TW201522065A - 使用低熔點玻璃或薄吸收膜雷射焊接透明玻璃片 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種密封工件之方法，該方法包含以下步驟：在第一基板之表面上方形成無機膜；在第一基板與第二基板之間佈置待保護之工件，其中無機膜與第二基板接觸；及根據第一或第二基板中之雜質組合物及根據無機膜之組合物，藉由使用預定雷射輻射波長局部加熱無機膜而將工件密封在第一基板與第二基板之間。無機膜、第一基板或第二基板在近似420nm至近似750nm處可係透射的。

Description

使用低熔點玻璃或薄吸收膜雷射焊接透明玻璃片 【相關申請案】
本申請案與以下申請案共同待決且主張以下申請案之優先權利：申請於2013年5月10日且名為「Laser Welding Transparent Glass Sheet Using Low Melting Glass Film」之美國臨時申請案第61/822,048號；申請於2013年10月4日且名為「Laser Welding Transparent Glass Sheets Using Ultraviolet Absorbing Film」之美國臨時申請案第61/886,928號；及申請於2013年5月31日且名為「Laser Sealing Using Low Melting Temperature Glass for Hermetic Devices」之美國臨時申請案第61/829,379號，該等申請案中之每一者全文以引用之方式併入本文中。
本發明係關於使用低熔點玻璃膜或薄吸收膜雷射焊接透明玻璃片。
許多現代裝置需要氣密環境來進行操作且該等裝置 中之許多裝置係需要電偏壓之「主動」裝置。由於電子注入材料之使用，需要透光及偏壓之顯示器(諸如有機發光二極體(OLED))歸因於該等顯示器對絕對密封性之需要而成為苛刻的應用。該等材料大體上原本在氛圍下在幾秒內分解，所以各別裝置應維持真空或惰性氛圍達較長一段時間。此外，由於待封裝之有機材料之高溫敏感性，應接近環境溫度執行氣密密封。
基於玻璃料之密封劑例如包括經研磨至範圍通常為約2微米至150微米之粒度的玻璃材料。對於玻璃料密封應用而言，玻璃料材料通常與具有類似粒度之負性CTE材料混合，且所得混合物係使用有機溶劑或黏合劑摻混為糊狀物。示例性負性CTE無機填料包括菫青石顆粒(例如Mg2Al3[AlSi5O18])、矽酸鋇、β-鋰霞石、釩酸鋯(ZrV2O7)或鎢酸鋯(ZrW2O8)且將該等無機填料添加至玻璃料而形成糊狀物，以降低基板與玻璃料之間的熱膨脹係數之失配。溶劑用於調整組合之粉末及有機黏合劑糊狀物之流變黏度，且該等溶劑必須適用於受控分配之目的。為接合兩個基板，可藉由旋塗或絲網印刷將玻璃料層塗覆至一或兩個基板上之密封表面。一或多個塗覆有玻璃料之基板最初在相對較低溫度下經受有機燒盡步驟(例如在250℃進行30分鐘)以移除有機媒劑。隨後沿各別密封表面裝配/配對待接合之兩個基板且以晶圓壓焊來放置該對基板。在明確界定之溫度及壓力下執行熱壓縮循環，藉此熔融玻璃料以形成緊湊玻璃密封。除了具有某些含鉛組合物以外，玻璃料材料通常具有大於450℃之玻璃轉化 溫度且因此玻璃料材料需要在升高溫度下進行處理以形成阻障層。此高溫密封製程可不利於溫度敏感工件。進一步地，為了降低典型基板與玻璃料之間的熱膨脹係數失配而使用的負性CTE無機填料將併入接合接頭，且產生實質上不透明的基於玻璃料之阻障層。基於前述內容，將需要在低溫下形成透明及氣密的玻璃至玻璃密封、玻璃至金屬密封、玻璃至陶瓷密封及其他密封。
儘管玻璃基板之習知雷射焊接可採用超高雷射功率裝置，但在近雷射燒蝕下之此操作時常損傷玻璃基板且達成不良品質之氣密密封。此外，此等習知方法增加所得裝置之不透明度且亦提供低品質密封
本揭示案之實施例大體上係針對氣密阻障層，且更特定言之，本揭示案之實施例係針對使用吸收薄膜密封固體結構之方法及組合物。本揭示案之實施例提供使用在密封製程期間作為介面引發劑之具有吸收特性之薄膜雷射焊接或密封玻璃片與其他材料片之製程。根據實施例之示例性雷射焊接條件可適用於在導電率的減少可忽略不計之介面導電膜上進行焊接。因此，此等實施例可用於形成諸如OLED或其他裝置之主動裝置的氣密封裝，且致能適當的玻璃或半導體封裝之普遍大規模製造。應注意，在本揭示案中，術語密封、連接、接合及焊接可能且係可互換地使用。此種使用應不限制在此所附申請專利範圍之範疇。亦應注意，由於術語玻璃及無機係關於名詞薄膜之修改，所以該等術語可在本揭示案 中互換地使用，且此種使用應不限制在此所附申請專利範圍之範疇。
本揭示案之實施例提供可在兩個玻璃之間的介面處提供吸收膜的雷射密封製程，例如雷射焊接、擴散焊接等。穩態吸收可大於或高達約70%或穩態吸收可小於或低至約10%。後者依賴於在入射雷射波長下結合示例性雷射吸收膜在玻璃基板內歸因於外在色心(例如，雜質或摻雜劑)或玻璃固有之內在色心的色心形成。膜之一些非限制性實例包括SnO2膜、ZnO膜、TiO2膜、ITO膜、具有Tg<600℃之UV吸收玻璃膜，及低熔點玻璃(LMG)膜或低液相線溫度(LLT)膜(用於沒有玻璃轉化溫度之材料)，以上各者可用於玻璃基板之介面處。舉例而言，LLT材料可包括但不限於陶瓷、玻璃陶瓷及玻璃材料。LLT玻璃例如可包括氟磷酸錫玻璃、摻鎢氟磷酸錫玻璃、硫屬化合物玻璃、碲酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃及磷酸鹽玻璃。在另一非限制性實施例中，密封材料可為含有Sn2+之無機氧化物材料，諸如SnO、SnO+P2O5及SnO+BPO4。額外非限制性實例可包括在大於800nm之波長下具有吸收峰值之近紅外(near infrared；NIR)吸收玻璃膜。使用該等材料之焊縫可提供具有充分UV或NIR吸收之可見透射率以發起穩態柔和擴散焊接。該等材料亦可提供具有適用於擴散焊接之局部密封溫度的透明雷射焊縫。此種擴散焊接導致各別玻璃基板之低功率及低溫雷射焊接，且此種擴散焊接可產生具有高效及快速焊接速度之優良透明焊縫。根據本揭示案之實施例之示例性雷射焊接製程亦可依賴於超出色心形成 的玻璃的光誘導吸收特性以包括溫度誘導之吸收。
本文中描述以下現象：使用低熔點無機(LMG)材料或紫外吸收(UVA)或紅外吸收(IRA)材料之介面薄膜發起密封以用雷射將透明玻璃片焊接在一起。在示例性實施例中，描述用於實現強健接合形成之三個標準：(1)示例性LMG或UVA或IRA膜可在具有足以傳播足夠熱量至玻璃基板之透明度(約420nm至約750nm)的窗口外的入射波長下進行吸收且玻璃基板因此可展現(2)溫度誘導之吸收及(3)在入射波長下之瞬變色心形成。量測建議形成熱壓縮擴散焊接機制，從而從品質上產生非常強健之接合形成。本文中亦描述了與焊接製程相關之溫度事件的展開及雷射製程中之色心形成製程的明顯盛行。亦論述了LMG或UVA材料與Eagle XG®材料之間的CTE失配無關性及熱循環至600℃後之焊接後強度增強。亦論述了關於藉由使用導熱板將具有不同厚度之玻璃片焊接在一起之實施例。因此，本文描述之實施例可提供與被動裝置及主動裝置兩者形成氣密封裝之能力，該能力可包括與使用LMG或UVA介面材料相關聯之雷射密封屬性。示例性屬性包括但不限於：透明的、強健的、薄的、可見光譜中之高透射、「生坯」組合物、LMG或UVA膜與玻璃基板之間的CTE失配無關性及低熔融溫度。
本揭示案之額外實施例提供具有低溫接合形成及「直接玻璃密封」之雷射密封製程，在該製程中，可在入射波長下將透明玻璃密封至吸收玻璃，從而產生在可見波長400-700nm處之不透明密封。對於示例性實施例，兩種玻璃 在入射雷射波長下且在可見波長範圍中係透明的或幾乎透明的。所得密封在可見波長範圍中亦係透明的，使得該密封對照明應用具有吸引力，係因為在密封位置處未吸收光，且因此沒有生熱與該密封相關聯。此外，由於膜可塗覆在整個蓋玻璃上，所以對於密封操作而言，不需要精確分配密封玻璃料糊狀物，從而為裝置製造商提供較大自由度以用於改變裝置之密封圖案，而無需對密封區域進行特別圖案化及處理。在其他實施例中，可在玻璃區域之某些位置上執行密封，以形成用於機械穩定性之非氣密接合。此外，可在彎曲共形表面上執行此種密封。
本揭示案之實施例提供低熔點溫度材料，該等低熔融溫度材料可用於將玻璃片雷射焊接在一起，此舉包含在不考慮玻璃之不同CTE的情況下焊接任何玻璃。額外實施例可提供玻璃基板之對稱焊接(亦即厚至厚)，例如Eagle至Eagle、Lotus至Lotus等。一些實施例可提供使用導熱板對玻璃基板之不對稱焊接(亦即薄至厚)，例如Willow至Eagle XG®、Eagle至Lotus(亦即薄至薄)、Eagle至熔融矽石，Willow至Willow、熔融矽石至熔融矽石等。進一步實施例可提供不同的基板焊接(玻璃至陶瓷、玻璃至金屬等)且進一步實施例可提供透明及/或半透明焊線。一些實施例可提供用於薄的不滲透的「生坯」材料之焊接，且一些實施例可在兩個基板或具有大CTE差異之材料之間提供強健焊接。
實施例亦提供用於將玻璃封裝雷射焊接在一起從而致能被動裝置及主動裝置之長期氣密操作的材料，該等被動 裝置及主動裝置對由氧氣及濕氣之侵襲導致的退化敏感。示例性LMG或其他薄吸收膜密封可在裝配接合表面後使用雷射吸收來熱活化且示例性LMG或其他薄吸收膜密封可享用更高的製造效率，係因為密封每一工作裝置之速率(而非藉由真空或惰性氣體裝配線中之內聯薄膜沉積來封裝裝置之速率)係藉由熱活化及接合形成決定。UV或NIR-IR密封中之示例性LMG、LLT及其他薄吸收膜亦可致能大片多次裝置密封以及隨後劃刻或切割為獨立裝置(單體化)，且由於高機械完整性，單體化產率可較高。
在一些實施例中，一種接合工件之方法包含以下步驟：在第一基板之表面上方形成無機膜；在第一基板與第二基板之間佈置待保護之工件，其中該膜與第二基板接觸；及藉由使用具有預定波長之雷射輻射對該膜進行局部加熱而將工件接合在第一基板與第二基板之間。無機膜、第一基板或第二基板在近似420nm至近似750nm處可係透射的。
在其他實施例中，提供經接合裝置，該經接合裝置包含形成在第一基板之表面上方之無機膜，及在第一基板與第二基板之間受保護之裝置，其中該無機膜與第二基板接觸。在此實施例中，裝置包括形成一接合，該接合係根據第一或第二基板中之雜質組合物及根據無機膜之組合物，經由使用具有預定波長之雷射輻射對無機膜進行局部加熱而形成在第一基板與第二基板之間。進一步地，無機膜、第一基板或第二基板在近似420nm至近似750nm處可係透射的。
在進一步實施例中，提供一種保護裝置之方法，該 方法包含以下步驟：在第一基板之第一部分表面上方形成無機膜層；在第一基板與第二基板之間佈置待保護之裝置，其中密封層與第二基板接觸；及使用雷射輻射局部加熱無機膜層及第一與第二基板，以熔融密封層及該等基板，從而在基板之間形成密封。第一基板可由玻璃或玻璃陶瓷組成，且第二基板可由玻璃、金屬、玻璃陶瓷或陶瓷組成。
將在以下詳細描述中闡述所主張標的之額外特徵及優點，且該等額外特徵及優點將部分地易於由熟習此項技術者根據彼描述顯而易見，或藉由實踐本文(包括以下詳細描述、申請專利範圍以及附隨圖式)中所述之所主張標的而瞭解。
應瞭解，前述總體描述及以下詳細描述呈現本揭示案之實施例，且意欲提供用於瞭解所主張標的之特性及特性的綜述或框架。包括附隨圖式以提供對本揭示案之進一步瞭解，且附隨圖式被併入本說明書中且構成本說明書之一部分。圖式說明各種實施例且圖式與描述一起用以解釋所主張標的之原理及操作
A‧‧‧步驟
B‧‧‧步驟
C‧‧‧步驟
D‧‧‧步驟
11a‧‧‧製程窗口
11b‧‧‧製程窗口
12a‧‧‧製程窗口
12b‧‧‧製程窗口
15‧‧‧散焦雷射
16‧‧‧夾層式結構
