NO302593B1 - Tenner for initiering av sprenghetter - Google Patents

Description

Foreliggende opprinnelse angar -en tenner ror initiering av sprenghetter som i det minste omfatter én drivladning i en kapsling.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en tenner av denne type cg med elektronisk forsinkelse av tennsignalene.

Ved de fleste sprengningsarbeider utisses forsk jeiiig-e ladninger i en salve sekvensielt, og med en viss tidsforsinkelse mellom de enkelte ladninger eller iadningsgrupper. Dette gir mulighet for kontroll av fjellets bevegelser under sprengningen for for eksempel å opprettholde en fri ekspansjons flate fer samtlige ladninger i salven, påvirke fragmentering og kastlengce samt kontroll av bakkevibrasjonene.

Forsinkelsen oppnås konvensjonelt ved hjelp av et pyroteknisk forsinkelseselement anordnet i sprenghetten og hvis lengde og brennhastighet bestemmer forsinkelsestiden. Siden forsinkelseselementet tennes av initieringssignalene brenner det med en forhåndsbestemt hastighet og initierer deretter kaps Un-gens sprengladning. En viss tidsspredning er imidlertid uunn-gåelig selv ved presist fremstilte pyrotekniske elementer, og når det kreves et større antall forskjellige forsinkelser må forsinkelsessatser av ulik pyroteknisk sammensetning og brennhastighet benyttes, hvilket øker risikoen for uønsket spredning på grunn av de forskjellige satsers ulike eldingsegenskaper.

Kommersiell fremstilling av elektronikksprenghetter

har latt vente på seg av flere grunner, og kravet til

sikker tenning setter bl.a. en grense for mulighetene av å redusere størrelsen og det elektriske energibehov for tennperlen. Nøyaktigheten av den elektriske tidsforsinkelse reduseres som følge av dødtid og tilhørende tidsspredning hos de øvrige deler i tennkjeden såsom tennperle og ladningene i sprenghettens kapsling. Muligheten for å redusere responstiden for tennperlen vil begrenses av strømkildens kapasitet. I og for seg ønskelig miniatyrisering av elektronikken vil imidlertid øke følsom-heten for statisk elektrisitet og andre forstyrrelser som i sprengningsteknisk sammenheng representerer et sikkerhets-problem. De mekanisk følsomme elektroniske komponenter gjør det også vanskelig å foreta sluttmontering av sprenghetten og spesielt reduseres muligheten for enkel lokal montering av prefabrikerte deler.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å eliminere eller redusere de problemer som nå er nevnt. Spesielt har oppfinnelsen til hensikt å tilveiebringe en nøyaktig elektronisk tenner for sprenghetter og med lav pris. Et annet formål er å kunne tilby en tenner med små dimensjoner som er tilpasset de allerede forekommende sprenghettemål. Ytterligere et formål er å kunne tilby en tenner med en god elektrisk og mekanisk sammenkopling av de enkelte komponenter i elektronikk-delen, hvorved det oppnås en god håndterbarhet og vibrasjons-motstandsdyktighet. Ytterligere et formål er å kunne tilby en tenner med liten følsomhet overfor forstyrrelser. Nok et formål er å kunne fremby en tenner som kan håndteres og transpor-teres uavhengig og som egner seg for enkel sluttmontering sam-men med sprenghettens øvrige elementer. Endelig er det et formål med oppfinnelsen å kunne tilveiebringe en tenner som har en tennperle med sikker tenning, lavt energibehov og liten og konstant egenforsinkelse.

Alt dette anses oppnådd med den tenner som er angitt i de etterfølgende patentkrav.

Elektronikkdelens komponenter monteres på et fortrinnsvis fleksibelt substrat med påtrykt ledningsmønster. De komponenter som er tilpasset direkte montering på et substrat kalles i mikroutførelse gjerne brikker (chips) og behøver normalt ingen innkapsling, men har direkte forbindelse mellom de enkelte brikkers tilkoplingsflater og substratets overflate.

En komplett tenner kan betraktes som en innkapslet sammenstilling av tennsats og elektronikkenhet.

Tennsatsen, dvs. tennbro og tennladning, plasseres ifølge oppfinnelsen direkte på en brikkeoverflate. Ved dette kan størrelsen av disse komponenter reduseres, den mekaniske stabi-litet økes, følsomheten overfor støy, energibehov og responstid reduseres, bl.a. ved at ekstern ledningsføring mellom substrat og brikke unngås. Plasseringen gir god mekanisk stabi-litet og pålitelig heft mellom tennladning og tennbro. Dersom tennsatsen plasseres på samme side som brikkens innlagte mikrokretser forenkles fremstillingen av tennbroen, særlig dersom denne fremstilles i samme produksjonstrinn som de andre nødven-dige strukturer på overflaten. Plasseringen er godt forenlig med anvendelse av ukapslede brikker og montering mot kontakt-

flater rundt et hull som i substratet blottlegger tennsatsen.

Et fleksibelt substrat gir således mulighet til god styring

av en gnistskur i retning mot sprenghettens primærspreng-ladning.

Ytterligere formål og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den beskrivelse som nå følger.

