CH674570A5 - - Google Patents

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PATENTANSPRÜCHE 12. Sprengzünder mit einem Gehäuse (72) und einem

1. Sprengzünder-Zündelement mit wenigstens einer Ener- Sprengzünder-Zündelement nach einem der Ansprüche 8 bis giedissipationseinrichtung (12,90,225), die auf oder in einem 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sprengzünder-Zünd-Substrat ( 10,20,212) angeordnet ist, in welchem ein inte- element im Gehäuse (72) zusammen mit Explosivstoff-Mate-grierter Schaltkreis hergestellt ist, und einem Explosivstoff s rial angeordnet ist, welches mittels des Zündelementes

(60,222) benachbart zur Energiedissipationseinrichtung zündbar ist.

angeordnet, die beim Gezündet werden den Explosivstoff 13. Sprengzünder nach Anspruch 12, dadurch gekenn-durch Dissipation von Energie zündet, gekennzeichnet durch zeichnet, dass er Energiespeichermittel (84) aufweist, um eine Passivationsschicht (34,214,236) zwischen mindestens elektrische Energie der Energiedissipationseinrichtung und einem Abschnitt des Substrates (10,20,212) und mindestens io der integrierten Schaltungsanordnung zuzuführen.

einem Abschnitt des Explosivstoffes (60,222). 14. Reihensprengsatz mit einer Vielzahl von Sprengzün-

2. Sprengzünder-Zündelement nach Anspruch 1, wobei dem (74) nach einem der Ansprüche 12 oder 13 und Mittel die Energiedissipationseinrichtung (12) ein Widerstandsele- (92,96) zur Steuerung der Zündung der einzelnen Zünder ment auf einer Oberfläche des Substrates oder im Substrat (Fig. 7).

(10) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsele- is 15. Reihensprengsatz nach Anspruch 14, dadurch gekenn-

ment aus wenigstens einem der folgenden Bestandteile ; zeichnet, dass der integrierte elektronische Schaltkreis von

Nickel-Chrom-Legierung, Gold, Wolfram, Aluminium, Zir- jedem einzelnen Sprengzünder-Zündelement Kommunika-

konium, Polysilicon und Metallsilikat, oder mittels Diffu- tionsmittel (44) umfasst, welche auf ein Signal von den ent-

sions- oder Implantiertechnik gebildet ist. sprechenden Zündungssteuerungsmitteln (92,96)

3. Sprengzünder-Zündelement nach Anspruch 1, wobei zo ansprechen, um ein Signal über den Status der elektroni-das Energiedissipationselement ein Halbleiterelement (225) sehen Festkörpereinrichtung an die Zündungssteuerungs-ist, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eines der fol- mittel zu übertragen.

genden Teile umfasst : einen Transistor, einen Feldeffekttran- 16. Reihensprengsatz nach Anspruch 15, wobei eine Viel-sistor, eine Vierschichteinrichtung, eine Zenerdiode und eine zahl von Sprengzündern in Serie miteinander verbunden

Leuchtdiode. 25 sind (Fig. 7), gekennzeichnet durch eine Abschlusseinheit

4. Sprengzünder-Zündelement nach Anspruch 1, wobei (90) an einem Ende der in Serie verbundenen Sprengzün-die Energiedissipationseinrichtung ein Feldeffektelement dern, wobei die Kommunikationsmittel der betreffenden (90) ist, dadurch gekennzeichnet, dass es auf dem Substrat Sprengzünder-Zündelemente ihre entsprechenden Statussig-zwei beabstandete Elektroden (102,104) aufweist, und dass naie an die betreffenden Zündungssteuerungsmittel übereine Spannung über die Elektroden bei der Verwendung 30 tragen und wobei die Abschlusseinheit (90) ein Signal an die anzulegen ist, um ein elektrisches Feld hoher Intensität oder Zündungssteuerungsmittel überträgt, um das Ende der in eine elektrische Entladung hoher Intensität zwischen den Serie verbundenen Zünder anzuzeigen.

Elektroden zu erzeugen.

5. Sprengzünder-Zündelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass einFeldsensibilisator vorgesehen ist, 35 BESCHREIBUNG

der beim Auftreten eines elektrischen Feldes hoher Inten- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sprengzünder-

sität reagiert, um den Explosivstoff (60,222) zu zünden. Zündelement gemäss dem Oberbegriff nach Anspruch 1, ein

6. Sprengzünder-Zündelement nach Anspruch 5, mit Sprengzünder mit einem Gehäuse und mit einem Spreng-einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Explosiv- zünder-Zündelement, sowie einen Reihensprengsatz.

Stoff flüssig oder gasförmig und in dem Behälter (72) 40 Insbesondere betrifft die Erfindung ein Zündelement für zusammen mit dem Sprengzünder-Zündelement dicht ver- einen Sprengzünder beim Einsatz von Sprengstoffen, das in schlössen ist. einen Sprengzünder eingebaut zur Verwendung bei einem

7. Sprengzünder-Zündelement nach einem der Ansprüche System mit aufeinanderfolgenden Sprengungen geeignet ist. 1 bis 6, dadurch gekennzeichent, dass der Explosivstoff (60, Bei einem System mit aufeinanderfolgenden Sprengungen 222) mindestens an einer Oberfläche des Substrates oder an 45 ist es notwendig, das Zünden der einzelnen Sprengladungen der Passivierungsschicht anhaftet, und dass ein Haftunter- sicher und genau zu steuern. Es wurden verschiedene Ver-stützungsmittel verwendet ist, um die Verbindung zwischen suche unternommen, um dies mittels verschiedener Arten dem Explosivstoff und der Substratoberfläche oder der Passi- von Sprengzündern zu erreichen. Nach Kenntnis des Anmel-vierungsschicht zu verbessern. ders erfüllen solche Sprengzünder, obgleich sie in verschie-

8. Sprengzünder-Zündelement nach einem der Ansprüche 50 dener Hinsicht zufriedenstellend sind, nicht alle der fol-

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10,20, genden Kriterien: niedrige Zusammenbaukosten, geringer

212) eine elektronische Festkörpereinrichtung bildet, die Energiespeicherbedarf vor und während der Sprengung,

eine integrierte Schaltkreisanordnung zur Steuerung der scharfe Sicherheitsnormen, genaue Übermittlungs- und Zeit-

Betätigung der Energiedissipations-Einrichtung aufweist. Steuerperioden, absolut zuverlässiger Betrieb und von vorne

9. Sprengzünder-Zündelement nach Anspruch 8, dadurch ss herein sichere Arbeitsweise.

gekennzeichnet, dass die elektronische Festkörpereinrich- Gemäss den oben geforderten Kriterien schafft die vorlie-

tung Überspannungsschutzmittel (30) aufweist, die mit der gende Erfindung ein Zündelement für Sprengzünder mit

Energiedissipationseinrichtung verbunden sind. wenigstens einer Energiedissipationseinrichtung gemäss dem

10. Sprengzünder-Zündelement nach Anspruch 8 oder 9, Wortlaut nach Anspruch 1.

dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Festkörper- so Die Energiedissipationseinrichtung kann widerstands-

einrichtung Schaltmittel (14) aufweist, die mit der Energie- mässig sein, von einer Halbleitereinrichtung oder einer dissipationseinrichtung verbunden sind, um einen Schutz Feldeffekteinrichtung gebildet sein.

gegenüber induzierten elektrischen Strömen und eine genaue Im ersten Fall kann die Energiedissipationseinrichtung als

Steuerung der Zündung des Explosivstoffes zu schaffen. eine Widerstandsschicht ausgebildet sein, die auf dem Sub-

11. Sprengzünder-Zündelement nach einem der 65 strat aufgebracht ist. Ein durch die Widerstandsschicht hin-Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ener- durchfliessender Strom bewirkt deren Erwärmung. Beispiels-giedissipationseinrichtung einstückig mit der elektronischen weise kann die Widerstandsschicht aus wenigstens einem der Festkörpereinrichtung ausgebildet ist. folgenden, hier als «die bevorzugten Materialien» genannt,

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sein: Nickelchrom, Gold, Wolfram, Aluminium, Zirkonium, Polysilicium, eine Titan/Wolfram-Mischung und Metallsilikate.

