EP0830560B1 - Electro-explosive initiator and vehicle safety system comprising such an initiator - Google Patents
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- EP0830560B1 EP0830560B1 EP96911012A EP96911012A EP0830560B1 EP 0830560 B1 EP0830560 B1 EP 0830560B1 EP 96911012 A EP96911012 A EP 96911012A EP 96911012 A EP96911012 A EP 96911012A EP 0830560 B1 EP0830560 B1 EP 0830560B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
- F42B3/10—Initiators therefor
- F42B3/12—Bridge initiators
- F42B3/124—Bridge initiators characterised by the configuration or material of the bridge
Definitions
- the present invention relates to an initiator electropyrotechnic as described by the preamble of claim 1.
- This type of device has the function of being ignited by the passage of an electric current greater than one predetermined threshold value, in order to activate a mechanism.
- the electropyrotechnic initiators are intended for be integrated into electrotechnical chains.
- they are used in security systems for cars or other vehicles, for example for operate an airbag. They are also used for example in missiles.
- Such an electropyrotechnic initiator is known from example of document US-A-5,230,287 (basis for the preamble of claim 1).
- This initiator known electropyrotechnic includes two pins electric current supply inserted in a base, a bridge establishing an electrical connection between the two pins, a pyrotechnic composition stored in a container, an electronic circuit comprising a deposited bridge on a plate, this plate being connected to the pins electric current supply, and the composition pyrotechnic being compacted in the container and combined with the microcomponent under pressure in the container.
- the invention also relates to a vehicle security system comprising one or more several initiators.
- the initiators used to date consist of usually a device with two pins electric connected by a welded filament constituting a bridge conductor placed in contact with a composition pyrotechnic.
- the driver bridge is performed on a printed circuit or equivalent support. Greater precision is thus possible.
- a weld bead is required at the connection between the driver bridge and the supply pins current. This affects the flatness of the interface of the driver's bridge with the pyrotechnic composition and affects the regularity of the exchanges calorific.
- the weld bead also requires the use of a deposition technology, consisting of depositing drops or painting of pyrotechnic product, technology little appreciated for mass production.
- these devices have an architecture not intended to receive either a conductive or semiconductor bridge.
- the invention aims to overcome these drawbacks.
- the object of the invention is thus an electropyrotechnic initiator allowing to precisely control a firing, able to be integrated to an efficient chain requiring a high rate of reliability.
- Another objective of the invention is an initiator capable of receive either a conductive or semiconductor bridge, with identical architectures, the semiconductor bridge ensuring faster heat exchange with the pyrotechnic composition.
- the subject of the invention is also a protection against electric shock static.
- An additional object of the invention is a technology using a compacted form of the pyrotechnic composition, allowing to preserve the integrity of the interface between the bridge and the composition, even after long storage.
- Another object of the invention is a initiator with a long lifespan, thanks to hermetic properties.
- the invention also relates to a security system for a vehicle comprising such an initiator.
- the invention relates to an initiator electropyrotechnic comprising the characteristics described in claim 1.
- this bridge is deposited on a plate, the bridge and the plate being part of an electronic microcomponent, the wafer is connected to the pins and the composition is compacted in the container. The composition and microcomponent are brought together under pressure in the container.
- the pyrotechnic initiator according to the invention offers thus a unique architecture, allowing to integrate both a conductive and a semiconductor bridge.
- the initiator can be made from of two electrical and pyrotechnics assembled under pressure, so that maintain the integrity of the interface between the microcomponent and composition. Compaction of the pyrotechnic composition also allows a perfect control of its ignition thanks to the bridge of electronic component.
- the container has hermetic walls, the base is an airtight crossing and the connection walls at the base is also airtight. We avoid thus infiltrations in the composition.
- the initiator according to the invention also comprises a housing inside the container, this housing comprising a material saturated with helium, allowing to detect possible leaks.
- the initiator according to the invention allows control very simple hermeticity.
- the material saturated in helium is indeed a real sponge, and any leakage from the case leads to a loss of helium can be easily detected by suction.
- the container includes an electrically insulating cup and case metal with airtight walls containing this cup.
- the container preferably has an area of its thinned or weakened walls, so that a ignition of the pyrotechnic composition has a privileged effect to the law of this area.
- the initiator includes a insulating cap which, together with the cup, constitutes a electrically insulating cage protecting the pyrotechnic composition of all attacks resulting in particular from electricity discharges static.
- the bridge being conductive consists of a layer resistive of constant thickness.
- the resistive layer then advantageously has a rectangular surface, for example square.
- the bridge is semiconductor.
- two contact pads are advantageously provided at opposite ends of the plate, these ranges being intended to facilitate soldering of the pins.
- This device eliminates any problem posed by weld beads.
- the invention also relates to a system for vehicle security comprising at least one electropyrotechnic initiator according to the invention, able to activate a safety mechanism.
- Figure 1 shows a longitudinal section of an inert subset, comprising elements electric, part of an initiator according to the invention.
- Figure 2 shows a longitudinal section a pyrotechnic sub-assembly corresponding to the inert sub-assembly of Figure 1.
- Figure 3 shows an assembly of the sub-assemblies respectively inert and pyrotechnic of Figures 1 and 2, constituting the initiator described in as an example.
- Figure 4 shows a micro-component electronics used in the Figure initiator 3, along a cross section IV-IV.
- Figure 5 shows the bridge of Figure 4 in perspective.
- the electropyrotechnic initiator 1 representative of the invention, shown in the Figure 3, is composed of two parts: a first inert sub-assembly 18 comprising elements electric, and a second pyrotechnic sub-assembly 19, containing products used for firing.
