CN114206789B - 气密封闭的透明腔体及其外壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气密封闭外壳(1)，其包括：至少一个覆盖基材(5)与该覆盖基材(5)相邻布置的基材，它们共同构成外壳(1)的至少一部分；还包括至少一个由外壳(1)包围的功能区域(12、13、13a)，其中至少所述覆盖基材(5)包括优选地玻璃质材料，其中所述覆盖基材(5)是热钢化的，并且其中所述覆盖基材(5)利用至少一个激光接合线(8)气密密封地结合到与所述覆盖基材(5)相邻布置的基材上，其中所述覆盖基材(5)由具有与相邻布置的基材不同的热膨胀系数(CTE)的特征值的材料构成并且在所述外壳(1)中建立了热预应力，并且其中所述热预应力将优选压应力施加到所述覆盖基材(5)上。

Description

气密封闭的透明腔体及其外壳

技术领域

本发明涉及一种用于提供多个气密密封外壳的方法以及一种透明外壳。

背景技术

气密封闭外壳可以用于保护敏感的电子设备、电路或例如传感器等。因此医疗植入物可以用于例如心脏区域中、视网膜中或生物处理器。由钛制成并已被应用的生物处理器是已知的。

传感器可以用根据本发明的外壳保护以应对特别不利的环境条件。该领域还包括例如MEMS(微机电系统)、气压计等。

根据本发明的外壳使用的另一领域可以在智能手机壳、在虚拟现实眼镜领域中以及类似装置中找到。根据本发明的外壳还可以用于制造流体电池，例如在电动汽车的背景下。然而，根据本发明的外壳也可以用于航空航天、高温应用和微光学领域。

上述使用目的共同点是，电子设备对其坚固性有很高的要求。因此，必须保护电子设备免受不利的环境影响。另外，必要情况下要求，保证与外壳的内部区域、即由外壳构成的腔体的交换。外壳至少部分是透明的，即至少局部和/或至少对于某波长范围是透明的。这种透明性允许与布置在腔体中的电子设备或传感器进行通信、数据或能量传递、测量。尤其可以实现光通信方法或光数据或能量传递。

基本上已知的是，将多个零件共同结合并且这些零件以如下方式布置，使得在可以容置组件的中间空间中产生容纳区域。例如，EP 3 012 059 B1示出了一种制造用于保护光学构件的透明零件的方法。在此使用了一种新型的激光方法。

发明内容

在上下文中，本发明应视为外壳被改进并且特别是更有抵抗力地被构建。由此可以提高抵抗环境影响以及例如机械负载的鲁棒性。

换句话说，本发明的目的在于，提供一种用于腔体的改进的外壳，以承受甚至更不利的环境条件和影响。在此特别注意外壳的机械应力，以例如避免边棱破损。

本发明的另一方面是，成本特别有利地、但也可靠且持久地提供外壳的改进，因为改进的外壳还必须在市场上的竞争情况中保持其自身的地位。

因此在本发明的范围中提出了一种用于提供多个气密密封外壳的方法。尽管该方法也可以毫无困难地改变为，用该方法仅制造单个外壳，但处于经济考量以相同的工艺顺序生产多个外壳是有意义的。由此节省了时间、花费和原材料物料。

根据本发明的气密封闭外壳包括至少一个覆盖基材和与覆盖基材相邻布置的基材，它们一起构成外壳的至少一部分。至少两个基材优选地彼此重叠地布置，即形成叠摞。

根据本发明，功能区域被外壳包围。至少覆盖基材优选地具有类玻璃材料。覆盖基材是热预应力的并且利用至少一个激光结合线气密密封地结合到与覆盖基材相邻布置的基材上。

覆盖基材由具有与相邻布置的基材不同的热膨胀系数的特征值的材料构成，由此在外壳中建立了热预应力。

外壳优选地布置为，使得热预应力将压应力施加到覆盖基材上。至少一个激光结合线也可以以距离DF环绕地包围功能区域，使得功能区域在所有侧面都被包围。

相邻布置的基材优选为基底基材。在这种情况下，基底基材与覆盖基材可以用共同的激光结合线彼此气密密封地结合。另一方面，相邻布置的基材可以是中间基材，该中间基材布置在覆盖基材和基底基材之间，然后其中基底基材与中间基材在第一连接平面中结合并且覆盖基材与中间基材在第二连接平面中结合。

至少一个中间部分、即中间基材可以具有与覆盖基材和基底基材相比更高的热膨胀系数的特征值。热钢化优选通过使用具有不同热膨胀系数的材料并通过合适的温度来实现。根据本发明要求保护的方法与现有技术(例如US2017210662)的不同之处在于适中的温度和功能元件。在该美国文件中，同样使用了不同热膨胀系数与合适的温度涂层的组合，但在热成型方法中以及对于玻璃晶片的硬化没有用于功能元件的腔体。

功能区域包括优选地气密封闭的容置腔体，其用于容纳容置对象、例如电子电路、传感器或MEMS。覆盖基材在此优选形成容置腔体的上侧，其中中间基材形成容置腔体的侧向环绕边缘，并且基底基材构成容置腔体的下侧，它们一起完全包围容置腔体。此外，侧向环绕的边缘、下侧或上侧中的至少一个可以对于一波长范围至少局部地是透明的。