17‧‧‧玻璃片
18‧‧‧玻璃片
19‧‧‧薄吸收膜
20‧‧‧脈衝UV(355nm)雷射
23‧‧‧UV吸收膜
24‧‧‧Eagle-XG基板
30‧‧‧第一曲線
31‧‧‧第二曲線
32‧‧‧第三曲線
40‧‧‧基板/基板介面
180‧‧‧濺射靶材
302‧‧‧第一基板
304‧‧‧第二基板
330‧‧‧工件
342‧‧‧內部容積
380‧‧‧玻璃層
500‧‧‧雷射
501‧‧‧聚焦雷射束
出於說明之目的提供該等圖式，應瞭解，本文所揭示及論述之實施例不限於所示佈置及手段。
第1圖為根據本揭示案之實施例之用於雷射焊接之示例性工序的圖式。
第2圖為圖示根據一個實施例之經由雷射密封形成氣密式密封之裝置的示意圖。
第3圖為本發明標的之另一實施例之圖式。
第4圖為用於估計雷射焊接接合區域之物理範圍之實驗性佈置的圖解。
第5圖為斷裂樣本之顯微影像。
第6圖為根據本揭示案之一些實施例之模型化方案之圖解。
第7圖為根據本揭示案之實施例之另一模型化方案。
第8圖為355nm雷射透射(%T)穿過Eagle 0.7mm之玻璃基板達%T相對於時間量測之實驗性佈置的圖式。
第9圖為根據本揭示案之實施例之曲線圖。
第10圖為分析在玻璃介面處自LMG膜層擴散至Eagle XG®玻璃基板之一系列曲線圖。
第11圖為不同厚度之玻璃片之間的雷射焊接之效能的示意圖。
第12圖為評定ITO引線上方之雷射焊接範圍的實驗的圖解。
第13圖提供在ITO圖案化膜上方形成之雷射密封線之照片。
第14圖為形成在圖案化膜上方之額外雷射密封線之一系列照片。
第15圖為根據一些實施例之另一方法之簡化圖。
第16圖為用於一些實施例之兩層雷射加熱表面吸收模型。
第17圖為用於一些實施例之一系列溫度變化曲線圖。
第18圖為用於一些實施例之在掃除雷射之停留時間內沉積之平均能量的一系列曲線圖。
第19圖為在使用IR輻射源加熱期間在355nm處之Eagle XG®及Lotus XT®玻璃透射之曲線圖。
第20圖為用於一些實施例之在加熱期間在355nm處之玻璃透射之曲線圖。
第21圖為用於一些實施例之在UV輻射期間及之後的對膜及基板透射之效應的曲線圖。
第22圖為用於一些實施例之吸收相對於波長之曲線圖。
第23圖為用於Eagle XG®玻璃上之示例性低熔點玻璃膜之雷射密封或接合線之照片。
第24圖為用於Eagle XG®玻璃上之示例性低熔點玻璃膜之交叉雷射密封線之照片。
第25圖為用於一些實施例之在雷射焊接的同時觀察到的介面接觸幾何結構之範圍的示意圖。
第26圖為相對接觸區域(Ac/A0)在恆定施加壓力Pext下在介面間隙區域之雷射焊接期間之演變的示意圖。
第27圖圖示使用典型雷射焊接條件之實施例之雷射掃除區域上方之輪廓曲線儀跡線。
第28圖為提供用於一些實施例之焊接速率估計之比較的一系列曲線圖。
第29圖為一些實施例之旋光測定術量測及影像的示意圖。
第30圖為提供來自示例性焊線之應力位置之曲線圖。
第31圖為根據一些實施例之雷射焊接之鹼石灰玻璃的一系列照片。
第32圖為一些實施例之示意圖。
第33圖及第34圖為一些實施例中之焊線的照片。
儘管此描述可包括細節，但該等細節不應解釋為對範疇之限制，相反該等細節應解釋為可特定於特定實施例之特徵結構描述。
參照圖式描述發光塗層及裝置之各種實施例，其中已向相同元件給出相同元件符號以促進理解。
亦應理解，除非另有說明，則術語(諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」及類似術語)係便利性詞語且不應解釋為限制性術語。此外，無論何時群組經描述為包含元素之群組與元素之組合中之至少一者，群組可包含、基本上由或由任何數目之所述彼等元素個別地或彼此結合地構成。
類似地，無論何時群組經描述為包含元素之群組與元素之組合中之至少一者，應瞭解，群組可由任何數目之所述該等元素個別地或彼此結合地構成。除非另有說明，在加以敘述時，值之範圍包括範圍之上限及下限。如本文中所使用，不定冠詞「一」及相應定冠詞「該」意謂「至少一個」 或「一或多個」，除非另有明確規定。
熟習此項技術者將認識到可對所述實施例作出許多變化，同時仍獲得本發明之有益結果。亦將顯而易見，可藉由在不利用其它特徵之情況下選擇一些所描述特徵來獲得本揭示案之一些所要益處。因此，一般技術者將認識到，許多修改及適應係可能的且甚至可能在某些情況下需要該等修改及適應，且該等修改及適應為本發明之部分。因此，以下描述經提供作為本揭示案之原理之說明且不限制本揭示案。
熟習此項技術者將瞭解，在不背離本發明之精神及範疇之情況下，對本文中所描述之示例性實施例之許多修改係可能的。因此，該描述不意欲且不應解釋為限制於給定實例，但該描述應獲得由所附申請專利範圍及該申請專利範圍之均等物所提供之全面保護。此外，可能在不相應使用其他特徵之情況下使用本揭示案之一些特徵。因此，出於說明本揭示案之原理且不限制本揭示案之目的，提供示例性或說明性實施例之前述描述且該前述描述可包括對該等實施例之修改及該等實施例之置換。
第1圖為根據本揭示案之實施例之用於雷射焊接之示例性工序的圖式。參閱第1圖，提供一種使用適當UV雷射將兩個Eagle XG®(EXG)玻璃片或基板雷射焊接在一起之工序。儘管圖示及描述了兩個EXG玻璃片，但此處所附之申請專利範圍應不如此受限，因為任何類型及組成之玻璃基板可使用本揭示案之實施例加以雷射焊接。亦即，如本文中描述之方法適用於鹼石灰玻璃、強化及未強化玻璃、鋁矽酸鹽玻 璃等。繼續參閱第1圖，提供將兩個玻璃基板雷射焊接在一起之示例性步驟之順序，藉此一個基板可塗覆有低熔點玻璃(LMG)或紫外吸收(UVA)膜材料或NIR吸收(IRA)膜材料。在步驟A至步驟B中，可將頂玻璃基板壓制至塗覆有示例性UVA、IRA或LMG膜之另一基板上。應注意，本文中所述之許多實驗及實例可係指特定類型之無機膜(例如，LMG、UVA等)。然而，此情況不應限制在此所附之申請專利範圍之範疇，因為許多類型之無機膜適用於所述焊接製程。在步驟C中，可使用經適當選擇之參數在兩個玻璃片之介面處導引雷射，以發起如步驟D中所示之焊接製程。發現焊縫尺寸略微小於入射束之尺寸(近似500μm)。
第2圖為圖示根據一個實施例之經由雷射密封形成氣密式密封之裝置的示意圖。參閱第2圖，在初始步驟中，可沿第一平面玻璃基板302之密封表面形成包含低熔融溫度(例如，低Tg)玻璃之圖案化玻璃層380。玻璃層380可經由物理氣相沉積(例如)藉由自濺射靶材180濺射而沉積。在一個實施例中，玻璃層可沿周邊密封表面形成，該周邊密封表面經調試以與第二玻璃或其他材料基板304之密封表面嚙合。在所示實施例中，在形成插配配置時，第一基板及第二基板與玻璃層合作以界定含有待保護之工件330之內部容積342。在圖示組件之分解圖的所示實例中，第二基板包含一凹陷部分，工件330定位於該凹陷部分內。
來自雷射500之聚焦雷射束501可用於局部熔融低熔融溫度玻璃及鄰近的玻璃基板材料以形成經密封介面。在 一種方法中，雷射可經聚焦穿過第一基板302及接著平移(掃描)越過密封表面以局部加熱玻璃密封材料。為影響玻璃層之局部熔融，玻璃層可較佳地在雷射處理波長處進行吸收。玻璃基板最初在雷射處理波長處可係透明的(例如，至少50%、70%、80%或90%透明)。
在替代實施例中，代替形成圖案化玻璃層，可在第一基板之實質整個表面上形成密封(低熔融溫度)玻璃之覆蓋層。可如上裝配包含第一基板/密封玻璃層/第二基板之裝配式結構，且雷射可用於局部界定兩個基板之間的密封表面。
雷射500可具有任何適當輸出以影響密封。示例性雷射可為UV雷射，諸如但不限於355nm雷射，該雷射位於用於常見顯示器玻璃之透明度範圍中。適當雷射功率之範圍可為約1W至約10W。可與雷射光斑大小成比例之經密封區域之寬度可為約0.06mm至2mm，例如0.06mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm或2mm。雷射之平移速率(亦即密封速率)之範圍可為約1mm/sec至400mm/sec或甚至至1m/sec或更大，諸如1mm/sec、2mm/sec、5mm/sec、10mm/sec、20mm/sec、50mm/sec、100mm/sec、200mm/sec或400mm/sec、600mm/sec、800mm/sec、1m/sec。雷射光斑大小(直徑)可為約0.02mm至2mm。
適當玻璃基板展現在密封期間顯著的誘導吸收。在一些實施例中，第一基板302可為透明玻璃板或其他玻璃，該透明玻璃板與由康寧公司製造及銷售之品牌名為Eagle 2000®之彼等透明玻璃板相似。或者，第一基板302可為任何 透明玻璃板，諸如由Asahi Glass Co.，製造及銷售的玻璃板(例如AN100玻璃)、由Nippon Electric Glass Co.，製造及銷售的玻璃板(例如OA-10玻璃或OA-21玻璃)或由Corning Precision Materials，製造及銷售的玻璃板。第二基板304可為與第一玻璃基板相同之玻璃材料，或第二基板304可為非透明基板，諸如但不限於：陶瓷基板或金屬基板。示例性玻璃基板可具有小於約150x10-7/℃之熱膨脹係數，例如，小於50x10-7/℃、20x10-7/℃或10x10-7/℃之熱膨脹係數。當然，在其他實施例中，第一基板302可為陶瓷、ITO、金屬或其他材料基板，該基板為圖案化或連續的。
第3圖為本發明標的之另一實施例之圖式。參閱第3圖，左上圖圖示可用於雷射焊接兩個Eagle XG®(EXG)玻璃基板之一些示例性參數。透射率(%T)可隨時間加以監視且透射率(%T)針對三個不同雷射功率圖示於左下曲線圖中。由於超過Eagle XG®之應變點之高局部玻璃溫度，可易於在下部雷射功率曲線(最右曲線)中將LMG、IRA或UVA膜之熔融之開始作為在玻璃基板之快速吸收及加熱之前的「膝蓋」狀拐折來觀察。拐折可在較高雷射功率(最左曲線)處移除且拐折可誘導自LMG、IRA或UVA吸收至玻璃融合之無縫過渡。示例性雷射焊接可包括沿待接合之介面邊界清掃此區域。在右下角中所示之列表中且在下文更詳細地描述三個標準，該等標準例如，在入射波長處之低熔點膜吸收/熔融、玻璃中之色心形成，及/或在一些實施例中玻璃中之溫度誘導的吸收。在不影響色心形成或甚至溫度吸收效應之情況下，膜 吸收可係充分獨立的。應注意，第3圖中所識別之事件次序不應限制在此所附之申請專利範圍之範疇或不應指示對其他所列事件之相對重要性。
在一些實施例中，始發事件可為藉由低熔點玻璃(例如，LMG或UVA)膜之UV雷射吸收。此事件可係基於薄膜相比於Eagle XG®在355nm處之較大吸收率及第3圖中所描繪之熔融曲線。考慮到第3圖之左上部分中所示之實驗性佈置，雷射為Spectra Physics HIPPO之355nm，在30kHz高達6.5瓦特之平均功率下產生8-10毫微秒(ns)的脈衝。雷射束聚焦至500微米直徑之束腰，且監視及取樣經傳輸之光束，從而產生針對不同雷射功率(5.0W、5.5W、6.0W)之透射百分比(%T)隨時間推移之曲線。該等曲線圖示於第3圖之左下部分中。由於超過Eagle XG®之應變點之高局部玻璃溫度，可易於在第3圖中在下部雷射功率(底部及中間曲線)處將UVA、IRA或LMG膜之熔融之開始作為在玻璃基板之快速吸收及加熱之前的「膝蓋」狀拐折來觀察。正經焊接之玻璃部分可並未熔融而是僅經軟化，所以在使用適度施加之力使該等玻璃部分保持緊密接觸時，該等玻璃部分變得易彎。此行為可類似於固態擴散接合，尤其是在介於50%至80%之玻璃熔融溫度之間形成強健接合之能力方面類似。固態接合之雙折射之光學橫截面影像圖示正經焊接之兩個部分之間的不同介面線(參見例如第4圖)。
