразрядники следует устраивать как между питающими линиями, так и между каждым проводником и детонаторным корпусом и/или землей. Искроразрядники следует проектировать таким образом, чтобы они оказывались проводящими при напряжении ниже 1000 В, предпочтительно ниже 800 В и особенно также ниже 700 В. Более того, напряжение воспламенения должно быть значительно выше рабочего напряжения электроники и не должно делаться нормально ниже 300 В. Необходимая точность напряжения воспламенения может быть достигнута известным способом, но более просто, если разрядник спроектировать в виде тонкого металлического слоя, в котором пробивное напряжение в большей степени определяется электродным эффектом от тонких слоев, чем размерами этого разрядника. Толщину пленки следует выбирать менее 500 мм, предпочтительно ниже 100 мм и, в частности, ниже 50 мм. При исключительно тонких пленках могут возникнуть производственные проблемы и может вновь повыситься напряжение воспламенения, поэтому толщину пленки следует выбирать более 1 мм и предпочтительно даже более 5 мм. Оптимум в работе следует искать между этими приблизительными пределами. В частности, выгодно формировать искроразрядники непосредственно на поверхности схемного рисунка для объединения электронных компонентов, поскольку в этом случае нет надобности в дополнительных компонентах и производственных стадиях. Если подложкой схемного рисунка является описанная выше гибкая подложка, дополнительное преимущество состоит в том, что небольшие вариации размера разрядника, возникающие вследствие упругости или вибрации пленки, в минимальной степени воздействуют на напряжение воспламенения для искроразрядников.

Поскольку электронная схема настоящего типа обязательно содержит много проводников с незначительными взаимными изоляционными промежутками, следует обеспечить гарантию, что естественно или специально установленные импедансы были размещены после искроразрядника и что изоляционные промежутки, включая искроразрядники, перед этими импедансами удерживались меньшими, чем после импеданса, чтобы управлять искровым перекрытием до площадки в искроразрядниках. Предпочтительно, чтобы пробивные напряжения между проводниками и корпусом детонатора контролировались таким образом, чтобы изоляционный промежуток между стенкой детонатора и питающей линией был меньше перед импедансом и после него. Импеданс может также функционировать как токовый ограничитель и как предохранительное устройство для последующих компонентов. Предпочтительно, чтобы последовательный резистор был включен по крайней мере в одну и предпочтительно в две питающие линии после искроразрядника. Емкость между проводниками можно использовать как дополнительное средство или альтернативное средство. Емкость увеличивает длительность нарастания напряжения, воздействующего на предохранительные компоненты между проводниками, что, в частности, повышает вероятность более раннего срабатывания этих предохранительных компонентов, подобных искроразрядникам, предохранительным тиристорам или зенеровским диодам. Импеданс можно, как и искроразрядники, с большой выгодой изготовить непосредственно на подложке схемного рисунка, например, посредством тонкопленочной технологии или толстопленочной технологии, или смонтировать в виде дискретный компонентов. Изоляционные промежутки на самом чипе неизбежно малы, и предпочтительно, чтобы дополнительные предохранительные схемы устраивались до или на этом чипе. Предохранительный компонент может представлять собой, например, зенеровский диод, но предпочтительным является тиристорный тип, чтобы давать низкое остаточное сопротивление и незначительное выделение тепла.

Когда необходимые компоненты смонтированы на гибкой пленке в соответствии с настоящим изобретением, ее следует ввести в крепежное приспособление, чтобы защитить компоненты и фиксировать и стабилизировать их позиции. Должным образом спроектированное крепежное приспособление также позволяет независимым образом транспортировать воспламенительное устройство и обращаться с ним, что само по себе применительно к взрывчатым веществам и является преимуществом. Крепежное приспособление должно предоставлять опору по крайней мере гибкой подложке по значительной части ее площади. Крепежное приспособление может также нести или по крайней мере ограничивать диапазон перемещения для других компонентов внутри крепежного приспособления, существенно соответствуя форме подложки и компонентов. Внешняя форма крепежного приспособления должна быть спроектирована так, чтобы обеспечивалось правильное позиционирование в детонаторном корпусе с достаточным количеством контактных точек с внутренней поверхностью этого корпуса. Внешнюю поверхность предпочтительно спроектировать существенно цилиндрической, соответствующей внутренней поверхности детонаторного корпуса, диаметр которого обычно менее 20 мм, даже менее 15 мм и предпочтительно менее 10 мм. Если воспламенительное устройство в предпочтительном варианте содержит капсюль-воспламенитель, то он размещается на той стороне названного крепежного приспособления, которое направлено внутрь детонатора, а отверстие, которое можно изготовить во время транспортировки со съемными или разрушаемыми заглушками, в капсюле-воспламенителе надо изготовить в крепежном приспособлении для наблюдения и управления искровым потоком или пламенем. С помощью крепежного приспособления и гибкой подложки удовлетворительное управление даже маленьким капсюлем-воспламенителем достигается в смысле эффективной искровой концентрации в желательном направлении. Другой конец этого крепежного приспособления можно спроектировать в виде заглушки-пробки для герметизации детонатора после ввода воспламенительного устройства. Поэтому заглушку-пробку и крепежное приспособление можно изготовить как одно целое из одного материала, что обеспечивает хорошую стабильность и влагостойкость, а также упрощает производство. Альтернативно, пробку и крепежное приспособление можно изготавливать отдельно из различных материалов, причем выбор материала может быть оптимизирован соответствующей функцией, например, для пробки - эластомер, для крепежного приспособления - термопластик, подобный полистиролу или полиэтилену. Части могут удерживаться вместе с помощью проводника, но предпочтительно предусматривать дополнительное связывание, например, путем простого механического фиксирования или спутывания. Следует предусмотреть вход для питающей линии или соединительный штепсель для питающей линии. Крепежное приспособление должно иметь отверстие для заземляющего контакта между схемой и корпусом детонатора, который обычно изготавливают из металла. Это заземление можно спроектировать в виде металлического язычка, который проходит от плоскости подложки через крепежное приспособление и выводится поверх наружной поверхности крепежного приспособления, или предпочтительно в виде увеличенной покрытой металлом части подложки, которая выступает из поверхности крепежного приспособления. Крепежное приспособление может дополнительно иметь отверстия в специальных точках схемы для, например, управления измерениями или программирования. Электронике можно придать свойство индивидуальности, например, путем сжигания перемычек или посредством так называемой Zener технологии в соответствии со сказанным выше перед установкой в детонаторный корпус, чтобы обеспечивалось, например, последующее индивидуальное временное программирование. Крепежное приспособление целесообразно изготавливать из непроводящего материала, подобного пластику. Воспламенительное устройство можно отлить из пластического материала, например, посредством литейной формы, которую прижимают к подложке и в которую нагнетают полимерный материал, затвердевающий на ней. Однако предпочтительно формировать крепежное приспособление отдельно, целесообразно с делением в плоскости пленочной поверхности для простого включения пленки. Части можно, где приемлемо, связывать вместе простым запорным приспособлением. Все отверстия в крепежном приспособлении целесообразно снабдить влагостойким уплотнением из, например, пластиковой пленки или конфаундингов, чтобы повысить операционную эффективность после раздельного обращения и транспортировки.