根据本发明，每个外壳形成腔体，其由外壳的侧向环绕的边缘、下侧以及上侧包围。换句话说，腔体在所有侧面都被外壳包围，使得用于腔体的外壳形成环绕的边缘、下侧和上侧。

在本申请的意义中，下侧或上侧是几何结构，其就外壳的最终位置而言也可以是任何其它侧。或者，上侧可以被描述为第一侧，下侧可以描述为与第一侧相对的第二侧且边缘描述为第一侧与第二侧之间的中间区域，其中边缘通常基本上垂直于第一侧和/或第二侧。然而，为了便于理解本发明并使本发明接近通常的描述，如所解释的，下文使用上侧、下侧和环绕边缘。

然后，腔体的上侧可以由顶层例如基材、小片材或小板材构成。腔体的环绕边缘还可以由第二或中间基材、小片材或小板材构成，其中第二基材具有孔并且该孔代表随后的腔体。最后，腔体的下侧可以通过以下方式由下层、基材、小片材或小板材构成，其中将下层布置在中间层下方。

腔体尤其构造成容置腔体；这意味着电子电路、传感器或MEMS等可以在相应的腔体中使用。因此这些前述装置，如尤其电子电路、传感器或MEMS，在所有侧面都被外壳包围，因为它们被布置在容置腔体内。

在根据本发明的用于提供多个气密密封外壳的方法中，在第一步骤中提供第一和至少一个第二基材，其中至少一个第二基材由透明材料构成并且是透明基材，并且其中至少一个第二基材具有的热膨胀系数的特征值不同于第一基材的热膨胀系数的特征值。至少两个基材在此直接彼此靠紧地或彼此重叠地布置，其中待密封的腔体的相应外壳的相应边缘由至少一个第二基材构成，其中相应外壳的相应下侧由第一基材构成。在至少两个基材之间构成至少一个接触面，使得每个外壳具有至少一个接触面。然后通过沿着每个外壳的(多个)接触面，尤其沿着每个外壳的边缘处的线在接触面上结合至少两个基材来气密密封地封闭腔体。最后借助切割或分离步骤实现相应外壳的分开。

在根据本发明的方法的一个设计方案中，首先提供第一基材、至少一个中间基材和第三基材，其中至少一个中间基材优选地由透明材料构成并且是透明基材，并且其中至少一个中间基材具有与第一和/或第三基材不同的热膨胀系数的特征值。

至少三个基材直接彼此靠紧地或彼此重叠布置。换句话说，至少两个基材彼此布置或附接为，使得它们在至少两个基材之间不存在其它层的情况下彼此平坦地靠紧地。由于技术原因，有可能无法避免基材层之间的最轻微的气体夹杂物，这也是基材层可能不平整的原因。例如，可以通过增加压力，例如尤其通过将至少两个基材彼此压靠，或者通过对基材层进行表面处理，例如磨削工艺来进一步减少在平坦放置的基材层之间、即在接触面上夹杂气体的量。事先排气是有利的。根据工艺参数和待使用的材料，填充一种气体或液体也可能是有利的。

基材层因此靠紧地并且彼此直接接触地叠摞，即彼此紧邻地地布置。在基材层之间优选尽可能排除外来材料，使得产生从一个基材层到相邻的基材层的尽可能紧密和平坦的接触。例如，在两个基材的情况下，基底基材被布置成与覆盖基材彼此靠紧地接触，尤其在基底基材和覆盖基材之间不存在其它材料或间距的情况。在多于两个基材的示例中，基底基材与中间基材层或中间基材层中的第一个靠紧地相邻布置，覆盖基材又与中间基材层或中间基材层中的最后一个靠紧地相邻布置。

然后通过新的激光结合工艺将基材彼此结合。在此，平坦的基材层与直接相邻布置的平坦的基材层直接彼此结合，而没有为此目的提供或需要外来材料或非平坦材料或中间层。因此，基材分别直接彼此结合。在两个基材层之间的平坦的接触区域中引入的产生的激光结合线将直接彼此靠紧地布置的基材层不可脱离地连接。激光结合线的熔合区域因此位于两个基材中，并且从第一基材无缝地并入到直接相邻布置的第二基材中，即例如从基底基材并入到覆盖基材中，在覆盖基材与基底基材相邻地布置的情况下。

因此从一个基材层到下一个基材层构成靠紧的、平坦的或甚至完全平坦的过渡，例如基材-基材过渡或玻璃-玻璃过渡。局部界定的体积形成为结合区或激光结合线，其中在相邻的、尤其构造为平坦的基材层之间存在材料转移或混合。换句话说，第一基材、例如覆盖基材的材料渗透到相邻布置的基材、例如中间基材或基底基材中，反之亦然，即来自相邻布置的基材的材料渗透到第一基材中，使得在结合区中存在相邻布置的基材的彼此完全的材料混合。

用于产生不可脱离的基材-基材过渡的新激光结合技术在此以特别有利的方式没有在早期已知方法中必须在基材之间引入的中间层、玻璃料、薄膜或粘合剂。更确切地，可以在没有相应的干扰的中间层或附加材料的情况下产生不可脱离的连接。这节省了额外材料的使用、增加了最终产品的可实现的硬度、并且能够实现功能区域或腔体/多个腔体的可靠的气密密封。

