CN107406292A - 激光焊接的玻璃封装和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种形成密封装置的方法，其包括：提供具有第一表面的第一基材，提供与第一基材相邻的第二基材，以及在第一基材和相邻第二基材的界面之间形成焊接，其中，焊接表征为((σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接}))<<1或<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa或>1MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。该方法还可用于制造各种不同密封封装。

Description

激光焊接的玻璃封装和制造方法

本申请要求2014年10月31日提交的美国申请第62/073550号的优先权，其全文通过引用结合于此。

技术背景

许多现代化装置要求密封环境来进行操作，并且它们中的许多是要求电偏压的“有源”器件。需要透光性和偏压的显示器(例如有机发光二极管(OLED))是高要求应用，因为它们使用电子注入材料所以需要绝对密封性。否则的话，这些材料通常在气氛中会在数秒内分解，所以相应器件应该在长时间段内维持真空或惰性气氛。此外，由于待包封有机材料的高温敏感性，应该在接近环境温度下进行密封操作。

例如，基于玻璃料的密封剂包含被研磨成粒度通常约为2-150微米的玻璃材料。对于玻璃料密封应用，将玻璃玻璃料材料通常与具有相似粒度的负CTE材料混合，并使用有机溶剂或粘合剂将所得混合物掺混成糊料。示例性的负CTE有机填料包括堇青石颗粒(例如Mg₂Al₃[AlSi₅O₁₈])、硅酸钡、β-锂霞石、钒酸锆(ZrV₂O₇)或者钨酸锆(ZrW₂O₈)，将它们加入到玻璃玻璃料中，形成糊料，从而降低基材和玻璃玻璃料之间的热膨胀系数失配。溶剂用来调节结合的粉末和有机粘合剂糊料的流变性粘度，并且必须适用于受控分配目的。为了将两块基材结合在一起，可以通过旋涂或丝网印刷向一块或两块基材上的密封表面施加玻璃玻璃料层。涂覆了玻璃料的基材初始在较低温度下经受有机烧尽步骤(例如250℃持续30分钟)，以去除有机载体。然后将待结合的两块基材沿着各自的密封表面进行组装/配对，然后基材对放在晶片粘合剂中。在很好限定的温度和压力下进行热压缩循环，从而使得玻璃玻璃料熔融形成紧密的玻璃密封。除了某些含铅组合物之外，玻璃玻璃料材料通常具有大于450℃的玻璃转化温度，因而需要在提升的温度下进行加工以形成阻隔层。该高温密封过程对于温度敏感的工件会是有害的。此外，负CTE无机填料(其用于降低典型基材和玻璃玻璃料之间的热膨胀系数的失配)会结合到粘结接合件中，并导致基本不透明的基于玻璃料的阻隔层。基于以上所述，会希望在低温下形成玻璃-玻璃、玻璃-金属、玻璃-陶瓷以及其他密封，它们是透明且密封的。

虽然玻璃基材的常规激光焊接可采用超高激光功率装置，接近激光烧蚀的该操作通常对玻璃基材的损坏加倍，并且实现低质量的密封。此外，此类常规方法增加了所得到的装置的不透明性并且还提供了低质量的密封。

发明内容

本文的实施方式一般地涉及密封阻隔层，更具体地，涉及采用吸收膜对固体结构进行密封的方法和组合物。本文的实施方式提供了在密封过程期间使用具有吸收性的薄膜作为界面引发剂，对玻璃片和其他材料片进行激光焊接或密封的工艺。根据一些实施方式，示例性激光焊接条件可适用于焊接界面传导膜，其对于传导率的下降是可忽略不计的。因而，此类实施方式可用于形成有源器件(例如OLED)或其他器件的密封封装，并且实现了合适的玻璃或半导体封装的广泛、大体积制造。应注意的是，术语密封、接合、粘结和焊接在本文中可以互换使用并且被互换使用。此类使用不应该限制所附权利要求书的范围。还应注意的是，在本文中，当术语玻璃和无机物用于对名词膜进行修饰时，它们可互换使用，并且此类使用不应该限制所附权利要求书的范围。

