[發明專利]用于脆性材料的接頭

有效

• 申請號: 201710264630.3
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN108500412B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 馬克·G·羅莫
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙特公司
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;B23K1/19
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪洋

提供一種將脆性材料接合到部件的方法。所述方法包括：在所述脆性材料的表面上沉積金屬化層。在所述部件和所述脆性材料之間施加接合材料層，使得所述部件和所述脆性材料限定界面區域。所述金屬化層和接合材料層延伸超過所述界面區域。

背景技術

許多裝置和應用需要諸如傳感器或其他電子裝置的部件被安裝或固定到諸如陶瓷，玻璃或結晶材料的脆性材料上。通常，使用合適的方法(例如氣相沉積)將金屬層沉積在脆性材料上，然后將所述部件錫焊或釬焊到金屬化層。熱膨脹系數的差異會產生可能損壞接頭或以其他方式縮短其使用壽命的應力。提供部件和脆性材料之間改進的接頭將為許多行業提供重要的進步。

發明內容

提供了將脆性材料接合到部件的方法。該方法包括在脆性材料的表面上沉積金屬化層。在脆性材料和部件之間施加一層接合材料，使得該部件和脆性材料限定一個界面區域。金屬化層和接合材料層延伸超出所述界面區域。

附圖說明

圖1A和1B是示出脆性材料和部件之間的可能產生應力問題的一些示例性聯接情況的剖視圖。

圖2是示出根據本發明的實施例的與界面區域分離的應力突增處(stress riser)的剖視圖。

圖3是示出根據本發明的實施例的具有位于與界面區域分開的面上的應力突增處的聯接場景的橫截面圖。

圖4是根據本發明的實施例的具有壓力傳感器安裝件的壓力變送器的局部剖視圖。

圖5是圖1的壓力變送器的放大剖視圖，其示出了根據本發明實施例的壓力傳感器安裝件。

圖6A和6B是根據本發明實施例的壓力傳感器安裝件的放大剖視圖。

圖7是根據本發明實施例的提供壓力傳感器安裝件的方法的流程圖。

具體實施方式

存在許多許下的應用：在該應用中，使用軟釬焊料(solder)或硬釬焊料(braze)以將一種自身可能是可鍛的或脆性的部件連接到脆性材料。脆性材料可以是諸如玻璃，陶瓷或結晶材料的電絕緣體。脆性材料需要首先將金屬沉積在具體限定的區域上，以便之后能夠施加錫焊或釬焊接頭。期望軟釬焊料和硬釬焊料涂覆整個金屬化區域。與諸如陶瓷的脆性材料相比，軟釬焊料和硬釬焊料具有非常不同的熱膨脹系數。相對于基礎脆性材料，軟釬焊料或硬釬焊料的熱膨脹系數的不同在初始接合后的冷卻過程中導致應力。金屬化區域的邊緣(其中軟釬焊料或硬釬焊料流入或潤濕沉積金屬的最邊緣)也可以集中應力，導致應力突增處的發展。

雖然將關于使用改進的接頭來聯接壓力變送器內的壓力傳感器的特定物理實施例來描述本發明的實施例，但是本領域技術人員將認識到：任何在將脆性材料連接到部件上的材料之間的不同的熱膨脹系數產生挑戰的地方，都可以實施本發明的實施例。

當金屬的邊緣接近兩個連接的部件的邊界或在兩個連接的部件的邊界內時，應力集中問題變得強烈。這對于例如存在于壓力傳感器中的類似微電子機械系統(MEMS)的小部件應用尤其如此。界面處的金屬層和陶瓷層之間的熱膨脹差異也可以增加整個界面區域的應力水平。如果應力突增處位置處的應力高于陶瓷層的強度極限，則可能開始形成裂紋。受應力的體積中的裂紋將增長，直到裂紋前端處的應力低于材料的強度。結果可能是陶瓷層和金屬層之間的無效接頭。

圖1A和1B示出了在金屬和脆性部件之間的可以產生應力突增處的一些示例聯接情景。圖1A示出了脆性材料層410和金屬層440之間的使用金屬化層420和軟釬焊料或硬釬焊料430的聯接不太好的一個示例。脆性材料410例如可以是諸如下文所述的壓力傳感器基座的陶瓷層。金屬層440可以是例如壓力傳感器或壓力傳感器的一部分。