TWI737690B - 包含透明雷射焊接區之密封裝置 - Google Patents

Abstract

本文揭示的是密封裝置，該密封裝置包含第一基材、第二基材、介於該第一和第二基材之間的無機膜、以及包含接合的至少一焊接區，該接合介於該第一和第二基材之間。該焊接區可以包含與無機膜和第一或第二基材不同的化學成分。該密封裝置可以進一步包含至少圍繞該焊接區的應力區域，其中該裝置的一部分處於比該裝置的其餘部分更大的應力之下。本文還揭示的是包含這種密封裝置的顯示器和電子組件。

Description

包含透明雷射焊接區之密封裝置

本專利申請案主張於2016年3月10日提出申請且標題為「包含透明雷射焊接區之密封裝置（Sealed Devices Comprising Transparent Laser Weld Regions）」的美國專利申請案第15/066704號、於2014年5月7日提出申請且標題為「使用低熔點玻璃或薄吸收膜之雷射焊接透明玻璃片（Laser Welding Transparent Glass Sheets Using Low Melting Glass Or Thin Absorbing Films）」的美國專利申請案第14/271,797號的優先權權益，第14/271,797號專利申請案主張於2013年5月10日提出申請且標題為「使用低熔點玻璃膜之雷射焊接透明玻璃片（Laser Welding Transparent Glass Sheet Using Low Melting Glass Film）」的美國臨時專利申請案第61/822,048號、於2013年10月4日提出申請且標題為「使用紫外線吸收膜之雷射焊接透明玻璃片（Laser Welding Transparent Glass Sheets Using Ultraviolet Absorbing Film）」的美國臨時專利申請案第61/886,928號、及於2013年5月31日提出申請且標題為「使用低熔點玻璃用於密封裝置之雷射密封（Laser Sealing Using Low Melting Temperature Glass for Hermetic Devices）」的美國臨時專利申請案第61/829,379號的優先權權益，各該申請案之內容為本案所依據且以引用方式全部併入本文中。

本揭示大體而言係關於密封裝置及包含此類密封裝置之電子和顯示組件，更具體言之係關於包含透明焊接區之密封玻璃裝置。

許多現代的裝置需要氣密的環境來操作，而這些裝置中有很多是需要電偏壓的「主動」裝置。由於使用電子注入材料而對於絕對氣密性的需求，諸如需要透光性和偏壓的有機發光二極體（OLED）的顯示器是高要求的應用。這些材料在大氣下通常會在幾秒內分解，所以相應的裝置應長時間保持真空或惰性氛圍。此外，由於待封裝的有機材料的高溫敏感性，氣密性密封應在接近環境溫度下進行。

例如，基於玻璃料的密封劑包括被研磨成粒徑範圍通常從約2至150微米的玻璃材料。對於玻璃料密封的應用來說，通常將玻璃料材料與具有相似粒徑的負CTE材料混合，並使用有機溶劑或黏結劑將所得混合物混成漿料。例示性的負CTE無機填料包括堇青石顆粒（例如Mg₂ Al₃ [AlSi₅ O₁₈ ]）、矽酸鋇、β-鋰霞石、釩酸鋯（ZrV₂ O₇ ）、或鎢酸鋯（ZrW₂ O₈ ），並被加到玻璃料中形成漿料，以減小基材與玻璃料之間的熱膨脹係數不匹配。使用溶劑來調整組合的粉末與有機黏結劑漿料的流變黏度，而且溶劑必須適用於控制分配的目的。為了結合兩個基材，可以藉由旋塗或網版印刷來將玻璃料層施加到一個或兩個基材上的密封表面。塗佈玻璃料的基材最初在相對較低的溫度（例如250℃下30分鐘）下進行有機燒除步驟以移除有機載體。隨後將兩個待結合的基材沿著相應的密封表面組裝/配對，並將基材對放在晶圓接合機中。在明確界定的溫度和壓力下進行熱壓縮循環，從而將玻璃料熔化而形成緊密的玻璃密封。除了某些含鉛的組成物之外，玻璃料材料通常具有高於450℃的玻璃轉移溫度，因此需要在高溫下處理以形成阻障層。這種高溫密封製程對於溫度敏感的工件會是有害的。另外，用以減小典型基材與玻璃料之間的熱膨脹係數不匹配的負CTE無機填料將被結合到接合接縫中，並產生大體上不透明的玻璃料基阻障層。基於前述，理想的是在低溫下形成透明且氣密的玻璃-對-玻璃、玻璃-對-金屬、玻璃-對-陶瓷、及其他密封。

儘管傳統的玻璃基材雷射焊接可以採用超高雷射功率的裝置，但這種操作在接近雷射燒蝕下常常會損傷玻璃基材並得到品質差的氣密性密封。此外，這類的傳統方法會提高所得裝置的不透明度，而且還提供低品質的密封。

在一些情況下，密封可能不是光學透明的，例如可能是有顏色的。在用於發射、傳送、轉換、提取、擴散、及/或散射光的密封封裝的情況下，這些缺陷尤其不利。例如，不透明的密封可能會阻擋光透射，而不是光學透明的密封可能在光通過密封區時不理想地扭曲光線。由於這些原因，即使沒有在封裝中密封物品，往往還是將密封劑施加在基材的周邊附近，例如在圍繞待密封物品的框架中，或僅在邊緣處。儘管如此，在某些結構中，在邊緣的材料仍會不理想地扭曲或減少光透射。

因此，提供用於雷射密封基材的方法會是有利的，除了其他優點之外，該方法還可以提高密封透明度、強度、及/或氣密度、降低製造成本及/或複雜度、及/或提高生產率及/或產量。提供用於顯示器及其他電子裝置的密封裝置亦會是有利的，可以具有改善的光透射及/或減少的變形。所得的密封裝置本身可被用作顯示器或其他電子裝置中的組件，或者可被用來保護各式各樣的電子元件和其他組件，例如發光結構或顏色轉換元件，例如雷射二極體（LD）、LED、OLED、及/或QD。

本揭示的實施例大體而言係針對氣密阻障層，更具體言之係針對用以使用吸收薄膜密封固體結構的方法和組成物。本揭示的實施例提供在密封製程期間使用具有吸收性能的薄膜作為界面起始劑來將玻璃片與其他材料片雷射焊接或密封的製程。依據實施例的例示性雷射焊接條件可適用於在傳導度降低可忽略的界面導電膜上進行焊接。因此，此類實施例可用以形成諸如OLED或其他裝置的主動裝置的氣密性封裝，並且能夠廣泛地、大量地製造適當的玻璃或半導體封裝。應當注意的是，用語密封、結合、接合、及焊接可以在本揭示中互換使用。這種使用不應限制本文所附申請專利範圍的範疇。還應當注意的是，用語玻璃和無機因與名詞膜的修飾有關而可以在本揭示內容中互換使用，而且這種使用不應限制本文所附申請專利範圍的範疇。

本揭示的實施例提供雷射密封製程，例如雷射焊接、擴散焊接等，該雷射密封製程可以在兩個玻璃之間的界面提供吸收膜。在穩定狀態下的吸收率可以高於或高達約70％或者可以低於或低至約10％。由於外在色中心（例如雜質或摻雜劑）或玻璃固有的內在色中心，後者依賴於在入射雷射波長下玻璃基材內的色中心形成與例示性雷射吸收膜的組合。膜的一些非限制性實例包括SnO₂ 、ZnO、TiO₂ 、ITO、Tg ＜ 600℃的UV吸收玻璃膜、及可以在玻璃基材的界面處使用的低熔點玻璃（LMG）或低液相線溫度（LLT）膜（針對沒有玻璃轉移溫度的材料）。LLT材料可以包括、但不限於陶瓷、玻璃陶瓷、及玻璃材料等等。例如，LLT玻璃可以包括錫氟磷酸鹽玻璃、摻雜鎢的錫氟磷酸鹽玻璃、硫屬玻璃、碲酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、及磷酸鹽玻璃。在另一個非限制性實施例中，密封材料可以是含Sn²⁺ 的無機氧化物材料，例如SnO、SnO + P₂ O₅ 及SnO+ BPO₄ 。另外的非限制性實例可以包括吸收峰在波長＞ 800 nm處的近紅外（NIR）吸收玻璃膜。使用這些材料的焊接可以提供具有足夠的UV或NIR吸收的可見透射，以起始穩態平緩的擴散焊接。這些材料還可以提供具有適用於擴散焊接的局部密封溫度的透明雷射焊接。這種擴散焊接導致相應玻璃基材的低功率和溫度雷射焊接，並且可以以高效和快速的焊接速度產生優良的透明焊接。依據本揭示實施例的例示性雷射焊接製程還可以在色中心形成之外依賴於玻璃的光誘導吸收性能，以包括溫度誘導的吸收。

本文描述了以使用低熔點無機（LMG）材料或紫外線吸收（UVA）或紅外線吸收（IRA）材料的界面薄膜的雷射起始密封而將透明玻璃片焊接在一起的現象。在例示性實施例中，描述了用於實現強接合形成的三個標準：（1）例示性LMG或UVA或IRA膜可以在透明窗（約420 nm至約750 nm）外的入射波長下吸收而足以傳播足夠的熱量到玻璃基材中，而且玻璃基材因此可以表現出（2）溫度誘導的吸收及（3）在入射波長下的瞬時色中心形成。量測結果表示形成了熱壓擴散焊接機制，從而定性地導致非常強的接合形成。本文中還描述了與焊接製程相關的溫度事件的展開以及雷射焊接中明顯普遍的色中心形成過程。還論述了LMG或UVA材料與Eagle XG®材料之間的CTE不匹配不相關性以及熱循環至600°C後的焊接後強度增強。還論述了有關藉由使用導熱板將具有不同厚度的玻璃片焊接在一起的實施例。因此，本文描述的實施例可以提供與被動和主動裝置形成氣密封裝的能力，該等被動和主動裝置可以包括與使用LMG或UVA界面材料相關的雷射密封屬性。例示性屬性包括、但不限於在可見光譜中的透明、強、薄、高透射率、「生材」組成物、LMG或UVA膜與玻璃基材之間的CTE不匹配不相關性、以及低熔點。

本揭示另外的實施例提供了具有低溫接合形成和「直接玻璃密封」的雷射密封製程，其中透明玻璃可以被密封成在入射波長下吸收的玻璃，從而產生在可見波長400-700 nm下不透明的密封。在例示性實施例之下，兩種玻璃在入射雷射波長下和可見光波長範圍中皆是透明的或幾乎透明的。所得的密封在可見光波長範圍中亦是透明的，使得該密封對於照明應用是有吸引力的，因為在密封位置沒有光被吸收，因此沒有熱量積聚與密封相關。此外，由於膜可以被施加在整個蓋玻璃上，故不需要精密分配用於密封操作的密封玻璃料漿料，從而為裝置製造商提供改變其密封圖案的大自由度，而不需要特別圖案化和加工密封區域。在其他實施例中，亦可以在玻璃區域的某些位點上進行密封，以為了機械穩定性形成非氣密接合。此外，可以在彎曲的保形表面上進行這類密封。

本揭示的實施例提供可用於將玻璃片雷射焊接在一起的低熔點材料，該雷射焊接涉及焊接任意玻璃而不需考慮玻璃的不同CTE。另外的實施例可以提供玻璃基材的對稱焊接（即厚-對-厚），例如Eagle-對-Eagle、Lotus-對-Lotus等。一些實施例可以使用導熱板提供玻璃基材的不對稱焊接（即薄-對-厚），例如Willow-對- Eagle XG®、Eagle-對-Lotus（即薄-對-薄）、Eagle-對-熔合二氧化矽、Willow-對-Willow、熔合二氧化矽-熔合二氧化矽等。另外的實施例可以提供異類的基材焊接（玻璃對陶瓷、玻璃對金屬等），並且可以提供透明及/或半透明的焊接線。一些實施例可以提供用於薄的、不可滲透的「生材」材料的焊接，而且可以在具有大的CTE差異的兩種基材或材料之間提供強固的焊接。

實施例還提供用以將玻璃封裝雷射焊接在一起的材料，從而能夠長期氣密地操作對於氧氣和水分的侵蝕所造成的降解敏感的被動和主動裝置。例示性LMG或其他薄吸收膜密封可以在使用雷射吸收組裝接合表面之後進行熱活化，並且可以享有較高的製造效率，因為密封每個工作裝置的速率是由熱活化和接合形成所決定，而不是由真空或惰性氣體組裝線中藉由在線薄膜沉積封裝裝置的速率所決定。UV或NIR-IR密封中的例示性LMG、LLT及其他薄吸收膜還可以實現大型片材多裝置的密封，並於隨後刻劃或切割成個別的裝置（切單），而且由於高的機械完整性，切單的產率會是高的。

在一些實施例中，一種接合工件的方法包含以下步驟：在第一基材的表面上形成無機膜；將待保護的工件配置在該第一基材與第二基材之間，其中該膜與該第二基材接觸；以及藉由使用具有預定波長的雷射輻射局部加熱該膜以在該第一與第二基材之間接合該工件。該無機膜、該第一基材、或該第二基材在約420 nm至約750 nm下可以是透射的。

在其他實施例中，提供一種接合裝置，該接合裝置包含形成在第一基材之表面上的無機膜、及被保護在該第一基材與第二基材之間的裝置，其中該無機膜與該第二基材接觸。在此類實施例中，該裝置包括形成在該第一與第二基材之間的接合，該接合隨該第一或第二基材中的雜質成分改變並且隨該無機膜的成分改變，儘管該無機膜的局部加熱係使用具有預定波長的雷射輻射。另外，該無機膜、該第一基材、或該第二基材在約420 nm至約750 nm下可以是透射的。

在另外的實施例中，提供了一種保護裝置的方法，包含以下步驟：在第一基材的第一部分表面上形成無機膜層；將待保護的裝置配置在該第一基材與第二基材之間，其中密封層與該第二基材接觸；以及使用雷射輻射局部加熱該無機膜層及該第一和第二基材，以熔化該密封層和該等基材而在該等基材之間形成密封。該第一基材可以由玻璃或玻璃陶瓷構成，而該第二基材可以由玻璃、金屬、玻璃陶瓷或陶瓷構成。

在各種實施例中，本揭示還關於密封裝置，該密封裝置包含被形成在第一基材之表面上的無機膜；與該無機膜接觸的第二基材；以及焊接區，該焊接區包含被形成在該第一和第二基材之間並且從該第一基材中的第一深度延伸到該第二基材中的第二深度的接合。依據另外的實施例，該無機膜包含至少一無機膜元素，並且該第一和第二基材中的一者或兩者包含至少一無機基材元素。在進一步的實施例中，該焊接區中的該第一或第二基材的第一無機膜元素濃度高於該焊接區外的該第一或第二基材的第二無機膜元素濃度。依據仍進一步的實施例，該焊接區的第一基材元素濃度高於該焊接區外的該無機膜的第二基材元素濃度。在又進一步的實施例中，可以在該第二基材的表面上形成第二無機膜。

在一些實施例中，該無機膜和該第一或第二基材中可選的至少一者在範圍從約420 nm至約750 nm的波長下是可透射的。在另外的實施例中，該第一基材、該第二基材、及該無機膜中的每一者在範圍從約420 nm至約750 nm的波長下皆可以是可透射的。在其他實施例中，該焊接區可以是透明的。該第一或第二基材中的一者或兩者可以選自玻璃或玻璃陶瓷，例如鈉鈣矽酸鹽、鋁矽酸鹽、鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽、鹼金屬硼矽酸鹽、鋁硼矽酸鹽、鹼金屬鋁硼矽酸鹽、及鹼土金屬鋁硼矽酸鹽玻璃。依據某些實施例，該第一或第二基材可以包含聚合物、陶瓷、或金屬。

該無機膜可以具有包括20-100莫耳％SnO；0-50莫耳％SnF₂ ；及0-30莫耳％P₂ O₅ 或B₂ O₃ 的成分。該無機膜還可以具有包括10-80莫耳％B₂ O₃ ；5-60莫耳％Bi₂ O₃ ；及0-70莫耳％ZnO的成分。依據各種實施例，該無機膜可以具有範圍從約0.1微米至約10微米的厚度。在進一步的實施例中，該焊接區可以具有範圍從約0.3微米至約14微米的厚度。

在一些實施例中，該密封裝置可以進一步包含應力區域，該應力區域至少圍繞該焊接區，其中該應力區域中的第一應力大於該應力區域外的第二應力。該第一應力的範圍可以從大於約1 MPa至約25 MPa。在另外的實施例中，該第一應力與該第二應力之比例範圍從約1.1：1至約25：1。依據某些實施例，該應力區域可以具有範圍從約20微米至約500微米的厚度。