本文的实施方式提供了激光密封工艺，例如，激光焊接、扩散焊接等，它们可以在两块玻璃之间的界面处提供吸收膜。处于稳定状态的吸收可以大于或者高至约70％，或者可以小于或者低至约10％。后者取决于在入射激光波长，由于外来色中心(例如，杂质或掺杂剂)或者玻璃固有的内在色中心，结合示例性激光吸收膜所导致的玻璃基材内的色中心的形成。膜的一些非限制性例子包括SnO₂、ZnO、TiO₂、ITO、Tg<600℃的UV吸收玻璃膜、和低熔融玻璃(LMG)或者低液相线温度(LLT)膜(对于不具有玻璃转化温度的材料而言)，它们可用于玻璃基材的界面处。LLT材料可包括但不限于，陶瓷、玻璃-陶瓷和玻璃材料，仅仅举例而言。例如，LLT玻璃可以包括氟磷酸锡玻璃、钨掺杂的氟磷酸锡玻璃、硫属化物玻璃、亚碲酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和磷酸盐玻璃。在另一个非限制性实施方式中，密封材料可以是含Sn²⁺的无机氧化物材料，例如SnO、SnO+P₂O₅和SnO+BPO₄。其他非限制性例子可以包括近红外(NIR)吸收玻璃膜，其吸收峰在波长>800nm处。采用这些材料的焊接可以提供具有足够UV或NIR吸收的可见光透射，从而引发稳定状态的温和扩散焊接。这些材料还可提供具有适用于扩散焊接的局部密封温度的透明激光焊接。此类扩散焊接产生相应玻璃基材的低功率与温度的激光焊接，并且可产生具有有效且快速焊接速度的优异透明焊接。根据本文的实施方式的示例性激光焊接工艺还可依赖于超越色中心的形成的光诱发的吸收性质，从而包含温度诱发的吸收。

本文描述了采用红外吸收(IRA)材料或紫外吸收(UVA)材料或者低熔融无机(LMG)材料的界面薄膜来引发密封，通过激光将透明玻璃片焊接在一起的现象。在示例性实施方式中，描述了实现形成强结合的三个关键条件：(1)示例性LMG或UVA或IRA膜可以在透明窗口外的入射波长(约为420-750nm)处充分吸收，从而将足够的热量扩散进入玻璃基材中，并且因此，玻璃基材可以展现出(2)温度诱发的吸收，以及(3)在入射波长处形成短暂的色中心。测量暗示形成了热压缩或内聚扩散焊接(cohesive diffusion welding)机制，定性地导致形成非常强的结合。本文还描述了与焊接过程相关的温度事件的演变以及激光焊接中的色中心形成过程的明确普遍性。还讨论了LMG或UVA材料与Eagle材料之间的CTE失配不相关性，以及600℃的热循环之后的焊接后强度增加。一些实施方式还讨论了关于通过采用导热板，将具有不同厚度的玻璃片焊接在一起。本文所述的实施方式因而可以为无源器件和有源器件都能提供形成密封封装的能力，这可包括与使用LMG或UVA界面材料相关的激光密封属性。示例性属性包括但不限于，透明度、强度、薄度、可见光谱的高透射率、“生坯”组合物、LMG或UVA膜与玻璃基材之间的CTE失配不相关性以及低熔融温度。

本文的其他实施方式提供了激光密封工艺，其形成了低温结合并且具有“直接玻璃密封”，其中，透明玻璃可以被密封，从而在导致可见光波长400-700nm的不透明密封的入射波长处吸收玻璃。对于示例性实施方式，玻璃在入射激光波长和可见波长范围都是透明或者基本上是透明的。所得到的密封在可见波长范围也是透明的，这使得它对于发光应用是具有吸引力的，因为在密封位置没有吸收光，因而没有与密封相关的热积累。此外，由于可以在整个覆盖玻璃上施加膜，所以对于密封操作无需精确地分配密封玻璃料糊料，从而为装置制造商提供了大的自由度来改变它们的密封式样而无需对密封区域进行特殊图案化和加工。在其他实施方式中，还可在玻璃区域的某些点位上进行密封，为机械稳定性提供非密封粘结。此外，可以在具有曲线共形表面上进行此类密封。

