RU201815U1 - Планарная структура инициирующего устройства - Google Patents

Abstract

Техническое решение относится к инициирующим устройствам. Планарная структура инициирующего устройства содержит подложку из диэлектрического материала, характеризующегося низкой теплопроводностью, выполненные на рабочей поверхности подложки, нагревательный тонкопленочный резистивный элемент из титана, сформированный в виде полосы, пару контактов, с которыми, образуя электрическую цепь, электрически связан нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, дополнительный пленочный элемент. В составе нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализованы активная и пассивная части. Пассивной частью нагревательный тонкопленочный резистивный элемент связан с контактами, сформированными поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента с жесткой связью. Активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализована с возможностью расплавления материала, из которого выполнен нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, за счет нагрева при пропускании электрического тока между контактами. Нагревательный тонкопленочный резистивный элемент сформирован в виде полосы прямоугольной конфигурации. Активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализована с вариацией ее длины от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента. Указанная вариация длины задана контуром контакта, с которым контакт выполнен поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента. В центре активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, на его поверхности, выполнен дополнительный пленочный элемент из алюминия. Технический результат выражается в увеличении тепловой энергии, обеспечиваемой в инициирующем устройстве, в том числе в увеличении доли тепловой энергии, обеспечиваемой нагревательным тонкопленочным резистивным элементом, предназначенной для нагрева взрывчатого вещества. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Техническое решение относится к инициирующим устройствам, а именно, к инициирующим устройствам с низкой энергией инициирования, небольшим временем инициирования и может быть использовано для осуществления взрывов в неэлектрических системах с электронными детонаторами с точной временной задержкой при производстве взрывных работ, например, в добывающих отраслях промышленности, либо может быть использовано в транспортных средствах, например, в системах срабатывания подушек безопасности в автомобилях.

Известен воспламенитель на основе многослойной структуры (патент РФ №177296 U1, опубликовано 15.02.2018), представляющий собой, по сути, планарную структуру, являющуюся одним из аналогов. Указанная структура выполнена в составе подложки со сформированной на ее рабочей поверхности топологической выступающей особенностью и пленки многослойной структуры, расположенной на рабочей поверхности подложки с топологической выступающей особенностью. При этом рисунок топологической выступающей особенности выполнен с возможностью задания контуров конструктивных элементов: контактов, связанного с контактами проводника (тонкопленочного нагревательного резистивного элемента в виде полосы), площадки для воспламенения энергетического материала и отвода, расположенного между проводником и площадкой для воспламенения энергетического материала. Перечисленные конструктивные элементы сформированы осаждением пленки многослойной структуры в составе последовательно чередующихся слоев электропроводящих материалов - никеля и алюминия, или титана и алюминия, или платины и алюминия, или кобальта и алюминия. Подложка выполнена с использованием материалов: кремния и/или оксида кремния, и/или оксида алюминия.

При подаче от источника питания напряжения на контакты через проводник протекает электрический ток, инициирующий экзотермическую реакцию. Процесс протекания экзотермической реакции по отводу распространяется на площадку для воспламенения энергетического материала и, как следствие, вызывает разогрев и инициацию энергетического материала в области площадки.