Oppfinnelsens tenner vil kunne anvendes for

samtlige typer sprenghetter hvor det ønskes

en forsinkelse eller en mulighet til forsinkelse og hvor et elektrisk initieringsmoment inngår i tennforløpet. Etter den elektriske initiering tennes en eksplosiv drivladning av et høyeksplosivt sekundærsprengstoff såsom PETN, RDX, HMX, Tetryl, TNT etc., eventuelt med mellomliggende tenntrinn i form av for eksempel primærsprengstoff såsom blyazid, kvikksølvfulminat, trinitroresorcinat, diazodinitrofenolat, blystyfnat etc. De fordeler som er nevnt ovenfor er av størst betydning når det gjelder sivile sprenghetter, og oppfinnelsen vil beskrives i tilknytning til sivil anvendelse. Sivile sprenghetter koples ofte i nettverk med krav på forskjellige forsinkelser i de forskjellige deler.

En tenner for initiering av de hittil nevnte typer sprenghetter bør omfatte en elektrisk aktiverbar tennsats, også ofte benevnt tennperle, en strømkilde som koples til denne via en tilkoplingsanordning, samt en elektronisk forsinkelses-enhet som på sin side bør omfatte en signaldekoder innrettet for å kunne skille ut et startsignal, og dette startsignal overføres deretter til tenneren via en ekstern signalledning.

Tilkoplingsanordningen er innrettet for å forbinde strømkilden med tennperlen når tennsignalet ankommer, for deretter å kunne sette igang aktivering av tennperlen ad elektrisk vei, hvorved det i tenneren inngår i det minste én mikrokretsbrikke av halvledermateriale. For å gi mulighet for forskjellige tidsforsinkelser i en rekke sprenghetter som er sammenkoplet i nettverk kan hver enkelt på forhånd være innrettet for å gi separat forsinkelse eller fortrinnsvis være utformet slik at de i avhengighet av den aktuelle sammenkopling eller sprengning kan programmeres til ønsket forsinkelse.

Kretsløsningen for å utføre disse funksjoner kan varieres innen vide grenser, og den foreliggende oppfinnelse begrenses ikke i så henseende. Kjente kretsutførelser vil for eksempel fremgå av patentskriftene US-PS 4 145 970, 4 324 182, 4 328 751 og 4 445 435, samt EPO PS 0 147 688, og disse patent-skrifter skal her tas med som referanse.

Ifølge et aspekt ved den foreliggende oppfinnelse benyttes et fleksibelt substrat med etset kretsmønster for mekanisk og elektrisk forbindelse av en brikke med f.eks. en ekstern signalleder og/eller en eller flere øvrige elektriske komponenter i tenneren. Eksempel på slike øvrige komponenter er andre brikker, den elektrisk aktiverbare tennperle, strøm-kilden, omvandlingskretser for inngående signaler, beskyttelses-elementer såsom motstander, skilletransformator, gnistgap, andre spenningsbegrensende organer, organer for jording av sprenghettekapslingen etc. Normalt ligger både strømkilden og brikken på filmen, og fortrinnsvis inngår ikke mer enn én brikke i kretsen.

Av plassgrunner er det ønskelig å plassere så mange av krets funksjonene som mulig på brikken, men andre avveininger må også foretas. I prinsippet plasseres i alle fall lav-effektskretsene såsom dekoder- og forsinkelseskretser på brikken, mens høyeffektkretsene såsom strømkilde, beskyttelses-kretser og tilkoplingsanordninger for tennperler samt øvrige komponenter som ikke kan utføres i halvledermateriale, såsom krystalloscillator etc. plasseres utenfor.

Brikken kan fremstilles ved hjelp av kjent teknikk såsom bipolar teknikk eller fortrinnsvis CMOS-teknikk for å

redusere energibehovet under drift.

Brikken eller brikkene kan loddes til frie flater

på substratets overside eller på dets underside etter at bena er ført gjennom hull i substratet. Som nevnt ovenfor er det imidlertid fordelaktig å kople brikkens kontaktflater mest mulig direkte til substratet, hvorved det bl.a. muliggjøres anvendelse av helt eller delvis ukapslede brikker.

En foretrukket måte å anordne forbindelsen er ved hjelp av kjent TAB-teknikk (Tape Automated Bonding), slik som f.eks. beskrevet i 0'Neill: "The Status of Tape Automated Bonding", Semiconductor International, Februar 1981, eller Small: "Tape Automated Bonding and its Impact on the PWB", Circuit World, Vol. 10, nr. 3, 1984, idet disse artikler skal tas med som referanse i den foreliggende beskrivelse. I denne sammenheng er det av betydning at forbindelsen utført på denne måte blir sterk og motstandsdyktig overfor vibrasjon, i tillegg til de rent produksjonsmessige fordeler. Kretsmønsteret på substratet utformes med kontaktflater som i størrelse og plassering er tilpasset direkte anlegg mot brikkens kontaktflater.

Om det ønskes kan den blottlagte brikke og dens til-koplinger etter forbindelsen forsegles med for eksempel en silikonelastomer eller epoksypolymer.