- the inert sub-assembly 18, shown in the Figure 1 has two electrical pins 7 intended to be connected to an electrical circuit. These two metal pins 7 for supplying current are typically made of iron-nickel FN50. Their diameter is for example 1 mm. Pins 7 are hermetically sealed in an insulating base electrically. This is preferably made of glass, but can also be ceramic or plastic, for example. A cylindrical body 9 surrounds this base 8 to which it is linked hermetically. This metallic body 9 is of preferably made of stainless steel. Base 8 is covered with a cap 10 threaded on the pins 7. This cap 10 is made of a material electrically insulating, and is preferably in plastic. It is typically a polyamide. The cap 10 electrically insulates the body 9 metal of the pyrotechnic part.
- An electronic microcomponent 20 is soldered to the pins 7.
- the cap 10 facilitates the positioning and contributes to the isolation of the pyrotechnic part.
- the pyrotechnic sub-assembly 19, visible on Figure 2, includes the pyrotechnic composition 4 initiation. This is a substance sensitive to the heat. It can typically be chosen from lead azide, tetrazene, lead mononitroresorcinates, lead dinitrororcorcates and lead trinitroresorcinates. The last substance is the one chosen in the example.
- Pyrotechnic composition 4 is accompanied of a composition 5 reinforcing an effect pyrotechnic.
- This reinforcing composition is redox type. Its reducer is typically based on zirconium, titanium, hydride titanium or boron. In a preferred embodiment, it contains 50 to 70% potassium perchlorate, 0 to 10% boron, 20 to 40% titanium hydride and 2 to 5% fluorinated binder.
- compositions 4 and 5 are compacted under pressure in an insulating cup 3. This one is from preferably plastic. Composition 5 reinforcing a pyrotechnic effect is compacted towards the bottom 16 of well 3, and the composition pyrotechnic 4 is compacted above. For example, 50 mg of composition 5 are successively compressed, then 30 mg of the pyrotechnic composition 4.
- Well 3 containing the composition pyrotechnic 4 and the reinforcing composition pyrotechnic effect 5 is itself contained in a case 2, preferably metallic.
- Cup 3 and cap 10 assembled constitute an electrically insulating cage which protects the pyrotechnic composition from all assaults resulting in particular from landfills of static electricity.
- Case 2 has a thinned bottom 15, so as to create prior embrittlement.
- a firing of the pyrotechnic composition 4 has an effect as well privileged in the direction of the bottom 15.
- the bottom 16 of the bucket 3 also has a reduced thickness.
- a housing 6 Between the bottom 16 of the bucket 3 and the bottom 15 of the case 2 is provided with a housing 6.
- This housing 6 is filled with a material saturated with helium, presenting preferably in the form of a thin washer. This is placed at the bottom 15 of the case 2 before the loading of the bucket 3.
- This device makes it possible to test easily the hermeticity of initiator 1, using a helium detector.
- the inert sub-assembly 18 and the sub-assembly pyrotechnics 19 are assembled in compression 1 around a common axis 13, as shown in Figure 3 to constitute the initiator 1.
- a the case 2 and the body 9 are joined together by a circular laser weld 12.
- This weld 12 maintains constant compression and guarantees airtightness. For example, it can guarantee a state of a pyrotechnic charge compressive with a value of 500 bars.
- the assembly of two subsets 18, 19 can also be made by gluing the case 2 and the body 9.
- Pressure assembly of the two sub-assemblies 18, 19 avoids the presence of air between the microcomponent 20 and the pyrotechnic composition 4, which would harm a control of calorific exchanges.
- the general advantage of this arrangement is that it allows maintain the integrity of the interface between bridge 23 and composition 4, the latter being carried out precisely according to the desired configuration.
- the cap 10 electrically insulates the pyrotechnic composition 4 of the metallic body 9.
- the glass base 8 ensures the tightness of the passage between the pins 7 and the metal body 9, it allows also to maintain the compressive state.
- the weld 12 prevents infiltration between the case 2 on the one hand, and the body 9 and the bucket 3 on the other hand, thus giving the container compositions 4, 5 excellent hermeticity, it also helps maintain the compressive state.
- the electronic microcomponent 20, detailed on Figure 4, preferably includes a plate 11 alumina.
- a plate 11 alumina For example, it has a length L1 3 mm in a direction from pin 7 to the other, a width L2 equal to 2.54 mm and a thickness of 0.635 mm.
- the tracks 22 are separated by an L3 air gap of approximately 100 ⁇ m.
- a bridge 23 is screen printed on this air gap L3. It can also be photolithographed or deposited under empty. In the example presented, this is a resistance, this being typically achieved by serigraphy using ruthenium-based ink.
- the bridge 23, visible in FIGS. 4 and 5, has a length L'1 along the length L1 of the wafer 11, a width L'2 along the width L2 of the wafer 11 and a thickness e. It therefore has an area S equal to L'1 x L'2. Its section is also defined, for example L'2.
- the resistance R is changed simply by making vary the thickness e and the resistivity ⁇ .
- L'1 equals L'2.
- resistance R is ⁇ / e.
- the choice of lengths L'1 and L'2 allows to adjust two important values: an intensity of non-functioning I0 and an intensity of operation I1.
- Intensity I0 defines a threshold of intensity flowing in bridge 23, below which heating of the wafer 11 is not sufficient to initiate a firing of the initiator 1.
- the operating intensity I1 greater than the intensity I0 of non-operation, defines a threshold beyond which initiator 1 is systematically ignited. Between I0 and I1, the initiation initiation is not guaranteed.
- the intensities I0 and Il can be easily adjusted by playing on the surface S: the more the latter is small, the lower the values I0 and I1.