另一實施例包括使用355nm之脈衝雷射進行焊接，從而在1MHz、2MHz或5MHz之重複率下產生一連串 1毫微秒脈衝。在將光束在無機膜上聚焦為介於0.02mm與0.15mm直徑之間的光斑且以範圍自50mm/s至400mm/s之速度進行焊接時，產生近似60μm至近似200μm之無缺陷接合線。所需雷射功率之範圍可為近似1W至近似10W。
參閱第4圖，圖示用於估計雷射焊接接合區域之物理範圍之實驗性佈置。繼續參閱第4圖，如先前所描述來雷射焊接兩個Eagle XG®滑件，該兩個Eagle XG®滑件安裝在玻璃夾層中且用金剛石鋸來切割。所述情況圖示於第4圖之左面板上。所得橫截面安裝於偏光計中以量測局部應力區域所致之光學雙折射。所述情況圖示於第4圖之右面板上。此右面板中之較亮區域指示更多應力。如第4圖之右面板中所示，經接合區域似乎具有近似50微米之物理範圍。進一步地，該經接合區域似乎並不是任何基底或基板玻璃熔融，然而，形成在兩個玻璃基板之間的接合係非常強健的。舉例而言，雙折射影像橫截面之中心的影像描繪深深(50微米)延伸至Eagle XG®基板中之固態接合區域，該區域圖示高密封強度。雷射焊接將包括沿待接合之介面邊界清掃此區域。
第5圖為斷裂樣本之顯微影像。參閱第5圖，斷裂樣本之所示三維共焦顯微影像圖示本揭示案之實施例之密封強度可足夠強，以使得藉由剝開底層基板(例如Eagle XG®基板)材料深至44μm而發生斷裂(亦即，內聚破壞)。未對樣本執行退火。第5圖進一步圖示非退火雷射焊接實施例之經受剃刀片裂縫開口技術之斷裂樣本。進行一系列三維共焦量測且代表性實例圖示於第5圖之右側上。該等共焦影像之 一個特徵展示：介面密封強度可能足夠強，以使失效發生在大部分基板材料內，例如在此情況下遠離介面深至44μm且在其他實驗中深至近似200μm。在額外實施例中，旋光測定術量測展示發生在初生雷射焊縫(第5圖中習得之相同條件)中之殘餘應力，該初生雷射焊縫在600℃下退火一小時，產生展現沒有經由旋光測定術可量測的應力之韌性接合。嘗試破壞此種接合導致除了經焊接基板之密封線以外其他任何位置之損壞。
如第3圖中所述，可使用本揭示案之實施例藉由在入射波長處進行吸收/熔融之示例性低熔點膜或另一膜、膜及玻璃中之色心形成，及膜與玻璃中之溫度誘導的吸收達成強健、氣密、透明的接合。關於第一標準，例如，低熔點玻璃吸收事件，每單位面積使用足夠高的功率對玻璃-LMA/UVA-玻璃結構進行雷射照明可發起經濺射薄膜LMA/UVA介面中之吸收，從而引起熔融。可易於在第3圖之左下角之底部曲線中觀察到此情況。底部曲線之第一向下斜率追蹤LMG/UVA熔融製程至約15秒，在彼時發生另一製程，該製程為在各別基板中之玻璃雷射相互作用(亦即，色心形成)。在約17秒後之此中部向下曲線之大曲率將指示由玻璃中之色心形成所致之大吸收。舉例而言，該等色心大體上可係基板中之元素雜質含量(例如As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn)之函數。透射曲線中之曲率越大，所形成之色心越多。此舉為第3圖中所述之第二標準。LMG/UVA膜之熔融點可為(但不限於)約450℃，但在類似雷射焊接條件下，基於對使 用塗覆有代用鋁之EXG玻璃基板之雷射照明實驗的觀察，介面溫度有可能高於660℃。在此實驗中，熔融鋁(熔融溫度：660℃)且使用雷射焊接條件使用經校準熱成像攝像機(FLIR攝像機)量測表面溫度為約250℃。
第6圖為根據本揭示案之一些實施例之模型化方案之圖解。參閱第6圖，LMG/UVA及EXG材料熱傳輸特性用於模型化以0.8-3kW/cm2擊中包含1μm之無機薄膜以及700μm之EXG的兩層堆疊的355nm雷射。在此模型中說明無機薄膜(例如LMG膜、IRA膜、UVA膜等)中沒有相變。繼續參閱第6圖，進行對瞬時熱分佈之估計，表明可達成大於660℃之介面溫度。不考慮所達成之大於660℃之精確介面溫度，熱熔LMG/UVA介面膜之存在藉由轉移能帶間隙至較低能量來增加玻璃基板中之吸收。該等頻帶間隙轉移大體上理解為由基板晶格之熱膨脹引起，與電子能量之變化及歸因於電子光子相互作用之頻帶能量之直接重正化相關。此行為在熔融矽石中之曲線圖示於第3圖之右下角。淨效應在於熱LMG/UVA膜藉由降低頻帶間隙驅動在介面附近之EXG基板中之更多吸收，降低頻帶間隙又自內部轉換製程產生更多熱量，從而甚至進一步降低頻帶間隙。此製程可共同地被稱為表示第3圖中識別之第三標準的熱誘導吸收。當然，其他無機膜可用於此等實施例中且此等實例不應限制在此所附之申請專利範圍之範疇。
如上所述，根據本揭示案之實施例，色心形成在雷射焊縫之形成中起重要作用。使用第8圖中所描繪之實驗佈 置，在非多光子條件下模型化基本色心形成製程以基於三級圖式得到擬合函數圖示於第7圖中。第7圖為根據本揭示案之實施例之另一模型化方案。在第7圖之左面板中，三個電子玻璃頻帶狀態吸收355nm之光子，從而建立或耗盡接地狀態ng[t]、傳導頻帶ne[t]及色心ncc[t]中之群體。應注意，單頭箭頭表示雷射吸收，且雙頭箭頭表示模擬之吸收及發射。在第7圖之右面板中，提供速率方程式，該等速率方程式預測電子位準群體之平滑單調建立及耗盡，而系統之相干驅動部分展現相同群體之快速振動(ng ne)。三個位準之初始條件提供於第7圖之右面板之底列中。第8圖為355nm雷射透射(%T)穿過Eagle 0.7mm之玻璃基板達%T相對於時間量測之實驗性佈置的圖式。參閱第8圖，診斷式封裝可使用近似5W至6W之平均功率量測穿過熔融矽石窗及Eagle XG®玻璃片後之UV脈衝之整合式能量及時間波形。
以下方程式(1)描述實驗性可觀察吸收率(Abs)相對於時間之關係，例如，與透射率(trans)相對於時間資料之關係相關：(1吸收率+透射率)。解答可為上升指數及衰減指數之總和，但該解答可簡化為以下表達式：
其中α表示線性吸收係數(cm-1)；I表示雷射通量(光子/cm2．秒)；σg表示接地狀態吸收橫截面(cm2)；σesa表示激發態吸收橫截面(cm2)；σcc表示色心吸收橫截面(cm2)；kec表示瞬 態色心速率；及kf表示螢光衰減速率。參閱方程式(1)及第8圖，可觀察到色心形成在本揭示案之實施例中之作用。第9圖為根據本揭示案之實施例之曲線圖。參閱第9圖，在存在色心形成(所示弧線)及在不存在色心形成(所示線條)之情況下提供用於某些非限制性雷射玻璃相互作用參數之方程式(1)之曲線：α=0.01cm-1；I=4.6．10-21光子/cm2．秒；σg=1.20．10-17cm2；σesa,=1.21 10-17cm2；σcc=2.20 10-13cm2；kec kf 1.0 107sec-1。設定σcc=0，可作出線性相依性。接著可藉由以下關係式形成透射率(%T)：透射率=100-吸收率。如第9圖所示，結論為簡單地使色心形成項歸零(亦即設定σcc=0)使用合理選擇之參數值將弧線轉化為線條。實驗性雷射焊接玻璃基板大體上展現此曲率，包括但不限於：Eagle XG®、Lotus XT®、Willow及Willow至Willow、Willow至Lotus與Willow至Eagle之組合。
第10圖提供分析在玻璃介面處自示例性LMG膜層擴散至Eagle XG®玻璃基板之曲線圖。參閱第10圖，應用TOF-SIMS以分析在適當雷射焊接條件下在玻璃介面處自LMG膜層至Eagle XG®玻璃基板之可能的擴散，該玻璃介面具有示例性非限制性組合物(38%之SnO、40%之SnF2、20%之P2O5、2%之Nb2O5)且該玻璃介面具有約0.8μm之厚度。F及Sn線掃描越過原始介面(a,b)且F及Sn線掃描越過經受雷射焊接之介面(c,d)指示遠離介面之擴散範圍較小，同 時氟遠離介面遷移近似半微米，且通常錫並不顯著移動。因此，第10圖提供說明缺乏至示例性基板中之顯著LMG材料擴散的證據。其他示例性無機薄膜(UVA、IRA等)亦觀察到類似發現。雖然可能基於介面材料之間的明顯的大CTE失配(CTE870CHM=18ppm/℃相對於CTEEXG=3.1ppm/℃)預期用於本揭示案之實施例之行動原子種類之顯著更多擴散，但沒有觀察到分層。相反，高達600℃之溫度之重複循環似乎移除任何殘餘應力，從而導致更強健接合。所得無機薄膜足夠薄使得各別玻璃基板中歸因於CTE失配之分層力遠小於接合力。此情況對應於以下知識：積層結構之來自黏附膜之沉積應力的複合應力隨膜厚度之三次方縮放。
第11圖為不同厚度之玻璃片之間的雷射焊接之效能的示意圖。參閱第11圖，發現焊接超薄Willow玻璃(0.1mm)至XG®玻璃(0.7mm)(亦即，「不對稱」情況)可導致不良焊接。在「對稱」Eagle至Eagle情況(第11圖之左側)中，沿玻璃介面清掃熱區域以執行良好焊接。各別溫度分佈圖示於每一描繪下。然而，在使用厚度不同之玻璃片時，出現在一些情況下(例如在焊接Willow至Eagle時(第11圖之中間圖式))可導致不良焊接之不對稱熱區域。然而，示例性實施例可提供對使用導熱板之此不對稱焊接問題之解答，該不對稱焊接問題圖示於第11圖之右側上，該導熱板可散發任何熱量及冷卻薄玻璃片以有效恢復熱區域，從而導致強健焊接接合之形成。因此，本文中描述之一些實施例可採用導熱板雷射焊接具有不同厚度之玻璃片。
雖然迄今為止之描述已描述將玻璃雷射焊接至玻璃基板(該等玻璃基板具有類似或不同尺寸、幾何結構及/或厚度)，此描述不應限制在此所附之申請專利範圍之範疇，因為實施例同樣適用於非玻璃材料(諸如但不限於陶瓷、玻璃陶瓷、金屬等)之基板或片或者適用於沒有介面導電膜之基板或片。舉例而言，第12圖為評定ITO引線上方之雷射焊接範圍的實驗的圖解。參閱第12圖，塗覆有LMG之Eagle XG®滑件在圖式之左面板中圖示為雷射焊接至塗覆有ITO之Eagle XG®滑件。在此實驗中，藉由穿過遮罩之反應性濺射將100nm之ITO膜沉積至Eagle XG®基板上。選擇產生具有每平方近似126Ω之相對較高之平均片阻(Ω/sq)的ITO膜之條件，其中標準偏差為23Ω/sq，反映在反應性濺射沉積之前、期間或之後沒有採用對基板之加熱。ITO膜在第12圖中表現為對角分佈在照片中之不同淡黃色或暗色的條帶。在雷射焊接之前，記錄在所指示距離上350Ω之萬用表量測。接著將塗覆有LMG之Eagle XG®滑件雷射焊接至塗覆有ITO之Eagle XG®滑件，藉此發現雷射焊接線係極為不同的、強健的、透明的且雷射焊接線係對角分佈但係反向的。在第12圖之右面板中，觀察到較早使用之在相同距離上跨越ITO引線對電阻之雷射焊接後測量，以使電阻自350Ω增加至1200Ω。導電率之下降係歸因於ITO膜之部分損壞，因為ITO膜吸收355nm之輻射。然而，為避免歸因於過加熱之ITO膜之損壞，實施例可改變雷射參數，使得介面處之溫度並未自裸玻璃基板至ITO膜基板轉化或在其他方面(例如，可變峰值功率、可變 重複率、可變平均功率、光束之可變平移速度、電極圖案、LMG膜厚度等)轉化。
第13圖提供在ITO圖案化膜上方形成之雷射密封線之額外照片。參閱第13圖之左面板，另一電極類型係自不同來源獲得，又係自ITO製成且另一電極類型具有近似250nm之厚度。ITO膜係連續的，密封係使用本文中所述之方法形成該ITO膜上方。在220歐姆下量測近似10mm距離上之初始電阻。在自透明玻璃過渡至電極區域時，以恆定速度及功率執行雷射密封。在執行密封後，在透明玻璃及ITO區域上方觀察到強健密封，其中ITO上方之密封略微寬於近似10%-15%。密封寬度之此種增加可表明在此區域而非透明區域中產生更多熱量。額外熱量產生亦可係藉由雷射輻射或藉由膜之不同熱擴散特性由電極材料之吸收引起，且在任一情況下，量測到電阻增加不明顯的近似10%至240Ω。此情況亦可指示當溫度相對於裸玻璃上升時，較高品質ITO及較厚膜並未展現導電率退化。應注意，在自透明玻璃過渡至電極區域時降低雷射密封功率可降低額外熱量產生且因此減少ITO中之電阻率退化。實驗結果亦表明：在使用介於雷射束寬度之½至1/3之間的電極寬度及介於光束直徑½至1/3之間的間隔時，在一或多個密封位置處分為電極陣列(具有與原始電極相同之總寬度)之單個電極可係最佳的。以高於20mm/s之增加的密封速度進行之稍後的實驗展示在使用約200Ω之起始電阻進行密封後，電阻退化小於1%-2%。