Den tennkjede som skal føre til detonasjon av sprenghettens drivladning startes med en eller annen form av elektrisk initiering hvorved gjerne en motstand tilfører et eksplosivt, brennbart eller på annen måte reaktivt materiale i en tennsats tilstrekkelig med varme for initiering av reaksjonen. Initie-ringen kan være varmeavhengig eller baseres på en støtbølge, eller en kombinasjon av mekanismer såsom ved gnister eller lys-buer kan forutsettes. Eksploderende film eller tråd kan anvendes, men fortrinnsvis forsterkes varmeutviklingen med et kjemisk reaktivt materiale, f.eks. ved at det i tennbroen er anordnet vekselvis oksyderende og reduserende midler såsom kobberoksyd og aluminium, eller metallsjikt som ved oppvarming legeres under varmeutvikling, såsom aluminium i kombinasjon med palladium eller platina.

Det reaktive materiale i tennsatsen kan være eksplosivt, såsom et primærsprengstoff av de tidligere omtalte typer, f.eks. blyazid og som er detonerbart av den elektriske initiering, hvorved detonasjonen direkte kan forplante seg til etter-følgende ladninger i sprenghetten. Om det reaktive materiale er ikke-detonerende ved påvirkning av det elektriske initie-ringselement kreves et ytterligere trinn i tennkjeden for over-gang til detonasjon. Dette kan enklest foregå ved at reaksjons-produktene fra det reaktive midlet får påvirke et primærspreng stoff. Dersom slike primæresprengstoffønskes unngått kan andre kjente overgangemekanismer anvendes, såsom anslag mot et sekundærsprengmiddel av en masse som akselereres av brennende krutt eller de flagrerende sekundærsprengstoff (Flying Plate), eller forbrenning av sekundærsprengstoff under slike betingel-ser at reaksjonen går over til detonasjon (DDT, Deflagration to Detonation Transition). En foretrukket type DDT-konstruksjon fremgår av PCT/SE85/00316 som herved tas med i beskrivelsen som re feranse.

En foretrukket type av ikke-detonerende reaktivt materiale er pyrotekniske satser som genererer flamme eller gnister. Disse behøver ikke plasseres i umiddelbar nærhet av de påfølgende trinn i tennkjeden, men kan spenne over en viss avstand til disse. Slike reaktive materialer har dessuten for-delen av å lette tennerens håndtering før montering i en sprenghette. Kjente blandinger kan benyttes for tennladningen, f.eks. blandinger av oksiderende materialer såsom oksider, klora-ter, nitrater og reduserende materiale såsom aluminium, silisium, zirkonium etc. Disse materialer er ofte pulverformede og bundet med et bindemiddel, f.eks. nitrocellulose eller polyvinylnitrat. Eksplosive materialer såsom blyazid, blydi-nitrofenolater eller blymono- eller dinitroresorcinat kan i mindre grad inngå for å lette selve tenningen. De oksiderende og reduserende materialer er normalt pulverformede med midlere partikkelstørrelse under 20 pm og fortrinnsvis også under 10 um. Tennsatsen kan på normal vis formes ved at komponentene opp-slemmes i en bindemiddeloppløsning. Løsningsmidlet drives ut etter formingen for herding og binding mot tennbroen.

En konvensjonell tennperle med tenntråd kan anvendes som tennsats i tenneren ifølge oppfinnelsen. For å redusere kravene til strømkilden eller til kortere responstid er det imidlertid ønskelig å benytte en tennperle og særlig en tenntråd som er mindre enn normalt. Tenntrådens masse eller generelt den impedansdominerende del av tennkretsen bør ligge under 1fxg og helst også under 0,1 ug. Det kan være nødvendig å styre gniststrømmen mot etterfølgende deler i tennkjeden ved hjelp av avskjerminger. En konvensjonelt utformet tennperle kan monteres på substratet som en annen komponent i samsvar med det som er beskrevet ovenfor. En tennbro med liten masse kan lettere utføres med tynnfilmteknikk på bærere og tilkobles som en konvensjonell komponent. En enda mer kompakt konstruksjon kan oppnås dersom en tennbro utformes som en del av substratets kretsmønster og dersom tennsatsen eller tennperlen plasseres direkte på denne. Broen kan dannes som en innsnevret del av det ledende kretsmønster, men den utformes fortrinnsvis i et annet materiale med høyere resistivitet, f.eks. av nikkel/krom og ved hjelp av tynnfilmteknikk.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse

benyttes en fri del av en i det minste delvis uinnkapslet brikke som bærer for både tennbro og tennladning. Dersom flere brikker inngår i sprenghetten plasseres tennsatsen gjerne på én av brikkene som inneholder tilsatselementet for tennkretsen, eksem-pelvis en tyristorbryter.

Tennbroen kan også anordnes på brikkens bakside, dvs. på én side som ikke har kretser, hvorved man står meget fritt med utformingen og med minimal påvirkning på kretsens øvrige funksjoner. Det foretrekkes imidlertid at tennbroen plasseres på forsiden, dvs. den behandlede side med mikrokretsen, da dette letter fremstillingen av både bro og tennladning i trinn som tilsvarer de som benyttes ved oppbyggingen av kretsmønsteret, og tilkoblingen mellom disse kretser og tennbroen samt montering og tilkobling til de øvrige elektroniske komponenter lettes likeledes. Tennbroen kan på denne måte legges til en del av overflaten hvor det ikke finnes noe kretsmønster, hvorved på-virkningen på kretsen reduseres til et minimum eller muliggjør en utforming av broen i halvledermateriale, f.eks. for å få en resistans som avtar med temperaturen i likhet med det som er beskrevet i US-PS 3 366 055. Ved å legge tennorganene oppå mikrokretsen reduseres både volumet og prisen, da særlig tennsatsen er stor i forhold til brikken. Ved dette kreves en viss form av elektrisk isolering mellom de overlappende deler, og for dette formål kan de vanlige isolasjonssjikt som benyttes ved fremstilling av halvlederkretser anvendes, såsom av materialene Vapox eller polyimid.Tykkelsen av disse sjikt kan f.eks. være mellom 0,1 og 10 mn.

