DE3855879T2

DE3855879T2 - Zünder

Info

Publication number: DE3855879T2
Application number: DE3855879T
Authority: DE
Inventors: Sven Dambergh; Hjalmar Hesselbom; Elof Joensson; Per Lilius; Ingemar Olsson; Rolf Wennergren
Original assignee: Nitro Nobel AB
Current assignee: Nitro Nobel AB
Priority date: 1987-02-16
Filing date: 1988-02-05
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2008-02-06
Also published as: AU598100B2; RU2046277C1; EP0279796A1; CA1322696C; US4869170A; NO880661L; DE3883266T2; SE8700604L; ATE93313T1; SE8700604D0; CN1030824A; SE456939B; IN169049B; NO880661D0; ES2099849T3; EP0279796B1; DE3883266D1; ES2042802T3; CN1014273B; AU1173088A

Description

Technisches Umfeld

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündeinheit bzw. -vorrichtung zum Zünden von Detonatoren, welche zumindest eine Basisladung in einem Detonatorgehäuse enthält, sowie einen fertiggestellten Detonator mit solch einer Zündvorrichtung. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Zündvorrichtung dieses Types mit elektronischer Verzögerung des Zündsignales.

Hintergrund

Bei den meisten Sprengbetrieben werden unterschiedliche Ladungen in einer Runde sequentiell getriggert mit einer gewissen Zeitverzögerung zwischen einzelnen Ladungen oder Gruppen von Ladungen bzw. Sprengladungen. Dies ermöglicht die Steuerung der Stein- bzw. Feisbewegungen während dem Sprengen, um z.B. eine freie Ausdehnungsfläche bzw. Expansionsfläche für sämtliche Ladungen in der Runde aufrechtzuerhalten, um Stein- bzw. Felsfragmentation und -versetzung zu bewirken, und um Bodenvibrationen zu steuern bzw. zu regeln.
Die Verzögerung wird üblicherweise erreicht mittels eines pyrotechnischen Verzögerungselementes, welches in dem Detonator angeordnet ist, wobei die Länge und Brenn- bzw. Abbrennrate dieses Elementes die Verzögerungszeit bestimmt. Wenn das Verzögerungselement gezündet wurde durch das Zündsignal, brennt es bei einer vorbestimmten Rate und zündet nachfolgend den Sprengstoff in dem Detonator. Eine gewisse Zeitverteilung bzw. -unschärfe ist jedoch unvermeidbar, selbst in dem Fall von akurat hergestellten pyrotechnischen Elementen. Da eine relativ große Anzahl von unterschiedlichen Verzögerungen erforderlich ist, müssen Verzögerungselemente von verschiedenen pyrotechnischen Zusammensetzungen bzw. Verbindungen und Brenn- bzw. Abbrennraten verwendet werden, wodurch das Risiko von ungewünschter Verteilung bzw. Streuung bzw. Unschärfe erhöht ist, bedingt durch die unterschiedlichen Alterungseigenschaften der verschiedenen Elemente. Des weiteren, da das pyrotechnische Verzögerungselement eine gegebene Brenn- bzw. Abbrennzeit aufweist, muß ein großer Bereich von Detonatoren hergestellt und gelagert werden. Für die zuverlässige Zündung muß das Element gegen den Sprengstoff in dem Detonator ruhen bzw. anliegen, wodurch es schwierig ist, in dem Umfeld oder unter den Voraussetzungen, den gewünschten Bereich von Detonatoren anzuordnen bzw. zusammenzubauen.
Unterschiedliche Vorschläge für elektronische Detonatoren wurden vorgeschlagen, in welchen pyrotechnische Verzögerung ersetzt ist durch eine elektronisch erzeugte bzw. generierte Verzögerung. Somit kann die Genauigkeit bzw. Präzision der Denatorverzögerungszeit deutlich verbessert werden, sowie ebenfalls unempfindlich bzw. unsensitiv bei der Lagerung. Wenn der Detonator programmierbar ausgestaltet ist, kann derselbe Detonatortyp verwendet werden für viele unterschiedliche Verzögerungen, wobei mögliche Verzögerungszeiten willkürlich ausgewählt werden können und keine Vorabstandardisierung bzw. -Normierung erforderlich ist. Neben dem elektronischen Teil kann der Detonator so einfach wie ein normaler Sofortdetonator hergestellt sein.
Die Kommerzialisierung von elektronischen Detonatoren wurde zurückgehalten durch mehrere Probleme. Es wurde herausgefunden, daß es schwierig ist, den Preis bzw. die Kosten der relativ komplizierten elektronischen Schaltung auf den Pegel von pyrotechnischen Elementen zu reduzieren. Selbst wenn der Hauptteil der Elektroniken ausgelegt werden kann als ein einfacher Halbleiterchip, muß die Schaltungslösung zusätzlich zumindest eine diskrete Komponente umfassen, wie z.B. eine Stromquelle zum Versorgen der Elektroniken während der Verzögerungsphase und zum Zünden des Zünd- bzw. Schmelzkopfes. Diese Komponenten und ihre gegenseitigen elektrischen und mechanischen Verbindungen erhöhen deutlich die Kosten des elektronischen Detonators. Die Schaltung muß trotz der einfach zu beschädigenden bzw. empfindlichen Komponenten im wesentlichen dieselben mechanischen Stärke- bzw. Festigkeitsanforderungen erfüllen, wie die deutlich robusteren Teile eines pyrotechnischen Elementes, d.h. einer relativ achtlosen Handhabung während dem Zusammenbau bzw. der Anordnung des Detonators widerstehen, und zwar während dem Aufbau bzw. Zusammenschalten der Runde und während starker Erd- bzw. Bodenvibrationen und Schockwellen von benachbarten Explosionen bzw. Detonationen während der Verzögerungsphase. Eine starke mechanische Konstruktion steht jedoch im Gegensatz zu der gewünschten Aufgabe, den elektronischen Detonator mit denselben kleinen Abmessungen wie vorangehend zu erzeugen, welche mehr oder weniger standardisiert bzw. normiert sind, sowie dazu, in der Lage zu sein, die bestehende Anordnungs- bzw. Zusammenbauausstattung bzw. -ausrüstung zu verwenden. Zuverlässige Zündung legt Beschränkungen auf die Möglichkeiten der Reduktion der Größe und der elektrischen Energieanforderungen des Zünd- bzw. Schmelzkopfes auf. Der Genauigkeit bzw. Präzision der elektrischen Verzögerung wird entgegengewirkt durch die Tot- bzw. Ruhezeit und die resultierende Zeitverteilung bzw. -unschärfe in den verbleibenden Teilen der Feuerungs- bzw. Zündkette, wie z.B. dem Zünd bzw. Schmelzkopf und Ladungen in dem Detonator. Die Möglichkeit, die Ansprechzeit des Schmelz- bzw. Zündkopfes zu reduzieren, ist begrenzt bzw. beschränkt durch die Kapazität der Stromquelle. Miniaturisierung der Elektroniken, was per se wünschenswert ist, erhöht die Empfindlichkeit bezüglich statischer Elektrizität und anderer Störungen, was in dem Zusammenhang von Explosionstechnologie ein Sicherheitsproblem darstellt. Die mechanisch empfindlichen elektronischen Komponenten gestalten ebenfalls die finale bzw. endgültige Anordnung bzw. den Zusammenbau des Detonators schwierig, und insbesondere die Möglichkeiten einfacher lokaler Anordnung bzw. einfachen lokalen Zusammenbaus von vorgefertigten Teilen bzw. Halbzeugen. Die EP-A-0 183 933, welche eine Grundlage für den Oberbegriff der Ansprüche 1 und 47 bildet, beschreibt die physikalische Struktur eines elektronischen Detonators unter Verwendung herkömmlicher Montagetechniken für Komponenten an einem Substrat, wodurch der Typ mit den dargelegten Problemen angegeben ist.