本文的实施方式提供低熔融温度材料，其可用于将玻璃片激光焊接到一起，这涉及无论玻璃的不同CTE的情况下，对任意玻璃进行焊接。其他实施方式可以提供玻璃基材的对称焊接(即厚-厚)，例如Eagle-Eagle、Lotus-Lotus等。一些实施方式可以采用导热板，提供玻璃基材的不对称焊接(即，薄-厚)，例如Willow-Eagle、Eagle-Lotus(即，薄-薄)、Eagle-熔融二氧化硅、Willow-Willow、熔融二氧化硅-熔融二氧化硅等。其他实施方式可以提供完全不同基材的焊接(玻璃与陶瓷、玻璃与金属等)，并且可以提供透明和/或半透明焊接线。一些实施方式可以为薄的、不可透过的“生坯”材料提供焊接，并且可以在具有显著不同CTE的两种基材或材料之间提供强焊接。

一些实施方式还提供用于将玻璃封装激光焊接到一起的材料，从而实现了对于氧和水分的侵袭发生降解是敏感的无源器件和有源器件的长期密封操作。示例性LMG或其他薄的吸收膜密封可以在采用激光吸收对粘结表面进行组装之后进行热活化，并且可享有较高的制造效率，因为每个工作装置的密封速率受到热活化和粘结形成所确定而不是在真空或惰性气体组装线中的在线薄膜沉积对器件进行包封的速率所决定。示例性LMG、LLT和UV或NIR-IR密封中的其他薄吸收膜还可实现大片多器件密封，后续划线或切割成单个器件(单片)，并且得益于高的机械完整度，单片的产率会是高的。

在一些实施方式中，提供了一种设备，所述设备包括：具有第一表面的第一基材，与第一基材相邻的第二基材，以及形成在第一基材与相邻第二基材的界面之间的焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。

在其他实施方式中，提供了一种设备，所述设备包括：具有第一表面的第一基材，与第一基材相邻的第二基材，以及形成在第一基材与相邻第二基材的界面之间的焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。

在其他实施方式中，提供了一种形成真空隔热玻璃窗户的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面和第一边缘的第一玻璃基材，在第一表面上提供第一组多个间隔物，沿着第一玻璃基材的第一边缘提供第二组多个垫片，使得具有第二表面和第二边缘的第二玻璃基材与所述第一组多个间隔物和所述第二组多个垫片接触，从而第一和第二玻璃基材间隔的距离是第一和第二表面之间的第一距离，沿着第一和第二边缘将第一玻璃基材与第二玻璃基材进行激光焊接，从而在第一和第二玻璃基材之间限定了内部区域，以及在内部区域中形成小于一个大气压的真空压力。

在其他实施方式中，提供了形成经密封的装置的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面的第一基材，提供与第一基材相邻的第二基材，以及在第一基材与相邻第二基材的界面之间形成焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。

在其他实施方式中，提供了形成经密封的装置的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面的第一基材，提供与第一基材相邻的第二基材，以及在第一基材与相邻第二基材的界面之间形成焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。

在以下的详细描述中给出了要求保护的主题内容的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的所要求保护的主题而被认识。

应理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都介绍了本文的实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本文的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了各种实施方式，并与描述一起用来解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