第14圖為形成在圖案化膜上方之額外雷射密封線 之一系列照片。參閱第14圖，使用非透明的鉬金屬電極執行類似實驗。第14圖提供所示之連續及圖案化之鉬介面膜之一系列照片，雷射密封線形成該鉬介面膜上方。在左面板中，連續鉬膜之照片圖示具有斷裂或破裂之鉬電極部分之更異質接合形成。甚至在此情況中，在恆定雷射密封功率下，均勻鉬電極並未完全受損。然而，由於藉由均勻電極之雷射輻射吸收或反射，在電極區域處之加熱實質上高於在透明玻璃區域中之加熱。此情況可藉由在鉬區域上方之密封之增加的寬度區域觀察。應注意，未受損之一個區域係在透明鉬區域及均勻鉬區域之間的過渡區域處，因此表明在密封事件期間之功率調整、雷射功率密度、雷射光斑速度或以上所有三個因素之組合可克服對均勻鉬電極之任何過熱效應。在第14圖之右面板中，圖案化或穿孔鉬膜之照片圖示更均質之接合形成，從而導致該鉬膜之導電率的最小擾動，亦即，焊接前的14Ω至焊接後的16Ω。在此穿孔區域上之密封展現更少的加熱且因此該密封呈現對功率調變方法之替代。亦應注意，應仔細選擇電極金屬，因為發現與鉬(650℃對120℃)或具有高熔融溫度之其他金屬相比，使用具有低熔融溫度(Al)之金屬的密封不可能倖免於密封條件。因此，結果表明：在使用介於雷射束寬度之½至1/3之間的電極寬度及介於光束直徑½至1/3之間的間隔時，在密封位置處分為電極陣列(具有與原始電極相同之總寬度)之單個電極可係最佳的。因此，本揭示案之實施例適用於將玻璃雷射密封至玻璃、金屬、玻璃陶瓷、陶瓷及具有相同或不同尺寸、幾何結構及厚度之其他基板。
可利用本文中所述之實施例之應用係眾多的且包括但不限於固態照明技術、顯示技術及透明真空絕緣技術，該等實施例具有高接合強度的透明的玻璃至玻璃焊接之高效形成。玻璃之雷射焊接尤其可提供許多傳統焊接方法(諸如電子束、電弧、電漿或電炬)完全不可提供之效率及特徵結構，諸如小熱影響區域(HAZ)。在一些實施例中，雷射玻璃焊接可大體上在不使用紅外(IR)雷射(許多玻璃對該等紅外雷射係不透明的)或超短脈衝雷射(USPL)(許多玻璃對該等超短脈衝雷射係透明的)進行預加熱或後加熱之情況下繼續進行。在一些實施例中，對玻璃基板組合物及在介面上分佈之IR吸收玻璃料之明智選擇可使得氣密玻璃「夾層式」雷射密封封裝係可能的。在一些實施例中，超短脈衝雷射可聚焦在示例性玻璃基板中之任一表面或內部點處，且超短脈衝雷射可藉由非線性製程(諸如多光子或雪崩離子化)誘導吸收。
迄今為止，已描述低功率雷射焊接製程，該製程依賴於吸收低熔點玻璃介面膜且該製程可歸因於擴散焊接，係因為該製程之低溫接合形成(低至熔融溫度之一半)及對接觸及壓力條件之要求。如上文所論述，值得注意的是使用強健接合形成(例如入射雷射波長處之吸收低熔點玻璃膜、形成於玻璃基板中之雷射誘導之色心，及基板中之熱誘導吸收)將玻璃片雷射焊接在一起以有效加速溫度增長的數種效應。
然而，在一些實施例中，在入射波長(例如355nm)處高度吸收之許多膜可足以誘導高接合強度之雷射焊縫。其他膜(例如ZnO或SnO2)在化學上與本文中所述之一些示例 性低熔點玻璃組合物不同，但在相對較低光通量下共用相同雷射焊接能力。因此，鑒於ZnO與一些低熔點玻璃組合物(~450℃)相比之熔融溫度(1975℃)，發現低熔點特性在一些實施例中可能不係必需的。然而，發現該等膜之統一特徵在於該等膜實質上在355nm處吸收輻射：ZnO吸收率為約45%(200nm厚的膜)，且低熔點玻璃之吸收率為15%(200nm厚的膜)。亦決定本文中所述之示例性方法可雷射焊接石英基板或純熔融矽石基板，亦即無色心之基板。因此，已決定色心不一定係必要的，但在示例性膜之吸收較低(例如~吸收率<20%)時在一些實施例中色心可能係被需要的。
第15圖為根據一些實施例之另一方法之簡化圖。參閱第15圖，具有界定束寬度w之散焦雷射15入射在自接觸兩個玻璃片17、18形成之夾層式結構16上，其中一個片之內部介面塗覆有薄吸收膜19。雖然光束圖示為圓柱形，但此描繪不應限制在此所附之申請專利範圍之範疇，因為該光速可為圓錐形或其他適當幾何結構。膜材料可針對膜材料在入射雷射波長下之吸收率來選擇。雷射15可以平移雷射束可有效照亮給定光斑之預定速度(vs)及時間平移且雷射15可以停留時間(w/vs)為特徵。在一些實施例中，可在焊接或接合事件期間施加適度壓力，從而確保清潔表面之間的持續接觸，同時調整任一或多個參數以使焊縫最佳。示例性非限制性參數包括雷射功率、速度vs、重複率及/或光斑大小w。
如上參閱第3圖所述，發現最佳焊接可為以下三種機制之函數：亦即，藉由具有基於該吸收製程之雷射輻射及 加熱效應之示例性膜及/或基板之吸收；歸因於該等加熱效應之膜及基板吸收之增加(至較長波長之頻帶間隙轉移)(該增加係瞬態的且取決於處理條件)；及藉由UV輻射產生之缺陷或雜質吸收或色心吸收。熱分佈可為此製程之重要態樣，且以下論述可用於在假設介面處之靜態吸收之情況下幫助理解兩個基板之間的介面處之溫度分佈。
El-Adawi開發了在大半無限板狀基板上雷射加熱兩層堆疊之分析模型，該兩層堆疊由厚度為Z之吸收膜組成。使用匹配之界限條件求解每一材料中之熱擴散方程式，從而產生隨時間與膜及基板之位置變化的溫度的表達式：T f (t,z),T s (t,z)。El-Adawi之模型假設膜及基板之熱特性(擴散率(D)、導電率(k)、熱容量(C p ))係固定的，以使得吸收僅在表面中發生且未發生相變。使用拉普拉斯轉換，從而使用指數及誤差(互補)函數項求和：
其中A f 表示薄膜之表面吸收率；I o 表示雷射通量(光子/cm2‧秒)；n表示整數(0≦n≦∞)，且所有下標f係指薄膜參數，而下標s係指基板之參數。B及ε係與材料特性相關：B=1-ε/1+ε<1,ε=(ks/kf)Df/Ds)，而L f 亦包括時間t：=4Dft.。 薄膜層之時間及空間範圍可經分別提供為：0<t,0 z f Z，其中Z表示薄膜厚度。基板層之時間及空間範圍經分別提供為：t s <t,Z z s ∞，其中t s 表示薄膜背側之溫度在初始雷射膜入射(t s =Z 2/6D f )後開始自室溫偏移所花費的時間。膨脹係數係經由以下表達式與獨立變數及材料特性有關：
第16圖為用於一些實施例之兩層雷射加熱表面吸收模型。參閱第16圖，圖示脈衝式UV(355nm)雷射20撞擊兩層堆疊22，該兩層堆疊22具有1μm之UV吸收膜23及700μm之Eagle-XG基板24。Eagle-XG堆疊22中遠離焊縫介面之空間溫度分佈可自方程式(2)計算且該空間溫度分佈可假設傳遞6瓦特之平均功率之脈衝式(30kHz、10毫微秒脈衝寬度、500μm寬之雷射束腰直徑)355nm之雷射來標繪。接著使用不同雷射掃除速度(2mm/s、5mm/s、10mm/s及20mm/s)。針對該計算，採用在厚度約200nm之情況下在355nm處為15%的UV膜吸收率(為氟磷酸錫LMG材料典型之值)。標繪Eagle XG®基板或堆疊22中之此溫度分佈，藉此，在緩慢移動之雷射束與快速移動之光束相比停留在給定雷射焊接位置處更長時間時，觀察到由於使用不同雷射掃除速度所致之溫度分佈變化。舉例而言，以2mm/s移動之500μm寬的雷射束在給定焊接光斑上停留之有效時間為0.25秒，而20mm/s之掃除雷射束僅停留0.025秒。
亦探索由於使用不同雷射功率或具有不同吸收率之 膜所致的溫度變化，如第17圖中所示。第17圖為用於一些實施例之一系列溫度變化曲線圖。參閱第17圖，使用兩層雷射加熱模型(方程式(2))標繪對雷射功率及膜吸收率之玻璃基板溫度分佈相依性。第16圖中使用之相同雷射參數用於第17圖中。更具體而言，使用具有以下參數之脈衝式UV雷射：λ=355nm；束腰=500μm；重複率=30,000Hz，且脈衝寬度=10毫微秒。如可在第17圖之左面板中觀察，與第17圖之右面板中之吸收率之高階行為相比，雷射功率對基板溫度分佈之影響表現得更線性。此行為在方程式(2)中並不明顯，其中功率(I o )及吸收率(A f )表現為耦合的。吸收率可間接影響有效膜厚度(z f )，膨脹係數(b n 及g n )與該有效膜厚度略微有關。相比之下，I o 係獨立的，沒有與膨脹係數(b n 及g n )相關聯之函數關係。
第18圖為用於一些實施例之在掃除雷射之停留時間內沉積之平均能量的一系列曲線圖。參閱第18圖，可觀察到停留時間取決於雷射掃除速度及雷射脈衝重複率，該雷射掃除速度及該雷射脈衝重複率之值及單位在自變數x-y平面中得以指示。該等計算假設25%之膜吸收率、500微米之雷射束寬度及10毫微秒之雷射脈衝寬度，以上各者可導致一些實施例中之成功的雷射玻璃焊接。使用所描繪平面在第18圖中指示且在經驗上自實驗估計臨限值功率(11a針對6W；12a針對20W)，該功率高於成功雷射焊接發生之功率。頂部或底部曲線圖或面板以所用雷射功率之量變化：6瓦特相對於20瓦特。第18圖中之曲線之比較表明在入射雷射功率(例如6 瓦特)下之雷射速度及重複率的輕微變化可實質上引發誘導適當雷射焊接所需之較高入射功率。甚至在較高重複率之方向上遠離初始雷射焊接條件(30kHz、2mm/s雷射清掃速率)之小漂移將導致不必要的入射功率密度。較高雷射掃除速度快速地提供雷射焊接玻璃基板所需之不適當量的能量，此舉係雷射停留時間對速率之逆向相關性相對於對雷射重複率之線性相關性的結果。在較高入射雷射功率(例如20瓦特)下，較大平線區域或製程窗口11b、12b在速度及重複率中之小漂移保持適當雷射焊接條件而不引發過多能量之情況下變得可用。用於兩個曲線之製程窗口11b、12b可促進雷射焊接或接合最佳化。
第19圖為在使用IR輻射源加熱期間在355nm處之Eagle XG®及Lotus XT®玻璃透射之曲線圖。參閱第19圖，在使用紅外CO2雷射輻射10.6μm之Eagle XG®基板及Lotus XT®基板時，經由實驗決定溫度變化對玻璃介面之吸收特性之影響。可觀察到該等基板在355nm處之所得透射根據由CO2雷射輻射所產生之溫度而顯著地變化。由此斷定在一些實施例中之介面加熱可導致在膜以及玻璃基板兩者中之介面處之更有效吸收。
第20圖為用於一些實施例之在加熱期間在355nm處之玻璃透射之曲線圖。參閱第20圖，發現由於UV輻射所致之色心形成可在膜及玻璃基板兩者中發生，此舉可導致輻射區域中之另外的吸收。由於生成之溫度增加，可在第20圖中觀察到355nm透射對Eagle XG®玻璃基板及Lotus XT®玻 璃基板之影響。溫度增加可歸因於第19圖中所示之加熱效應及色心形成之組合。
第21圖為用於一些實施例之在UV輻射期間及之後的對膜及基板透射之效應的曲線圖。參閱第21圖，第一曲線30表示具有200nm之ZnO膜的0.6mm之Eagle XG®基板之透射。第二曲線31表示由於使用335nm雷射源、30kHz重複率之3W/mm2輻射所致的瞬態吸收(亦即，在現有吸收上之吸收)。此第二曲線31包括歸因於色心及溫度之誘導吸收。第三曲線32表示雷射輻射關閉(亦即，溫度已恢復至環境條件且色心已部分消失)後之誘導吸收。應注意，在具有420nm及以上處之高透射率的該等實施例中存在一些永久吸收變化。此效應係歸因於膜存在且此效應係相對於無膜之裸基板而顯著地放大。膜及基板中之一些變化可係永久的，如在第三曲線32中所觀察，但此情況並未影響可見透射。除了該等基於UV之輻射效應外，可觀察到所需溫度上升及融合可僅基於膜之吸收發生，且此效應亦可使用IR吸收膜而實現，如下文將論述。因此，如第21圖中所示，一些示例性膜可展現作為UV輻射之溫度及功率密度之函數的溫度及色心形成。
