ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОРА С ЗАМЕДЛЕНИЕМ И ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНИМ ОСНОВНЫМ ЗАРЯДОМ В КОРПУСЕ ДЕТОНАТОРА Российский патент 1995 года по МПК F42B3/16 

Изобретение относится к воспламенительным устройствам для инициирования детонаторов с электронной задержкой взрывного сигнала.

Известно воспламенительное устройство для электродетонатора с замедлением и по меньшей мере одним основным зарядом в корпусе детонатора, содержащее электровоспламенительную головку с плавким мостиком, источник тока, соединенный с электровоспламенительной головкой через переключающее средство, электронный блок, включающий средство декодирования сигнала и схему задержки, включенную между средством декодирования и переключающим средством, при этом электронный блок содержит по меньшей мере один полупроводниковый кристалл, снабженный микросхемой, а полупроводниковый кристалл и другие элементы электронного блока электрически и механически соединены друг с другом на подложке, снабженной схемным рисунком [1]
Недостатком известного технического решения является следующее.

Элементы электронного блока соединены обычным образом на жесткой подложке, что повышает затраты и усложняет технологию его изготовления, увеличивает габариты устройства и снижает стойкость к ударам и вибрации.

Целью изобретения является возможность изготовления точного электронного воспламенительного устройства для электродетонатора при упрощении технологии изготовления, снижении стоимости и возможности изготовления устройства в меньших габаритах и массе. Причем повышается стойкость к ударам и вибрации воспламенительного устройства. Кроме того, снижается чувствительность воспламенительного устройства к внешним воздействиям и обеспечивается надежное возгорание электровоспламенительной головки устройства при снижении энергетической потребности и возможности обеспечения небольшой и стабильной задержки.

Цель достигается тем, что в воспламенительном устройстве для электродетонатора с замедлением и по меньшей мере одним основным зарядом в корпусе детонатора, содержащем электровоспламенительную головку с плавким мостиком, источник тока, соединенный с электровоспламенительной головкой через переключающее средство, электронный блок, включающий средство декодирования сигнала и схему задержки, включенную между средством декодирования и переключающим средством, при этом электронный блок содержит по меньшей мере один полупроводниковый кристалл, снабженный микросхемой, а полупроводниковый кристалл и другие элементы электронного блока электрически и механически соединены друг с другом на подложке, снабженной схемным рисунком, полупроводниковый кристалл соединен с подложкой посредством поверхностного монтажа или непосредственного соединения между обнаженными контактными участками, расположенными на поверхности полупроводникового кристалла с соответствующими контактными участками схемного рисунка на подложке, выполненной гибкой или имеющей толщину менее 1 мм и закрепленной крепежным средством.

При этом крепежное средство может быть выполнено окружающим плавкий мостик электровоспламенительной головки, источник тока, электронный блок и подложку, причем в крепежном средстве выполнены отверстия для внешнего проводника и для возможности воздействия плавкого мостика на взрывчатое вещество. В отверстие крепежного средства для возможности воздействия плавкого мостика на взрывчатое вещество можно установить удаляемое или разрушаемое герметизирующее уплотнение.

Крепежное средство может быть выполнено с цилиндрической внешней поверхностью диаметром менее 20 мм и с возможностью установки на торце уплотняющей заглушки с отверстием для соединения с внешним проводником. Кроме того, крепежное средство может быть выполнено из электроизолирующего материала с по меньшей мере одним отверстием для заземляющего контакта между схемами в крепежном средстве и электропроводящим корпусом детонатора.

Воспламенительное устройство может быть снабжено фотоэлектрическим преобразователем с волоконно-оптическим кабелем, являющимся проводником внешнего сигнала, причем выход фотоэлектрического преобразователя соединен с контактными площадками на схеме, предназначенными для внешних электрических проводников.

Между контактными участками подложки и поверхностью полупроводника может быть образован по меньшей мере один слой соединяющего металла.

Соединение полупроводникового кристалла с соответствующими контактными участками схемного рисунка на подложке может быть выполнено в виде отверстия в подложке, вдоль кромок которого свободно выступают контактные площадки схемного рисунка на подложке, при этом контактные участки на полупроводниковом кристалле могут быть выполнены на той же стороне, что и микросхема.