- the composition of bridge 23 is also involved in their determination.
- bridge 23 has a surface S square, and the lengths L'1 and L'2 are all two equal to 150 ⁇ m.
- the resistance R is typically around 2 ⁇ , at 0.15 ⁇ close.
- Contact resumption areas 21 in platinum-gold are also deposited at opposite ends of the plate 11 corresponding to the positioning pins 7.
- the pads 21 cover these ends over the entire width L2 of the insert 11. These deposits are made on both sides of the wafer 11, as well as on the edges 24 corresponding to the ends concerned.
- the beaches 21 facilitate soldering of pins 7, similarly so that for electronic components mounted in surface on printed circuits. Pins 7 are thus connected to the wafer 11 according to a widely proven welding process.
- the assembly comprising the plate 11, the bridge 23 resistive, the conductive tracks 22, and the contact pads 21 constitutes the microcomponent electronics 20.
- the architecture adopted is exactly the same.
- the wafer 11 is then formed of a semiconductor material deposited on a support made of ceramic material.
- a semiconductor bridge 23 is particularly advantageous because it allows a very high accuracy in triggering initiator 1. Indeed, it only becomes resistive from a fixed voltage level. When this level is reached, there is a cascade phenomenon starting with a heating of the bridge 23 going from associated with a decrease in its resistance and ending with the discharge of a plasma into the composition 4. A minimum duration of application of current is required to cause ignition.
- the inert sub-assemblies 18 and pyrotechnics 19 are assembled under pressure, a pressure of 500 bars for example exerted on the pyrotechnic composition 4. They are then connected by the weld 12, which maintains after release the pressure applied beforehand.
- the architecture is independent of the mode of realization of sub-assemblies 18 and 19. This simplifies the manufacture of the two types of initiator on the same site of the subsets 18, 19. This general configuration provides a very high precision of firing.
- the tightness of the operational initiator 1 is then checked before installation in a vehicle with a helium detector, to detect possible leaks from material saturated in helium stored in housing 6.
- bridge 23 is semiconductor, the operation is quite similar. An update initiator 1 fire is however caused from more abruptly when a current passing through pins 7 has an intensity exceeding a value of threshold associated with the semiconductor bridge 23 and that its duration of application is sufficient.
- the bridge 23 may consist of a thin layer as a thick layer. he can also have a surface S other than rectangular, and for example have a shape circular or polyhedral.
- the initiator according to the invention can be used in especially in vehicles to quickly put in action security mechanisms, such as airbags, locks and unlocking doors, or pretensioners seat belts.
- action security mechanisms such as airbags, locks and unlocking doors, or pretensioners seat belts.
- it is also suitable for any other device requiring a trigger fast and well mastered of a mechanism.
- it can be used in systems offensive or defensive military, and in fire protection systems or floods.
Description
La présente invention concerne un initiateur
électropyrotechnique tel que décrit par le préambule de la revendication 1.The present invention relates to an initiator
electropyrotechnic as described by the preamble of
Ce type de dispositif a pour fonction d'être mis à feu par le passage d'un courant électrique supérieur à une valeur de seuil prédéterminée, afin de mettre en action un mécanisme.This type of device has the function of being ignited by the passage of an electric current greater than one predetermined threshold value, in order to activate a mechanism.
Les initiateurs électropyrotechniques sont destinés à être intégrés à des chaínes électrotechniques. En particulier, ils sont utilisés dans des systèmes de sécurité pour automobile ou autres véhicules, par exemple pour actionner un coussin gonflable de sécurité. Ils sont aussi utilisés par exemple dans des missiles.The electropyrotechnic initiators are intended for be integrated into electrotechnical chains. In particular, they are used in security systems for cars or other vehicles, for example for operate an airbag. They are also used for example in missiles.
Un tel initiateur électropyrotechnique est connu par exemple du document US-A-5.230.287 (base pour le préambule de la revendication 1). Cet initiateur électropyrotechnique connu comprend deux broches électriques d'amenée de courant insérées dans une embase, un pont établissant une liaison électrique entre les deux broches, une composition pyrotechnique stockée dans un récipient, un circuit électronique comprenant un pont déposé sur une plaquette, cette plaque étant reliée aux broches électriques d'amenée de courant, et la composition pyrotechnique étant compactée dans le récipient et réunie avec le microcomposant sous pression dans le récipient.Such an electropyrotechnic initiator is known from example of document US-A-5,230,287 (basis for the preamble of claim 1). This initiator known electropyrotechnic includes two pins electric current supply inserted in a base, a bridge establishing an electrical connection between the two pins, a pyrotechnic composition stored in a container, an electronic circuit comprising a deposited bridge on a plate, this plate being connected to the pins electric current supply, and the composition pyrotechnic being compacted in the container and combined with the microcomponent under pressure in the container.
L'invention concerne également un système de sécurité pour véhicule comprenant un ou plusieurs initiateurs.The invention also relates to a vehicle security system comprising one or more several initiators.
Les initiateurs utilisés à ce jour consistent habituellement en un dispositif comprenant deux broches électriques reliées par un filament soudé constituant un pont conducteur disposé au contact d'une composition pyrotechnique. The initiators used to date consist of usually a device with two pins electric connected by a welded filament constituting a bridge conductor placed in contact with a composition pyrotechnic.
L'aspect rudimentaire du raccord entre broches présente l'inconvénient majeur de ne pas offrir une maítrise suffisante de la mise à feu.The rudimentary aspect of the connection between pins has the major disadvantage of not offering mastery sufficient firing.
Dans des initiateurs plus élaborés, le pont conducteur est effectué sur un circuit imprimé ou un support équivalent. Une plus grande précision est ainsi possible.In more sophisticated initiators, the driver bridge is performed on a printed circuit or equivalent support. Greater precision is thus possible.