Ein Widerstandselement kann auch beispielsweise mittels einer Diffusions- oder Implantationstechnik her gestellt werden. Beispielsweise kann im ersten Fall eine Schicht aus P-Typ Silicum in ein Substrat von hauptsächlich N-Typ Silicum diffundiert werden, um das Widerstandselement zu schaffen. Die P-Typ und N-Typ Silicumschichten können auch ausgetauscht sein. Im letzteren Fall können Ionenimplantationstechniken verwendet werden, um das Widerstandselement zu bilden.

Das Widerstandselement kann so ausgelegt sein, dass es Wärme abgibt, wenn ein elektrischer Strom durch es hin-durchfliesst. Bei einer Abänderung dieser Art ist das Widerstandselement so ausgebildet, dass es eine Schmelzverbindung bildet, die schmilzt, wenn ein Strom vorbestimmter Stärke durch sie hindurchfliesst. Das Schmelzen der Verbindung gibt dann eine vorbestimmte Energiemenge frei. Die Freigabe der Energie wird verwendet, um eine erste Zündstoffladung zu zünden. Eine Vielzahl von Verbindungen kann auf dem gleichen Substrat verwendet werden, um die Zündwahrscheinlichkeit zu erhöhen.

Wenn Niederschlagtechniken verwendet werden, um das Widerstandselement zu bilden, kann das Element als eine dünne Schicht auf dem Substrat mit einer Schichtdicke von z. B. zwischen 10 und 1000 nm aufgebracht werden. Eine Maske kann verwendet werden, um ein erwünschtes Muster des Widerstandselements zu begrenzen und Kontaktbereiche und überschüssiges Material können in irgendeiner geeigneten Weise weggeätzt oder entfernt werden. Das auf diese Weise gebildete Widerstandselement besitzt eine sehr geringe Wärmemasse und kann durch Freigabe einer sehr geringen elektrischen Energiemenge erwärmt werden.

Die Energiedissipationseinrichtung kann, wie es bereits erwähnt wurde, andererseits ein Halbleiterelement umfassen. Geeignete Elemente sind Transistoren, Feldeffekttransistoren oder ähnliche Einrichtungen, Vierschichteinrichtungen, Zenerdioden, Leuchtdioden oder irgendein anderes geeignetes Element, welches Wärme- oder Lichtenergie bei seiner Betätigung aussendet, die vorzugsweise dadurch erfolgt, dass ein elektrischer Strom durch das Element fliesst. Die Energie kann in einem kleinen Bereich zwischen den aktiven N- und P-Bereichen als Wärme freigesetzt werden. Dies ermöglicht, die freigesetzte Energie genau zu konzentrieren.

Gemäss einer dritten Abwandlung der Erfindung kann die Energiedissipationseinrichtung ein Feldeffektelement sein. Das Feldeffektelement kann durch erste und zweite voneinander beabstandete Elektroden auf dem Substrat und Schaltermittel gebildet sein, um ein elektrisches Potential über die Elektroden anzulegen. Auf diese Weise wird ein elektrisches Feld hoher Intensität zwischen den Elektroden erzeugt.

Die Elektroden können aus Metall oder aus irgendeinem der bevorzugten Materialien gebildet sein.

Die Elektroden können im wesentlichen zweidimensional in der Weise sein, dass sie als flache Schichten von leitenden Körpern auf dem Substrat ausgebildet sind; andererseits können sie dreidimensional in der Weise sein, dass sie Mate-rialgrössen in den drei orthogonalen Richtungen aufweisen.

Die Elektroden können irgendeine geeignete Form aufweisen. Die Elektroden können beispielsweise aus beabstan-deten Platten bestehen, die parallel zueinander sind. Die Elektroden können andererseits gekrümmt, dreieckförmig oder in irgendeiner anderen Weise geformt sein. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Elektroden kammförmig oder fingerförmig ausgebildet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Elektroden erste und zweite Leiterkörper auf, wobei der erste Körper mit einem offenen Mittenbereich ausgebildet ist, in dem der zweite Körper angeordnet ist. Die Körper begrenzen s zwischen sich einen Ringspalt, über den der Potentialunterschied erzeugt wird.

Die Elektroden können in irgendeiner geeigneten Weise ausgebildet sein und sind vorzugsweise dadurch ausgebildet, dass eines der bevorzugten Materialien auf einer dielektri-lo sehen Passivationsschicht des Substrats aufgebracht wird. Die Materialien können zu einer erwünschten Form geätzt werden.

Die Schaltermittel können erste und zweite Schaltereinrichtungen umfassen, wobei die erste Einrichtung zwischen ls der ersten und zweiten Elektrode und die zweite Einrichtung mit der zweiten Elektrode und einem Pol der elektrischen Versorgung und die erste Elektrode mit dem anderen Pol der elektrischen Versorgung verbunden sind. Im Wartezustand, d.h., wenn eine Sprengung nicht ausgelöst werden soll, ist die 20 erste Schaltereinrichtung eingeschaltet und die zweite Schaltereinrichtung ausgeschaltet. Das Zündelement für den Sprengzünder wird dadurch betriebsbereit gemacht, dass die erste Schaltereinrichtung ausgeschaltet und die zweite Schaltereinrichtung eingeschaltet wird. Auf diese Weise wird 25 das elektrische Potential quer zu den Elektroden gelegt. Ein Sprengstoff kann nahe bei oder in unmittelbarer Berührung mit der Energiedissipationseinrichtung angeordnet werden, welche bei ihrer Betätigung den Sprengstoff durch Energieumwandlung in Wärme zündet.

30 Wie bereits dargelegt wurde, bewirkt die Dissipation von Energie bei den meisten Beispielen der Erfindung das Freisetzen von Wärme und diese Wärme wird verwendet, um den Sprengstoff zu zünden. Jedoch ist es möglich, die Energie in der Form von Licht abzugeben, wobei dann Licht den 35 Sprengstoff zündet.

Bei der dritten Abwandlung der Erfindung, d.h., diejenige, bei der eine Feldeffekteinrichtung verwendet wird, wird der Sprengstoff durch eine elektrostatische Entladung oder ein hohes elektrisches Feld gezündet.

40 Geeignete Sprengstoffe sind Grundsprengstoffe (primary explosives) wie Silberazid, Blei- oder Bariumstyphnat, Quecksilberfulminat und irgendwelche geeigneten sekundären Sprengstoffe wie RDX und HMX, eine Mischung von irgendwelchen der vorgenannten oder irgendwelches anderes 45 geeignetes, festes, flüssiges oder gasförmiges Material mit den erwünschten Eigenschaften. Das Sprengstoffmaterial kann selbst durch Zugabe kleiner Mengen eines leitenden Materials, wie Graphit oder ein organischer Halbleiter, leitend gemacht werden. Auf diese Weise kann das Sprengstoff-50 material unmittelbar aufgrund des Stromflusses, der in ihm hervorgerufen wird, erwärmt werden. Im Falle der Feldeffekteinrichtung kann der Sprengstoff einen Bestandteil, wie einen organischen Halbleiter enthalten, in dem ein Oxida-tionsmittel suspendiert ist, welches chemisch in der Gegen-55 wart des elektrischen Feldes mit einer exothermen Reaktion reagiert. Allgemein gesprochen kann das Sprengstoffmate-rial in der Feldeffekteinrichtung einen Feldsensibilisator enthalten.