第22圖為用於一些實施例之吸收相對於波長之曲線圖。參閱第22圖，實施例包括由基於FeO之玻璃製成之膜，該玻璃可視處理條件而處於兩種不同氧化狀態2+及3+。該示例性非限制性矽石基玻璃膜具有大於10重量%至15%重量%之FeO，其中該玻璃膜之相等比例為FeO及Fe2O3。如第22圖中所示，發現Fe2O3展現NIR波長處之強健吸收且Fe2O3 亦可使用1064nm波長處之YAG雷射加以輻射。在此情況中，可見透射小於約0.02且可見透射不在約420nm至約700nm之間使衰減折衷。發現1064nm處之吸收約為0.1，且示例性膜可使用高於該膜之熔點之足夠的雷射功率加熱且可雷射焊接該示例性膜。當然，在此所附之申請專利範圍不應如此受限，因為預期了IR吸收膜及其他IR雷射之其他實例。
第23圖為用於Eagle XG®玻璃上之示例性低熔點玻璃膜之雷射密封或接合線之照片。第24圖為用於Eagle XG®玻璃上之示例性低熔點玻璃膜之交叉雷射密封線之照片。第33圖及第34圖為一些實施例中之焊線的照片。參閱第23圖、第24圖、第33圖及第34圖，圖示在不同條件下由UV雷射製成之示例性焊縫。更具體而言，第23圖圖示在Eagle XG®玻璃上使用1μm厚的低熔點玻璃膜之200μm雷射密封線，且第24圖圖示在Eagle XG®玻璃上使用1μm厚的低熔點玻璃膜之兩個400μm線之交叉。焊線、密封線或接合線之寬度可藉由改變各別基板之介面處之光斑大小而變化。亦應注意，在實驗期間，在任一情況(單個焊縫或交叉焊縫)中，膜或基板中未形成裂紋。參閱第33圖，可在兩個基板中間的Lotus XT®玻璃堆疊中觀察雷射焊接線，該玻璃堆疊具有1μm的低熔點玻璃膜。焊接條件包括1MHz重複率、10W雷射功率及100mm/s之平移速度，從而產生190μm之線寬。參閱第34圖，可觀察Eagle XG®玻璃堆疊中之交叉雷射焊接線，該玻璃堆疊具有1μm的低熔點玻璃膜。焊接條件包括1MHz重複率、4W雷射功率及200mm/s之平移速度，從而產生80μm 之線寬。
第25圖為用於一些實施例之在雷射焊接的同時觀察到的介面接觸幾何結構之範圍的示意圖。參閱第25圖，左面板表示出現在「Ra」範圍中之介面條件，在該範圍中，間隙厚度t間隙係以局部表面粗糙度為主，在統計學上以Ra數目為特徵，其中粗糙度之面內空間分佈以空間相關長度為特徵。第25圖之右面板表示出現在「汙跡」範圍中之介面條件，在該範圍中，間隙厚度t間隙係以盛行的汙跡粒徑分佈之統計為主，其中面內空間分佈以汙跡密度分佈為主。因此，可觀察到Ra範圍中之間隙厚度取決於玻璃基板表面統計，該玻璃基板表面統計之範圍在表示市售玻璃(例如鹼石灰玻璃、硼矽酸鹽玻璃)典型之值的上限處為低至奈米分數(例如結晶範圍)之超光滑值至十幾奈米。
探索雷射焊接動力學下之潛在機制，即擴散焊接蠕變流動，可觀察到在低至玻璃基板之熔融溫度之一半下發生相對低溫接合形成，且在一些實施例中可能需要接觸及壓力條件。大部分基板材料至間隙之質量傳輸以與熱增長膨脹玻璃一致之方式發生，該熱增長膨脹玻璃藉由高於基板應變點之溫度活化。可藉由通常在擴散焊接模型(亦即，黏性、塑性或擴散性傳輸製程)中發現之各種形式之蠕變流動中之一者描述此材料之移動。雖然該等模型通常用於描述金屬焊接，但該等模型可使用第26圖中所示之相對接觸區域(Ac/A0)及該區域之動力發展的概念經調試用於本發明之情況。第26圖為相對接觸區域(Ac/A0)在恆定施加壓力Pext下在介面間 隙區域之雷射焊接期間之演變的示意圖。參閱第26圖，在頂面板中，時間=0且相對接觸區域(Ac/A0)之初始條件=0。在中間面板中，時間大於0，說明其中Ac/A0>0之介面間隙區域之中間狀態。在底部面板中，時間為預定點(t末端)，其中焊接或接合基本上係完整的且間隙實際上不存在(Ac/A0 1)。由第26圖代表之擴散焊接介面之形成假設相對接觸區域Ac/A0之演變，該接觸區域收斂至形成化學接合之距離。近似法可用於描述該等動力學：
其中k表示常數；p表示壓力；n表示壓力指數，且Q表示特定速率控制之蠕變流動機制之活化能量。n之值可如下與速率控制機制相關：對於黏性質量傳輸，n=1；對於塑性流動，n=2；對於蒸發性/冷凝傳輸，n=3；且對於擴散性傳輸，n>3。
方程式(4)可用作推論起作用之一些機械力之引導，因為表達式假設了等溫條件。為開始此機械探索且由於該機械探索與Eagle XG®類似(軟化點：971℃)，可根據低軟化點硼矽酸鹽玻璃(700℃至750℃)之高溫蠕變之自800℃至950℃之範圍上的3點彎曲實驗性研究的文獻使用參數，其中發現對於所有蠕變階段，變形行為展現藉由用於快速及緩慢蠕變機制之黏性流動控制之線性黏彈性。在使用類似於一些雷射焊接實驗(950℃)之條件的情況下，使用快速蠕變機制資料(n=1，Q=160kJ/莫耳及k=0.00048Pa-1s)，假設超過約0.1MPa之標稱施加壓力應用Eagle XG®之73.6GPa 的標稱模數及3.1ppm/℃之CTE值，可在950℃下估計焊接區域之總有效壓力P總為600MPa。此上界估計係基於所量測之實驗資料，指示基板玻璃及膜材料在平面介面區域上方隆起及膨脹，如第27圖中所示。第27圖圖示使用典型雷射焊接條件之實施例之雷射掃除區域上方之輪廓曲線儀跡線。參閱第27圖，底部示意圖表示塗覆有單個低熔點玻璃(1μm厚的膜)之Eagle XG®基板，該基板在以下條件下經受兩次連續雷射掃除：355nm、30kHz、4mm/秒之平移速率。第27圖之頂部影像係在指示凸起形態之該等兩個焊接區域上方之單線輪廓曲線儀跡線。
即使假設溫度固定為950℃，但可注意在該條件下之黏性流動機制是否足以形成擴散焊縫及驅動擴散焊縫完成(Ac/A0 1)。第28圖提供對此情況之一些啟示。第28圖為提供用於一些實施例之焊接速率估計之比較的一系列曲線圖。參閱第28圖，焊接速率估計之比較可係基於方程式(4)使用低應變及軟化點的硼矽酸鹽玻璃蠕變流動參數及600MPa之有效焊接壓力進行。兩個曲線圖不同之處僅在於假設黏性流動優勢(左曲線圖)或塑性流動(右曲線圖)。憶及近似0.25秒之停留時間在約6瓦特及30kHz之雷射重複率條件下產生強健雷射焊縫，黏性流動解釋可係有疑問的，且第28圖中之左曲線圖表明亦可導致強健焊縫形成之其他機制，例如塑性流動。
第29圖為一些實施例之旋光測定術量測及影像的示意圖。參閱第29圖，可檢查在介面焊縫接合附近由示例性 雷射焊接製程所致之殘餘應力場。舉例而言，第29圖之頂面板圖示在兩個0.7mm之Eagle XG®玻璃基板之間的雷射焊縫附近之應力場的旋光測定術量測，其中一個內部表面塗覆有1μm厚的低熔點玻璃膜。左上面板提供來自雷射焊縫之殘餘應力場之旋光測定影像，該雷射焊縫係在以下條件下掃除355nm之UV雷射而獲得：20mm/秒、14瓦特、200μm束寬及150kHz之重複率，且右上面板提供此殘餘應力場之三維透視圖。在第29圖之底面板中，提供展示傳播應力場及分析依賴性的圖解，該分析依賴性根據雷射焊接條件尋求該應力場之位置。接著，可估計在盛行雷射焊接條件下對傳播應力場之位置的影響。然而，分析模型傾向於將簡單結構處理為半無限固體或平板。方程式(2)圖示複雜之解決方案如何可用於兩層系統，隨著引入與時間相關之熔體或應力前端，該方程式可快速變為難解的。一種熔融模型考慮到平板連接至散熱片，該散熱片具有在表面處被完全吸收之入射雷射輻射。此模型考慮到兩種時間體系：其中熔融時間小於渡越時間(例如，平板之後端自室溫增加所花費的時間)的一個體系，及熔融時間大於渡越時間之第二體系。此模型亦設想應用於液體與固體之間的傳播介面之熱平衡方程式：
其中術語與方程式(2)中所使用之彼等術語相同，不同之處在於：Z表示熔體前端位置；Q L 表示熔融之潛熱；且熱量流動係一維的，光學輻射在表面處被吸收，及熱材料特性保持與溫度無關。接著可以具有作為熱物理參數及雷射參數之函 數的係數Z及dZ/dt獲得二次方程式。為理解傳播應力場之相關性，可藉由使用用於來自先前Eagle XG®代用品之蠕變流動之活化能量取代Eagle XG®之熔融(融合)之潛熱來修改傳播雷射熔體前端分析模型：用有效莫耳重量(160kJ/莫耳)/(0.266kg/莫耳)規格化之低應變點硼矽酸鹽玻璃。考慮到在焊接期間無熱量自板狀基板之後部消散之情況，所得表達式展現對雷射及材料特性之令人關注之相依性：
其中Z表示蠕變前端位置；l表示基板厚度；Cp表示基板熱容量；A表示基板吸收率；R表示基板反射率；△T m 表示維持蠕變流動所需的自環境之傳播溫度增長(例如，△T m =T 應變 -T 環境 )；ρ表示基板密度；λ表示基板導熱率；I 0 表示雷射輻照度(W/m2)；及t表示時間。
功率相依性圖示於第30圖中，藉此可觀察到在焊接期間僅增加雷射功率可誘導越過介面區域之較大應力，該介面區域具有導致較大應力之過多能量。第30圖為提供自示例性焊線之應力位置之曲線圖。參閱第30圖，自示例性焊接線之應力位置可使用方程式(6)決定，在該方程式(6)中，所採用之參數與先前使用之彼等參數類似：波長=355nm；束腰=500μm；重複率=30,000Hz；脈衝寬度=10毫微秒；vs=2mm/sec；停留時間=0.25秒；Eagle XG®厚度=0.7mm； 及應變溫度(T應變)=669℃。第30圖及方程式(6)亦提供對較高應變點玻璃基板可產生更高應力剖面之原因的洞察力。舉例而言，應力剖面位置Z隨著△T m (與T應變線性有關之術語)之平方根縮放。不僅可藉由所使用之假設而且藉由可計算之資訊(例如在較高CTE材料經雷射焊接之情況下)限制根據該等表達式預測實驗觀察之其他嘗試。在此發現，低CTE玻璃基板(小於約5ppm/℃)比較高CTE玻璃(諸如鹼石灰玻璃)更容易焊接。該等低CTE基板包括石英基板、熔融矽石基板、Eagle XG®基板、Willow基板及Lotus玻璃基板。在重要實驗後，發現使較高CTE玻璃中之高品質焊縫為可能的適當條件。舉例而言，發現本文中所述之實施例可用於在沒有任何對基板進行預加熱要求(更不必說應變點或退火點)之情況下，使用1μm的LMG膜焊接鹼石灰玻璃(CTE約9ppm/℃或更大)。第31圖為根據一些實施例之雷射焊接之鹼石灰玻璃的一系列照片。參閱第31圖，使用極低雷射功率及奈秒脈衝寬度UV(355nm)雷射達成高品質接合形成。用於該等非限制及所示焊接之雷射焊接條件包括：脈衝寬度=1毫微秒；重複率=5MHz；功率=1瓦特；產生67μm焊線的近似20μm之射束；及vs=50mm/s。繼續參閱第31圖，脈衝式355nm雷射用於焊接兩個0.7mm厚的鹼石灰玻璃板，該等玻璃板與一個基板一起壓縮，該基板具有經濺射之1μm厚的低熔點玻璃膜。前述實例及實驗不應限制在此所附之申請專利範圍之範疇，因為具有1毫微秒脈衝寬度之2MHz及5MHz之雷射重複率之範圍係以自50mm/s至400mm/sec 之雷射束平移速率而探究。進一步地，亦針對示例性焊縫探究在低熔點玻璃膜介面處近似20μm至70μm之雷射束點。在一些實施例中，可使用約20μm之焦點大小及50mm/s之平移速率觀察示例性焊線品質。在使該等經焊接基板經100℃處理達4小時而無任何裂紋形成後，亦應注意該等經焊接基板之牢固性。
第32圖為一些實施例之示意圖。參閱第32圖，圖示使用吸收薄膜達成雷射焊接之非限制性製程，其中雷射熱能可在預定時間傳遞至基板/基板介面40中以獲得接近於整數之擴散接合相對接觸區域，同時使任何附帶損害(例如殘留拉伸應力之空間幅度及量級)減到最小。此製程對於較高CTE基板更為重要，其中焊接介面形成率快於CTE失配應力介面之產生。因此，在一些實施例中，聚焦束可隨著較高速率之掃除率用於焊接介面處，以達成沒有任何裂紋形成之示例性焊接。