Cependant, des inconvénients majeurs subsistent. En particulier, un bourrelet de soudure est nécessaire au niveau du raccordement électrique entre le pont conducteur et les broches d'amenée de courant. Ceci nuit à une planéité de l'interface du pont conducteur avec la composition pyrotechnique et affecte la régularité des échanges calorifiques. Le bourrelet de soudure oblige également l'utilisation d'une technologie de dépôt, consistant à déposer des gouttes ou de la peinture de produit pyrotechnique, technologie peu appréciée pour des fabrications en grande série.However, major drawbacks remain. In particular, a weld bead is required at the connection between the driver bridge and the supply pins current. This affects the flatness of the interface of the driver's bridge with the pyrotechnic composition and affects the regularity of the exchanges calorific. The weld bead also requires the use of a deposition technology, consisting of depositing drops or painting of pyrotechnic product, technology little appreciated for mass production.
De plus, ces dispositifs ont une architecture non prévue pour recevoir indifféremment un pont conducteur ou semi-conducteur.In addition, these devices have an architecture not intended to receive either a conductive or semiconductor bridge.
Un autre inconvénient des initiateurs utilisés habituellement est qu'une protection vis-à-vis des décharges d'électricité statique n'est pas prise en compte. Des conséquences très graves peuvent en résulter pour l'utilisateur.Another disadvantage of the initiators usually used is that protection against static discharge is not taken into account. Very serious consequences can result for the user.
En ce qui concerne la détection des fuites, on procède habituellement par injection d'hélium, puis détection par aspiration. Ce procédé est long à mettre en oeuvre et il est peu fiable.Regarding the detection of leaks, we proceed usually by helium injection, then detection by aspiration. This process is long to implement and it is unreliable.
L'invention vise à pallier ces inconvénients.The invention aims to overcome these drawbacks.
Le but de l'invention est ainsi un initiateur électropyrotechnique permettant de maítriser précisément une mise à feu, apte à être intégré à une chaíne performante requérant un grand taux de fiabilité.The object of the invention is thus an electropyrotechnic initiator allowing to precisely control a firing, able to be integrated to an efficient chain requiring a high rate of reliability.
Un autre objectif de l'invention est un initiateur susceptible de recevoir indifféremment un pont conducteur ou semi-conducteur, avec des architectures identiques, le pont semi-conducteur assurant un échange calorifique plus rapide avec la composition pyrotechnique.Another objective of the invention is an initiator capable of receive either a conductive or semiconductor bridge, with identical architectures, the semiconductor bridge ensuring faster heat exchange with the pyrotechnic composition.
C'est aussi un but de l'invention d'obtenir un initiateur stable dans le temps. It is also an object of the invention to obtain a stable initiator in time.
L'invention a également pour objet une protection vis-à-vis de décharges d'électricité statique.The subject of the invention is also a protection against electric shock static.
Un but supplémentaire de l'invention est une technologie faisant appel à une forme compactée de la composition pyrotechnique, permettant de conserver l'intégrité de l'interface entre le pont et la composition, même après un long stockage.An additional object of the invention is a technology using a compacted form of the pyrotechnic composition, allowing to preserve the integrity of the interface between the bridge and the composition, even after long storage.
Un autre objectif de l'invention est un initiateur ayant une longue durée de vie, grâce à des propriétés d'herméticité.Another object of the invention is a initiator with a long lifespan, thanks to hermetic properties.
L'invention vise aussi un système de sécurité pour véhicule comprenant un tel initiateur.The invention also relates to a security system for a vehicle comprising such an initiator.
A cet effet, l'invention concerne un initiateur
électropyrotechnique comprenant les caractéristiques décrites dans la revendication 1.To this end, the invention relates to an initiator
electropyrotechnic comprising the characteristics described in
Selon l'invention, ce pont est déposé sur une plaquette, le pont et la plaquette faisant partie d'un microcomposant électronique, la plaquette est reliée aux broches et la composition est compactée dans le récipient. La composition et le microcomposant sont réunis sous pression dans le récipient.According to the invention, this bridge is deposited on a plate, the bridge and the plate being part of an electronic microcomponent, the wafer is connected to the pins and the composition is compacted in the container. The composition and microcomponent are brought together under pressure in the container.
Par rapport aux initiateurs existants, l'initiateur pyrotechnique selon l'invention offre ainsi une architecture unique, permettant d'intégrer aussi bien un pont conducteur que semi-conducteur. Qui plus est, l'initiateur peut être réalisé à partir de deux sous-ensembles respectivement électrique et pyrotechnique assemblés sous pression, de façon à conserver l'intégrité de l'interface entre le microcomposant et la composition. Le compactage de la composition pyrotechnique permet par ailleurs une parfaite maítrise de sa mise à feu grâce au pont du composant électronique.Compared to existing initiators, the pyrotechnic initiator according to the invention offers thus a unique architecture, allowing to integrate both a conductive and a semiconductor bridge. What is more, the initiator can be made from of two electrical and pyrotechnics assembled under pressure, so that maintain the integrity of the interface between the microcomponent and composition. Compaction of the pyrotechnic composition also allows a perfect control of its ignition thanks to the bridge of electronic component.
Selon un mode de réalisation préféré de l'initiateur, le récipient a des parois hermétiques, l'embase est une traversée hermétique et la liaison des parois à l'embase est aussi hermétique. On évite ainsi des infiltrations dans la composition.According to a preferred embodiment of the initiator, the container has hermetic walls, the base is an airtight crossing and the connection walls at the base is also airtight. We avoid thus infiltrations in the composition.