出于示意性目的提供这些附图，应理解的是，本文所揭示和所述的实施方式不限制所示的布置和工具。

图1是用于根据本文的实施方式的激光焊接的示例性过程图。

图2是根据一个实施方式，通过激光密封形成密封装置的示意图。

图3是本文主题的另一个实施方式。

图4是用于评估激光焊接粘结区的物理范围的实验布置图。

图5是破裂样品的显微图像。

图6是根据本文一些实施方式的建模方案图。

图7是根据本文实施方式的另一个建模方案。

图8是用于通过Eagle 0.7mm玻璃基材的355nm激光透射率(％T)的实验布置图，其用于％T-时间测量。

图9是根据本文一个实施方式的图。

图10是一系列分析在玻璃界面处从LMG膜层扩散进入Eagle玻璃基材的图。

图11是不同厚度玻璃片之间的激光焊接性能的示意图。

图12是用于一些实施方式的两层激光加热表面吸收模型。

图13是一些实施方式的一系列温度变化图。

图14是一些实施方式的一系列激光扫过停留时间内沉积的平均能量图。

图15是根据一些实施方式的另一个方法的简化图。

图16是用IR辐射源加热过程中，Eagle和Lotus玻璃在355nm处的透射率。

图17是一些实施方式的加热过程中，355nm处的玻璃透射率。

图18是一些实施方式的UV辐射过程中以及UV辐射之后，对于膜和基材透射率的影响图。

图19是一些实施方式的吸收-波长图。

图20是一些实施方式的偏光测定和图像的示意图。

图21提供来自示例性焊接线的应力位置。

图22是本文一些实施方式的简化图。

图23显示模具按压实施方式图。

图24是含量子点的示例性实施方式的图像。

图25和26图示性显示用于真空隔热玻璃窗的示例性激光焊接方法。

图27、28、29、30和31是采用激光焊接的三维且复杂成形装置的简化图。

虽然本文可包含一些具体情况，但是它们不应该理解为对范围的限制，而是对于具体的特定实施方式的特征的描述。

具体实施方式

参照附图描述了用于发光涂层和器件的各种实施方式，其中，为了帮助理解，相同元素具有相同附图标记。

还应理解，除非另外指出，术语如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等是方便用语，不构成对术语的限制。此外，每当将一个组描述为包含一组要素中的至少一个要素和它们的组合时，所述组可以单个要素或相互组合的形式包含任何数量的这些所列要素，或者主要由它们组成，或者由它们组成。

类似地，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另外说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”和“一种”及其相应的定冠词“该”表示“至少一(个/种)”，或者“一(个/种)或多(个/种)”。

本领域技术人员将会认识到，可以对所描述的实施方式做出许多改变，同时仍能获得本发明的有益的结果。还显而易见的是，本文所希望的有益结果中的一部分可以通过选择所述的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术人员会认识到，许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且是本发明的一部分。因此，提供以下描述作为对本文原理的说明，不构成对本文的限制。

本领域技术人员应理解的是，本文所述的示例性实施方式可以具有各种改进而不背离本发明的精神和范围。因此，描述并不旨在也不应理解为限制于给出的例子，而是应该具有所附权利要求及其等价形式所提供的完全保护宽度。此外，还可使用本文的一些特征，而相应地不使用其它特征。因此，提供示例或示意实施方式的上述说明，来显示本文的原理，而不构成其限制，且可包括对本文的修改和置换。

图1是用于根据本文的一些实施方式的激光焊接的示例性过程图。参见图1，提供了采用合适的UV激光，将两块Eagle(EXG)玻璃片或玻璃基材激光焊接到一起的过程。虽然显示且描述了两块EXG玻璃片，但是所附的权利要求不应受此限制，因为可以采用本文的实施方式对任意类型和组成的玻璃基材进行激光焊接。也就是说，本文所述的方法可适用于钠钙玻璃、强化和未强化的玻璃、铝硅酸盐玻璃等。继续参见附图1，提供了将两块玻璃基材激光焊接到一起的一系列示例性步骤，从而一块基材可以涂覆有低熔融玻璃(LMG)或者紫外吸收(UVA)膜材料或NIR吸收(IRA)膜材料。在步骤A至B中，可以将顶玻璃基材按压到涂覆有示例性UVA、IRA或LMG膜的另一块基材上。应注意的是，本文所述的许多实验和例子可能涉及特定类型的无机膜(例如，LMG、UVA等)。但是，这不应对所附权利要求的范围造成限制，因为本文所述的焊接工艺适用于许多类型的无机膜。在步骤C中，可以将具有适当选定参数的激光导向两块玻璃片的界面处，以引发如步骤D所示的焊接过程。发现焊接尺度略小于入射束(约500um)的尺度。