Dersom varmegenerering utgjør en vesentlig del av tennmekanismen foretrekkes at det på undersiden av tennbroen finnes et varmeisolerende sjikt for å redusere varmetapene til det sterkt varmeledende silisiumsubstrat og således redusere responstiden og effektbehovet. Varmeisolasjonssjikt kan utføres av samme materiale som for elektrisk isolasjon, dvs. av silisiumdioksid, Vapox etc, men tykkelsen kan økes til f.eks. over 0,5 um og særlig til over 1 um. Tykkelsen bør også velges med hen-syn til risikoen for gjennombrenning før tennladningen antennes. Andre tenkelige isolasjonsmaterialer kan særlig være varme-ømfintlige organiske materialer såsom polyimider som kan anvendes på den måte som fremgår av f.eks. Mukai: "PlanarMultilevel Interconnection Technology Employing a Polyimide", IEEE Journal of Solid State Circuits. Vol. Sc. 13. No. 4, august 1978,

eller Wade: "Polyimides for Use as VLSI Multilevel Interconnection Dielectric and Passivation Layer", Microscience, s. 61,

og disse skrifter tas herved med som referanse.

Nok en grunn for å anordne et spesielt sjikt mellom tennbro og brikke er å unngå påvirkning av brikken fra tennsats-materialet. Siden en brikke med tennsats i det minste må være delvis uinnkapslet vil det foreligge en risiko for negativ inn-virkning på brikken fra materialene i kapslingens øvrige deler, f.eks. materialer som avgis som gass fra sprenghettens hovedlad-ninger. Høye temperaturer kan forekomme i sprenghettens indre, f.eks. ved eksponering overfor sollys, og passende materialer for diffusjonssperresjikt kan være metall. I stedet for heldekkende metallsjikt kan sjikt anordnes i samme høyde som tennbroen eller i et sjikt som ligger oppå denne og er isolert fra den. Isolasjonsmaterialer av den type som er nevnt ovenfor vil være foretrukket. Disse kan plasseres mellom tennsats og bro, men helst anordnes de under broen.

Tennsatsen kan være svakt elektrisk ledende, og det kan for dette formål være hensiktsmessig å anordne et isolerende sjikt like under den, fortrinnsvis direkte på sjiktet som inneholder tennbroen for å hindre ikke ønsket elektrisk kontakt mellom de enkelte deler av overflaten. De tidligere nevnte isolasjonsmaterialer kan anvendes, og fortrinnsvis benyttes et plast-sjikt. I dette sjikt må de ønskede åpninger eller vinduer være fremstilt ved etsing, dels på oversiden av tennbroen og dels i nærheten av de elektriske kontaktflater for brikken.

Som konklusjon bør således minst ett sjikt av ikke

elektrisk ledende materiale anordnes mellom tennsatsen og brikkens overflate og fortrinnsvis ett slikt sjikt mellom tennbroen og overflaten på brikken, hvorved f.eks. ett og samme sjikt kan utfore flere av de nevnte funksjoner. Vanligvis kreves gjennom-føringer i disse sjikt, f.eks. for de elektriske kontaktflater.

Tennbroen bygges oppå sjiktet eller sjiktene, og denne kan utføres f.eks. som en spaltetenner, men fortrinnsvis som en motstand med tilledere. Tillederne utføres hensiktsmessig i en metallfilm med lav spesifikk motstand ved f.eks. vakuumav-setning og tilkobling til det underliggende sjikt på halvleder-flatens kretsmønser. Motstandsdelen kan utføres som en tynnere eller gjerne smalere del mellom tillederne og i samme materiale som disse. Fortrinnsvis utformes imidlertid selve tennbroen i et materiale med større spesifikk motstand enn i tillederne. Dette kan passende skje ved at en krets med tilledere og bro etses i et dobbeltsjikt som består av et underste lag med stor spesifikk motstand og et øvre lag med mindre resistivitet.

I denne krets dannes selve broen ved at det øverste sjikt etses vekk. Strømmen i tillederne kommer da hovedsakelig til å flyte i det øvre sjikt som har lav spesifikk motstand, frem til broen hvor strømmen tvinges ned i det underste sjikt med høy motstand. I tillegg til at den spesifikke motstand tilpasses bør materia-let ha et smeltepunkt som overstiger den vanlige tenntemperatur for det reaktive materiale, såsom mer enn 400° og helst mer enn 50 0° C. Dersom brikken skal tilkobles andre komponenter ved hjelp av TAB-teknikk ifølge det ovenstående kan tennbroen med fordel dannes på samme måte og av samme materiale som barriere-sjiktet, siden dette vanligvis dekker hele kretsoverflaten og deretter vaskes vekk ved fotolitografi og etsing. På denne måte kan tilledere og bro oppnås uten ekstra produksjonstrinn. Flere av de metaller som egner seg for formålet og er nevnt ovenfor har egenskaper som også gjør dem egnet som motstands-materiale, f.eks. titan og wolfram, separat eller legert, og et overliggende sjikt av f.eks. gull kan da tjene som lavresistivt materiale. For dette bør således den TAB-teknikk utnyttes som bygger opp metallsøyler på halvlederens kontaktflater, heller

enn på filmens kontaktflater.