本文中還揭示的是密封裝置，該密封裝置包含被形成在第一基材之表面上的無機膜；與該無機膜接觸的第二基材；以及焊接區，該焊接區包含被形成在該第一和第二基材之間的接合。依據另外的實施例，該第一和第二基材中的一者或兩者包含至少一無機基材元素。在進一步的實施例中，與該焊接區外的該無機膜的一部分相比，該焊接區富含該至少一無機基材元素。本文中進一步揭示的是密封裝置，該密封裝置包含被形成在第一基材之表面上的無機膜；與該無機膜接觸的第二基材；以及焊接區，該焊接區包含被形成在該第一和第二基材之間的接合。依據另外的實施例，該無機膜包含至少一無機膜元素。在進一步的實施例中，該第一或第二基材包含該焊接區中的第一部分及該焊接區外的第二部分。依據仍進一步的實施例，與該第二部分相比，該第一部分富含該至少一無機膜元素。在又進一步的實施例中，可以在該第二基材的表面上形成第二無機膜。

將在以下的實施方式中提出請求保護的標的物之其他特徵與優點，而且從實施方式來看，部分的特徵與優點對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的，或者可藉由實施本文所述請求保護的標的物而認可部分的特徵與優點，該等特徵與優點包括以下的實施方式、申請專利範圍以及附圖。

應瞭解的是，前文的概述與以下的實施方式皆呈現本揭示的實施例，而且意在提供用於瞭解請求保護的標的物之本質與特點的概觀或架構。附圖被包括以提供對本揭示的進一步瞭解，而且附圖被併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明各種實施例，而且可以與實施方式一起解釋請求保護的標的物之原理與操作。

參照圖式描述了密封方法和密封裝置的各種實施例，其中給予類似的元件類似的元件符號以便於理解。

還理解的是，除非另有說明，否則諸如「頂部」、「底部」、「向外」、「向內」等用語是方便的詞語，且不應被解釋為限制性用語。此外，每當將一個群組描述為包含一組元素及該等元素之組合中之至少一者時，該群組可以單獨地或彼此組合地包含任意數量的那些所述元素、基本上由任意數量的那些所述元素組成、或由任意數量的那些所述元素組成。

類似地，每當將一個群組描述為由一組元素或該等元素之組合中之至少一者組成時，該群組可以單獨地或彼此組合地由任意數量的那些所述元素組成。除非另有指明，否則當陳述時，值的範圍包括範圍的上限和下限。本文中使用的不定冠詞「一（a）」和「一（an）」及相應的定冠詞「該（the）」意指「至少一個」或「一個或更多個」，除非另有指明。

所屬技術領域中具有通常知識者將認可的是，可以在仍獲得本發明的有益結果的同時對所描述的實施例進行許多改變。還將顯而易見的是，可以藉由選擇一些描述的特徵而不使用其他的特徵來獲得本揭示的一些期望的益處。因此，所屬技術領域中具有通常知識者將認可的是，許多修改和適變是可能的，而且在某些情況下甚至是理想的，並且是本揭示的一部分。因此，提供以下描述作為本揭示的原理的說明而不是限制。

所屬技術領域中具有通常知識者將理解的是，可以在不偏離本發明的精神和範疇之下對本文描述的例示性實施例進行許多修改。因此，描述無意且不應被解釋為限於給出的實例，而是應被給予由所附申請專利範圍及其均等物提供的全面保護。此外，可以使用本揭示的一些特徵而不相應使用其他特徵。因此，提供例示性或說明性實施例的前述描述是為了說明本揭示的原理而不是限制的目的，而且前述描述可以包括其中的修改和置換。

第1圖為依據本揭示的一些實施例用於雷射焊接的例示性程序之圖。參照第1圖，提供的程序是用於使用適當的UV雷射將兩個Eagle XG®（EXG）玻璃片或基材雷射焊接在一起。儘管圖示和描述了兩個EXG玻璃片，但本文隨附的申請專利範圍不應受到如此限制，因為使用本揭示的實施例可以雷射焊接任何類型和成分的玻璃基材。亦即，本文描述的方法適用於鈉鈣玻璃、強化和未強化玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等。

第35A圖類似地描繪疊層100的側視圖，疊層100包含具有第一表面115的第一基材110和具有第二表面125的第二基材120。可以將無機膜130配置在第一玻璃基材110與第二基材120之間，以形成密封界面135。本文中密封界面135是指第一基材110的第一表面115和第二基材120的第二表面125與無機膜130之間的接觸點，例如藉由焊接或密封結合的表面的會合處。

在一些實施例中，可以將無機膜130形成在全部、大致上全部、或一部分的第一表面115及/或第二表面125上。儘管第35A圖未圖示出，但裝置、層或其他元件可以被設置在第一或第二表面115或125上，並且可以與無機膜130接觸（例如鄰接或重疊），或者在其他實施例中，無機膜130可以被配置在裝置、層或元件的周圍（例如，在圍繞裝置的周邊配置的框架或其他結構中）。在另外的實施例中，第一基材110和第二基材120中的一者或兩者可以包含其中可以放置裝置或元件的一個或更多個空腔（未圖示）。

繼續參照第1圖，提供了將兩個玻璃基材雷射焊接在一起的例示性步驟之程序，其中一個或兩個基材可以塗有低熔點玻璃（LMG）或紫外線吸收（UVA）膜材料或NIR吸收（IRA）膜材料。在步驟A至B，可以將頂部玻璃基材壓在塗有例示性UVA、IRA或LMG膜的另一個基材上。應當注意的是，本文描述的許多實驗和實例可以指特定類型的無機膜（例如LMG、UVA等）。然而，此不應限制所附申請專利範圍的範疇，因為有許多類型的無機膜適合用於所描述的焊接製程。在步驟C中，可以用適當選擇的參數將雷射定向於兩個玻璃片的界面，以啟動步驟D所示的焊接製程。發現焊接尺寸略小於入射光束的尺寸（大約500 μm）。

第2圖為圖示依據一個實施例經由雷射密封形成氣密密封裝置的示意圖。參照第2圖，在初始步驟中，可以沿著第一平面玻璃基材302的密封表面形成包含低熔點（例如低Tg）玻璃的圖案化玻璃層380。玻璃層380可以經由物理氣相沉積沉積，例如藉由從濺射靶180濺射。在一個實施例中，可以沿著適於與第二玻璃或其他材料的基材304的密封表面接合的周邊密封表面形成玻璃層。在圖示的實施例中，當進入配對結構時，第一和第二基材與玻璃層配合以界定包含待保護工件330的內部容積342。在顯示組件的分解影像的圖示實例中，第二基材包含工件330所在的凹部。

在替代實施例中，取代形成圖案化玻璃層的是，可以在第一基材及/或第二基材的大致整個表面上形成毯覆的密封（低熔點）玻璃層。包含第一基材/密封玻璃層/第二基材的組裝結構可以如上所述進行組裝，而且可以使用雷射來局部界定兩個基材之間的密封界面。

在非限制性實施例中，可以將無機膜沉積在第一基材的表面和第二基材的表面上，而且可以使這些膜接觸而形成密封界面。據信在密封界面的兩個表面上併入無機膜可以在第一與第二基材之間產生更強的接合。藉由包括兩個膜（例如第一和第二無機膜），界面基材加熱可以在兩個表面上同時開始，而不是從一側（例如上面沉積無機膜的基材）開始再擴散到第二側（例如與無機膜接觸的基材）。另外，引起基材和膜的黏彈性膨脹或腫起所需的能量可以較少，此舉可以在焊接區產生較少的殘餘應力。可以藉由這種殘餘應力的減少來改善接合強度，否則可能導致內聚性破壞。在此類實施例中，第一無機膜的厚度可以與第二無機膜的厚度相同或不同。在另外的實施例中，第一和第二無機膜的組合總厚度可以類似於本文定義的單一無機膜厚度，例如範圍從約100nm至約10微米。

可以使用來自雷射器500的聚焦雷射束501局部熔化低熔點玻璃和相鄰的玻璃基材材料以形成密封界面。在一種作法中，可以使雷射聚焦穿過第一基材302，隨後平移（掃描）橫跨密封表面，以局部加熱玻璃密封材料。為了影響玻璃層的局部熔化，玻璃層在雷射處理波長下較佳可以是吸收的。玻璃基材在雷射處理波長下最初可以是透明的（例如至少50％、70％、80％或90％透明的）。

雷射器500可以具有任何適當的輸出以影響密封。例示性雷射器可以是UV雷射器，例如但不限於位於對於一般顯示器玻璃來說透明的範圍內的355nm雷射器。適當的雷射功率可以在約1W至約10W的範圍內。密封區的寬度（會與雷射光點尺寸成比例）可以在約0.06mm至2mm，例如0.06 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.5 mm、1 mm、1.5 mm或2 mm。雷射的平移速率（即密封速率）可以在約1mm/sec至400mm/sec或甚至至1m/sec或更快的範圍中，例如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。雷射光點尺寸（直徑）可以在約0.02mm至2mm。

參照第35B圖，可以將疊層100密封，例如使用指向並聚焦在密封界面上、在密封界面下方、或在密封界面上方的雷射器500，使得界面上的光點直徑D可以小於約2 mm。例如，光點直徑可以小於約1mm，例如小於約500微米、小於約400微米、小於約300微米、或小於約200微米、小於約100微米、小於50微米、或小於20微米，包括其間的所有範圍和子範圍。在一些實施例中，光點直徑D可以在約20微米至約500微米的範圍內，例如從約50微米至約250微米、從約75微米至約200微米、或從約100微米至約150微米，包括其間的所有範圍和子範圍。

可以相對於基材掃描或平移雷射器500，或者可以利用任何預定路徑相對於雷射器平移基材（如箭頭所指示）以產生任意圖案，例如正方形、矩形、圓形、橢圓形、或例如任何其他適當的圖案或形狀，以氣密或非密封地密封裝置中的一個或更多個空腔。雷射束（或基材）沿著界面移動的平移速度V_s 可以依據應用而變化，並且可以取決於例如第一和第二基材的成分及/或焦點配置及/或雷射功率、頻率、及/或波長。在某些實施例中，雷射器可具有範圍從約1 mm/s至約1000 mm/s的平移速度，例如約10 mm/s至約500 mm/s、或約50 mm/s至約700 mm/s，例如大於約100 mm/s、大於約200 mm/s、大於約300 mm/s、大於約400 mm/s、大於約500 mm/s、或大於約600 mm/s，包括其間的所有範圍和子範圍。

雷射用在單個焊點上的平均時間（亦稱為「停留時間」）可以與光點直徑D和平移速度V_s 相關聯，例如停留時間= (D/V_s )。例示性的停留時間可以在例如約1微秒（ms）至約10ms的範圍內，例如約2ms至約9ms、約3ms至約8ms、約4ms至約7ms、或約5ms至約6ms，包括其間的所有範圍和子範圍。

雷射束在密封界面的平移速度V_s 和光點直徑D可影響雷射焊接的強度、圖案、及/或形態。此外，脈衝雷射的重複率（r_p ）或連續波（CW）雷射的調變率（r_m ）會影響產生的雷射焊接線。在某些實施例中，依據式（1），脈衝雷射可以以比雷射束在密封界面的光點直徑D與雷射束的重複率（r_p ）的乘積更大的平移速度V_s 來操作： V_s /(D*r_p ) ＞ 1(1) 類似地，依據式（1’），調變的CW雷射器可以以比雷射束在密封界面的光點直徑D與雷射束的調變率（r_m ）的乘積更大的平移速度V_s 來操作： V_s /(D*r_m ) ＞ 1(1’) 當然，對於給定的平移速度來說，亦可以改變光點直徑、重複率、及/或調變速度來滿足式（1）或（1’）。在這些參數下操作的雷射器可以產生包含個別「光點」的不重疊雷射焊接。例如，雷射脈衝之間的時間（1/r_p 或1/r_m ）可以大於停留時間（D/V_s ）。在一些實施例中，V_s /(D*r_p )或V_s /(D*r_m )可以在約1.05至約10的範圍內，例如從約1.1至約8、約1.2至約7、約1.3至約6、約1.4至約5、約1.5至約4、約1.6至約3、約1.7至約2、或約1.8至約1.9，包括其間的所有範圍和子範圍。這種焊接圖案可以用於例如依據本揭示的各種實施例產生非氣密密封。

在其他實施例中，依據式（2），脈衝雷射器可以以小於或等於光點直徑D與重複率（r_p ）的乘積的平移速度V_s 來操作： V_s /(D*r_p ) ≤ 1(2) 類似地，依據以下式（2’），調變的CW雷射器可以以小於或等於雷射束在密封界面的光點直徑D與雷射束的調變速度（r_m ）的乘積的平移速度V_s 來操作： V_s /(D*r_m ) ≤ 1 (2’)

當然，對於給定的平移速度來說，亦可以改變光點直徑、重複率、及/或調變率來滿足式（2）或（2’）。在這種參數下操作可以產生包含連續「光點」的重疊雷射焊接，該等連續「光點」可以趨近於連續線（例如當r_m 或r_p 增加到無限大時）。例如，雷射脈衝之間的時間（1/r_p 或1/r_m ）可以小於或等於停留時間（D/V_s ）。在一些實施例中，V_s /(D*r_p )或V/(D*r_m )可以在約0.01至約1的範圍內，例如從約0.05至約0.9、約0.1至約0.8、約0.2至約0.7、約0.3至約0.6、或約0.4至約0.5，包括其間的所有範圍和子範圍。這些焊接圖案可以用於例如依據本揭示的各種實施例產生氣密的密封。

適當的玻璃基材在密封過程中表現出顯著的誘導吸收。在一些實施例中，第一基材302可以是透明玻璃板，像是由康寧公司以Eagle 2000®的品名製造和銷售的那些或其他玻璃。或者，第一基材302可以是任意的透明玻璃板，例如由Asahi玻璃公司（例如AN100玻璃）、Nippon Electric玻璃公司（例如OA-10玻璃或OA-21玻璃）、或康寧精密材料公司製造和銷售的那些。第二基材304可以是與第一玻璃基材相同的玻璃材料，或第二基材304可以是非透明基材，例如但不限於陶瓷基材或金屬基材。例示性的玻璃基材可以具有小於約150x10^-7 /℃、例如小於50x10^-7 、20x10^-7 或10x10^-7 /℃的熱膨脹係數。當然，在其他實施例中，第一基材302可以是圖案化或連續的陶瓷、ITO、金屬或其他材料的基材。

第3圖為本標的物的另一實施例之圖。參照第3圖，左上圖圖示可用於雷射焊接兩個Eagle XG®（EXG）玻璃基材的一些例示性參數。可以隨時間監控透射率T％，並在左下圖圖示出三種不同雷射功率的透射率T％。可以在較低的雷射功率曲線（最右邊的曲線）中輕易觀察到LMG、IRA或UVA膜的熔化開始像「膝」狀的彎曲，隨後玻璃基材由於高的局部玻璃溫度超過Eagle XG®的應變點而快速吸收和加熱。可以在較高雷射功率（最左邊的曲線）去除彎曲，並且可以誘導從LMG、IRA或UVA吸收到玻璃熔合的無縫轉變。例示性的雷射焊接可以包括沿著待接合的界面邊界掃描此區域。在右下角圖示的列表中描述了三個標準並在以下更詳細地描述該三個標準，例如低熔點膜在入射波長下吸收/熔化、玻璃中色中心形成、及/或在一些實施例中溫度在玻璃中誘導吸收。膜的吸收單獨就可足夠而不影響色中心形成或甚至溫度吸收效果。應當注意的是，第3圖中標識的情況順序不應限制所附申請專利範圍的範疇或表示對其他列出情況的相對重要性。

在一些實施例中，起始情況會是低熔點玻璃（例如LMG或UVA）膜的UV雷射吸收。此情況可以基於薄膜在355nm下比Eagle XG®更高的吸光率及第3圖描繪的熔化曲線。考量第3圖的左上部圖示的實驗配置，雷射是Spectra Physics HIPPO 355 nm，在30kHz下產生8-10 ns的脈衝，平均功率高達6.5瓦。將雷射束聚焦成500微米直徑的束腰，對透射光束進行監測和取樣，從而產生不同雷射功率（5.0W、5.5W、6.0W）的透射百分比（T％）隨時間的圖。將這些圖圖示於第3圖的左下部。可以在第3圖中在較低的雷射功率（底部和中間曲線）下輕易觀察到UVA、IRA或LMG膜的熔化開始像是膝狀的彎曲，隨後玻璃基材由於超過Eagle XG®的應變點的高局部玻璃溫度而快速吸收和加熱。被焊接的玻璃部分可能不會熔化，而是僅被軟化，以便在與適度的施加力緊密接觸的狀態下變得柔軟。這種行為可以類似於固態擴散接合，特別是在基材的熔化溫度的50-80％之間形成強接合的能力。固態接合的雙折射的光學剖面影像圖示出被焊接的兩個部分之間的明顯界面線（參見例如第4圖）。