图2是根据一个实施方式，通过激光密封形成密封装置的示意图。参见图2，在起始步骤中，可以沿着第一平面玻璃基材302的密封表面形成包含低熔融温度(例如低Tg)玻璃的图案化玻璃层308。可以通过例如，从喷溅靶180进行喷溅，利用物理气相沉积来形成玻璃层380。在一个实施方式中，可以沿着周界密封表面形成玻璃层，所述周界密封表面适用于与第二玻璃或者其他材料基材304的密封表面啮合。在所示的实施方式中，当第一和第二基材进入匹配配置时，它们与玻璃层合作限定了内部体积342，所述内部体积342装纳待保护的工件330。在所示的例子中(其显示组件的分解图)，第二基材包括凹陷部分，工件330位于所述凹陷部分中。

可以使用来自激光器500的聚焦激光束501使得低熔融温度玻璃和相邻玻璃基材材料局部熔化，从而形成密封界面。在一个方法中，激光可以聚焦通过第一基材302，然后移动(扫描)跨过密封表面，从而对玻璃密封材料进行局部加热。为了实现玻璃层的局部熔化，玻璃层可以优选在激光加工波长发生吸收。玻璃基材在激光加工波长可以是初始透明的(例如，至少50％、70％、80％或90％透明度)。

在一个替代实施方式中，作为形成图案化玻璃层的替代，可以在第一基材的基本全部表面上形成密封(低熔融温度)玻璃的覆盖层。可以如上所述组装包括第一基材/密封玻璃层/第二基材的组装结构，并且可以使用激光对两块基材之间的密封界面进行局部限定。

激光器500可以具有任意合适的输出以实现密封。示例性激光器可以是UV激光器，例如但不限于，355nm激光器，其处于常用显示器玻璃的透明范围。合适的激光器功率范围可以约为1-10W。密封区域的宽度可以与激光光斑尺寸成比例，所述密封区域的宽度可以约为0.06-2mm，例如0.06、0.1、0.2、0.5、1、1.5或2mm。激光的移动速率(即，密封速率)可以约为1-400mm/s或者甚至大于或等于1m/s，例如1、2、5、10、20、50、100、200或400mm/s、600mm/s、800mm/s、1m/s。激光光斑尺寸(直径)可以约为0.02-2mm。

合适的玻璃基材在密封过程中展现出明显的诱发吸收。在一些实施方式中，第一基材302可以是透明玻璃板，如康宁有限公司(Corning Incorporated)制造和市场销售的商标名为Eagle的那些，或者其他玻璃。或者，第一基材302可以是任意透明玻璃板，例如旭硝子玻璃公司(Asahi Glass Co.)制造和市场销售的那些(例如，AN100玻璃)、日本电子玻璃公司(Nippon Electric GlassCo)制造和市场销售的那些(例如，OA-10玻璃或OA-21玻璃)或者康宁精密材料公司(Corning Precision Materials)制造和市场销售的那些。第二基材304可以是与第一玻璃基材相同的玻璃材料，或者第二基材304可以是非透明基材，例如但不限于，陶瓷基材或者金属基材。示例性玻璃基材可以具有小于约150x10^-7/℃，例如小于50x 10^-7、20x 10^-7或10x 10^-7/℃的热膨胀系数。当然，在其他实施方式中，第一基材302可以是陶瓷、ITO、金属或者其他材料基材，它们是图案化或者连续的。