Die Erfindung im generellen

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Probleme zu reduzieren oder zu überwinden. Eine besondere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine akurate elektronische Zündeinheit bzw. -vorrichtung für Detonatoren kostengünstig zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Zündvorrichtung bereitzustellen mit kleinen Abmessungen, in geeigneter Weise angepaßt auf existierende Detonatorgrößen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Zündvorrichtung bereitzustellen mit einer guten elektrischen und mechanischen Verbindung der Komponenten in dem elektronischen Teil, wodurch gute Handhabbarkeit und Vibrationsfestigkeit bzw. -widerstand erreicht werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Zündvorrichtung zu ermöglichen mit geringer Empfindlichkeit bezüglich Störung. Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Zündvorrichtung bereitzustellen, welche unabhängig gehandhabt und transportiert werden kann und welche selbst zu einem einfachen Endzusammenbau mit den verbleibenden Teilen des Detonators führt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zündvorrichtung zu ermöglichen mit einem Zünd bzw. Schmelzkopf, welcher zuverlässige Zündung bereitstellt, geringe Energieanforderung und ebenfalls kleine und gleichförmig inhärente Verzögerung aufweist.
Diese Aufgaben werden erreicht mittels der Merkmale, welche in den Ansprüchen aufgeführt sind.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung sind die Komponenten des elektronischen Teiles an einem Substrat montiert, welches bevorzugt flexibel ist, mit einem gedruckten bzw. aufgedruckten leitfähigen bzw. Leitungsmuster. Die Montagetechnik ist kostengünstig und schnell, u.a. dadurch bedingt, daß ein kontinuierliches Herstellungsverfahren ermöglicht ist, in welchem Komponenten montiert und transportiert werden zwischen unterschiedlichen Produktions- bzw. Herstellungsstationen an einem kontinuierlichen Substrat, welches nicht in einzelne Einheiten zerschnitten ist bis zu dem letzten Schritt. Wenn das Substrat ein dünner Film ist, ermöglicht dies fertiggestellte Einheiten von geringem Gewicht und geringem Volumen. Die Technik erfordert keine Umhüllung bzw. Einkapselung des Chips, sondern erlaubt direkte Verbindung bzw. Schaltung zwischen Kontaktbereichen der Chipfläche bzw. der Substratfläche, wodurch zusätzliche Gewichts- und Volumeneinsparungen erreicht werden können. Da die Chips und zumindest eine zusätzliche Komponente, jedoch bevorzugt sämtliche Komponenten, in dem elektronischen Teil an dem Substrat montiert sind, ist die so gebildete elektronische Einheit kompakt, die Verdrahtung bzw. Verschaltung kurz, die Empfindlichkeit bezüglich Interferenz niedrig, wobei die Anzahl der gegenseitigen Verbindungen geringer ist. Gleichzeitig erstrecken sich die Produktionstechnologievorteile auf die gesamte elektronische Einheit. Die Flexibilität bzw. Biegbarkeit bzw. Beugbarkeit des Substrates stellt guten Widerstand bereit gegen Druck, Aufprall und Vibrationen, ohne ein Risiko des Brechens bzw. der Unterbrechung in dein Schaltungsmuster oder an den Verbindungen der Komponenten. Diese Vorteile sind insbesondere deutlich in Kombination mit den Gewichtsreduktionen, welche ebenfalls ermöglicht sind. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine separate Zündeinheit bzw. -vorrichtung gebildet durch Einhüllen bzw. Umkapseln der Elektronik bzw. Elektroniken und des Schmelz- bzw. Zündkopfes. Somit wird eine unabhängig handhabbare und transportierbare Zündvorrichtung erreicht, ohne jegliche Sprengstoffkomponenten, welche ohne hohe Präzisionsanforderungen schließlich in einem Detonatorgehäuse angeordnet werden können mit Spreng- bzw. Sprengstoffladungen, durch Einführen bei einem geeigneten Abstand oberhalb der Primärladung. In Kombination mit einem flexiblen Substrat werden die folgenden zusätzlichen Vorteile erhalten, nämlich daß der zugängliche Raum bzw. Bereich eine Umhüllung bzw. Umkapselung in der Form einer starken Haltebefestigung ermöglicht ist, wobei die Positionierung der Komponenten gesteuert bzw. geregelt werden kann mittels der Auslegung der Haltebefestigung während dem Biegen bzw. Beugen des Substrates. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist der Zünd- bzw. Schmelzkopf, d.h. die Zünd bzw. Schmelzbrücke und die Primärzusammensetzung bzw. -verbindung unmittelbar an der Fläche des Chips angeordnet. Somit können die Größen dieser Komponenten reduziert werden, wobei die mechanische Stabilität erhöht ist, die Empfindlichkeit bezüglich Störungen reduziert ist, die Energieanforderung reduziert ist und die Ansprechzeit reduziert ist, teilweise bedingt durch das Fehlen bzw. Auslassen von zusätzlichen Leitern zwischen dem Substrat und einer Schalteinrichtung an dem Chip. Die Anordnung bzw. Positionierung stellt gute mechanische Stabilität und zuverlässige Anhaftung zwischen Primer bzw. Primärladung und Schmelz- bzw. Zündbrücke bereit. Wenn der Zünd- bzw. Schmelzkopf an derselben Seite wie die Mikroschaltung an dem Chip angeordnet ist, ist die Produktion der Schmelz- bzw. Zündbrücke vereinfacht, insbesondere wenn die Brücke hergestellt bzw. gebildet ist in demselben Schritt wie andere notwendige Strukturen an der Fläche bzw. Oberfläche. Die Positionierung bzw. Anordnung ist in hohem Maße kompatibel mit der Option, unumhüllte bzw. unverkapselte Chips zu verwenden, und der Option der Montage an Kontaktbereichen um ein Loch an dem Substrat, durch welches der Primer bzw. die Primärzusammensetzung freigelegt bzw. ausgesetzt sein kann. In diesem Zusammenhang stellt ein flexibles Substrat die Möglichkeit von guter Steuerung bzw. Regelung eines Funkenregens bereit, und zwar in der Richtung hin zu dem Primärsprengstoff bzw. - sprengladung des Detonators. Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist der elektronische Detonator gegen Störung geschützt, wodurch Funkenspalten, angeordnet in dünnen Metallagen und mit stabilen Übersprungs- bzw. Überschlagsspannung, nicht empfindlich bzw. unabhängig von dem Spaltabstand sind. Die Funkenspalten können ohne zusätzliche Kosten vorteilhafterweise unmittelbar in dem Schaltungsmuster des Substrates gebildet bzw. hergestellt sein.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden deutlich aus der detaillierteren folgenden Beschreibung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Prinzipien der Erfindung können angewendet werden auf sämtliche Typen von Detonatoren, in welchen Verzögerung oder die Möglichkeit von Verzögerung gewünscht ist, und in welchen ein elektrischer Zündschritt inkorporiert ist in die Zündkette. Folgend der elektrischen Zündung ist eine Basisspreng- bzw. -sprengstoffladung vorgesehen, aus einem hochexplosiven Sekundärsprengstoff, wie z.B. PETN, RDX, HMX, Tetryl, TNT etc., möglicherweise mit einer zwischengelagerten bzw. zwischengeschalteten Zündkettenstufe in der Form von z.B. einem Primärsprengstoff bzw. einer Primärsprengladung, wie z.B. ein Bleiazid, Quecksilberfulminat, Trinitroresorzinat, Diazodinitrophenolat, Bleistyphnat etc. Die oben erwähnten Vorteile sind nützlich in Verbindung mit zivilen Detonatoren, und die Erfindung wird beschrieben in Verbindung mit dieser Anwendung. Zivile Detonatoren werden häufig in Netzwerken verbunden bzw. verschaltet mit Anforderungen von unterschiedlichen Verzögerungen in den unterschiedlichen Teilen. Ein geeigneter Detonator zur zivilen Verwendung umfaßt zusätzlich zu der Zündeinheit bzw. Zündvorrichtung gemäß der Erfindung eine im wesentlichen zylindrische Detonatorschale bzw. -umhtillung, welche aus Papier, Kunststoff etc. sein kann, welche jedoch generell aus Metall ist, enthaltend die Basisladung, und wenn geeignet, einen Primärsprengstoff, wobei an dem offenen Ende eine Dichtung vorgesehen ist mit Signalleitern dadurch geführt. Bekannte Sofort- bzw. Momentdetonatoren, beabsichtigt zur Anwendung an und Zündung durch Sicherheitssicherungen, können vorteilhafterweise verwendet werden.
Eine Zündvorrichtung zum Zünden der oben erwähnten Typen von Detonatoren sollte einen elektrisch betätigbaren Schmelz- bzw. Zündkopf, eine Stromquelle, geschaltet bzw. verbunden mit dem elektrisch betätigbaren Schmelz- bzw. Zündkopf über eine Schalteinrichtung, und eine elektronische Verzögerungseinheit aufweisen, welche elektronische Verzögerungseinheit wiederum aufweisen sollte einen Signaldecoder, ausgelegt, um ein Startsignal zu erkennen, welches zu der Zündvorrichtung über einen externen Signalleiter zugeführt ist, eine Verzögerungsschaltung, in solch einer Weise ausgelegt, daß wenn das Startsignal empfangen ist, sie ein Zündsignal nach einer vorbestimmten Zeit liefert, wobei die Schalteinrichtung, welche in solch einer Weise ausgelegt ist, daß wenn das Zündsignal empfangen ist, sie die Stromquelle mit dem Zünd- bzw. Schmelzkopf verbindet zum elektrischen Aktivieren bzw. Betätigen des letzteren, wobei die Zündvorrichtung zumindest einen Chip enthält, hergestellt aus halbleitendem Material mit einer Mikroschaltung. Zum Ermöglichen unterschiedlicher Verzögerungen für eine Vielzahl von Detonatoren, zusammengeschaltet zu einem Netzwerk, können diese vorab ausgelegt sein in solch einer Weise, daß unterschiedliche Verzögerungen bereitgestellt sind, oder können bevorzugt derart ausgelegt sein, daß sie beim Zusammenschalten oder Sprengen auf die gewünschte Verzögerung programmiert werden können.
Die exakte Schaltungslösung zum Durchführen der oben erwähnten Funktionen kann sich innerhalb weiter Grenzen verändern, und die vorliegende Erfindung ist nicht in diesem Bezug beschränkt bzw. eingeschränkt. Bekannte Vorschläge für Schaltungslösungen ergeben sich z.B. aus den U.S.-Patentbeschreibungen 4,145,970, 4,324,182, 4,328,751 und 4,445,435 und der europäischen Patentbeschreibung 0 147 688, welche hierbei referenzartig angegeben sind.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein flexibles Substrat mit einem geätzten Schaltungsmuster verwendet züm mechanischen und elektrischen Verbinden von Chips mit z.B. externen Signalleitern und/oder einer oder mehreren zusätzlichen elektrischen Komponenten in der Zündvorrichtung. Beispiele von zusätzlichen Komponenten sind andere Chips, der elektrisch betätigbare Schmelz- bzw. Zündkopf, die Stromquelle, Wandlungsschaltungen für ankommende bzw. eingehende Signale, Sicherheitselemente, wie z.B. Widerstände, Isolationstransformer bzw. -wandler, Funkenspalten, andere spannungsbegrenzende bzw. -einschränkende Einrichtungen, Einrichtungen zur Erdung mit dem Detonatorgehäuse etc. Normalerweise werden zumindest die Stromquelle und Chips durch den Film gestützt. Bevorzugt ist nicht mehr als ein Chip in der Schaltung enthalten.
