本发明涉及一种在两个陶瓷部件-特别是陶瓷压力传感器之间产生连接的方法。
背景技术:
陶瓷压力传感器包括基体和测量膜,其中测量膜通过活性钎焊料接合。用于接合由金刚砂制成的陶瓷部件的适当的活性钎焊料例如为zr-ni-ti合金,因为关于其热膨胀系数方面可以与金刚砂相配。
该活性钎焊料在欧洲专利ep0490807b1中公开。专利文献ep0558874b1公开了一种生产由该活性钎焊料制成的环的方法;为了连接测量膜和基体,由活性钎焊料制成的环作为垫片放置在两个部分之间,并且采用高真空钎焊工艺将其融化,由此在两个陶瓷部件之间产生压力密封和高强度环形连接。对采用预制环形式的焊料的可替换应用在于在丝网印刷工艺中提供活性钎焊料。能够被丝网印刷的活性钎焊料的膏,其生产方法在公开文献ep0988919a1中被公开。
然而,环仅可以以约30微米的最小厚度,以可重复的质量加以生产,并且丝网可印刷的膏还具有颗粒,这会导致在陶瓷部件之间的具有最小厚度约30微米的接合区。
间接地伴随着期望压力传感器小型化,需要更薄的接合区,因为-例如给定的具有电容性变送器的陶瓷压力传感器-小型化会导致电容性变送器的电极表面尺寸的减小,其之后将由间隙的减小来补偿。
公开文献de102010043119a1公开了一种在两个陶瓷部件的两个表面或表面段之间产生连接的方法,其中活性钎焊料材料的整体提供用于连接第一和第二陶瓷部件,使得两个陶瓷部件中的一个或两者的表面段通过化学气相沉积利用活性钎焊料合金和/或其组分形成分层。化学气相沉积由此例如借助于溅射或阴极溅射而发生。例如采用粉末冶金生产溅射靶(其包括按照期望的成分的活性钎焊料的合金)。然而,该靶的粉末冶金生产复杂,特别是当靶含有活性组分的时候。这就要求尺寸减小并且在氢环境下的制粉工艺。
技术实现要素:
因此本发明的目的在于提供一种克服现有技术的缺陷的可替换方法。
根据本发明的目的由根据专利权利要求1的方法实现。
根据本发明的用于在两个陶瓷部件的两个表面或表面段之间产生连接的方法包括:
提供第一陶瓷部件和第二陶瓷部件;
在至少一个陶瓷部件的至少一个表面段上提供活性钎焊料材料;并且
采用真空钎焊工艺加热活性钎焊料,
其中,根据本发明,用于连接第一和第二陶瓷部件的活性钎焊料材料的整体通过溅射方法被提供,其中至少一个陶瓷部件的,优选两个陶瓷部件的至少一个表面段利用活性钎焊料材料的单个组分的层序形成分层,其中活性钎焊料的单个组分的层的平均厚度不超过接合区厚度的0.5%,特别是不超过0.2%,优选不超过0.1%,并且特别优选的不超过0.05%。
在本发明的发展中,接合区中的活性钎焊料厚度不超过20微米-特别是不超过15微米,优选不超过12微米,并且特别优选的不超过10微米。
根据本发明的发展,组分的单个层厚度不超过10纳米-特别是不超过5纳米,优选的不超过2纳米,并且特别优选的不超过1纳米。
在本发明的发展中,组分的层的平均层厚,和/或它们的频度为合金中组分的比例的函数。
在本发明的发展中,组分[sic]的层的平均层厚与合金中的组分的比例成正比。
在本发明的发展中,组分分别由各自排他性地包括组分的材料的纯溅射靶溅射。
在本发明的发展中,单个层的厚度作为单个组分的沉积速率的函数通过时间加以控制。
在本发明的发展中,沉积速率借助于石英晶体微天平来监测。
在本发明的发展中,活性钎焊料的组分的第一成分的第一层序首先被沉积在至少一个表面上,其中活性钎焊料的第二成分的第二层序跟在第一层序后。
在本发明的发展中,第一层序的厚度不超过接合区厚度的10%-特别的,不超过5%。
在本发明的发展中,第一成分的熔点不小于100k°,小于第二成分的熔点。
在本发明的发展中,第二成分的热膨胀系数与陶瓷材料的热膨胀系数的差比第一成分的热膨胀系数较与陶瓷材料的热膨胀系数的差小。
根据发展,至少一个接合区配合体分层形成的第一层具有活性钎焊料的活性组分。
根据本发明的发展,活性钎焊料包括zr-ni-ti合金,其中至少一个活性组分特别包括钛或者锆。
根据本发明的发展,第一和/或第二陶瓷部件包括金刚砂。
根据本发明的发展,第一陶瓷部件和第二陶瓷部件被连接以便沿着包围第一陶瓷部件和第二陶瓷部件之间的空腔的第一环形接合区被压力密封,其中活性钎焊料沉积在陶瓷部件的至少一个环形表面段上,其中由环形表面段包围的区域在活性钎焊料的沉积期间被掩蔽。