图3是本文主题的另一个实施方式。参见图3，左上图显示可用于对两块Eagle(EXG)玻璃基材进行激光焊接的一些示例性参数。可以随时间监测透射率(％T)，并且在左下图中显示对于三种不同激光功率的透射率。在较低激光功率曲线(最右曲线)中可以容易地观察到作为“膝”状弯曲的LMG、IRA或UVA膜的熔化的起点，之后是玻璃基材的快速吸收和加热，这是由于超过Eagle的应变点的局部玻璃高温所导致的。在较高激光功率(最左曲线)中，弯曲可能被移除，并且可能诱发从LMG、IRA或UVA吸收到玻璃熔化的无缝过渡。示例性激光焊接可以包括沿着待粘结的界面边界扫过该区域。在右下角所示列表中描述了三个标准，并且如下文进一步详述，例如，在入射波长处的低熔融膜吸收/熔化、玻璃中形成色中心和/或在一些实施方式中，玻璃中的温度诱发的吸收。单独的膜吸收可能就是足够的，没有色中心形成的影响或者甚至温度吸收的影响。应注意的是，图3所鉴定的事件顺序不应对本文所附权利要求书的范围造成限制或者表明其他所列事件的相对重要性。

在一些实施方式中，初始事件可以是低熔融玻璃(例如LMG或UVA)膜的UV激光吸收。这可以是基于薄膜相比于Eagle在355nm处的较大吸收以及图3所示的熔化曲线。考虑图3的左上部分所示的实验布置，激光器是Spectra Physics HIPPO 355nm，以30kHz产生8-10ns脉冲，高至6.5瓦特的平均功率。将激光束聚焦到500微米直径束腰，对发射的束进行监测和取样，对于不同激光功率(5.0W、5.5W、6.0W)，产生透射百分比(％T)与时间的关系图。这些图如图3的左下部分所示。在图3中，在较低激光功率(底部和中间曲线)可以容易地观察到作为膝状弯曲的UVA、IRA或LMG膜的熔化的起点，之后是玻璃基材的快速吸收和加热，这是由于超过Eagle的应变点的局部玻璃高温所导致的。进行焊接的玻璃部件可能没有熔化而是仅仅软化，从而以适度施加的作用力保持紧密接触时，它们变得柔韧。该行为会类似于固态扩散粘结，特别是在50-80％的基材熔化温度形成强结合的能力。固态粘结双折射的光学横截面图显示进行焊接的两个部件之间的不同界面线(参见例如图4)。

另一个实施方式包括用355-nm脉冲激光进行焊接，以1MHz、2MHz或5MHz重复频率产生1ns脉冲的串列。当使得束在无机膜上聚焦至0.02-0.15mm直径的光斑，并以50-400mm/s的速度进行焊接时，产生约为60-200um的无缺陷粘结线。所需的激光功率可以约为1-10W。

参见图4，显示实验布置，其用于评估激光焊接粘结区的物理范围。继续参见图4，如上文所述，对两块Eagle滑片进行激光焊接，安装到玻璃夹层中，并用金刚石锯进行切割。这如图4的左侧所示。将所得到的横截面安装到偏振器中，以测量由于局部应力区域导致的光学双折射。这如图4的右侧所示。在该右侧中，较亮的区域表明更多的应力。如图4的右侧所示，粘结区域看上去具有约为50微米的物理范围。此外，看上去没有任意基底或基材玻璃熔化，但是，两块玻璃基材之间形成的粘结非常牢固。例如，双折射图像横截面中心的图像显示深入Eagle基材(50微米)的固态粘结区域，其显示高密封强度。激光焊接会包括沿着待粘结的界面边界扫过该区域。

