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DE10143363A1 - Microswitch for use in a bore - Google Patents

Microswitch for use in a bore

Info

Publication number
DE10143363A1
DE10143363A1 DE2001143363 DE10143363A DE10143363A1 DE 10143363 A1 DE10143363 A1 DE 10143363A1 DE 2001143363 DE2001143363 DE 2001143363 DE 10143363 A DE10143363 A DE 10143363A DE 10143363 A1 DE10143363 A1 DE 10143363A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switch
conductors
dielectric
microelectromechanical
bore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2001143363
Other languages
German (de)
Inventor
Nolan C Lerche
James E Brooks
Cameron C Abnet
Clarence Chui
Stuart B Brown
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schlumberger Technology BV
Original Assignee
Schlumberger Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schlumberger Technology Corp filed Critical Schlumberger Technology Corp
Publication of DE10143363A1 publication Critical patent/DE10143363A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/11Perforators; Permeators
    • E21B43/116Gun or shaped-charge perforators
    • E21B43/1185Ignition systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/0036Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/12Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20Bridging contacts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/12Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20Bridging contacts
    • H01H1/2083Bridging contact surfaces directed at an oblique angle with respect to the movement of the bridge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics

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Abstract

Ein Gerät in einer Bohrung enthält eine durch Elektroenergie zu aktivierende Vorrichtung und einen Mikroschalter, der Leiter und ein Element zwischen dem ersten und zweiten Leiter enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die enthält: ein dielektrisches Element, das reguliert werden kann, um als Reaktion auf den Empfang von Elektroenergie einen leitenden Pfad zu erzeugen; und ein Element, das als Reaktion auf das Anlegen von Elektroenergie bewegt werden kann. Der Mikroschalter kann mit der Mikroelektromechaniksystem-Technologie (MEMS-Technologie) oder mit der Mikroelektronik-Technologie ausgebildet sein.A device in a well includes a device to be activated by electrical energy and a microswitch that includes conductors and an element between the first and second conductors selected from a group that includes: a dielectric element that can be regulated to act as a Generate a conductive path in response to receipt of electrical energy; and an element that can be moved in response to the application of electrical energy. The microswitch can be designed with microelectromechanical system technology (MEMS technology) or with microelectronic technology.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Erfindung bezieht sich auf Mikroschalter zur Verwendung in verschiedenen Geräten wie etwa in Bohrgeräten in einer Bohrung.The invention relates to microswitches for use in various devices such as in drilling machines in a hole.

Beim Ausführen einer Bohrung können viele verschiedenartige Operatio­ nen einschließlich Bohr-, Protokollier-, Abschluß- und Produktionsoperationen ausgeführt werden. Zum Ausführen der gewünschten Operationen werden meh­ rere verschiedenartige Vorrichtungen verwendet. Beispiele solcher Vorrichtungen umfassen Perforationskanonen zum Ausführen von Perforationsoperationen, Flußsteuervorrichtungen zum Steuern des Fluidflusses (Einspritzung oder Erzeu­ gung), Dichtungsstücke zum Isolieren verschiedener Gebiete der Bohrung und andere Vorrichtungen.Many different types of operations can be performed when drilling including drilling, logging, closing and production operations be carried out. To perform the desired operations, meh Various devices are used. Examples of such devices include perforation guns for performing perforation operations, Flow control devices for controlling fluid flow (injection or generation gung), sealing pieces for isolating different areas of the bore and other devices.

Die Aktivierungsmechanismen zum Aktivieren dieser Vorrichtungen kön­ nen mechanische, hydraulische und elektrische Aktivierungsmechanismen umfas­ sen. Um eine Vorrichtung in einer Bohrung elektrisch zu aktivieren, wird an die Vorrichtung in der Bohrung eine Stromquelle angeschlossen. Typischerweise erfolgt dies mit Schaltern entweder an der Oberfläche oder in einem Modul in der Bohrung. Anfangs ist der Schalter offen, um die Stromquelle von der Vorrichtung in der Bohrung zu isolieren. Wenn die Aktivierung gewünscht ist, wird der Schalter geschlossen, um elektrischen Strom an die Vorrichtung in der Bohrung zu liefern.The activation mechanisms for activating these devices can mechanical, hydraulic and electrical activation mechanisms sen. To electrically activate a device in a hole, the Device connected to a power source in the bore. typically, this is done with switches either on the surface or in a module in the Drilling. Initially the switch is open to the power source from the device isolate in the hole. If activation is desired, the switch closed to supply electrical current to the device in the well.

Ein Schaltertyp in Bohrungsanwendungen ist aus einer Gasentladungs­ röhre hergestellt, wobei er entweder ein Schalter vom getriggerten Typ oder ein Überspannungsschalter ist. Ein Schalter vom getriggerten Typ verwendet eine externe Anregung, um den Schalter zu schließen oder zu aktivieren. Ein Überspannungsschalter wird jedesmal aktiviert, wenn der Spannungspegel an einer Seite des Schalters einen Schwellenwert übersteigt.One type of switch in drilling applications is from a gas discharge tube, being either a triggered type switch or a Surge switch is. A triggered type switch uses one external stimulus to close or activate the switch. On Surge switch is activated every time the voltage level is on one side of the switch exceeds a threshold.

Einige Schalter verwenden ein Gasrohr mit einer Elektrode an jedem Ende. Um den Schalter leitend zu machen, wird entweder an ein drittes internes Gitter oder an eine Anode eine Triggerspannung angelegt oder der Schalter im Ergebnis einer Überspannungsbedingung leitend gemacht. Da der typische Gas­ rohr-Entladungsschalter in einer röhrenförmigen Geometrie angeordnet ist, ist er üblicherweise mit einer verhältnismäßig hohen Induktivität verknüpft. Außerdem läßt die röhrenförmige Form eines Gasrohrs keine zweckmäßige Verringerung der Gesamtgröße eines Schalters zu. Außerdem kann es schwierig sein, den Gas­ rohrschalter mit anderen Komponenten zu integrieren.Some switches use a gas tube with an electrode on each The End. To make the switch conductive, either a third internal  Grid or a trigger voltage applied to an anode or the switch in the Result of an overvoltage condition made conductive. Because the typical gas tube discharge switch is arranged in a tubular geometry, it is usually associated with a relatively high inductance. Moreover leaves the tubular shape of a gas pipe no convenient reduction in Total size of a switch too. It can also be difficult to gas Integrate pipe switches with other components.

Ein weiterer Schaltertyp umfaßt einen Explosionsschockschalter. Der Schockschalter ist unter Verwendung eines biegsamen Flachkabels mit einer oberen leitenden Schicht, einer mittleren Isolierschicht und einer unteren leitenden Schicht konstruiert. Auf der oberen Schicht kann eine kleine Sprengladung zur Explosion gebracht werden, was dazu führt, daß die Isolierschicht einen leitenden Ionisierungspfad zwischen den zwei leitenden Schichten bildet. Eine Abwandlung hiervon ist ein "Daumenstift"-Schalter, in dem ein spitzer Metallstift zum Durchstechen der Isolierschicht verwendet wird, um die obere leitende Schicht mit der unteren leitenden Schicht elektrisch zu verbinden.Another type of switch includes an explosion shock switch. The Shock switch is using a flexible flat cable with a upper conductive layer, a middle insulating layer and a lower conductive Layer constructed. A small explosive charge can be placed on the top layer Explosion are brought, which leads to the fact that the insulating layer is a conductive Forms ionization path between the two conductive layers. A variation of which is a "thumb pin" switch, in which a pointed metal pin for Piercing the insulating layer is used to cover the top conductive layer to electrically connect the lower conductive layer.

