JP3706632B2 - 電子起爆装置及びその製造方法、並びに自動車用安全システム - Google Patents

Description

本発明は、電子起爆装置に関するものである。
このタイプの装置の目的は、或る機構を動作させるために所定の閾値よりも大きい電流が流れることにより点火される。
この電子起爆装置は、電子技術的な連鎖に集積することを意図する。特に、自動車又は他の車両の安全システムに使用し、例えば、安全エアバッグを動作させるのに使用する。更に、例えば、ミサイルにも使用することができる。
このような電子起爆装置は、例えば、米国特許第５，２３０，２８７号に記載されている。この既知の電子起爆装置は、ベースプレートに挿入した電流供給用の２個の電気ピンと、前記２個のピン間の電気的接続を可能にするブリッジと、容器に収容した火薬成分とを具え、前記ブリッジをウェハ上に配置し、前記ブリッジとウェハにより電子マイクロコンポーネントの一部を構成し、ウェハを前記ピンに接続し、前記火薬成分を前記容器内に圧縮し、前記容器内で前記火薬成分及び前記マイクロコンポーネントを一緒に加圧状態にする。
更に、本発明は電子起爆装置の製造方法及び１個又はそれ以上の起爆装置を有する自動車用安全システムに関するものである。
これまで使用されてきた起爆装置は、火薬成分に接触するよう配置した導通用のブリッジを形成するはんだ付けしたフィラメントによって接続した２個の電気ピンを有する装置によって構成するのが一般的であった。
このようなピン間の接続は、基本的に点火に対する十分な制御が行われないという大きな欠点があった。
より改良された起爆装置においては、導通用のブリッジをプリント回路又は同様な支持体上に形成するものがあった。この場合一層高い精度が可能である。
しかし、やはり大きな欠点が残存した。特に、はんだのビードを導通用のブリッジ及び電流供給用のピンとの間の電気接続部に設けることが必要である。このことは、導通用のブリッジの火薬成分に対するインターフェースの平坦性を損ない、熱交換の均一性に悪影響を与える。はんだのビードは、滴下堆積又は火薬生成物ペイントの堆積を含めて堆積技術上不可避のものであり、この技術は大量生産には不向きである。
更に、このような装置は、導通用ブリッジ又は半導体ブリッジを収容するのに適さない構造を有している。
従来の起爆装置の他の欠点は、静電気放電からの保護が考慮されていない点である。この静電気放電は極めて深刻な自体をユーザーに引き起こす。
更に、漏れの検出に関しては、ヘリウムを注入し、吸気によって検出することを行っている。この方法は実施に時間がかかり、極めて信頼性が低い。
本発明の目的は、これらの欠点を解決するにある。
従って、本発明の目的は点火制御を精密に行うことができ、極めて高い信頼性を有する高い連鎖反応を引き起こすことができる電子起爆装置を得るにある。
本発明の他の目的は、導通用又は半導体ブリッジを同一のアーキテクチャで良好に収容することができる起爆装置を得るにあり、半導体ブリッジの場合、火薬成分との熱交換が一層急激に行われる。
更に、本発明の目的は、経時的に安定した起爆装置を得るにある。
更に、本発明の他の目的は、静電気放電を保護することができる起爆装置を得るにある。
更に、本発明の他の目的は、火薬成分を圧縮した形式で使用することができ、長期間の保存後にもブリッジと火薬成分との間のインターフェースの一体性を保持できる技術を得るにある。
更に本発明の他の目的は、気密性により寿命の長い起爆装置を得るにある。
更に、本発明は、上述の利点を有する電子起爆装置を製造する方法に関するものである。
更に、本発明はこのような起爆装置を有する自動車用の安全システムに関するものである。
本発明は、
-ベースプレートに挿入した電流供給用の２個の電気ピンと、
-前記２個のピン間の電気的接続を可能にするブリッジと、
-容器に収容した火薬成分と
を具えた電子起爆装置に関するものである。
本発明によれば、前記ブリッジをウェハ上に配置し、前記ブリッジとウェハにより電子マイクロコンポーネントの一部を構成し、ウェハを前記ピンに接続し、前記火薬成分を前記容器内に圧縮し、前記容器内で前記火薬成分及び前記マイクロコンポーネントを一緒に加圧状態にする。