Aus Raumgesichtspunkten ist es wünschenswert, so viele Schaltfunktionen wie möglich an dem Chip anzuordnen, jedoch müssen ebenfalls andere Betrachtungen durchgeführt werden. Im Prinzip sind zumindest sämtliche Niederleistungsschaltungen, wie z.B. Decoder- oder Verzögerungsschaltungen an bzw. in dem Chip angeordnet, während Hochleistungsschaltungen, wie z.B. Stromquelle, Sicherheitsschaltungen und Schalteinrichtungen für den Zünd- bzw. Schmelzkopf und andere Komponenten, welche nicht hergestellt werden können in halbleitendem Material, wie z.B. ein Kristalloszillator, Stromquelle etc., extern angeordnet sein können. Gewisse Hochleistungsschaltungen, welche in halbleitendem Material hergestellt werden können, wie z.B. der Schalter für den Schmelz- bzw. Zündkopf, Spannungsbegrenzer und Gleich richter, können vorteilhafterweise an dem Chip integriert sein oder einen separaten Chip bilden. Die Chips können ausgelegt werden unter Verwendung bekannter Technologien, wie z.B. eine Bipolartechnik oder bevorzugt eine CMOS-Technik, um den Energieverbrauch zu minimieren.
Das flexible Substrat muß falt- bzw. klappbar sein, jedoch andererseits formfest und nicht elastisch, um eine Unterbrechung in dem Schaltungsmuster zu verhindern, und kann daher vorteilhafterweise kreuzartig verbunden sein. Das Material sollte des weiteren wärmeresistent bzw. -beständig sein, um Komponentenanordnung durch Erwärmen zu ermöglichen. Beispiele von geeigneten Materialien sind organische Polymere, wie z.B. Epoxylglas, Polyester und insbesondere Polyamide (z.B. Kapton von du Pont). Das Substrat kann vorteilhafterweise aus einem relativ dünnen Film hergestellt sein und sollte nachfolgend eine Dicke aufweisen, welche nicht die Dicke des Chips übersteigt. Bevorzugt übersteigt bzw. überschreitet die Dicke nicht 1 mm und ist insbesondere bevorzugt kleiner als 0,5 mm, und insbesondere bevorzugt kleiner als 0,25 mm. Aus Stärke- bzw. Festigkeitsgründen sollte die Dicke größer als 0,01 mm, und bevorzugt ebenfalls größer als 0,05 mm sein.
Ein Schaltungsmuster ist an dem Substrat zu bilden, wobei dies erfolgen kann durch Bereitstellen der Fläche mit einer Metallage, welche geätzt wird, und zwar in einer herkömmlichen Weise mittels eines Photoresists, um das gewünschte Muster zu erhalten. Das Metall kann vorteilhafferweise Kupfer sein, welches galvanisch gefällt oder aufgeklebt ist in der Form einer Folie auf das Substrat, z.B. mit Epoxy- oder Acrylatpolymer. Die Dicke der Lage kann zwischen 5 und 200 µm, und insbesondere zwischen 10 und 100 µm betragen. Wenn das Schaltungsmuster gebildet wurde, kann die Metallfläche plattiert werden mit einer dünnen Lage eines haltbaren Metalls, wie z.B. Gold oder Zinn, bei einer dünnen Lage von z.B. 0,1 bis 1 µm Dicke. Das Schaltungsmuster muß die Funktion der elektrischen Verbindung der unterschiedlichen Komponenten miteinander erfüllen, kann jedoch ebenfalls verwendet werden zum Erzeugen gewisser Typen von Komponenten, wie z.B. Funkenspalten, Widerstände etc., wie es weiter im folgenden dargelegt wird.
Die diskreten elektronischen Komponenten sind an dem gebildeten Schaltungsmuster montiert. Dies kann herkömmlich erfolgen, indem die Komponentenverbindungen bzw. -anschlüsse durch Löcher in dem Substrat geführt werden und mit dem Schaltungsmuster verlötet werden. Kleine Komponenten können flächen- bzw. oberflächenmontiert werden, unmittelbar an dem Schaltungsmuster ohne Durchgangsanschlüsse. Zungen bzw. Laschen des Schaltungsmustermetalles können befreit bzw. freigelegt sein von dem Substrat und mit den Komponenten verbunden. Dies wird in einfachster Weise durchgeführt an Löchern in dem Substrat, welche vor der Metallbeschichtung gebildet wurden, bei welcher Verbindung die Umlenkung bzw. Umkehr der Metallbeschichtung an den Löchern in einer besonderen Weise während dem Ätzen geschützt ist. Die Komponentenanschlüsse oder bevorzugt sogar die Komponente selbst kann in dem Loch angeordnet werden, zum Erhöhen der mechanischen Stabilität. Hierbei können die Zungen bzw. Laschen vorteilhafterweise nach oben gefaltet werden aus der Ebene des Substrates und mit der Komponente verbunden werden. Die Verbindung kann generell erfolgen über Drähte oder bevorzugt unmittelbar mit den Komponenten. Die Verbindung kann hergestellt werden mittels Thermokompression, Schmelzen bzw. Fusion oder bevorzugt mittels Löten, abhängig von der Art der zusammengebrachten Metalle. In dem Fall des Lötens ist die zusätzliche Zufuhr von Lötmetall generell erforderlich, zusätzlich zu dem möglicherweise vorhandenen Plattierungsmetall.
Der Chip kann in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, für andere Komponenten montiert werden. Ein eingekapselter bzw. umhüllter Chip kann somit gelötet bzw. angelötet werden über seine Kontaktfüßchen bzw. -schenkel, mit entsprechenden Punkten an dem Substrat, und zwar, wenn geeignet, nachdem die Füße bzw. Anschlüsse bzw. Schenkel durch das Substrat geführt wurden. Jedoch ist es, wie oben erwähnt, vorteilhaft, die Kontaktbereiche des Chips unmittelbarer mit dem Substrat zu verbinden, wodurch u.a. es möglich ist, vollständig oder teilweise unverkapselte bzw. unumhüllte Chips zu verwenden. Verbindung von Kontaktbereichen des Chips bzw. Substrates kann erfolgen, z.B. mittels Metalldrähten in einer herkömmlichen Weise, wodurch die Kontaktbereiche des Substrates nicht gleichförmig bzw. uniform zu den Kontaktbereichen des Chips sein müssen.
Ein bevorzugtes Verfahren der Herstellung bzw. Bildung der Verbindung erfolgt mittels der bekannten TAB-Technik (Tape Automated Bonding), beschrieben z.B. von O'Neill: "The Status of Tape Automated Bonding", Semiconductor International, Februar 1981, oder von Small: "Tape Automated Bonding and its Impact on the PWB", Circuit Wond, Vol 10, Nr.3, 1984, welche hierin referenzartig umfaßt sind. Zusätzlich zu den Produktionstechnologievorteilen ist es in diesem Zusammenhang ebenfalls wichtig, daß der Kontakt in dieser Weise fest und vibrationsresistent bzw. -beständig ist. Das Schaltungsmuster an dem Substrat ist ausgelegt mit Kontaktbereichen von Größen und Positionen, ausgelegt für direkte Lagerung an den Kontaktbereichen des Chips. Zusätzliches Metall wird zwischen die zwei Kontaktflächen geliefert, einerseits zum Erleichtern guter intermetallischer Verbindung, und andererseits zum Bereitstellen eines Abstandes zwischen der Fläche des Chips und der Ebene des Schaltungsmusters an dem Substrat. Zu diesem Zweck wird eine Säule eines geeigneten Metalles, wie z.B. Kupfer, Zinn, Blei oder insbesondere Gold, galvanisch gefällt bzw. niedergeschlagen, entweder an den Kontaktbereichen des Chips, generell aus Aluminium, oder an den Kontaktbereichen des Substrates. Der Querschnittsbereich bzw. -Fläche bzw. -Flächeninhalt der Säule ist anzupassen an die Größe des Kontaktbereiches des Chips und kann z.B. 50 bis 150 µm im Quadrat betragen. Die Säule kann unmittelbar an den Kontaktbereichen des Films gebildet sein, wenn der Rest des Schaltungsmusters gedichtet bzw. abgedichtet wurde, z.B. in einem zweiten Schritt, mit Photoresist. Alternativ können die Säulen gebildet werden durch Wegätzen von Material in dem Schaltungsmuster des Substrates um den beabsichtigten Säulenbereich herum. Eine Plattierung der resultierenden Säule kann dann erforderlich sein, wenn angebracht. Die Säule wird in der bevorzugten Weise an dem Chip aufgebaut, wobei zusätzliche Schutzlagen generell bereitgestellt sind, um die Langzeitwirkungen des Schaltungskontaktmetalles an dem halbleitenden bzw. Halbleitermaterial zu vermeiden, und zwar normalerweise angeordnet an einer isolierenden Lage aus z.B. Siliciumdioxid an der Halbleiterfläche. Generell wird die gesamte Fläche zuerst passiviert bzw. deaktiviert mit Siliciumnitrid, wobei die Passivierung bzw. Entaktivierung entfernt wird an den Kontaktbereichen, wobei die Fusionsbarrieren oder Barrierenmetall aus z.B. Kupfer, Titan, Wolfram, Platin oder Gold, angeordnet bzw. angebracht bzw. aufgebracht sind über zumindest den so freigelegten Kontaktbereichen und bevorzugt über den gesamten Schaltungsbereich mittels Dampfniederschlag bzw. Verdampfung oder Sputtern. Die Kontaktbereiche sind abgeschirmt, und die Säulen sind daran galvanisch gefällt, wonach die Fläche um die Kontaktbereiche niedergeätzt wird auf die Passivierungslage.
Wenn Säulen gewachsen bzw. aufgewachsen sind bzw. gezüchtet wurden an einer der Kontaktflächen, kann Verbindung stattfinden mittels Kompression bei Wärme bzw. Hitze, ausreichend zur Verbindung. Abhängig von der Auswahl von Material und Temperatur wird die Verbindung bewirkt mittels Schmelzen, Bildung von eutektischen oder Kompression von erweichten Metallen. Die Temperatur sollte oberhalb 150ºC und bevorzugt oberhalb 300ºC liegen. Der Chip kann vorteilhafterweise vorerwärmt werden, sollte jedoch nicht auf exzessiv hohe Temperaturen gebracht werden. Die Erwärmung sollte maßgeblich durchgeführt werden ausgehend von der Substratseite. Es ist möglich, die Kontaktflächen des Substrates vorzuerwärmen auf die gewünschte Temperatur vor dem Zusammenbringen bzw. Verbinden oder der Erwärmung über das Substrat. Jedoch besteht ein bevorzugtes Verfahren darin, die Verbindung an einem Loch in dem Substrat zu bilden, über dessen Kante die Kontaktbereiche des Schaltungsmusters frei vorspringen, wodurch diese Kontaktbereiche unmittelbar zugänglich sind zur Pressung bzw. Druckbeaufschlagung mittels eines heißen Werkzeuges, und zwar gegen die Flächen des Chips. In dieser Weise sind die zwei Flächen bzw. Oberflächen des Chips anderweitig vollständig frei und zugänglich für z.B. Stützung und Einstellung mittels einer Haltebefestigung. In diesem Zusammenhang kann das Werkzeug durch das Substrat geführt werden, während die Mikroschaltungsfläche des Chips hin zu der Musterfläche des Substrates gerichtet ist. Jedoch ist es bevorzugt für den Chip, durch das Loch in dem Substrat geführt zu werden, zu einer Position, in welcher die Mikroschaltungsfläche fluchtet mit der Musterfläche des Substrates, wodurch der Chip gegen die frei vorspringenden Kontaktlaschen bzw. -Zungen des Substrates von unten lagert bzw. anliegt, während sich das heiße Werkzeug von der oberen Seite des Substrates annähert. In dieser Weise kann die Schaltungsfläche des Chips am besten ausgesetzt bzw. freigelegt und gesteuert bzw. kontrolliert werden durch eine externe Haltebefestigung.