Der Explosionsschockschalter schafft einen Schalter mit niedriger Induktivität, wobei der Schalter aber durch ein Sprengkissen gezündet werden muß. Der Daumenstiftschalter ist ähnlich zu dem Sprengschalter, möglicherweise aber nicht so zuverlässig. Somit besteht weiter Bedarf an Schaltern mit verbesserter Zuverlässigkeit und verbesserten Triggereigenschaften.The explosion shock switch creates a switch with lower Inductance, but the switch is ignited by an explosive cushion got to. The thumb stick switch is similar to the explosive switch, possibly but not so reliable. There is therefore still a need for switches with improved reliability and improved trigger properties.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Vorrichtung zur Verwendung in einem Gerät in einer Bohrung allgemein eine Komponente in der Bohrung und einen Schalter, der Leiter und eine mikroelektromechanische Vorrichtung enthält, die so beschaffen ist, daß sie die Leiter elektrisch verbindet, wenn sie aktiviert wird.According to one embodiment, includes an apparatus for use in a device in a bore generally a component in the bore and a switch containing conductors and a microelectromechanical device, which is designed to electrically connect the conductors when activated becomes.

Weitere Merkmale und Ausführungsformen gehen aus der folgenden Be­ schreibung, aus der Zeichnung und aus den Ansprüchen hervor.Further features and embodiments result from the following Be spelling, from the drawing and from the claims.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Werkzeugstrangs zur Verwen­ dung in einer Bohrung. Fig. 1 shows an embodiment of a tool string for use in a bore.

Fig. 2 ist ein Stromlaufplan einer Sprengfolienauslöser-Triggerschaltung (EFI-Triggerschaltung) gemäß einer in dem Werkzeugstrang aus Fig. 1 anwend­ baren Ausführungsform. FIG. 2 is a circuit diagram of an explosive film trigger trigger circuit (EFI trigger circuit) according to an embodiment applicable in the tool strand from FIG. 1.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Schalters mit einem mikroelektro­ mechanischen Stift. Fig. 3 shows an embodiment of a switch with a micro-electro mechanical pin.

Fig. 4A-4B zeigen eine weitere Ausführungsform eines Schalters mit einer durch ein zerbrechliches Element angebundenen Elektrode. FIGS. 4A-4B show another embodiment of a switch with a connected through a frangible element electrode.

Fig. 5 zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform eines Schalters mit parallelen Platten und mit einer dielektrischen Schicht, die als Reaktion auf einen angelegten elektrischen Strom durchschlagen werden kann. FIG. 5 shows yet another embodiment of a switch with parallel plates and with a dielectric layer that can break down in response to an applied electrical current.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schalters mit einem bistabilen Element. Fig. 6 shows a further embodiment of a switch with a bistable element.

Fig. 7A-7D zeigen eine nochmals weitere Ausführungsform eines Schal­ ters mit einer Kammer, die ein dielektrisches Gas enthält. FIGS. 7A-7D show a still further embodiment of a scarf ters with a chamber containing a dielectric gas.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform eines Schalters mit einer beweglichen Elektrode. Fig. 8 shows another embodiment of a switch with a movable electrode.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche Einzelheiten dargestellt, um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist aber selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung ohne diese Einzelheiten verwirklicht werden kann und daß an den beschriebenen Aus­ führungsformen zahlreiche Änderungen oder Abwandlungen möglich sind. Ob­ gleich Bezug auf Schalter genommen wird, die zum Aktivieren von Sprengfolien­ auslösern (EFIs) verwendet werden, können andere Ausführungsformen bei­ spielsweise Schalter enthalten, die zum Aktivieren anderer Komponenten verwen­ det werden.In the following description, numerous details are presented, to gain an understanding of the present invention. For the specialist in the field, however, it is understood that the present invention without these details can be realized and that at the described from management forms numerous changes or modifications are possible. whether reference is immediately made to switches used to activate explosive foils triggers (EFIs) can be used, other embodiments for example, include switches that are used to activate other components be det.

Wie sie hier verwendet werden, werden die Begriffe "auf" und "ab"; "obe­ rer" und "unterer"; "nach oben" und "nach unten"; "darüber" und "darunter"; und andere ähnliche Begriffe, die relative Lagen über oder unter einem gegebenen Punkt oder Element angeben, in dieser Beschreibung lediglich zur deutlicheren Beschreibung einiger Ausführungsformen der Erfindung verwendet. Bei der An­ wendung auf Ausrüstung und Verfahren zur Verwendung in Bohrungen, die ab­ weichend oder horizontal sind, oder wenn diese Ausrüstung eine abweichende oder horizontale Ausrichtung besitzt, können sich diese Begriffe entsprechend auf eine Links-Rechts-, Rechts-Links- oder auf eine andere Beziehung beziehen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Gerät 10 in einer Bohrung, das beispiels­ weise eine Perforationskanone 15 enthalten kann, durch eine in einer Bohrung 8 befindliche Verrohrung 7, die auf ein Futterrohr 9 ausgerichtet ist, abgesenkt. Zwischen der Verrohrung 7 und dem Futterrohr 9 ist ein Dichtungsstück 6 einge­ setzt, um den Verrohrungs-Futterrohr-Ringraum zu isolieren. Das Gerät 10 in der Bohrung läuft an einem Träger 12, der eine Seilarbeit, eine Schlickleitung, eine Verrohrung oder ein anderer Träger sein kann. Bestimmte Arten von Trägern 12 (wie etwa Seilarbeiten) können einen oder mehrere elektrische Leiter 13 enthalten, über die der Strom und Signale an das Gerät 10 in der Bohrung übertragen wer­ den können. Die in Fig. 1 gezeigte Perforationskanone 15 enthält mehrere Hohlla­ dungen 20. In einer Ausführungsform können diese Hohlladungen 20 mit den Auslöservorrichtungen 22, die durch einen von der Bohrungsoberfläche ausgege­ benen Befehl, der die Form von über einen oder mehrere elektrische Leiter 13 in dem Träger 12 gesendeten elektrischen Signalen haben kann, aktiviert werden zur Explosion gebracht werden. Alternativ kann der Befehl die Form von Druckimpuls­ befehlen oder hydraulischen Befehlen haben. Die Auslöservorrichtungen 22 kön­ nen durch über eine oder mehrere elektrische Leitungen 24 übertragene Signale elektrisch aktiviert werden.As used here, the terms "up" and "down";"upper" and "lower";"up" and "down";"above" and "below"; and other similar terms that indicate relative locations above or below a given point or element are used in this specification only to more clearly describe some embodiments of the invention. When applied to equipment and methods for use in holes that are deviating or horizontal, or if this equipment has a different or horizontal orientation, these terms can refer to a left-right, right-left or to one relate to another relationship. As shown in Fig. 1, a device 10 is lowered in a bore, which may include, for example, a perforation gun 15 , through a pipe 7 located in a bore 8 , which is aligned with a casing 9 . Between the piping 7 and the casing 9 , a sealing piece 6 is inserted to isolate the casing casing annulus. The device 10 in the bore runs on a support 12 , which can be rope work, a silt line, piping or another support. Certain types of beams 12 (such as rope work) may include one or more electrical conductors 13 through which the current and signals may be transmitted to the device 10 in the well. The perforation gun 15 shown in FIG. 1 contains a plurality of hollow spaces 20 . In one embodiment, these shaped charges 20 can be detonated with the trigger devices 22 , which are activated by a command issued from the surface of the bore, which may take the form of electrical signals sent via one or more electrical conductors 13 in the carrier 12 . Alternatively, the command may take the form of a pressure pulse or hydraulic commands. The trigger devices 22 may be electrically activated by signals transmitted over one or more electrical lines 24 .