Вышеприведенная планарная структура не решает технической проблемы повышения надежности и эффективности инициирующего устройства в процессе его эксплуатации. К недостаткам планарной структуры относится невозможность ее использования в электронных детонаторах для неэлектрических систем инициирования ввиду низкого сопротивления воспламенителя, что в целях осуществления инициирования влечет необходимость подведения электрического тока значительной величины и, как следствие, использования дорогого мощного ключевого транзистора, крупногабаритного «боевого» конденсатора, широких и толстых медных коммутационных дорожек на печатной плате детонатора. Применение схемы управления инициирующим устройством с низким напряжением питания крайне неэффективно в связи с большим потреблением энергии самой схемой. В числе недостатков следует отметить значительный временной промежуток между началом инициирования и окончанием экзотермического процесса, обуславливающий большой разброс относительно времени инициирования, что сказывается на точности срабатывания детонатора с заданной временной задержкой. Принципиальный недостаток данного технического решения заключается в обеспечении низкой надежности инициирования. Благодаря хорошему тепловому контакту отвода с подложкой, а также с взрывчатым веществом, сравнительно небольшой энергии, выделяющейся при экзотермической реакции в отношении используемых пленок из чередующихся слоев металлов - никеля и алюминия, или титана и алюминия, или платины и алюминия, или кобальта и алюминия, существует большая вероятность, что экзотермическая реакция может прекратиться раньше положенного времени как в отношении отвода, так и в отношении площадки для воспламенения энергетического материала. Кроме того, приведенное техническое решение затруднительно для реализации при использовании керамической подложки с низкой теплопроводностью, которые наиболее предпочтительны в целях создания надежного и эффективного инициирующего устройства.

Известна планарная структура инициирующего устройства, выбранная за ближайший аналог (патент РФ №145077 U1, опубликовано 10.09.2014), содержащая подложку, нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, пару контактов. При этом подложка выполнена из диэлектрического материала, характеризующегося низкой теплопроводностью. На рабочей поверхности подложки выполнены жестко связанные с ней нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, пара контактов, с которыми, образуя электрическую цепь, электрически связан нагревательный тонкопленочный резистивный элемент из титана, сформированный в виде полосы. В составе полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализованы активная и пассивная части. Пассивной частью нагревательный тонкопленочный резистивный элемент связан с контактами из низкоомного материала - алюминия, сформированными в виде контактных площадок поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента с жесткой связью с подложкой и нагревательным тонкопленочным резистивным элементом. Активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализована с возможностью расплавления материала, из которого выполнен нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, за счет нагрева при пропускании электрического тока между контактам, в составе двух участков переменной ширины, с максимальной шириной на половине длины (заданной шириной), уменьшающейся от заданной ширины с заданной монотонностью в продольном направлении полосы, начиная с половины длины, до минимальной ширины в поперечном направлении, в котором расположен край контакта - контактной площадки.

При подаче напряжения на контакты планарной структуры инициирующего устройства материал, из которого выполнен нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, начинает плавиться в направлении от контактов, стягиваясь в каплю в центральной области подложки, расположенной между контактами, заполняя зазоры между частицами взрывчатого вещества инициирующего устройства и обволакивая их. Тепловой контакт между частицами взрывчатого вещества и нагревательным тонкопленочным резистивным элементом увеличивается, а с подложкой - уменьшается. Чем больше увеличение доли энергии, используемой для нагрева взрывчатого вещества, от общего количества энергии, выделяемой при охлаждении нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, тем надежнее и эффективнее работа инициирующего устройства.

Ближайший аналог не решает технической проблемы создания инициирующего устройства, отвечающего требованию высокой надежности и эффективности при его эксплуатации.

К недостаткам приведенного аналога относится небольшое количество получаемой тепловой энергии при инициировании. Причина - геометрическая форма нагревательного тонкопленочного резистивного элемента в виде полосы, сужающейся с середины ее длины в обе стороны к контактным площадкам, способствует быстрому разрыву электрической цепи. При подаче напряжения на контактные площадки титан, из которого выполнен нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, начинает плавиться в направлении от контактных площадок. Требуется небольшое количество электрической энергии для нагрева и быстрого разрыва электрической цепи в результате расплава материала резистивного элемента в области контактных площадок. В отношении указанных участков, вблизи контактных площадок, мощность, выделяемая на единицу площади максимальна. Из большого количества запасенной электрической энергии в схеме, посредством которой осуществляется управление работой инициирующего устройства, тратиться для инициирования лишь небольшая ее часть.

Разработка предлагаемой планарной структуры инициирующего устройства направлена на решение технической проблемы повышения надежности и эффективности инициирующего устройства в процессе его эксплуатации за счет достигаемого технического результата.