Geometrien av tennbroen er ikke kritisk så lenge tilstrekkelig effekt kan genereres stabilt. Imidlertid foretrekkes at broen utformes med et tynt tverrsnitt av produksjons-hensyn for å øke kontaktflaten mot tennsatsen, f.eks. med minst 10 og helst minst 50 ganger så stor bredde som tykkelse. Ved smalere tennbroer enn tillederne foretrekkes videre at overgan-gen avrundes for å unngå uønsket lokal varmeutvikling som følge av strømfortrengning. En passende form på broen har vist seg å være en som har en hovedsakelig'kvadratisk flate mellom 10 og 1000 um, særlig mellom 50 og 150 um i sideretningen og en tykkelse mellom 0,01 og 10 um, helst mellom 0,05 og 1 um. Tennbroen kan f.eks. utformes slik at det ved en strømstyrke mellom 0,05 og 10 eller heller mellom 0,1 og 5 A bevirkes at et sjikt av tennsatsen får en tenntemperatur på over 500° og helst over 700° C i løpet av mellom 1 og 1000 us, helst mellom 5 og 100 us.

Oppå broen plasseres tennsatsen som f.eks. kan bestå av de komponenter som er nevnt ovenfor. Massen er relativt ukritisk siden tenningen skjer i et svært lite område, men den bør holdes så liten at sikker tenning av senere trinn i tennkjeden sikres. Massen kan f.eks. være under 100 mg og også under 50 mg, men den bør være over 0,1 mg og gjerne også over 1 mg. Ved pulverformede komponenter i tennsatsen bør det til-ses at et bindemiddel med god heftevne mot tennbroen inngår for å sikre effektiv varmeoverføring i denne flate før tennsatsen dekomponeres. Fortrinnsvis kan bindemiddelet eller et annet kontinuerlig materiale i tennsatsen være et lettantennelig eksplosiv såsom nitrocellulose.

Tennsatsen kan monteres på brikken før dennes plassering på substratet, men det er fordelaktig dersom dette skjer etter monteringen. Dersom brikkens kontaktflate beskyttes ved monteringen kan variasjoner i tennsatsens posisjonering og utstrekning tillates, hvorved flere monteringsmetoder muliggjøres, såsom dypping, pressing, klinking, eller likn. Det er imidlertid en fordel dersom tennsatsen kan sentreres nøyaktig innen-for brikkens kontaktflate, særlig er dette viktig dersom satsen har en ikke uvesentlig ledningsevne. Sentreringen kan skje ved at en dråpe tyktflytende suspensjonsmiddel presisjonsdeponeres ved hjelp av en kanyle på brikkeoverflatens tennbro. Når løs-ningsmiddelet fordamper bindes de pulverformige komponenter i tennsatsen til hverandre og til tennbroen. Etter tørkingen kan tennperlen med fordel overtrekkes med et lakksjikt for ytterligere å forbedre stabiliteten og bidra til innelukking av reaksjonen.

Prinsippene for plassering av tennsatsen på brikken kan benyttes uavhengig av kretsens videre tilkobling til tennenhetens elektronikk. Som ovenfor antydet oppnås imidlertid fordeler ved anvendelse av TAB-teknikken ved fremstillingen. Mangelen på kapsling utnyttes både for tilkoblingene og eksponeringen av tennsatsen. De oppnådde forbindelser er sterke og motstår vibrasjoner godt. Montering ved hullene i substratet gir en god posisjonering av tennsatsen langs dets overflate, og flek-sible substrater gir dessuten mulighet til en god innretting av tennsatsens posisjon ved bøyning av filmen og liten skjermvirk-ning når det monteres andre steder enn langs substratets overflate.

Tenneren ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter organer for å motta et startsignal som overføres til sprenghetten. Dersom det anvendes en ladbar strømkilde, f.eks. på foretrukket vis med kondensator, kan det til og med være nødvendig å tilføre energi til sprenghetten for oppladning av strømkilden. Det er da gunstig å benytte samme organ for begge funksjoner. Organet omfatter fortrinnsvis en ledning som strekker seg ut

fra sprenghettens indre og tilkoblinger for denne ledning inne i sprenghetten. Ledningen kan på normal måte kobles til et tennapparat, enten direkte eller via mellomliggende lyd- eller radiotrinn slik som foreslått i f.eks. US-PS 3 780 654, US-PS 3 834 310 eller US-PS 3 9-71 317. Ledningen kan være en fiber-optisk kabel som forener enkelhet og særdeles høy støyimmunitet, og organene i sprenghetten kan i så fall omfatte en fotoelek-trisk energiomvandler. Ledningen kan også på konvensjonell måte omfatte én eller flere metalledere, og i dette tilfelle behøver kun finnes en tilkobling til disse i tennhetens krets i sprenghetten.