Andere Ausführungsformen des Geräts 10 in der Bohrung können Dich­ tungsstücke, Ventile, Plugs, Bohrkronen oder andere Vorrichtungen umfassen. Somit kann der von der Bohrungsoberfläche ausgegebene Befehl in diesen ande­ ren Ausführungsformen Steuermodule zum Einstellen von Dichtungsstücken, zum Öffnen und Schließen von Ventilen oder zum Betätigen oder Freigeben anderer Vorrichtungen aktivieren. Zum Aktivieren einer Vorrichtung in dem Gerät 10 in der Bohrung können Schalter vorgesehen sein, die ein elektrisches Signal oder den elektrischen Strom mit der Vorrichtung verbinden. Beispielsweise kann die Auslö­ servorrichtung 22 einen Schalter und eine Sprengfolienauslöserschaltung (EFI- Schaltung) zum Auslösen eines Sprengstoffs enthalten.Other embodiments of the device 10 in the bore may include sealing pieces, valves, plugs, bits, or other devices. Thus, in these other embodiments, the command issued from the bore surface can activate control modules for adjusting seals, opening and closing valves, or actuating or releasing other devices. To activate a device in the device 10 in the bore, switches can be provided which connect an electrical signal or the electrical current to the device. For example, the trigger device 22 may include a switch and an explosive foil trigger circuit (EFI) for triggering an explosive.

Gemäß einigen Ausführungsformen können die Schalter mikroelektrome­ chanische Elemente enthalten, die auf der Mikroelektromechaniksystem-Techno­ logie (MEMS-Technologie) beruhen können. MEMS-Elemente umfassen mecha­ nische Elemente, die durch eine Eingangsenergie (Elektroenergie oder eine an­ dere Energieart) bewegt werden könnten. MEMS-Schalter können mit Mikrofabri­ kationstechniken ausgebildet werden, die die Mikromaterialbearbeitung an einem Halbleitersubstrat (z. B. einem Siliciumsubstrat) umfassen können. In dem Mikro­ materialbearbeitungsprozeß können verschiedene Ätz- und Strukturierungsschritte zum Ausbilden der gewünschten mikromechanischen Teile verwendet werden. Einige Vorteile der MEMS-Elemente bestehen darin, daß sie einen kleinen Raum einnehmen, verhältnismäßig niedrige Leistung benötigen, verhältnismäßig robust sind und verhältnismäßig preiswert sein können.According to some embodiments, the switches can be microelectrome contain mechanical elements based on the microelectromechanical system techno logic (MEMS technology). MEMS elements include mecha nical elements caused by an input energy (electrical energy or an whose type of energy) could be moved. MEMS switches can with microfabri cation techniques are trained, the micromachining on a Semiconductor substrate (z. B. a silicon substrate) may include. In the mic  material processing process can have various etching and structuring steps can be used to form the desired micromechanical parts. Some advantages of MEMS elements are that they have a small space ingest, need relatively low power, relatively robust are and can be relatively inexpensive.

Die Schalter gemäß anderen Ausführungsformen können mit Mikroelektro­ nik-Techniken hergestellt werden, die ähnlich denen sind, die zur Herstellung integrierter Schaltungsvorrichtungen verwendet werden. Wie es hier verwendet wird, können die mit der MEMS- oder mit einer anderen Mikroelektronik-Technolo­ gie ausgebildeten Schalter allgemein als "Mikroschalter" bezeichnet werden. Die Elemente in solchen Mikroschaltern können als "Mikroelemente", d. h. allgemein als mit der MEMS- oder mit der Mikroelektronik-Technologie ausgebildete Ele­ mente, bezeichnet werden. Allgemein können die mit der MEMS-Technologie realisierten Schalter oder Vorrichtungen als "mikroelektromechanische Schalter" bezeichnet werden.The switches according to other embodiments can be micro-electro Techniques are produced that are similar to those used to manufacture integrated circuit devices can be used. As used here with the MEMS or with another microelectronic technology gie trained switches are generally referred to as "microswitches". The Elements in such microswitches can be called "micro-elements", i.e. H. generally as trained with MEMS or with microelectronics technology elements. In general, those with MEMS technology realized switches or devices as "microelectromechanical switches" be designated.

In einer Ausführungsform können die Mikroschalter mit anderen Komponenten wie etwa mit EFI-Schaltungen zum Auslösen von Sprengstoffen integriert sein. Die integrierten Komponenten sind in kleineren Gehäusen enthal­ ten, die eine effizientere Raumausnutzung in einer Bohrung ermöglichen. Wie es hier verwendet wird, werden Komponenten als "integriert" bezeichnet, wenn sie auf einer in einer Verkapselung mit verhältnismäßig kleiner Größe angeordneten gemeinsamen Abstützkonstruktion ausgebildet oder auf andere Weise in enger Nachbarschaft zueinander zusammengebaut sind. Somit kann beispielsweise ein Mikroschalter auf der gleichen Abstützkonstruktion wie die EFI-Schaltung herge­ stellt sein, um wegen des niedrigeren effektiven Serienwiderstands (ESR) und wegen der niedrigeren effektiven Serieninduktivität (ESL) einen effizienteren Schalter zu schaffen. Der Mikroschalter kann auch auf einem gemeinsamen Sub­ strat mit anderen Komponenten ausgebildet sein.In one embodiment, the microswitches can be used with others Components such as with EFI circuits for triggering explosives be integrated. The integrated components are contained in smaller housings that allow more efficient use of space in a well. Like it Components used here are referred to as "integrated" if they arranged on a relatively small size encapsulation common support structure formed or otherwise in more narrow Neighborhood are assembled to each other. Thus, for example, a Microswitches on the same support structure as the EFI circuit represents to due to the lower effective series resistance (ESR) and because of the lower effective series inductance (ESL) a more efficient one To create switches. The microswitch can also be on a common sub strat be formed with other components.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält gemäß einer Ausführungsform eine Kondensatorentladeeinheit (CDU) einen Kondensator 202, der bis auf einen Trig­ gerspannungspegel aufgeladen werden kann. Der Kondensator 202 stellt eine lokale Energiequelle bereit, die die Aktivierungsenergie liefert. Der Kondensator 202 ist an einen Mikroschalter 204 angeschlossen, der durch eine Triggerspan­ nung VTrigger oder durch einen Triggerstrom ITrigger geschlossen aktiviert werden kann. Wenn der Schalter 204 geschlossen ist, ist die Aktivierungsenergie an eine EFI-Schaltung 206 gekoppelt, um die EFI 206 zu aktivieren.As shown in FIG. 2, according to one embodiment, a capacitor discharge unit (CDU) includes a capacitor 202 that can be charged up to a trigger voltage level. Capacitor 202 provides a local energy source that provides the activation energy. The capacitor 202 is connected to a microswitch 204 , which can be activated by a trigger voltage V trigger or by a trigger current I trigger . When the switch 204 is closed, the activation energy of a EFI circuit 206 is coupled to activate the EFI 206th