Техническим результатом является:

- увеличение тепловой энергии, обеспечиваемой в инициирующем устройстве, в том числе увеличение доли тепловой энергии, обеспечиваемой нагревательным тонкопленочным резистивным элементом, предназначенной для нагрева взрывчатого вещества.

Технический результат достигается планарной структурой инициирующего устройства, содержащей подложку из диэлектрического материала, характеризующегося низкой теплопроводностью, выполненные на рабочей поверхности подложки, нагревательный тонкопленочный резистивный элемент из титана, сформированный в виде полосы, пару контактов, с которыми, образуя электрическую цепь, электрически связан нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, в составе которого реализованы активная и пассивная части, пассивной частью нагревательный тонкопленочный резистивный элемент связан с контактами, сформированными поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента с жесткой связью, активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализована с возможностью расплавления материала, из которого выполнен нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, за счет нагрева при пропускании электрического тока между контактам, нагревательный тонкопленочный резистивный элемент сформирован в виде полосы прямоугольной конфигурации, активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализована с вариацией ее длины от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, указанная вариация длины задана контуром контакта, с которым контакт выполнен поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, при этом в центре активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, на его поверхности, выполнен дополнительный пленочный элемент из алюминия.

В планарной структуре дополнительный пленочный элемент из алюминия выполнен толщиной от 0,5 до 2,0 мкм, прямоугольной формы, со сторонами длиной от 30,0 до 100,0 мкм, а другими двумя сторонами, расположенными на продольных краях полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента в области активной части, с длиной от 10,0 до 50,0 мкм.

В планарной структуре в отношении активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента для получения на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента требуемой минимальной длины выполнено укорачивание длины контурами контактов, с достижением укорачивания в отношении каждого из четырех концов отрезков активной области, лежащих на продольных краях, составляющего от 10 до 30% максимальной длины активной области между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, с получением вариации длины активной области от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, составляющей от 20 до 60% от максимальной длины, а минимальной длины активной области на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, равной от 40 до 80% максимальной ее длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента.

В планарной структуре нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, выполненный из титана в виде полосы, реализован толщиной от 0,5 до 2,0 мкм, с длиной активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, соответствующей максимальной длине в продольном направлении, от 50,0 до 200,0 мкм, длиной активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, соответствующей минимальной длине в продольном направлении, от 20,0 до 160,0 мкм, с шириной полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента от 30,0 до 100,0 мкм.

Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На Фиг. 1 представлен вид сверху планарной структуры инициирующего устройства, демонстрирующий как выполнены расположенные на рабочей поверхности подложки нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, контакты и дополнительный элемент, где: 1 - подложка; 2 - нагревательный тонкопленочный резистивный элемент; 3 - контакт; 4 - дополнительный пленочный элемент.

На Фиг. 2 показана планарная структура инициирующего устройства в продольном разрезе, где: 1 - подложка; 2 - нагревательный тонкопленочный резистивный элемент; 3 - контакт; 4 - дополнительный пленочный элемент.

Достижение технического результата планарной структурой инициирующего устройства (см. Фиг. 1, Фиг. 2) и, соответственно, решение указанной технической проблемы обеспечивается следующим особенностями ее выполнения.

В отличие от ближайшего аналога в предлагаемой планарной структуре инициирующего устройства нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 из титана снабжен дополнительным пленочным элементом 4 из алюминия. Введение в конструкцию дополнительного пленочного элемента 4 из алюминия диктуется стремлением к увеличению тепловой энергии, обеспечиваемой в инициирующем устройстве, в частности, к увеличению доли тепловой энергии, обеспечиваемой нагревательным тонкопленочным резистивным элементом, предназначенной для нагрева взрывчатого вещества. Возможность реализации указанного стремления базируется на том, что в расплавленном состоянии алюминий и титан вступают в экзотермическую реакцию, чем обеспечивается выделение дополнительного тепла.