另一個實施例包括用355nm脈衝雷射進行焊接，從而產生1MHz、2MHz或5MHz重複率的1ns脈衝序列。當將光束在無機膜上聚焦成直徑介於0.02mm和0.15mm之間的點並使用範圍從50 mm/s至400 mm/s的速度焊接時，產生約60 μm至約200 μm的無缺陷接合線。所需的雷射功率範圍可以從約1W至約10W。

參照第4圖，圖示出用以估計雷射焊接區的實體範圍的實驗配置。繼續參照第4圖，將兩個Eagle XG®載玻片如前所述雷射焊接、夾置在玻璃中、並用金剛石鋸切割。將此流程圖示於第4圖的左圖中。將所得的剖面裝在偏振計中以量測從局部應力區域產生的光學雙折射。這被圖示在第4圖的右圖中。此右圖中的較亮區域表示較多的應力。如第4圖的右圖所示，接合區顯現具有50微米級的實體範圍。另外，似乎沒有任何基底或基材玻璃熔化，然而，兩個玻璃基材之間形成的接合非常牢固。例如，雙折射影像剖面的中心的影像描繪了延伸深（50微米）入Eagle XG®基材的固態接合區域，此圖說明有高的密封強度。雷射焊接可包括沿著待接合的界面邊界掃描此區域。

第5圖為斷裂樣品的顯微鏡影像。參照第5圖，圖示的斷裂樣品的三維共焦顯微鏡影像說明的是，本揭示的實施例的密封強度可以足夠強，使得破壞藉由撕裂下方基材（例如EagleXG®基材）材料深達44 μm而發生（即內聚性破壞）。不對樣品進行退火。第5圖進一步圖示經受剃刀刀片裂開技術的未退火雷射焊接實施例的裂開樣品。進行了一系列的三維共焦量測，並在第5圖的右側圖示出代表性實例。這些共焦影像的一個特徵顯示，界面密封強度可以足夠強，使得破壞發生在基材材料的主體內，例如在這種情況下距離界面深達44 μm，而且在其他實驗中深達約200 μm。在另外的實驗中，偏振量測顯示在600℃下退火1小時的初期雷射焊接（與第5圖的研究條件相同）中出現殘餘應力，導致經由偏振量測顯示無可量測應力的強接合。嘗試打破這種接合導致除了焊接基材的密封線以外的其他地方裂開。

如第3圖所示，使用本揭示的實施例可以藉由例示性低熔點膜或在入射波長下吸收/熔化的另一種膜、膜和玻璃中的色中心形成、以及膜和玻璃中溫度誘導的吸收來實現強的、氣密的、透明的接合。關於第一標準，例如低熔點玻璃吸收的情況，使用每單位面積的功率足夠高的雷射照射玻璃-LMG/UVA-玻璃結構可以在濺射的薄膜LMG/UVA界面中引發吸收，從而引起熔化。此現象可以輕易地在第3圖左下角的底部曲線中觀察到。底部曲線的第一個向下的斜坡追蹤LMG/UVA熔化過程至大約15秒，此時發生另一個過程，這一個過程是在相應基材中的玻璃-雷射相互作用（即色中心形成）。大約17秒之後，這個中間向下曲線的大曲率可表示由於玻璃中的色中心形成所引起的大吸收。這些色中心通常會是基材中的元素雜質（例如As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn等等）含量的函數。透射曲線的曲率越大，則色中心越多。此現象是第3圖中註記的第二個標準。LMG/UVA膜的熔點可以是、但不限於約450℃，但是基於對在類似的雷射焊接條件下使用替代的、塗佈鋁的EXG玻璃基材的雷射照射實驗的觀察，界面溫度很可能高於660℃。在該實驗中，鋁熔化了（熔點：660℃），而且使用雷射焊接條件以校正的熱成像相機（FLIR相機）量測表面溫度為約250℃。

第6圖為依據本揭示的一些實施例的模型化方案之圖示。參照第6圖，利用LMG/UVA和EXG材料的熱傳遞性能來模型化355nm雷射以0.8 – 3kW/cm² 照射包含1μm薄無機膜+700 μm EXG的雙層疊層。模型中沒有考慮薄無機膜（例如LMG、IRA、UVA膜等）的相變。繼續參照第6圖，瞬時熱分佈的估計表示可以實現大於660℃的界面溫度。不管確切的界面溫度高於所實現的660℃，熱熔化的LMG/UVA界面膜的存在藉由將能帶隙平移到較低的能量來增加玻璃基材中的吸收。一般認為這些帶隙的平移是與電子能量的變化有關的基材晶格熱膨脹以及由於電子-光子相互作用所導致的帶能直接再正規化所引起的。將熔合二氧化矽中的這種行為的圖圖示於第3圖的右下角。淨效果是，熱LMG/UVA膜藉由減小帶隙、從而從內部轉換過程產生更多的熱、甚至進一步降低帶隙而在EXG基材中、在界面附近驅動更多的吸收。可以將這個過程統稱為熱誘導吸收，並表示第3圖中標識的第三個標準。當然，在這類實施例中可以使用其他的無機膜，而且這類實例不應限制本文所附申請專利範圍的範疇。

如上所述，依據本揭示的實施例，色中心形成在雷射焊接的形成中起作用。將使用第8圖描繪的實驗配置在非多光子條件下模型化基本色中心形成過程以得出基於三能階圖的適配函數圖示於第7圖。第7圖為依據本揭示的實施例的另一個模型化方案。在第7圖的左圖中，三種電子玻璃帶狀態吸收355nm光子，從而累積或消耗基態n_g [t]、導帶n_e [t]、及色中心n_cc [t]中的群體。應當注意的是，單頭箭頭表示雷射吸收，雙頭箭頭表示刺激吸收和發射。在第7圖的右圖中提供速率方程式，速率方程式預測電子能階群體的平滑單調累積和消耗，而系統的相干驅動部分表現出相同群體的快速振盪（n_g

n_e ）。在第7圖的右圖下排提供三個能階的初始狀態。第8圖為透過Eagle 0.7mm玻璃基材的355nm雷射透射率（T％）的實驗配置用於T％對時間的量測之圖。參照第8圖，檢驗封裝可以量測平均功率約5至6 W的UV脈衝通過熔合二氧化矽窗和Eagle XG®玻璃片之後的積分能量和時間波形。

下式（1）描述實驗可觀察到的吸光率（Abs）相對於時間，例如與透射率（trans）相對於時間的數據有關：（1 ≈ Abs + Trans）。解會是上升和衰減指數的總和，但可以簡化成以下表達式：

其中α表示線性吸收係數（cm^-1 ），I表示雷射通量（光子/cm² · sec），σ_g 表示基態吸收截面積（cm² ），σ_esa 表示激發態吸收截面積（cm² ），σ_cc 表示色中心吸收截面積（cm² ），k_ec 表示瞬時色中心速率，k_f 表示螢光衰減率。參照式（1）和第8圖，可以觀察到色中心形成在本揭示的實施例中的作用。第9圖為依據本揭示的實施例之圖。參照第9圖，提供色中心形成存在下的式（1）曲線（圖示的弧）、及色中心形成不存在下對於以下某些非限制性雷射-玻璃相互作用參數的式（1）曲線（圖示的線）：α =0.01cm^-1 ，I = 4.6·10^-21 個光子/cm² ·sec，σ_g = 1.20·10^-17 cm² ，σ_esa , = 1.21·10^-17 cm₂ ，σ_cc = 2.20·10^-13 cm² ，k_ec ≈ kf ≈ 1.0·10⁷ sec^-1 。設σ_cc = 0，可以進行線性相依。隨後藉由透射率％= 100％ - 吸光率％的關係形成透射率％。如第9圖所圖示，因此簡單地將色中心形成項歸零（即設σ_cc = 0）並使用合理選擇的參數值將弧轉換成線。實驗的雷射焊接玻璃基材通常表現出這種曲率，包括但不限於Eagle XG®、Lotus XT®、Willow、以及Willow-對-Willow、Willow-對-Lotus、及Willow-對-Eagle的組合。

第10圖提供的圖分析在玻璃界面從例示性LMG膜層到Eagle XG®玻璃基材中的擴散。參照第10圖，在適當的雷射焊接條件下應用TOF-SIMS來分析在玻璃界面從LMG膜層到具有例示性非限制成分（38％SnO、40％SnF₂ 、20％P₂ O₅ 、2％Nb₂ O₅ ）並且厚度約0.8μm的Eagle XG®玻璃基材中的可能擴散。在原始界面（a、b）和經受雷射焊接的界面（c、d）上的F和Sn線掃描表示遠離界面的擴散程度是小的，同時氟大約遷移遠離界面半微米，而且平均來說，錫沒有明顯移動。因此，儘管第10圖似乎表示LMG材料沒有明顯擴散到例示性基材中，但進一步研究和量化無機膜與基材之間的互混程度的努力確認了各種無機膜元素到基材中的遷移及基材元素到無機膜中的遷移（參見例如以下更詳細論述的第38A-C圖和第39A-C圖）。

第35C圖描繪密封裝置200的剖面圖（例如沿著第35B圖中的線C所作的剖面圖）。如圖所示，可以在密封之後形成焊接區250，該焊接區從第一基材210中的第一深度d1延伸到第二基材220中的第二深度d2。不希望受到理論的約束，據信焊接區250可以表示成分不同於第一和第二基材210、220任一者的成分及/或無機膜230的成分的區域。例如，由於基材及/或膜的黏彈性膨脹或腫起，來自每一層的各種元素可以從相應的個別層遷移出而進入焊接區250中，如針對第38A-C圖更詳細論述的。例如，無機膜230可以包含一種或更多種無機膜元素，例如可能存在或可能不存在於第一及/或第二基材210、220中的F、P、Sn、B、Bi、Zn、Ti、W、Ce、Nb、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、或Ge。同樣地，第一及/或第二基材210、220可以包含一種或更多種無機基材元素，例如可能存在或可能不存在於無機膜230中的Al、B、Si、Na、Li、K、Mg、Ca、或Ba。這些膜和基材元素的遷移和混合可以產生具有不同於各層的化學成分的焊接區。

例如，在一些實施例中，在雷射密封過程中，由於吸收雷射能量和由這種吸收所導致的局部加熱，基材及/或無機膜可能會膨脹和變形。熱膨脹可導致一種或更多種無機膜和基材元素遷移（與擴散對比），從而形成化學組成不同於個別成分的焊接區250（例如來自第一基材210、無機膜230、及/或第二基材220的元素混合物）。焊接區250可以存在於密封裝置的焊接部分W中，例如其中雷射束入射在密封界面上以在兩個基材之間形成接合。焊接部分W可以構成連續的單線，或者在其他實施例中，一個或更多個焊接部分W可以由非焊接部分I分隔（例如第35C圖所示）。

依據各種實施例，無機膜和基材元素遷移進出密封界面可以形成厚度t_W 大於無機膜的初始厚度的焊接區250。例如，一種或更多種膜元素可以從無機膜的兩側遷移出到達深度d1或d2，從而形成厚度t_W = t_i + d1 + d2的焊接區250，其中t_i 是無機膜厚度（未標示）。在該區域中，焊接區的化學成分可以不同於無機膜和第一或第二基材，例如由於一種或更多種膜元素遷移進入基材中及/或一種或更多種基材元素遷移進入無機膜中。依據各種實施例，深度d1和d2可以相同或不同，而且範圍可以例如從約0.1μm至約2μm，例如從約0.2μm至約1.8μm、從約0.3μm至約1.6μm、從約0.4μm至約1.5μm、從約0.5μm至約1.4μm、從約0.6μm至約1.2μm、或從約0.8μm至約1μm，包括其間的所有範圍和子範圍。取決於無機膜130的初始厚度和膜及/或基材元素的遷移程度（例如d1和d2的大小），焊接區250的厚度t_W 可以相似地變化。例示性焊接厚度t_W 可以包括、但不限於0.3μm至約14μm，例如約0.5μm至約12μm、約0.8μm至約10 μm、約1μm至約8μm、約2μm至約7μm、約3μm至約6μm、或約4μm至約5μm，包括其間的所有範圍和子範圍。

在一些實施例中，焊接區250的化學成分可以與非焊接部分I中的無機膜230及/或第一或第二基材210、220的化學成分不同。例如，焊接區250具有的第一無機基材元素濃度可以大於非焊接部分I中的無機膜230（參見例如區域I_i ）中的第二無機基材元素濃度。在其他實施例中，焊接區250具有的第一無機膜元素濃度可以大於非焊接部分I中的第一及/或第二基材210、220（參見例如區域S_1i 和S_2i ）中的第二無機膜元素濃度。依據另外的實施例，焊接區250具有的第一無機膜元素濃度可以大於焊接部分W中、但在焊接區250之外的第一及/或第二基材210、220（參見例如區域S₁ 和S₂ ）中的第三無機膜元素濃度。在又另外的實施例中，焊接區250中的第一及/或第二基材的一部分（參見例如區域S_1W 和S_2W ）具有的第四無機膜元素濃度可以大於非焊接I及/或焊接W部分中的第一及/或第二基材（參見例如區域S_1i 和S_2i 及/或S₁ 和S₂ ）的第二及/或第三無機膜元素濃度。

第36A-B圖分別是雷射焊接前後的密封界面之SEM影像。在描繪的實施例中，第一和第二基材210、220包含Corning^® EAGLE XG^® 玻璃，並且無機膜230包含LMG。在第36A圖（焊接前）中，無機膜230具有1.05μm的厚度，而在第36B圖（焊接後）中，焊接區250具有2.80 μm的厚度。在第36B圖中，基材和薄膜的黏彈性膨脹或腫起、以及這些層互混而形成焊接區250是顯而易見的。焊接區中的第一及/或第二基材的某些部分（參見例如區域S_1W 和S_2W ）可以具有與第36A圖中的基材210、220（焊接前）不同的化學成分。例如，來自膜230的一種或更多種無機膜元素可以遷移到焊接區250中的基材中。類似地，焊接區250可以具有與第36A圖中的無機膜230（焊接前）不同的化學成分。例如，來自基材210及/或220的一種或更多種無機基材元素可以遷移到焊接區250中。

上述每個區域之間的濃度差可以獨立地變化，例如取決於所使用的材料和雷射處理參數，而且在一些實施例中範圍可以從約5莫耳％至約80莫耳％，例如約10莫耳％至約75莫耳％、約15莫耳％至約70莫耳％、約20莫耳％至約65莫耳％、約25莫耳％至約60莫耳％、約30莫耳％至約55莫耳％、約35莫耳％至約50莫耳％、或約40莫耳％至約45莫耳％，包括其間的所有範圍和子範圍。在一些實施例中，第一膜元素濃度可以比第二膜元素濃度大至少約5莫耳％（例如至少約10莫耳％、20莫耳％、30莫耳％、40莫耳％、50莫耳％、60莫耳％、70莫耳％或80莫耳％）及/或第一基材元素濃度可以比第二基材元素濃度大至少約30莫耳％（例如至少約40莫耳%、50莫耳%、60莫耳%、70莫耳%或80莫耳%)。此類成分差異可以以所屬技術領域中習知的各種方式量測，例如二次離子束質譜術(SIMS)、元素探針顯微鏡分析(EPMA)、及穿透式電子顯微鏡(TEM)等等。

還可以在密封期間或之後在裝置中形成應力區域或熱影響區域(HAZ)260，該應力區域從第一基材210中的第三深度d3延伸到第二基材220中的第四深度d4。如第35C圖所示，應力區域260可以圍繞或包括焊接區250以及周圍區域(例如區域S_1S和S_2S)。因此，焊接區250外側的第一及/或第二基材的某些部分仍然可以落在應力區域260內，無論是在裝置的焊接W或非焊接I部分中。在一些實施例中，應力區域260的厚度t_S可以在數十微米至數百微米的範圍內，例如約20μm至約500μm，例如約30μm至約400μm、約40μm至約300μm、約50μm至約200μm、約60μm至約150μm、約70μm至約120μm、或約80μm至約100μm，包括其間的所有範圍和子範圍。依據另外的實施例，深度d3和d4可以相同或不同。