Eine EFI-Schaltung enthält typischerweise eine an eine elektrische Strom­ quelle wie etwa an den Kondensator 202 angeschlossene Metallfolie. In der Folie ist ein verdünnter Halsabschnitt mit einer sehr kleinen Breite ausgebildet, wobei über einem Teil der Folie mit dem Halsabschnitt eine Isolierschicht angeordnet ist. Wenn durch den Halsabschnitt der Folie ein hoher Strom angelegt wird, explodiert oder verdampft der Halsabschnitt. Dies führt dazu, daß von der Isolierschicht ein kleiner Flieger abgeschert wird, der durch eine Trommel läuft und auf einen Sprengstoff auftrifft, um eine Explosion auszulösen.An EFI circuit typically includes a metal foil connected to an electrical power source such as capacitor 202 . A thinned neck section with a very small width is formed in the film, an insulating layer being arranged over part of the film with the neck section. When a high current is applied through the neck portion of the film, the neck portion explodes or evaporates. As a result, a small plane is sheared from the insulating layer, which passes through a drum and strikes an explosive to cause an explosion.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen von Mikroschal­ tern beschrieben. Solche Mikroschalter sind anwendbar in der CDU aus Fig. 2 oder können alternativ zum Anschließen der Elektroenergie an andere Kompo­ nenten in der Bohrung verwendet werden.Various embodiments of microswitches are described below. Such microswitches are applicable in the CDU of FIG. 2 or can alternatively be used to connect the electrical energy to other compo nents in the bore.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist gemäß einer Ausführungsform ein MEMS- Schalter 300 durch einen MEMS-Stift 302 aktivierbar. In dieser Ausführungsform ersetzt der MEMS-Stift 302 das in einigen herkömmlichen Daumenstiftschaltern verwendete Daumenstift-Betätigungselement. Der Schalter 300 enthält eine obere und eine untere leitende Schicht 304 und 308, zwischen denen eine Isolierschicht 306 liegt. Die Leiter 304 und 308 können jeweils aus einem Metall oder aus einem anderen geeigneten leitenden Material ausgebildet sein. Die Isolierschicht 306 kann beispielsweise eine Polyimidschicht enthalten. Der MEMS-Stift 302 kann über der oberen leitenden Schicht 304 angeordnet sein. Wenn ein Betätigungs­ element 303 wie etwa durch eine angelegte Triggerspannung VTrigger mit einer vorgegebenen Amplitude betätigt wird, gibt es den MEMS-Stift 302 frei, so daß er sich durch die Schichten 304 und 306 bewegt und mit der unteren leitenden Schicht 308 in Kontakt gelangt. Dies koppelt elektrisch die obere und die untere leitende Schicht 304 und 306 und aktiviert den Schalter 300. Somit kann die elek­ trisch leitende Schicht 304 auf eine Ansteuerspannung VDrive angesteuert werden, während die elektrisch leitende Schicht 308 mit der zu aktivierenden Komponente (z. B. an die EFI-Schaltung 206 aus Fig. 2) verbunden ist.As shown in FIG. 3, according to one embodiment, a MEMS switch 300 can be activated by a MEMS pin 302 . In this embodiment, MEMS pin 302 replaces the thumb pin actuator used in some conventional thumb pin switches. Switch 300 includes upper and lower conductive layers 304 and 308 with an insulating layer 306 between them. Conductors 304 and 308 may each be formed from a metal or other suitable conductive material. Insulating layer 306 may include a polyimide layer, for example. MEMS pin 302 may be disposed over top conductive layer 304 . When an actuator 303 is actuated with a predetermined amplitude, such as by an applied trigger voltage V trigger , it releases the MEMS pin 302 so that it moves through layers 304 and 306 and contacts lower conductive layer 308 , This electrically couples the upper and lower conductive layers 304 and 306 and activates the switch 300 . Thus, the electrically conductive layer 304 can be driven to a drive voltage V Drive , while the electrically conductive layer 308 is connected to the component to be activated (e.g. to the EFI circuit 206 from FIG. 2).

In einer Ausführungsform kann in den Schichten 304 und 306 bereits eine vorgeformte Bohrung 307 vorhanden sein, durch die der MEMS-Stift 302 laufen kann. In einer anderen Ausführungsform kann der MEMS-Stift 302 ein spitzes Ende haben, das die Schicht 304 und 306 durchsticht und die Schicht 308 er­ reicht.In one embodiment, layers 304 and 306 may already have a preformed bore 307 through which MEMS pin 302 may pass. In another embodiment, MEMS pin 302 may have a pointed end that pierces layers 304 and 306 and reaches layer 308 .

In einer Anordnung enthält das Betätigungselement 303 bewegliche Stütz­ elemente 305, die den Stift 302 in einem vergrößerten Flanschabschnitt 312 ab­ stützen. Wenn die Stützelemente 305 von dem Flanschabschnitt 312 des Flan­ sches zurückgezogen werden, ermöglichen sie, daß der Stift 302 in die Bohrung 307 fällt. Die Stützelemente 305 können durch einen MEMS-Antriebsmechanis­ mus 303 radial beweglich sein. Beim Anlegen von Elektroenergie zieht der MEMS- Antriebsmechanismus 303 die Stützelemente 305 radial von dem Stift 302 zurück, um zu ermöglichen, daß er in die Bohrung 307 fällt und die Leiter 304 und 308 in elektrischen Kontakt bringt. In einer alternativen Anordnung kann anstelle des Zurückziehens der Abstützung von dem Stift 302 ein MEMS-Antriebsmechanis­ mus 303 verwendet werden, der den Stift 302 in die Bohrung 307 treibt.In one arrangement, the actuator 303 includes movable support members 305 which support the pin 302 in an enlarged flange portion 312 . When the support members 305 are withdrawn from the flange portion 312 of the flange, they allow the pin 302 to fall into the bore 307 . The support elements 305 can be moved radially by a MEMS drive mechanism 303 . When electrical power is applied, MEMS drive mechanism 303 radially retracts support members 305 from pin 302 to allow it to fall into bore 307 and bring conductors 304 and 308 into electrical contact. In an alternative arrangement, instead of withdrawing support from pin 302, a MEMS drive mechanism 303 can be used to drive pin 302 into bore 307 .

Die in dem Mikroschalter 300 enthaltene Schichtstruktur kann auf einem Substrat 310 ausgebildet sein, das ein Halbleiter, ein Isolator oder ein anderes Substrat sein kann. In einem Beispiel kann das Substrat 310 ein Siliciumsubstrat sein. Zunächst wird auf dem Substrat 310 die Leiterschicht 308 abgeschieden, worauf die Isolatorschicht 306 und die nächste Leiterschicht 304 folgt. Die Boh­ rung 307 kann durch anisotropes Ätzen durch die Schichten 304 und 306 struktu­ riert werden. Daraufhin kann auf der Leiterschicht 304 über der Bohrung 307 die MEMS-Struktur mit dem Stift 302 und dem Betätigungselement 303 ausgebildet werden.The layer structure contained in the microswitch 300 can be formed on a substrate 310 , which can be a semiconductor, an insulator or another substrate. In one example, substrate 310 may be a silicon substrate. First, the conductor layer 308 is deposited on the substrate 310 , followed by the insulator layer 306 and the next conductor layer 304 . Bore 307 may be patterned through layers 304 and 306 by anisotropic etching. The MEMS structure with the pin 302 and the actuating element 303 can then be formed on the conductor layer 304 above the bore 307 .

Wie in den Fig. 4A-4B gezeigt ist, enthält ein Mikroschalter 500 gemäß einer weiteren Ausführungsform ein erstes Substrat 502 und ein zweites Substrat 504. Tatsächlich sind das erste Substrat 502 und die darüber ausgebildeten Schichten in den Fig. 4A-4B auf dem Kopf stehend gezeigt. Beim Ausbilden des Mikroschalters 500 werden die zwei Substrate 502 und 504 unabhängig struktu­ riert, wobei eines umgedreht wird, so daß es dem anderen gegenüberliegt.As shown in FIGS. 4A-4B, a microswitch 500 according to another embodiment includes a first substrate 502 and a second substrate 504 . In fact, first substrate 502 and the layers formed over it are shown upside down in Figures 4A-4B. When the microswitch 500 is formed , the two substrates 502 and 504 are independently structured, one being turned over so that it faces the other.