Электровоспламенительная головка может быть выполнена на поверхности полупроводникового кристалла, причем может быть выполнена на той же поверхности, что и микросхема. При этом плавкий мостик электровоспламенительной головки может быть выполнен плоским.

Электропроводящий рисунок микросхемы полупроводникового кристалла может быть поделен на нижний и верхний электропроводящие слои, которые изолированы друг от друга, за исключением окон, предназначенных для необходимого контакта между слоями, при этом плавкий мостик электpовоспламенительной головки может быть образован в верхнем электропроводящем слое, который образует часть металлических колонок на контактных площадках полупроводникового кристалла. При этом верхний электропроводящий слой может быть выполнен двойным, содержащем нижний слой с высоким омическим сопротивлением, предназначенный для образования плавкого мостика электровоспламенительной головки, и верхний электропроводящий слой с низким омическим сопротивлением, предназначенный для образования проводников-выводов источника тока, причем слой с низким омическим сопротивлением удален с плавкого мостика электровоспламенительной головки. В подложке может быть выполнено отверстие для установки полупроводникового кристалла и взрывчатого вещества.

В воспламенительное устройство может быть введен по меньшей мере один искровой разрядник, выполненный в тонком слое металла и соединенный с проводником внешнего сигнала в виде электрического провода, при этом тонкий слой металла может являться частью схемного рисунка на подложке для соединения электронных компонентов между собой и иметь толщину менее 100 мкм. Кроме того, между искроразрядником и полупроводниковым кристаллом может быть включен резистор.

На фиг. 1 показаны секции непрерывной подложки для формирования множества подложек со схемными рисунками; на фиг. 2 отдельная гибкая подложка со схемными рисунками; на фиг. 3 один слой поверхности полупроводникового кристалла; на фиг. 4 второй слой поверхности полупроводникового кристалла; на фиг. 5 детонатор с воспламенительным устройством в разрезе.

Воспламенительное устройство для детонатора содержит электровоспламенительную головку 1 с плавким мостиком 2, источник тока (на чертеже не показан), соединенный с электровоспламенительной головкой 1 через переключающее средство (на чертеже не показано). Электронный блок 3 воспламенительного устройства включает средство декодирования, схему задержки, включенную между средством декодирования и переключающим средством (на чертеже не показаны), по меньшей мере один полупроводниковый кристалл 4, снабженный микросхемой 5. Полупроводниковый кристалл 4 и другие элементы электронного блока 3 электрически и механически соединены друг с другом на подложке 6, снабженной схемным рисунком (фиг.2). Полупроводниковый кристалл 4 соединен с подложкой 6 посредством поверхностного монтажа или непосредственного соединения между обнаженными контактными участками 7, расположенными на поверхности полупроводникового кристалла 4 с соответствующими контактными участками 8 схемного рисунка на подложке 6, выполненной гибкой или имеющей толщину менее 1 мм и закрепленной крепежным средством 9. Крепежное средство 9, выполненное с цилиндрической внешней поверхностью диаметром менее 20 мм, окружает плавкий мостик 2 электровоспламенительной головки 1, источник тока (на чертеже не показан), электронный блок 3 и подложку 6. В крепежном средстве 9 выполнены отверстия для внешнего проводника 10 для возможности воздействия плавкого мостика 2 на взрывчатое вещество, в которое может быть установлено удаляемое или разрушаемое герметизирующее уплотнение, и для заземляющего контакта между схемами в крепежном средстве 9 и корпусом детонатора 11 (на чертеже не показано). На торце крепежного средства 9, выполненного из электроизолирующего материала, установлена уплотняющая заглушка 12 с отверстием 13 для соединения с внешним проводником 10. Соединение полупроводни- кового кристалла 4 с соответствующими контактными участками 8 схемного рисунка на подложке 6 выполнено в виде отверстия 14 в подложке 6, вдоль кромок которого свободно выступают контактные участки 8 схемного рисунка на подложке 6. При этом контактные участки 7 на полупроводниковом кристалле 4 могут быть выполнены на той же стороны, что и микросхема 5. Электровоспламенительная головка 1 выполнена на поверхности полупроводникового кристалла 4, например на той же, что и микросхема 5, при этом плавкий мостик 2 выполнен плоским.

