專利名稱：用于制造兩個(gè)陶瓷部件特別是壓力傳感器部件之間的連接件的方法以及陶瓷產(chǎn)品特別是 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造兩個(gè)陶瓷部件特別是壓力傳感器部件之間的連接件的方法，以及陶瓷產(chǎn)品特別是陶瓷壓力傳感器。
背景技術(shù)：
陶瓷壓力傳感器包括平臺(tái)和測(cè)量膜，其中測(cè)量膜通過活性硬焊料或活性釬焊料與平臺(tái)接合。用于將剛玉的陶瓷部件接合的適合的活性硬焊料或活性釬焊料為例如Zr-N1-Ti合金，因?yàn)檫@種合金具有與剛玉相容的熱膨脹系數(shù)。歐洲專利EP0490807B1公開了這種活性硬焊料或活性釬焊料。專利EP0558874B1公開了用于制造這種活性硬焊料或釬焊的環(huán)的方法。將用于連接測(cè)量膜和平臺(tái)的活性硬焊料或活性釬焊料的環(huán)放置在兩個(gè)部件之間作為空間支持物，并在高真空焊接過程中熔化，由此在兩個(gè)陶瓷部件之間產(chǎn)生耐壓密閉和高強(qiáng)度的環(huán)形連接件。一種以預(yù)制環(huán)的形式施加焊料的備選方法是在絲網(wǎng)印刷過程中提供活性硬焊料或活性釬焊料?；钚杂埠噶匣蚧钚遭F焊料的可絲網(wǎng)印刷的糊狀物及其制造方法被公開在專利公開說明書EP0988919A1中。然而，所述環(huán)只能以可重復(fù)的質(zhì)量被制造為具有例如30 μ m的最小厚度，并且所述可絲網(wǎng)印刷的糊狀物還包含顆粒，這導(dǎo)致陶瓷部件之間的接頭的最小厚度為例如30 μ m。希望壓力傳感器小型化，間接意味著需要更薄的接頭。例如，在具有電容式換能器的陶瓷壓力傳感器的情況下，小型化導(dǎo)致電容換能器的電極區(qū)域減小，于是這必須通過距離的變小而得到補(bǔ)償。因此，本發(fā)明的目的是提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明通過如權(quán)利要求1中定義的方法和如權(quán)利要求15中定義的陶瓷壓力傳感器達(dá)到所述目的。本發(fā)明的用于制造兩個(gè)陶瓷部件的兩個(gè)表面或表面區(qū)段之間的連接件的方法包括如下步驟:提供第一陶瓷部件和第二陶瓷部件；將活性硬焊料或活性釬焊料提供在至少一個(gè)所述陶瓷部件的至少一個(gè)表面區(qū)段上；以及在焊接、釬焊過程中加熱所述活性硬焊料或活性釬焊料，其中根據(jù)本發(fā)明，用于連接所述第一陶瓷部件和第二陶瓷部件的全部活性硬焊料或活性釬焊料被以如下方式提供使得至少一個(gè)所述陶瓷部件、優(yōu)選兩個(gè)陶瓷部件的至少一個(gè)表面區(qū)段通過氣相沉積被涂覆有所述活性硬焊料或活性釬焊料和/或其組分的合金。根據(jù)本發(fā)明目前優(yōu)選的進(jìn)一步發(fā)展，所述氣相沉積包括濺射法，以便將所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分轉(zhuǎn)移到氣相中。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以發(fā)生活性釬焊料材料的熱蒸發(fā)來代替濺射。在這種情況下，有利的是提供來自于不同來源例如坩堝的合金的組分，其中用于維持合金的希望的組成的蒸發(fā)速率通過例如所述來源的溫度得以控制。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述活性硬焊料或活性釬焊料包含多種組分，其中在濺射法中使用濺射靶或陰極，所述濺射靶或陰極優(yōu)選含有所述活性硬焊料或活性釬焊料的所有組分。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展，所述活性硬焊料或活性釬焊料包含希望的組成，其中所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分Ki以重量百分?jǐn)?shù)Ci存在，并且在所述希望的組成的情況下，所述活性硬焊料或活性釬焊料的熱膨脹系數(shù)與所述陶瓷部件的材料的熱膨脹系數(shù)之間的差異，特別是在給定的接頭強(qiáng)度的情況下，具有最小值，其中所述濺射靶以比例Ci,靶含有所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分，所述比例Ci,靶與希望的組成Ci,希望具有如下的各個(gè)組分的相對(duì)偏差Cli:(Ii:= (Ci, IE -Ci,希望)/Ci，希望其中φ〈4%，優(yōu)選不超過2%，并且特別優(yōu)選不超過1%。