Über einer Oberfläche des Substrats 502 wird eine Isolatorschicht 506 (z. B. eine Nitrid- oder SxNy-Schicht) ausgebildet. Auf der Isolatorschicht 506 wird eine leitende Leitung 510 (z. B. eine Metallschicht mit Aluminium, Nickel, Gold, Kupfer, Wolfram und Titan) ausgebildet. Daraufhin können auf dem Substrat 502 mehrere Halteseile 516 ausgebildet werden, die jeweils aus einem Halbleitermate­ rial wie etwa aus dotiertem Silicium mit einem ausgewählten Widerstand herge­ stellt werden, um eine leitende Platte 514 abzustützen, die aus einem Metall wie etwa aus Aluminium, Nickel, Gold, Kupfer, Wolfram und Titan hergestellt sein kann. Die Halteseile 516 sind an den Kontaktpunkten zwischen den Halteseilen 516 und der Platte 514 mit der leitenden Platte 514 verbunden. Wenn die Hal­ teseile 516 einem verhältnismäßig großen Strom ausgesetzt werden, lösen sie sich auf oder zerreißen auf andere Weise, was ermöglicht, daß die leitende Platte 514 über den Zwischenraum 515 fällt und mit einer über dem Substrat 504 ausge­ bildeten leitenden Schicht 512 in Kontakt gelangt. Somit sind die Halteseile 516 effektiv zerbrechliche Elemente, die als Reaktion auf das Anlegen einer elektri­ schen Spannung oder eines elektrischen Stroms zerbrechen können.An insulator layer 506 (e.g., a nitride or S x N y layer) is formed over a surface of the substrate 502 . A conductive line 510 (e.g., a metal layer with aluminum, nickel, gold, copper, tungsten, and titanium) is formed on the insulator layer 506 . A plurality of tethers 516 may then be formed on the substrate 502 , each of which is made of a semiconductor material such as doped silicon with a selected resistance to support a conductive plate 514 made of a metal such as aluminum, nickel, gold , Copper, tungsten and titanium can be produced. The tethers 516 are connected to the conductive plate 514 at the contact points between the tethers 516 and the plate 514 . When the halves 516 are subjected to a relatively large current, they dissolve or otherwise tear, which allows the conductive plate 514 to fall over the space 515 and come into contact with a conductive layer 512 formed over the substrate 504 , Thus, tethers 516 are effectively fragile elements that can break in response to the application of an electrical voltage or current.

Wie in Fig. 4B gezeigt ist, besitzt die angebundene Platte 514 einen gebogenen Abschnitt 517, der ermöglicht, daß sie mit einem über dem Substrat 502 ausgebildeten Verbindungs-Pad 519 verbunden wird. Das Verbindungs-Pad 519 kann beispielsweise mit einem Anschlußfinger in Kontakt stehen, der der angebundenen leitenden Platte 514 eine Ansteuerspannung VDrive zuführt. Die Halteseile 516 stehen in Kontakt mit der leitenden Leitung 510, die ihrerseits an ein weiteres Verbindungs-Pad 521 angeschlossen sein kann, das einen Trigger­ strom ITrigger empfängt.As shown in FIG. 4B, the bonded plate 514 has a bent portion 517 that allows it to be connected to a connection pad 519 formed over the substrate 502 . The connection pad 519 can, for example, be in contact with a connection finger which supplies the connected conductive plate 514 with a drive voltage V Drive . The holding cables 516 are in contact with the conductive line 510 , which in turn can be connected to a further connection pad 521 , which receives a trigger current I trigger .

Im Betrieb wird die leitende Platte 514 auf eine Ansteuerspannung Vorive angesteuert. Wenn der Mikroschalter 500 geschlossen (oder aktiviert) werden soll, wird über die leitende Leitung 510 ein Triggerstrom ITrigger angelegt, der wenig­ stens einen Teil der Halteseile 516 zerreißt oder auflöst. Dies ermöglicht, daß die leitende Platte 514 (die auf der Ansteuerspannung VDrive liegt), herunterfällt, wo­ bei sie mit der leitenden Schicht 512 in Kontakt gelangt und dadurch die Span­ nung Vo auf die Ansteuerspannung VDrive ansteuert. Die leitende Schicht 512 (und die Spannung Vo) können an eine zu aktivierende Vorrichtung wie etwa an die EFI-Schaltung 206 aus Fig. 2 angeschlossen sein.In operation, the conductive plate 514 is driven to a drive voltage Vorive. If the microswitch 500 is to be closed (or activated), a trigger current ITrigger is applied via the conductive line 510 , which at least tears or dissolves a part of the holding cables 516 . This allows the conductive plate 514 (which is at the drive voltage V Drive ) to drop where it contacts the conductive layer 512 , thereby driving the voltage V o to the drive voltage V Drive . Conductive layer 512 (and voltage V o ) may be connected to a device to be activated, such as EFI circuit 206 of FIG. 2.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, enthält eine nochmals weitere Ausführungsform eines Mikroschalters 600 zwei parallele Platten 602 und 604 mit einer dielektri­ schen Schicht 610 zwischen den parallelen Platten. Die dielektrischen Eigen­ schaften der dielektrischen Schicht 610 können durch Elektroenergie in Form einer Triggerspannung oder eines Triggerstroms reguliert werden, um zwischen den zwei leitenden Platten 602 und 604 einen leitenden Pfad zu erzeugen. Über der leitenden Platte 604 kann eine leitende Leitung 606 ausgebildet sein, wobei zwischen der Leitung 606 und der leitenden Platte 604 eine Isolatorschicht 607 liegt. Die dielektrische Schicht 610, die die leitenden Platten 602 und 604 trennt, kann ein dielektrischer Festkörper, eine dielektrische Flüssigkeit oder ein dielektri­ sches Gas sein. Wenn der Leitung 606 ein Triggerstrom zugeführt wird, bewirkt dies, daß die dielektrische Schicht 610 durchschlagen und ein leitender Pfad zwi­ schen den leitenden Platten 602 und 604 erzeugt wird.As shown in FIG. 5, yet another embodiment of a microswitch 600 includes two parallel plates 602 and 604 with a dielectric layer 610 between the parallel plates. The dielectric properties of the dielectric layer 610 may be regulated by electrical energy in the form of a trigger voltage or a trigger current to create a conductive path between the two conductive plates 602 and 604 . A conductive line 606 may be formed over the conductive plate 604 , with an insulator layer 607 between the line 606 and the conductive plate 604 . The dielectric layer 610 that separates the conductive plates 602 and 604 may be a solid dielectric, a dielectric liquid, or a dielectric gas. When a trigger current is applied to line 606 , this causes dielectric layer 610 to breakdown and a conductive path is created between conductive plates 602 and 604 .