不希望受到理論的約束，據信由於焊接區內和附近的雷射曝光，區域260中的殘餘應力可能由於基材的快速加熱和冷卻而存在。儘管雷射可以聚焦在密封界面的特定光點直徑上，但來自雷射的熱可能發散並影響密封裝置的較大部分而延伸超出焊接區250，例如多達焊接區外側數十或數百微米。應力區域的尺寸可以改變，例如取決於焊接溫度和雷射的停留時間。然而，即使在高平移速度（例如停留時間＜2-3ms）下，熱擴散（1.4 x 10^-6 m² /s）亦會導致應力區域大至幾十微米。可能影響應力區域的其他因素可以包括由於玻璃基材內的色中心吸收及/或玻璃的UV邊緣偏移而直接加熱基材。

在一些實施例中，區域260中的應力可以不同於區域260外側的密封裝置中的應力。例如，區域260中的第一基材210的一部分（參見例如區域S_1S ）可以具有第一應力，該第一應力大於在區域260外側的第一基材210（參見例如區域S₁ ）中的第二應力。在其他實施例中，區域260中的第二基材220的一部分（參見例如區域S_2S ）可以具有第三應力，該第三應力大於區域260外側的第二基材220（參見例如區域S₂ ）中的第四應力。儘管這些可變應力的區域在第36A-B圖的SEM影像中不容易看到，但可以使用下述任一方法對每個區域的應力進行量化和比較。

上述每個區域之間的應力差可以獨立地變化，例如取決於所使用的材料和雷射處理參數，而且在一些實施例中可以在約1 MPa至約25 MPa或更大的範圍內，例如約2 MPa至約20 MPa、約3 MPa至約15 MPa、約4 MPa至約10 MPa、約5 MPa至約8 MPa、或約6 MPa至約7 MPa，包括其間的所有範圍和子範圍。依據另外的實施例，區域260內的應力與區域260外側的應力之比可以在約1.1：1至約25：1的範圍內，例如約1.2：1至約20：1、約1.3：1至約15：1、約1.4：1至約10：1、約1.5：1至約9：1、約1.6：1至約8：1、約1.7：1至約7：1、約1.8：1至約6：1、約1.9：1至約5：1、約2：1至約4：1、或約2.5：1至約3：1，包括其間的所有範圍和子範圍。

這些區域中的應力可以藉由各種技術量測及/或估計，包括、但不限於應力雙折射（應力測試）、拉曼光譜學（假想溫度和應力的變化）、佈里元光譜學（假想溫度和應力的變化）、折射率量測（由於假想溫度和應力引起的折射率變化）、偏振顯微鏡及/或熱容量量測。依據各種實施例，在密封之後若需要的話，密封裝置可以進行一個或更多個後續的退火步驟以減少及/或消除區域260中的應力。

儘管在界面材料之間CTE_870CHM = 18 ppm/℃對比CTE_EXG = 3.1 ppm/℃的明顯大CTE不匹配的基礎上吾人可能預期本揭示的實施例中使用的移動原子物種有明顯更多的擴散，但並沒有觀察到分層。相反地，溫度高達600℃的反覆循環似乎消除了所有的殘餘應力，導致更強的接合。得到的無機薄膜足夠薄，使得由於相應玻璃基材中的CTE不匹配所引起的分層力遠小於接合力。此現象符合積層結構中來自黏附膜沉積應力的複合應力與膜厚度的立方成正比的知識。

第11圖為不同厚度的玻璃片之間的雷射焊接性能之示意圖。參照第11圖，發現將超薄Willow玻璃（0.1 mm）焊接到Eagle XG®玻璃（0.7 mm）（即「不對稱的」情況）可能導致焊接不良。在「對稱的」Eagle-對-Eagle的情況下（第11圖的左側），沿著玻璃界面掃描熱區以進行優良的焊接。相應的溫度分佈如各圖下方所示。然而，當使用不同厚度的玻璃片時，出現的不對稱熱區在某些情況下會導致焊接不良，例如當焊接Willow-對-Eagle時（第11圖的中間圖）。然而，例示性實施例可以提供這種不對稱焊接問題的解決方案，將該解決方案圖示於第11圖右側，其中使用可以散發所有熱量並冷卻薄玻璃片以有效復原熱區從而形成強焊接接合的導熱板。因此，本文描述的一些實施例可以採用導熱板來雷射焊接具有不同厚度的玻璃片。

儘管到目前的敘述已經描述了將玻璃雷射焊接到玻璃基材（具有相似或不同的尺寸、幾何形狀、及/或厚度），但該敘述不應限制本文所附申請專利範圍的範疇，因為實施例同樣適用於非玻璃材料的基材或片，非玻璃材料例如、但不限於具有或不具有界面導電膜的陶瓷、玻璃陶瓷、金屬等。例如，第12圖為評估ITO引線上的雷射焊接程度的實驗之圖。參照第12圖，在圖式的左圖中圖示出將塗佈LMG的Eagle XG®載玻片雷射焊接到塗佈ITO的Eagle XG®載玻片。在該實驗中，藉由反應濺射透過掩模將100 nm的ITO膜沉積到Eagle XG®基材上。選擇的條件產生具有每平方約126 Ω（Ω/sq）、標準差為23 Ω/sq的相對較高平均片電阻的ITO膜，反映出在反應濺射沉積之前、期間或之後未採用基材的熱加熱。在第12圖中ITO膜呈現獨特的、對角地分佈在照片中的黃色或陰影條。在雷射焊接之前，在指示的距離間記錄350 Ω的萬用表量測值。隨後將塗佈LMG的Eagle XG®載玻片雷射焊接到塗佈ITO的Eagle XG®載玻片上，由此發現雷射焊接線非常明顯、牢固、透明、且對角分佈但倒置。在第12圖的右圖中觀察到，在先前使用的相同距離間橫跨ITO引線的雷射焊接後電阻量測將電阻從350 Ω增加到1200 Ω。導電率下降是因為在ITO膜吸收355 nm輻射時ITO膜有部分損傷。然而，為了避免由於過熱所導致的ITO膜損傷，實施例可以改變雷射參數使得界面的溫度不會從裸玻璃基材轉變到ITO膜基材或其他（例如，可變峰值功率、可變重複率、可變平均功率、光束的可變平移速度、電極圖案、LMG膜厚度等）。

第13圖提供在ITO圖案化膜上形成的雷射密封線的附加照片。參照第13圖的左圖，另一種電極類型從不同來源獲得、再次由ITO製成、並具有約250 nm的厚度。ITO膜是連續的，使用本文描述的方法在ITO膜上形成密封。在約10 mm的距離間的初始電阻經量測為220歐姆。在從透明玻璃轉移到電極區域時以恆定的速度和功率進行雷射密封。進行密封之後，在透明玻璃和ITO區域上皆觀察到牢固的密封，且ITO上的密封稍寬約10-15％。這種密封寬度的增大可以表示在該區域中產生的熱比在透明區域中更多。還可以藉由電極材料吸收雷射輻射或藉由薄膜的不同熱擴散性質引起額外的發熱，而且在任一情況下，電阻經量測增加約10％到達240 Ω，這種增加是不明顯的。此現象亦可以表示當相對於裸玻璃升高溫度時，品質較高的ITO和較厚的膜不會表現出導電率降低。應當注意的是，當從透明玻璃轉移到電極區域時降低雷射密封功率可以減少額外的發熱，從而減小ITO的電阻率降低。實驗結果還表示，當使用的電極寬度介於1/2至1/3的雷射束寬度、並且間距介於1/2至1/3的光束直徑時，在密封位置分離成電極陣列（具有與原始電極相同的總寬度）的單個電極可以是最佳的。使用20 mm/s以上的提高密封速度進行的後續實驗顯示，在使用約200 Ω的起始電阻密封之後電阻降低＜ 1-2％。

第14圖為在圖案化薄膜上形成的附加雷射密封線的一系列照片。參照第14圖，使用不透明的鉬金屬電極進行類似的實驗。第14圖提供連續和圖案化的鉬界面膜的一系列照片，其中圖示雷射密封線形成在鉬界面膜上。在左圖中，連續鉬膜的照片說明了具有破裂或破碎的鉬電極部分的更異質接合形成。即使在這種情況下，在恆定的雷射密封功率下，均勻的鉬電極亦沒有被完全損壞。然而，由於均勻電極的雷射輻射吸收或反射，在電極區域的加熱大致上多於透明玻璃區域中的加熱。此現象可以藉由在鉬區域上的密封區域寬度增加來觀察。應當注意的是，一個未損壞的區域是在透明和均勻的鉬區域之間的過渡區域，從而表示在密封事件期間功率調整、雷射功率密度、雷射點速度、或所有三個因素的組合可以克服對均勻鉬電極的任何過熱作用。在第14圖的右圖中，圖案化或穿孔的鉬膜的照片說明更均勻的接合形成，導致對其導電率的最小擾動，即焊接前的14 Ω至焊接後的16 Ω。該穿孔區域上的密封表現出遠更少的加熱，因此呈現出功率調變方法的替代方案。還應當注意的是，應小心選擇電極金屬，因為發現用具有低熔點的金屬（Al）密封與鉬（650℃ vs. 1200℃）或具有高熔點的其他金屬相比較不可能安全渡過密封條件。因此，結果表示，當使用的電極寬度介於1/2至1/3的雷射束寬度並且間距介於1/2至1/3的光束直徑時，在密封位置分離成電極陣列（具有與原始電極相同的總寬度）的單個電極會是最佳的。因此，本揭示的實施例適用於玻璃對玻璃、金屬、玻璃陶瓷、陶瓷、以及尺寸、幾何形狀及厚度相同或不同的其他基材的雷射密封。

可以利用本文所述具有有效形成的高接合強度、透明的、玻璃-對-玻璃焊接的實施例的應用是眾多的，而且包括、但不限於固態照明、顯示器、及透明真空絕緣技術。具體來說，玻璃的雷射焊接可以提供諸如僅電子束、電弧、電漿、或火炬的許多傳統焊接方法無法提供的效率和特徵，例如小的熱影響區域（HAZ）。在一些實施例中，雷射玻璃焊接通常可以在不需要使用對於許多玻璃不透明的紅外線（IR）雷射或對於許多玻璃透明的超短脈衝雷射（USPL）進行前加熱或後加熱之下進行。在一些實施例中，審慎選擇的玻璃基材組成物和界面分佈的IR吸收玻璃料可以使氣密玻璃的「夾置型」雷射密封封裝成為可能。在一些實施例中，超短脈衝雷射可以聚焦於例示性玻璃基材的任一表面或內部點，而且可以藉由諸如多光子或突崩電離的非線性製程來誘導吸收。

迄今為止，已經描述了依賴於吸收的低熔點玻璃界面膜並且由於其低溫接合形成（低至熔點的一半）、以及對接觸和壓力條件的要求而可歸因於擴散焊接的低功率雷射焊接製程。如以上所論述的，雷射焊接玻璃片與強接合形成的幾個效果是顯著的，例如在入射雷射波長下吸收的低熔點玻璃膜、在玻璃基材中形成的雷射誘生色中心、以及基材中的熱誘導吸收以有效加速溫度升高。

然而，在一些實施例中，許多在入射波長（例如355 nm）下高度吸收的薄膜可足以引發高接合強度的雷射焊接。其他的膜（例如ZnO或SnO₂ ）在化學上不同於本文描述的一些例示性低熔點玻璃組成物，但在相對低的光通量下共享相同的雷射焊接能力。因此，與一些低熔點玻璃組成物（〜450℃）相比，鑑於ZnO的熔化溫度（1975℃）發現，在一些實施例中低熔點特徵可能不是必需的。然而，發現的是，這些薄膜的統一特徵是這些薄膜吸收大致上在355 nm的輻射：ZnO吸光率〜45％（200 nm厚的膜），而低熔點玻璃〜15％（200 nm厚的膜）。還確定的是，本文描述的例示性方法可以雷射焊接石英或純的熔合二氧化矽基材–即沒有色中心的基材。因此，已經確定色中心不一定是必須的，但在一些實施例中當例示性薄膜的吸收低（例如〜Abs ＜ 20％）時可能需要色中心。

第15圖為依據一些實施例的另一種方法之簡化圖。參照第15圖，具有限定光束寬度或直徑D的失焦雷射15入射到由兩片玻璃17、18接觸所形成的夾置型結構16上，其中一片的內部界面塗有薄的吸收膜19。儘管將光束圖示為圓柱形，但此類描繪不應限制本文所附申請專利範圍的範疇，因為光束亦可以是圓錐形或另一種適當的幾何形狀。可以為了在入射雷射波長下的吸光率而選擇薄膜材料。可以將雷射15以預定速度V_s 平移，而且平移雷射束的時間可以有效照射給定光點，並且可以藉由停留時間D/V_s 來特徵化。在一些實施例中，可以在焊接或接合事件期間施加適度的壓力，從而確保潔淨表面之間的持續接觸，同時調整任一個或幾個參數來最佳化焊接。例示性的非限制性參數包括雷射功率、速度V_s 、重複率、及/或光點直徑D。

如上文參照第13圖所述發現，最佳的焊接可以是三種機制的函數，即例示性薄膜及/或基材對雷射輻射的吸收及基於此吸收過程的加熱效果、由於該加熱效果所導致的薄膜和基材吸收增加（帶隙移到較長的波長）且該吸收增加可以是瞬態的並取決於處理條件、以及由UV輻射產生的缺陷或雜質吸收或色中心吸收。熱分佈會是此過程的重要態樣，下面的論述可用於幫助瞭解在兩個基材之間的界面的溫度分佈，假定在界面上有靜態吸收。

El-Adawi開發了雷射加熱雙層疊層的分析模型，該雙層疊層由大的半無限平板基材上厚度Z的吸收膜所組成。每個材料中的熱擴散方程式用匹配的邊界條件求解，從而產生溫度表達式為時間及薄膜和基材中的位置之函數：T_f (t, z)、T_s (t, z)。El-Adawi的模型假設薄膜和基材的熱性質（擴散率D 、導電率k 、熱容量Cp ）是固定的，使得吸收只在表面發生，並且沒有發生相變。使用拉普拉斯轉換產生指數和誤差（互補）函數項的和：

其中Af 表示薄膜的表面吸光率，Io 表示雷射通量（光子/cm² ·sec），n表示整數（0 ≤n ≤∞），所有的下標f 皆是指膜參數，而下標s是指基材的參數。B和ε與材料性質有關：B = 1-ε /1+ε ＜ 1,ε = (k_s /k_f )√Df/Ds），而L_f 亦包括時間t：L_f ² = 4D_f t。可以分別提供薄膜層的時間和空間範圍為：0＜t ，0 ≤z_f ≤Z ，其中Z表示膜厚度。分別提供基材層的時間和空間範圍為：t_s ＜t ，Z ≤z_s ≤ ∞，其中t_s 表示在初始雷射膜入射之後膜的背面溫度開始偏離室溫所花的時間(t _s =Z ² /6 D_f)。膨脹係數透過以下表達式與自變量和材料性質相關：

第16圖為一些實施例的雙層雷射加熱表面吸收模型。參照第16圖，圖示出脈衝化的紫外線(355nm)雷射20照在雙層疊層22上，雙層疊層22具有1μm的紫外線吸收膜23和700μm的Eagle-XG基材24。假設脈衝化的(30kHz，10ns脈衝寬度，500μm寬的雷射束腰直徑)355nm雷射遞送6瓦的平均功率，則可以從式(2)計算並繪製遠離Eagle-XG疊層22中的焊接界面的空間溫度分佈。隨後使用不同的雷射掃描速度(2mm/s、5mm/s、10mm/s及20mm/s)。使用15%的紫外線膜吸光率進行計算，15%的紫外線膜吸光率是厚度約200nm的錫-氟磷酸鹽LMG材料在355nm下的典型值。繪製Eagle XG®基材或疊層22中的這種溫度分佈，從而觀察到由於使用不同的雷射掃描速度所導致的溫度分佈變化，因為與移動較快的光束相比，緩慢移動的雷射束停留在給定雷射焊接部位的時間較長。例如，在給定焊點上以2mm/s移動的500μm寬雷射束的有效停留時間為0.25秒，而以20mm掃描的雷射束僅停留0.025秒。

還探究了由於使用不同的雷射功率或吸光率不同的膜所導致的溫度變化，如第17圖所示。第17圖為一些實施例的一系列溫度變化圖。參照第17圖，使用雙層雷射加熱模型（式（2））繪製玻璃基材溫度分佈對雷射功率和膜吸光率的相依性。在第17圖中使用與第16圖中所用的相同的雷射參數。更具體來說，使用具有以下參數的脈衝化紫外線雷射：λ= 355 nm，束腰 = 500 μm，重複率 = 30,000 Hz，脈衝寬度 = 10 ns。如在第17圖的左圖中可以觀察到的，雷射功率對基材溫度分佈的影響與第17圖的右圖中吸光率的較高階行為相比顯得更線性。從其中功率I_o 和吸光率A_f 出現耦合的式（2）來看這種行為並不明顯。吸收會間接影響其中膨脹係數b_n 和g_n 有些相關的有效膜厚度z_f 。相比之下，I_o 是獨立的，沒有與膨脹係數b_n 和g_n 相關的功能關係。