Das Substrat kann Teil einer elektronischen Festkörper-60 einrichtung sein, die integrierte Schaltkreise zum Steuern der Betätigung des Zündelements des Sprengzünders enthält. Das Zündelement für den Sprengzünder kann auf einer Oberfläche einer Passivationsschicht angeordnet sein, die die elektronische Einrichtung überdeckt, wobei geeignete Öff-65 nungen vorgesehen sind, um den elektrischen Kontakt mit der Einrichtung zu ermöglichen. Andererseits kann es auch unter der Passivationsschicht angeordnet sein, wobei eine Öffnung oder Öffnungen durch die Passivationsschicht hin-

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durch vorgesehen ist bzw. sind oder nicht. Es wird darauf Ein Sprengzünder-Zündelement der beschriebenen Art hingewiesen, dass eine Abdeckung über dem Zündelement kann in einem Gehäuse vorgesehen sein, wobei der Sprengfür den Sprengzünder die Empfindlichkeit verringert. stoff in dem Gehäuse so angeordnet ist, dass er durch den Der Zündstoff ist nahe der Energiedissipationseinrichtung Auslösezündstoff, der bereits angeführt wurde, ausgelöst angeordnet. Vorzugsweise haftet der Zündstoff wenigstens an s wird, um dadurch einen Sprengzylinder zu bilden.

einer Oberfläche des Substrats an, so dass er sich in enger, Mittel können vorgesehen sein, um elektrische Energie der physischer Berührung mit dem Substrat befindet. Insbeson- Energiedissipationseinrichtung und den Schaltkreisen zuzu-

dere können flüssige oder gasförmige Sprengstoffe beispiels- führen. Diese Mittel können einen Kondensator umfassen,

weise zusammen mit der Energiedissipationseinrichtung in der dadurch einen Zeitgeberschaltkreis gesteuert wird oder einem dichten Behälter untergebracht sein. Auf diese Weise 10 irgendeine andere elektrische Speichereinrichtung.

erfolgt ein wirkungsvoller Energieübergang zwischen der Die Erfindung erstreckt sich auf ein System mit einer

Energiedissipationseinrichtung und dem Sprengstoff. Folge von Sprengungen, welches eine Vielzahl der beschrie-

Die Güte der physischen Berührung des Sprengstoffs auf benen, in Reihe geschalteten Sprengzünder und Mittel zur dem Substrat kann durch Verwendung eines Anhaftunter- Steuerung der Zündung der einzelnen Sprengzünder stützers verbessert werden. Dies verbessert die Verbindung is umfasst.

zwischen dem Sprengstoff und der Substratoberfläche. Der Die Steuermittel können so ausgebildet sein, dass sie bei

Sprengstoff kann in Lösung oder einer Flüssigsuspension einem Zeitgeberschaltkreis, der jeweils den einzelnen sein. Der Anhaftunterstützer kann von einem Benetzungs- Sprengzündern zugeordnet ist, eine ausgewählte Verzögemittel gebildet sein. Ein Bindemittel wie PVC oder ein Nitro- rungsdauer bewirkt.

zelluloselack, können der Lösung oder Suspension hinzuge- 20 Überspannungsschutzeinrichtungen können zwischen fügt sein. Eine mechanische Festigkeit würde gleichzeitig ausgewählten Paaren von Sprengzündern angeordnet sein,

dem Zusammenbau im Falle eines festen Zündstoffes hinzu- Dies erhöht ferner die Unempfindlichkeit des Systems gefügt. gegenüber induzierten Spannungen oder Strömen.

Der Zusammenbau aus dem Sprengstoff und dem Zünd- Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden unter element für den Sprengzünder kann mit einer geeigneten 25 Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsinneren Schutzdichtung beschichtet sein wie Silikongummi, beispielen näher erläutert.

welches an dem Substrat anhaftet und beim Aushärten den Es zeigt:

Sprengstoff und das Substrat zueinander zieht.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Fenster Fig. 1 eine Draufsicht auf einen integrierten, elektroni-in dem Substrat vorgesehen, in dem die Energiedissipations- 30 sehen Sprengzünder mit einem Sprengzünder-Widerstands-einrichtung angeordnet ist. Der Sprengstoff wird dann in zündelement gemäss einer Ausführungsform nach der Erfindern Fenster in Berührung mit der Energiedissipationsein- dung,

richtung angeordnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Schaltkreises gemäss dass das Fenster nicht notwendig ist und dass es unter ge- Fig. 1,

wissen Umständen ausreicht, wenn der Zündstoff in nächster 35 Fig. 3 eine Ausführungsform eines Schaltkreises, der in

Nähe der Energiedissipationseinrichtung angeordnet wird. jedem Sprengzünder vorgesehen sein kann,

Der Zündstoff kann andererseits flüssig oder gasförmig Fig. 4 eine seitliche Teilschnittdarstellung, die den körpersein und in einem Behälter zusammen mit der Energiedissi- liehen Zusammenbau eines Sprengzünder-Zündelements pationseinrichtung dichtend verschlossen sein. Dies ver- zeigt,

meidet Schwierigkeiten mit der Ablagerung (déposition) des 40 Fig. 5 eine nach der Erfindung ausgebildeten Spreng-

Sprengstoffs. zünder,

Der Steuerschaltkreis, den die elektronische Festkörper- Fig. 6 eine Schutzeinrichtung, die bei einem System mit einrichtung aufweist, kann vorbestimmte, logische Bau- Folgesprengung nach der Erfindung verwendet wird,

blocke umfassen, um für den Kunden angepasste Sprengsteu- Fig. 7 ein System mit Folgesprengung nach der Erfindung,

ersysteme mit geringen Kosten herzustellen. Solche Bau- 45 Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Feldeffekt-Sprengzünderele-

blöcke können beispielsweise Oszillatoren, Zähler und Zeit- ment, welches in einem integrierten Schaltkreis nach der geber, phasengesperrte Schleifen zur genauen Taktabgabe, Erfindung vorgesehen ist,

Kommunikationschaltkreise, Sperrsteuerschaltkreise, Selbst- Fig. 9 eine Seiten- und Schnittdarstellung der körperlichen prüfschaltkreise und Schaltkreise zur Unterdrückung elek- Anordnung eines Sprengzünderzündelements, tromagnetischer Störungen enthalten. Die Kombination so Fig. 10 eine seitliche Schnittdarstellung eines Sprengeinen miniaturisierten Sprengzünderzündelements der zünder-Zündelements gemäss einer anderen Ausführungs-besçhriebenen Art mit einer integrierten Schaltung ergibt form nach der Erfindung,

eine komplexe Signalverschiebung, die zu geringen Kosten Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des Sprengzünderund mit hoher Zuverlässigkeit zur Verfügung steht. Zündelements gemäss Fig. 10, bevor ein primärer Spreng-

Überspannungsschutzmittel können vorgesehen sein, um 55 stoff an diesem angebracht bzw. angehaftet ist, die Energiedissipationseinrichtung gegen eine unbeabsich- Fig. 12a, 12b bzw. 12c zeigen seitliche Teilschnittdarstel-tigte Auslösung zu schützen. Herkömmliche Zündelemente lungen von drei Ausführungsformen eines Sprengzünderfür Sprengzünder sind nicht klein ausgebildet, da eine Ver- Zündelements nach der Erfindung,

ringerung der Grösse zu einer Empfindlichkeitszunahme Fig. 13-16 andere Ausführungsformen nach der Erfin-

bezüglich Streuspannungen oder Streuströmen führt. 60 dung, und

Dadurch jedoch, dass ein integrierter Schaltkreis und ein Fig. 17 eine seitliche Schnittdarstellung eines Sorengzün-

Überspannungsschutz vorgesehen werden, kann ein hohes ders, der ein Sprengzünder-Zündelement nach einer Abände-

Mass an Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen rung der Erfindung enthält.

Störungen erreicht werden. Die Schutzanordnung kann zusätzlich Schaltereinrichtungen aufweisen, die mit der 65 Fig. 1 zeigt von oben einen integrierten, elektronischen

Energiedissipationsrichtung verbunden sind, um einen Sprengzünder 10, der ein Sprengzünder-Zündelement 12,

Schutz gegenüber induzierten, elektrischen Strömen zu einen Transistor 14, Verbindungsanschlussflächen 16, eine schaffen. Überspannungsschutz-Schaltungsanordnung 18 und Zeit-

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geber- und Kommunikationsschaltkreise 20 aufweist. Das Sprengzünder-Zündelement 12 ist tatsächlich eine miniaturisierte Sicherung mit einer äusserst geringen Wärmemasse und wird durch Aufbringen einer dünnen Schicht aus Widerstandsmaterial oder irgendeinem der bevorzugten Materialien oben auf einer Passivationsschicht eines integrierten Schaltkreises ausgebildet. Die Dicke der Widerstandsschicht ist in der Grössenanordnung von 10 bis 1000 nm. Eine Maske wird in herkömmlicher Weise verwendet, um das Muster des Sprengzünder-Zündelements und die Anschlussbereiche zu begrenzen, die bleiben sollen, und überschüssiges Material wird dann weggeätzt.