Электропроводящий рисунок полупроводникового кристалла 4 поделен на нижний (фиг.3) и верхний (фиг.4) электропроводящие слои, которые изолированы друг от друга, за исключением окон, предназначенных для необходимого контакта между слоями (на чертеже не показано), при этом плавкий мостик 2 образован в верхнем электропроводящем слое (фиг.4), который образует часть металлических колонок на контактных участках 7 полупроводникового кристалла 4.

В тонком слое металла толщиной менее 100 мкм, являющемся частью схемного рисунка на подложке для соединения электронных компонентов между собой, выполнен искроразрядник 15. Два проводника 16 идут к двум выступам 17 искроразрядника 15 и соединяют их с питающими линиями, выступ 18 искроразрядника 15 соединен через проводники с выступающими частями 19 схемного рисунка, причем эти части заземляют выступ 18 на детонаторный корпус 11. На выступах 17 выполнены контактные площадки для пайки резисторов 20, включенных в схеме между искроразрядником 15 и полупроводниковым кристаллом 4.

Верхний электропроводящий слой полупроводникового кристалла 4 (фиг.4) может быть выполнен двойным, содержащим нижний слой с высоким омическим сопротивлением, предназначенный для образования плавкого мостика 2, и верхний слой с низким омическим сопротивлением, предназначенный для образования проводников-выводов (на чертеже не показаны) источника тока, причем слой с низким омическим сопротивлением удален с плавкого мостика 2.

Устройство может быть снабжено фотоэлектрическим преобразователем с волоконно-оптическим кабелем (на чертеже не показано), являющимся проводником внешнего сигнала, причем выход фотоэлектрического преобразователя соединен с контактными площадками 21 на схеме, предназначенными для внешних электрических проводников.

Между контактными участками 8 подложки 6 и поверхностью полупроводникового кристалла 4 может быть образован по меньшей мере один слой соединяющего металла (на чертеже не показано).

Множество контактных полей 22-26 с контактными языками, направленными к полупроводниковому кристаллу 4, не имеют других электрических контактов с проводящим рисунком и служат в качестве тестовых полей, посредством которых воздействуют на сжигаемые перемычки на полупроводниковом кристалле 4 или для улучшения механического крепления полупроводникового кристалла 4.

Когда необходимые компоненты смонтированы на подложке 6, ее помещают в крепежное средство 9 для защиты компонентов и фиксированного их крепления. Крепежное средство 9 позволяет самостоятельно транспортировать воспламенительное устройство.

Воспламенительное устройство работает следующим образом.

При получении по внешнему проводнику 10 сигнала он проходит обработку в электронном блоке 3, сигнал декодируется, задерживается и затем приводит в действие переключающее средство, соединяющее источник тока с электровоспламенительной головкой 1, при этом ее плавкий мостик 2 плавится и инициирует взрывчатое вещество.

Размещение электровоспламенительной головки 1 на поверхности полупроводникового кристалла 4 позволяет уменьшить вес изделия и получить лучшую совместимость с подложкой 6 для лучшей амортизации детонирующего удара. Кроме того, при таком размещении электровоспламенительной головки 1 можно достичь определенных производственных преимуществ, так как плавкий мостик 2 и соответствующую схемотехнику можно выполнить на том же производственном этапе, что и микросхему 5. Проводные соединения оказываются намного короче, что делает их менее чувствительными к действию блуждающих токов. Уменьшение веса проводных соединений наряду с уменьшением габаритов повышает устойчивость к вибрации. Микросхема 5 и соединенный с ней плавкой мостик 2 поглощают меньше энергии, особенно когда течет большой ток.

Под влиянием механических и электрических помех точность задержки взрыва может ухудшаться. Поскольку настоящее воспламенительное устройство является более стойким к этим помехам, то оно имеет повышенную точность.