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，至少一個(gè)陶瓷部件的至少一個(gè)表面區(qū)段通過氣相沉積首先只被涂覆有所述活性硬焊 料或活性釬焊料的一種活性組分。在這種情況下，一方面，所述一種活性組分以合計(jì)為例如所述活性硬焊料或活性釬焊料的總厚度的不超過5%、優(yōu)選不超過2%并特別優(yōu)選不超過1%的厚度被施加在第一和第二陶瓷部件之間。另一方面，所述一種組分以合計(jì)為例如所述活性硬焊料或活性釬焊料的總厚度的不小于0.1%、優(yōu)選不小于
0.2%的厚度被施加在第一和第二陶瓷部件之間。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，一方面，具有所述一種活性組分的涂層的厚度例如不小于10nm、特別是不小于40nm、并優(yōu)選不小于80nm,其中，另一方面,具有所述一種活性組分的涂層的厚度例如不超過400nm、特別是不超過300nm、并優(yōu)選不超過200nm。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，通過濺射法將用于氣相沉積的所述一種活性組分帶入所述氣相中，其中在所述濺射法中使用濺射靶，所述濺射靶只含有所述一種活性組分。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述活性硬焊料或活性釬焊料包含Zr-N1-Ti合金，其中所述至少一種活性組分特別包含鈦或鋯。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展，所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分例如可以具有如下所希望的組成:55<cZr<65.5，20.5〈cNi〈27.5 并且 14〈cTi〈17.5，特別是 61〈c&〈63.5，21.5〈cNi〈24 并且 14.5〈cTi〈15.5。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述第一陶瓷部件和所述第二陶瓷部件沿著環(huán)形接頭耐壓密閉連接，所述接頭包圍所述第一陶瓷部件與所述第二陶瓷部件之間的中空空間，其中所述活性硬焊料或活性釬焊料被沉積在陶瓷部件的至少一個(gè)環(huán)形表面區(qū)段上，其中在所述活性硬焊料或活性釬焊料的沉積期間，遮蔽由所述環(huán)形表面區(qū)段包圍的區(qū)域。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述焊接過程是真空焊接、釬焊過程或在保護(hù)氣體下的焊接、釬焊過程。特別可根據(jù)本法的方法獲得的本發(fā)明的陶瓷產(chǎn)品包含第一陶瓷部件和第二陶瓷部件，其中所述第一陶瓷部件和第二陶瓷部件通過接頭接合，所述接頭包含活性硬焊料或活性釬焊料，其中在所述接頭中，所述活性硬焊料或活性釬焊料的厚度不超過20 μ m、特別是不超過17 μ m、優(yōu)選不超過14 μ m并特別優(yōu)選不超過12 μ m。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述陶瓷部件包含剛玉，其中所述活性硬焊料或活性釬焊料包含Zr-N1-Ti合金。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，所述陶瓷產(chǎn)品是壓力傳感器，其中所述第一陶瓷部件包含所述壓力傳感器的平臺(tái)，其中所述第二陶瓷部件包含所述壓力傳感器的測(cè)量膜，并且其中所述測(cè)量膜沿著環(huán)形接頭與所述平臺(tái)耐壓密閉連接，所述環(huán)形接頭包含所述活性硬焊料或活性釬焊料。


現(xiàn)在將在 附圖中示出的實(shí)施方式的示例的基礎(chǔ)上解釋本發(fā)明，唯一的附圖示出如下:圖1示出通過本發(fā)明的方法接合的陶瓷壓力傳感器的部件。