Der integrierte Schaltkreis, auf dem das Sprengzünder-Zündelement hergestellt wird, ist im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt. Bei diesem Beispiel ist der Schaltkreis vom CM OS-Typ und seine Ausgestaltung ist im wesentlichen von herkömmlicher Art und deshalb wird diesbezüglich keine nähere Erläuterung gegeben. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 lassen sich die folgenden Teile erkennen: ein Siliciumsub-strat 20 vom N-Typ, aufgewachsenes Feldoxid 22, P-Diffu-sionsbereiche 24, niedergeschlagenes Oxid 26, ein Polysili-cium-Gate 28, dünnes Gate-Oxid 30, eine Zwischenverbindungsschicht 32 aus Aluminium, eine Passivationsschicht oder Schutzschicht 34 gegenüber Kratzern, und ein Sprengzünder-Zündelement 12.

Der in Fig. 1 gezeigte Transistor 14 ist vom Feldeffekt-Typ und ist durch die Bereiche 24, das Gate 28 und das Gateoxid 30 festgelegt.

Die Verbindungsschicht 32 aus Aluminium ist mit den Anschlussflächen 16 (siehe Fig. 1) über Kontaktöffnungen in der Passivationsschicht 34 verbindbar.

Fig. 3 zeigt im wesentlichen als Blockdiagramm die integrierte Schaltung im einzelnen, die das Sprengzünder-Zündelement umfasst. In Fig. 3 ist das Sprengzünder-Zündelement 12 als ein in Reihe mit dem Feldeffekt-Transistor 14 geschalteter Widerstand 12 dargestellt. Zwei Zenerdioden 36 mit sechs Volt, die in Reihe und quer zu den Bauteilen 12 und 14 geschaltet sind, sind mit den Spannungsversorgungsverbin-dungen 38 und 40 verbunden. Diese Dioden sollen Streuenergien an dem Auslösen des Sprengzünders verhindern und sind unter der aufgebrachten Oxidschicht 26 angeordnet. Diese Schicht ist wärmeisolierend.

Der Schaltkreis gemäss Fig. 3 weist einen Oszillator 42 mit einem Zeitsteuerkondensator 44, der unter dem Sprengzünder-Zündelement vergraben ist, einen Kommunikationsschaltkreis 45, der eine Phasenverriegelungsschleife aufweist, die den Taktgeber auf dem Chip synchronisiert und gegenüber einem genauen Datentakt instabil ist, um eine genaue Zeitsteuerung des Schaltkreises sicherzustellen, und einen Zeitgeber- und Sperrschaltkreis 46 auf. Der Schaltkreis wird durch den Bezugstaktgeber mit phasenverriegelter Schleife getaktet.

Der Schaltkreis enthält ferner ein Selbstprüfmodul 48, welches bei eingeschalteter Spannung alle Schaltkreisfunktionen prüft. Dioden 50 und Widerstände 52 bei den Leistungen D (Dateneingabetakt), DI (Dateneingabe), R (Antwort) und DO (Datenausgabe) liefern einen statischen Schutz für den CMOS-Schaltkreis.

Der Feldeffekttransistor 14 ist so ausgelegt, dass er die Entladung der elektrischen Energie von einem Speicherkondensator 54 durch das Sprengzünder-Zündelement 12 steuert. Der Speicherkondensator ist relativ gross und bildet keinen Teil des integrierten Schaltkreises, sondern ist vielmehr ein getrenntes Bauteil.

Fig. 4 zeigt das Teil 10, welches in einem Gehäuse 56 angebracht ist, das aus einem geeigneten Kunststoffmaterial geformt ist und einen Hohlraum 58 aufweist, in dem das Teil 10 eingebaut ist. Der übrige Teil des Hohlraums wird von einem Sprengstoff 60 in Anspruch genommen. Der Hohlraum ist mit einem geformten Deckel 62 aus einem Kunst-stoffmaterial abgedichtet. Steckerstifte 64 erstrecken sich durch das Gehäuse 56 und sind mit dem Teil 10 über Lei-5 tungen 66 verbunden. Das Teil 10 ist so angeordnet, dass das Sprengzünder-Zündelement 12 zu dem Hohlraum 58 weist und sich in Berührung mit dem Sprengstoff 60 befindet.

Das Gehäuse 56 weist einen zweiten Hohlraum 67 auf, der von dem in Fig. 3 dargestellten Speicherkondensator 54 bean-lo sprucht wird. Das Gehäuse ist mit einer ersten Nut 68 an einer mittleren Stelle und einer zweiten Nut 70 ausgebildet, die sich um den Hohlraum 67 herum erstreckt.

Fig. 5 zeigt das mit mit einer Sprengzünderdose 72 verbundene Gehäuse 56, so dass ein vollständiger Sprengzünder 74 ls gebildet wird. Die Sprengzünderdose ist mit einem geeigneten Sprengstoff gefüllt und an dem Gehäuse 56 dadurch befestigt, dass sie an einer Stelle 76 in die Nut 68 eingebogen ist. Das Gehäuse 56 ist so ausgerichtet, dass sich der Hohlraum 58 mit seinem Sprengstoff in die Sprengzünderdose 20 erstreckt.

Ein Verdrahtungskabelbaum 78, der mit den Stiften 64 in elektrischem Kontakt steht, ist an dem oberen Ende des Gehäuses 56 angebracht und an dem Gehäuse durch Eingriff mit der oberen Nut 70 befestigt.

25 Fig. 6 zeigt eine Schutzeinrichtung 80, die zusammen mit einer Vielzahl von den in Fig. 5 dargestellten Sprengzündern 74 verwendet wird. Die Schutzeinrichtung umfasst eine schnelle Spannungsdurchbruchdiode 82, die von einem Kondensator 84 überbrückt ist, der einen Pfad mit geringer Impe-30 danz für Hochfrequenzstörungen darstellt.

Die Einrichtung 80 weist Verbindungen auf, die mit denjenigen in Fig. 3 für das Teil 10 gezeigten identisch sind. Somit weist sie zwei Spannungsversorgungsverbindungen 86 und 88 auf, die den Verbindungen 38 und 40 bei der Einrichtung 10 35 entsprechen, und D, R, DI und Do Anschlüsse, die den in gleicher Weise bezeichneten Anschlüssen bei der Darstellung gemäss Fig. 3 entsprechen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anschlüsse DI und DO unmittelbar verbunden sind und somit eine Verbindung liefern, die für Signale durchlässig ist, 40 die zu der Datenleitung übertragen werden. Die Anschlüsse D und R werden in keinerlei Weise verwendet.

Fig. 7 zeigt ein System zur Reihensprengung, welches eine Vielzahl von Sprengzündern 74 mit Schutzeinrichtungen 80 umfasst, die zwischen aufeinanderfolgenden Paaren von 45 Sprengzündern an ausgewählten Stellen verbunden sind. Die Reihenfolge der Sprengzünder wird mittels einer Einrichtung 90 bestimmt. Die Anschlüsse DO und DI benachbarter Einrichtungen sind miteinander so verbunden, dass sich eine kettenförmige Verbindung längs des Systems ergibt.

so Die Sprengzünder sind physikalisch an erwünschten Stellen gemäss den herkömmlichen Bergwerktechniken eingesetzt. In Umgebungen mit elektrischen Störungen wird die Anzahl der Schutzeinrichtungen 80 erhöht, um die Störungsanfälligkeit des Systems zu erhöhen.

55 Das System zur Reihensprengung weist eine elektrische Schnittstelle 92 auf, die Strom zu den Sprengzündern liefert und Übertragungsprotokolle zwischen einer herkömmlichen Kommunikationsleitung 94 von einem Steuerungsrechner 96 und den Sprengzündersignalen umsetzt.