従来の起爆装置と比較すると、本発明による起爆装置は、導通用ブリッジも半導体ブリッジも同じように一体化することができる独特のアーキテクチャを有する。更に、本発明による起爆装置は、電気副組立体及び火薬副組立体の２個の副組立体を加圧状態の下で組み合わせ、マイクロコンポーネントと火薬成分との間のインターフェースの一体性を保持することができる。火薬成分の圧縮によって更に、電子コンポーネントのブリッジによる点火制御が完全になる。
本発明の好適な実施例においては、容器を気密壁により構成し、またベースプレートを気密性にし、壁とベースプレートとの接続を気密にする。このようにして火薬成分に対する浸入を防止する。
本発明による起爆装置は、容器の内部にハウジングを設け、このハウジング内に、漏れを吸気によって検出することができるヘリウムを含浸させた材料を収納したことを特徴とする。
起こりうる漏れを検出するのに使用されていた面倒な従来の方法の代わりに、本発明による起爆装置は、気密性の検査を極めて簡単に行うことができる。ヘリウムを含浸しさせた材料は、例えば、スポンジにより構成し、ケースの漏れはヘリウム損失を生じ、このヘリウム損失は吸気によって容易に検出することができる。
気密性の壁を有するために、本発明による起爆装置の好適な実施例においては、前記容器を、電気絶縁性のカップと、このカップを収容する気密壁を有する金属製のケースとにより構成する。
好適には、前記容器に、前記火薬成分の点火が優先的に作用するよう脆弱化した領域を設ける。
更に、本発明の好適な実施例においては、前記カップとともに電気絶縁ケージを構成する絶縁キャップを設け、このケージにより、特に、静電気の放電による衝撃から火薬成分を保護する。
更に、前記ブリッジを一定厚さを有する抵抗層によって構成した導通部材とするとよい。
前記抵抗層は矩形の表面を有するものとして構成するとよい。
更に、ブリッジを半導体とすると好適である。
また、ウェハの両側の端部に、それぞれ前記ピンをろう付けし易くするための接点パッドを設けると好適である。
この装置は、はんだのビードによって生ずる問題が回避される。
更に、本発明は、電子起爆装置を製造する方法に関するものである。本発明製造方法によれば、
-火薬成分を容器内に圧縮して詰め込んで火薬副組立体を形成する第１ステップと、
-ウェハ上にブリッジを配置し、このウェハをベースプレートに埋設した電気ピンにろう付けして不活性副組立体を形成する第２ステップと、
-火薬副組立体及び不活性副組立体を圧力を加えて互いに結合する第３ステップと
により構成する。
このように、２個の副組立体による分離した組立体によって、実施が簡単になり、トリガ特性の精度が高くなる。
更に、本発明は、本発明による電子起爆装置を少なくとも１個を設けた自動車用安全システムに関し、安全機構の動作の信頼性を高める。
本発明を図面につき詳細に説明する。
図１は、本発明による起爆装置の一部を形成する電気素子を有する不活性副組立体の縦断面図、
図２は、図１の不活性副組立体に対応する火薬副組立体の縦断面図、
図３は、起爆装置の実施例を構成する図１及び図２の副組立体及び火薬副組立体よりなる組立体の説明図、
図４は、図３の起爆装置に使用する電子マイクロコンポーネントのIV-IV線上の断面図、
図５は、図４のブリッジの斜視図である。
本発明による電子起爆装置１は、図３に示すように、２個の部分即ち、電気素子をる第１の不活性副組立体１８と、点火に使用する生成物を収容する第２の火薬副組立体１９とを有する。
図１に示す不活性副組立体１８は、電気回路に接続することを意図した２個の電気ピン７を有する。電流を供給するためのこれら２個の金属ピン７は、代表的にはＦＮ５０鉄-ニッケル合金で形成する。ピンは電気絶縁ベースプレートにハーメチックシールする。このベースプレートはガラスで形成すると好適であるが、例えば、セラミック又はプラスチックによっても形成することができる。円筒体９によりこのベースプレート８を包囲し、このベースプレート８にハーメチックに結合する。この金属製の円筒体９はステンレススチールにより形成すると好適である。ベースプレート８は、ピン７に装着されるキャップによってカバーする。このキャップ１０は電気絶縁材料で形成すると好適であり、またプラスチックにより形成すると好適である。代表的にはポリアミドにより形成する。キャップ１０は金属製の円筒体９を火薬部分から電気的に絶縁する。