Wenn es erwünscht ist, können der nackte Chip und seine Kontakte nach der Verbindung gedichtet bzw. abgedichtet werden, z.B. mittels eines Siliconelastomers oder Epoxypolymers.
Die Feuerungs- bzw. Zündkette, welche zu der Detonation der Detonatorbasisladung führt, wird begonnen bzw. gestartet durch eine Form einer elektrischen Initiierung bzw. Zündung, wobei ein Widerstand generell einen Sprengstoff oder Brennstoff oder anderwärtig reaktives Material in einem Primer mit ausreichender Wärme versorgt, zum Initiieren der Reaktion. Die Initiierung bzw. Zündung kann bedingt sein durch Wärme oder eine Schockwelle oder eine Kombination von Mechanismen, wie z.B. in dem Fall von Funken oder elektrischen Bögen. Explodierende bzw. explosionsfähige Filme oder Drähte können verwendet werden, jedoch wird die Wärmeauslösung bevorzugt verstärkt mittels eines chemisch reaktiven Materiales, z.B. mittels eines alternativ oxidierenden und reduzierenden Materiales in der Schmelz- bzw. Zündbrücke, wie z.B. Kupferoxid und Aluminium oder eine Metallage, welche, wenn erwärmt, legiert wird unter Wärmeabgabe, wie z.B. Aluminium, kombiniert mit Palladium oder Platin.
Das reaktive Material in dem Primer kann Sprengstoff sein, z.B. ein Primärsprengstoff des oben erwähnten Types, z.B. Bleisäure bzw. Bleiazid welche detoniert bzw. gezündet werden kann durch elektrische Initiierung bzw. Zündung, in welchem Zusammenhang die Detonation unmittelbar weiter übertragen werden kann zu nachfolgenden Ladungen in dem Detonator. Wenn das reaktive Material nicht detonierend ist, unter dem Einfluß des elektrischen Initiierungs- bzw. Zündungselementes, ist ein zusätzlicher Schritt erforderlich in der Zünd- bzw. Feuerkette zur Transition bzw. zum Übergang zur Detonation. Dies kann am einfachsten bewirkt werden durch die Reaktionsprodukte von dem reaktiven Material, einwirkend auf einen Primärsprengstoff. Wenn es gewünscht ist, den Primärsprengstoff auszulassen, können andere bekannte Transitions- bzw. Umsetzungs- bzw. Übertragungsmechanismen verwendet werden, wie z.B. Aufprall gegen einen Sekundärsprengstoff von einer Masse, beschleunigt durch Brenn- bzw. Schießpulver oder Deflagration von Sekundärsprengstoff (fliegende Platte) oder Verbrennung von Sekundärsprengstoff unter solchen Bedingungen, daß die Reaktion zu Detonation führt (DDT, Deflagration zu Detonationstransition). Ein bevorzugter Typ von DDT-Konstruktion ist offenbart in der PCT/SE85/ 00316, welche hierin referenzartig umfaßt ist.
Ein bevorzugter Typ von nicht detonierenden reaktiven Materialien sind pyrotechnische Zusammensetzungen bzw. Verbindungen, welche eine Flamme oder Funken erzeugen. Diese müssen nicht in der unmittelbaren Nähe der nachfolgenden Stufe in der Zündkette angeordnet sein, sondern können einen gewissen Abstand diesbezüglich überbrücken. Des weiteren haben nicht detonierende reaktive Materialien den Vorteil, daß sie die Handhabung der Zündvorrichtung bzw. der -einheit vor dem Zusammenbau in einem Detonator vereinfachen. Bekannte Verbindungen bzw. Zusammensetzungen für Zünd- bzw. Schmelzköpfe können verwendet werden, basierend auf Mischungen von oxidierenden Materialien, wie z.B. Oxide, Chlorate, Nitrate und reduzierende Materialien, wie z.B. Aluminium, Silicium, Zircon etc. Diese sind häufig pulverulent bzw. pulverförmig und miteinander verbunden über ein Bindemittel, wie z.B. Nitrocellulose oder Polyvinylnitrat. Explosive Substanzen wie z.B. Bleisäure bzw. Bleiazid, Bleidinitrophenolate oder Bleimono- oder -di-nitroresorcinate können in einem geringeren Maß inkorporiert bzw. umfaßt sein, zum Vereinfachen der Zündung. Die oxidierenden und reduzierenden Materialien sind normalerweise pulverulent bzw. pulverförmig mit einer mittleren Partikelgröße von weniger als 20 µm, und bevorzugt von weniger als 10 µm. Der Primer kann in der normalen Weise gebildet sein mittels der Komponenten, welche breiartig in einer Lösung des Bindemittels vorliegen. Das Lösungsmittel wird verdampft nach der Bildung, zum Aushärten und Binden mit der Zünd- bzw. Schmelzbrücke.
Ein herkömmlicher Zünd- bzw. Schmelzkopf mit einem Brückendraht kann verwendet werden in der erfindungsgemäßen Konstruktion. Zum Reduzieren der Anforderungen an die Stromquelle oder zum Reduzieren der Ansprechzeit ist es jedoch wünschenswert, den Zünd- bzw. Schmelzkopf und insbesondere den Brückendraht kleiner als normal auszugestalten. Die Masse des Brückendrahtes oder generell des Impedanzteiles der Schmelz- bzw. Zündschaltung sollte weniger als 1 Mikrogramm, und bevorzugt sogar weniger als 0,1 Mikrogramm sein. Es kann nötig sein, den Funkenstrahl bzw. -strom durch Abschirmungen zu führen zu nachfolgenden Teilen der Zünd- bzw. Feuerungskette. Ein herkömmlich ausgelegter Zünd- bzw. Schmelzkopf kann an dem Substrat als eine zusätzliche Komponente montiert sein, und zwar entsprechend obiger Beschreibung. Eine Zündbrücke von kleiner Masse kann einfacher hergestellt werden durch Dünnfilmtechnologie an einem Substrat und verbunden bzw. geschaltet sein als eine zusätzliche Komponente. Eine noch kompaktere Konstruktion wird erhalten, wenn eine Zünd- bzw. Schmelzbrücke ausgelegt ist als ein Teil des Schaltungsmusters an dem Substrat, wobei der Primer unmittelbar daran angeordnet bzw. angebracht bzw. aufgebracht ist. Die Brücke kann gebildet sein als ein dünnerer oder schmalerer Teil des leitenden Schaltungsmusters, ist jedoch bevorzugt durch ein anderes Material ausgelegt mit höherem Widerstand, z.B. Nickel/ Chrom, und zwar mittels Dünnfilmtechnologie.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein freier Teil von einem zumindest teilweise uneingekapselten bzw. unumhüllten Chip verwendet als eine Stütze für die Zündbrücke und den Primer. Wenn eine Mehrzahl von Chips in dem Detonator integriert ist, wird der Primer nachfolgend bzw. unabhängig an einem Chip angeordnet bzw. aufgebracht, welcher das Schaltelement für die Zünd- bzw. Schmelzschaltung enthält, wie z.B. einen Thyristorschalter.
Die Zünd- bzw. Schmelzbrücke kann angebracht bzw. angeordnet werden an der Rückseite des Chips, d.h. an einer Seite ohne Schaltung, wodurch die Auslegung extrem frei ausgebildet werden kann bei minimaler Wirkung bezüglich anderer Funktionen der Schaltung. Jedoch ist es bevorzugt, daß die Zünd- bzw. Schmelzbrücke an der Front angeordnet bzw. angebracht ist, d.h. an der bearbeiteten Seite bzw. an der Seite, welche mit der Mikroschaltung bearbeitet ist, da dies die Herstellung der Brücke und die Anordnung bzw. Anbringung des Primers mittels Schritten, ähnlich zu jenen, welche in der Herstellung des Schaltungsmusters verwendet werden, vereinfacht, und vereinfacht den Anschluß bzw. die Verbindung zwischen diesen Schaltungen und der Zünd- bzw. Schmelzbrücke und ebenfalls den Zusammenbau und das Schalten bzw. die Verbindung mit anderen elektronischen Komponenten. In diesem Zusammenhang kann die Zünd- bzw. Schmelzbrücke angeordnet bzw. aufgebracht sein an einem Teil der Fläche, welche keine Schaltungsmuster trägt, in welchem Zusammenhang der Effekt bzw. die Wirkung bzw. der Einfluß auf die Schaltung minimiert ist, oder eine Auslegung der Brücke in halbleitendem Material ermöglicht, z.B. zum Erhalten eines Widerstandes, welcher mit der Temperatur abnimmt, entsprechend dem, was beschrieben ist in der U.S. 3,366,055. Durch Anordnen der Zünd- bzw. Schmelzeinrichtungen am Oberen der Mikroschaltung sind das Volumen und der Preis bzw. die Kosten reduziert, da insbesondere der Schmelz- bzw. Zündkopf im Vergleich zu dem Chip groß ist. In diesem Zusammenhang ist eine Form von gewisser elektrischer Isolation erforderlich zwischen den überlappenden Teilen, und zu diesem Zweck können bei der Herstellung der Halbleiterschaltungen normale Isolationslagen verwendet werden, wie z.B. Vapox oder Polyimid. Die Dicke dieser Lagen kann z.B. zwischen 0,1 und 10 µm betragen.
Wenn Wärmeauslöse- bzw. -abgabebestandteile ein wesentlicher Teil des Zünd- bzw. Feuermechanismus sind, ist es bevorzugt, daß unterhalb der Zünd- bzw. Schmelzbrücke eine wärmeisolierende Lage vorgesehen ist, um die Wärmeverluste zu reduzieren, hin zu dem stark wärmeleitenden Siliciumsubstrat, und um somit die Ansprechzeit und Leistungs- bzw. Stromanforderungen zu reduzieren. Die wärmeisolierende Lage kann aus demselben Material gebildet bzw. hergestellt sein wie jenes zur elektrischen Isolation, z.B. Siliciumdioxid, Vapox, kann jedoch mit stärkerer Dicke vorgesehen sein, z.B. bis zu über 0,5 µm, und insbesondere bis zu über 1 µm. Die Dicke sollte ebenfalls ausgewählt werden unter Berücksichtigung des Risikos von Durchbrennen, bevor der Primer gezündet bzw. initiiert wurde. Andere mögliche lsolationsmaterialien sind insbesondere wärmeresistente organische Substanzen, wie z.B. Polyimide, welche verwendet werden können in der Weise, wie sie offenbart ist z.B. von Mukai: "Planar Multilevel Interconnection Technology Emploving a Polyimide", IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol Sc. 13, Nr.4, August 1978 oder von Wade: "Polyimides for Use as VLSI Multilevel lnterconnection Dielectric and Passivation Layer", Microscience, Seite 61, welche hierin referenzartig umfaßt sind.
Ein weiterer Grund, eine spezielle Lage zwischen der Schmelzbrücke und dem Chip anzuordnen, besteht darin, einen Einfluß auf den Chip durch Substanzen in dem Primer zu verhindern bzw. zu vermeiden. Da ein Chip mit Primer zumindest teilweise ungeschützt sein muß, besteht ebenfalls ein Risiko eines negativen Einflusses auf den Chip von Substanzen in den anderen Teilen des Detonators, z.B. Substanzen, evaporiert bzw. verdampft aus den Hauptladungen des Detonators. Hohe Temperaturen können in dem Inneren von Detonatoren auftreten, z.B. bei Aussetzung des Detonators in Sonnenlicht.
Geeignete Materialien als Diffusionsbarrieren können Metallagen sein. Solche, welche fast vollständig einander bedecken, können in derselben Lage wie die Zünd- bzw. Schmelzbrücke angeordnet sein, oder in einer überliegenden Lage, welche davon isoliert ist. Isolierende Materialien, wie z.B. jene, welche oben erwähnt sind, sind bevorzugt. Diese können zwischen dem Primer und der Brücke angeordnet werden, sind jedoch bevorzugt unter der Brücke angeordnet.