60 Es ist wünschenswert, die Einrichtung für eine Reihensprengung mit niederer Spannung unter Verwendung von Feldprüfeinheiten zu prüfen, bevor die Reihensprengung tatsächlich eingeleitet wird. Im Idealfall sollte die Überprüfung bei Stromversorgungsbedingungen stattfinden, bei denen die 65 Versorgungsspannung unter 3 Volt liegt, was sicherstellt, dass bei einem Fehlbetrieb keine der Sprengzünder-Zündelemente ausreichend erwärmt werden kann, eine Sprengung hervorzurufen. Die Prüffolge ist so ausgelegt, dass fehler-

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hafte Einheiten durch ihre Zahl von ihrer Verbindung in das zeitig, wenn die Leitungen, die ihn mit der Hauptspannungs-

Sprengsystem angezeigt werden. Versorgung verbinden, beschädigt worden sind. Da kein

Der Computer wird verwendet, um Verzögerungen zur grosser Zündstrom durch das System fliesst, können Stecker Steuerung der erwünschten Sprengfolge zu steuern. Auf geringer Güte verwendet werden, um die Einrichtung in dem welche Art die Verzögerungssignale erzeugt werden, ist für s System mit Sprengfolge miteinander zu verbinden, das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht wichtig Die Zeit, während der jede Einrichtung betrieben werden und ist somit in dieser Beschreibung nicht angegeben. kann, so bald sie von der Stromversorgung abgetrennt ist, ist Alle Sprengzünder 74 in dem in Fig. 7 gezeigten System durch die Grösse des Kondensators begrenzt. Eine beträcht-sind identisch und eine Adressierungsprogrammierung von liehe Anzahl von Sprengzündern kann in einem System mit dem Benutzer ist nicht wünschenswert. Damit jedoch ein- io Sprengfolge mit langen Verzögerungen zwischen Spren-zelne Sprengzünder adressiert werden können, ist in dem gungen, die lange Explosionszeiten beinhalten, eingebaut Kommunikationssystem ein Anheftsignal (handshake sein. Indem der Sprengzünder, der am weistesten von der signal) vorgesehen. Dies ermöglicht, dass jede Einrichtung Spannungsversorgung entfernt ist, zuerst gesprengt wird, an ihre Benachbarte übergibt, sobald sie ihre Kommunika- kann die gesamte Energiespeicheranforderung für jede Ein-tion beendet hat. Somit liefert der Computer ein Anheften, is richtung wesentlich verringert werden. Da Energie in einer die erste Einrichtung wird adressiert und antwortet und gibt Richtung zugeführt wird, die zu der Richtung der Fortpflan-dann das Anheften an die nächste Einrichtung. Der Com- zung der Explosion entgegengesetzt ist, können herumflie-puter kommuniziert mit allen Einrichtungen in der Linie der gende Felsbrocken die Energie örtlich isolieren. Somit wird Reihe nach, bis die vorletzte Einrichtung ihr Anheften an die es bevorzugt, die Sprengzünder in der umgekehrten Reihen-Abschlusseinheit 90 gibt. Diese Einheit überträgt dem Com- 20 folge zu zünden, um den Vorteil verringerter Energieputer, dass das Anheftsignal das Ende der Reihe erreicht hat, speicheranforderungen zu erhalten.

woraufhin der Computer ein Signal aussendet, welches alle Die Erfindung schafft Sprengzünder, die ein vollständig

Anheftleitungen in dem System für einen anderen Kommu- integriertes, kostengünstiges und zuverlässiges Sprengsystem nikationszyklus zurücksetzt. Auf diese Weise kann jeder Ein- aufbauen. Folgeverzögerungen in dem System sind genau heit durch den Computer eine Zahl zum Fehlerauffinden 2s festgelegt und komplizierte Sprengmuster können relativ und für allgemeine Kommunikation zugeordnet werden. einfach programmiert werden.

Um ein zufälliges Zünden zu verhindern, können mehrere Der Grundgedanke der Erfindung liegt in dem Einbau

Kommunikationszyklen mit einem Sperrmechanismus ver- bzw. der Einfügung des Sprengzünder-Zündelements in wendet werden. Beispielsweise können die Reihenfolge sein : einen elektronischen Chip. Der Chip enthält ferner geeig-

Das System wird zu anfangs eingeschaltet und der Computer 30 nete Schaltkreise, um «an Bord» Impuls-, Zeitsteuer- und adressiert dann j ede Einrichtung und erhält dann die Ergeh- Schutzfunktionen durchzuführen.

nisse des Selbstprüfvorgangs, der mittels der Schaltungsan- Zwei Überspannungsstufen sind eingegliedert, nämlich die Ordnung auf der Karte eines jeden Sprengzünders durchge- durch die Schutzeinrichtungen 80 und die durch die Schutzführt wird, und die Zahl des Sprengzünders. Der Computer systeme auf den Chips geschaffenen. Der Schutzspannungs-schreibt dann eine Verzögerungszeit bei jedem Sprengzünder 35 pegel auf dem Chip beträgt 12 V, während der Spannungsein und jeder Sprengzünder überträgt die Verzögerung zu pegel von jeder Einrichtung 80 11 Vbeträgt. Dies stellt eine dem Computer zur Überprüfung zurück. Die Sprengzünder angemessene Isolierung des Sprengzünder-Zündelements werden dann mittels eines statistisch einzigen Signals scharf- gegenüber unerwünschten Signalen in dem System mit Rei-gemacht, d.h. ein Signal, welches eine niedere Korrelation hensprengungen sicher.

mit zufälligem Untergrund in der besonderen Umgebung 40 Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Sprengzünder-Zündelement,

aufweist. Daraufhin wird eine «Feuersequenz» wieder durch dem eine Feldeffektstruktur zugrundeliegt.

ein statistisch einziges Signal ausgelöst und dieses bewirkt die Fig. 8 zeigt in Draufsicht einen integrierten Schaltkreis 90,

Sprengung. welcher ein allgemein mit 92 bezeichnetes Sprengzünder-

Die vorgeschlagene Sicherheitssperrfolge ermöglicht, dass Zündelement, Steuertransistoren 94 und 96, einen Überspan-

ein Strom durch jedes Sprengzünder-Zündelement nur dann 45 nungsschutzschaltkreis 98 und einen Zeitgeber- und Kom-

fliessen kann, wenn die für jeden besonderen Sprengzünder munikationsschaltkreis 100 erhält.

durchgeführte Selbstprüfung zufriedenstellend ist, die Verzö- Die Funktionen der Schaltkreise 98 und 100 und die Art gerung der Einrichtungen richtig programmiert wurde, eine der Verwendung des Sprengzünder-Zündelements und ihr gültige Scharfmachungssequenz erhalten wurde, ein gültiges Einbau in ein System mit Folgesprengungen kann allgemein

Feuersignal erhalten wurde und die Verzögerungszeit abge- so anhand der vorhergehenden Beschreibungen durchgeführt laufen war. werden.

Bei einem überprüften Beispiel der Erfindung entlud ein Das Sprengzünder-Zündelement 92 weist bei diesem BeiKondensator von 4,7 jif eine Spannung von 17,7 V in ein spiel eine erste, innere Elektrode 102 mit einer kreisförmigen Sprengzünder-Zündelement, welches eine aufgestäubte Ver- Begrenzung und eine zweite, äussere Elektrode 104 auf, bindung mit den Abmessungen von 80 (im zu 8 (im aufwies, ss welche konzentrisch zu der inneren Elektrode angeordnet ist, Die Verbindung war mit Bleistyphnat überdeckt. Die gemes- wobei die zwei Elektroden zwischen sich einen Ringspalt 106 sene Reaktionszeit vom Anlegen eines Stromes bis zum begrenzen. Diese Formen werden lediglich beispielhaft ange-Wahrnehmen eines Lichtblitzes von dem explodierenden geben.