图5是破裂样品的显微图像。参见图5，所示的破裂样品的三维共焦显微图像显示本文的实施方式的密封强度可以足够牢固，使得扯掉下方基材(例如Eagle基材)材料所发生的失效深至44um(即，内聚失效)。样品没有进行退火。图5还显示未退火激光焊接实施方式的破裂样品，其经受了刀片裂纹打开技术。进行一系列的三维共焦测量，代表性例子如图5右侧所示。这些共焦图像的一个特征显示根据一些实施方式的示例性内聚扩散焊接的内聚失效模式特性及其相关的拉伸强度。如本文所述，内聚扩散焊接是在施加的压力下，低于接合基材熔点的温度下形成的强界面粘结(焊接)(扩散焊接)。此类焊接存在内聚失效，在提升的应力下，在内部基材位置发生破裂。观察到明显低于基材熔化温度的温度(例如，接近应变点基材温度或软化点基材温度)，以提供合适接触压力条件下的强界面密封强度。本文所称的拉伸应力σ通常是材料、焊接或基材内部在失效或破裂之前所能够经受的拉伸或拉动的最大应力。进行拉伸强度测量，并观察玻璃料和焊接玻璃片的内聚(cohesive)和粘合剂(adhesive)失效的差异(参见图5)。应注意的是，在本文中，拉伸应力、拉伸强度和/或拉伸密封强度可互换使用，并且此类使用不应该限制所附权利要求书的范围。如所示，界面密封强度可以足够牢固，使得基材材料块体内发生的失效是如下情况，例如在该情况下是距离界面深至44μm，以及在其他实验中，深至约200μm。在其他实验中，偏振测定测量显示在初始激光焊接(与图5所研究的相同条件下)存在的残留应力在600℃退火1小时，导致强韧粘结，其通过偏振测定法没有展现出可测量的应力。尝试使得该粘结断裂导致除了粘结基材的密封线之外每一处的破裂。相比于玻璃料密封存在的粘合剂失效，发现在显示强激光焊接拉伸强度的类似封装几何形貌下，玻璃料(粘合剂)密封的较低拉伸密封强度测量(<9MPa)和激光焊接(内聚)(20-84+MPa)。

如图3所注意到的，采用本文的实施方式，通过示例性低熔融膜或者在入射波长吸收/或熔化的另一种膜，膜和玻璃中形成的色中心，以及膜和玻璃中温度诱发的吸收，可以实现牢固、密封、透明粘结。对于第一个标准，例如，低熔融玻璃吸收事件，用每单元面积足够高功率对玻璃-LMG/UVA-玻璃结构进行激光照射，可以引发喷溅的薄膜LMG/UVA界面中的吸收，诱发熔化。这在图3左下角的底部曲线中可以容易地观察到。底部曲线的第一向下斜坡追踪LMG/UVA熔化过程约15秒，在该处发生另一过程，这是各基材中的玻璃-激光相互作用(即，形成色中心)。该中间向下曲线的大曲率，在约17秒后，会表示由于在玻璃中形成色中心所导致的大吸收。这些色中心通常会与基材中元素杂质含量有关，例如As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn，仅仅是举例而言。透射率曲线中的曲率越大，形成的色中心越多。这是图3中注意到的第二个标准。LMG/UVA膜的熔化点可以约为450℃，但不限于此，但是基于相似激光焊接条件下代替性铝涂覆的EXG玻璃基材的激光照射实验的观察，界面温度可能会高于660℃。在该实验中，铝熔化(熔化温度：660℃)，用校准热成像相机(FLIR相机)测得采用激光焊接条件的表面温度约为250℃。

图6是根据本文一些实施方式的建模方案图。参见图6，使用LMG/UVA和EXG材料热传递性质对355nm激光撞击两层堆叠进行建模，所述两层堆叠包括1μm的无机薄膜+700μmEXG，0.8-3kW/cm²。在模型中没有考虑无机薄膜(例如，LMG、IRA、UVA膜等)中的相变化。继续参见图6，进行瞬时热分布评估，暗示可以实现高于660℃的界面温度。不考虑实现了高于660℃的确切界面温度，热熔化的LMG/UVA界面膜的存在通过使得能量带隙偏移至较低能量，从而增加了玻璃基材中的吸收。这些带隙偏移通常被理解为是由于基材晶格的热膨胀所引起的，这与电子能的变化以及由于电子-光子相互作用所导致的带能量的直接重正化相关。熔融二氧化硅中的该行为如图3的右下角所示。净效应在于，通过降低带隙，热的LMG/UVA膜驱动了靠近界面处的EXG基材中更多的吸收，这进而产生来自内部转化过程的更多热量，甚至进一步降低带隙。该过程可以统称为热诱发的吸收，这代表了图3中所鉴定的第三个标准。当然，其它无机膜也可用于该实施方式，并且此类例子不应对所附权利要求的范围造成限制。