在一些實施例中，可使用在入射雷射波長λ處進行吸收(較佳地，吸收率(A%)大於約20%)之膜達成雷射焊接。在其他實施例中，基板及膜兩者可展現λ處之色心形成。在額外實施例中，溫度效應可用於增加膜及基板中之一者或兩者在λ處之吸收。此種示例性溫度效應亦可有助於改良密封或焊接速度且此種示例性溫度效應可減少熱影響區(HAZ)及可減少用於蠕變流動(例如形成共晶系統、合金等)之活化能量。在一些實施例中，若需要透明度，則可在UV中提供頻帶間隙或在NIR、IR中提供高吸收。額外實施例可提供焊接， 該焊接具有介面表面能量γ焊接介面>>殘餘γ應力場及/或總綜合接合強度ʃʃγ焊接介面 >>ʃʃγ應力場 。進一步實施例可包括低雷射強度要求，藉此雷射峰值光子通量小於約1025個光子/秒/cm2且不包括多光子行為、切除或電漿產生。
雖然一些實施例已描述為利用低熔點玻璃或無機膜，但在此所附之申請專利範圍不應如此受限，因為實施例可使用UV吸收膜、IRA膜及/或位於兩個基板之間的其他無機膜。如上所述，在一些實施例中，示例性基板玻璃中之色心形成不係必要的且係膜之UV吸收(例如小於約20%)之函數。由此斷定：在其他實施例中，若膜之UV吸收大於約20%，則諸如石英基板、低CTE基板等之替代性基板可易於形成焊縫。此外，當使用高CTE基板時，可易於使用示例性高重複率雷射(例如大於約300kHz至約5MHz)及/或低峰值功率焊接該等基板。此外，在膜之吸收為貢獻因素之實施例中，可藉由使用示例性IR雷射系統焊接IR吸收(可見透明膜)。
在本揭示案之各種實施例中，玻璃密封材料及所得層可係透明及/或半透明的、薄的、不可滲透的、「生坯」的且該等玻璃密封材料及所得層可經配置以在低溫下及使用足夠的密封強度形成氣密密封，以適應密封材料與相鄰基板之間的大CTE差異。在一些實施例中，密封層可不含填料及/或黏合劑。用於形成一或多個密封層之無機材料可係非基於玻璃料的或在一些實施例中係自毛玻璃形成之粉末(例如UVA、LMG等)。在其他實施例中，密封層材料為低Tg玻璃，該低 Tg玻璃具有在預定波長處之實質光學吸收橫截面，該預定波長匹配或實質上匹配密封製程中使用之雷射之操作波長。在額外實施例中，低Tg玻璃層在室溫下具有雷射處理波長之吸收為至少15%。
大體言之，適當之密封劑材料包括低玻璃及銅或錫之適當反應性氧化物。玻璃密封材料可由低材料(諸如磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、碲酸鹽玻璃及硫屬化合物玻璃)形成。如本文所界定，低玻璃材料具有小於400℃之玻璃轉化溫度，例如，小於350℃、300℃、250℃或200℃之玻璃轉化溫度。示例性硼酸鹽玻璃及磷酸鹽玻璃包括磷酸錫、氟磷酸錫及氟硼酸錫。濺射靶材可包括此等玻璃材料或者此等玻璃材料之前驅物。示例性氧化銅及氧化錫為CuO及SnO，該氧化銅及氧化錫可由包含該等材料之經壓制粉末之濺射靶材形成。視情況地，玻璃密封組合物可包括一或多種摻雜劑，該等摻雜劑包括但不限於鎢、鈰及鈮。若包括此等摻雜劑，則此等摻雜劑可影響例如玻璃層之光學特性且此等摻雜劑可用於控制雷射輻射玻璃層之吸收。例如，摻雜有二氧化鈰可增加雷射處理波長處之低Tg玻璃阻障之吸收。額外適當之密封劑材料包括雷射吸收低液相線溫度(LLT)材料，該等材料具有小於或等於約1000℃、小於或等於約600℃或小於或等於約400℃之液相線溫度。在其他實施例中，無機膜之組合物可經選擇以減少活化能量，該活化能量用於如上所述般誘導第一基板、第二基板或第一基板與第二基板兩者之蠕變流動。
示例性氟磷酸錫組合物可在相應三元相圖中以 SnO、SnF2及P2O5之各別組合物表示。適當UVA玻璃膜可包括SnO2、ZnO、TiO2、ITO及其他低熔點玻璃組合物。適當氟磷酸錫玻璃包括20莫耳%至100莫耳%之SnO、0莫耳%至50莫耳%之SnF2及0莫耳%至30莫耳%之P2O5。該等氟磷酸錫玻璃組合物可視情況包括0莫耳%至10莫耳%之WO3、0莫耳%至10莫耳%之CeO2及/或0莫耳%至5莫耳%之Nb2O5。舉例而言，適用於形成玻璃密封層之摻氟磷酸錫起始材料之組合物包含35莫耳%至50莫耳%之SnO、30莫耳%至40莫耳%之SnF2、15莫耳%至25莫耳%之P2O5，及1.5莫耳%至3莫耳%之摻雜氧化物(諸如WO3、CeO2及/或Nb2O5)。根據一個特定實施例之氟磷酸錫玻璃組合物可為摻鈮氧化錫/氟磷酸錫/五氧化二磷玻璃，包含約38.7莫耳%之SnO、39.6莫耳%之SnF2、19.9莫耳%之P2O5及1.8莫耳%之Nb2O5。可用於形成此玻璃層之濺射靶材可包括以原子莫耳百分比表示的23.04%之Sn、15.36%之F、12.16%之P、48.38%之O及1.06%之Nb。
根據另一實施例之磷酸錫玻璃組合物包含約27%之Sn、13%之P及60%之O，以上各者可自濺射靶材獲得，該濺射靶材包含以原子莫耳百分數為單位之約27%之Sn、13%之P及60%之O。如將瞭解，本文中所揭示之各種玻璃組合物可係指沉積層之組合物或係指源濺射靶材之組合物。與氟磷酸錫玻璃組合物一樣，示例性氟硼酸錫玻璃組合物可根據各別三元相圖中表示為SnO、SnF2及B2O3之組合物。適當氟硼酸錫玻璃組合物包括20莫耳%至100莫耳%之SnO、0莫耳%至 50莫耳%之SnF2及0莫耳%至30莫耳%之B2O3。該等氟硼酸錫玻璃組合物可視情況包括0莫耳%至10莫耳%之WO3、0莫耳%至10莫耳%之CeO2及/或0莫耳%至5莫耳%之Nb2O5。用於自該等材料形成玻璃密封層之適當的低Tg玻璃組合物及方法之額外態樣揭示於共同讓與之美國專利案第5,089,446號及美國專利申請案第11/207,691號、第11/544,262號、第11/820,855號、第12/072,784號、第12/362,063號、第12/763,541號、第12/879,578及第13/841,391號中，以上專利案之全部內容以引用之方式併入本文中。
示例性基板(玻璃或其他)可具有任何適當之尺寸。基板可具有區域(長度及寬度)尺寸及厚度尺寸，該等區域尺寸範圍各自為1cm至5m(例如，0.1m、1m、2m、3m、4m或5m)，該厚度尺寸之範圍可為約0.5mm至2mm(例如，0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm或2mm)。在進一步實施例中，基板厚度之範圍可為約0.05mm至0.5mm(例如，0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm)。在又進一步實施例中，玻璃基板厚度之範圍可為約2mm至10mm(例如，2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm)。示例性玻璃密封層之總厚度之範圍可為約100nm至10微米。在各種實施例中，層厚度可小於10微米，例如小於10微米、5微米、2微米、1微米、0.5微米或0.2微米。示例性玻璃密封層厚度包括0.1微米、0.2微米、0.5微米、1微米、2微米、5微米或10微米。經密封區域可與雷射光斑大小成 比例之寬度可為約0.05mm至2mm，例如0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm或2mm。雷射之平移率(亦即，密封率)之範圍可為約1mm/sec至1000mm/sec，諸如1mm/sec、2mm/sec、5mm/sec、10mm/sec、20mm/sec、50mm/sec、100mm/sec、200mm/sec、400mm/sec或1000mm/sec。雷射光斑大小(直徑)可約0.02mm至1mm。
因此，已發現：在本揭示案之實施例中，在局部玻璃溫度超過空間幅度(例如「焊接容積」)內之玻璃之應變或退火溫度(例如，針對EXG分別為669℃及772℃)時，可發生對玻璃基板介面之適當雷射焊接。此容積可取決於入射雷射功率、UVA或LMG熔體之組合物及色心形成(作為各別基板中之雜質之結果)。容積一經獲得即可在介面區域上方加以掃除，以在兩個基板(玻璃或其他)之間產生快速及強健密封。可獲得超過5-1000mm/s之密封速度。示例性雷射焊縫可在於感興趣之基板區域上方掃除掉熔體容積時經歷自與該熔體容積相關聯之高溫至相對較冷之環境溫度的急劇轉變。氣密密封之完整性及該氣密密封之各別強度可藉由緩慢冷卻(自退火)熱基玻璃色心(鬆弛)區域及UVA或LMG或NIR薄膜區域之薄度(通常為0.5μm至1μm)保持，從而使兩個各別基板(玻璃或其他)之間的CTE失配之任何影響無效。
根據實施例，密封層材料之選擇及用於在玻璃基板上形成密封層之處理條件係足夠靈活的，使得基板不受玻璃層形成之不利影響。低熔融溫度玻璃可用於密封或接合不同類型之基板。可密封及/或可接合基板包括玻璃、玻璃至玻璃 積層、玻璃至聚合物積層、玻璃陶瓷或陶瓷，包括氮化鎵基板、石英基板、矽石基板、氟化鈣基板、氟化鎂基板或藍寶石基板。額外基板可為但不限於金屬基板，包括鎢基板、鉬基板、銅基板或其他類型之適當的金屬基板。在一些實施例中，一個基板可為含磷玻璃板，該玻璃板可用於例如裝配發光裝置。含磷玻璃板例如包含金屬硫化物、金屬矽酸鹽、金屬鋁酸鹽或其他適當的磷光體中之一或多者，該含磷玻璃板可用作白色LED燈中之波長轉換板。白色LED燈通常包括藍色LED晶片，該藍色LED晶片係使用基於III族氮化物之化合物半導體形成以用於發出藍光。白色LED燈可用於照明系統中，或例如用作液晶顯示器之背光。本文中所揭示之低熔融溫度玻璃及相關密封方法可用於密封或封裝LED晶片。
由於基礎基板(玻璃或其他)的特性(歸因於基板隨盛行之雷射照明條件及所得溫度提高形成色心之能力)，可使根據本揭示案之實施例之示例性製程係可能的。在一些實施例中，若需要透明密封，則色心形成可是可逆的。若基板具有不同厚度，則導熱基板可在一些實施例中用於恢復焊接完整性。
示例性實施例因此可利用低熔融溫度材料以使用低雷射脈衝峰值功率將玻璃或其他材料基板雷射焊接在一起，以最小化震波之產生且確保沒有出現可危害拉伸斷裂強度之微裂紋。示例性實施例亦提供無熔體灘式傳播之擴散焊接，從而允許適當的低溫密封製程。歸因於膜區域之薄度，本揭示案之實施例可使兩個各別基板之間的CTE失配之任何影響 無效且本揭示案之實施例可用於提供對尺寸類似或不同之基板的焊接。此外，在本揭示案之實施例中，對於密封而言，不需要對膜進行圖案化，如在玻璃料或著色材料之情況中發生，且製造商因此無須透露製造商之專有設計。
本揭示案亦教示低熔融溫度材料可如何用於將玻璃封裝雷射焊接在一起從而致能被動裝置及主動裝置之長期氣密操作，該等被動裝置及主動裝置對由氧氣及濕氣之侵襲導致的退化敏感。如上所述，本文中所描述之實施例提供UVA、LMG或其他密封，該等密封可在裝配接合表面後使用雷射吸收來熱活化且該等密封可享用更高的製造效率，係因為密封每一工作裝置之速率(而非藉由真空或惰性氣體裝配線中之內聯薄膜沉積來封裝裝置之速率)可係藉由熱活化及接合形成決定。此情況可致能大片多次裝置密封以及隨後劃刻為獨立裝置(單體化)，且由於高機械完整性，單體化產率可較高。
本揭示案之實施例亦提供雷射密封製程，例如雷射焊接、擴散焊接等，該擴散焊接依賴於在入射雷射波長下結合示例性雷射吸收膜在玻璃基板內歸因於外在色心(例如，雜質或摻雜劑)或玻璃固有之內在色心的色心形成。膜之一些非限制性實例包括SnO2膜、ZnO膜、TiO2膜、ITO膜及低熔點玻璃膜，以上各者可用於玻璃基板之介面處。使用該等材料之焊縫可提供具有充分UV吸收之可見透射，以發起穩態柔和擴散焊接。該等材料亦可提供具有適用於擴散焊接之局部密封溫度的透明雷射焊縫。此種擴散焊接導致各別玻璃基板之低功率及低溫雷射焊接，且此種擴散焊接可產生具有高 效及快速焊接速度之優良透明焊縫。根據本揭示案之實施例之示例性雷射焊接製程亦可依賴於超出色心形成的玻璃的光誘導吸收特性以包括溫度誘導之吸收。