在本发明的发展中,钎焊工艺为真空钎焊工艺或者惰性气体下的钎焊工艺。
在本发明的发展中,第一陶瓷部件包括压力传感器基体,其中第二陶瓷部件包括压力传感器的测量膜,并且其中测量膜被连接以便沿着具有活性钎焊料的环形接合区被与基体压力密封。
在本发明的发展中,压力传感器为差压传感器,其具有在两个基体之间的测量膜或两个测量膜之间的一个基体,其中两个基体或者两个测量膜彼此相互接合,其中活性钎焊料材料分别被采用相同的方式提供给测量膜和两个配对体之间或两个测量膜和配对体之间的两个接合区。
附图说明
现在将基于附图中所示的示例性实施例解释本发明。
附图中示出:
图1:陶瓷压力传感器的组件,由根据本发明的方法的方式接合;
图2a:根据本发明方法的示例性实施例的流程图;以及
图2b:用于执行图2a的实施例的方法步骤的更详细的流程图。
具体实施方式
图1中所示的陶瓷压力传感器1的组件包括圆形盘状基体3的圆形盘状测量膜2,其包括金刚砂。测量膜特别包括高纯度金刚砂,纯度优于99.98%。根据实施例,测量膜1和基体2的直径例如约为15-25毫米。例如,测量膜2的材料厚度为100微米到2毫米,其中基体的材料厚度为几个毫米。然而,引用的尺寸对于本发明来说是一个不重要的数值,并且例如根据测量技术或者其他边界条件的要求来选择。测量膜1和基体2相连从而采用zr-ni-ti活性钎焊料的方式在高真空钎焊工艺中被压力密封。
为此,测量膜2和基体3的要接合的面分别被首先掩蔽,除了环形边界区,以便此后采用化学气相沉积的方法为环形边界区内的接合区准备活性钎焊料。
在活性钎焊料完全沉积,形成接合区后,带有活性钎焊料层的测量膜2和基体3相互叠置,并且在真空钎焊工艺中,相互连接从而被压力密封。
在沉积活性钎焊料(此处没有示出)之前,优选地准备压力传感器的电容性变送器的电极。这通过化学气相沉积的方式在溅射工艺中类似的发生。例如,ta被沉积,厚度例如为0.1到0.2微米,ta适于作为电极材料。例如,优选的电极布置能够形成差动电容器,为此,具有圆形面形状的中心测量电极以及同一电容的围绕所述测量电极的环形参考电极沉积在由环形接合区环绕的区域内的基体的面向侧上。在完成的压力传感器中,测量电极,参考电极和接合区优选相互之间电隔离。优选在膜的整个表面上准备对电极,其中对电极优选与完成的传感器中的接合区电流接触。
用于产生陶瓷体之间,例如压力传感器的上述组件的连接的方法的示例性实施例使用图2a到2b的方法进行解释。图2a,该连接中首先表现出一种通常的公知方法100,步骤的顺序包括陶瓷体的提供110,不要形成分层的区域的掩蔽120,采用活性钎焊料对陶瓷体形成分层130,陶瓷体相互之间的定位140,以及在真空钎焊工艺中陶瓷体的接合150。本发明的特征涉及形成分层130,在图2b中详细展现。根据此,通过顺序重复溅射步骤131,132,133直到达到期望的层序列厚度,例如5微米,从而获得分层130,其中最大单个层厚约5纳米。第一组分的层具有1纳米的层厚,例如,第二组分的层具有2纳米的层厚,并且第三组分的层具有例如5纳米的层厚。
在溅射中,单个层的厚度通过组分特定电功率和溅射时间控制,其中沉积速率涉及组分在给定功率下的原子质量和密度。
然而,假定单个组分的层的相同频度,那么由于层厚的差异,必然存在不再可以被合理表征的合金。因此,对于优选的zr-ni-ti合金的组分czr,cni,cti,其适用于(按照原子百分比):61<czr<63.5;21.5<cni<24以及14.5<cti<15.5。
考虑纯材料的相应的原子质量和固体密度,对于czr=62;cni=23以及cti=15的成分(按照原子百分比),得到如下层厚比率:
dzr=5nm;dni=1.0nm以及dti=0.4nm。
为了获得更厚的钛层,锆层的频度必须加倍。层序从而为...ti,zr,ni,zr,ti,zr,ni,zr,...具有如下层厚比率:
dzr=5nm;dni=2.0nm以及dti=0.8nm。
相应的用于分层步骤230的子工艺如图2c中所示,其中zr对应于第一组分,而ni和ti形成第二或第三组分。
为了获得具有足够好的控制率的有效沉积速率,优选使用具有高能量磁电管的溅射系统。采用此,溅射速率可以在受控模式中被设定在约0.2nm/s和约2nm/s之间。对于沉积5微米,假定沉积速率为2nm/s,要求2500秒(因此,约42分钟)。