第18圖為一些實施例在掃描雷射的停留時間內沉積的平均能量之一系列圖。參照第18圖可以觀察到，停留時間取決於雷射掃描速度和雷射脈衝重複率，在自變量x-y平面中指出雷射掃描速度和雷射脈衝重複率的值和單位。這些計算假設25％的膜吸光率、500微米的雷射束寬度、及10 ns的雷射脈衝寬度 – 在一些實施例中可以產生成功的雷射玻璃焊接。第18圖中以描繪的平面指出並從實驗中依經驗估計臨界功率（11a為6 W，12a為20 W），高於該臨界功率可發生成功的雷射焊接。頂部和底部圖在使用的雷射功率量上有所不同：6瓦對比20瓦。比較第18圖中的兩個圖顯示，在低的入射雷射功率（例如6瓦）下稍微改變雷射速度和重複率大致上會導致比誘發適當的雷射焊接所需的更高的入射功率。在較高重複率的方向上，即使是遠離初始雷射焊接狀態（30 kHz，2 mm/s雷射掃描速度）的小偏差亦會導致不必要的入射功率密度。較高的雷射掃描速度快速地提供了不足的、雷射焊接玻璃基材所需的能量，此舉是雷射停留時間與速度逆相關對比雷射停留時間與雷射重複率線性相關的結果。在較高的入射雷射功率（例如20瓦）下，較大的平台區域或處理窗11b、12b變得可用，其中速度和重複率的小偏移保持適當的雷射焊接條件而不會帶來過多的能量。兩個圖的處理窗11b、12b皆可以促進雷射焊接或接合最佳化。

第19圖為在用IR輻射源加熱的過程中在355 nm下的Eagle XG®和Lotus XT®玻璃透射率之圖。參照第19圖，當使用10.6 μm的紅外CO₂ 雷射照射Eagle XG®和Lotus XT®基材時，透過實驗測定溫度變化對玻璃界面吸收性能的影響。可以觀察到，這些基材在355 nm下得到的透射率明顯改變，取決於CO₂ 雷射輻射產生的溫度。因此，在一些實施例中，界面加熱可以導致膜和玻璃基材中在界面處的更有效吸收。

第20圖為一些實施例在加熱期間在355 nm下的玻璃透射率之圖。參照第20圖發現，由於UV輻射引起的色中心形成可能發生在膜和玻璃基材中，此舉會導致輻射區域中的額外吸收。在第20圖中可以觀察到由於所得溫度升高355 nm透射率對Eagle XG®和Lotus XT®玻璃基材的影響。溫度升高可歸因於第19圖所示的加熱效果與色中心形成的組合。

第21圖為一些實施例在紫外線輻射期間和之後對膜和基材透射率的影響之圖。參照第21圖，第一曲線30表示具有200 nm ZnO膜的Eagle XG® 0.6 mm基材的透射率。第二曲線31表示由於使用355 nm雷射源、30 kHz重複率的3W/mm² 輻射所引起的瞬間吸收（即在現存吸收的頂部上的吸收）。此第二曲線31包括由於色中心和溫度所引起的感應吸收。第三曲線32表示在雷射輻射關閉（即溫度恢復到環境條件）並且色中心已部分消失之後的感應吸收。應當注意的是，這些在420 nm以上具有高透射率的實施例中存在一些永久的吸收變化。這種效果是由於膜的存在，而且與沒有膜的裸基材相比明顯放大。在第三曲線32中觀察到膜和基材中的一些變化可以是永久的，但此舉不會影響可見的透射。除了這些基於紫外線的輻射影響之外，還可以觀察到所需的溫度升高和熔化可以基於單獨膜的吸收而發生，而且這種影響亦可以用以下將論述的IR吸收膜來實現。因此，如第21圖所示，一些例示性膜可以表現出溫度和色中心形成為溫度和紫外線輻射的功率密度之函數。

第22圖為一些實施例的吸光率對波長之圖。參照第22圖，實施例包括使用FeO基玻璃製成的膜，FeO基玻璃可以視處理條件而處於兩種不同的氧化態2+和3+。此例示性、非限制性二氧化矽基玻璃膜具有多於約10-15重量％的FeO，其中具有相等比例的FeO和Fe₂ O₃ 。如第22圖所圖示發現，Fe₂ O₃ 在NIR波長下表現出強吸收，而且亦可以用波長1064 nm的YAG雷射照射。在這種情況下，可見透射率小於約0.02，而且不破壞約420 nm至約700 nm之間的衰減。發現在1064 nm下的吸光率為約0.1，而且例示性膜可被以高於熔點的足量雷射功率加熱並雷射焊接。當然，本文所附的申請專利範圍不應被如此限制，因為IR吸收膜的其他實例和其他IR雷射是可想像的。

第23圖為例示性低熔點玻璃膜在Eagle XG®玻璃上的雷射密封或接合線之照片。第24圖為例示性低熔點玻璃膜在Eagle XG®玻璃上的交叉雷射密封線之照片。第33-34圖是一些實施例中的焊接線的照片。參照第23圖、第24圖、第33圖、及第34圖，圖示出在不同條件下用紫外線雷射製成的例示性焊接。更具體來說，第23圖圖示在Eagle XG®玻璃上使用1 μm厚的低熔點玻璃膜的200 μm雷射密封線，而第24圖圖示在Eagle XG®玻璃上使用1 μm厚的低熔點玻璃膜的兩條400 μm線的交叉。可以藉由修改在相應基材的界面的光點尺寸來改變焊接、密封或接合線的寬度。在實驗過程中還注意到，膜或基材在任一種情況（單一或交叉焊接）下皆沒有形成裂紋。參照第33圖，可以在兩個基材間具有1 μm低熔點玻璃膜的Lotus XT®玻璃疊層中觀察到雷射焊接線。焊接條件包括1 MHz重複率、10 W雷射功率、及100 mm/s平移速度，從而產生190 μm的線寬。參照第34圖，可以觀察到在具有1 μm低熔點玻璃膜的Eagle XG®玻璃疊層中的交叉雷射焊接線。焊接條件包括1 MHz重複率、4 W雷射功率、及200 mm/s平移速度，從而產生80 μm的線寬。

第25圖為一些實施例在雷射焊接時觀察到的界面接觸幾何形狀的範圍之示意圖。參照第25圖，左圖表示在「Ra」範圍內出現的界面狀態，其中間隙t_gap 的厚度由統計學上以Ra數為特徵的局部表面粗糙度支配，且凸點的平面內空間分佈以部分相關長度為特徵。第25圖的右圖表示在「污染物」範圍內出現的界面狀態，其中間隙t_gap 的厚度由主要污染物粒度分佈的統計數據支配，且平面內空間分佈由污染物密度分佈支配。因此可以觀察到，在Ra範圍內的間隙厚度取決於玻璃基材表面的統計數據，範圍從低至1奈米的幾個分率（例如晶體範圍）的超平滑值到在範圍上限表示市售玻璃（例如鈉鈣、硼矽酸鹽）的典型值的幾十奈米。

探究雷射焊接動力學、擴散焊接蠕變流動（creep flow）下的潛在機制可以觀察到，相對低溫的接合形成在低至玻璃基材熔點的一半溫度下發生，而且在一些實施例中可能需要接觸和壓力條件。大部分的基材材料大量輸送到間隙中是以與基材應變點以上的溫度活化的熱腫起膨脹玻璃一致的方式發生。如以下更詳細論述的，基材的黏彈性膨脹和腫起會導致焊接區富含一種或更多種無機基材元素（參見例如第39A-C圖）。

這種材料的移動可以藉由通常在擴散焊接模型中發現的各種形式的蠕變流動中的一種來描述，亦就是黏性、塑性、或擴散輸送過程。儘管這些模型常被用於描述金屬焊接，但使用相對接觸面積A_c /A₀ 的概念及第26圖圖示的動力學發展，這些模型亦可以適用於本發明的情況。第26圖為在恆定的施加壓力P_ext 之下在界面間隙區域的雷射焊接期間相對接觸面積A_c /A₀ 的演變之示意圖。參照第26圖，在上圖中，時間 = 0，相對接觸面積A_c /A₀ 的初始狀態 = 0。在中圖中，時間大於0，表示A_c /A₀ ＞ 0的界面間隙區域的中間狀態。在下圖中，時間在預定點（t ≈ 結束），其中焊接或接合基本上完成，並且間隙實際上不存在，A_c /A₀ ≈ 1。以第26圖代表的擴散焊接界面的形成假設相對接觸面積A_c /A₀ 的演變趨向於化學鍵形成的距離。可以使用近似來描述這些動力學：

其中k 表示常數，p 表示壓力，n 表示壓力指數，Q表示特定速率控制的蠕變流動機制的活化能。n 的值可以如下與速率控制機制相關：n = 1用於黏性質量輸送；n = 2用於塑性流動；n = 3用於蒸發/冷凝輸送；以及n ＞ 3用於擴散輸送。

可以採用式（4）作為推導工作中的一些機械力的引導，因為表達式假設等溫條件。為了開始這種機械性探索，並且由於與Eagle XG®（軟化點：971℃）的相似性，可以在發現低軟化點硼矽酸鹽玻璃（700°C-750°C）的高溫蠕變的800℃-950℃的範圍間將來自3點彎曲實驗研究文獻的參數使用於所有的蠕變階段，其中快速和慢速蠕變方案的變形行為皆表現出由黏性流控制的線性黏彈性。使用快速蠕變方案數據（n = 1，Q = 160 kJ/mol、及k = 0.00048 Pa-1s）且條件與一些雷射焊接實驗相似（950°C），可以估計在950℃下焊接區域的總有效壓力P_total 為600 MPa，假設Eagle XG®的標稱模量和CTE值73.6 GPa和3.1 ppm/℃適用，超出標稱施加壓力約0.1 MPa。此上限估計是基於量測的實驗數據，表示基材玻璃和膜材料在平面界面區域上方腫起和膨脹，如第27圖所示。第27圖圖示使用典型的雷射焊接條件的實施例之雷射掃描區域上的輪廓儀軌跡。參照第27圖，下示意圖表示在以下條件下經受兩次連續雷射掃描的、塗佈單一低熔點玻璃（1 μm厚的膜）的Eagle XG®基材：355 nm，30 kHz，4 mm/sec平移速率。第27圖的上方影像是在這兩個焊接區上方的單線輪廓儀軌跡，表示增加的形態。

即使假設溫度固定在950℃，亦可以注意到在這種條件下的黏性流動機制是否足以形成和驅動擴散焊接完成（A_c /A₀ ≈ 1）。第28圖提供對這種情況的一些洞察。第28圖為提供一些實施例的焊接速率估計之比較的一系列圖。參照第28圖，焊接速率估計的比較可以基於使用低應變和軟化點硼矽酸鹽玻璃蠕變流動參數和600 MPa的有效焊接壓力的式（4）。兩個圖的差異僅在於假設黏性流動（左圖）或塑性流動（右圖）主導。回想在0.25秒等級的停留時間在約6瓦和30 kHz雷射重複率的條件下產生強的雷射焊接，可能會質疑黏性流動的解釋，而第28圖的左圖提出了亦可以解釋強焊接形成的其他機制，例如塑性流動。

第29圖為一些實施例的偏振量測和影像之示意圖。參照第29圖，可以檢查從界面焊接接合附近的例示性雷射焊接處理產生的殘餘應力場。例如，第29圖的上圖圖示在兩個0.7 mm Eagle XG®玻璃基材之間的雷射焊接附近的應力場的偏振量測，其中一個內表面塗有1 μm厚的低熔點玻璃膜。左上圖提供來自在以下條件下掃描355 nm紫外線雷射獲得的雷射焊接的殘餘應力場之偏振影像：20 mm/sec，14瓦，200 μm光束寬度、及150 kHz重複率，右上圖提供這種殘餘應力場的三維精描圖。在第29圖的下圖中，提供了顯示傳播應力場和從雷射焊接條件尋求位置的分析依賴性的圖示。隨後可以估計在當前雷射焊接條件下對傳播應力場的位置的影響。然而，分析模型傾向於將簡單結構視為半無限固體或平板。式（2）說明了雙層體系的解決方案會有多麼複雜，在引入時間依賴的熔化物或應力前沿之下，這些解決方案會快速地變得難以處理。熔化的一個模型考量連接到散熱器的平板，且入射雷射輻射在表面被完全吸收。這種模型考量了兩個時間方案：一個是熔化時間少於傳送時間（例如，平板後端從室溫升高所花的時間）的方案，而第二個方案的熔化時間多於傳送時間。該模型還構思了應用於液體和固體之間的傳播界面的熱平衡方程式：

其中用語與式（2）中使用的用語相同，不同之處僅在於Z 表示熔化物前沿位置，Q_L 表示熔化的潛熱，並且熱流是一維的，光輻射在表面被吸收，而熱材料性質保持溫度無關。隨後可以在具有的係數為熱物理和雷射參數的函數的Z 和dZ/dt 中導出二次方程式。為了瞭解傳播應力場的依賴性，傳播的雷射熔化物前沿分析模型可以藉由使用來自我們先前的Eagle XG®替代物（用有效分子量（160 kJ/mol）/（0.266 kg/mol）正規化的低應變點硼矽酸鹽玻璃）的蠕變流動的活化能取代Eagle XG®的熔化（融合）潛熱來進行修改。考量在焊接過程中沒有熱從平板基材的背面消散的情況，所得的表達式表現出對雷射和材料性質的有趣依賴性：

其中Z 表示蠕變前沿位置，I 表示基材厚度，Cp 表示基材熱容量，A 表示基材吸光率，R 表示基材反射率，ΔT_m 表示傳播溫度從環境中升高，用於維持蠕變流動所需的（例如，∆T_m = T _應變 – T _環境 ），ρ 表示基材密度，λ表示基材導熱率，I_o 表示雷射輻照度（W/m² ），而t 表示時間。

將功率依賴性圖示於第30圖，從第30圖可以看出，在焊接過程中僅僅提高雷射功率即可以以過量的能量在界面區域之外引起更大的應力，從而產生更大的應力。第30圖為提供距離例示性焊接線的應力位置之圖。參照第30圖，可以使用式（6）來測定距離例示性焊接線的應力位置，其中使用的參數類似於之前使用的參數：波長 = 355 nm，束腰 = 500 μm，重複率 = 30,000 Hz，脈衝寬度 = 10 ns，vs = 2 mm/sec，停留時間 = 0.25秒，Eagle XG®厚度 = 0.7 mm，T_strain = 669℃。第30圖和式（6）還提供了對於為什麼應變點較高的玻璃基材會導致較高應力分佈的瞭解。例如，應力分佈位置Z 隨著∆T_m 項的平方根縮放，而∆T_m 與T_strain 線性相關。從這些表達式預測實驗觀察的其他嘗試不僅會被使用的假設限制，而且還會受可計算出的資訊限制，例如CTE較高的材料被雷射焊接時。這裡發現低CTE玻璃基材（小於約5 ppm/℃）比CTE較高的玻璃例如鈉鈣玻璃更容易焊接。這些低CTE基材包括石英、熔合二氧化矽、Eagle XG®、Willow、及Lotus玻璃基材。經過重要實驗之後發現適當的條件可以在CTE較高的玻璃中進行高品質的焊接。例如，已經發現可以使用本文描述的實施例來用1 μm LMG膜焊接鈉鈣玻璃（CTE約9 ppm/℃或更高）而不需要對基材有任何遠低於應變或退火點的預熱要求。第31圖為依據一些實施例的雷射焊接鈉鈣玻璃的一系列照片。參照第31圖，使用非常低的雷射功率和奈秒脈衝寬度紫外線（355 nm）雷射實現了高品質的接合形成。用於這些非限制性和說明性焊接的雷射焊接條件包括脈衝寬度 = 1 ns，重複率 = 5 MHz，功率 = 1瓦，約20 μm的束點產生67 μm的焊接線，以及V_s = 50 mm/s。繼續參照第31圖，使用脈衝的355 nm雷射來焊接與一個具有濺射的1 μm厚低熔點玻璃膜的基材壓合在一起的兩個0.7 mm厚鈉鈣玻璃板。上述實例和實驗不應限制所附申請專利範圍的範疇，因為在50 mm/s - 400 mm/sec的雷射束平移速率下探究了脈衝寬度1 ns的2 MHz和5 MHz雷射重複率範圍。另外，還為了例示性焊接在低熔點玻璃膜界面探究了約20 μm至70 μm的雷射束點。在一些實施例中，可以觀察到例示性的焊接線品質具有約20 μm的焦點尺寸和50 mm/s的平移速率。在將這些焊接基材置於100℃下4小時而沒有任何裂紋形成之後還注意到這些焊接基材的耐久性。