L'initiateur selon l'invention comporte également un logement à l'intérieur du récipient, ce logement comprenant un matériau saturé en hélium, permettant de détecter des fuites éventuelles.The initiator according to the invention also comprises a housing inside the container, this housing comprising a material saturated with helium, allowing to detect possible leaks.
Au lieu d'un procédé laborieux utilisé habituellement pour détecter une fuite éventuelle, l'initiateur selon l'invention permet un contrôle très simple d'herméticité. Le matériau saturé en hélium constitue en effet une véritable éponge, et toute fuite de l'étui entraíne une perte d'hélium pouvant être aisément détectée, par aspiration.Instead of a laborious process used usually to detect a possible leak, the initiator according to the invention allows control very simple hermeticity. The material saturated in helium is indeed a real sponge, and any leakage from the case leads to a loss of helium can be easily detected by suction.
Dans le mode de réalisation préféré, avec parois hermétiques, il est judicieux que le récipient comprenne un godet isolant électriquement et un étui métallique à parois hermétiques contenant ce godet.In the preferred embodiment, with walls airtight, it makes sense for the container includes an electrically insulating cup and case metal with airtight walls containing this cup.
Le récipient a de préférence une zone de ses parois amincie ou fragilisée, de façon à ce qu'une mise à feu de la composition pyrotechnique ait un effet privilégié au droit de cette zone.The container preferably has an area of its thinned or weakened walls, so that a ignition of the pyrotechnic composition has a privileged effect to the law of this area.
Avantageusement, l'initiateur comporte un capuchon isolant qui, avec le godet, constitue une cage électriquement isolante protégeant la composition pyrotechnique de toutes les agressions résultant en particulier des décharges d'électricité statique.Advantageously, the initiator includes a insulating cap which, together with the cup, constitutes a electrically insulating cage protecting the pyrotechnic composition of all attacks resulting in particular from electricity discharges static.
Dans une première configuration de l'initiateur, le pont étant conducteur est constitué d'une couche résistive d'épaisseur constante.In a first configuration of the initiator, the bridge being conductive consists of a layer resistive of constant thickness.
La couche résistive a alors avantageusement une surface rectangulaire, par exemple carrée.The resistive layer then advantageously has a rectangular surface, for example square.
Une détermination précise de la résistance du composant et d'une intensité de courant susceptible de déclencher l'initiateur est ainsi obtenue.A precise determination of the resistance of the component and of a current intensity likely to trigger the initiator is thus obtained.
Dans une seconde configuration de l'initiateur selon l'invention, le pont est semi-conducteur.In a second configuration of the initiator according to the invention, the bridge is semiconductor.
D'autre part, deux plages de contact sont avantageusement prévues à des extrémités opposées de la plaquette, ces plages étant destinées à faciliter une brasure des broches.On the other hand, two contact pads are advantageously provided at opposite ends of the plate, these ranges being intended to facilitate soldering of the pins.
Ce dispositif élimine tout problème posé par des bourrelets de soudure. This device eliminates any problem posed by weld beads.
L'invention concerne aussi un système de sécurité pour véhicule comprenant au moins un initiateur électropyrotechnique selon l'invention, apte à activer un mécanisme de sécurité.The invention also relates to a system for vehicle security comprising at least one electropyrotechnic initiator according to the invention, able to activate a safety mechanism.
L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins, dans lesquels:The invention will be described in more detail in reference to the drawings, in which:
La Figure 1 représente une coupe longitudinale d'un sous-ensemble inerte, comprenant des éléments électriques, faisant partie d'un initiateur selon l'invention.Figure 1 shows a longitudinal section of an inert subset, comprising elements electric, part of an initiator according to the invention.
La Figure 2 représente une coupe longitudinale d'un sous-ensemble pyrotechnique correspondant au sous-ensemble inerte de la Figure 1.Figure 2 shows a longitudinal section a pyrotechnic sub-assembly corresponding to the inert sub-assembly of Figure 1.
La Figure 3 montre un assemblage des sous-ensembles respectivement inerte et pyrotechnique des Figures 1 et 2, constituant l'initiateur décrit à titre d'exemple.Figure 3 shows an assembly of the sub-assemblies respectively inert and pyrotechnic of Figures 1 and 2, constituting the initiator described in as an example.
La Figure 4 représente un micro-composant
électronique utilisé dans l'initiateur de la Figure
3, suivant une section transversale IV-IV.Figure 4 shows a micro-component
electronics used in the
La Figure 5 représente le pont de la Figure 4 en perspective.Figure 5 shows the bridge of Figure 4 in perspective.