特别优选的是基材之间可能出现的间隙小于或等于5μm厚、更优选小于或等于1μm。例如，这种间隙是由基材生产中的公差、由热影响或由颗粒如灰尘的夹杂物产生的。即使在这种在本发明的范围内也应被认为是直接相邻的可容许间距的情况下，也可以以如下方式用激光结合，即结合区具有在10至50μm之间的厚度，使得确保气密密封。在这种情况下，结合区也从第一基材延伸直到与第一基材相邻布置的第二基材中。因此，结合区在第一和第二基材之间的接触区域中被引入并且将基材彼此直接熔合成不可分的复合结构。换言之，当相邻布置的基材在结合区接合时，位于结合区的两个基材的材料直接熔融并且第一基材的材料与第二基材的材料混合成不可分的、一件式的复合结构。因此，此类制造的外壳无论如何在结合区中具有一件式的、即基材之间的整体复合结构。

至少一个中间基材形成待密封的腔体的相应外壳的相应边缘。相应外壳的相应下侧和相应上侧由两个剩余基材形成。在至少两个、优选三个基材之间分别形成接触面或边界面，使得每个外壳具有至少一个、优选两个接触面。接触面可以在相应基材的整个表面上延伸。在这种情况下每个外壳至少配置有两个接触面。这意味着，即使透明基材作为整体观察具有在基材的整个表面上延伸并靠紧地在第二基材上的共同的接触面，该接触面在概念上也被分割或划分到每个外壳上，使得将该边界面的一部分配置给每个外壳。

边界面不必是光学透明的。有利的是透明基材在可见波长范围内构造为不透明的。只有被激光穿过以到达接触面的基材具有至少一个光谱窗口，使得至少所使用的激光的波长可以至少部分地或至少局部地穿过基材。接触面实现为，使得激光可以在其上进行能量沉积。例如，两个彼此靠紧地放置的基材的表面可以被喷洒，并且还例如具有nm范围的粗糙度。在该面上至少部分地吸收激光，使得可以在那里引入能量。通常，本申请意义上的接触面应理解为入射激光束可以在其上沉积能量并且因此可以沿着接触面执行结合过程的面。这种边界面的一种简单情况是两个彼此靠紧地放置的基材之间的接触面。

在优选实施方式中，所有三个基材层都是透明的，使得下侧、边缘以及上侧，以及因此外壳完全由透明材料构成。

基材彼此粘合或结合，以形成共同的外壳并气密密封地封闭腔体。

气密密封封闭腔体的步骤可以借助激光结合方法沿着每个外壳的两个接触面结合至少三个基材来执行。换句话说，能量可以借助激光在接触面的区域中沉积，甚至局部沉积，即称为冷结合方法。因此，为结合提供的热能以集中的形式引导到边界面的走向上并且仅较缓慢地扩散到外壳的其余材料中，使得尤其在腔体中不会出现显着的温度升高。这防止布置在腔体中的电子设备过热。

通过激光，在此两个基材的材料沿着接触面在相应外壳的区域中局部熔融，使得至少两个基材局部连接。为此，本领域技术人员可以例如参考EP 3 012 059B1，其通过引用并入本文。当使用至少两个透明基材时，一个用于形成边缘，第二个用于形成上侧，即为每个外壳配置了两个环绕的接触面。在这种情况下，优选地通过以下方式气密密封相应的腔体，即利用激光结合方法沿着两个接触面结合。中间透明基材和第三透明基材以及第一基材在这种情况下彼此牢固地焊接，以及腔体气密密封地被封闭。

相应的外壳借助切割或分离步骤分开。这意味着，以每个外壳与其余材料分开的方式切割或分离基材。

在优选实施方式中，至少一个中间基材可以包括多于一个透明基材，它们一起形成腔体的相应边缘。例如，可以在第一和第三基材之间布置三个中间基材层，其中三个中间基材层共同形成腔体的边缘。

优选地至少三个基材优选以具有至少三个晶片的晶片叠摞的形式提供。然后可以在相同的工作过程中由晶片或晶片叠摞共同制造多个气密密封外壳。该做法已被证明是特别经济的，因为伴随有特别少的废料和因此的材料损失。

至少三个晶片优选地由玻璃、玻璃陶瓷、硅、蓝宝石或上述材料的组合构成。或者，至少一个晶片由与中间晶片的材料不同的材料构成。优选地，形成腔体下侧的晶片可以由光学非透明材料提供，该材料在必要情况下具有其它特性，如尤其导电性。然而，外壳的边缘和上侧优选由透明材料提供。进一步优选的是，提供由透明材料制成的所有基材。在由玻璃制成或主要由玻璃制成，尤其由硼硅玻璃制成的透明外壳的情况下，特别有利的是，它是化学惰性的。

一个或多个基材也可以具有涂层。例如可以使用AR涂层、保护涂层、生物活性膜、滤光器、例如由ITO或金制成的导电层，只要确保，对于激光的辐射区域中，对于使用的激光波长存在至少部分透明性。

气密密封外壳的边棱硬度可以使用四点弯曲测试方法进行测量。用根据本发明的方法强化的外壳的边棱硬度因此特别耐用，在此至少为150MPa或甚至大于150MPa。

优选地，相应外壳的分开借助激光来执行，即借助激光切割或激光分离方法。由此可以进行外壳的更干净的分离，其中产生更少的断裂和更干净的分离点。也用于结合步骤的相同激光可以优选地用于分离。