Для осуществления экзотермической реакции необходимо подачей на контакты 3 напряжения довести до расплавленного состояния, как титан, так и алюминий, - материалы, из которых выполнены, соответственно, нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 и дополнительный пленочный элемент 4. На поверхности подложки необходимо, пролонгировав время наступления разрыва электрической цепи, за счет трансформации электрической энергии в нагрев сформировать область с температурой, которая в отношении титана и алюминия достаточна для расплавления и осуществления экзотермической реакции. Решение данной задачи обеспечивается за счет геометрического конфигурирования указанных элементов.

Относительно нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, выполненного в виде полосы, сделан отказ от геометрической формы, используемой в приведенном ближайшем аналоге, осуществлена ее трансформация.

Нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 (см. Фиг. 1 и 2), реализованный с активной и пассивной частями, выполнен в виде полосы прямоугольной конфигурации. Пассивной частью нагревательный тонкопленочный резистивный элемент связан с контактами из низкоомного материала - алюминия, сформированных поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, с расположением каждого контакта с жесткой связью на нагревательном тонкопленочном резистивном элементе (см. Фиг. 2).

Активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, выполненная с возможностью расплавления ее материала за счет нагрева при пропускании электрического тока между контактами, реализована с вариацией ее длины от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, задаваемой рисунком, контуром, контакта, с которым контакт выполнен поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента. Указанная вариация длины обеспечивает более высокую плотность тока и более высокую выделяемую энергию на единицу площади в области, где длина между контактами меньше, то есть на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента. Поэтому процесс плавления протекает от продольных краев нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, где он начинается, с направлением его к центру.

Таким образом, в предлагаемом решении нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 (см. Фиг. 1 и 2) сформирован из титана в виде полосы прямоугольной конфигурации, в его составе реализованы активная и пассивная части, пассивной частью нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 связан с контактами 3, сформированными поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 с жесткой связью (см. Фиг. 2), активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 реализована с возможностью расплавления материала, из которого выполнен нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2, за счет нагрева при пропускании электрического тока между контактам 3, с вариацией ее длины (см. Фиг. 1) от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, указанная вариация длины задана контуром контакта 3 (см. Фиг. 1), с которым контакт 3 выполнен поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2.

Приведенная форма выполнения, по сравнению с формой, известной из описания ближайшего аналога, обеспечивает более равномерное плавление титана по площади нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, с заданием направления плавления от краев к центру. Этим обеспечивается формирование в центре нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 области с высокой температурой, достаточной для плавления алюминия.

В связи с вышесказанным выполнение на поверхности дополнительного пленочного элемента 4 из алюминия должно быть в центре активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, между его продольными краями.

Для приведенного выполнения нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 и дополнительного пленочного элемента 4 характерно следующее.

При подаче напряжения на контакты 3 и протекании электрического тока по электрической цепи начинает плавиться материал нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2. Расплавление титана начинается от продольных краев нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, относительно которых наиболее высока плотность электрического тока, в области которых наиболее высока выделяемая энергия на единицу площади, и распространяется к середине. В центре нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 формируется область с высокой температурой. Из-за высокого значения коэффициента поверхностного натяжения расплавленного титана он собирается с краев к центру. Сбор в направлении от краев к центру, то есть в поперечном направлении, в отличие от сбора в продольном направлении - от контактов к центру, что обеспечивается в ближайшем аналоге, приводит к пролонгации времени до наступления разрыва электрической цепи. Сопротивление нагревательного пленочного резистивного элемента незначительно увеличивается за счет более высокого значения удельного сопротивления расплавленного титана. За счет достижения высокой температуры начинает плавиться алюминий, из которого выполнен размещенный в середине активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, между продольными краями, дополнительный пленочный элемент 4. Расплавленный алюминий вступает в экзотермическую реакцию с расплавленным титаном и взаимодействует с выделением дополнительного тепла. После достижения состояния полного расплавления титана, он начинает собираться в каплю в центре резистивного элемента, что вызывает разрыв электрической цепи.