Использование: инициирование детонаторов с электронной задержкой взрывного сигнала. Сущность изобретения: воспламенительное устройство содержит по крайней мере один полупроводниковый кристалл с микросхемой, который соединен с подложкой посредством поверхностного монтажа или непосредственного соединения между обнаженными контактными участками, расположенными на поверхности полупроводникового кристалла с соответствующими контактными участками схемного рисунка на подложке, выполненной гибкой или имеющей толщину менее 1 мм и закрепленный крепежным средством. Электровоспламенительная головка может быть размещена на поверхности полупроводникового кристалла. Схемный рисунок на подложке может содержать искроразрядник, выполненный в тонком металлическом слое. 19 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОРА С ЗАМЕДЛЕНИЕМ И ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНИМ ОСНОВНЫМ ЗАРЯДОМ В КОРПУСЕ ДЕТОНАТОРА, содержащее электровоспламенительную головку с плавким мостиком, источник тока, соединенный с электровоспламенительной головкой через переключающее средство, электронный блок, включающий средство декодирования сигнала и схему задержки, включенную между средством декодирования и переключающим средством, при этом электронный блок содержит по меньшей мере один полупроводниковый кристалл, снабженный микросхемой, а полупроводниковый кристалл и другие элементы электронного блока электрически и механически соединены друг с другом на подложке, снабженной схемным рисунком, отличающееся тем, что полупроводниковый кристалл соединен с подложкой посредством поверхностного монтажа или непосредственного соединения между обнаженными контактными участками, расположенными на поверхности полупроводникового кристалла с соответствующими контактными участками схемного рисунка на подложке, выполненной гибкой или имеющей толщину менее 1 мм и закрепленной крепежным средством. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крепежное средство выполнено окружающим плавкий мостик электровоспламенительной головки, источник тока, электронный блок и подложку, при этом в крепежном средстве выполнены отверстия для внешнего проводника и для возможности воздействия плавкого мостика на взрывчатое вещество. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в отверстии крепежного средства для возможности воздействия плавкого мостика на взрывчатое вещество установлено удаляемое или разрушаемое герметизирующее уплотнение. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что крепежное средство выполнено с цилиндрической внешней поверхностью диаметром менее 20 мм и с возможностью установки на торце уплотняющей заглушки с отверстием для соединения с внешним проводником. 5. Устройство по п.2 или 4, отличающееся тем, что крепежное средство выполнено из электроизолирующего материала с по меньшей мере одним отверстием для заземляющего контакта между схемами в крепежном средстве и электропроводящим корпусом детонатора. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено фотоэлектрическим преобразователем с волоконно-оптическим кабелем, являющимся проводником внешнего сигнала, причем выход фотоэлектрического преобразователя соединен с контактными площадками на схеме, предназначенными для внешних электрических проводников. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между контактными участками подложки и поверхностью полупроводникового кристалла образован по меньшей мере один слой соединяющего металла. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение полупроводникового кристалла с соответствующими контактами участками схемного рисунка на подложке выполнено в виде отверстия в подложке, вдоль кромок которого свободно выступают контактные площадки схемного рисунка на подложке. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактные участки на полупроводниковом кристалле выполнены на той же стороне, что и микросхема. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка выполнена на поверхности полупроводникового кристалла. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что электровоспламенительная головка выполнена на той же поверхности полупроводникового кристалла, что и микросхема. 12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что плавкий мостик электровоспламенительной головки выполнен плоским. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электропроводящий рисунок микросхемы полупроводникового кристалла поделен на нижний и верхний электропроводящие слои, которые изолированы друг от друга, за исключением окон, предназначенных для необходимого контакта между слоями, при этом плавкий мостик электровоспламенительной головки образован в верхнем электропроводящем слое. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что верхний электропроводящий слой, в котором образован плавкий мостик электровоспламенительной головки, образует часть металлических колонок на контактных участках полупроводникового кристалла. 15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что верхний электропроводящий слой выполнен двойным, содержащим нижний слой с высоким омическим сопротивлением, предназначенный для образования плавкого мостика электровоспламенительной головки, и верхний слой с низким омическим сопротивлением, предназначенный для образования проводников-выводов источника тока, причем слой с низким омическим сопротивлением удален с плавкого мостика электровоспламенительной головки. 16. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в подложке выполнено отверстие для установки полупроводникового кристалла и взрывчатого вещества. 17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введен по меньшей мере один искроразрядник, выполненный в тонком слое металла и соединенный с проводником внешнего сигнала в виде электрического провода. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что тонкий слой металла является частью схемного рисунка на подложке для соединения электронных компонентов между собой. 19. Устройство по п.17 или 18, отличающееся тем, что в него введен резистор, включенный в схеме между искроразрядником и полупроводниковым кристаллом. 20. Устройство по п.17 или 18, отличающееся тем, что тонкий слой металла выполнен толщиной менее 100 мкм.