Der Primer kann elektrisch leicht leitfähig bzw. leitend sein, und es kann somit vorgesehen sein, eine isolierende Lage unmittelbar unter dem Primer, bevorzugt unmittelbar an dem Oberen der Lage mit Bezug auf die Zünd brücke, anzuordnen, um ungewünschten elektrischen Kontakt zwischen den unterschiedlichen Teilen der Fläche zu vermeiden. Die oben erwähnten Isolationsmaterialien können verwendet werden, bevorzugt eine Kunststofflage. Fenster müssen in diese Lage geätzt werden, einerseits über der Schmelz- bzw. Zündbrücke, und andererseits an den elektrischen Kontakt- bzw. Anschlußflächen des Chips.
Insgesamt sollte zumindest eine Lage von elektrisch nicht-leitfähigem Material somit zwischen dem Primer und der Chipfläche angeordnet sein, wobei bevorzugt zumindest eine solche Lage zwischen der Zünd- bzw. Schmelzbrücke und der Chipfläche vorgesehen ist, in welchem Zusammenhang selbstverständliche eine Lage mehrere der oben erwähnten Funktionen erfüllen kann. Generell sind Kontakt- bzw. Anschlußlöcher in diesen Lagen erforderlich, z.B. für die elektrischen Kontaktflächen bzw. -Oberflächen.
Oberhalb bzw. an dem Oberen der Lage oder Lagen ist die Schmelz- bzw. Zündbrücke aufgebaut, welche ausgelegt sein kann z.B. als ein Funkenspaltzünder bzw. -initiator, jedoch bevorzugt als ein Widerstand mit stromzuführenden Leitern. In diesem Zusammenhang sind die stromzuführenden Leiter nachfolgend bzw. unmittelbar bzw. vorteilhaft gebildet in einem Metallfilm mit niedrigem Widerstand, mittels z.B. Vakuumablagerung bzw. Fällung, welche mit der unterlagerten bzw. unterliegenden Lage des Schaltungsmusters der Halbleiter- bzw. halbleitenden Fläche verbunden bzw. geschaltet ist. Der Widerstandsteil kann ausgelegt sein als ein dünnerer oder bevorzugt schmalerer Teil zwischen den Stromzufuhrleitern und aus demselben Material wie die letzteren. Jedoch ist die Zünd- bzw. Schmelzbrücke selbst bevorzugt in einem Material ausgelegt mit höherem Widerstand mit Bezug auf die Stromzufuhrleiter. Dies kann in geeigneter Weise erreicht werden mittels einer Schaltung mit Stromzufuhrleitungen bzw. -leitern und einer Brücke, welche geätzt ist aus einer Doppellage, gebildet aus einer unteren Lage mit hohem Widerstand und einer oberen Lage mit geringem Widerstand bzw. Widerstandswert. In dieser Schaltung wird die Brücke selbst nachfolgend gebildet mittels der oberen Lage, welche weggeätzt wird. Der Strom in den Stromzufuhrleitern bzw. -leitungen fließt somit prinzipiell in der oberen Lage mit geringem Widerstand bzw. Widerstandswert, hin zu der Brücke, wo der Strom nach unten gedrängt bzw. veranlaßt wird in die untere Lage mit hohem Widerstand. Zusätzlich zu dem geeigneten Widerstandswert sollte das Material einen Schmelzpunkt aufweisen, welcher über der erforderlichen Initiierungs- bzw. Zündtemperatur für das reaktive Material liegt, z.B. bei mehr als 400, und bevorzugt bei mehr als 500ºC. Wenn der Chip mit anderen Komponenten zu schalten bzw. zu verbinden ist mittels der TAB-Technologie, wie oben beschrieben, kann die Schmelz- bzw. Zündbrücke vorteilhafterweise gebildet werden während dem gleichen Schritt bzw. Betrieb und aus demselben Material wie die Barrierenlage, da die letztere generell über dem gesamten Schaltungsbereich angeordnet ist und nachfolgend wegmaskiert mittels Photolithographie und Ätzung. In dieser Weise können die Stromzufuhrleiter und die Brücke erhalten werden ohne zusätzliche Produktionsschritte. Mehrere der oben aufgeführten Metalle haben für diesen Zweck geeignete Eigenschaften, wie auch Widerstandsmaterial, z.B. Titan und Wolfram, individuell oder legiert, wobei eine überlagerte Lage aus z.B. Gold als Niederwiderstandmaterial dienen kann. In diesem Zusammenhang sollte die TAB-Technik somit verwendet werden, mittels welcher Metallsäulen gezüchtet bzw. aufgewachsen werden an den Kontaktbereichen bzw. -flächen des Halbleiters, eher als an den Kontaktbereichen des Filmes.
Die Geometrie der Schmelz- bzw. Zündbrücke ist nicht kritisch, solange die erforderliche Leistung bzw. der erforderliche Strom in einer stabilen Weise erzeugt werden kann. Jedoch ist es bevorzugt, daß die Brücke ausgelegt ist mit einem dünnen Querschnitt, aus Herstellungsgründen und um die Kontaktfläche bzw. -oberfläche mit dem Primer zu erhöhen, z.B. mit einer Breite, welche zumindest 10 mal, und bevorzugt zumindest 50 mal größer ist als eine Dicke. Wenn die Schmelzbrücke schmaler bzw. enger ist als der Stromzufuhrleiter, ist es des weiteren bevorzugt, daß der Übergang bzw. die Transition abgerundet ausgebildet ist, um ungewünschte lokale Wärmeabgabe als ein Ergebnis von Stromdiskonzentration zu vermeiden. Eine geeignete Form für die Brücke hat sich als im wesentlichen quadratische Fläche herausgestellt, mit Seiten zwischen 10 und 1000, und insbesondere zwischen 50 und 150 µm, bei einer Dicke zwischen 0,1 und 10, und insbesondere zwischen 0,05 und 1 µm. Die Schmelz- bzw. Zündbrücke kann z.B. in solch einer Weise ausgelegt sein, daß eine Stromstärke von zwischen 0,05 und 10, oder bevorzugt zwischen 0,1 und 5 Ampere, eine Primerlage auf Initiierungs- bzw. Zündtemperatur von oberhalb 500, und bevorzugt oberhalb 700ºC, innerhalb einer Zeitperiode von zwischen 1 und 1000 Mikrosekunden, oder insbesondere zwischen 5 und 100 Mikrosekunden, bringt.
Oberhalb bzw. an dem Oberen der Brücke ist der Primer gefällt bzw. abgelagert bzw. angeordnet, welcher z.B. aus den oben aufgeführten Komponenten gebildet sein kann. Die Menge davon ist relativ unkritisch, da die Zündung bzw. Initiierung in einem extrem kleinen Bereich stattfindet, sollte jedoch so klein vorgesehen sein, daß zuverlässige Zündung der späteren Stufen in der Zünd- bzw. Feuerungskette ermöglicht sind. Die Menge kann z.B. weniger als 100 mg und sogar weniger als 50 mg sein, sollte jedoch mehr als 0,1 mg und auch mehr als 1 mg betragen. In dem Fall von pulverulenten bzw. pulverförmigen Komponenten in dem Primer sollte gesichert sein, daß ein Bindemittel mit guter Adhäsion bzw. Anhaftung mit Bezug auf die Schmelzbrücke umfaßt ist, um effektive Wärmeübertragung in dieser Fläche zu sichern, bevor der Primer zerfällt bzw. aufgelöst wird. Das Bindemittel oder anderes kontinuierliches Material in dem Primer ist bevorzugt ein leicht zündbarer Sprengstoff, wie z.B. Nitrocellulose.
Der Primer kann an dem Chip angeordnet werden, bevor dieser an dem Substrat montiert wird, jedoch ist es bevorzugt, dies nach der Montage durchzuführen. Wenn die Kontaktflächen bzw. -Oberflächen des Chips während der Anbringung bzw. Anordnung geschützt sind, können Variationen bzw. Veränderungen bei der Positionierung und bezüglich des Ausmaßes des Primers ermöglicht sein, wodurch mehrere Anwendungs- bzw. Anbringungsverfahren ermöglicht sind, wie z.B. Eintauchen, Töpfern, Pressen bzw. Druckbeaufschlagen etc. Jedoch ist es bevorzugt, daß der Primer gut zentriert ist mit Bezug auf die Kontaktbereiche des Chips, insbesondere wenn die Ladung eine deutliche Leitfähigkeit aufweist. Dies kann erreicht werden durch ein Fallenlassen bzw. einen Abfall von viskoser Lösung bzw. Spannung, präzisionsgefällt mittels einer Kanüle auf die Schmelzbrücke der Chipfläche. Wenn das Lösungsmittel verdampft, verbinden sich die pulverulenten Bestandteile des Primers miteinander und mit der Schmelz- bzw. Zündbrücke. Nach der Trocknung kann der Schmelz- bzw. Zündkopf vorteilhafterweise mit einer Lacklage beschichtet werden, zum weiteren Verbessern der Stabilität und um zu einer Aufrechterhaltung der Reaktion beizutragen.
Die Prinzipien zur Positionierung der Schmelzbrücke an dem Chip können unabhängig verwendet werden bezüglich weiterer Verbindung der Schaltung mit Elektroniken in der Zündvorrichtung. Jedoch, wie oben angegeben, werden Vorteile erreicht in Kombination mit der TAB-Technologle bei der Herstellung. Das Fehlen der Umhüllung bzw. Einkapselung wird verwendet sowohl für das Kontaktieren und das Freisetzen des Primers. Die erhaltenen Verbindungen sind fest bzw. stark und widerstehen gut Vibrationen. Anordnung bzw. Zusammenbau an Löchern in dem Substrat ermöglichen gute Positionierung des Primers entlang der Fläche des Substrates. Flexible Substrate stellen zusätzlich die Möglichkeit guter Einstellung bezüglich der Position des Primers bereit, und zwar durch Biegen bzw. Beugen des Filmes und durch niedrige bzw. geringe Sieb- bzw. Siebdruckeffekte mit Bezug anderer Anordnungsverfahren entlang der Fläche des Substrates. Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung bzw. -einheit sollte eine Einrichtung enthalten zum Empfangen eines Startsignales, geliefert bzw. zugeführt zu dem Detonator. Wenn eine aufladbare bzw. ladbare Stromquelle verwendet wird, z.B. in einer bevorzugten Weise eine Kapazität bzw. ein Kondensator, kann es ebenfalls notwendig sein, den Detonator mit Energie zu versorgen zum Laden der Stromquelle. Es ist dann sinnvoll, dieselbe Einrichtung für beide Funktionen zu verwenden. Diese Einrichtung umfaßt sinnvollerweise einen Leiter, welcher sich von dem Inneren des Detonators und zugehörigen Kontakten erstreckt, zu diesem Zweck innerhalb des Detonators. Der Leiter bzw. die Leitung kann verbunden bzw. geschaltet sein in einer herkömmlichen Weise mit einer Sprengvorrichtung, unmittelbar oder über zwischengelagerte bzw. zwischengeschaltete Ton- oder Radiostufen, wie vorgeschlagen z.B. in der U.S. 3,780,654, der U.S. 3,834,310 oder der U.S. 3,971,317. Der Leiter kann ein optisches Faserkabel sein, wodurch Einfachheit und extrem hohe Unempfindlichkeit bezüglich Störungen erreicht werden kann, wobei die Einrichtungen in dem Detonator in diesem Fall einen photoelektrischen Energiewandler enthalten. Der Leiter kann ebenfalls in herkömmlicher Weise einen oder mehrere metallische Drähte enthalten, wodurch lediglich eine Verbindung bzw. ein Anschluß zwischen den Drähten und der Schaltung in der Zündvorrichtung erforderlich ist.