Таким образом, приведенное выполнение нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, дополнительного пленочного элемента 4 обеспечивает увеличение времени до момента разрыва электрической цепи, в результате увеличивается выделение тепла за счет экзотермической реакции расплавленных титана и алюминия. Кроме того, наличие дополнительного пленочного элемента 4, выполненного из алюминия, способствует образованию в центре резистивного элемента после разрыва электрической цепи капли расплава титан-алюминий большей массы и, следовательно, увеличивает количество запасенной тепловой энергии. Указанная капля, имея больший объем, обеспечивает большую площадь соприкосновения с частицами взрывчатого вещества. Следовательно, достигается увеличение тепловой энергии, обеспечиваемой в инициирующем устройстве, в том числе увеличение доли тепловой энергии, обеспечиваемой нагревательным тонкопленочным резистивным элементом, предназначенной для нагрева взрывчатого вещества.

В обобщенном случае выполнения планарная структура инициирующего устройства, содержит (см. Фиг. 1 и 2) подложку 1, на рабочей поверхности которой выполнены жестко связанные с ней, нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 из титана, пара контактов 3, при этом нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 снабжен жестко связанным с ним дополнительным пленочным элементом 4 из алюминия, который выполнен на его поверхности.

Нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 (см. Фиг. 1 и 2) сформирован из титана в виде полосы прямоугольной конфигурации. В его составе реализованы активная и пассивная части. Пассивной частью нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2 связан с контактами 3. Контакты 3 сформированы поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 с жесткой связью (см. Фиг. 2). Активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 реализована с возможностью расплавления материала, из которого выполнен нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2, за счет нагрева при пропускании электрического тока между контактам 3, с вариацией ее длины (см. Фиг. 1) от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2. Причем указанная вариация длины задана контуром контакта 3 (см. Фиг. 1), с которым контакт 3 выполнен поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2.

В центре нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, его активной части, между продольными краями, выполнен на его поверхности дополнительный пленочный элемент 4 из алюминия.

В частности, соединяя указанные края, дополнительный пленочный элемент 4 из алюминия выполнен толщиной от 0,5 до 2,0 мкм, прямоугольной формы. Прямоугольник реализован со сторонами длиной от 30,0 до 100,0 мкм, а другими двумя сторонами, расположенными на продольных краях полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента в области активной части, с длиной от 10,0 до 50,0 мкм.

В частном случае реализации, в отношении активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 для получения на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 требуемой минимальной длины выполнено укорачивание длины со стороны каждого из контактов 3 за счет его контура (см. Фиг. 1). Укорачивание в отношении каждого из четырех концов отрезков активной области, лежащих на продольных краях, составляет от 10 до 30% максимальной длины активной области между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2. Вариация длины активной области (см. Фиг. 1) от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, составляет от 20 до 30% от максимальной длины. Минимальная длина активной области (см. Фиг. 1) на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 составляет от 20 до 80% максимальной ее длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2.

Нагревательный тонкопленочный резистивный элемент 2, выполненный из титана в виде полосы, реализован толщиной от 0,5 до 2,0 мкм.

Длина активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, соответствующая максимальной длине в продольном направлении, составляет от 50,0 до 200,0 мкм. Длина активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, соответствующая минимальной длине в продольном направлении, составляет от 20,0 до 160,0 мкм. Ширина полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 составляет от 30,0 до 100,0 мкм.

Приведенные количественные характеристики нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 и дополнительного пленочного элемента 4 согласованы с учетом реализации полного расплавления элемента из алюминия за счет тепла от расплавления титана.