具體實(shí)施例方式圖1中示出的陶瓷壓力傳感器I的部件包含圓形盤狀測(cè)量膜2和圓形盤狀平臺(tái)3，兩者均為剛玉。具體地，測(cè)量膜可以是純度大于99.98%的高純度的剛玉。取決于實(shí)施方式，測(cè)量膜I和平臺(tái)2例如具有例如15至25mm的直徑。然而，直徑不是本發(fā)明的必需變量，并可以根據(jù)例如計(jì)量要求或其它邊界條件進(jìn)行選擇。測(cè)量膜I和平臺(tái)2通過Zr-N1-T1-活性硬焊料或活性釬焊料在高真空焊接過程中耐壓密閉連接。為此，在每種情況下，首先遮蔽待接合的測(cè)量膜I和平臺(tái)2的除了環(huán)形邊緣區(qū)域以外的端面，以便然后通過氣相沉積來制備用于環(huán)形邊緣區(qū)域中的接頭的活性硬焊料或活性釬焊料。為了便于與相應(yīng)的陶瓷基底反應(yīng)，而不是直接沉積具有希望的組成的合金，首先可以只沉積活性組分。這可以為例如鈦層，所述鈦層的厚度在每種情況下例如為lOOnm。例如可以在濺射法中使用純Ti靶來制備涂層4、5。然后，在每種情況下，在預(yù)先涂覆有活性組分的測(cè)量膜和平臺(tái)的環(huán)形區(qū)域上，可以沉積接頭的厚度所需要的一部分活性硬焊料或活性釬焊料。該分配可以為例如一半一半，據(jù)此，在接頭的希望的厚度為例如10 μ m的情況下，在每種情況下，可以以希望的組成在測(cè)量膜和平臺(tái)上沉積厚度為例如5 μ m的環(huán)形層6、7。為此，應(yīng)用靶，所述靶以希望的組成含有活性硬焊料或活性釬焊料的合金。例如，可以使用粉末冶金方法生產(chǎn)所述靶。為了實(shí)現(xiàn)具有足夠良好的速率控制的高效的沉積速率，優(yōu)選應(yīng)用具有高功率磁控管的濺射設(shè)備。以這種方式,沉積速率可以被控制在例如約0.2nm/s至約2nm/s之間。為了沉積5 μ m,在沉積速率為2mm/s的情況下，則需要2500s或約42分鐘。在活性硬焊料或活性釬焊料的沉積完成后，通過下面的步驟來形成接頭:將具有活性硬焊料環(huán)的測(cè)量膜2和平臺(tái)3放置在另一個(gè)的頂上，并在約900°C下真空焊接、釬焊，以便將兩個(gè)部件彼此耐壓密閉連接。優(yōu)選地，在沉積活性硬焊料或活性釬焊料之前，制備電極(未示出)用于壓力傳感器的電容換能器。這類似地可以通過在濺射法中氣相沉積而發(fā)生。適合的電極材料為例如Ta，其被沉積為例如0.1至0.2 μ m的厚度。優(yōu)選的電極布置可以使得例如能夠形成差動(dòng)電容器，為此，在由環(huán)形接頭包圍的區(qū)域中平臺(tái)的端部上，沉積中心的圓形盤狀測(cè)量電極，以及包圍該測(cè)量電極并具有相等的電容的環(huán)形參比電極。在完成的壓力傳感器中，測(cè)量電極、參比電極和接頭優(yōu)選彼此電絕緣。在膜上 制備的優(yōu)選為整個(gè)表面，在完成的傳感器中的反電極優(yōu)選與接頭電接觸。
權(quán)利要求
1.一種用于制造兩個(gè)陶瓷部件之間的連接件的方法，所述方法包括: 提供第一陶瓷部件和第二陶瓷部件； 將活性硬焊料或活性釬焊料提供在至少一個(gè)所述陶瓷部件的至少一個(gè)表面區(qū)段上；以及 在焊接、釬焊過程中加熱所述活性硬焊料或活性釬焊料， 其特征在于， 用于連接所述第一陶瓷部件和第二陶瓷部件的全部活性硬焊料或活性釬焊料被以如下方式提供使得至少一個(gè)所述陶瓷部件、優(yōu)選兩個(gè)陶瓷部件的至少一個(gè)表面區(qū)段通過氣相沉積被涂覆有所述活性硬焊料或活性釬焊料和/或其組分的合金。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣相沉積包括濺射法或熱蒸發(fā)，以便將所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分轉(zhuǎn)移到氣相中。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述活性硬焊料或活性釬焊料具有多種組分，并且其中在濺射法中使用濺射靶，所述濺射靶含有所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述活性硬焊料或活性釬焊料具有希望的組成，其中所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分Ki以重量百分?jǐn)?shù)Ci存在，并且在所述希望的組成的情況下，所述活性硬焊料或活性釬焊料的熱膨脹系數(shù)與所述陶瓷部件的材料的熱膨脹系數(shù)之間的差異，特別是在給定的接頭強(qiáng)度的情況下，具有最小值，其中所述濺射靶以比例Ci,靶含有所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分，所述比例Ci，靶與希望的組成Ci，希望具有如下的各個(gè)組分的相對(duì)偏差Cli:Cl1: = I (Ci, IE -Ci,希望)/Ci,希望 其中屯〈4%，優(yōu)選不超過2%，并且特別優(yōu)選不超過1%。