Im Betrieb wird an die leitende Platte 602 eine Ansteuerspannung VDrive angelegt, wobei die leitende Platte 604 an eine zu aktivierende Vorrichtung ge­ koppelt ist. Wenn ein Triggerstrom ITrigger an die Leitung 606 angelegt wird, wird die dielektrische Schicht 610 durchschlagen, wobei die Spannung VDrive über den leitenden Pfad von der leitenden Platte 602 zu der Platte 604 geleitet wird, um die Spannung Vo auf die Ansteuerspannung VDrive zu erhöhen.In operation, a drive voltage VDrive is applied to the conductive plate 602 , the conductive plate 604 being coupled to a device to be activated. When a trigger current I trigger is applied to line 606 , dielectric layer 610 is stripped, passing voltage V Drive over the conductive path from conductive plate 602 to plate 604 , to change voltage V o to drive voltage V Drive to increase.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, enthält ein Mikroschalter 700 gemäß einer weite­ ren Ausführungsform einen bistabilen mikroelektromechanischen Schalter 700. Der Schalter 700 enthält eine Kontaktplatte 706, die beim Anlegen einer Ansteuer­ spannung VDrive in einer neutralen Stellung (d. h. in einer inaktiven Stellung) gehalten wird. Die Kontaktplatte 706 befindet sich im wesentlichen in der Mittel­ ebene zwischen den Platten 702 und 704. Die Platten 702 und 704 werden jeweils auf VDrive angesteuert, um die Kontaktplatte 706 in ihrer neutralen Stellung zu halten. Wenn die Aktivierung des Mikroschalters 700 erwünscht ist, wird zu einer der Platten 702 und 704 eine Triggerspannung VTrigger hinzugefügt, um die Span­ nung auf VDrive + VTrigger zu erhöhen. Dies erzeugt eine elektrostatische Kraft, die ein Ungleichgewicht in dem Schalter bewirkt, das die Platte 706 bewegt, so daß sie mit der Platte 704 in Kontakt gelangt. Die Kontaktplatte 706 ist an ihrem Fu­ ßende an einer Stützsäule 710 befestigt. In einer Ausführungsform sind die Kon­ taktplatte 706 und die Stützsäule einteilig mit einem Metall ausgebildet, um einen Ausleger zu erzeugen. Der Ausleger ist so beschaffen, daß er sich durch Anlegen durch eine elektrostatische Kraft biegt. Wenn die Auslegerplatte 706 mit der Platte 704 in Kontakt gelangt, wird die Spannung VDrive + VTrigger an die Auslegerplatte 706 übertragen.As shown in FIG. 6, a microswitch 700 according to another embodiment includes a bistable microelectromechanical switch 700 . The switch 700 contains a contact plate 706 , which is held in a neutral position (ie in an inactive position) when a drive voltage V Drive is applied. The contact plate 706 is located substantially in the middle plane between the plates 702 and 704 . Plates 702 and 704 are each driven on VDrive to hold contact plate 706 in its neutral position. When activation of the microswitch 700 is desired, a trigger voltage V trigger is added to one of the plates 702 and 704 to increase the voltage to V Drive + V Trigger . This creates an electrostatic force that causes an imbalance in the switch that moves plate 706 so that it contacts plate 704 . The contact plate 706 is attached at its foot end to a support column 710 . In one embodiment, the contact plate 706 and the support column are integrally formed with a metal to create a boom. The boom is designed so that it bends when applied by an electrostatic force. When the cantilever plate 706 contacts the plate 704 , the voltage V Drive + V Trigger is transmitted to the cantilever plate 706 .

Mit Bezug auf die Fig. 7A-7D ist eine weitere Ausführungsform eines Mikroschalters 800 gezeigt. Fig. 7A ist eine Explosions-Seitenansicht des Mikro­ schalters 800, der ein oberes Substrat 802 und ein unteres Substrat 804 enthält. Auf jedem der Substrate 802 und 804 können Strukturen ausgebildet sein. Fig. 7B zeigt eine Draufsicht des unteren Substrats 804, während Fig. 7C eine Unteran­ sicht des oberen Substrats 802 zeigt. Auf dem oberen Substrat 802 sind eine leitende Platte 806 und eine obere dielektrische Schicht 810 abgeschieden. Über dem unteren Substrat 804 ist eine untere leitende Platte 808 ausgebildet, während, über der unteren leitenden Platte 808 eine untere dielektrische Schicht 812 aus­ gebildet ist. Außerdem ist über der dielektrischen Schicht 812 eine Triggerelek­ trode 814 ausgebildet.With reference to FIGS. 7A-7D shows a further embodiment of a micro-switch 800 is shown. FIG. 7A is an exploded side view of the micro switch 800, which includes an upper substrate 802 and a lower substrate 804th Structures can be formed on each of the substrates 802 and 804 . FIG. 7B shows a top view of the lower substrate 804 , while FIG. 7C shows a bottom view of the upper substrate 802 . A conductive plate 806 and an upper dielectric layer 810 are deposited on the upper substrate 802 . A lower conductive plate 808 is formed over the lower substrate 804 , while a lower dielectric layer 812 is formed over the lower conductive plate 808 . In addition, a trigger electrode 814 is formed over the dielectric layer 812 .

Wie in Fig. 7C gezeigt ist, besitzt die dielektrische Schicht 810 ein wegge­ schnittenes Teil, das ein Fenster bildet, das die obere leitende Platte 806 freilegt. Wie in Fig. 7B gezeigt ist, besitzt die dielektrische Schicht 812 ähnlich ein wegge­ schnittenes Teil, das ein Fenster bildet, das die untere leitende Platte 808 freilegt.As shown in FIG. 7C, the dielectric layer 810 has a cut-away portion that forms a window that exposes the upper conductive plate 806 . Similarly, as shown in FIG. 7B, the dielectric layer 812 has a cut-away portion that forms a window that exposes the lower conductive plate 808 .

Wie in Fig. 7A gezeigt ist, ist das obere Substrat 802 in eine auf dem Kopf stehende Stellung geklappt. Wenn das obere und das untere Substrat 802 und 804 und die angefügten Substrate in Kontakt gelangen, wird die Struktur aus Fig. 7D erreicht. Die Herstellung der Struktur kann in einer mit einem Edelgas (z. B. Argon) gefüllten Kammer ausgeführt werden, so daß der im Ergebnis des Zusammenbringens der zwei Substrate 802 und 804 ausgebildete Zwischenraum 816 ebenfalls mit dem Edelgas gefüllt ist. Alternativ kann der Zwischenraum 816 mit einem anderen dielektrischen Element wie etwa mit einem flüssigen oder fe­ sten Dielektrikum gefüllt werden. Das dielektrische Material wird in der Weise ausgewählt, daß es beim Anlegen eines Triggersignals mit einer vorgegebenen Spannung oder mit einem vorgegebenen Strom durchschlagen wird.As shown in FIG. 7A, the upper substrate 802 is folded into an upside-down position. When the top and bottom substrates 802 and 804 and the attached substrates come into contact, the structure of Fig. 7D is achieved. The fabrication of the structure can be carried out in a chamber filled with a noble gas (e.g. argon) so that the space 816 formed as a result of bringing the two substrates 802 and 804 together is also filled with the noble gas. Alternatively, the space 816 can be filled with another dielectric element, such as a liquid or solid dielectric. The dielectric material is selected in such a way that, when a trigger signal is applied, it breaks down with a predetermined voltage or with a predetermined current.

Im Betrieb wird an die Triggerleiterplatte 814 eine Triggerspannung ange­ legt, die den Isolator in dem Zwischenraum 816 durchschlägt, um zwischen der oberen leitenden Platte 806 und der unteren leitenden Platte 808 einen leitenden Pfad zu erzeugen und dadurch den Mikroschalter 800 zu schließen.In operation, a trigger voltage is applied to the trigger circuit board 814, which breaks down the insulator in the space 816 to create a conductive path between the upper conductive plate 806 and the lower conductive plate 808 and thereby close the microswitch 800 .