Bleistyphnat betrug 30 jis. Die angelegte Energie war daher Die Transistoren 94 und 96 sind Feldeffekteinrichtungen,

etwas kleiner als 20,9 jiJoule. 60 Die Drain des Transistors 94 ist mit einem positiven Pol 108

Die Energie zum Erwärmen des Sprengzünder-Zündele- einer elektrischen Versorgung und die Source ist mit der ments ist in dem Kondensator 54 gespeichert. Dieser Kon- Elektrode 102 verbunden. Sein Gate wird durch den Schalt-

densator besitzt eine Kapazität von 10 jxF und ist auf 11V kreis 100 gesteuert. Der Transistor 96 ist andererseits mit aufgeladen, was eine geeignete Energie zur Versorgung des seiner Source mit einem negativen Pol 110 der elektrischen

Schaltkreises und zum Erwärmen des Sprengzünder-Zünd- 65 Versorgung und sein Drain ist mit der inneren Elektrode 102

elements ist. Somit wird jeder Sprengzünder mittels einer verbunden. Das Gate der Einrichtung 96 ist mit dem Schalt-

sich bei ihm befindenden Energie versorgt und explodiert, so kreis 100 verbunden. Die äussere Elektrode 104 ist ebenfalls bald die Verzögerungszeit abgelaufen ist, selbst dann recht- mit dem Pol 110 verbunden.

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Die zwei Elektroden 102 und 104 werden durch Aufbringen eines der bevorzugten Materialien oben auf einer Passivationsschicht des integrierten Schaltkreises gebildet. Das aufgebrachte Metall wird dann zu der erwünschten Form geätzt.

Fig. 9 zeigt die Befestigung des Schaltkreises 90 in einem Gehäuse 110 gebildeten Hohlraum 112. Stifte 116 erstrecken sich durch eine Basis des Hohlraums in einen unteren Hohlraum 118. Die Stifte sind mit dem Schaltkreis 90 verbunden. In analoger Weise, wie es bereits beschrieben wurde, werden die Stifte jeweils verwendet, um dem Schaltkreis Strom zuzuführen, für Daten- und Taktinformationen, für Beantwortungsinformationen, zur Datenausgaben und zur Dateneingabe.

Spalt 106 erzeugt, der gleich der Versorgungsspannung der elektrischen Quelle ist, d.h. der Spannung, auf die der Speicherkondensator in dem Hohlraum 118 aufgeladen worden ist. Das elektrische Feld in dem Spalt 106 zündet den s sensibilisierten, primären Sprengstoff in der Ausnehmung 122 und dem Durchlass 124 und die Explosion des jeweiligen Sprengzünders wird deshalb auch in Gang gesetzt.

Die Stärke des auf diese Weise erzeugten Feldes kann durch Änderung der Breite des Spalts 106 oder der angelegten io Spannung verändert werden. Um weniger empfindliche Sprengstoffe zu zünden, kann das über den Spalt gelegte Potential durch Verwendung eines Spannungsvervielfachers erhöht werden. Der Transistor 94 kann mit einem Widerstand im durchgeschalteten Zustand hergestellt werden, der

Der Hohlraum 118 enthält einen Speicherkondensator, der is grösser als der des Transistors 96 ist. Dies stellt sicher, dass nicht dargestellt ist und mit denjenigen Stiften 116 verbunden ist, die die Pole 108 und 110 zur Stromversorgung zu dem Sprengzünder-Zündelement 92 festlegen.

Ein Einsatz 120 ist an dem Gehäuse 114 befestigt. Der Einsatz weist eine konische Ausnehmung 122 auf, deren Basis in einen zylindrischen Durchlass 124 mündet, der sich zu und über den Elektroden 102 und 104 erstreckt.

Ein primäres Sprengstoffmaterial, wie Silberacid, Bleiacid oder Bleistyphnat wird in die Ausnehmung 122 und den Durchlass 124 eingebracht. Der Einsatz 120 bildet eine Kappe und stellt sicher, dass der Sprengstoff auf die Berührung mit den Elektroden begrenzt ist. Der Einsatz 120 wird vorzugsweise aus einem elektrostatisch leitenden Kunststoffmaterial hergestellt, um die Gefahr von elektrischen Streufeldern zu verringern, die den primären Sprengstoff zünden könnten. Der Einsatz befindet sich in physischer und elektrischer Berührung mit dem äusseren Abschnitt des Gehäuses 114, welches mit dem geeigneten Stift 116 elektrisch geerdet ist.

Das in Fig. 9 gezeigte Teil ist so ausgelegt, dass es mit einer Sprengzünderdose verbunden werden kann, die mit einem geeigneten Sprengstoff gefüllt und an dem Gehäuse 114 befestigt ist. Das Gehäuse 114 wird teilweise in die Dosenöffnung eingesetzt, wobei sich der primäre Sprengstoff in die Dose hinein erstreckt und die Stifte 116 von der Dose hervorstehen. Die Dose wird dann in eine Nut 126 in der Aussen-fläche des Gehäuses 114 gedrückt, um die Teile miteinander zu befestigen. Eine weitere Nut 128 wird zum Festlegen eines Verdrahtungskabelbaums an dem Gehäuse 114 verwendet. Der Kabelbaum liefert die elektrischen Verbindungen mit den verschiedenen Stiften 116.

Eine Vielzahl der in Fig. 9 dargestellten Einrichtungen ist in der beschriebenen Weise in ein System zur Reihensprengung gemäss bekannter Techniken oder gemäss dem vorbeschriebenen Vorgehen eingesetzt. Der Speicherkondensator in dem Hohlraum 118 wird mittels einer primären elektrischen Quelle aufgeladen. Die Transistoren 94 und 96 werden durch den Kreis 100 gesteuert. Die Kreise 98 und 100 werden jeweils durch Datensignale gesteuert, die den Sprengzündern die Einrichtung 96 ausgeschaltet und die Einrichtung 96 eingeschaltet werden muss, bevor die Spannung über den Spalt 106 auf ihren erwünschten Pegel ansteigt, d.h., der Pegel, bei dem die Zündung des primären Sprengstoffmaterials statt-20 findet. Die Sicherheitsmassnahme stellt sicher, dass beide Transistoren richtig betrieben werden müssen, damit eine Explosion stattfindet.

Das im Zusammenhang mit den Fig. 8 und 9 beschriebene Vorgehen besitzt den Vorteil, dass das Aufbringen spezieller 25 Metalle, wie Wolfram (W) oder Nickelchrom (NiCr) unnötig ist. Die Transistoren 94 und 96 können auch relativ klein ausgebildet werden, da sie nicht zum Schalten grosser Ströme sondern vielmehr zur Steuerung des Anlegens der Spannung über den Spalt 106 verwendet werden.

30 Die Fig. 10 bis 17 betreffen weitere Ausführungsformen nach der Erfindung.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein Sprengzünder-Zündelement 210 in der Form eines Siliciummikrochips, der ein Silicium-substrat 212 aufweist, welches mit einer dünnen Schicht 214 35 aus einem geeigneten Passivationsmaterial wie Silicium-dioxid überdeckt ist. Ein Fenster 216 ist in der Passivationsschicht 214 ausgebildet, um eine Energiedissipationseinrichtung in der Form eines Elements oder einer Verbindung 218 aus einem bevorzugten Material freizulegen. Die Verbin-40 dung 218 wird auf dem Substrat 212 mittels einer herkömmlichen Niederschlagstechnik aufgebracht und weist einen eingeschnürten Bereich 220 auf, der im wesentlichen mittig in dem Fenster 216 angeordnet ist. Ein primäres Sprengstoffmaterial 222 haftet an der Passivationsschicht 214 an oder ist 45 gegen diese gedrückt und überdeckt das Fenster 216, damit es mit der Verbindung 218 in Berührung ist. Die Auslöseladung 222 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 11 nicht dargestellt.

Bei gewissen Anwendungen ist das Fenster 216 nicht not-50 wendig und die Ladung 222 ist unmittelbar auf der Passivationsschicht in nächster Nähe zu der Verbindung 218 angebracht, damit sie durch die Verbindung 218, die entweder geschmolzen oder auf eine ausreichend hohe Temperatur durch einen hindurchfliessenden, elektrischen Strom

über die Dateneingabe-Leitung zugeführt werden. Geeignete 55 erwärmt wird, gezündet wird.

Zündverzögerungen können in die Schaltkreise einprogrammiert werden.