至少一个透明基材优选由玻璃、玻璃陶瓷、硅或蓝宝石或上述材料的组合构成，也就是说，例如由玻璃-硅、玻璃/硅/蓝宝石组合或硅/蓝宝石组合构成。另外的一个或多个基材也可以包括或由Al₂O₃、蓝宝石、Si₃N₄或AlN构成。例如，可以通过将透明基材与不同类型的基材组合来实现半导体特性。也可以使用涂层，例如尤其用于压力传感器的压阻硅层，或用于微机械应用的较厚层，例如通过MEMS进行脉冲测量。

第一和/或第三基材优选具有小于500μm、优选小于300μm、更优选小于120μm的厚度，甚至更优选具有小于80μm的厚度。

侧向环绕的边缘、下侧或上侧中的至少一个在这种情况下对于某波长范围至少局部是透明的。换句话说，如果外壳的至少一个子元件至少在子元件的子区域处对于优选的波长范围是透明的就足够了，其中波长范围是预先已知的并且，如果需要，材料可以根据要使用的激光波长进行相应调整。

外壳使用激光结合方法结合到气密封闭的外壳。换句话说，边缘、下侧和上侧由多于一个部件、例如两个或三个部件或更多部件构成，并且其中这些部件彼此激光结合以完成外壳。

在进一步的实施方式中，外壳可以至少部分地和/或局部地被化学硬化。例如，外壳的表面、即例如上侧被化学硬化。上侧和边缘也可以进行化学硬化。特别优选地，不仅上侧，而且边缘以及下侧都被化学硬化，使得不仅上侧或下侧的相应表面，而且相应的边棱，即边缘都被化学硬化。

在执行激光结合方法之前，优选地将外壳加热到高于外壳的后续使用温度的温度。例如，在执行激光结合方法之前，外壳被加热到高于环境温度的温度。

尤其，在激光结合之前进行加热到比后续的使用温度高5K、高10K、优选高20K或更优选高70K的温度。随后将外壳冷却至环境温度。

进一步优选地，在将外壳冷却至环境温度的步骤之前执行分离外壳的步骤。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，该结构也可以通过热膨胀系数的反比来实现。如果至少一个中间基材具有比上侧和/或下侧更低的热膨胀系数的特征值，并且同时在较低的结合温度下执行激光结合方法，即结合温度低于外壳的后续使用温度或低于环境温度，则会产生反向压力分布，这同样会导致外壳的加强。在这种情况下，在外壳的使用温度下，在上侧和/或下侧会产生拉应力，而相反在至少一个中间基材中会产生压应力。

根据本发明，还提供了一种具有封闭在其中的气密封闭容置腔体的外壳，其根据上述方法制造。

根据上述方法制造的外壳可以以有利的方式用作医疗植入物或用作传感器，特别是用作气压计。

在本发明的范围内还有一种透明的外壳，其具有用于容纳容置对象的气密封闭的容置腔体。容置对象例如是电子电路、传感器或MEMS。

根据本发明的透明外壳包括由第一部分生产的由透明材料制的侧向环绕边缘、由第二部分生产的下侧以及由第三部分生产的上侧，它们一起完全包围容置腔体。

根据本发明，外壳的至少一个中间部件由具有与第一和/或第三基材不同的热膨胀系数的特征值的材料构成。

这三个部件也是热预应力的。这三个部分也可以额外地化学预应力。

最后使用激光结合方法将外壳的至少三个部件结合为气密封闭的外壳。

透明外壳优选地具有至少150MPa或大于150MPa的边棱硬度，其中边棱硬度可以使用四点弯曲测试方法测量。

基材可以在沿着每个外壳的接触面结合至少两个、优选三个基材的步骤之前借助光学连接(Ansprengen)至少暂时地彼此连接。

透明外壳例如可以具有3mm×3mm或更小的尺寸，尤其容置腔体具有小于或等于2mm的直径。例如，透明外壳也可以具有0.2mm×0.2mm或更小的尺寸。另一方面，根据应用领域，透明外壳也可以制造得更大，长度可以达到若干厘米，甚至更多。来自实践的尺寸限制，其是由于优选的制造方法为前提，但不应被理解为本身的尺寸限制，仅在于待切割的晶片的尺寸。然而使用晶片进行制造仅应理解为示例。例如，完全有可能使用玻璃板来制造透明外壳，该外壳也可以具有比典型的晶片大小更大的尺寸。

在第一、第二和/或第三部分中可以优选地引入标记。

热钢化可以优选地通过有针对性地使用具有不同热膨胀系数的材料来实现。这通过合适的温度进一步促进或实现。

在本发明的范围内还提出一种特别适用于制造外壳的组件。根据本发明的组件包括由至少局部透明的材料制成的第一基材、与第一基材直接靠紧地布置的第二基材，其中第一基材在结合温度下借助激光结合方法与第二基材结合，其中在低于结合温度的温度下，在第一基材中建立朝向第二基材的压应力，或者其中在高于结合温度的温度下，在第一基材中建立朝向第二基材的压应力。