電子マイクロコンポーネント２０をピン７にろう付けする。キャップ１０はこのキャップの位置決めを容易にしかつ火薬部分の絶縁に寄与する。
火薬副組立体１９は、図２に示すように、起爆用火薬成分４を有する。この成分は感熱物質とする。代表的には、この火薬成分は、アジ化鉛、テトラゼン、モノニトロレゾルシン鉛、ジニトロレゾルシン鉛、及びトリニトロレゾルシン鉛の中から選択したものとすることができる。例えば、最後のトリニトロレゾルシン鉛を選択する。
火薬成分４に爆発効果を増強する成分５を付随させる。この増強成分５は酸化還元タイプとする。この還元剤は、ジルコニウム、チタン、又はボラン（水素化ホウ素）に基づくものとするのが代表的である。好適には、５０〜７０％の過塩素酸カリウム、０〜１０％のホウ素、２０〜４０％の水素化チタン、及び２〜５％のフッ素化合物系の結合剤を含有するものとする。
成分４，５を絶縁カップ３内に圧力を加えて圧縮する。この絶縁カップ３はプラスチック材料により形成すると好適である。爆発効果を増強する成分５は、カップ３の底部１６に圧縮して詰め込み、その上に火薬成分４を圧縮して詰め込む。例えば、５０ｍｇの成分５、３０ｍｇの成分４を順次詰め込む。
火薬成分４及び爆発効果増強成分５を収容するカップ３自体をケース２に収納し、このケース２は金属により形成すると好適である。
カップ３及びキャップ１０を組み合わせる場合、電気絶縁ケージを構成し、特に、静電気の放電による衝撃から火薬成分を保護するようにする。
ケース２には薄くして予め脆弱化した底部１５を設ける。火薬成分４の点火は底部１５の方向に優先的に作用する。カップ３の底部１６も薄い厚さにする。
カップ３の底部１６とケース２の底部１５との間にハウジング６を生ずる。このハウジング６にはヘリウムを含浸させた材料、好適には、薄いディスク形状のものを充填する。この材料をケース２の底部１５に入れた後にカップ３を配置する。この装置によれば、ヘリウム検出器によって起爆装置１のハーメチックシールを簡単にテストすることができる。
不活性副組立体１８及び火薬副組立体１９を、図３に示すように、共通軸線３の周りに密に組み合わせ、起爆装置１を形成する。ケース２及び円筒体９を、レーザリング溶接部１２によって一体にする。この溶接により、一定の圧縮状態を維持し、かつハーメチックシールを保証する。例えば、充填した火薬成分に対して５００ｂａｒの圧縮状態を保証することができる。２個の副組立体１８，１９の組み立ては、ケース２を円筒体９を接着によって行うことができる。
２個の副組立体１８，１９を圧力の下で組み合わせることにより、マイクロコンポーネント２０と火薬成分４との間に熱交換制御を阻害する空気が侵入するのを回避する。この組み立ての主な利点は、ブリッジ２３と成分４との間のインターフェースの一体性を保持することができる点であり、このことにより所要の構成に従って精密にインターフェースを形成することができる。
このようにして行う組立体において、キャップ１０は火薬成分４を金属性の円筒体９から電気的に絶縁する。ガラス製のベースプレート８は、ピン７と金属製の円筒体９９との間の通路をハーメチックシールし、また圧縮状態を維持することができる。
溶接部１２により、一方ではケース２と円筒体９との間、他方ではケース２とカップ３との間の浸潤を防止し、成分４，５の内容に対する良好なハーメチックシールを生ずることができる。更に、圧縮条件を維持することができる。
図４に詳細に示す電子マイクロコンポーネント２０は、アルミナにより形成するのが好適なウェハ１１を有する。例えば、このウェハ１１の長さＬ１は一方のピン７から他方のピンまでの方向に３ｍｍとし、幅Ｌ２を２．５４ｍｍとし、厚さを０．６３５ｍｍとする。このウェハ１１にフォトリソグラフィ方法を使用して２個の導体トラック２２を堆積させ、各ピン７の側に対称的に配置する。トラック２２は約１００μｍのギャップＬ３によって分離する。
このギャップＬ３にブリッジ２３をシルクスクリーンで形成する。このブリッジはフォトリソグラフィによっても、又は真空堆積によっても形成することができる。図示の実施例では、このブリッジを抵抗とし、ルテニウムをベースとしたインクでシルクスクリーンによって形成するのが一般的である。