使用所揭示材料及方法氣密封裝工件可促進裝置之長期操作，該等裝置在其他方面對由氧氣及/或濕氣之侵襲導致的退化敏感。示例性工件、裝置或應用包括可撓性、剛性或半剛性有機LED、OLED照明設備、OLED電視機、光伏裝置、MEMS顯示器、電致變色窗、螢光團、鹼金屬電極、透明導電氧化物、量子點等。
如本文中所使用，出於實用目的，氣密層係被認為實質上係密閉的及實質上不透濕氣及/或氧氣的層。例如，氣密密封可經配置為限制氧氣之蒸散(擴散)至小於約10-2cm3/m2/天(例如，小於約10-3cm3/m2/天)且限制水之蒸散(擴散)至小於約10-2g/m2/天(例如，小於約10-3g/m2/天、10-4g/m2/天、10-5g/m2/天或10-6g/m2/天)。在實施例中，氣密密封實質上抑制空氣及水接觸受保護之工件。
在一些實施例中，接合兩個基板之方法包含以下步驟：在第一基板之密封表面上形成第一玻璃層；在第二基板之密封表面上形成第二玻璃層；將第一玻璃層之至少一部分放置為與第二玻璃層之至少一部分實體接觸；及加熱玻璃層以局部熔融玻璃層及密封表面，以在第一基板與第二基板之間形成玻璃至玻璃焊接。在本文所揭示之每一密封架構中，使用低熔融溫度玻璃層進行之密封可藉由局部加熱、熔融及接著冷卻玻璃層及接近密封表面定位之玻璃基板材料兩者而 實現。
因此，本揭示案之實施例之態樣在於結合輕鬆形成與雷射焊接相關聯之氣密密封以亦形成主動OLED或其他裝置之氣密封裝，以致能該等氣密封裝之廣泛製造。此製造將需要在介面導電膜上進行焊接。不同於本文中所揭示之方法，雷射密封之習知方法可切割此等介面傳導引線，尤其是在介面溫度變得過高或存在與傳導引線材料相互作用之有害雷射輻射時將切割該等介面傳導引線。然而，本揭示案之實施例提供裝置結構之令人能夠實現的披露，該等裝置結構需要使用介面低熔融溫度玻璃材料膜進行電偏壓以用於氣密裝置操作。本發明標的之實施例因此可提供對玻璃片或具有介面導電膜之其他基板之成功雷射焊接，而不破壞該等玻璃片或其他基板或沒有效能損失。
在一些實施例中，一種接合工件之方法包含以下步驟：在第一基板之表面上方形成無機膜；在第一基板與第二基板之間佈置待保護之工件，其中該膜與第二基板接觸；及藉由使用具有預定波長之雷射輻射對膜進行局部加熱而將工件接合在第一基板與第二基板之間。無機膜、第一基板或第二基板在近似420nm至近似750nm處可係透射的。在另一實施例中，無機膜、第一基板及第二基板中之每一者在近似420nm至近似750nm處係透射的。在進一步實施例中，無機膜之吸收在預定雷射波長處大於10%。在額外實施例中，無機膜之組合物可為但不限於SnO2、ZnO、TiO2、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF2、ZnF2及以上各 者之組合。在其他實施例中，無機膜之組合物可經選擇以減少活化能量，該活化能量用於誘導第一基板、第二基板或第一基板與第二基板兩者之蠕變流動。在另一實施例中，無機膜之組合物可為雷射吸收低液相線溫度材料，該材料具有小於或等於約1000℃、小於或等於約600℃或小於或等於約400℃之液相線溫度。在進一步實施例中，接合步驟可產生具有綜合接合強度之接合，該綜合接合強度大於第一基板、第二基板或第一基板與第二基板兩者中之殘餘應力場之綜合接合強度。在一些示例性實施例中，此種接合將僅藉由內聚破壞失效。在進一步實施例中，無機膜之組合物包含20莫耳%至100莫耳%之SnO、0莫耳%至50莫耳%之SnF2及0莫耳%至30莫耳%之P2O5或B2O3。在一些實施例中，無機膜及第一基板與第二基板具有在近似420nm至近似750nm處大於80%之組合的內部透射。在其他實施例中，接合步驟進一步包含以下步驟：根據第一或第二基板中之雜質之組合物及根據無機膜之組合物，經由使用具有預定波長之雷射輻射對無機膜進行局部加熱而將工件接合在第一基板與第二基板之間。第一或第二基板中之示例性雜質可為但不限於As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn及以上各者之組合。在進一步實施例中，第一基板及第二基板具有不同橫向尺寸、不同CTE、不同厚度或以上各者之組合。在一些實施例中，第一基板與第二基板中之一者可為玻璃或玻璃陶瓷。當然，第一基板與第二基板中之另一者可為玻璃陶瓷、陶瓷或金屬。在一些實施例中，該方法亦可包括使經接合工件退火之步驟。在 其他實施例中，雷射輻射包含在近似193nm至近似420nm之間的預定波長處之UV輻射、近似780nm至近似5000nm之間的預定波長處之NIR輻射，雷射輻射可包括自1奈秒至40奈秒之脈衝寬度及至少1kHz之重複率，及/或可為連續波。在進一步實施例中，無機膜之厚度範圍為約10nm至100微米。在一些實施例中，第一基板、第二基板或第一與第二基板可包含鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃、熱強化玻璃、化學強化玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、鹼石灰玻璃及以上各者之組合。在其他實施例中，該方法可包括以下步驟：以近似1mm/s至近似1000mm/s之速度移動藉由雷射輻射形成之雷射光斑以產生最小的加熱區域。在一些實施例中，該速度不超過雷射光斑之直徑與雷射輻射之重複率之乘積。在進一步實施例中，接合步驟可產生接合線，該接合線具有近似50μm至近似1000μm之寬度。在其他實施例中，在約420nm至約750nm處大於80%、介於80%至90%之間、大於85%或大於90%之範圍中，無機膜、第一基板或第二基板在接合步驟之前及之後可係光學透明的。示例性工件可為但不限於：發光二極體、有機發光二極體、導電引線、半導體晶片、ITO引線、圖案化電極、連續電極、量子點材料、磷光體及以上各者之組合。
在其他實施例中，提供經接合裝置，該經接合裝置包含形成在第一基板之表面上方之無機膜，及在第一基板與第二基板之間受保護之裝置，其中該無機膜與第二基板接觸。在此實施例中，裝置包括形成一接合，該接合係根據第 一或第二基板中之雜質組合物及根據無機膜之組合物，經由使用具有預定波長之雷射輻射對無機膜進行局部加熱而形成在第一基板與第二基板之間。進一步地，無機膜、第一基板或第二基板在近似420nm至近似750nm處可係透射的。在另一實施例中，無機膜、第一基板及第二基板中之每一者在近似420nm至近似750nm處係透射的。在進一步實施例中，無機膜之吸收在預定雷射波長處大於10%。在額外實施例中，無機膜之組合物可為但不限於SnO2、ZnO、TiO2、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF2、ZnF2及以上各者之組合。在其他實施例中，無機膜之組合物可經選擇以減少活化能量，該活化能量用於誘導第一基板、第二基板或第一基板與第二基板兩者之蠕變流動。在另一實施例中，無機膜之組合物可為雷射吸收低液相線溫度材料，該材料具有小於或等於約1000℃、小於或等於約600℃或小於或等於約400℃之液相線溫度。在進一步實施例中，接合可具有綜合接合強度，該綜合接合強度大於第一基板、第二基板或第一基板與第二基板兩者中之殘餘應力場之綜合接合強度。在一些示例性實施例中，此種接合將僅藉由內聚破壞失效。在進一步實施例中，無機膜之組合物包含20莫耳%至100莫耳%之SnO、0莫耳%至50莫耳%之SnF2及0莫耳%至30莫耳%之P2O5或B2O3。在一些實施例中，無機膜及第一基板與第二基板具有在近似420nm至近似750nm處大於80%之組合的內部透射。第一或第二基板中之示例性雜質可為但不限於As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn及以上各 者之組合。在進一步實施例中，第一基板及第二基板具有不同橫向尺寸、不同CTE、不同厚度或以上各者之組合。在一些實施例中，第一基板與第二基板中之一者可為玻璃或玻璃陶瓷。當然，第一基板與第二基板中之另一者可為玻璃陶瓷、陶瓷或金屬。在進一步實施例中，無機膜之厚度範圍為約10nm至100微米。在一些實施例中，第一基板、第二基板或第一與第二基板可包含鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、熱強化玻璃、化學強化玻璃、鹼石灰玻璃、硼矽酸鹽玻璃及以上各者之組合。在其他實施例中，在約420nm至約750nm處大於80%、介於80%至90%之間、大於85%或大於90%之範圍中，無機膜、第一基板或第二基板在接合步驟之前及之後可係光學透明的。示例性裝置可為但不限於：發光二極體、有機發光二極體、導電引線、半導體晶片、ITO引線、圖案化電極、連續電極、量子點材料、磷光體及以上各者之組合。在一些實施例中，接合可係使用閉環或使用以大於約1度之角度交叉之密封線而氣密的，該接合可包括空間分離接合點及/或該接合可定位為與接合之熱敏感材料相距小於約1000μm。在其他實施例中，可圖案化環繞該接合之雙折射。
在進一步實施例中，提供一種保護裝置之方法，該方法包含以下步驟：在第一基板之第一部分表面上方形成無機膜層；在第一基板與第二基板之間佈置待保護之裝置，其中密封層與第二基板接觸；及使用雷射輻射局部加熱無機膜層及第一與第二基板，以熔融密封層及該等基板，從而在基板之間形成密封。第一基板可由玻璃或玻璃陶瓷組成，且第 二基板可由金屬、玻璃陶瓷或陶瓷組成。在一些實施例中，第一基板及第二基板具有不同橫向尺寸、不同CTE、不同厚度或以上各者之組合。在其他實施例中，裝置可為但不限於ITO引線、圖案化電極及連續電極。在一些實施例中，局部加熱步驟進一步包含調節雷射輻射功率以減少對所形成密封之損傷。示例性膜可為但不限於低Tg玻璃，該低Tg玻璃包含20莫耳%至100莫耳%之SnO、0莫耳%至50莫耳%之SnF2及0莫耳%至30莫耳%之P2O5或B2O3。在其他實施例中，無機膜之組合物可經選擇以減少活化能量，該活化能量用於誘導第一基板、第二基板或第一基板與第二基板兩者之蠕變流動。在另一實施例中，無機膜之組合物可為雷射吸收低液相線溫度材料，該材料具有小於或等於約1000℃、小於或等於約600℃或小於或等於約400℃之液相線溫度。在進一步實施例中，接合步驟可產生具有綜合接合強度之接合，該綜合接合強度大於第一基板、第二基板或第一基板與第二基板兩者中之殘餘應力場之綜合接合強度。在一些示例性實施例中，此種接合將僅藉由內聚破壞失效。
儘管此描述可包括許多細節，但該等細節不應理解為對該描述之範疇之限制，相反應理解為可特定於特定實施例之特徵結構描述。迄今為止已在獨立實施例之上下文中描述之某些特徵結構亦可在單個實施例中組合實施。相反地，在單個實施例之上下文中描述之各種特徵結構亦可單獨或以任何適當子組合在多個實施例中實施。此外，儘管特徵結構在上文可描述為以某些組合起作用且甚至可在最初同樣加以 申請，來自所主張組合之一或多個特徵結構在一些情況下可自該組合去除，且所主張組合可係針對子組合或子組合之變化。
類似地，雖然操作以特定次序描繪於諸圖或圖式中，但此舉應理解為要求此等操作以所示特定次序或以相繼次序執行，或要求執行所有所示操作以達成所需結果。在某些情況下，多任務及並行處理可係有利的。
如藉由第1圖至第34圖中所示之各種配置及實施例所示，已描述用於使用低熔點玻璃或薄吸收膜進行雷射密封之各種實施例。
雖然已描述本揭示案之較佳實施例，但應瞭解，所述實施例僅為說明性的且本發明之範疇在符合由熟習此項技術者熟讀本揭示案後自然想到之等效性、許多變更及修改之整個範圍時，僅藉由附隨申請專利範圍界定