Dersom tenneren på foretrukket måte også omfatter tennsatsen vil denne ofte være anordnet i en holder inn mot kapslingens innerside, og da er det anordnet en åpning som under transport kan være forsynt med en avtagbar eller gjennombrytbar forsegling. Ved hjelp av holderen og et fleksibelt substrat kan oppnås tilfredsstillende styring av også en liten tennsats for effektiv gnistkonsentrasjon i den ønskede retning mot sprenghetten, og holderens andre ende kan være utformet som en tetningsplugg for forsegling av sprenghetten etter at tenneren er ført inn.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen skal nå beskrives i tilknytning til de ledsagende illustrasjoner, hvor fig. 1 viser et utsnitt av et sammenhengende substrat for dan-nelse av en rekke separate kretsmønsterbrikker, fig. 2 viser ovenfra en enkelt fleksibel film med et kretsmønster, men uten monterte komponenter, fig. 3a og 3b viser i forstørrelse to sjikt av overflaten på en brikke, og fig. 4 viser fra siden en sprenghette med en holder som omslutter substratet med monterte komponenter.

På fig. 1 angir henvisningstallet 10 et sammenhengende og fleksibelt polyimidsubstrat i form av en film og med bredde 33 mm og tykkelse 125 um. Substratet har langs kanten mate-perforeringer 2, og innover fra disse er avsatt avlange hull 4 for å lette oppdelingen til substratenheter, det er også avsatt brikkehull 12 for montering av brikker og komponenthull 14 for montering av komponenter. Overflaten dekkes med en 35 um tykk kobberfilm ved hjelp av et ca. 8 u-m tykt limsjikt av akryl-polymer. Ved hjelp av fotoresist og syre etses så et mønster i samsvar med fig. 2 og med de omtrentlige mål 6 ganger 2 4 mm, hvorved kobberfilmens underside ved hullene 12 og 14 beskyttes mot syren med en forsegling. Etter at kretsmønsteret er dannet fortinnes det med et ca. 0,8 ym sjikt tinnsjikt.

På mønsteret finnes to tilkoplingsflater 16 og 16' på hvilke tillederne senere påloddes. To ledningsdeler 18 og 18' fører frem til to tunger 20 og 20' mellom hvilke det er anordnet et gnistgap med gapvidde av størrelsesorden 100 ym. Mellom en annen tunge 22 og tungene 20 og 20' dannes ytterligere et gnistgap med samme dimensjoner, og disse gnistgap tjener til å avlede eventuelle overspenninger mellom den ene lederen og sprenghettekapslingen ved at tungen 22 via ledere på undersiden av tykkfilmmotstander 26 og 26' står i forbindelse med utskytende lederområder 24 og 24' på mønsteret og som ved innføring av filmen i en sprenghette av metall til å jordforbinde tungen 22 med kapslingen. Ved tungene 20 og 20' finnes til-slutningsflater 28 og 28' for innkopling av motstandene 26 og 26', hver på ca. 2 kohm, i serie med hver leder og ved hjelp av lodding, og på fig. 2 er denne seriekopling vist stiplet. Ledere 32 og 32' går parallelt og langs en bølgelinje for å

øke serieinduktansen, og disse ledere forbinder tilslutnings-flater 30 og 30' for motstandene 26 og 26' med to tunger 34 og 34' ved brikkehullet 12 for montering av en halvlederbrikke 50 som på fig. 2 er antydet med stiplede linjer. På oversiden av brikkens mikrokretser forbindes senere tungene 34 og 34' med tungene 36 og 36' som på sin side fører til kontakttunger 38 og 38' til hvilke en 33 uF tantalelektrolyttkondensator 40 som på figuren er stiplet antydet, senere påloddes etter komplet-tering av tinnsjiktet, idet kondensatoren 40 plasseres i kom-ponenthullet 14, hvoretter de kontakttunger som stikker opp over hullets kant bøyes opp mot kondensatorens sider. Flere kontaktfelt 41, 42, 43, 44 og 45 med tilkoplingstunger mot brikken har imidlertid ingen elektrisk kontakt med led-ningsmønsteret forøvrig og tjener som testfelt som kan stå i forbindelse med avbrennbare forbindelsesbroer på brikken eller for bedre å kunne holde brikken fast.

Fig. 3a viser skjematisk de konvensjonelt utformede mikrokretser og kretsnrønstere på brikken 50 og som omfatter funk-sjonskretser 52 og kontaktflater 54 av aluminium. Flatene iso-leres på kjent måte med et tynt sjikt av silisiumdioksid hvoretter hull anordnes for underliggende kontaktpunkter, først og fremst kontaktflatene 54, men også spesielle forbindel-sespunkter for tennbroen og avbrennbare forbindelsesbroer. Flaten dekkes med et ca. 1 pm tykt lag polyimid ved pådryp-ping, utvalsing og varmeherding, hvoretter hull som tilsvarer hullene i isolasjonssjiktet anordnes også i dette sjikt. På isolasjonssjiktet, f.eks. av polyimid eller Vapox legges et 0,25 um tykt sjikt av en titan/wolframlegering samt et ca.