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann ein MEMS-Schalter 400 gemäß einer weite­ ren Ausführungsform die durch die Zwischenräume 420 und 422 getrennten elek­ trischen Kontakte 404, 406, 408 und 410 enthalten. Die Kontakte 404 und 406 sind elektrisch mit den Leitungen 416 bzw. 418 gekoppelt, die an den Elektroden 412 bzw. 414 enden. Die Elektroden 412 und 414 können mit entsprechenden Komponenten wie etwa mit einer Energiequelle und einer durch die Energiequelle zu aktivierenden Vorrichtung elektrisch in Kontakt stehen. Die Kontakte 404 und 406 sind geneigt, so daß sie, wenn die Kontakte 408 und 410 durch ein Betäti­ gungselement 402 nach oben bewegt werden, an die Kontakte 408 bzw. 410 an­ grenzen. Das Betätigungselement 402 kann beispielsweise durch Anlegen einer Triggerspannung beweglich sein. Wenn die Kontakte 404, 406, 408 und 410 mit­ einander in Kontakt gelangen, wird zwischen den Elektroden 412 und 414 ein elektrisch leitender Pfad hergestellt. Die Bewegung des Betätigungselements 402 kann mit (nicht gezeigten) MEMS-Antrieben ausgeführt werden.As shown in FIG. 8, a MEMS switch 400 according to a further embodiment may include the electrical contacts 404 , 406 , 408 and 410 separated by the spaces 420 and 422 . Contacts 404 and 406 are electrically coupled to leads 416 and 418 , respectively, which terminate at electrodes 412 and 414 , respectively. The electrodes 412 and 414 can be in electrical contact with corresponding components, such as an energy source and a device to be activated by the energy source. The contacts 404 and 406 are inclined so that when the contacts 408 and 410 are moved by an actuating element 402 upwards, they adjoin the contacts 408 and 410, respectively. The actuating element 402 can be movable, for example, by applying a trigger voltage. When contacts 404 , 406 , 408, and 410 contact each other, an electrically conductive path is established between electrodes 412 and 414 . Movement of actuator 402 can be accomplished with MEMS drives (not shown).

Die Kontakte 404, 406, 408 und 410 können aus Metall oder aus einem anderen elektrisch leitenden Material ausgebildet sein. Der Schalter 400 kann in einem Halbleitersubstrat wie etwa Silicium ausgebildet sein.The contacts 404 , 406 , 408 and 410 can be formed from metal or from another electrically conductive material. The switch 400 may be formed in a semiconductor substrate such as silicon.

Die Vorteile der verschiedenen offenbarten Schalter können die folgenden umfassen. Allgemein können die Schalter in verhältnismäßig kleinen Baueinheiten realisiert sein, was wegen des verringerten Widerstands und der verringerten Induktivität die Effizienz der Schalter verbessert. Ferner können einige der Schal­ ter mit anderen Vorrichtungen wie etwa mit EFI-Schaltungen integriert sein, so daß sie ein Gesamtpaket mit verringerter Größe bilden. Da Sprengstoffe oder die mechanische Betätigung, wie sie in einigen herkömmlichen Schaltern verwendet werden, vermieden werden, wird die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Schalter erhöht.The advantages of the various switches disclosed can be the following include. In general, the switches can be in relatively small units be realized what because of the reduced resistance and the reduced Inductance improves the efficiency of the switches. Furthermore, some of the scarf ter be integrated with other devices such as EFI circuits, so that they form an overall package of reduced size. Because explosives or the mechanical actuation as used in some conventional switches The reliability and safety of the switches will be avoided elevated.

Obgleich die Erfindung in bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausfüh­ rungsformen offenbart worden ist, sind für den Fachmann auf dem Gebiet zahlrei­ che Abwandlungen und Veränderungen offensichtlich. Die beigefügten Ansprüche sollen sämtliche solche Abwandlungen und Veränderungen, die in den Erfin­ dungsgedanken und in den Umfang der Erfindung fallen, einschließen. Beispiels­ weise können andere Schaltungskonfigurationen unter Verwendung von Mikro­ elementen verwendet werden.Although the invention relates to a limited number of designs Forms have been disclosed are numerous for those skilled in the art modifications and changes are obvious. The appended claims all such modifications and changes that are in the Erfin idea and fall within the scope of the invention include. example wise, other circuit configurations can be made using micro elements are used.

Claims (30)