L'initiateur électropyrotechnique 1
représentatif de l'invention, représenté sur la
Figure 3, est composé de deux parties: un premier
sous ensemble inerte 18 comportant des éléments
électriques, et un second sous-ensemble pyrotechnique
19, contenant des produits servant à une mise à feu.The
Le sous-ensemble inerte 18, représenté sur la
Figure 1 comporte deux broches électriques 7
destinées à être reliées à un circuit électrique. Ces
deux broches métalliques 7 d'amenée de courant sont
typiquement réalisées en fer-nickel FN50. Leur
diamètre vaut par exemple 1 mm. Les broches 7 sont
scellées hermétiquement dans une embase isolante
électriquement. Celle-ci est de préférence en verre,
mais peut également être en céramique ou en
plastique, par exemple. Un corps 9 cylindrique
entoure cette embase 8 à laquelle il est lié
hermétiquement. Ce corps 9 métallique est de
préférence réalisé en acier inoxydable. L'embase 8
est revêtue d'un capuchon 10 enfilé sur les broches
7. Ce capuchon 10 est constitué d'une matière
isolante électriquement, et est de préférence en
plastique. Il s'agit typiquement d'un polyamide. Le
capuchon 10 isole électriquement le corps 9
métallique de la partie pyrotechnique.The
Un microcomposant électronique 20 est brasé sur
les broches 7. Le capuchon 10 en facilite le
positionnement et contribue à l'isolement de la
partie pyrotechnique.An
Le sous-ensemble pyrotechnique 19, visible sur
la Figure 2, comprend la composition pyrotechnique 4
d'initiation. Celle-ci est une substance sensible à
la chaleur. On peut la choisir typiquement parmi
l'azoture de plomb, le tétrazène, les
mononitrorésorcinates de plomb, les
dinitrorésorcinates de plomb et les
trinitrorésorcinates de plomb. La dernière substance
est celle choisie dans l'exemple.The
La composition pyrotechnique 4 est accompagnée
d'une composition 5 renforçatrice d'un effet
pyrotechnique. Cette composition 5 renforçatrice est
de type oxydo-réducteur. Son réducteur est
typiquement à base de zirconium, titane, hydrure de
titane ou bore. Dans une réalisation préférée, elle
contient 50 à 70% de perchlorate de potassium, 0 à
10% de bore, 20 à 40% d'hydrure de titane et 2 à 5%
de liant fluoré.
Les compositions 4 et 5 sont compactées sous
pression dans un godet 3 isolant. Celui-ci est de
préférence en matière plastique. La composition 5
renforçatrice d'un effet pyrotechnique est compactée
vers le fond 16 du godet 3, et la composition
pyrotechnique 4 est compactée au-dessus. Par exemple,
on comprime successivement 50 mg de la composition 5,
puis 30 mg de la composition pyrotechnique 4.The
Le godet 3 contenant la composition
pyrotechnique 4 et la composition renforçatrice
d'effet pyrotechnique 5 est lui-même contenu dans un
étui 2, de préférence métallique.Well 3 containing the
Le godet 3 et le capuchon 10 assemblés
constituent une cage électriquement isolante qui
protège la composition pyrotechnique de toutes les
agressions résultant en particulier des décharges
d'électricité statique.
L'étui 2 a un fond 15 aminci, de façon à y créer
une fragilisation préalable. Une mise à feu de la
composition pyrotechnique 4 a un ainsi un effet
privilégié dans la direction du fond 15. Le fond 16
du godet 3 a lui aussi une épaisseur réduite.
Entre le fond 16 du godet 3 et le fond 15 de
l'étui 2, est prévu un logement 6. Ce logement 6 est
rempli d'un matériau saturé en hélium, se présentant
de préférence sous la forme d'une fine rondelle.
Celle-ci est déposée au fond 15 de l'étui 2 avant le
chargement du godet 3. Ce dispositif permet de tester
facilement l'herméticité de l'initiateur 1, à l'aide
d'un détecteur d'hélium.Between the bottom 16 of the
Le sous-ensemble inerte 18 et le sous-ensemble
pyrotechnique 19 sont assemblés en compression 1
autour d'un axe 13 commun, comme ceci est représenté
sur la Figure 3 pour constituer l'initiateur 1. Une
solidarisation de l'étui 2 et du corps 9 est réalisée
par une soudure laser 12 circulaire. Cette soudure 12
permet de maintenir une compression constante et
garantie l'herméticité. A titre d'exemple, elle peut
garantir à une charge pyrotechnique un état
compressif d'une valeur de 500 bars. L'assemblage des
deux sous-ensembles 18, 19 peut également être
effectué par collage de l'étui 2 et du corps 9.The
L'assemblage sous pression des deux sous-ensembles
18, 19 évite la présence d'air entre le
microcomposant 20 et la composition pyrotechnique 4,
qui nuirait à une maítrise d'échanges calorifiques.
L'avantage général de ce montage est qu'il permet de
conserver l'intégrité de l'interface entre le pont 23
et la composition 4, celle-ci étant réalisée
précisément selon la configuration souhaitée.Pressure assembly of the two
Dans l'ensemble ainsi élaboré, le capuchon 10
isole électriquement la composition pyrotechnique 4
du corps 9 métallique. L'embase 8 en verre assure
quant à elle l'herméticité du passage entre les
broches 7 et le corps 9 métallique, elle permet
également de maintenir l'état compressif.On the whole thus elaborated, the
La soudure 12 empêche des infiltrations entre
l'étui 2 d'une part, et le corps 9 et le godet 3
d'autre part, donnant ainsi au contenant des
compositions 4, 5 une excellente herméticité, elle
permet également de maintenir l'état compressif.The
Le microcomposant électronique 20, détaillé sur
la Figure 4, comprend une plaquette 11 de préférence
en alumine. A titre d'exemple, elle a une longueur L1
de 3 mm dans une direction allant d'une broche 7 vers
l'autre, une largeur L2 égale à 2,54 mm et une
épaisseur de 0,635 mm. Sur cette plaquette 11, sont
aménagées par un procédé de photolithographie deux
pistes 22 conductrices en or disposées symétriquement
du côté de chacune des broches 7. Les pistes 22 sont
séparées par un entrefer L3 d'environ 100 µm.The
Un pont 23 est sérigraphié sur cet entrefer L3. Il peut aussi être photolithographié ou déposé sous vide. Dans l'exemple présenté, il s'agit d'une résistance, celle-ci étant typiquement réalisée par sérigraphie à l'aide d'encre à base de ruthénium.A bridge 23 is screen printed on this air gap L3. It can also be photolithographed or deposited under empty. In the example presented, this is a resistance, this being typically achieved by serigraphy using ruthenium-based ink.