在该组件中，第二基材可以由具有不同热膨胀系数的特征值的材料构成。尤其，第二基材具有更高的热膨胀系数。

在该组件中，第一基材可以是玻璃基材或玻璃陶瓷基材。

此外，可以在该组件的第二基材中建立拉应力。

附图说明

附图中：

图1a示出了打开的容置腔体的俯视图；

图1b示出了封闭外壳的3D视图；

图2a示出了穿过外壳的剖视图；

图2b示出了结合区的细节视图；

图2c示出了具有三个中间层的外壳的实施方式；

图3示出了外壳的另一实施方式的俯视图；

图4a-6示出了如图3所示的外壳的实施方式沿着线A->B或C->D的截面；

图7示出了用于制造外壳的方法；

图8示出了施加了预应力的外壳的图示。

具体实施方式

图1a示出了待保护的容置对象2，其嵌入在下基材3上、被中间基材4包裹并且将被上基材5覆盖。三个基材3、4、5因此共同形成围绕在腔体12中布置的容置对象2的外壳1。换句话说，当在图1的示例中将上基材5放置到中间基材4上时形成封闭的在后面的步骤中待气密封闭的容置腔体12。中间基材4在此由与下基材3和上基材5不同的材料制成。在此示出的示例中，中间基材4具有比其它所示的层更高的热膨胀系数CTE的特征值。所示的层3、4、5可以是晶片盘，使得通过以下方式形成外壳，即三个晶片盘作为晶片叠摞彼此重叠叠摞并且这些晶片被结合或焊接。基材3、4、5优选地是作为分离的芯片的一部件的平坦玻璃构件。晶片优选地是大面积的玻璃构件，其可以被分成芯片，而该芯片包括多个基材。通过如图7所示的后续分离，然后可以成本有效地制造多个由不同基材构成的构件。

图1b示出了以这种方式形成的气密封闭并硬化的外壳1。该外壳1具有彼此重叠叠摞的下基材3、中间基材4和上基材5，其中一方面在下基材3和中间基材4之间，并且另一方面在中间基材4和上基材5之间存在边界面25。从图1a还可以看出，中间基材层4不构造为平坦连续的，使得在中间基材层的高度中形成容置腔体12。

参考图2a，示出了通过气密封闭的、硬化的外壳1的截面。下基材3形成腔体12的下侧22，在该示例中具有相对于基材3和4不同的热膨胀系数CTE的特征值的中间基材4形成腔体12的边缘21，上基材5最后形成腔体12的上侧23。换言之，下基材、中间基材和上基材3、4、5一起作为基材叠摞18包围容置腔体12。容置对象2布置在腔体12中。基材3、4、5也可以是晶片盘，使得通过以下方式形成外壳，即三个晶片一起作为晶片叠摞18包围容置腔体12并形成外壳1。

图2b示出了结合区域的局部细节，其中激光结合的界面区7和激光结合区8清楚地出现。激光结合区8布置在接触面25的区域中。环境影响可以从外部作用到外壳1上，尤其在此作用到激光结合的叠摞18的折角6上。这些折角6在此还防止例如化学溶液渗透到基材叠摞18中直至激光结合区8。

图2c示出了基材叠层18或外壳1的另一实施方式的局部细节，其中三个中间层4a、4b和4c布置在下层3上方。三个中间层4a、4b、4c全部具有与下层3和上层5不同的热膨胀系数的特征值。通过该实施方式可以在层4a、4b、4c上实现阶梯式的应力分布，或者非激光结合的构件可以布置有在压力下的玻璃层。

图3示出了根据本发明的外壳1的俯视图，其中环绕的激光结合区8围绕功能区域13。功能区域13能够以不同的方式构建。在图4a至6中可以找到功能区域13的设计的示例以及外壳的其它选项。功能区域13的各种设计在此可以在图3中用图形来组合，因为所有俯视图可以以相同方式示意性地示出。截面绘制在A-B或C->D线上，其相应地在图4a至6中被再现。

功能区域可以实现各种任务，例如这可以是光学接收器，或布置在功能区域13中的技术的、机电的和/或电子的构件。这些任务中的多个也可以在功能区域13中实现。外壳8在上侧被上基材5覆盖。激光结合区8延伸到该上基材5中。

参考图4a，外壳1的第一实施方式的第一剖视图被示出，该外壳具有基底基材3和覆盖基材5。换言之，外壳由两层，即基底层3和覆盖层5构建或组成。图4a还示出了来自彼此成一系列的多个激光脉冲命中区域16的激光结合线8的结构，这些激光脉冲命中区域彼此紧密地布置成使得基底基材3和覆盖基材5的材料彼此无间隙地融合。

图4b示出了外壳1的一种实施方式的沿着如图3中插入的C->D线的剖视图。覆盖基材5在其上侧或外侧具有第一硬化层27，其跨越厚度DoL延伸到覆盖基材5的材料中。换句话说，覆盖基材5以及因此外壳1在上侧被硬化或在那里具有硬化区27，使得外壳1局部地、即在一侧上被硬化。

图4b还示出了穿过功能区域13、13a的截面，其例如延伸为外壳1中的连续中空空间或腔体。换言之，腔体从基底基材3延伸直到覆盖基材5中，并且例如呈现由基底基材3和/或覆盖基材5制成的凹部的形式。例如，功能区域13a还可以包括活性层、例如导电层，并且功能区域13包括腔体。环绕围绕功能区域13、13a布置激光结合区8，借助该激光结合区，功能区域13、13a在侧面上四周被封闭。可以想象，在激光结合区8中保留开放区域，使得功能区域13、13a不会四周被封闭，例如保持开放连通通道，通过该连通通道可以建立例如与环境的流体连通。换句话说，可以规定，预先规划的方位或位置不是用聚焦激光束9封闭，而是通过其它手段、例如用粘合剂在那里建立气密的封闭。优选地，功能区域13、13a在所有侧面并且没有间隙地封闭。