図４及び図５に示したブリッジ２３は、ウェハ１１の長さＬ１に適合する長さＬ′１、ウェハ１１の幅Ｌ２に従うＬ′２、及び厚さｅを有する。従って、Ｌ′１×Ｌ′２に等しい面積を有する。断面積はｅ×Ｌ′２として規定される。ブリッジの抵抗率をρとするとブリッジの抵抗Ｒは以下のようになる。即ち、

となる。
抵抗ブリッジ２３の矩形面積Ｓに関してＬ′１／Ｌ′２の比を一定に維持する場合、抵抗Ｒは厚さｅ及び抵抗率ρを変化させることによって簡単に変更することができる。特にＬ′１がＬ′２に等しい方形の面積Ｓを選択することができる。この場合、抵抗Ｒはρ／ｅとなる。
長さＬ′１、Ｌ′２を選択することによって、二つの重要な値即ち、非作動電流Ｉ０及び作動電流Ｉ１を調整することができる。電流Ｉ０はブリッジ２３を流れる閾値電流であり、この電流がないと、ウェハ１１の加熱は起爆装置１の点火のトリガには不十分となる。非作動電流Ｉ０よりも大きい作動電流Ｉ１は、起爆装置１がシステム的に点火する閾値をなす。Ｉ０とＩ１との間の値では点火のトリガは保証されない。
電流Ｉ０及びＩ１は、面積Ｓを変更することによって容易に調整することができる。面積が小さければ小さいほど、Ｉ０及びＩ１の値は小さくなる。ブリッジ２３もこの値の決定要因となる。
従って、抵抗ブリッジ２３の寸法、機械的及び温度特性抵抗を注意深く選択することにより、抵抗Ｒ及び電流Ｉ０及びＩ１を精密に調整することができる。
例えば、ブリッジ２３を方形の面積を有し、Ｌ′１及びＬ′２の双方を１５０μｍとする。自動車の場合、抵抗Ｒは２Ω±０．１５Ωのオーダーの値とするのが一般的である。
プラチナ-ゴールドで形成した接点パッド２１を、ピン７の位置に対応させてウェハ１１の両側の端部にそれぞれ堆積する。パッド２１によりウェハ１１の幅Ｌ２の全体にわたりこれら端部をカバーする。これらのパッドは、ウェハ１１の端部に対応する端縁２４とともにウェハ１１の両側の表面にも堆積させる。これらのパッド２１は、プリント回路上に電子コンポーネントの表面を取り付けるのと同様にピン７のろう付けを容易にする。ピン７は、広く知られているはんだ付方法に従ってウェハ１１に接続する種類とする。
ウェハ１１、抵抗ブリッジ２３、導電トラック２２及び接点パッド２１を有する組立体は電子マイクロコンポーネント２０を構成する。
半導体ブリッジ２３の場合も採用する構成は全く同一とする。ウェハ１１は、セラミック材料で形成した支持体上に堆積させる半導体材料により形成するのが一般的である。
半導体ブリッジ２３を使用することは、起爆装置１のトリガを極めて精密に行うことができるため特に有利である。実際上、一定レベルの電圧でのみ抵抗性を示すことになる。このレベルに達したとき、ブリッジ２３のヒートアップから始まり、抵抗の連続的な減少、及び火薬成分４のプラズマ放電で終了するカスケード現象を生ずる。点火を生ずるには僅かな電流印加時間だけでよい。
抵抗による電子マイクロコンポーネント２０の熱交換は熱伝導により生ずるとともに、半導体による電子マイクロコンポーネントの熱交換は基本的に対流によって生ずる。火薬成分４とコンポーネント２０との間の完全に制御されたインターフェースが重要性はそれほど大きくはないと認識されているが、望ましいことには違いない。
組み立て中は、不活性副組立体１８及び火薬副組立体１９の圧力の下で組み立て、例えば、５００ｂａｒの圧力を火薬成分４に加える。この後、これらの副組立体を溶接部１２によって接合し、圧力釈放後にもそれまで加えていた圧力を維持する。
副組立体１８，１９を製造するアーキテクチャは互いに独立したものとする。このことは、副組立体１８，１９から同一場所で２つのタイプの起爆装置を製造するのを簡単にする。この汎用的な構成は点火を極めて精密なものにすることができる。
操作起爆装置１の気密性を自動車に設置する前に、ハウジング６に蓄積したヘリウムを含浸させた材料からの漏れがないかをヘリウム検出器によって検証しておく。
動作にあたり、導通用のブリッジ２３の存在により、コンポーネント２０の電気回路に接続したピン７を僅かな電流が流れる。ゼロである場合もあるこの電流は起爆装置１をトリガするのに不十分である。導通用のブリッジ２３には非作動電流Ｉ０よりも小さい電流を流す。起爆装置１の点火は、ピン７を流れる電流を作動電流Ｉ１よりも大きい電流に適切に増加させることによって生ずる。導通用のブリッジ２３が極めて急激に発熱し、この熱がウェハ１１を経て火薬成分４に伝達される。これによって爆発がトリガされ、この爆発作用がカップ３の底部１６に伝わる。