第32圖為一些實施例的示意圖。參照第32圖，圖示出使用吸收薄膜實現雷射焊接的例示性非限制製程，其中雷射熱能可以被輸送到基材/基材界面40中，以在預定時間內獲得接近一體的擴散接合相對接觸面積，同時最小化任何附帶損傷，例如殘餘拉伸應力的空間範圍和幅度。此製程對於焊接界面形成速率比CTE不匹配應力界面的形成更快的較高CTE基材來說會更明顯。因此，在一些實施例中，可以在焊接界面使用聚焦光束以及更高速的掃描速率來實現例示性焊接而沒有任何裂紋形成。

在一些實施例中，可以使用在入射雷射波長λ下吸收的膜（較佳A％ ＞ 約20％）來實現雷射焊接。在其他實施例中，基材和膜皆可以在λ下表現出色中心形成。在另外的實施例中，可以採用溫度效應來增加膜和基材任一者或兩者在λ下的吸收。這種例示性溫度效應還可以有助於改善密封或焊接速度並且可以減少熱影響區（HAZ）而且可以降低蠕變流動的活化能，例如形成共晶體系、合金等。在一些實施例中，假使需要透明度，則可以在UV中提供帶隙，或者在NIR、IR中提供高的吸收。另外的實施例可以提供界面表面能γ_焊接界面 ＞＞ 殘餘γ_應力場 及/或總整體接合強度

的焊接。另外的實施例可以包括雷射峰值光子通量小於約1025個光子/秒/cm² 的低雷射強度要求，並且不包括多光子行為、燒蝕、或電漿產生。

儘管已經將一些實施例描述為使用低熔點玻璃或無機膜，但本文所附的申請專利範圍不應被這樣限制，因為實施例可以使用位於兩個基材之間的UV吸收膜、IRA膜、及/或其他無機膜。如上所述，在一些實施例中，例示性基材玻璃中的色中心形成不是必需的，並且是膜的UV吸收率的函數，例如小於約20％。於是，在其他實施例中，假使膜的UV吸收率大於約20％，則諸如石英、低CTE基材等替代基材可以輕易地形成焊縫。此外，當使用高CTE基材時，可以用例示性的高重複率雷射（例如大於約300 kHz至約5 MHz）及/或低峰值功率輕易地焊接這些基材。此外，在膜的吸收率是促進因素的實施例中，可以使用例示性的IR雷射系統來焊接IR吸收（可見透明膜）。

在本揭示的各種實施例中，玻璃密封材料和生成的層可以是透明的及/或半透明的、薄的、不可滲透的「生材」，並設以在低溫下形成氣密的密封，且具有足夠的密封強度來適應密封材料與相鄰基材之間的大CTE差異。在一些實施例中，密封層可以不含填料及/或黏結劑。在一些實施例中，用以形成密封層的無機材料可以是非基於玻璃料的或由研磨玻璃形成的粉末（例如UVA、LMG等）。在其他實施例中，密封層材料是在預定波長下具有大的光吸收截面的低Tg玻璃，該預定波長匹配或大致上匹配密封製程中使用的雷射的工作波長。在另外的實施例中，低Tg玻璃層在室溫下對雷射處理波長的吸收率為至少15％。

一般來說，適當的密封劑材料包括低Tg玻璃和銅或錫的適當反應氧化物。玻璃密封材料可以由低Tg材料形成，例如磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、碲酸鹽玻璃、及硫屬玻璃。本文所定義的低Tg玻璃材料具有低於400℃的玻璃轉移溫度，例如低於350℃、300℃、250℃或200℃。例示性的硼酸鹽和磷酸鹽玻璃包括磷酸錫、氟磷酸錫及氟硼酸錫。濺射靶材可以包括這類玻璃材料或這類玻璃材料的前驅物。例示性的銅和錫氧化物是CuO和SnO，CuO和SnO可以由包含這些材料的壓製粉末的濺射靶材形成。可選地，玻璃密封組成物可以包括一種或更多種摻雜劑，摻雜劑包括但不限於鎢、鈰及鈮。這類摻雜劑（若包括的話）可以影響例如玻璃層的光學性質，並且可以用於控制玻璃層對雷射輻射的吸收。例如，摻雜二氧化鈰可以藉由在雷射處理波長下的低Tg玻璃阻障來增加吸收。附加的適當密封劑材料包括液相線溫度低於或等於約1000℃、低於或等於約600℃、或低於或等於約400℃的雷射吸收低液相線溫度（LLT）材料。在其他實施例中，可以選擇無機膜的成分來降低活化能用於引發上述第一基材、第二基材、或第一和第二基材兩者的蠕變流動。

例示性的氟磷酸錫玻璃組成物可被以相應三相圖中SnO、SnF₂ 及P₂ O₅ 的各別成分表示。適當的UVA玻璃膜可以包括SnO₂ 、ZnO、TiO₂ 、ITO、及其他低熔點玻璃組成物。適當的氟磷酸錫玻璃包括20-100莫耳％的SnO、0-50莫耳％的SnF₂ 、及0-30莫耳％的P₂ O₅ 。這些氟磷酸錫玻璃組成物可以可選地包括0-10莫耳％的WO₃ 、0-10莫耳％的CeO₂ 及/或0-5莫耳％的Nb₂ O₅ 。例如，適用於形成玻璃密封層的經摻雜氟磷酸錫原料的組成物包含35至50莫耳百分比的SnO、30至40莫耳百分比的SnF₂ 、15至25莫耳百分比的P₂ O₅ 、及1.5至3莫耳百分比的摻雜劑氧化物例如WO₃ 、CeO₂ 及/或Nb₂ O₅ 。依據一個具體實施例的氟磷酸錫玻璃組成物可以是包含約38.7莫耳％的SnO、39.6莫耳％的SnF₂ 、19.9莫耳％的P₂ O₅ 及1.8莫耳％的Nb₂ O₅ 的鈮摻雜氧化錫/氟磷酸錫/五氧化二磷玻璃。可用以形成這種玻璃層的濺射靶材可以包括以原子莫耳百分比表示的23.04％ Sn、15.36％ F、12.16％ P、48.38％ O及1.06％ Nb。

依據另一個實施例的磷酸錫玻璃組成物包含約27％的Sn、13％的P、及60％的O，該磷酸錫玻璃組成物可以衍生自包含原子莫耳百分比約27％的Sn、13％的P及60％的O的濺射靶材。如將理解的，本文揭示的各種玻璃組成物可以指沉積層的組成物或源濺射靶材的組成物。與氟磷酸錫玻璃組成物一樣，實例的氟硼酸錫玻璃組成物可以用SnO、SnF₂ 及B₂ O₃ 的各別三相圖成分來表示。適當的氟硼酸錫玻璃組成物包括20-100莫耳％的SnO、0-50莫耳％的SnF₂ 及0-30莫耳％的B₂ O₃ 。這些氟硼酸錫玻璃組成物可以可選地包括0-10莫耳％的WO₃ 、0-10莫耳％的CeO₂ 及/或0-5莫耳％的Nb₂ O₅ 。適當的低Tg玻璃組成物及用以從這些材料形成玻璃密封層的方法的其他態樣被揭示於共同讓渡的美國專利第5,089,446號和美國專利申請序號11/207,691、11/544,262、11/820,855、12/072,784、12/362,063、12/763,541、12/879,578、及13/841,391中，將上述專利案的全部內容以引用方式併入本文中。

在一些實施例中，無機膜可以包括B₂ O₃ -ZnO-Bi₂ O₃ 三元玻璃。在一些實施例中，適當的玻璃可以包括約10-80莫耳％的B₂ O₃ 、約5-60莫耳％的Bi₂ O₃ 、及約0-70莫耳％的ZnO。在非限制性實施例中，玻璃組成物可以包括約40-75莫耳％的B₂ O₃ 、約20-45莫耳％的Bi₂ O₃ 、及約0-40莫耳％的ZnO。這類玻璃可以具有相對低的Tg，例如低於約600℃、低於約500℃、或低於約400℃，例如範圍從約300℃至約500℃。

例示性基材（玻璃或其他）可以具有任何適當的尺寸。基材可以具有範圍獨立從1 cm至5 m（例如0.1 m、1 m、2 m、3 m、4 m或5 m）的面積（長度和寬度）尺寸及範圍可以從約0.5 mm至2 mm（例如0.5 mm、0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm、或2 mm）的厚度尺寸。在另外的實施例中，基材厚度可以在約0.05 mm至0.5 mm的範圍內（例如0.05 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm、或0.5 mm）。在又另外的實施例中，玻璃基材厚度可以在約2 mm至10 mm的範圍內（例如2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、或10 mm）。例示性玻璃密封層的總厚度可以在約100 nm至10微米的範圍內。在各種實施例中，層的厚度可以小於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。例示性的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。可以與雷射光點尺寸成比例的密封區寬度可以是約0.05 mm至2 mm，例如0.05 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.5 mm、1 mm、1.5 mm或2 mm。雷射的平移速率（即密封速率）可以在約1 mm/sec至1000 mm/sec的範圍內，例如1 mm/sec、2 mm/sec、5 mm/sec、10 mm/sec、20 mm/sec、50 mm/sec、100 mm/sec、200 mm/sec、400 mm/sec、或1000 mm/sec。雷射光點尺寸（直徑）可以是約0.02 mm至1 mm。

因此，發現的是，當局部玻璃溫度在空間範圍（例如「焊接容積」）內超過玻璃基材的應變或退火溫度（例如，對於EXG來說分別是669℃和772℃）時，在本揭示的實施例中會出現適當的雷射焊接玻璃基材界面。該容積可以取決於入射雷射功率、UVA或LMG熔化物的成分、及色中心形成（由於相應基材中的雜質）。一旦得到了，則該容積可以掃過界面區域而在兩個基材（玻璃或其他）之間產生快速和牢固的密封。可以達到超過5-1000 mm/s的密封速度。例示性的雷射焊接可以在掃過感興趣的基材區域時經歷從與熔化物體積相關的高溫到相對冷的環境溫度的驟變。可以藉由熱基玻璃色中心（鬆弛）區域的緩慢冷卻（自退火）及UVA或LMG或NIR薄膜區域的薄度（通常為½ - 1 μm）來保持氣密密封的完整性及相應強度，從而使兩個相應基材（玻璃或其他）之間的CTE不匹配的任何影響不起作用。

依據實施例，密封層材料的選擇和用於在玻璃基材上形成密封層的處理條件具有足夠的彈性，使得基材不會因玻璃層的形成而受到不利的影響。可以使用低熔點玻璃來密封或接合不同類型的基材。可密封及/或可接合的基材包括玻璃、玻璃-玻璃積層體、玻璃-聚合物積層體、玻璃-陶瓷或陶瓷，包括氮化鎵、石英、二氧化矽、氟化鈣、氟化鎂或藍寶石基材。附加的基材可以是、但不限於金屬基材，包括鎢、鉬、銅、或其他類型的適當金屬基材。

玻璃基材的非限制性實例可以包括例如鈉鈣矽酸鹽、鋁矽酸鹽、鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽、鹼金屬硼矽酸鹽、鋁硼矽酸鹽、鹼金屬鋁硼矽酸鹽、鹼土金屬鋁硼矽酸鹽、及可以可選地進行化學強化及/或熱回火的其他適當玻璃。依據一些非限制性實施例，已藉由離子交換化學強化的玻璃可適合作為基材。在各種實施例中，第一及/或第二基材可以包含壓縮應力大於約100 MPa且壓縮應力層的深度（DOL）大於約10微米的化學強化玻璃。依據另外的實施例，第一及/或第二玻璃基材可以具有大於約500 MPa的壓縮應力和大於約20微米的DOL、或大於約700 MPa的壓縮應力和大於約40微米的DOL。適當的市售玻璃基材的非限制性實例包括來自康寧公司的EAGLE XG^® 、Lotus^TM 、Willow^® 、Iris^TM 、及Gorilla^® 玻璃等。依據一些實施例，第一或第二基材中的至少一個包含玻璃或玻璃陶瓷。在另外的實施例中，第一和第二基材皆包含玻璃或玻璃陶瓷。

在一些實施例中，一個基材可以是含磷光體玻璃板，該玻璃板可用於例如發光裝置的組裝。可以使用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者或更多者的含磷光體玻璃板作為白光LED燈中的波長轉換板。白光LED燈通常包括使用III族氮化物基化合物半導體形成、用於發射藍光的藍光LED晶片。白光LED燈可用於照明系統或例如液晶顯示器的背光。可以使用本文揭示的低熔點玻璃和相關密封方法來密封或封裝LED晶片。

由於基材以主要的雷射照明條件和所得的溫度提高形成色中心的能力的基材（玻璃或其他）性質，因此可以實現依據本揭示的實施例的例示性方法。在一些實施例中，假使需要透明的密封，則色中心形成可以是可逆的。假使基材具有不同的厚度，則在一些實施例中可以採用導熱基材來恢復焊接完整性。

因此，例示性實施例可以利用低熔點材料來以低雷射脈衝峰值功率將玻璃或其他材料的基材雷射焊接在一起，以最小化衝擊波的產生並確保可能損及拉伸斷裂強度的微裂紋不會出現。例示性實施例還可以提供擴散焊接而不需要熔融漿傳播，從而允許適當的較低溫密封製程。由於膜區域的薄度，本揭示的實施例可以使兩個相應基材之間的CTE不匹配的任何影響不起作用，並且可被用於提供尺寸相似或不相似的基材的焊接。另外，在本揭示的實施例中，如同在玻璃料或染色材料的情況下發生的那樣，不需要將膜圖案化來進行密封，因此製造商不必揭示各自的專有設計。

本揭示還教導如何可以使用低熔點材料來將玻璃封裝雷射焊接在一起，從而使對於氧氣和水分的侵蝕所造成的降解敏感的被動和主動裝置能夠進行長期的氣密操作。如上所述，本文描述的實施例提供可以在利用雷射吸收組裝接合表面之後進行熱活化並且可以享受更高的製造效率的UVA、LMG或其他密封，因為密封每個工作裝置的速率可以由熱活化和接合形成來決定，而不是在真空或惰性氣體組裝線中藉由在線薄膜沉積來封裝裝置的速率。這使得可以進行大片材多裝置的密封並於隨後刻劃成個別的裝置（切單），而且由於高的機械完整性，切單的產率可以很高。

本揭示的實施例還提供了在入射雷射波長下由於外在色中心（例如雜質或摻雜劑）或玻璃固有的內在色中心而依賴於玻璃基材內的色中心形成並與例示性雷射吸收膜組合的雷射密封製程，例如雷射焊接、擴散焊接等。膜的一些非限制性實例包括SnO₂ 、ZnO、TiO₂ 、ITO、及可以在玻璃基材的界面處使用的低熔點玻璃膜。使用這些材料的焊接可以提供具有足夠的紫外線吸收的可見透射，以啟動穩態平緩的擴散焊接。這些材料還可以提供具有適於擴散焊接的局部密封溫度的透明雷射焊接。這種擴散焊接導致相應玻璃基材的低功率和溫度雷射焊接，並且可以以高效率和快速的焊接速度產生優良的透明焊接。依據本揭示實施例的例示性雷射焊接製程還可以在色中心形成之外依賴於玻璃的光誘導吸收性能，以包括溫度誘導的吸收。

使用所揭示的材料和方法對工件進行氣密封裝可以促進對氧氣及/或水分的侵蝕所造成的降解敏感的裝置的長期操作。實例的工件、裝置或應用包括可撓、剛性或半剛性的有機LED、OLED照明、OLED電視、光電裝置、MEM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。

本文中使用的氣密層是為了實施的目的被視為大致上氣密且大致上不透濕氣及/或氧氣的層。舉例而言，氣密的密封可設以將氧氣的蒸發（擴散）限制於少於約10^-2 cm³ /m² /天（例如少於約10^-3 cm³ /m² /天），並將水的蒸發（擴散）限制於約10^-2 g/m² /天（例如少於約10^-3 g/m² /天、10^-4 g/m² /天、10^-5 g/m² /天或10^-6 g/m² /天）。在實施例中，氣密的密封實質上抑制空氣和水接觸受保護的工件。在一些實施例中，接合兩個基材的方法包含在第一基材的密封表面上形成第一玻璃層、在第二基材的密封表面上形成第二玻璃層、將第一玻璃層的至少一部分放在與第二玻璃層的至少一部分實體接觸、以及加熱玻璃層以局部熔化玻璃層和密封表面，而在第一與第二基材之間形成玻璃-對-玻璃的焊接。在本文揭示的每個密封結構中，使用低熔點玻璃層的密封可以藉由局部加熱、熔化、隨後冷卻位於密封界面附近的玻璃層和玻璃基材材料來實現。