参考图5a，另一实施方式被示出，其中借助激光脉冲命中16沿着接触面25产生激光结合区8，在该激光结合区上覆盖基材5与基底基材3焊接或结合。该实施方式具有进一步的特殊特征，即第一基材3和第二基材5的表面在四周都被硬化，即具有硬化层27、28和29。

例如，覆盖基材5可以在其与基底基材3连接之前或也可以在基底基材3连接之后将其上侧浸入到硬化浴中，使得完成的外壳1化学硬化，即具有至少一个硬化表面27和/或具有至少一个硬化层。换言之，完成的外壳1至少局部地或至少部分地硬化，如尤其化学硬化。在化学硬化时形成作用到覆盖基材5上的压应力。第一硬化层27具有高度DoL。结合区8具有高度HL。在硬化区27和结合区8之间剩下最小材料厚度MM。然后，覆盖基材5的整个厚度可以由HL+MM+DoL组合成。

功能区域13、13a在硬化层27、28、29内部延伸，其中硬化层28布置在围绕功能区域13、13a的环形区域上。因此在图5a、5b所示的实施方式中，覆盖基材5以及基底基材3在它们的两个长侧上都已经硬化，尤其在硬化溶液中化学硬化。换言之，将基材3、5在相应的长侧上、即例如在相应的上侧和下侧上浸入到用于化学硬化的硬化溶液中，以硬化长侧。

图5a所示的实施方式中，外壳1的所有外侧上均被硬化，即不仅相对的两个长侧均具有硬化层27和29，外壳的环绕边棱14也具有硬化层28，其中环绕边棱14环形围绕外壳1延伸。换言之，在长方体外壳的情况下，长方体所具有的所有四个窄侧理解为边棱14。边棱14也可以被理解或称为外壳的边缘21，其围绕腔体12延伸。如图5a所示的外壳1可以例如通过以下方式获得，即将包括覆盖基材5和基底基材3的完成的结合的外壳浸入到硬化溶液中并且特别是在那里化学硬化。硬化层27、28、29因此靠紧地布置在外壳1的外侧上。在硬化层27、28、29的内侧上因此留有用于结合线8的区域，该结合线必要情况下以距硬化层27、28、29一定距离被引入。

图5b示出了外壳1的实施方式，其中示出了沿着线C->D的截面。功能区域13、13a在该实施方式中也被布置为，使得其从基底基材3延伸到覆盖基材5中，例如作为在相应基材中的凹部。这种凹部13、13a特别可以通过喷砂方法(参加图7至14)引入。结合线8围绕凹部13、13a布置，使得凹部13、13a在所有侧面被气密地密封。

也如图5a的实施方式，外壳1在所有侧面都被化学硬化，换言之即在所有表面上都具有硬化区域27、28、29。例如，第一硬化层27布置在可以是覆盖基材5的上侧的第一长侧上，第三硬化层29布置在可以是基底基材3的下侧的第二长侧上，并且第二硬化层28布置在环绕边缘21或环绕边棱14上。腔体的上侧23布置在第一硬化层27的内部，腔体的边缘21布置在第二硬化层28的内部，腔体的下侧22布置在第三硬化层29的内部。腔体或功能区域13、13a因此在所有侧面都被硬化材料27、28、29包围。

图6示出了外壳1沿着截面线C->D的另一实施方式，其中在该示例中，功能区域13或腔体12被布置在覆盖基材5中。例如，在该示例中，仅覆盖基材5借助喷砂方法被挖空，相反基底基材3不必进一步处理。由于外壳的必须加工的部件较少，因此制造可以更简单。

在图6的这个示例中，覆盖基材5在其长侧上具有硬化层27并且在其边棱14上具有硬化层28。例如将覆盖基材5单独地或在与基底基材3结合之后将覆盖基材5的上侧浸入到硬化溶液中用于化学硬化并且浸入至达到第二硬化层28的高度的程度。在该示例中，基底基材3没有任何硬化区。在该示例中，侧向硬化区28直接终止于覆盖基材5和基底基材3之间的接触面25的区域中。沿着结合线8的结合在硬化区28的内部引入，即在松弛材料中引入。换句话说，外壳1的第一长侧具有硬化层27并且第一窄侧14局部具有硬化层28。硬化层28可以环绕围绕外壳1，例如围绕功能区域13延伸。与图3相比，示出了沿着在那里绘制的线C->D，即穿过功能区域13的截面。在本实施方式中，功能区域13限于覆盖基材5的尺寸，因此没有延伸到基底基材3中。基底基材3直接且紧邻地与覆盖基材5结合，从而在基底基材3和覆盖基材5之间没有布置另外的层或没有布置另外的基材。功能区域13设计为腔体。例如，可以借助喷砂方法，通常使用研磨方法将腔体引入到覆盖基材5中，为了将腔体引入到基材中，化学蚀刻也是可能的。