Das Sprengzünder-Zündelement wird in der folgenden Weise gesteuert. Bei normalen Bedingungen, d.h. bei nicht-scharfgemachter Betriebsart, ist der Transistor 94 gesperrt und der Transistor 96 ist leitend. Wenn die letztgenannten Einrichtung leitend ist, befinden sich die Elektroden 102 und 104 auf demselben Potential. Somit liegt kein Potentialunterschied an den Elektroden über den Ringspalt 106 vor, oder anders ausgedrückt, das elektrostatische Feld in diesem Spalt ist Null.

Wenn der Transistor 94 leitend und der Transistor 96 gesperrt wird, dann wird ein Potentialunterschied über den

Die Ladung 222 kann Bleistyphnat sein, dem ein geringer Prozentsatz eines Bindesmittels oder eines Anhaftunterstützungsmittels vor der Anwendung auf das Substrat 212 hinzugefügt worden ist, um das Anhaften an der Passivations-60 schicht 214 zu erhöhen. Die Verbindung 218 zündet die Ladung 222 entweder durch Schmelzen oder sie kann eine ausreichend hohe Temperatur aufgrund der Widerstandsheizung erhalten, um die Ladung 222 zu zünden, während sie unzerstört bleibt.

65 Die Fig. 12A, 12B und 12C zeigen drei weitere Ausführungsformen eines Sprengzünder-Zündelements 225, das ein Siliciumsubstrat 227 aufweist, an dem ein Auslöseeinrichtung bzw. Betätigungseinrichtung angebracht ist, die eine

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Metallschicht oder leitende Schicht 226 und eine exotherme Schicht oder Oxidationsschicht 228 in verschiedener Ausgestaltung umfasst.

In Fig. 12A ist eine Schicht 224 aus einem dielektrischen Material an der Oberfläche des Siliciumsubstrats 227 angebracht oder auf dieser aufgewachsen.

Eine Schicht 226 aus einem der bevorzugten Materialien wird oben auf der Schicht 224 des dielektrischen Materials aufgebracht. Eine exotherme Schicht oder Oxidationsschicht 228 wird dann oben auf der Schicht 226 aufgebracht. Die Schicht 228 kann aus einem Polyimid sein, welches eine Oxi-dationsverbindung wie Kaliumchlorat oder ein pyrotechnisches Medium enthält, welches mit der Schicht 226 reagiert.

In Fig. 12B ist die exotherme Schicht oder Oxidationsschicht 228 auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates 212 aufgebracht und die Schicht 226 ist oben auf der Schicht 228 aufgebracht.

In Fig. 12C ist die Schicht 226 zwischen zwei exothermen Schichten oder Oxidationsschichten 228 eingeschlossen.

Die Ausführungsformen gemäss Fig. 12 verlassen sich bezüglich ihres Betriebs auf die Tatsache, dass eine exotherme Reaktion zwischen der Schicht 226 und der exothermen oder oxidierenden Schicht 228 unmittelbar auf und/ oder unter der Schicht 226 in Gang gesetzt wird. Die exotherme Reaktion wird durch die Widerstandsheizung der Schicht 226 aufgrund des durch sie hindurchfliessenden elektrischen Stroms hervorgerufen. Die primäre Sprengladung (nicht dargestellt) spricht auf die exotherme Reaktion an und wird durch diese in Gang gesetzt.

Die oxidierende Schicht 228 wird während des Herstellungsverfahrens des Sprengzünder-Zündelements 210 aufgebracht.

Ein Vorteil bei diesen Ausführungsformen besteht darin, dass sich das Aufbringen des primären Sprengstoffes nicht auf eine gute Berührung, die gleichförmig erzielt wird, mit dem aktiven Bereich auf dem Sprengzünder-Zündelement 200 verlassen muss. Demgemäss können Herstellungstoleranzen während des Aufbringens des Sprengstoffes zugelassen werden. Eine Passivation des Sprengzünder-Zündelements 210 kann auch durchgeführt werden, um Lebensdauervariationen zu verringern. Die für die Passivation verwendeten Materialien können Polyamide sein, die eine niedere Nieder-schlagstemperatur aufweisen oder im Vakuum aufgebracht worden sind.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung, bei der das Sprengzünder-Zündelement 230 die Form einer elektronischen Festkörpereinrichtung mit einem Silici-umsubstrat231 aufweist.

Eine Energiedissipationseinrichtung 232 mit einem Widerstandsabschnitt eines elektrischen Schaltkreises ist mittels eines Abschnitts eines diffundierten, eines Ionen-implani-tierten oder eines epitaxialen Elements vorgesehen, welches in oder auf dem Siliciumsubstrat 231 ausgebildet ist. Metallverbindungen 234, die auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 231 aufgebracht worden sind, können mit einem Treiberschaltkreis (nicht dargestellt) verbunden werden. Eine Passivationsschicht 236 ist auf den Metallverbindungen 234 sowie der Einrichtung 232 aufgebracht oder oben aufgewachsen.

Die Energiedissipationseinrichtung 232 kann irgendein Schaltkreiselement wie ein Widerstand, ein Transistor oder eine Vierschichtdiode sein. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Einrichtung eine Zenerdiode oder eine aktive Einrichtung einer anderen Art ist, die durch sie erzeugte Energie genau eingestellt werden kann.

Die Energiedissipationseinrichtung 232 kann durch eine Schicht aus P-Typ Silicium gebildet werden, welches in ein Substrat 231 aus hauptsächlich N-Typ Silicium diffundiert wird, um den Widerstandsabschnitt des Schaltkreises zu schaffen. Die Schichten aus P-Typ Silicium und N-Typ Silicium können natürlich gegeneinander ausgetauscht werden. Mehr Energie kann von einem diffundierten Widerstand vor s dessen Zerstörung abgegeben werden, als es der Fall bei einer herkömmlichen Metallverbindung ist. Dies gibt den Vorteil, dass er eine weit bessere voraussagbare Zündung besitzt. Zusätzlich ist es einfach, die Dotierung des Widerstands zu ändern, um die elektrische Anpassung an einen nahezu optilo malen Pegel zu verbessern und auch die Grösse kann ohne weiteres eingestellt werden. Ferner ist diese Art von Einrichtung besser für Kondensatorspeichersysteme geeignet, da die gesamte, verbleibende Energie in einem Kondensator in den Widerstand gebracht werden kann.

is Fig. 14 zeigt ein Sprengzünder-Zündelement 240, welches eine elektronische Festkörpereinrichtung mit einem Siliciumsubstrat 241 ist. Eine Schicht aus einem dielektrischen Material (nicht dargestellt) kann auf das Siliciumsubstrat 241 aufgebracht werden. Eine ein elektrisches Feld erzeugende 20 Struktur 242 ineinandergreifender Finger ist auf das Siliciumsubstrat 241 aufgebracht oder kann in dieses eindiffundiert sein. Selbstverständlich ist dies eine abgeänderte Anordnung von der in Fig. 8 und 9 gezeigten. Verbindungsmittel 244 sind zur Verbindung der Kammstruktur 242 mit einem 25 Treiberschaltkreis (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Kammstruktur 242 weist eine Vielzahl von beabstandeten Gliedern 246 auf. Der Abstand zwischen benachbarten Gliedern 246 liegt in der Grössenordnung von 10 p.m oder weniger.

30 Die Struktur 242 ermöglicht, dass ein sehr hohes elektrisches Feld gleichförmig über einen ausgedehnten Bereich aufrechterhalten werden kann. Die Zündladung (nicht dargestellt) ist unmittelbar oben auf der Struktur 42 aufgebracht. Die Zündladung ist mit feingemahlenem Graphit oder mit 35 einem organischen Halbleitersensibilisator sowie einem Bindemittel vermischt oder verbunden. Die unmittelbare Berührung zwischen der Zündladung und der Metallstruktur 242 bewirkt, dass sich die Zündladung in ihrem Inneren erwärmt, wodurch deren Zündung hervorgerufen wird. 40 Andererseits kann die Zündladung eine Verbindung wie einen organischen Halbleiter mit einem suspendierten Oxi-dationsmittel, aufweisen, der chemisch in der Gegenwart eines geeigneten, hohen elektrischen Feldes mit einer exothermen Reaktion reagiert. Bezüglich dieses Gesichtspunkts 45 der Erfindung kann eine Einrichtung hergestellt werden, die zwischen einigen wenigen Volt und ungefähr 1 kV und mit einem begrenzten Strom in der Grössenanordnung von Pico-Amperen arbeiten kann.