Le pont 23, visible sur les Figures 4 et 5, a
une longueur L'1 selon la longueur L1 de la plaquette
11, une largeur L'2 selon la largeur L2 de la
plaquette 11 et une épaisseur e. Il a donc une
surface S égale à L'1 x L'2. On définit également sa
section par e x L'2. En appelant ρ la résistivité
du pont 23, la résistance R de ce dernier est donnée
par:
The bridge 23, visible in FIGS. 4 and 5, has a length L'1 along the length L1 of the
Si on conserve un rapport constant L'1/L'2 pour la surface S rectangulaire du pont 23 résistif, la résistance R est modifiée simplement en faisant varier l'épaisseur e et la résistivité ρ. En particulier, il est possible de choisir une surface S carrée, auquel cas L'1 égal L'2. Dans ce cas, la résistance R vaut ρ /e.If we keep a constant ratio L'1 / L'2 for the rectangular surface S of the resistive bridge 23, the resistance R is changed simply by making vary the thickness e and the resistivity ρ. In particular, it is possible to choose a surface S square, in which case L'1 equals L'2. In this case resistance R is ρ / e.
Le choix des longueurs L'1 et L'2 permet
d'ajuster deux valeurs importantes: une intensité de
non fonctionnement I0 et une intensité de
fonctionnement I1. L'intensité I0 définit un seuil
d'intensité circulant dans le pont 23, en deçà duquel
un échauffement de la plaquette 11 n'est pas
suffisant pour déclencher une mise à feu de
l'initiateur 1. L'intensité I1 de fonctionnement,
supérieure à l'intensité I0 de non fonctionnement,
définit un seuil au-delà duquel l'initiateur 1 est
systématiquement mis à feu. Entre I0 et I1, le
déclenchement de l'initiation n'est pas garanti.The choice of lengths L'1 and L'2 allows
to adjust two important values: an intensity of
non-functioning I0 and an intensity of
operation I1. Intensity I0 defines a threshold
of intensity flowing in bridge 23, below which
heating of the
Les intensités I0 et Il peuvent être aisément ajustées en jouant sur la surface S: plus celle-ci est petite, plus les valeurs I0 et I1 sont faibles. La composition du pont 23 intervient également dans leur détermination.The intensities I0 and Il can be easily adjusted by playing on the surface S: the more the latter is small, the lower the values I0 and I1. The composition of bridge 23 is also involved in their determination.
En choisissant judicieusement des caractéristiques du pont 23 résistif, dimensionnelles, mécaniques et thermiques, il est ainsi possible d'ajuster précisément la résistance R et les intensités I0 et I1.By choosing wisely characteristics of the resistive bridge 23, dimensional, mechanical and thermal, it is thus possible to precisely adjust the resistance R and the intensities I0 and I1.
Dans l'exemple choisi, le pont 23 a une surface S carrée, et les longueurs L'1 et L'2 sont toutes deux égales à 150 µm. Pour une automobile, la résistance R vaut typiquement de l'ordre de 2 Ω, à 0,15 Ω près.In the example chosen, bridge 23 has a surface S square, and the lengths L'1 and L'2 are all two equal to 150 µm. For an automobile, the resistance R is typically around 2 Ω, at 0.15 Ω close.
Des plages 21 de reprise de contact en platine-or
sont également déposées en des extrémités opposées
de la plaquette 11 correspondant au positionnement
des broches 7. Les plages 21 recouvrent ces
extrémités sur toute la largeur L2 de la plaquette
11. Ces dépôts sont pratiqués sur les deux faces de
la plaquette 11, ainsi que sur les tranches 24
correspondant aux extrémités concernées. Les plages
21 facilitent une brasure des broches 7, de la même
façon que pour des composants électroniques montés en
surface sur des circuits imprimés. Les broches 7 sont
de la sorte reliées à la plaquette 11 selon un
procédé de soudage largement éprouvé.
L'ensemble comprenant la plaquette 11, le pont
23 résistif, les pistes 22 conductrices, et les
plages 21 de contact constitue le microcomposant
électronique 20. The assembly comprising the
Dans le cas d'un pont 23 semi-conducteur,
l'architecture adoptée est exactement la même.
Typiquement, la plaquette 11 est alors constituée
d'un matériau semi-conducteur déposé sur un support
en matériau céramique.In the case of a semiconductor bridge 23,
the architecture adopted is exactly the same.
Typically, the
L'utilisation d'un pont 23 semi-conducteur est
particulièrement avantageuse, car il permet une très
grande précision dans un déclenchement de
l'initiateur 1. En effet, il ne devient résistif qu'à
partir d'un niveau de tension fixé. Lorsque ce niveau
est atteint, il se produit un phénomène en cascade
commençant par un échauffement du pont 23 allant de
pair avec une diminution de sa résistance et se
terminant par la décharge d'un plasma dans la
composition 4. Une durée minimale d'application du
courant est nécessaire pour provoquer une mise à feu.The use of a semiconductor bridge 23 is
particularly advantageous because it allows a very
high accuracy in triggering
Alors que les échanges thermiques se produisent
par conduction pour un composant 20 résistif, ils ont
lieu essentiellement par convection dans le cas semi-conducteur.