ブリッジ２３が半導体である場合も動作は同じである。しかし、起爆装置１の点火は、ピン７を流れる電流が半導体ブリッジ２３に関連する閾値を越える値になったとき一層急激に発生し、瞬時で十分である。
上述のブリッジ２３の実施例は特に有利であるが、他の構成とすることもできる。特に、ブリッジ２３は薄いレバー並びに厚いレバーによって構成することもできる。更に、表面Ｓは矩形以外の形状例えば、円形又は多角形形状にすることができる。
更に、図示の実施例のように気密性があまりよくなく、コンポーネント２０と火薬成分４との間のインターフェースが徐々に変化する場合には、ケース２及び円筒体９をプラスチック材料により一体に形成することもでき、このとき絶縁カップ３は不要になる。
本発明による起爆装置は、特に、自動車における安全機構例えば、エアバッグ、ドアロック及びロック解除のための装置、安全ベルトのプリテンショニング装置を急激に動作させるものとして使用することができる。しかし、或る機構に対して急激なトリガ及び良好な制御を必要とする他の装置にも適用できる。例えば、攻撃用又は防御用の軍事システム、及び火災又は洪水を保護するためのシステムに適用することもできる。

Claims (10)

1. -ベースプレートに挿入した電流供給用の２個の電気ピン（７）と、
   -前記２個のピン間の電気的接続を可能にするブリッジ（２３）と、
   -容器（２，３）に収容した火薬成分（４）と
   を具え、前記ブリッジ（２３）をウェハ（１１）上に配置し、前記ブリッジ（２３）とウェハ（１１）により電子マイクロコンポーネント（２０）の一部を構成し、ウェハ（１１）を前記ピン（７）に接続し、前記火薬成分（４）を前記容器（２，３）内に圧縮し、前記容器（２，３）内で前記火薬成分（４）及び前記マイクロコンポーネント（２０）を一緒に加圧状態にした電子起爆装置（１）において、更に、起爆装置のハーメチックシールを簡単にテストできるようにするため、容器（２，３）の内部にハウジング（６）を設け、このハウジング（６）内に、ヘリウムを含浸させた材料を収納し、ヘリウムの漏れをヘリウム検出器によって検出できるようにしたことを特徴とする電子起爆装置。
2. 前記容器を気密壁により構成し、前記ベースプレート（８）を気密に形成し、前記ベースプレート（８）と前記容器（２，３）の壁間の連結も気密にした請求項１記載の電子起爆装置。
3. 前記容器（２，３）を、電気絶縁性のカップ（３）と、このカップを収容する気密壁を有する金属製のケース（２）とにより構成した請求項２記載の電子起爆装置。
4. 前記カップ（３）とともに電気絶縁ケージを構成する絶縁キャップ（１０）を設け、このケージにより、特に、静電気の放電による衝撃から火薬成分を保護するようにした請求項３記載の電子起爆装置。
5. 前記容器（２，３）に、前記火薬成分（４）の点火が優先的に作用するよう脆弱化した領域（１５，１６）を設けた請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の電子起爆装置。
6. 前記ブリッジ（２３）を一定厚さ（ｅ）を有する抵抗層（２３）によって構成した導通部材とした請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の電子起爆装置。
7. 前記抵抗層を矩形の表面（Ｓ）を有するものとして構成した請求項６記載の電子起爆装置。
8. 前記ブリッジ（２３）を半導体とした請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の電子起爆装置。
9. 前記ウェハ（１１）の両側の端部に、それぞれ前記ピン（７）をろう付けし易くするための接点パッド（２１）を設けた請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の電子起爆装置。
10. 安全機構の動作の信頼性を高める請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の電子起爆装置を少なくとも１個具えた自動車用安全システム。

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