1. Vorrichtung zur Verwendung in einem Gerät in einer Bohrung, die umfaßt:
eine Komponente in der Bohrung; und
einen Schalter mit Leitern und einer mikroelektromechanischen Vorrich­ tung, die so beschaffen ist, daß sie, wenn sie aktiviert wird, die Leiter elektrisch verbindet, um Elektroenergie an die Komponente in der Bohrung zu liefern.
1. An apparatus for use in a device in a bore, comprising:
a component in the bore; and
a switch with conductors and a microelectromechanical device designed to, when activated, electrically connect the conductors to provide electrical energy to the component in the bore.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die mikroelektromechanische Vorrichtung ein Betätigungselement enthält, das als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Signal bewegt werden kann.2. Device according to claim 1, wherein the microelectromechanical Device includes an actuator that is responsive to an applied electrical signal can be moved. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der mikroelektromechanische Schalter ferner eine Mehrschicht-Baueinheit mit den Leitern und einem Isolator enthält, wobei das Betätigungselement so beschaffen ist, daß es sich durch den Isolator bewegt.3. Apparatus according to claim 2, wherein the microelectromechanical Switch also a multi-layer assembly with the conductors and an insulator contains, wherein the actuator is such that it is through the Isolator moves. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die mikroelektromechanische Vorrichtung eine Kontaktbaueinheit enthält, die wenigstens einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt enthält, die durch ein elektrisches Signal aufeinander zu bewegt werden können.4. The device according to claim 1, wherein the microelectromechanical Device includes a contact assembly having at least a first contact and contains a second contact, which is an electrical signal to each other too can be moved. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die mikroelektromechanische Vorrichtung ein zerbrechliches Element enthält, das so beschaffen ist, daß es als Reaktion auf das Anlegen von Elektroenergie zerbricht.5. The device of claim 1, wherein the microelectromechanical Device contains a fragile element, which is designed so that it as Reaction to the application of electrical energy breaks. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der einer der Leiter an dem zerbrechlichen Element befestigt ist, wobei der eine Leiter so beschaffen ist, daß er sich, wenn das zerbrechliche Element zerbricht, bewegt und mit dem anderen Leiter in Kontakt gelangt.6. The device according to claim 5, wherein one of the conductors on the fragile element is fastened, the one ladder being such that it moves when the fragile element breaks, and with the other Head came into contact. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das zerbrechliche Element ein über einer Stützkonstruktion ausgebildetes Halteseil enthält, wobei die Vorrichtung ferner eine elektrische Leitung enthält, die über der Stützkonstruktion ausgebildet ist und mit dem Halteseil in elektrischem Kontakt steht. 7. The apparatus of claim 6, wherein the fragile element Includes a tether formed over a support structure, the device further includes an electrical line formed over the support structure and is in electrical contact with the tether.   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit wenigstens einem weiteren Halteseil.8. The device of claim 7, further comprising at least one other Tether. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die mikroelektromechanische Vorrichtung einen der Leiter enthält, der als Ausleger eingerichtet ist, wobei der Schalter ferner zwei weitere Gleichgewichtsleiter enthält, die anfangs im wesentli­ chen auf der gleichen Spannung liegen, so daß sie mit dem Auslegerleiter im Gleichgewicht sind.9. The device according to claim 1, wherein the microelectromechanical Device contains one of the conductors, which is set up as a boom, the Switch also contains two further equilibrium conductors, which initially in the essence Chen are at the same voltage so that they are in contact with the cantilever conductor Are balance. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der an einen der zwei Gleichgewichtsleiter eine Triggerspannung angelegt wird, die eine elektrostatische Kraft erzeugt, die bewirkt, daß sich der Auslegerleiter zu dem einen Gleichge­ wichtsleiter bewegt.10. The device according to claim 9, in which one of the two Equilibrium conductor a trigger voltage is applied, which is an electrostatic Generates force that causes the boom ladder to match one weight manager moves. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Komponente in der Boh­ rung mit dem Auslegerleiter elektrisch gekoppelt ist.11. The device of claim 10, wherein the component in the Boh tion is electrically coupled to the boom conductor. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die mikroelektromechanische Vorrichtung eine Kammer besitzt, die ein zwischen den Leitern angeordnetes dielektrisches Element enthält, während die Vorrichtung ferner eine Triggerleitung enthält, über die Elektroenergie angelegt werden kann, um das dielektrische Ele­ ment zu durchschlagen und einen leitenden Pfad zwischen den Komponenten auszubilden.12. The apparatus of claim 1, wherein the microelectromechanical Device has a chamber which is arranged between the conductors dielectric element while the device further includes a trigger line contains, through which electrical energy can be applied to the dielectric Ele to penetrate and create a conductive path between the components train. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das dielektrische Element ein dielektrisches Gas enthält.13. The apparatus of claim 12, wherein the dielectric element contains dielectric gas. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das dielektrische Gas ein Edel­ gas enthält.14. The apparatus of claim 13, wherein the dielectric gas is a noble contains gas. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Komponente in der Bohrung eine Sprengfolienauslöser-Schaltung enthält.15. The apparatus of claim 1, wherein the component in the bore contains an explosive foil trigger circuit. 16. Gerät zur Verwendung in einer Bohrung, das umfaßt:
eine Komponente;
einen Mikroschalter, der so beschaffen ist, daß er Elektroenergie zum Aktivieren der Komponente koppelt, wobei der Mikroschalter Leiter und ein be­ wegliches Element zum Bilden eines elektrischen Pfads zwischen den Leitern enthält.
16. An apparatus for use in a well, comprising:
a component;
a microswitch designed to couple electrical energy to activate the component, the microswitch including conductors and a movable member for forming an electrical path between the conductors.
17. Gerät nach Anspruch 16, bei dem der Mikroschalter durch Mikroelektromechanik-Technologie ausgebildet ist.17. The apparatus of claim 16, wherein the microswitch by Microelectromechanical technology is formed. 18. Gerät nach Anspruch 16, bei dem die Komponente einen Sprengfolienauslöser enthält.18. The apparatus of claim 16, wherein the component is a  Contains explosive film release. 19. Schalter zur Verwendung in einem Gerät in einer Bohrung, der um­ faßt:
einen ersten Leiter auf einer ersten Spannung;
einen zweiten Leiter zum Koppeln mit einer Vorrichtung in dem Gerät in der Bohrung; und
ein Mikroelement zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein dielektrisches Element, das reguliert werden kann, um als Reaktion auf den Empfang von Elektroenergie einen leitenden Pfad zu erzeugen; und ein Element, das als Reaktion auf das Anlegen von Elektroener­ gie bewegt werden kann, enthält.
19. Switch for use in a device in a bore that includes:
a first conductor at a first voltage;
a second conductor for coupling to a device in the device in the bore; and
a microelement between the first and second conductors selected from the group consisting of a dielectric element that can be regulated to produce a conductive path in response to receipt of electrical energy; and contains an element that can be moved in response to the application of electrical energy.
20. Schalter nach Anspruch 19, bei dem das dielektrische Element ein dielektrisches Gas enthält.20. The switch of claim 19, wherein the dielectric element is a contains dielectric gas. 21. Schalter nach Anspruch 19, bei dem das dielektrische Gas ein Edel­ gas enthält.21. The switch of claim 19, wherein the dielectric gas is a noble contains gas. 22. Schalter nach Anspruch 19, bei dem das dielektrische Element einen dielektrischen Festkörper oder eine dielektrische Flüssigkeit enthält.22. The switch of claim 19, wherein the dielectric element is a contains dielectric solid or a dielectric liquid. 23. Schalter nach Anspruch 19, bei dem das dielektrische Gas ein Edel­ gas enthält.23. The switch of claim 19, wherein the dielectric gas is a noble contains gas. 24. Schalter nach Anspruch 19, bei dem das Mikroelement ein mikroelek­ tromechanisches Element oder ein mikroelektronisches Element enthält.24. The switch of claim 19, wherein the micro-element is a microelectr contains tromechanical element or a microelectronic element. 25. Verfahren zur Herstellung eines Schalters zur Verwendung in einem Gerät in einer Bohrung, umfassend:
Ausbilden eines ersten Leiters und eines zweiten Leiters; und
Ausbilden eines mikroelektromechanischen Elements zwischen dem er­ sten und dem zweiten Leiter, wobei das mikroelektromechanische Element einen inaktiven Zustand besitzt, in dem es den ersten und den zweiten Leiter elektrisch isoliert, und einen aktiven Zustand besitzt, in dem es den ersten und den zweiten Leiter elektrisch koppelt.
25. A method of making a switch for use in a device in a well, comprising:
Forming a first conductor and a second conductor; and
Forming a microelectromechanical element between the first and second conductors, the microelectromechanical element having an inactive state in which it electrically insulates the first and second conductors, and an active state in which it is electrically the first and second conductors coupled.
26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem das Ausbilden des mikroelektromechanischen Elements das Ausbilden eines beweglichen Elements umfaßt.26. The method of claim 25, wherein forming the microelectromechanical element, the formation of a movable element includes. 27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Ausbilden des mikroelektromechanischen Elements das Ausbilden eines Auslegers umfaßt, der ein elektrisch leitendes Material enthält, das so beschaffen ist, daß es durch eine elektrostatische Kraft bewegt werden kann.27. The method of claim 26, wherein forming the microelectromechanical element comprises forming a cantilever which  contains an electrically conductive material that is designed so that it by a electrostatic force can be moved. 28. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Ausbilden des mikroelektromechanischen Elements das Ausbilden eines zerbrechlichen Ele­ ments und das Befestigen des zerbrechlichen Elements an einer leitenden Platte umfaßt, wobei das zerbrechliche Element als Reaktion auf Elektroenergie zerbre­ chen kann.28. The method of claim 26, wherein forming the microelectromechanical element forming a fragile ele elements and attaching the fragile element to a conductive plate comprises wherein the fragile element shatters in response to electrical energy can. 29. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem das Ausbilden des mikroelektromechanischen Elements das Vorsehen eines dielektrischen Elements, das durch Elektroenergie reguliert werden kann, um einen leitenden Pfad auszu­ bilden, einschließt.29. The method of claim 25, wherein forming the microelectromechanical element, the provision of a dielectric element, that can be regulated by electrical energy to create a conductive path form, includes. 30. Verfahren zum Aktivieren einer Komponente in einer Bohrung, umfas­ send:
Vorsehen eines Mikroschalters, der an die Komponente in der Bohrung gekoppelt ist, wobei der Mikroschalter wenigstens entweder ein bewegliches Ele­ ment oder ein dielektrisches Element, das reguliert werden kann, besitzt, um einen leitenden Pfad zu erzeugen; und
Aktivieren des Mikroschalters zum Koppeln von Elektroenergie mit der Komponente in der Bohrung.
30. A method of activating a component in a well, comprising:
Providing a microswitch coupled to the component in the bore, the microswitch having at least one of a movable element and a dielectric element that can be regulated to create a conductive path; and
Activate the microswitch to couple electrical energy with the component in the bore.
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