Fig. 15 zeigt ein Sprengzünder-Zündelement 25, welches so eine elektronische Festkörpereinrichtung mit einem Siliciumsubstrat 251 aufweist, auf das eine eine Entladung hervorrufende Struktur aufgebracht oder eindiffundiert ist. Die eine Entladung bewirkende Struktur umfasst ein Paar beab-standeter zahnähnlicher Strukturen 252 und 254. Die ss Struktur 252 weist ein Paar beabstandeter Zähne 256 auf. In ähnlicher Weise besitzt die Struktur 254 ein Paar beabstandeter Zähne 258. Die Zähne 256 und 258 sind in beabstandeter Beziehung zueinander ausgerichtet, um ein Paar vor Entladestrecken 260 zu bilden. Die Strukturen 252 und 254 60 weisen jeweils Verbindunsgmittel 262 bzw. 264 zur Verbindung mit einem Treiberschaltkreis (nicht dargestellt) auf. Die Zähne 256 und 258 werden verwendet, um ein elektrisches Feld in dem Spalt 260 zu konzentrieren. Bei elektrischen Feldern von mehr als 5 V/^im kann eine Entladung 65 zwischen den Zähnen 256 und 258 stattfinden. Sobald eine Entladung beginnt, bleibt diese bestehen, bis die elektrische Energie verringert oder eine Erosion der Zähne 256 und 258 oder eine Zerstörung des Kristallgitters ausreichend weit

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fortgeschritten ist, so dass das Feld zu gering wird, die Entla- halten. Der Führungsrahmen 276 liefert elektrische Leiter dung aufrecht zu erhalten. zur Übertragung eines elektrischen Signals an das Spreng-

Ein primärer Sprengstoff (nicht dargestellt) kann unmit- zünder-Zündelement 300.

telbar von der Entladung zwischen den Zähnen 256 und 258 Das Sprengzünder-Zündelement 300 weist vorzugsweise oder mittelbar durch eine exotherme, chemische Reaktion s Steuerschaltkreise (nicht dargestellt) der in den Fig. 3 und 6 mit einer Schicht, die in Berührung mit der die Entladung gezeigten Art auf, um die Zündung des primären Sprengbewirkende Struktur steht, gezündet werden. Ein Vorteil bei stoffs 222,274 zu steuern, wobei die Schaltkreise in dem Sili-dieser Ausführungsform besteht darin, dass eine gutdefi- ciumsubstrat des Sprengzünder-Zündelements 300 unter Ver-nierte Schwellenspannung als Funktion des Abstandes zwi- Wendung herkömmlicher und mikroelektronischer Tech-schen den Zähnen 256 und 258 erhalten wird und dass die io niken gebildet sind. Eine Sicherheitsverbindung 301, die von Schwellenspannung zwischen einigen wenigen Volt und der Zündladung 222,274 isoliert ist, und Kurzschlusssteuer-ungefähr 1 kV geändert werden kann. drähte für den Führungsrahmen 276 sind aus Sicherheits-

Fig. 16 zeigt ein Sprengzünder-Zündelement 270, welches gründen eingebaut.

einen Licht erzeugenden Mikrochips 272 aus N-Typ Material Eine Betätigung der Energiedissipationseinrichtung, d.h.

mit einer Schicht 272A aus P-Typ Material aufweist, auf der is der in Fig. 10 dargestellten Zirkoniumverbindung 218, ein primärer Sprengstoff 274 aufgebracht ist. Der Sprengstoff bewirkt eine Energiefreisetzung, um die Ladung 222,274 zu

274 spricht auf von dem Mikrochips 272 erzeugtes Licht an, aktivieren, die daraufhin die Zündladung 282 zündet, welche der ein zusammengesetzter Halbleiterlaser oder eine Licht wiederum die Grundladung 280 zündet, die die durch den erzeugende Einrichtung oder irgendeine andere Licht erzeu- Sprengzünder zu zündende, beabsichtigte Explosion auslöst,

gende Einrichtung sein kann, z.B. eine herkömmliche Halb- 20 Es ist offensichtlich, dass die Grundgedanken der Erfin-

leitereinrichtung, die durch Plasmaeffekt Licht erzeugt. dung mittels einer Vielzahl von Ausführungsformen ausge-

Wenn der Licht erzeugende Mikrochip 272 ein Laser ist, drückt werden können, von denen jede eine miniaturisierte kann eine ausreichend hohe Energiedichte erreicht werden, Energiedissipationseinrichtung enthält, die in Kombination um die Ladung 274 unmittelbar zu zünden. Wenn der mit einem integrierten Schaltkreis gebildet ist. Diese Lösung

Mikrochip 272 eine niederere Beleuchtungsintensität aus- 25 ermöglicht, komplexe Steuerfunktionen bei von vorneherein sendet, kann eine optisch sensibilisierte, pyrotechnische Ver- vorliegender Zuverlässigkeit und sicherem Betrieb mit bindung für die Ladung 274 verwendet werden. geringen Kosten durchzuführen.

Fig. 17 zeigt eine unterschiedliche Packungsanordnung Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine feste eines Sprengzünder-Zündelements, um einen Sprengzylinder Zündladung beschrieben. Wie angegeben, können die zu ergeben. Das Sprengzünder-Zündelement ist auf einem 30 Grundgedanken der Erfindung in Kombination mit einem Metallführungsrahmen 276 befestigt, welcher wiederum in flüssigen oder gasförmigen Zündstoff verwendet werden. Bei einer Sprengzylinderkapsel 278 angebracht ist. Eine diesen Beispielen kann das Sprengzünder-Zündelement vor-Grundladung 280 ist in einem Ende der Sprengzünderkapsel zugsweise von der Art sein, die auf der Verwendung einer 278 vorgesehen. Die Grundladung 280 kann aus einem schmelzbaren Verbindung oder einer Hochspannungsentla-Sprengstoff wie PETN bestehen. Eine Zündladung 282 aus 35 dung basiert, wenn die Schmelzverbindung schmilzt, werden einem geeigneten Sprengstoff, wie eine Mischung von glühende Teile der Verbindung in den flüssigen oder gasför-Bleiacid und Bleistyphnat im Verhältnis von 4 :1 ist der migen Zündstoff gestreut, was eine erfolgreiche Explosion Grundladung 280 benachbart vorgesehen. Die Zündladung sicherstellt. Eine im hohen Masse erfolgreiche Zündung wird 282 ist in nächster Nähe einer primären Sprengladung 222, auch mit einer Hochspannungsentladung erhalten. Beim 274 irgendeines der vorhergehend beschriebenen und hier 40 Zusammenbau wird das Sprengzünder-Zündelement in mit 300 bezeichneten Sprengzünder-Zündelemente einem Behälter, wie die Dose 72 gemäss Fig. 5, abgedichtet, angeordnet. Die Zündladung 282 wird mittels einer Halte- der auch das flüssige oder gasförmige Zündstoffmaterial ent-glocke 284 in ihrer Lage gehalten. Der Führungsrahmen 276 hält. Die Schwierigkeit des Aufbringens des Zündstoffs auf aus Metall, der das Sprengzünder-Zündelement 300 trägt, dem Sprengzünder-Zündelement wird dadurch vermieden, geht durch einen geeigneten Stopfen 286 hindurch, der dich- 45 Der Sprengzünder nach der Erfindung und das Spreng-tend ein Ende der Kapsel 278 gegenüber dem Ende schliesst, zünder-Zündelement können zusammen mit irgendeinem in dem die Grundladung 280 vorgesehen ist. Der Stopfen 286 Sprengstoff auf militärischem Gebiet, dem Gebiet des Bergdient ferner dazu, den Führungsrahmen in seiner Lage zu baus oder anderen Gebieten verwendet werden.

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8 Blatt Zeichnungen