Elektrisch initilerte bzw. gezündete Detonatoren sollten normalerweise geschützt sein gegen unbeabsichtigte Detonation, veranlaßt durch unsteuerbare bzw. unkontrollierbare elektrische pHänomene, wie z.B. Blitzeinschlag, statische Elektrizität, detonationserzeugte Spannungen, Störungen aus Radio- bzw. Funktransmittern und Stromleitungen und fehlerhafte Verbindungen bzw. Anschlüsse dieser Leiter. Die Detonatoren sollten nicht getriggert sein durch moderate Effekte, wie solche pHänomena, und sollten des weiteren bevorzugt in der Lage sein, nach zumindest normalen Störungen dieses Types zu funktionieren, wie z.B. statische Entladungen und detonationserzeugte Spannungen. Normalerweise sind elektrische Detonatoren ausgerüstet mit Funkenspalten, beabsichtigt zum Begrenzen bzw. Einschränken der Spannung, und wenn geeignet, ebenfalls mit Widerständen, beabsichtigt zum Begrenzen bzw. Einschränken von Störungsströmen in der Schaltung. Das Vorhandensein von integrierten Schaltungen und anderen miniaturisierten Elektroniken in Detonatoren gestaltet diese potentiell empfindlicher für Störungen, und es ist wünschenswert, sowohl die Grenze von erlaubter Spannung zu reduzieren, als auch die Ansprechzeit in den Sicherheitsschaltungen zu reduzieren.
Es hat sich als sinnvoll herausgestellt, ebenfalls in elektronischen Detonatoren Funkenspalten vorzusehen, zum Begrenzen bzw. Einschränken von Störungsspannungen. Funkenspalten sollten angeordnet sein sowohl zwischen den Zufuhrdrähten und zwischen jedem Leiter und Detonatorgehäuse und/oder Erdung. Die Funkenspalten sollten in solch einer Weise ausgelegt sein, daß sie leitend werden bei Spannungen unter 1000 V, bevorzugt unter 800 V, und insbesondere ebenfalls unter 700 V. Jedoch muß die lnitiierungs- bzw. Zündspannung deutlich über der Arbeitsspannung der Elektroniken liegen und kann normalerweise vorgesehen sein als unterhalb von 300 V. Die notwendige Präzision bzw. Genauigkeit bezüglich der Übersprungspannung kann erhalten werden durch herkömmliche Auslegung, jedoch einfacher, wenn der Spalt ausgelegt ist als eine dünne Metallage, in welcher eine Übersprungspannung stärker durch Punkteffekt der dünnen Lagen bestimmt ist als durch die Breite des Spaltes. Die Filmdicke sollte dann geringer als 500 µm sein, bevorzugt geringer als 100 µm, und insbesondere geringer als 50 µm. Herstellungs- bzw. Produktionsprobleme und erneutes Erhöhen der Übersprungspannung kann erwartet werden mit extrem dünnen Filmen, wobei die Fllmdicke daher 1 µm überschreiten sollte, und bevorzugt auch 5 µm. Ein optimaler Betrieb sollte erwartet werden zwischen diesen angenäherten Grenzen. Es ist insbesondere vorteilhaft, die Funkenspalten unmittelbar an der Schaltungsmusterfläche zu bilden, zur Miteinanderverbindung der elektronischen Komponenten, da keine zusätzliche Komponente und keine zusätzlichen Produktions- bzw. Herstellungsschritte erforderlich sind. Wenn das Substrat für das Schaltungsmuster, wie oben beschrieben, ein flexibles Substrat ist, besteht ein zusätzlicher Vorteil darin, daß kleinere bzw. geringere Variationen bzw. Veränderungen in der Spaltgröße als Folge von Biegen bzw. Beugung oder Vibrationen in dem Film lediglich minimal die Übersprungspannung bzw. Überschlagspannung der Funkenspalten beeinflußt.
Da eine elektronische Schaltung des vorliegenden Types notwendigerweise viele Leiter enthält mit geringen gegenseitigen Isolationsabständen, sollte gesichert werden, daß natürliche oder speziell vorgesehene Impedanzen nach dem Funkenspalt angeordnet sind, und daß die Isolationsabstände bzw. -entfernungen, umfassend die Funkenspalten vor bzw. in Front dieser Impedanzen, kleiner gehalten wird als nach der lmpedanz, um somit den Überschlag bzw. Übersprung zu dem Bereich an den Funkenspalten zu führen. Es ist bevorzugt, daß insbesondere Übersprung- bzw. Überschlagspannungen zwischen Leitern und Detonatorgehäuse in dieser Weise gesteuert bzw. kontrolliert werden, d.h. der Isolationsabstand zwischen der Hülle und dem Stromzufuhrleiter ist geringer vor der Impedanz als nach derselben. Die Impedanz kann ebenfalls als Strombegrenzer und als Sicherung bzw. Schmelzsicherung für nachfolgende Komponenten dienen. Es ist bevorzugt, einen Widerstand in Serie zu schalten mit zumindest einem und bevorzugt beiden der Stromzufuhrleiter, folgend bzw. nachfolgend nach dem Funkenspalt. Eine Kapazität bzw. ein Kondensator zwischen den Leitern kann zusätzlich oder alternativ verwendet werden. Die Kapazität erhöht die Anstiegszeit der Spannung, welcher Sicherheitskomponenten zwischen den Leitern ausgesetzt sind, wodurch insbesondere die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, daß diese Sicherheitskomponenten, wie z.B. Funkenspalten, Sicherheitstürresistoren oder Zenerdioden schnell genug triggern. Die Impedanz kann ähnlich wie Funkenspalten vorteilhafterweise direkt bzw. unmittelbar an dem Schaltungsmustersubstrat gebildet sein, z.B. durch Dünnschichttechnologie oder Dickfilmtechnologie oder anderwärtig montiert als diskrete Komponenten. Die Isolationsentfernungen bzw. -abstände an dem Chip selbst sind notwendigerweise klein, und es ist bevorzugt, daßextra- bzw. zusätzliche Sicherheitsschaltungen davor oder an dem Chip angeordnet sind. Die Sicherheitskomponente kann z.B. eine Zenerdiode sein, ist jedoch bevorzugt von dem Thyristortyp, um zu einem geringen Rest- bzw. Eigenwiderstand und geringer Wärmeabgabe zu führen.
Wenn erfindungsgemäß die notwendigen Komponenten montiert wurden an dem flexiblen Film, kann dieser eingeführt werden in eine Haltefixierung zum Schützen der Komponenten und zum Verriegeln und Stabilisieren ihrer Positionen. Eine in geeigneter Weise ausgelegte Befestigungshalterung bzw. Haltefixierung bzw. Halterung ermöglicht es, auch die Zünd- bzw. Feuereinheit bzw. -vorrichtung separat zu transportieren und zu handhaben, was in dem Zusammenhang von Sprengstoffen ein deutlicher Vorteil ist. Die Haltefixierung sollte zumindest das flexible Substrat über einen deutlichen Teil der Fläche stützen. Die Haltebefestigung bzw. -fixierung kann ebenfalls andere Komponenten stützen oder zumindest deren Bewegungsbereich einschränken, wobei das Innere der Haltebefestigung im wesentlichen einer Auslegung des Substrates und der Komponenten entspricht. Das Äußere der Haltebefestigung sollte so ausgelegt sein, daß es korrekte Positionierung in einem Detonatorgehäuse bereitstellt, bei einer ausreichenden Anzahl von Kontaktpunkten mit der inneren Fläche des Gehäuses. Die äußere Fläche ist bevorzugt ausgelegt im wesentlichen zylindrisch, entsprechend der inneren Fläche des Detonatorgehäuses, wobei der Durchmesser generell kleiner ist als 20 mm, üblicherweise sogar weniger als 15 mm, und bevorzugt sogar weniger als 10 mm. Wenn die Zündeinheit bzw. -vorrichtung in einer bevorzugten Weise einen Primer bzw. Vorzünder enthält, ist dieser an der Seite der Haltebefestigung angeordnet, hin zu dem Inneren des Detonators gerichtet, wobei eine Öffnung, welche während dem Transport mit einer entfernbaren oder brechbaren Dichtung versehen sein kann, hin zu dem Primer vorzusehen ist in der Haltebefestigung, zur Freisetzung und Steuerung des Funkenregens bzw. der Funkendusche oder der Flamme. Mittels der Haltebefestigung bzw. -fixierung und dem flexiblen Substrat wird eine zufriedenstellende Führung auch für einen kleinen Primer erreicht, und zwar zur effektiven Funkenkonzentration in der gewünschten Richtung. Das andere Ende der Haltefixierung bzw. -befestigung kann ausgelegt sein als ein Dichtungsstecker zum Abdichten des Detonators nach dem Einführen der Zündeinheit bzw. -vorrichtung. Der Dichtstecker und die Haltefixierung können in diesem Zusammenhang einstückig bzw. integral aus demselben Material hergestellt sein, wodurch gute Stabilität und Feuchtigkeitsdichte bereitgestellt ist, und wobei ebenfalls die Herstellung vereinfacht ist. Alternativ können der Stecker und die Haltefixierung bzw. -befestigung hergestellt sein aus unterschiedlichen Materialien, in welchem Zusammenhang die Auswahl des Materiales optimiert werden kann für die jeweilige Funktion, z.B. ein Elastomer in dem Stecker und ein Thermoplast bzw. -Kunststoff, wie z.B. Polystyren oder Polyethylen in der Haltefixierung. Die Teile können zusammengehalten werden, lediglich mittels des Leiters, jedoch ist bevorzugt eine zusätzliche Verbindung zu erreichen, z.B. mittels einer einfachen mechanischen Verriegelung bzw. Verschluß oder mittels Schmelzen bzw. Fusion. Es sollte ebenfalls ein Einlaß vorgesehen sein für den Stromzufuhrleiter oder Konnektor bzw. Stecker bzw. Verbinder für den Stromzufuhrleiter bzw. -leitung. Die Haltebefestigung sollte eine Öffnung enthalten zum Erdungskontakt zwischen der Schaltung und dem Detonatorgehäuse, welches normalerweise aus Metall besteht. Diese Erdung kann ausgelegt sein als eine Metallasche, welche von der Substratebene heraustritt durch die Haltebefestigung und nach außen geführt wird über das Äußere der Haltebefestigung bzw. -fixierung, oder bevorzugt als ein vergrößerter metallbeschichteter Teil des Substrates, welcher sich durch die Seite der Haltebefestigung erstreckt. Die Haltebefestigung bzw. -fixierung kann ebenfalls Öffnungen an speziellen Teilen der Schaltung umfassen, z.B. für Steuerungs- bzw. Kontrollmessung oder zur Programmierung. Somit können die Elektroniken mit einer Identität versehen werden, z.B. mittels Brennen von schmelzbaren Verbindungen oder mittels sogenannter Zener-zap-Technologie gemäß dem obigen vor dem Zusammenbau in dem Detonatorgehäuse, um z.B. nachfolgende individuelle Zeitprogrammierung zu ermöglichen. Die Haltebefestigung ist sinnvollerweise aus einem nicht-leitfähigen Material, wie z.B. einem Kunststoff, gebildet. Die Zündvorrichtung kann in diesem Zusammenhang in das Kunststoffmaterial eingegossen bzw. gegossen sein, z.B. mittels Formguß bzw. Formgießen, angeordnet bzw. angebracht um das Substrat, wonach ein festigendes bzw. verfestigendes polymeres Material, bevorzugt ein Kalthärtungsharz, in die Form eingespritzt wird. Jedoch ist es bevorzugt, daß die Haltebefestigung separat gebildet wird, sinnvollerweise mit einer Aufteilung bzw. Trennung in der Ebene der Filmfläche, zum einfachen Einführen bzw. Einsetzen des Filmes. Die Teile können, wenn geeignet, zusammengehalten werden mittels einer einfachen Verschluß- bzw. Verriegelungsanordnung. Sämtliche Öffnungen in der Haltebefestigung können vorteilhafterweise feuchtigkeitsdichte Dichtungen aufweisen, aus z.B. Kunststoffilm oder -Einschmelzungen, zum Erhöhen der Operations- bzw. Betriebseffizienz nach separater Handhabung und Transport.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Liste der Figuren