因此，本揭示的實施例的一個態樣是結合與雷射焊接相關的、形成氣密密封的容易性，還形成主動OLED或其他裝置的氣密封裝，以使該等裝置能夠被廣泛地製造。這種製造將需要在界面導電膜上進行焊接。與本文揭示的方法不同的是，傳統的雷射密封方法會切斷這種界面導電引線，特別是假使界面溫度太高或者與導電引線材料存在有害的雷射輻射相互作用的話將會切斷該等界面導電引線。然而，本揭示的實施例提供了需要電偏壓用於氣密裝置操作且使用界面低熔點玻璃材料膜的裝置結構之實現揭示。因此，本標的物的實施例可以提供成功雷射焊接的玻璃片或具有界面導電膜的其他基材而不會造成破壞或性能損失。

在一些實施例中，接合工件的方法包含在第一基材的表面上形成無機膜、將待保護的工件放在第一基材與第二基材之間其中該膜與該第二基材接觸、以及藉由使用具有預定波長的雷射輻射局部加熱該膜而在該第一與第二基材之間接合該工件。該無機膜、該第一基材、或該第二基材可以在約420 nm至約750 nm下是可透射的。在另一個實施例中，該無機膜、第一基材及第二基材中的每一個在約420 nm至約750 nm下皆是可透射的。在另外的實施例中，該無機膜在預定雷射波長下的吸收大於10％。在另外的實施例中，該無機膜的成分可以是、但不限於SnO₂ 、ZnO、TiO₂ 、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF₂ 、ZnF₂ 及上述之組合。在其他實施例中，可以選擇該無機膜的成分來降低用於引起該第一基材、該第二基材、或該第一和第二基材二者的蠕變流動的活化能。在另一個實施例中，該無機膜的成分可以是液相線溫度低於或等於約1000℃、低於或等於約600℃、或低於或等於約400°C的雷射吸收低液相線溫度材料。在另外的實施例中，接合的步驟可以形成所具有的整體接合強度大於該第一基材、該第二基材或該第一和第二基材兩者中的殘餘應力場的整體接合強度的接合。在一些例示性實施例中，這種接合將僅因內聚性破壞而失效。在另外的實施例中，該無機膜的成分包含20-100莫耳％的SnO、0-50莫耳％的SnF₂ 、及0-30莫耳％的P₂ O₅ 或B₂ O₃ 。在一些實施例中，該無機膜及該第一和第二基材在約420 nm至約750 nm下具有大於80％的組合內透射率。在其他實施例中，接合的步驟進一步包含在該第一與第二基材之間的工件接合隨該第一或第二基材中的雜質成分改變並且隨該無機膜的成分改變，儘管使用具有預定波長的雷射輻射局部加熱該無機膜。該第一或第二基材中的例示性雜質可以是、但不限於As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn、及上述之組合。在另外的實施例中，該第一和第二基材具有不同的橫向尺寸、不同的CTE、不同的厚度、或上述之組合。在一些實施例中，該第一和第二基材中的一者可以是玻璃或玻璃陶瓷。當然，該第一和第二基材中的另一者可以是玻璃陶瓷、陶瓷或金屬。在一些實施例中，該方法還可以包括將接合的工件退火的步驟。在其他實施例中，雷射輻射包含在約193 nm至約420 nm之間的預定波長下的UV輻射、在約780 nm至約5000 nm之間的預定波長下的NIR輻射，可以包括1至40奈秒的脈衝寬度和至少1 kHz的重複率，及/或可以是連續波。在另外的實施例中，該無機膜的厚度範圍從約10 nm至100微米。在一些實施例中，該第一、第二、或第一和第二基材可以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、鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、及上述之組合。在其他實施例中，該方法可以包括以約1 mm/s至約1000 mm/s的速度移動由雷射輻射形成的雷射光點以形成最小加熱區的步驟。在一些實施例中，該速度不超過雷射光點的直徑與雷射輻射的重複率的乘積。在另外的實施例中，接合的步驟可以形成寬度約50 μm至約1000 μm的接合線。在其他實施例中，在接合的步驟之前和之後，該無機膜、該第一基材、或該第二基材在約420 nm至約750 nm下可以是光學透明的並在大於80％、介於80％至90％、大於85％、或大於90％的範圍中。例示性工件可以是、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、及上述之組合。

在其他實施例中，提供一種接合裝置，該接合裝置包含形成在第一基材的表面上的無機膜、及被保護在該第一基材與第二基材之間的裝置，其中該無機膜與該第二基材接觸。在此類實施例中，該裝置包括形成在該第一與第二基材之間的接合，該接合為該第一或第二基材中的雜質成分的函數並且為無機膜成分的函數，儘管使用具有預定波長的雷射輻射局部加熱該無機膜。另外，該無機膜、該第一基材、或該第二基材在約420 nm至約750 nm下可以是可透射的。在另一個實施例中，該無機膜、該第一基材及該第二基材中的每一個在約420 nm至約750 nm下皆是可透射的。在進一步的實施例中，該無機膜在預定雷射波長下的吸收大於10％。在另外的實施例中，該無機膜的成分可以是、但不限於SnO₂ 、ZnO、TiO₂ 、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF₂ 、ZnF₂ 、及上述之組合。在其他實施例中，可以選擇該無機膜的成分來降低用於引起該第一基材、該第二基材、或該第一和第二基材二者的蠕變流動的活化能。在另一個實施例中，該無機膜的成分可以是液相線溫度低於或等於約1000℃、低於或等於約600℃、或低於或等於約400°C的雷射吸收低液相線溫度材料。在進一步的實施例中，接合具有的整體接合強度可以大於該第一基材、該第二基材或該第一和第二基材兩者中的殘餘應力場的整體接合強度。在一些例示性實施例中，此類接合將僅因內聚性破壞而失效。在進一步的實施例中，該無機膜的成分包含20-100莫耳％的SnO、0-50莫耳％的SnF₂ 、及0-30莫耳％的P₂ O₅ 或B₂ O₃ 。在又進一步的實施例中，該無機膜的成分包含10-80莫耳％的B₂ O₃ 、5-60莫耳％的Bi₂ O₃ 、及0-70莫耳％的ZnO。在一些實施例中，該無機膜及該第一和第二基材在約420 nm至約750 nm下具有大於80％的組合內透射率。該第一或第二基材中的例示性雜質可以是、但不限於As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn、及上述之組合。在進一步的實施例中，該第一和第二基材具有不同的橫向尺寸、不同的CTE、不同的厚度、或上述之組合。在一些實施例中，該第一和第二基材中的一者可以是玻璃或玻璃陶瓷。當然，該第一和第二基材中的另一者可以是玻璃陶瓷、陶瓷或金屬。在進一步的實施例中，該無機膜的厚度範圍從約10 nm至100微米。在一些實施例中，該第一、第二、或第一和第二基材可以包含鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃、鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃、熱強化玻璃、化學強化玻璃、鈉鈣玻璃、硼矽酸鹽玻璃、及上述之組合。在其他實施例中，在接合的步驟之前和之後，該無機膜、該第一基材、或該第二基材在約420 nm至約750 nm下可以是光學透明的並在大於80％、介於80％至90％、大於85％、或大於90％的範圍中。例示性的裝置可以是、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、及上述之組合。在一些實施例中，接合可以是氣密的並具有閉迴路或以大於約1度的角度交叉的密封線、可以包括空間上分離的接合點、及/或可以位於距離接合的熱敏材料小於約1000 μm。在其他實施例中，可以對接合周圍的雙折射進行圖案化。

在進一步的實施例中，提供一種保護裝置的方法，包含以下步驟：在第一基材的第一部分表面上形成無機膜層；將待保護的裝置配置在該第一基材與第二基材之間，其中密封層與該第二基材接觸；以及使用雷射輻射局部加熱該無機膜層及該第一和第二基材以熔化該密封層和該等基材而在該等基材之間形成密封。該第一基材可由玻璃或玻璃陶瓷構成，而該第二基材可由金屬、玻璃陶瓷或陶瓷構成。在一些實施例中，該第一和第二基材具有不同的橫向尺寸、不同的CTE、不同的厚度、或上述之組合。在其他實施例中，該裝置可以是、但不限於ITO引線、圖案化電極、及連續電極。在一些實施例中，局部加熱的步驟進一步包含以下步驟：調整雷射輻射的功率以減少對形成的密封的損壞。例示性的膜可以是、但不限於低Tg玻璃，該低Tg玻璃包含20-100莫耳％的SnO、0-50莫耳％的SnF₂ 、及0-30莫耳％的P₂ O₅ 或B₂ O₃ ，或者10-80莫耳％的B₂ O₃ 、5-60莫耳％的Bi₂ O₃ 、及0-70莫耳％的ZnO。在其他實施例中，可以選擇該無機膜的成分以降低用於引起該第一基材、該第二基材、或該第一和第二基材二者的蠕變流動的活化能。在另一個實施例中，該無機膜的成分可以是液相線溫度低於或等於約1000℃、低於或等於約600℃、或低於或等於約400°C的雷射吸收低液相線溫度材料。在進一步的實施例中，接合的步驟可以形成的接合所具有的整體接合強度大於該第一基材、該第二基材或該第一和第二基材兩者中的殘餘應力場的整體接合強度。在一些例示性實施例中，此類接合將僅因內聚性破壞而失效。

依據另外的非限制性實施例，提供一種密封裝置，該密封裝置包含形成在第一基材的表面上的無機膜；與該無機膜接觸的第二基材；以及焊接區，該焊接區包含形成在該第一和第二基材之間並且從該第一基材中的第一深度延伸到該第二基材中的第二深度的接合。該無機膜可以包含至少一種無機膜元素，並且該第一和第二基材中的一者或兩者可以包含至少一種無機基材元素。在進一步的實施例中，該焊接區中的該第一或第二基材的第一無機膜元素濃度可以高於該焊接區外的該第一或第二基材的第二無機膜元素濃度。依據仍進一步的實施例，該焊接區的第一基材元素濃度可以高於該焊接區外的該無機膜的第二基材元素濃度。在又進一步的實施例中，第二無機膜可以被形成在該第二基材的表面上。

在一些實施例中，該無機膜和該第一或第二基材中可選的至少一者在範圍從約420 nm至約750 nm的波長下是可透射的。在另外的實施例中，該第一基材、該第二基材、及該無機膜中的每一個在範圍從約420 nm至約750 nm的波長下可以是可透射的。在其他實施例中，該焊接區可以是透明的。該第一或第二基材中的一者或兩者可以選自玻璃或玻璃陶瓷，例如鈉鈣矽酸鹽、鋁矽酸鹽、鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽、鹼金屬硼矽酸鹽、鋁硼矽酸鹽、鹼金屬鋁硼矽酸鹽、及鹼土金屬鋁硼矽酸鹽玻璃。依據某些實施例，該第一或第二基材可以包含聚合物、陶瓷或金屬。該無機膜可以具有包括20-100莫耳％的SnO；0-50莫耳％的SnF₂ ；及0-30莫耳％的P₂ O₅ 或B₂ O₃ 的成分。該無機膜還可以具有包括10-80莫耳％的B₂ O₃ ；5-60莫耳％的Bi₂ O₃ ；及0-70莫耳％的ZnO的成分。依據各種實施例，該無機膜可以具有範圍從約0.1微米至約10微米的厚度。在進一步的實施例中，該焊接區可以具有範圍從約0.3微米至約14微米的厚度。在一些實施例中，該密封裝置可以進一步包含應力區域，該應力區域至少圍繞該焊接區，其中該應力區域中的第一應力大於該應力區域外的第二應力。該第一應力的範圍可以例如從大於約1 MPa至約25 MPa。在另外的實施例中，該第一應力與該第二應力的比例範圍從約1.1：1至約25：1。依據某些實施例，該應力區域可以具有範圍從約20微米至約500微米的厚度。

在又進一步的實施例中提供一種密封裝置，該密封裝置包含形成在第一基材的表面上的無機膜；與該無機膜接觸的第二基材；以及包含形成在該第一與第二基材之間的接合的焊接區。該第一和第二基材中的一者或兩者可以包含至少一種無機基材元素。在各種實施例中，與該焊接區外的該無機膜的一部分相比，該焊接區可以富含該至少一種無機基材元素。在仍進一步的實施例中提供一種密封裝置，該密封裝置包含形成在第一基材的表面上的無機膜；與該無機膜接觸的第二基材；以及包含形成在該第一與第二基材之間的接合的焊接區。該無機膜可以包含至少一種無機膜元素。在某些實施例中，該第一或第二基材包含該焊接區中的第一部分和該焊接區外的第二部分。依據另外的實施例，與該第二部分相比，該第一部分富含該至少一種無機膜元素。在進一步的實施例中，可以在該第二基材的表面上形成第二無機膜。

藉由以下實例進一步說明本揭示的各種態樣，這些實例意圖為非限制性的並僅為說明性的，本發明的範疇係由申請專利範圍界定。 實例 實驗方法

藉由使用包含低熔點玻璃的1 μm厚無機膜塗佈第一玻璃基材（200 μm厚的Corning Willow^® ）並使該膜與第二玻璃基材（500 μm厚的Corning EAGLE XG^® ）接觸來製備疊層。使用以50 mm/s平移的35 kHz脈衝UV雷射（355 nm）進行焊接，脈衝寬度為10秒，且平均入射功率為6 W。雷射稍微從界面失焦（焦點在界面下方~3mm)並具有200微米的光點直徑和4ms的停留時間。在基材上進行連續的線性操作，以形成被非焊接部分I隔開200微米的200微米厚焊接部分W，如第37圖所示。

將具有平坦底部的4mm凹陷C鑽入密封裝置中到達距離焊接界面5μm以內的深度。凹陷C的周長由第37圖中的虛線表示。隨後在焊接部分W中的焊接區中和附近、以及在非焊接部分I中的密封界面中和附近進行深度剖面測勘，並由第37圖中的正方形A表示例示性分析區域。深度零對應於凹陷的平坦底部，並具有以下近似深度相關性：Willow^®(深度：~0-2μm)，LMG(深度：~2-3μm)，EAGLE XG^®(深度：~3-8μm)。使用二次離子質譜法(SIMS)對膜元素(F、P、Sn)和基材元素(Al、B、Si)進行元素研究。

焊接區：膜元素遷移

收集來自非焊接區I的數據樣本表示焊接「之前」的界面成分。還收集了來自焊接區W的數據樣本表示焊接「之後」的焊接成分。將膜元素(F、P、Sn)的數據樣本圖示於第38A-C圖。藉由疊加每個元素的「之前」和「之後」空間分佈來繪製比較圖，將尖峰的最大強度MAX歸一化，並比較半高寬FWHM值來決定遷移長度M。

參照第38A圖，可以計算在FWHM的氟遷移長度M為3.973μm-3.368μm=0.608μm。然而，因為非焊接區的氟數據顯示已知膜厚度之外的遷移（可能是由於來自緊鄰的焊接的加熱效果），因此認為氟的遷移長度甚至可以更長，例如長達1 μm。第38B圖圖示磷的遷移長度（3.468 μm – 3.204 μm = 0.264 μm），而第38C圖圖示錫的遷移長度（3.636 μm – 3.253 μm = 0.383 μm）。第38A-C圖各自圖示焊接區W的不對稱深度分佈，例如，與EAGLE XG^® 基材（深度：3-8 μm）相比，F、P、及Sn朝向Willow^® 基材（深度：0-2 μm）的遷移更快。不希望受到理論的約束，據信即使是在快速的雷射掃描時幅（〜4 ms）之下，遷移亦是藉由與較薄的玻璃基材相關的更快散熱來驅動。

可以藉由將遷移長度的平方除以停留時間來計算每種膜元素的「表觀擴散」係數。例如，在氟的情況下，D_F =(0.608 x 10^-4 cm)² /0.004 s = 9.2 x 10^-7 cm² /s。可以計算磷（D_P = 1.7 x 10^-7 cm² /s）和錫（D_Sn = 3.7 x 10^-7 cm² /s）的類似係數。雷射焊接製程的表觀擴散係數的總數是在10^-7 cm² /s的等級上。即使考慮在這種環境中可能影響擴散的問題（例如膜元素大小、原子價、化學位能、溫度等），此擴散率仍遠比在高溫下的玻璃熔化物中的典型元素擴散速率更快。例如，已經測得在1000℃下磷酸鹽玻璃熔化物中的磷擴散率在約10^-14 cm² /s至約10^-16 cm² /s的範圍中。因此，測得的「表觀擴散」速率超過在類似溫度下的典型擴散系統的擴散速率7或8個數量級，這種現象可表示焊接區的化學成分變化是由擴散以外的事件驅動。