Bien que l'importance d'une interface
parfaitement maítrisée entre la composition 4 et le
composant 20 s'avère moins grande, elle reste
souhaitable.As heat exchange occurs
by conduction for a
Lors du montage, les sous-ensembles inerte 18 et
pyrotechnique 19 sont assemblés sous pression, une
pression de 500 bars par exemple s'exerçant sur la
composition pyrotechnique 4. On les relie ensuite par
la soudure 12, qui maintient après relâchement la
pression appliquée au préalable.During assembly, the
L'architecture est indépendante du mode de
réalisation des sous-ensembles 18 et 19. Cela
simplifie la fabrication des deux types d'initiateur
sur le même site des sous-ensembles 18, 19. Cette
configuration générale permet d'obtenir une très
grande précision de la mise à feu. The architecture is independent of the mode of
realization of
L'herméticité de l'initiateur 1 opérationnel est
ensuite vérifiée avant son installation dans un
véhicule avec un détecteur d'hélium, pour détecter
d'éventuelles fuites provenant du matériau saturé en
hélium stocké dans le logement 6.The tightness of the
En fonctionnement, en présence d'un pont 23
conducteur, un courant de faible intensité circule
par les broches 7 reliées à un circuit électrique,
dans le composant 20. Cette intensité, qui peut être
nulle, est insuffisante pour déclencher l'initiateur
1. Elle est inférieure à l'intensité I0 de non
fonctionnement du pont 23 conducteur.. Une mise à feu
de l'initiateur 1 est provoquée par une augmentation
sensible de l'intensité circulant dans les broches 7
et supérieure à l'intensité Il de fonctionnement. Il
s'ensuit un échauffement très rapide du pont 23
conducteur, transmis à la composition pyrotechnique 4
par l'intermédiaire de la plaquette 11. Une explosion
est ainsi déclenchée, ses effets se propageant de
façon privilégiée dans la direction du fond 16 du
godet 3.In operation, in the presence of a bridge 23
conductor, a weak current flows
by pins 7 connected to an electrical circuit,
in
Si le pont 23 est semi-conducteur, le
fonctionnement est tout-à-fait similaire. Une mise à
feu de l'initiateur 1 est cependant provoquée de
façon plus abrupte dès lors qu'un courant passant par
les broches 7 a une intensité dépassant une valeur de
seuil associée au pont 23 semi-conducteur et que sa
durée d'application est suffisante.If bridge 23 is semiconductor, the
operation is quite similar. An
Bien que les ponts 23 présentés à titre d'exemple soient particulièrement avantageux, d'autres configurations peuvent être envisagées. En particulier, le pont 23 peut être constitué d'une couche mince comme d'une couche épaisse. Il peut également avoir une surface S autre que rectangulaire, et présenter par exemple une forme circulaire ou polyédrique.Although the 23 bridges presented as are particularly advantageous, other configurations can be envisaged. In in particular, the bridge 23 may consist of a thin layer as a thick layer. he can also have a surface S other than rectangular, and for example have a shape circular or polyhedral.
Par ailleurs, malgré une moins bonne herméticité
que dans l'exemple décrit et un fluage modifiant
l'interface entre le composant 20 et la composition
pyrotechnique 4, il est envisageable de réaliser
l'étui 2 et le corps 9 en matière plastique. La
présence du godet 3 isolant n'est plus alors
nécessaire.In addition, despite poorer airtightness
than in the example described and a modifying creep
the interface between
L'initiateur selon l'invention est utilisable en particulier dans des véhicules pour mettre rapidement en action des mécanismes de sécurité, tels que coussins gonflables, dispositifs de verrouillage et déverrouillage de portes, ou prétensionneurs de ceintures de sécurité. Cependant, il convient aussi à tout autre dispositif nécessitant un déclenchement rapide et bien maítrisé d'un mécanisme. A titre d'exemple, il est utilisable dans des systèmes militaires offensifs ou défensifs, et dans des systèmes de protection contre des incendies ou es inondations.The initiator according to the invention can be used in especially in vehicles to quickly put in action security mechanisms, such as airbags, locks and unlocking doors, or pretensioners seat belts. However, it is also suitable for any other device requiring a trigger fast and well mastered of a mechanism. As example, it can be used in systems offensive or defensive military, and in fire protection systems or floods.
Claims (10)
- An electro-pyrotechnic initiator (1) comprising:two electrical pins (7) for supplying current inserted into a baseplate (8),a bridge (23) setting up an electrical connection between the two pins (7),a pyrotechnic composition (4) stored in a receptacle (2, 3),
- An electro-pyrotechnic initiator (1) according to claim 1, characterized in that the receptacle has sealed walls, the baseplate 8 is a sealed crossover and the connection between the baseplate (8) and the walls of the receptacle (2, 3) is also sealed.
- An electro-pyrotechnic initiator (1) according to claim 2, characterized in that the receptacle (2, 3) comprises an electrically insulating cup (3) and a metal case (2) with sealed walls containing said cup (3).
- An electro-pyrotechnic initiator according to claim 3, characterised in that it comprises an insulating cap (10) which, with the cup (3) makes an electrically insulating cage protecting the pyrotechnic composition from any attacks resulting, in particular, from discharges of static electricity.
- An electro-pyrotechnic initiator (1) according to any one of the proceeding claims, characterized in that the receptacle (2, 3) has an area (15, 16) weakened in such a way that igniting the pyrotechnic composition (4) has a favoured effect into said area (15, 16).
- An electro-pyrotechnic initiator (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the bridge (23) being a conductor is constituted by a resistive layer (23) of constant thickness (e).
- An electro-pyrotechnic initiator (1) according to claim 6, characterized in that the resistive layer has a rectangular surface (S).
- An electro-pyrotechnic initiator (1) according to any of claims 1 to 5, characterized in that the bridge (23) is a semiconductor.
- An electro-pyrotechnic initiator (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that two contact pads (21) are provided at opposite ends of the wafer (11), said pads (21) being intended to facilitate brazing of the pins (7).
- A safety system for a vehicle comprising at least one electro-pyrotechnic initiator (1) according to any one of claims 1 to 9, liable of activating a safety mechanism.
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