参照图7，示出了用于制造硬化的外壳1的方法的第一实施方式。该方法在低于外壳应该后续使用的温度的温度范围内开始。在步骤A中，将晶片3、4、5和待容置的容置对象2定向。在此上晶片5靠紧在中间晶片4上，并且该中间晶片又以构成基材叠摞或晶片叠摞18的方式靠紧在下晶片3上。中间层4在此具有与下层3和上层5不同的热膨胀系数的特征值。由于在这种情况下包括其中构造有腔体12的凹部的中间基材4布置在中间，因此容置腔体12在所有侧面都被基材材料包围。换句话说，当在步骤A中定向基材时，所有侧向包围都由腔体的边缘21、下侧22和上侧23构成。必要情况下，基材可以彼此连接，尤其借助光学连接例如固定就位。

图7中所示方法的步骤B示出了彼此重叠布置的具有位于其中的用于容纳容置对象2的腔体12的叠摞18。必要情况下对基材叠摞或晶片叠摞18进行喷砂处理。该基材叠摞或晶片叠摞18可以以这种封闭形式被供给到结合过程，其中层被结合以构成牢固连接的叠摞18，使得由此获得一件式外壳1。

步骤C示出了相应容置腔体12的激光结合，即腔体12在所有侧面沿着接触面的封闭。为此，在叠摞18的表面上方从叠摞18上方引导激光单元15并且在此将聚焦激光束9逐渐指向到要结合的区上。激光结合线例如可以设计为交叉线的网格。也可以使用两条或更多条激光结合线的平行绘制，如果这证明例如取决于材料有利于随后的分离。在制造方法的步骤C结束之后，所有的腔体被气密封闭。

步骤D示出了分离或切割叠摞18以分开外壳1的步骤。在这种情况下，叠摞18沿着分离或切割线10被切割或分离。直到这一步骤，温度优选保持恒定或稳定在刚好低于外壳后续使用的温度的温度范围内。

步骤E最后示出了气密密封和硬化的具有布置在其中的容置腔体12的外壳1。在完成上述处理步骤之后，现在可以将温度带回到正常温度，即尤其环境温度。

参考图8，示出了结合区域的细节视图或外壳1的侧面剖视图，其中结合的熔化区域8在接触面25的区域中示出。由于中间层4具有比下层3和上层5更高的热膨胀系数CTE的特征值，因此在所示的Z方向上形成热预应力，这继而导致成品外壳1的更高的硬度。

基材叠摞的现有预应力在此通过激光接合不会被消除。这是由于本发明典型的激光结合线的接合轮廓的由于超短脉冲仅非常有限地存在的熔合，其不会消除该面中的预应力。激光结合区在此可以在完成的最终产品中被检测出来，例如通过在小熔融区域中的材料的特定局部折射率变化。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，上述实施方式应被理解为示例性的并且本发明不限于这些实施方式，而是可以在不脱离权利要求的保护范围的情况下以多种方式变化。此外显而易见的是，无论所述特征是否在说明书、权利要求、附图或在其它方面公开，这些特征也单独定义了本发明的基本组成部分，即使它们与其它特征一起描述。在所有附图中，相同的附图标记代表相同的物体，从而必要情况下仅在一个或无论如何没有关于所有附图提及的物体的描述也可以传递到物体在描述中没有明确描述的那些附图中。

附图标记列表

1 气密封闭的、化学硬化的外壳

2 容置对象

3 下基材、层或晶片、基底基材或下盖板

4 中间基材、中间层或中间晶片

5 上基材、层或晶片、覆盖基材或上盖板

6 激光结合叠摞18的折角

7 激光结合界面区

8 激光结合区

9 聚焦激光束

10 分离或切割线

12 容置腔体

13 功能区域

13a 第二功能区域

14 边棱

15 用于结合和/或切割的激光单元

16 激光脉冲命中区域

18 叠摞

21 边缘

22 腔体的下侧

23 腔体的上侧

25 两个基材之间的接触面或邻接面

27 硬化区或第一硬化层

28 硬化区或第二硬化层

29 硬化区或第三硬化层

Claims (27)