Figur 1 zeigt einen Schnitt eines kontinuierlichen Substrates zur Bildung einer Vielzahl von Schaltungsmustersubstraten.
Figur 2 zeigt eine Ansicht von oben eines individuellen flexiblen Filmes mit Schaltungsmustern, jedoch ohne montierte Komponenten.
Figuren 3a und 3b zeigen im vergrößerten Maßstab zwei Lagen der Fläche eines Chips.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht des Detonators mit einer Haltebefestigung, enthaltend das Substrat mit montierten Komponenten.

Beschreibung der Figuren

In Figur 1 beziffert das Bezugszeichen 10 einen kontinuierlichen flexiblen Polyimidfilm mit einer Breite von 35 mm und einer Dicke von 125 µm. An dem Film mit Zufuhrperforationen 2 sind längliche Löcher 4 gebildet, zum Vereinfachen des Schneidens bzw. Beschneidens zu bzw. auf einzelne Schaltungen, sowie Löcher 12 zum Montieren von Chips, und Löcher 14 zum Montieren von Komponenten. Die Fläche bzw. Oberfläche ist bedeckt bzw. beschichtet mit einem mm dicken Kupferfilm mittels einer in etwa 8 µm dicken Klebstofflage aus Acrylpolymer. Mittels von Photoresist und Säure sind gemäß Figur 2 Muster geätzt mit etwaigen Größen von 5 mal 24 mm, wobei die untere Seite des Kupferfilmes an den Löchern 12 und 14 vor Säure geschützt ist mittels Dichtung bzw. Abdichtung. Wenn das Schaltungsmuster gebildet wurde, wird es zinnbeschichtet mit einer in etwa 0,8 µm dicken Lage aus Zinn.
An dem Muster befinden sich zwei Anschlußflächen 16 und 16', an welchen die Anschlußdrähte nachfolgend gelötet werden. Zwei leitfähige Teile 18 und 18' führen zu zwei Laschen bzw. Zungen 20 und 20', zwischen welchen ein Funkenspalt von etwa 100 µm vorliegt. Zwischen einer anderen Lasche bzw. Zunge 22 und den Laschen bzw. Zungen 20 und 20' sind zusätzliche Funkenspalten derselben Größe gebildet, welche Funkenübersprung von einem Leiter bzw. Leitung zu dem Detonatorgehäuse erlauben, und zwar mittels der Tatsache, daß die Lasche 22 geschaltet ist über Leiter unter den Widerständen 26 und 26' mit vorspringenden Teilen 24 und 24' des Musters, welche Teile, wenn der Film in einen Metalldetonator eingeführt ist, die Lasche 22 mit dem Detonatorgehäuse erdet. An den Laschen 20 und 20' befinden sich Kontaktbereiche 28 und 28' zur Verbindung bzw. zum Anschluß mittels Löten von in etwa 2 ohm Dickfilmwiderständen 26 und 26', in den Figuren durch unterbrochene Linien gezeigt, und zwar in Serie zu jedem Leiter. Die Leiter 32 und 32' verlaufen parallel und wellenähnlich zum Erhöhen der Serieninduktivität und schalten bzw. verbinden die Kontaktbereiche 30 und 30' der Widerstände 26 und 26' mit zwei Laschen 34 und 34' an dem Loch 12 zum Montieren eines Halbleiterchips 50, in den Figuren gezeigt mittels unterbrochener Linien. Über bzw. quer zu den Schaltungen an dem Chip sind diese Laschen 34 und 34' mit den Laschen 36 und 36' geschaltet bzw. verbunden, welche wiederum zu Kontaktlaschen 38 und 38' führen, an welchen eine 33 µF Tantalumkapazität bzw. Kondensator 40, gezeigt durch gestrichelte Linien, nachfolgend gelötet ist, und zwar nach der Vollendung der Zinnlage, und wenn der Kondensator bzw. die Kapazität in dem Loch 14 angeordnet wurde, und die Kontaktiaschen über das Loch, vorspringend nach oben, geschlagen wurden hin zu den Seiten der Kapazität bzw. des Kondensators 40. Eine Mehrzahl von Kontaktkissen bzw. -pads 41, 42, 43, 44 und 45, mit Kontaktlaschen hin zu dem Chip, verfügt über keinen elektrischen Kontakt mit dem Rest des leitfähigen Musters und dient als Probenfelder, mittels welchen schmelzbare Verbindungen an dem Chip beeinflußt werden können, oder zum Verbessern der mechanischen Fixierung bzw. Befestigung des Chips.
Figur 3a zeigt schematisch die herkömmlich ausgelegte Mikroschaltung an dem Chip 50, umfassend funktionelle Schaltungen 52 und Kontaktbereiche 54 aus Aluminium. Diese Fläche ist in einer normalen bzw. üblichen Weise durch eine dünne Lage aus Siliciumoxid isoliert, wonach Löcher ausgebildet sind an unterliegenden Kontaktbereichen, maßgeblich den Kontaktflächen 54, jedoch auch speziellen Kontakt- bzw. Anschlußpunkten für die Zünd- bzw. Schmelz- bzw. Sicherungsbrücke und schmelzbare Verbindungen. Die Fläche ist beschichtet mit einer in etwa 1 µm dicken Lage aus Polyimid, mittels Tropfen, Spinnen oder Thermoablagerung, wonach Löcher in der Lage gebildet werden entsprechend den Löchern in der Vapoxlage. An der Polyimidlage ist eine in etwa 0,25 µm dicke Lage aus Titanlwolframlegierung und eine in etwa 0,25 µm dicke Lage aus Gold aufgebracht mittels Sputtern. Eine in etwa 20µm dicke Lage von Photoresist ist angeordnet bzw. aufgebracht, maskiert und entwickelt in solch einer Weise, daß die Goldlage freigelegt ist über den Kontaktflächen, welche mit Kontaktsäulen zu versehen sind, über eine etwa 100 mal 100 µm große Fläche, wonach Goldsäulen von etwa 30 µm Höhe gebildet werden an diesen Flächen mittels galvanischer Fällung bzw. Elektrodeposition, wonach die dicke Photoresistlage entfernt wird. Nachfolgend sollten die vollständig bedeckenden bzw. beschichtenden Titaniwolfram- und Goldlagen normalerweise weggeätzt werden, jedoch bevor dies durchgeführt wird, wird eine neue Lage aus Photoresist angebracht bzw. aufgebracht, maskiert und entwickelt, in solch einer Weise, daß nach dem Ätzen die Strukturen gemäß Figur 3b verbleiben. Die Strukturen bestehen einerseits aus schmelzbaren Verbindungen 56 mit Sicherungs- bzw. Schmelzpunkten, verbunden mit Punkten an der Mikroschaltung in solch einer Weise, daß Aufblasen bzw. Unterbrechen an den Sicherungs- bzw. Schmelzpunkten erzeugt werden kann mit Stromstößen von 2 mJ von Energie, wodurch eine binäre 8-Stellenzahl gebildet werden kann zur Identifikation von Detonatoren, individuell oder in Gruppen. Eine Schmelz- bzw. Zünd- bzw. Sicherungsbrücke 58 ist ebenfalls gebildet mit einer Widerstandsfläche bzw. einem Widerstandsbereich 60 von etwa 100 µm² in der Größe mit einem Widerstand von in etwa 4 ohm. Der Hochwiderstandsbereich 60 an der Schmelzbrücke 58 oder die Schmelzpunkte an den schmelzbaren Verbindungen 56 werden erhalten mittels der Goldlage, welche hier entfernt wurde, so daß der Strom nach unten gedrängt bzw. veranlaßt wird in die Ti/W-Lage mit höherem Widerstand. Eine in etwa 1µm dicke Polylmidlage ist über die gesamte Fläche angebracht mittels des oben angegebenen Verfahrens, wonach ein Bereich bzw. eine Fläche um den Punkt 60 der Schmelzbrücke, die Schmelzpunkte der schmelzbaren Verbindungen und die Kontaktsäulen freigelegt sind. Der in dieser Weise behandelte Chip wird mit dem Film verbunden bzw. geschaltet mittels Vorerwärmung auf etwa 200ºC und tritt mit seiner Schaltungsfläche voran durch das Loch 12 zum Kontakt mit der Unterseite der Laschen herum um das Loch 12, welche Laschen von der oberen Seite des Filmes druckbeaufschlagt bzw. gepreßt werden hin zu den goldbeschichteten Kontaktflächen der Schaltung mittels eines Werkzeuges, welches momentan erhitzt bzw. erwärmt ist auf etwa 500ºC. An der Zünd- bzw. Schmelz- bzw. Sicherungsbrücke 58 ist ein Primer angeordnet mit einer etwaigen Erstreckung gemäß der unterbrochenen Linie 62, mittels der Tatsache, daß etwa 5 mg einer Verbindung bzw. Zusammensetzung, bestehend aus Zirkon/ Bleidioxid-Pulvermischung in einem Gewichtsverhältnis von 11:17 mit einem Bindemittel aus Nitrocellulose, gelöst in Butylacetat, angeordnet ist an der Chipfläche, und nachfolgend luftgetrocknet bei etwa 50ºC, wonach der Zünd- bzw. Schmel zkopf und der Rest der Chipfläche lackiert werden mit Nitrocelluloselack.Figur 4 zeigt einen fertiggestellten Detonator, enthaltend eine Zündeinheit bzw. -vorrichtung mit einer Haltebefestigung 70, einen flexiblen Film 10 umgebend, mit montierten Widerständen 26, Kondensator 40 und Chip 50 mit dem Schmelz bzw. Zündkopf 62. Die Haltebefestigung bzw. -fixierung 70 ist essentiell zylindrisch mit einem Durchmesser von 6 mm und hat eine Aufteilungs- bzw. Dividierebene in der Ebene der Filmfläche 10, und in der Aufteilungsebene Aussparungen zur Passung, im wesentlichen ohne Spiel, herum um die Komponenten an dem Film. Ein Kanal 72 ist zwischen dem Schmelzkopf 62 und der Fläche der Zündeinheit, welche hin zu dem Inneren des Detonators gerichtet ist, angeordnet. Anschlußdrähte 74 erstrecken sich von der Fläche der Zündvorrichtung, gerichtet weg von dem Inneren des Detonators, und um diese herum ist ein Dichtstecker 76 eines elastomeren Materiales gegossen. Die Haltebefestigung 70 ist gegossen in Polystyren und mechanisch verbunden mit dem Stecker 76 bei 78. Die Zündvorrichtung wird in einen Detonator 80 eingeführt mit einer Basisladung 82, z.B. PETN, und einer Primärsprengstoffladung 84 aus z.B. Bleisäure, angeordnet oberhalb davon, in welchem Zusammenhang der Frontteil der Zündeinheit bzw. -vorrichtung angeordnet wird bei einem Abstand von etwa 2 mm von dem Primärsprengstoff, und wobei der Detonator gedichtet bzw. abgedichtet ist mit Rillen 86 herum um den Dichtstecker 76.