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中至少一個(gè)陶瓷部件的至少一個(gè)表面區(qū)段通過氣相沉積首先只被涂覆有所述活性硬焊料或活性釬焊料的至少一種活性組分。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中具有所述至少一種活性組分的涂層的厚度不小于10nm、特別是不小于40nm、并優(yōu)選不小于80nm。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中具有所述至少一種活性組分的涂層的厚度不超過400nm、特別是不超過300nm、并優(yōu)選不超過200nm。
8.如權(quán)利要求5至7之一所述的方法，其中通過濺射法將用于氣相沉積的所述至少一種活性組分帶入所述氣相中，并且其中在所述濺射法中使用濺射靶，所述濺射靶只含有所述至少一種活性組分。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述焊接、釬焊過程是真空焊接、釬焊過程或在保護(hù)氣體下的焊接、釬焊過程。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述活性硬焊料或活性釬焊料包含Zr-N1-Ti合金,并且其中所述至少一種活性組分包含Ti或Zr。
11.如權(quán)利要求4和權(quán)利要求10所述的方法，其中在希望的組成中，所述活性硬焊料或活性釬焊料的組分的濃度如下:55〈c&〈65.5,20.5<cNi<27.5并且14〈cTi〈17.5，特別是61<cZr<63.5,21.5〈cNi〈24 并且 14.5〈cTi〈15.5。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述第一陶瓷部件和所述第二陶瓷部件沿著環(huán)形接頭耐壓密閉連接， 所述接頭包圍所述第一陶瓷部件與所述第二陶瓷部件之間的中空空間，其中所述活性硬焊料或活性釬焊料被沉積在陶瓷部件的至少一個(gè)環(huán)形表面區(qū)段上，其中在所述活性硬焊料或活性釬焊料的沉積期間，遮蔽由所述環(huán)形表面區(qū)段包圍的區(qū)域。
13.陶瓷產(chǎn)品，其特別可根據(jù)如權(quán)利要求1至12之一所述的方法而獲得，其中所述陶瓷產(chǎn)品包含第一陶瓷部件和第二陶瓷部件，并且其中所述第一陶瓷部件和第二陶瓷部件通過接頭接合，所述接頭包含活性硬焊料或活性釬焊料，其中在所述接頭中，所述活性硬焊料或活性釬焊料的厚度不超過20 μ m、特別是不超過17 μ m、優(yōu)選不超過14 μ m并特別優(yōu)選不超過 12 μ m。
14.如權(quán)利要求13所述的陶瓷產(chǎn)品，其中所述陶瓷部件包含剛玉，并且其中所述活性硬焊料或活性釬焊料包含Zr-N1-Ti合金。
15.如權(quán)利要求13或14所述的陶瓷產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品是壓力傳感器，其中所述第一陶瓷部件包含所述壓力傳感器的平臺(tái)，其中所述第二陶瓷部件包含所述壓力傳感器的測(cè)量膜，并且其中所述測(cè)量膜沿著環(huán)形接頭與所述平臺(tái)耐壓密閉連接，所述環(huán)形接頭包含所述活性硬焊料或 活性釬焊料。
全文摘要
一種用于制造兩個(gè)陶瓷部件之間的連接件的方法，所述方法包括提供第一陶瓷部件和第二陶瓷部件；將活性硬焊料或活性釬焊料提供在至少一個(gè)陶瓷部件的至少一個(gè)表面區(qū)段上；以及在真空焊接、釬焊過程中加熱所述活性硬焊料或活性釬焊料，其中，根據(jù)本發(fā)明，用于連接第一和第二陶瓷部件的全部活性硬焊料或活性釬焊料被以如下方式提供使得至少一個(gè)陶瓷部件、優(yōu)選兩個(gè)陶瓷部件的至少一個(gè)表面區(qū)段通過氣相沉積被涂覆有所述活性硬焊料或活性釬焊料的合金。
文檔編號(hào)B23K35/32GK103189333SQ201180052903
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者安德烈亞斯·羅斯貝格, 邁克爾·菲利普斯, 弗蘭克·黑格納, 武爾費(fèi)特·德魯斯, 約爾格·穆勒, 馬可·多姆斯 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司