1.一种气密封闭外壳，其包括：

至少一个覆盖基材和与所述覆盖基材相邻布置的基材，它们共同构成所述外壳的至少一部分，

至少一个由所述外壳包围的功能区域，其中，所述功能区域包括用于容纳容置对象的气密封闭的容置腔体，

其中至少所述覆盖基材地包括玻璃质材料，

其中所述覆盖基材是热钢化的，并且

其中所述覆盖基材利用至少一个激光结合线气密密封地结合到与所述覆盖基材相邻布置的基材上，

其中所述覆盖基材由具有与相邻布置的基材不同的热膨胀系数的特征值的材料构成并且在外壳中建立了热预应力，并且

其中所述热预应力将压应力施加到所述覆盖基材上，

其中所述相邻布置的基材是中间基材，所述中间基材布置在所述覆盖基材和所述基材之间，

其中所述中间基材与所述覆盖基材和所述基材相比具有更高的热膨胀系数的特征值，

其中所述覆盖基材形成所述容置腔体的上侧，其中所述中间基材形成所述容置腔体的侧向环绕边缘，并且所述基材形成所述容置腔体的下侧，它们一起完全包围所述容置腔体，

其中，在所述气密封闭外壳的操作温度下，在基材和覆盖基材中建立朝向所述中间基材的压应力。

2.根据权利要求1所述的气密封闭外壳，其中，所述至少一个激光结合线以间距环绕地包围功能区域。

3.根据权利要求1或2所述的气密封闭外壳，

所述基材与所述中间基材在第一连接平面中结合并且所述覆盖基材与所述中间基材在第二连接平面中结合。

4.根据权利要求1或2所述的气密封闭外壳，其中，在所述基材中的至少一个中引入标记。

5.根据权利要求1或2所述的气密封闭外壳，

其中，所述热钢化能通过使用具有不同热膨胀系数的材料来实现。

6.根据权利要求1所述的气密封闭外壳，其中，所述容置对象包括电子电路、传感器或微机电系统。

7.根据权利要求1所述的气密封闭外壳，其中，侧向环绕边缘、下侧或上侧中的至少一个对于一波长范围至少局部是透明的。

8.一种用于制造外壳的组件，所述组件包括：

由至少局部透明的材料制成的第一基材，

与所述第一基材直接相邻布置的第二基材，

其中，所述第二基材由具有比所述第一基材更高的热膨胀系数的特征值的材料制成；

其中所述第一基材在结合温度下借助激光结合方法与所述第二基材结合，其中，所述结合温度高于或低于所述外壳的操作温度；

其中在低于所述结合温度的温度下，在所述第一基材中建立朝向所述第二基材的压应力，或

其中在高于所述结合温度的温度下，在所述第一基材中建立朝向所述第二基材的压应力，

其中所述结合温度比所述外壳的操作温度高5K或10K或20K或70K。

9.根据权利要求8所述的组件，

其中所述第一基材是玻璃或玻璃陶瓷基材，和/或

其中在所述第二基材中建立拉应力。

10.一种用于提供多个气密密封外壳的方法，其中，每个外壳容置功能区域或形成腔体，所述功能区域或腔体由所述外壳的侧向环绕边缘、下侧和上侧包围，并且其中所述腔体构造为用于容纳电子电路、传感器或MEMS的容置腔体，所述方法具有以下步骤：

-提供第一基材和至少一个第二基材，其中所述至少一个第二基材由透明材料构成并且是透明基材，并且其中所述至少一个第二基材具有的热膨胀系数的特征值不同于所述第一基材的热膨胀系数的特征值，

其中，所述至少两个基材直接彼此靠紧地布置或彼此重叠布置，所述至少一个第二基材形成待密封的腔体的相应外壳的相应边缘，所述第一基材形成相应外壳的相应的下侧，并且在至少两个基材之间的接触面上形成接触面，使得每个外壳具有至少一个接触面，

-通过沿着每个外壳的接触面结合至少两个基材来气密密封地封闭所述腔体，

-借助切割或分离步骤分开相应外壳；

其中，所述外壳进一步包括覆盖基材；

其中，所述至少一个第二基材是中间基材，所述中间基材布置在所述覆盖基材和所述第一基材之间，其中，至少一个中间基材具有比所述第一和/或第三基材更高的热膨胀系数，并且包括如下步骤：

在进行激光结合工艺之前，将所述外壳加热到比所述外壳的后续使用温度更高或更低的结合温度，并在此温度下进行激光结合，其中所述结合温度比所述外壳的操作温度高5K或10K或20K或70K。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过沿着每个外壳的边缘处的线的接触面上结合至少两个基材来气密密封地封闭所述腔体。

12.根据权利要求10或11所述的方法，

其中所述腔体的气密密封的封闭借助激光结合方法执行。

13.根据权利要求10或11所述的方法，

其中，所述至少一个中间基材包括多于一个的透明基材，它们一起构成所述腔体的相应边缘。

14.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述至少一个透明基材由玻璃、玻璃陶瓷、硅、蓝宝石或上述材料的组合构成，或者其中所述至少一个透明基材由陶瓷材料构成。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述陶瓷材料包括氧化物陶瓷材料。

16.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述至少两个基材以晶片叠摞的形式提供，以从所述晶片叠摞在相同工作过程中一起制造多个气密密封外壳。

17.根据权利要求16所述的方法，

其中所述至少两个晶片由玻璃、玻璃陶瓷、硅、蓝宝石或上述材料的组合构成，和/或

其中至少一个晶片包括与中间晶片不同的材料，和/或

其中所有晶片均由透明材料构成。

18.根据权利要求10或11所述的方法，其中，借助激光切割或激光分离步骤来执行分开所述相应外壳的步骤，其中使用也用于所述激光结合方法的相同激光。

19.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一和/或第三基材具有小于500μm的厚度。

20.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一和/或第三基材具有小于300μm的厚度。

21.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一和/或第三基材具有小于120μm的厚度。

22.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一和/或第三基材具有小于80μm的厚度。

23.根据权利要求10所述的方法，

其中所述外壳的分离的步骤在使所述外壳冷却至环境温度之前执行。

24.根据权利要求10或11所述的方法，

其中所述基材在沿着每个外壳的接触面结合所述至少两个基材的步骤之前借助光学连接至少暂时地彼此连接。

25.一种外壳，其具有根据权利要求10-24中任一项所述的方法制造的具有封闭在其中的气密封闭的容置腔体。

26.根据权利要求10-24中任一项所述的方法制造的外壳的用途，所述外壳具有封闭在其中的气密封闭的容置腔体作为医疗植入物或作为传感器。

27.根据权利要求26所述的用途，其中所述传感器包括气压计。