本發(fā)明涉及壓力傳感器共晶鍵合，更具體地，涉及一種mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法。
背景技術(shù)：
1、mems壓力傳感器廣泛應(yīng)用于航空航天和機(jī)器人領(lǐng)域，精密的測(cè)量需求對(duì)封裝技術(shù)有嚴(yán)格的要求，需要傳感器在惡劣環(huán)境中保持優(yōu)異的測(cè)量準(zhǔn)確性。一般傳感器鍵合采用金屬共晶鍵合，即在金屬界面上同步施加溫度與壓力來形成合金，實(shí)現(xiàn)鍵合界面的結(jié)合。相比于其它鍵合方式，金屬共晶鍵合工藝較為簡(jiǎn)單；能夠確保鍵合界面具有高的機(jī)械強(qiáng)度；在相對(duì)較低溫度下進(jìn)行，減少熱應(yīng)力；與si等材料兼容性較好，成為當(dāng)前壓力傳感器封裝主流技術(shù)。
2、目前常見的金屬共晶材料為au-sn，工藝較為成熟。當(dāng)前au-sn合金鍵合中主要存在以下問題：au-sn共晶鍵合界面強(qiáng)度較低；au-sn共晶合金較脆，在熱循環(huán)或機(jī)械應(yīng)力下可能出現(xiàn)裂紋，且在高溫下會(huì)形成金屬間化合物，影響長(zhǎng)期可靠性。文獻(xiàn)“ricky?w.chuang,dongwook?kim,jeong?park,afluxless?au-snbonding?process?of?tin-richcompositions?achieved?in?ambientair.2002electronic?components?and?technologyconference.pp134-137.”中介紹了兩種配比的au-sn共晶鍵合，共晶體的熔融溫度約280℃。其共晶鍵合強(qiáng)度較低，不適用于當(dāng)前氣密性要求更高的環(huán)境中，且sn易氧化，無法實(shí)現(xiàn)大面積的鍵合，鍵合質(zhì)量很差。此外較厚的鍵合層對(duì)mems器件及集成電路不利。au-si雖然鍵合強(qiáng)度較高，但鍵合時(shí)對(duì)表面平整度要求較高，工藝復(fù)雜，且鍵合溫度較高。
3、對(duì)于高精度的mems壓力傳感器來說，大的鍵合強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性至關(guān)重要。現(xiàn)有技術(shù)中的共晶鍵合材料具有以下缺點(diǎn)：共晶鍵合強(qiáng)度較低無法滿足高氣密性要求；高溫下材料脆性大，無法在高溫且具有化學(xué)腐蝕氣氛的惡劣條件下工作。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了au-ge-in共晶系統(tǒng)，其中au-ge擁有出色的高溫性能、高熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率，以及優(yōu)良的機(jī)械性能，ge-in系統(tǒng)共晶溫度較低，能夠在低溫下完成鍵合連接，且鍵合強(qiáng)度能夠達(dá)到40mpa以上，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中面臨的鍵合溫度高，鍵合強(qiáng)度低的技術(shù)問題。
2、根據(jù)本發(fā)明的目的，提供了一種mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，包括以下步驟：
3、(1)在mems壓力傳感器的襯底硅層上依次沉積粘附層、金擴(kuò)散阻擋層、金層、鍺層以及銦層；
4、(2)運(yùn)用濕法刻蝕方法，形成背腔結(jié)構(gòu)；
5、(3)將所述背腔結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)用來鍵合的合金鋼的通孔，同時(shí)進(jìn)行加壓和加熱；當(dāng)溫度達(dá)到鍺、銦和金三元合金的共晶熔點(diǎn)后，所述金層、鍺層以及銦層發(fā)生液相共晶反應(yīng)，繼續(xù)升溫至520℃-550℃，并在該溫度范圍內(nèi)保溫10min-20min；然后進(jìn)行降溫，當(dāng)溫度降至鍺、銦和金三元合金的共晶固相線以下時(shí)，液態(tài)共晶開始向固態(tài)轉(zhuǎn)變，從而通過金屬共晶鍵合實(shí)現(xiàn)所述合金鋼對(duì)所述mems壓力傳感器的封裝。
6、優(yōu)選地，所述粘附層為ti層。
7、優(yōu)選地，所述ti層的厚度為50nm-60nm。
8、優(yōu)選地，所述金擴(kuò)散阻擋層為ni層。
9、優(yōu)選地，所述ni層的厚度為500nm-550nm。
10、優(yōu)選地，所述金層的厚度為600nm-650nm。
11、優(yōu)選地，所述鍺層的厚度為100nm-150nm。
12、優(yōu)選地，所述銦層的厚度為100nm-150nm。
13、優(yōu)選地，沉積所述粘附層、金擴(kuò)散阻擋層、鍺層以及銦層的方法為磁控濺射，沉積所述金層的方法為蒸鍍。
14、優(yōu)選地，所述合金鋼的表面依次沉積ti層和au層。
15、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：
16、(1)本發(fā)明采用了au-ge-in材料系統(tǒng)用于壓力傳感器和合金鋼外殼連接，其擁有高熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率，以及優(yōu)良的電磁(em)屏蔽能力和機(jī)械性能的同時(shí)，其鍵合溫度較低。
17、(2)本發(fā)明采用了au-ge-in短暫液相過渡共晶鍵合工藝技術(shù)，合金層連接穩(wěn)定，鍵合強(qiáng)度能夠達(dá)到40mpa以上。
18、(3)本發(fā)明制備的壓力傳感器-合金鋼體系高溫耐氧化性強(qiáng)，可在高溫且具有化學(xué)腐蝕氣氛的惡劣條件下工作。
1.一種mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，所述粘附層為ti層。
3.如權(quán)利要求2所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，所述ti層的厚度為50nm-60nm。
4.如權(quán)利要求1所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，所述金擴(kuò)散阻擋層為ni層。
5.如權(quán)利要求4所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，所述ni層的厚度為500nm-550nm。
6.如權(quán)利要求1所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，所述金層的厚度為600nm-650nm。
7.如權(quán)利要求1所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，所述鍺層的厚度為100nm-150nm。
8.如權(quán)利要求1所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，所述銦層的厚度為100nm-150nm。
9.如權(quán)利要求1所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，沉積所述粘附層、金擴(kuò)散阻擋層、鍺層以及銦層的方法為磁控濺射，沉積所述金層的方法為蒸鍍。
10.如權(quán)利要求1所述的mems壓力傳感器封裝的金屬共晶鍵合方法，其特征在于，所述合金鋼的表面依次沉積ti層和au層。