例如，膜及/或基材在焊接製程期間的膨脹（例如「凸起狀」形成）和局部變形可以解釋膜元素的遷移以及這些元素與基材元素混合形成具有不同化學成分的焊接區。所得焊接區的厚度可以是膜元素遷移長度的函數，例如t_w = t_i + M₁ + M₂ ，其中t_w 是焊接區厚度，t_i 是無機膜的初始厚度，M₁ 是給定元素進入第一基材中的遷移長度，並且M₂ 是元素進入第二基材中的遷移長度。參照第35C圖，在一些實施例中，遷移長度M₁ 可對應於深度d1，而遷移長度M₂ 可對應於深度d2。 焊接區：基材元素遷移

收集來自非焊接I（「之前」）和焊接W（「之後」）區的基材元素（Al、B、及Si）的數據樣本，並在第39A-C圖中進行比較。藉由疊加每個元素的「之前」和「之後」空間分佈來繪製比較，並依據下式比較密封界面強度範圍（∆r）和焊接區強度範圍（∆e）來決定富集百分比：

參照第39A圖，可以計算焊接區中鋁的富集度（enrichment）為3.32/4.74 x 100% = 70.0％。第39B圖同樣圖示硼的富集度（1.15/2.59 x 100% = 44.4％），而第39C圖圖示矽的富集度（0.69/1.46 x 100% = 47.3％）。可以假設這些富集度值表示焊接區成分在逐元素的基礎上匹配基材成分的分率。不希望受到理論的約束，據信隨著雷射停留時間及/或焊接溫度增加，富集度值亦將隨著兩個基材腫起進入彼此中、混合、及有效「稀釋」焊接區而提高。這種情況發生的程度會取決於焊接溫度的強度以及基材暴露在此類溫度下多久的時間。

由於焊接區高度富含基材元素，故即使在非常短的雷射停留時間（〜4 ms）下仍相信基材的黏彈性膨脹可以是居主導地位的過程，導致基材元素遷移及這類元素與膜元素混合形成具有不同化學成分的焊接區。有鑑於此，據信壓力的施加亦可以在焊接區的形成中起作用，例如施加足夠的壓力以確保基材在來自雷射束的熱從焊接區退出之前朝向彼此腫起並膨脹而形成共價鍵，並實現最終的焊接區成分。 應力區域

藉由使用如下表1所列的、具有不同成分的1 μm厚無機膜塗佈第一玻璃基材並使該膜與第二玻璃基材接觸來製備各種疊層。使用如下表1所列以不同速度平移的35 kHz脈衝UV雷射（355 nm）進行焊接，脈衝寬度為10秒，且平均入射功率為6 W。雷射稍微從界面失焦（焦點在界面下方~3 mm）並具有200微米的光點直徑。量測焊接區內和周圍的應力，並以深度為函數作圖於第40圖。 表I：膜成分和雷射掃描速度

從第40圖可以看出，在每個測試樣品觀察到圍繞焊接區的應力影響區域，並且應力影響區域可以大到幾百微米或更大。應力區域可以表示玻璃上的應力增加至少約1-5 MPa，或甚至增加多達25 MPa或更多，例如範圍從約2 MPa至約20 MPa、約3 MPa至約15 MPa、約4 MPa至約10 MPa、或約6 MPa至約8 MPa，包括其間的所有範圍和子範圍。

儘管本描述可以包括許多細節，但這些描述不應被解讀為對本描述之範疇的限制，而是應被解讀為對特定實施例來說會是特定的特徵的描述。在此之前已在個別實施例的上下文中描述的某些特徵亦可以在單一實施例中被組合實施。相反地，在單一實施例的上下文中描述的各種特徵亦可以在多個實施例中被個別實施或被以任何適當的子組合實施。此外，儘管上文可以將特徵描述為以某些組合起作用並且該等特徵甚至可以首先要求該等組合的保護，但來自要求保護的組合的一個或更多個特徵在某些情況下可以被從組合中去除，而且要求保護的組合可以針對子組合或子組合的變化。

類似地，儘管在製圖或圖式中以特定順序描繪了操作，但此舉不應被理解為要求以所示的特定順序或按順序執行此類操作或執行所有圖示的操作來實現理想的結果。在某些情況下，多工處理和並行處理會是有利的。

如第1-40圖圖示的各種結構和實施例所示，已經描述了使用低熔點玻璃或薄吸收膜進行雷射密封的各種實施例。

本文中可以將範圍表示為從「約」一個特定值、及/或至「約」另一個特定值。當表示此類範圍時，實例包括從一個特定值及/或至另一個特定值。類似地，當值被表示為近似值時，藉由使用先行詞「約」將理解的是，特定值形成另一個態樣。將進一步理解的是，每個範圍的端點在與另一個端點有關及與另一個端點無關之下皆是有意義的。

本文中使用的用語「基本上」、「大致上」、及該等用語之變體意欲指明所描述的特徵等於或大約等於一值或描述。例如，「大致上平坦的」表面意欲表示平面或近似平面的表面。此外，「大致上類似」意欲表示兩個值相等或大約相等。

儘管可以使用連接詞「包含」來揭示特定實施例的各種特徵、元件或步驟，但應當理解的是，包括可以使用連接詞「由…組成」或「基本上由…組成」描述的那些實施例的替代實施例亦是隱含的。因此，舉例而言，包含A+B+C的裝置的隱含替代實施例亦包括裝置由A+B+C組成的實施例以及裝置基本上由A+B+C組成的實施例。

對於所屬技術領域中具有通常知識者而言顯而易見的是，在不偏離本揭示的精神和範疇下，可以對本揭示進行各種修改和變化。由於所屬技術領域中具有通常知識者可以思及包含本揭示之精神和實體的揭示實施例之修改組合、子組合及變型，本揭示應被解讀為包括在所附申請專利範圍及其均等物的範疇內的所有內容。

11a‧‧‧臨界功率11b‧‧‧處理窗12a‧‧‧臨界功率12b‧‧‧處理窗15‧‧‧失焦雷射16‧‧‧夾置型結構17‧‧‧玻璃18‧‧‧玻璃19‧‧‧吸收膜20‧‧‧雷射22‧‧‧雙層疊層23‧‧‧紫外線吸收膜24‧‧‧Eagle-XG基材30‧‧‧第一曲線31‧‧‧第二曲線32‧‧‧第三曲線40‧‧‧界面100‧‧‧疊層110‧‧‧第一基材115‧‧‧第一表面120‧‧‧第二基材125‧‧‧第二表面130‧‧‧無機膜135‧‧‧密封界面180‧‧‧濺射靶200‧‧‧密封裝置210‧‧‧第一基材220‧‧‧第二基材230‧‧‧無機膜250‧‧‧焊接區260‧‧‧應力區域302‧‧‧第一平面玻璃基材304‧‧‧基材330‧‧‧工件342‧‧‧內部容積380‧‧‧玻璃層500‧‧‧雷射器501‧‧‧聚焦雷射束

提供這些圖式是為了說明的目的，應當理解，本文揭示和論述的實施例不限於所示的配置和手段。

第1圖為依據本揭示之一實施例用於雷射焊接的例示性程序之圖。

第2圖為圖示依據一個實施例經由雷射密封形成氣密密封裝置的示意圖。

第3圖為本標的物的另一實施例之圖。

第4圖為用以評估雷射焊接接合區之實體範圍的實驗配置之圖示。

第5圖為斷裂樣品之顯微鏡影像。

第6圖為依據本揭示的一些實施例的模型化方案之圖示。

第7圖為依據本揭示的實施例的另一模型化方案。

第8圖為T％相對於時間的量測中355 nm雷射透過Eagle 0.7 mm玻璃基材的透射率（T％）的實驗配置之圖。

第9圖為依據本揭示之一實施例的圖。

第10圖為分析在玻璃界面處從LMG膜層擴散到Eagle XG®玻璃基材中的一系列圖。

第11圖為在不同厚度的玻璃片之間的雷射焊接性能之示意圖。

第12圖為評估在ITO引線上的雷射焊接程度的實驗之圖示。

第13圖提供形成在ITO圖案化膜上的雷射密封線之照片。

第14圖為形成在圖案化膜上的附加雷射密封線之一系列照片。

第15圖為依據一些實施例的另一種方法之簡化圖。

第16圖為一些實施例的雙層雷射加熱表面吸收模型。

第17圖為一些實施例的一系列溫度變化圖。

第18圖為一些實施例在掃描雷射的停留時間內沉積的平均能量之一系列圖。

第19圖為使用IR輻射源加熱的過程中Eagle XG®和Lotus XT®玻璃在355 nm下的透射率之圖。

第20圖為一些實施例在加熱過程中在355 nm下的玻璃透射率之圖。

第21圖為一些實施例在UV輻射期間和之後對膜和基材透射率的影響之圖。

第22圖為一些實施例的吸收對波長之圖。

第23圖為例示性低熔點玻璃膜在Eagle XG®玻璃上的雷射密封或接合線之照片。

第24圖為例示性低熔點玻璃膜在Eagle XG®玻璃上的交叉雷射密封線之照片。

第25圖為在一些實施例的雷射焊接時觀察到的界面接觸幾何形狀的範圍之示意圖。

第26圖為在恆定施加壓力P_ext 下在界面間隙區域的雷射焊接期間相對接觸面積A_c /A₀ 的演變之示意圖。

第27圖圖示使用典型的雷射焊接條件的實施例之雷射掃描區域上的輪廓儀軌跡。

第28圖為提供一些實施例的焊接速率估計之比較的一系列圖。

第29圖為一些實施例的偏振量測和影像之示意圖。

第30圖為提供距離例示性焊接線的應力位置之圖。

第31圖為依據一些實施例的雷射焊接鈉鈣玻璃的一系列照片。

第32圖為一些實施例的示意圖。

第33-34圖為一些實施例中的焊接線的照片。

第35A圖為包含兩個基材和無機膜的物件之側視圖。

第35B圖為經歷例示性密封製程的物件之俯視圖。

第35C圖為依據本揭示之各種實施例的密封裝置之剖視圖。

第36A-B圖分別為雷射密封前後的密封界面之SEM影像。

第37圖圖示焊接物件及用於元素分析的例示性區域。

第38A-C圖圖示密封物件的焊接和非焊接區中的元素深度分佈（F、P、Sn）之各種圖。

第39A-C圖圖示密封物件的焊接和非焊接區中的元素深度分佈（Al、B、Si）之各種圖。

第40圖圖示依據本揭示之各種實施例的密封裝置之應力分佈為深度的函數之各種圖。

儘管本描述可以包括細節，但這些細節不應被解讀為對範疇的限制，而應被解讀為可以是特定實施例特有的特徵之描述。

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Claims (22)

1. 一種密封裝置，包含：一無機膜，該無機膜被形成在一第一基材之一表面上，其中該無機膜包括一B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃三元玻璃，其中該無機膜具有以下成分：10-80莫耳%的B₂O₃；5-60莫耳%的Bi₂O₃；及0-70莫耳%的ZnO；一第二基材，該第二基材與該無機膜接觸；以及一焊接區，該焊接區包含一接合，該接合被形成在該第一和第二基材之間並且從該第一基材中的一第一深度延伸到該第二基材中的一第二深度；其中該無機膜包含至少一無機膜元素，並且其中該第一和第二基材中的一者或兩者包含至少一無機基材元素；及其中該焊接區中的該第一或第二基材的一無機膜元素的一第一濃度高於該焊接區外的該第一或第二基材的該無機膜元素的一第二濃度。
2. 如請求項1所述之密封裝置，其中該無機膜和可選地(optionally)該第一或第二基材中的至少一者在範圍從420nm至750nm的波長下是可透射的。
3. 如請求項1所述之密封裝置，其中該焊接區 為透明的。
4. 如請求項1所述之密封裝置，其中該第一或第二基材中之至少一者包含玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、聚合物、或金屬。
5. 如請求項1所述之密封裝置，其中該第一和第二基材皆包含玻璃或玻璃陶瓷。
6. 如請求項1所述之密封裝置，其中該無機膜包含一第一無機膜與一第二無機膜。
7. 如請求項1所述之密封裝置，其中該至少一無機膜元素係選自F、P、Sn、B、Bi、Zn、Ti、W、Ce、Nb、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、及上述元素之組合。
8. 如請求項1所述之密封裝置，其中該無機膜元素的該第一濃度比該無機膜元素的該第二濃度高至少約5莫耳%。
9. 如請求項1所述之密封裝置，其中該焊接區的一無機基材元素的一第一濃度高於該焊接區外的該無機膜的該無機基材元素的一第二濃度。
10. 如請求項9所述之密封裝置，其中該至少一無機基材元素係選自Al、B、Si、Na、Li、K、Mg、Ca、Ba、及上述元素之組合。
11. 如請求項9所述之密封裝置，其中該無機 基材元素的該第一濃度比該無機基材元素的該第二濃度高至少約30莫耳%。
12. 如請求項1所述之密封裝置，其中該無機膜具有範圍從0.1微米至10微米的厚度。
13. 如請求項1所述之密封裝置，其中該焊接區具有範圍從約0.3微米至約14微米的厚度。
14. 如請求項1所述之密封裝置，進一步包含一應力區域，該應力區域至少圍繞該焊接區，其中該應力區域中的一第一應力大於該應力區域外的一第二應力。
15. 如請求項14所述之密封裝置，其中該第一應力的範圍從大於約1MPa至約25MPa。
16. 如請求項14所述之密封裝置，其中該第一應力與該第二應力之一比例範圍從約1.1：1至約25：1。
17. 如請求項14所述之密封裝置，其中該應力區域具有範圍從約20微米至約500微米的厚度。
18. 一種密封裝置，包含：一無機膜，該無機膜被形成在一第一基材之一表面上，其中該無機膜包括一B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃三元玻璃，其中該無機膜具有以下成分：10-80莫耳%的B₂O₃；5-60莫耳%的Bi₂O₃；及0-70莫耳%的 ZnO；一第二基材，該第二基材與該無機膜接觸；以及一焊接區，該焊接區包含一接合，該接合被形成在該第一和第二基材之間並且從該第一基材中的一第一深度延伸到該第二基材中的一第二深度；其中該無機膜包含至少一無機膜元素，並且其中該第一和第二基材中的一者或兩者包含至少一無機基材元素；及其中該焊接區的一無機基材元素的一第一濃度高於該焊接區外的該無機膜的該無機基材元素的一第二濃度。
19. 一種密封裝置，包含：一無機膜，該無機膜被形成在一第一基材之一表面上，其中該無機膜包括一B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃三元玻璃，其中該無機膜具有以下成分：10-80莫耳%的B₂O₃；5-60莫耳%的Bi₂O₃；及0-70莫耳%的ZnO；一第二基材，該第二基材與該無機膜接觸；以及一焊接區，該焊接區包含一接合，該接合被形成在該第一和第二基材之間；其中該第一和第二基材中的一者或兩者包含至少一無機基材元素；及 其中該焊接區包含比該焊接區外的該無機膜的部分中的一無機基材元素的一第二濃度大至少30莫耳%的該無機基材元素的一第一濃度。
20. 一種密封裝置，包含：一無機膜，該無機膜被形成在一第一基材之一表面上，其中該無機膜包括一B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃三元玻璃，其中該無機膜具有以下成分：10-80莫耳%的B₂O₃；5-60莫耳%的Bi₂O₃；及0-70莫耳%的ZnO；一第二基材，該第二基材與該無機膜接觸；以及一焊接區，該焊接區包含一接合，該接合被形成在該第一和第二基材之間；其中該無機膜包含至少一無機膜元素；其中該第一基材包含該焊接區中的一第一部分及該焊接區外的一第二部分；及其中該第一部分包含比該第二部分中的一無機膜元素的一第二濃度大至少5莫耳%的該無機膜元素的一第一濃度。
21. 如請求項20所述之密封裝置，其中該第一部分從該無機膜與該第一基材之間的一密封界面延伸到該第一基材中到達範圍從約0.1μm至約2μm的一深度。
22. 如請求項20所述之密封裝置，其中該第二基材包含在該焊接區中的一第三部分和在該焊接區外的一第四部分，並且其中該第三部分包含比該第四部分中的一無機膜元素的一第四濃度大至少5莫耳%的該無機膜元素的一第三濃度。

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