Минимальные размеры активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 определены размером частиц взрывчатого вещества. Если размер активной части окажется слишком маленьким, то существует вероятность отсутствия механического контакта с нагревателем хотя бы одной частицы взрывчатого вещества. Для повышения надежности срабатывания инициирующего устройства целесообразна реализация активной части размером, по крайней мере, в 2 раза превосходящим средний размер частиц взрывчатого вещества.

Максимальные размеры ограничиваются величиной запасенной энергии на «боевом» конденсаторе управляющей схемы инициирующего устройства, соответствующей окончанию времени задержки. Чем больше размер активной части, тем больше требуется энергии для разогрева. Начиная с определенного размера, дальнейшее увеличение размера становится нецелесообразным.

В отношении толщины нагревательного пленочного резистивного элемента стоит отметить следующее. Для функционирования нагревательного пленочного резистивного элемента, чем больше его толщина, тем лучше. Однако довольно большую толщину пленки титана, используя традиционное средство из арсенала планарной технологии полупроводниковых приборов, которым возможно воспользоваться в целях изготовления планарной структуры, такое как вакуумное напыление, получить проблематично. Следует также принять во внимание, что чем больше толщина, тем сложнее формировать требуемую топологию посредством фотолитографии с последующим травлением.

Подложка 1 (см. Фиг. 1 и 2) выполнена из диэлектрического материала, характеризующегося низкой теплопроводностью, например, из ситалла в форме кристалла площадью от 0,5×0,5 мм² до 4,0×4,0 мм². Выбор конкретного размера определяется корпусом, в котором устанавливается планарная структура.

Выполненная на рабочей поверхности подложки 1, жестко связанная с ней, пара контактов 3 реализована в виде контактных площадок из пленки алюминия толщиной 1,0 мкм. Каждая контактная площадка имеет участок, предназначенный для подсоединения проводника, и участок с контуром контакта 3, которым задана вариация длины активной области нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 (см. Фиг. 1), с которым контакт 3 выполнен поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2. Первый из указанных участков выполнен размером в продольном направлении полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 - шириной, равной от 0,1 до 0,2 мм, а размером в поперечном направлении полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 - длиной, равной от 0,2 до 3,0 мм. Минимальный размер площади каждой указанного участка контактной площадки определяется поперечным сечением алюминиевого проводника, подсоединяемого к контактной площадке, с одной стороны, и траверсам корпуса, с другой стороны. Максимальный размер площади каждого указанного участка контактной площадки определяется размерами подложки 1. Относительно второго участка контактной площадки - он выполнен размером в поперечном направлении полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, равной ширине полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, то есть от 30,0 до 100, 0 мкм. Размер его в продольном направлении определяется вариацией длины активной части с отсутствием препятствования выполнения подсоединения проводника.

Планарная структура инициирующего устройства (Фиг. 1 и 2) функционирует следующим образом.