0,25 um tykt gullsjikt ved påsprøyting. Et ca. 20 um tykt sjikt fotoresist legges så på, maskeres og fremkalles slik at

gullsjktet blottlegges på de kontaktflater som skal metal-liseres til et tykkere sjikt, f.eks. over områder på ca. 100 x 100 pm,hvoretter et gullbelegg med høyde ca. 30 pm legges på ved hjelp av elektrodeponering og det tykke fotoresistsjikt fjernes. Etter dette skal normalt de heldekkende titan/wolfram- og gullsjikt etses bort, men før dette skjer legges et nytt sjikt fotoresist på, maskeres og fremkalles slik at et mønster som det vist på fig. 3b fremkommer etter etsingen. Dette mønster utgjøres delvis av avbrennbare forbindelsesbroer 56 med forbindelse til punkter på mikrokretsen slik at avbrenning kan skje ved strømstøt med 2 mJ energi, hvorved et binært åttesifret tall dannes for identifisering av sprenghetten, enkeltvis eller i grupper. En tennbro 58 dannes likeledes på et ca. 100 pm<2>stort resistivt område 60 hvis motstand derved blir på ca. 4 ohm. Den økede motstand av tenn-broområdet 60 og forbindelsesbroene 56 dannes ved at gull-sj iktet her tas bort slik at strømmen tvinges ned i det underliggende titan/wolframsjikt med høyere motstand. Et ca. 1 pm tykt pblyimidsjikt legges så over hele flaten på den måte som er angitt ovenfor, hvoretter et område rundt tennbro-området 60, de avbrennbare forbindelsesbroer 56 og kontaktområdene blottlegges. Brikken som er behandlet på denne måte festes så på substratet ved først å varmes opp til ca. 200°C og føres deretter nedenfra gjennom hullet 12 med kretsflaten vendt

oppover til anlegg mot undersiden av hullets omkransende tunger som fra filmens overside presses mot kretsens gullbelagte kontaktflate med et verktøy som korttidig oppvarmes til ca. 500°C. På tennbroen 58 plasseres så en ladning med utstrekning slik som indikert med stiplet linje, ved at ca. 5 mg av en blanding i vektforholdet 11:17 av zirkonium og blydioksid i pulverform med et bindemiddel av nitrocellulose oppløst i butylacetat legges på brikkeoverflaten og deretter lufttørkes ved ca. 50°C, hvoretter tennsatsen og den øvrige brikke-overf late lakkeres med nitrocelluloselakk.

Fig. 4 viser en ferdig sprenghette med en tenner ifølge oppfinnelsen innsatt. En holder 70 omslutter et fleksibelt substrat 10 i form av en film og med monterte

tykkfilmmotstander 26, en kondensator 40 og en brikke 50

med en tennsats 62 eller tennperle. En kanal 72 går fra tennsatsen 62 til den tennflate som vender inn

mot. sprenghettens indre. Tilledninger 74 går ut fra den tennflate som vender bort fra sprenghettens indre, og rundt ledningene er innpresset en tettstøpt tetningspropp 76 av elastomert materiale. Holderen 70 er støpt i polystyren og holdes fast forbundet med proppen 76 ved 78. Tenneren er ført så langt inn i en sprenghette 80 med en drivladning 82 av f.eks. PETN og en utenforliggende primærladning 84 f.eks. av blyazid, at tennerens fremre del får en avstand på ca. 2 mm fra primærladningen, hvoretter sprenghetten forsegles ved at det presses inn riller 86 i sprenghettekapslingen og et stykke inn i tetningsproppen 76.

Claims (44)

1. Tenner for initiering av sprenghetter med minst én drivladning (82) i en kapsling, omfattende: en elektrisk aktiverbar tennsats (62) f.eks. i form av en tennperle, en strømkilde tilkoplet tennsatsen (62) via en tilkoplingsanordning, og en elektronikkenhet som på sin side omfatter: a) en signaldekoder for å skille ut et startsignal fra signaler som påtrykkes sprenghetten via tilledninger (74), b) en forsinkelseskrets innrettet for å gi ut et tennsignal i en forhåndsbestemt tidsforsinkelse etter regi-strering av et innkommende startsignal, og c) kretser for å kople strømkilden til tennsatsen (62) via tilkoplingsanordningen slik at tennsatsen aktiveres når tennsignalet genereres, og d) minst én mikrokretskomponent på halvlederbasis og benevnt brikke (50), KARAKTERISERT VED at den elektrisk aktiverbare tennsats (62) er anordnet på brikkens (50) overflate.

2. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at brikken (50) omfatter tilkoplingsanordningen for tilkopling av tennsatsen, og at denne anordning omfatter en brytekomponent såsom en tyristorbryter.

3. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den elektrisk aktiverbare tennsats (62) er anordnet på brikken (50) på samme side som dennes mikrokretser.

4. Tenner ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at tennsatsen (62) er anordnet på en del av brikkens (50) overflate hvor det ikke er noe kretsmønster.

5. Tenner ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at tennsatsen (62) omfatter en tennbro av halvledermateriale og hvis elektriske motstand øker med temperaturen.

6. Tenner ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at tennsatsen er anordnet utenpå mikrokretsene.

7. Tenner ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED et isola-sjonssj ikt mellom de overlappende områder.

8. Tenner ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at isola-sjonssj iktet omfatter polyimid eller et isolasjonsmateriale benevnt VAPOX.