A‧‧‧步驟
B‧‧‧步驟
C‧‧‧步驟
D‧‧‧步驟

Claims (55)

  1. 一種接合一工件之方法，該方法包含以下步驟：在一第一基板之一表面上方形成一無機膜；在該第一基板與一第二基板之間佈置一待保護之工件，其中該膜與該第二基板接觸；及藉由使用具有一預定波長之雷射輻射局部加熱該膜而將工件接合在該第一基板與該第二基板之間，其中該無機膜、該第一基板或該第二基板在近似420nm至近似750nm處係透射的。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該無機膜、第一基板及第二基板中之每一者在近似420nm至近似750nm處係透射的。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該無機膜之吸收在一預定雷射波長處大於10%。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該無機膜之組合物係選自由以下各者組成之群組：SnO2、ZnO、TiO2、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF2、ZnF2及以上各者之組合。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該無機膜之該組合物係經 選擇以減少活化能量，該活化能量用於誘導該第一基板、該第二基板或該第一基板與該第二基板兩者之蠕變流動。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該無機膜之該組合物係一雷射吸收低液相線溫度材料，該材料具有小於或等於約1000℃之一液相線溫度。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該無機膜之該組合物包含：20莫耳%至100莫耳%之SnO；0莫耳%至50莫耳%之SnF2；及0莫耳%至30莫耳%之P2O5或B2O3。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該無機膜及該第一基板與該第二基板具有在近似420nm至近似750nm處大於80%之一組合的內部透射。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該接合步驟進一步包含以下步驟：根據該第一基板或該第二基板中之雜質之該組合物及根據該無機膜之該組合物，經由使用具有一預定波長之雷射輻射對該無機膜進行該局部加熱而將該工件接合在該第一基板與該第二基板之間。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該第一基板或該第二基板中之該等雜質係選自由以下各者組成之群組：As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn及以上各者之組合。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該第一基板及該第二基板具有不同橫向尺寸、不同CTE、不同厚度或以上各者之組合。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該第一基板及該第二基板中之一者係玻璃或玻璃陶瓷。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該第一基板及該第二基板中之另一者係一玻璃陶瓷、陶瓷或金屬。
  14. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：使該經接合工件退火。
  15. 如請求項1所述之方法，其中該雷射輻射包含在近似193nm至近似420nm之一預定波長處之UV輻射。
  16. 如請求項1所述之方法，其中該雷射輻射包含在近似780nm至近似5000nm之一預定波長處之NIR輻射。
  17. 如請求項1所述之方法，其中該雷射輻射之一脈衝寬度係自1奈秒至40奈秒且該雷射輻射之一重複率係至少1kHz。
  18. 如請求項1所述之方法，其中該雷射輻射係連續波。
  19. 如請求項1所述之方法，其中該無機膜之一厚度之範圍為約10nm至100微米。
  20. 如請求項1所述之方法，其中該第一、第二基板或該第一基板與該第二基板包含一鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、鹼石灰玻璃、硼矽酸鹽玻璃、熱強化玻璃、化學強化玻璃及以上各者之組合。
  21. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：以近似1mm/s至近似1000mm/s之一速度移動藉由該雷射輻射形成之一雷射光斑，以產生一最小的加熱區域。
  22. 如請求項21所述之方法，其中該速度不超過該雷射光斑之一直徑與該雷射輻射之一重複率之乘積。
  23. 如請求項1所述之方法，其中該接合步驟產生一接合線，該接合線具有近似50μm至近似1000μm之一寬度。
  24. 如請求項1所述之方法，其中在約420nm至約750nm處大於80%、介於80%至90%之間、大於85%或大於90%之一範圍中，該無機膜、第一基板或第二基板在該接合步驟之前及之後係光學透明的。
  25. 如請求項1所述之方法，其中該工件係選自由以下各者組成之群組：一發光二極體、一有機發光二極體、一導電引線、一半導體晶片、一ITO引線、一圖案化電極、一連續電極、量子點材料、磷光體及以上各者之組合。
  26. 如請求項1所述之方法，其中該接合步驟產生具有一綜合接合強度之一接合，該綜合接合強度大於該第一基板、第二基板或該第一基板與該第二基板兩者中之一殘餘應力場之一綜合接合強度。
  27. 一種經接合裝置，該裝置包含：一無機膜，該無機膜形成在一第一基板之一表面上方；及在該第一基板與一第二基板之間受保護之一裝置，其中該無機膜與該第二基板接觸，其中該裝置包括一接合，該接合係根據該第一基板或該 第二基板中之雜質組合物及根據該無機膜之組合物，經由使用具有一預定波長之雷射輻射對該無機膜進行一局部加熱而形成在該第一基板與該第二基板之間，及其中該無機膜、該第一基板或該第二基板在近似420nm至近似750nm處係透射的。
  28. 如請求項27所述之裝置，其中該無機膜、第一基板及第二基板中之每一者在近似420nm至近似750nm處係透射的。
  29. 如請求項27所述之裝置，其中該無機膜之吸收在一預定雷射波長處大於10%。
  30. 如請求項27所述之裝置，其中該無機膜之該組合物係選自由以下各者組成之群組：SnO2、ZnO、TiO2、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF2、ZnF2及以上各者之組合。
  31. 如請求項27所述之裝置，其中該無機膜之該組合物係經選擇以減少活化能量，該活化能量用於誘導該第一基板、該第二基板或該第一基板與該第二基板兩者之蠕變流動。
  32. 如請求項27所述之裝置，其中該無機膜之該組合物係一 雷射吸收低液相線溫度材料，該材料具有小於或等於約1000℃之一液相線溫度。
  33. 如請求項27所述之裝置，其中該無機膜之該組合物包含：20莫耳%至100莫耳%之SnO；0莫耳%至50莫耳%之SnF2；及0莫耳%至30莫耳%之P2O5或B2O3。
  34. 如請求項27所述之裝置，其中該無機膜及該第一基板與該第二基板具有在近似420nm至近似750nm處大於80%之一組合的內部透射。
  35. 如請求項27所述之裝置，其中該第一基板或該第二基板中之該等雜質係選自由以下各者組成之群組：As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn及以上各者之組合。
  36. 如請求項27所述之裝置，其中該第一基板及該第二基板具有不同橫向尺寸、不同CTE、不同厚度或以上各者之組合。
  37. 如請求項27所述之裝置，其中該第一基板及該第二基板中之一者係玻璃或玻璃陶瓷。
  38. 如請求項37所述之裝置，其中該第一基板及該第二基板中之另一者係一玻璃陶瓷、陶瓷或金屬。
  39. 如請求項27所述之裝置，其中該無機膜之一厚度之範圍為約10nm至100微米。
  40. 如請求項27所述之裝置，其中該第一、第二基板或該第一基板與該第二基板包含一鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃、一鹼鋁矽酸鹽玻璃、一鹼石灰玻璃、熱強化玻璃、化學強化玻璃、硼矽酸鹽玻璃及以上各者之組合。
  41. 如請求項27所述之裝置，其中在約420nm至約750nm處大於80%、介於80%至90%之間、大於85%或大於90%之一範圍中，該無機膜、第一基板或第二基板係光學透明的。
  42. 如請求項27所述之裝置，其中該裝置係選自由以下各者組成之群組：一發光二極體、一有機發光二極體、量子點材料、磷光體、一導電引線、一半導體晶片、一ITO引線、一圖案化電極、一連續電極及以上各者之組合。
  43. 如請求項27所述之裝置，其中該接合係使用一閉環或使用以大於約1度之角度交叉之密封線而氣密的。
  44. 如請求項27所述之裝置，其中該接合包括空間分離之接合點。
  45. 如請求項27所述之裝置，其中該接合定位為與該接合之熱敏感材料相距小於約1000μm。
  46. 如請求項27所述之裝置，其中圖案化環繞該接合之雙折射。
  47. 如請求項27所述之裝置，其中接合具有一綜合接合強度，該綜合接合強度大於該第一基板、第二基板或該第一基板與該第二基板兩者中之一殘餘應力場之一綜合接合強度。
  48. 一種保護一裝置之方法，該方法包含以下步驟：在一第一基板之一第一部分表面上方形成一無機膜層；在該第一基板與一第二基板之間佈置一待保護之裝置，其中密封層與該第二基板接觸；及使用雷射輻射局部加熱該無機膜層及該第一基板與該第二基板以熔融該密封層及該等基板，以在該等基板之間形成一密封，其中該第一基板由玻璃或玻璃陶瓷組成，且該第二基板 由金屬、玻璃陶瓷或陶瓷組成。
  49. 如請求項48所述之方法，其中該第一基板及該第二基板具有不同橫向尺寸、不同CTE、不同厚度或以上各者之組合。
  50. 如請求項48所述之方法，其中該裝置係選自由以下各者組成之群組：一ITO引線、一圖案化電極及一連續電極。
  51. 如請求項48所述之方法，其中該局部加熱步驟進一步包含調節該雷射輻射之功率以減少對該所形成密封之損傷。
  52. 如請求項48所述之方法，其中該膜由低Tg玻璃製成，該低Tg玻璃包含：20莫耳%至100莫耳%之SnO；0莫耳%至50莫耳%之SnF2；及0莫耳%至30莫耳%之P2O5或B2O3。
  53. 如請求項48所述之方法，其中該局部加熱步驟進一步產生具有一綜合接合強度之一接合，該綜合接合強度大於該第一基板、第二基板或該第一基板與該第二基板兩者中之一殘餘應力場之一綜合接合強度。
  54. 如請求項48所述之方法，其中該無機膜之該組成經選擇以減少活化能量，該活化能量用於誘導該第一基板、該第二基板或該第一基板與該第二基板兩者之蠕變流動。
  55. 如請求項48所述之方法，其中該無機膜之該組成係一雷射吸收低液相線溫度材料，該材料具有小於或等於約1000℃之一液相線溫度。
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