При подаче напряжения к контактам 3 и пропускании через электрическую цепь тока происходит разогрев нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 с последующим расплавлением материала, из которого он изготовлен - титана в отношении активной части. При этом расплавление титана начинается с продольных краев нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 и направлено к центру. Поскольку длина активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента на указанных краях минимальна, то в данной области плотность электрического тока и выделяемая энергия на единицу площади максимальны. Также от края к центру происходит расплавление алюминия - материала, из которого выполнен дополнительный пленочный элемент 4, расположенный на поверхности активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2, поскольку он плавиться за счет тепла расплавленного титана. Вследствие высокого поверхностного натяжения расплавленного титана по мере плавления происходит движение фронтов плавления от краев к центру. Ширина активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 при этом уменьшается, а толщина пропорционально увеличивается практически без изменения геометрических пропорций формы его поперечного сечения. Благодаря тому, что при движении фронта расплава электрическая цепь не размыкается сразу, как это происходит при использовании ближайшего аналога, увеличивается время до размыкания электрической цепи и, соответственно, увеличивается количество энергии, выделяемой в активной части нагревательного пленочного резистивного элемента 2. Взаимодействие расплавленных титана и алюминия обеспечивает выделение дополнительного тепла в результате протекания экзотермической реакции. По мере расплавления титан стягивается в жгут в центре резистивного элемента, электрическая цепь разрывается, титан стягивается в каплю в центре резистивного элемента. Титан смешивается с расплавленным алюминием с выделением тепла за счет экзотермической реакции. При этом площадь контактирования нагревательного тонкопленочного резистивного элемента 2 с подложкой 1 уменьшается, а толщина расплавленных титана и алюминия увеличивается, приводя к заполнению расплавом промежутков между частицами взрывчатого вещества, расположенного на нагревателе, и их обволакиванию, тем самым увеличивая площадь контактирования частиц взрывчатого вещества с расплавом. При этом за счет уменьшения площади контактирования титана с подложкой 1 уменьшается доля энергии, затрачиваемой на нагрев подложки 1. Благодаря увеличению площади контактирования частиц взрывчатого вещества с расплавом, выделению дополнительного тепла за счет протекания экзотермической реакции, пролонгированию времени до момента наступления разрыва электрической цепи, уменьшению доли энергии, затрачиваемой на нагрев подложки, происходит их быстрый разогрев до температуры воспламенения. Повышается эффективность и надежность инициирующего устройства в отношении срабатывания.

Claims (4)

1. Планарная структура инициирующего устройства, содержащая подложку из диэлектрического материала, характеризующегося низкой теплопроводностью, выполненные на рабочей поверхности подложки, нагревательный тонкопленочный резистивный элемент из титана, сформированный в виде полосы, пару контактов, с которыми, образуя электрическую цепь, электрически связан нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, в составе которого реализованы активная и пассивная части, пассивной частью нагревательный тонкопленочный резистивный элемент связан с контактами, сформированными поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента с жесткой связью, активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализована с возможностью расплавления материала, из которого выполнен нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, за счет нагрева при пропускании электрического тока между контактам, отличающаяся тем, что нагревательный тонкопленочный резистивный элемент сформирован в виде полосы прямоугольной конфигурации, активная часть нагревательного тонкопленочного резистивного элемента реализована с вариацией ее длины от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, указанная вариация длины задана контуром контакта, с которым контакт выполнен поверх пассивной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, при этом в центре активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, на его поверхности, выполнен дополнительный пленочный элемент из алюминия.

2. Планарная структура по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительный пленочный элемент из алюминия выполнен толщиной от 0,5 мкм до 2,0 мкм, прямоугольной формы, со сторонами длиной от 30,0 мкм до 100,0 мкм, а другими двумя сторонами, расположенными на продольных краях полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента в области активной части, с длиной от 10,0 мкм до 50,0 мкм.

3. Планарная структура по п. 1, отличающаяся тем, что в отношении активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента для получения на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента требуемой минимальной длины выполнено укорачивание длины контурами контактов, с достижением укорачивания в отношении каждого из четырех концов отрезков активной области, лежащих на продольных краях, составляющего от 10% до 30% максимальной длины активной области между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, с получением вариации длины активной области от минимальной длины на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента до максимальной длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, составляющей от 20% до 60% от максимальной длины, а минимальной длины активной области на продольных краях нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, равной от 40% до 80% максимальной ее длины между продольными краями нагревательного тонкопленочного резистивного элемента.

4. Планарная структура по п. 1, отличающаяся тем, что нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, выполненный из титана в виде полосы, реализован толщиной от 0,5 мкм до 2,0 мкм, с длиной активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, соответствующей максимальной длине в продольном направлении, от 50,0 мкм до 200,0 мкм, длиной активной части нагревательного тонкопленочного резистивного элемента, соответствующей минимальной длине в продольном направлении, от 20,0 мкм до 160,0 мкм, с шириной полосы нагревательного тонкопленочного резистивного элемента от 30,0 мкм до 100,0 мкм.

Images