9. Tenner ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at sjiktenes tykkelse er mellom 0,1 og 10 um.

10. Tenner ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED minst ett elektrisk isolerende materiale mellom tennsatsen og brikkeoverflaten, og minst ett sjikt av slikt materiale mellom tennbroen og brikkeoverflaten.

11. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tennsatsen omfatter en tennbro i form av et gnistgap.

12. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tennsatsen omfatter en tennbro i form av en motstand.

13. Tenner ifølge krav 12, KARAKTERISERT VED at tenn-broens materiale har et smeltepunkt som ligger høyere enn tennsatsens reaktive materiales antennelsestemperatur, dvs. over 500°C.

14. Tenner ifølge krav 12, KARAKTERISERT VED at tenn-broens masse er mindre enn 1 ug og fortrinnsvis mindre enn 0,1 ug.

15. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den elektrisk aktiverbare tennsats omfatter en flat tennbro og et pyroteknisk element.

16. Tenner ifølge krav 15, KARAKTERISERT VED at et resistivt tennbroområde (60) av tennbroen (58) er utformet som en tynnere eller fortrinnsvis smalere del mellom strøm-lederelementer i metallfilmutførelse.

17. Tenner ifølge krav 15, KARAKTERISERT VED at brikkens (50) elektrisk ledende kretsmønster er fordelt mellom et nedre og et øvre ledende sjikt, innbyrdes elektrisk isolert unntatt ved åpnigner for nødvendig kontakt mellom sjiktene, og at tennbroen (58) er utformet i det øvre sjikt.

18. Tenner ifølge krav 17, KARAKTERISERT VED at det øvre sjikt omfatter den ledende metallforbindelse mellom kontaktflater på substratet (10) hhv. brikkens (50) overflate.

19. Tenner ifølge krav 17, KARAKTERISERT VED at det øvre sjikt er et dobbelsjikt med to delsjikt med henholdsvis større og mindre spesifikk elektrisk motstand, og at delsjiktet med lavere motstand er fjernet ved tennbroen (58).

20. Tenner ifølge krav 15, KARAKTERISERT VED at tennbroen har minst ti ganger større bredde enn tykkelse.

21. Tenner ifølge krav 20, KARAKTERISERT VED at tennbroen har minst femti ganger større bredde enn tykkelse.

22. Tenner ifølge krav 15, KARAKTERISERT VED at tennbroen har en tykkelse mellom 0,01 og 10 um.

23. Tenner ifølge krav 22, KARAKTERISERT VED at tennbroen har en tykkelse mellom 0,05 og 1 um.

24. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at brikken (50) er fullstendig eller delvis uinnkapslet.

25. Tenner ifølge krav 24, KARAKTERISERT VED at brikken og dens kontakter er beskyttet, f.eks. av et silikonelastomer-eller et epoksypolymermateriale.

26. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tennsatsen omfatter en film eller ledning av eksplosivt materiale.

27. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tennsatsen omfatter et kjemisk reaktivt materiale.

28. Tenner ifølge krav 27, KARAKTERISERT VED at det kjemisk reaktive materiale omfatter sjikt med vekselvis oksiderende og reduserende materialer.

29. Tenner ifølge krav 27, KARAKTERISERT VED at det reaktive materiale omfatter metallsjikt for sammensmelting ved varmefrigjørelsen under reaksjonen.

30. Tenner ifølge krav 27, KARAKTERISERT VED at det reaktive materiale omfatter et primæreksplosiv.

31. Tenner ifølge krav 27, KARAKTERISERT VED at det reaktive materiale omfatter flamme- eller gnistdannende pyrotekniske blandinger.

32. Tenner ifølge krav 31, KARAKTERISERT VED at blandin-gene er i pulverform.

33. Tenner ifølge krav 32, KARAKTERISERT VED at materialene har en midlere partikkelstørrelse på mindre enn 20 um, fortrinnsvis mindre enn 10 pm.

34. Tenner ifølge krav 32, KARAKTERISERT VED at blandin-gene omfatter et bindemiddel.

35. Tenner ifølge krav 34, KARAKTERISERT VED at bindemid-let er nitrocellulose eller polyvinylnitrat.

36. Tenner ifølge krav 31, KARAKTERISERT VED at blandin-gene er moderat elektrisk ledende.

37. Tenner ifølge krav 27, KARAKTERISERT VED at mengden av reaktivt materiale er mellom 0,1 og 100 mg.

38. Tenner ifølge krav 37, KARAKTERISERT VED at mengden er mellom 1 og 50 mg.

39. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tennsatsen er pålagt et lakksjikt.

40. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED minst ett sjikt av elektrisk isolerende og eventuelt også varmeisolerende og/eller diffusjonshindrende materiale mellom tennerens tennladning og brikkens overflate.

41. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at brikken er forbundet med et substrat (10) med kretsmønster ved direkte-forbindelse mellom blottlagte kontaktområder på halvlederover-flaten og tilsvarende kontaktflater i substratets krets-mønster .

42. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at tennladningen er orientert slik at den blir blottlagt gjennom et brikkehull (12) i substratet (10).

43. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED minst ett gnistgap anordnet i substratets (10) kretsmønster.

44. Tenner ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at substratet (10) er fleksibelt.