Claims

1. Zündvorrichtung zum Zünden von Detonatoren mit zumindest einer Basisladung (82) in einem Detonatorgehäuse (80), wobei die Zündvorrichtung umfaßt

einen elektrisch betätigbaren Schmelz- bzw. Zündkopf (60, 62),

eine Stromquelle (40), welche mit dem elektrisch betätigbaren Zündkopf über eine Schalteinrichtung verbunden ist, und eine elektronische Einheit (50) umfassend

- einen Signaldecoder, welcher ausgelegt ist zum Erkennen eines Startsignales, zugeführt zu dem Detonator über einen äußeren Signalleiter (74),

- eine Verzögerungsschaltung, welche in solch einer Weise ausgelegt ist, daß wenn das Startsignal empfangen wird, sie ein Zündsignal nach einer vorbestimmten Zeit liefert, und

- die Schalteinrichtung, welche in solch einer Weise ausgelegt ist, daß, wenn das Zündsignal empfangen wird, sie die Stromquelle mit dem Zündkopf verbindet zum elektrischen Betätigen des letzteren,

wobei die elektronische Einheit zumindest einen Chip (50) umfaßt, welcher aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist und eine Mikroschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Chip und eine zusätzliche elektrische Komponente oder der externe Signalleiter (74) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind an einem Substrat (10) mit einem Schaltmuster, und daß der Chip mit dem Substrat verbunden ist mittels einer direkten Verbindung zwischen freigelegten Kontaktbereichen (54), welche an der Halbleiterfläche angeordnet sind und entsprechenden Kontaktbereichen (34, 34', 36, 36') an dem Schaltungsmuster des Substrates.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haltebefestigung (70) essentiell enthält den Zündkopf (60, 62), die Stromquelle (42), die elektronische Einheit (50), das Substrat (10), und wenn geeignet einen Dichtstecker (76) umfaßt, und daß die Haltebefestigung eine Öffnung aufweist zur Verbindung mit dem äußeren bzw. externen Leiter sowie eine Öffnung (72), wenn notwendig, feucht-dicht, zur Freisetzung des Primers.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltebefestigung (70) mit den enthaltenen Teilen eine essentiell selbststützende und separat transportierbare Einheit bildet, welche geeignet ist, wenn eingeführt in ein Detonatorgehäuse (80) mit einer Basisladung (82) und gegebenenfalls mit einer Primärladung, zum Bilden eines vollständigen Detonators.

4. Zündvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltebefestigung (70) hergestellt ist aus einem elektrisch isolierenden Material und zumindest eine Öffnung aufweist zum Erdungskontakt zwischen den in der Haltebefestigung enthaltenen Schaltungen und einem elektrisch leitenden Detonatorgehäuse (80).

5. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen zylindrische Haltebefestigung (70), welche das Substrat enthält und eine Aufteilung in der Ebene der Filmfläche zum einfachen Einführen des Filmes aufweist.

6. Zündvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest eine Öffnung umfaßt, zum Erdungskontakt (24, 24') zwischen den in der Haltevorrichtung enthaltenen Schaltungen und einem elektrisch leitenden bzw. leitfähigen Detonatorgehäuse (80).

7. Ziindvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere bzw. externe Signalleiter (74) ein Glasfaserkabel ist, und daß die Zündvorrichtung einen photoelektrischen Wandler umfaßt, welcher mit dem Kabel verbunden ist.

8. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Signalleiter (74) einen oder mehrere metallische Drähte enthält.

9. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Lage aus Verbindungsmetall zwischen den Kontaktenbereichen (34, 34', 36, 36') des Substrates und der Halbleiterfläche (54) jeweils angewendet bzw. aufgebracht ist.

10. Zündvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmetall die Form von Säulen aufweist.

11. Zündvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Säulen ausgelegt ist auf die Größe der Kontaktbereiche (54) des Chips.

12. Zündvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen direkt an den Kontaktbereichen (34, 34', 36, 36') des Substrates gebildet sind.

13. Zündvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen an den Kontaktbereichen (54) des Chips gebildet sind.

14. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmetall ausgewählt ist von der Gruppe bestehend aus Kupfer, Zinn, Blei und Gold.

15. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbereiche (54) an derselben Seite des Chips wie die Mikroschaltung angeordnet sind.

16. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierende Lage, aus z.B. Siliciumdioxid, an der Halbleiterfläche vorgesehen ist.

17. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip passiviert ist.

18. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip Diffusionsbarrieren oder Barrierenmetall umfaßt, bevorzugt ausgewählt von der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Titan, Wolfram, Platin und Gold.

19. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung angeordnet ist an einem Loch (12) in dem Substrat, von dessen Kanten Kontaktbereiche (34, 34', 36, 36') an dem Schaitmuster des Substrates frei vorspringen.

20. Zündvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroschaltungsfläche des Chips hin zu der Musterfläche des Substrates gerichtet ist.

21. Zündvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip gegen die frei vorspringenden Kontaktzungen des Substrates von unten anliegt.

22. Zündvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroschaltungsfläche fluchtend bzw. im Register ist mit der Musterfläche des Substrates.

23. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip und seine Kontakte gedichtet sind durch z.B. Siliconelastomer oder Epoxyharz.

24. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip vollständig oder teilweise nicht umhüllt ist.

25. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche elektrische Komponente die Stromquelle (40) enthält.

26. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) flexibel ist.

27. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) eine Dicke von weniger als 1 mm aufweist.

28. Zündvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Dicke von weniger als 0,5 mm aufweist.

29. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in dem Substrat ausgewählt ist von der Gruppe, bestehend aus Epoxy/Glas, Polyester und insbesondere Polyimid.

30. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungsmuster an dem Substrat gebildet ist durch Bereitstellen der Fläche mit einer Metallage.

31. Zündvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Lage zwischen 5 und 200 µm liegt.

32. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Komponente direkt an dem Schaltungsmuster flächenmontiert ist, und zwar ohne Durchgangsanschlüsse.

33. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Komponenten an Löchern in dem Substrat montiert sind.

34. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (50) den elektrisch betätigbaren Zündkopf (60, 62) an seiner Fläche trägt.

35. Zündvorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (50) den elektrisch betätigbaren Zündkopf (60, 62) an der Seite trägt, welche mit der Mikroschaltung bereitgestellt ist.

36. Zündvorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch betätigbare Zündkopf eine flache Zünd- bzw. Schmelzbrücke (60) und ein pyrotechnisches Element (62) umfaßt.

37. Zündvorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Muster des Chips (50) aufgeteilt ist in eine untere und obere leitfähige Lage, welche gegenseitig isoliert sind mit Ausnahme von Fenstern zum notwendigen Kontakt zwischen den Lagen, und daß die Zünd- bzw. Schmelzbrücke (58, 60) in der oberen Lage ausgelegt ist.

38. Zündvorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Lage im Verbindungsmetall zwischen jeweils Kontaktbereichen des Substrates (34, 34', 36, 36') und der Chipfläche (54) inkorporiert ist.

39. Zündvorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Lage eine Doppellage ist mit einer hochohmigen (58) und einer niederohmigen (60) Lage, und daß die niederohmige Lage bzw. die Lage mit geringem Widerstand an der Schmelz- bzw. Zündbrücke entfernt ist.

40. Zündvorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip vollständig oder teilweise nicht umhüllt ist.

41. Zündvorrichtung nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch zumindest eine Lage aus einem nicht-elektrisch leitfähigen und optional ebenfalls wärmeisolierenden und/oder diffusionshemmenden Material, angeordnet zwischen dem Zündkopf und der Chipfläche.

42. Zündvorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkopf (60, 62) in solch einer Weise ausgerichtet ist, daß er durch ein Loch (12) in dem Substrat für den Chip freigesetzt bzw. freigelegt ist.

43. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungsmuster des Substrates (10) zumindest einen Funkenspalt (20, 20', 22) als einen Störschutz umfaßt.

44. Zündvorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz (26, 26') in der Schaltung nach dem Funkenspalt angeordnet ist, zum Führen von Überschlag- bzw. Durchschlagspannungen zu dem Bereich an dem Funkenspalt.

45. Zündvorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkenspalt (20, 20', 22) hergestellt ist aus Metall mit einer Dicke von weniger als 100 µm.

46. Zündvorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenspalten direkt an der Schaltungsmusterfläche gebildet sind, zum Miteinanderverbinden der elektronischen Komponenten.

47. Zündvorrichtung zum Zünden von Detonatoren mit zumindest einer Basisladung (82) in einem Detonatorgehäuse (80), wobei die Zündvorrichtung umfaßt

einen elektrisch betätigbaren Schmelz- bzw. Zündkopf (60, 62),

eine Stromquelle (40), welche mit dem elektrisch betätigbaren Zündkopf über eine Schalteinrichtung verbunden ist, und eine elektronische Einheit (50), umfassend

- einen Signaldecoder, welcher ausgelegt ist zum Erkennen eines Startsignales, zugeführt zu dem Detonator über einen externen bzw. äußeren Signalleiter (74),

- eine Verzögerungsschaltung, welche in solch einer Weise ausgelegt ist, daß, wenn das Startsignal empfangen wird, sie ein Zündsignal nach einer vorbestimmten Zeit liefert, und

wobei die elektronische Einheit zumindest einen Chip (50) umfaßt, welcher aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist und eine Mikroschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Funkenspalt (20, 20', 22), hergestellt in einer dünnen Metallage, in Verbindung mit einem äußeren bzw. externen Signalleiter (74), in der Form eines elektrischen Drahtes, angeordnet ist.

48. Zündvorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkenspalt (20, 20', 22) leitfähig ist bei Spannungen unterhalb von 1000V.

49. Zündvorrichtung nach Anspruch 47, gekennzeichnet durch Funkenspalten, welche sowohl zwischen den Anschlußdrähten (20, 20') als auch zwischen jedem Leiter und dem Detonatorgehäuse und/oder der Erdung (22) angeordnet sind.

50. Zündvorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz (26, 26') in der Schaltung angeordnet ist, nach dem Funkenspalt, zum Führen von Überschlag- bzw. Übersprungspannungen zu dem Bereich des Funkenspaltes.

51. Zündvorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkenspalt (20, 20', 22) aus einem Metall hergestellt ist mit einer Dicke von weniger als 100 µm.

52. Zündvorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkenspalt (20, 20', 22) hergestellt ist aus einem Metall mit einer Dicke von weniger als 50 µm.

53. Zündvorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip mit dem Substrat mit Schaltmuster mittels direkter Verbindung zwischen freigelegten Kontaktbereichen (54), welche an der Halbleiterfläche angeordnet sind, und entsprechenden Kontaktbereichen (34, 34', 36, 36') an dem Schaltmuster des Substrates verbunden ist.

54. Zündvorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip den betätigbaren Zündkopf (60, 62) an seiner Fläche trägt.

55. Zündvorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) flexibel ist.

56. Zündvorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Lage, welche Teil des Substrates (10) bildet, die Fläche mustert bzw. mit einem Muster versieht zum Miteinanderverbinden von elektronischen Komponenten.

57. Detonator, umfassend zumindest eine Basisladung (82) in einem Detonatorgehäuse (80), dadurch gekennzeichnet, daß er eine Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 47 enthält.