如上文所注意到的，色中心的形成对于形成根据本文实施方式的激光焊接起了一定的作用。如图7所示是采用图8所示的实验布置，在非多光子条件下建模基础色中心形成过程，从而得到基于三个水平图表的拟合函数。图7是根据本文实施方式的另一个建模方案。在图7的左侧，三电子玻璃带状态吸收355nm光子，在基态n_g[t]、导带n_e[t]和色中心n_cc[t]中积累或消耗数量。应注意的是，单箭头表示激光吸收，双箭头表示同时的受激吸收和发射。在图7的右侧，提供速率等式，其预测了当系统的连贯驱动部分展现出相同数量的快速振动(n_g n_e)时，电子水平数量的光滑单调积累和消耗。在图7右侧的底部提供了三个水平的初始条件。图8是用于通过Eagle 0.7mm玻璃基材的355nm激光透射率(％T)的实验布置图，其用于％T-时间测量。参见图8，诊断包可测量以约为5-6W的平均功率通过熔融二氧化硅窗口和Eagle玻璃片之后的UV脉冲的积分能量和瞬时波形。

下式(1)描述了可实验观察到的吸收(Abs)与时间的关系，例如相关的透射(trans)与时间数据：(1≈Abs+Trans)。解可以是上升和衰减指数的总和，但是可以简化为如下形式：

式中，α表示线性吸收系数(cm^-1)，I表示激光通量(光子/cm²·秒)，σ_g表示基态吸收横截面(cm²)，σ_esa表示激发态吸收横截面(cm²)，σ_cc表示色中心吸收横截面(cm²)，k_ec表示瞬时色中心速率，以及k_f表示荧光衰退速率。参见等式(1)和图8，可以观察到色中心形成在本实施方式中的作用。图9是根据本文一个实施方式的附图。参见图9，对于某些非限制性激光-玻璃相互作用参数：α＝0.01cm^-1、I＝4.6·10^-21光子/cm²·秒、σ_g＝1.20·10^-17cm²、σ_esa,＝1.2110^-17cm²、σ_cc＝2.20 10^-13cm²、k_ec≈k_f≈1.0 10⁷s^-1，提供存在色中心形成的情况下的等式(1)的图线(显示为弧线)以及不存在色中心形成的情况下的等式(1)的图线(显示为直线)。设定σ_cc＝0，得到线性关系。然后通过％透射率＝100-％吸收率的关系，形成％透射。如图9所示，采用合理选择的参数值，其符合将色中心形成条件简单调零(即，设定σ_cc＝0)，以将弧线转变为直线。实验性激光焊接的玻璃基材通常展现出该曲率，包括但不限于，Eagle、Lotus、Willow，以及Willow-Willow、Willow-Lotus和Willow-Eagle的组合。

虽然本文实施方式描述采用具有相同或不同组成的玻璃基材熔合在一起(一块或者两块玻璃基材含有对于入射激光波长适当的吸收性质)，但是其他实施方式也可以包括三层或更多层结构，只要外层相对于入射激光波长是UV吸收或者适当吸收从而使得其他玻璃基材可以具有充分的接触和焊接即可。吸收层的厚度可以大到100um。在其他实施方式中，可以用玻璃-玻璃层叠结构来取代玻璃基材中的一块或两块。在该实施方式中，玻璃-玻璃层叠结构的外包覆可以作为后续激光焊接的UV吸收层(参见例如图22)。图22显示本文另一个实施方式，其在第一侧上具有玻璃-玻璃层叠体，所述玻璃-玻璃层叠体具有夹在两个外包覆222之间的内芯221。在该实施方式中，一个包覆222可以用UV或IR吸收元素进行掺杂用于后续激光焊接至另一基材224(在该非限制性例子中，是3D形式的基材)。在该实施方式中，对包覆进行掺杂可以避免高成本(例如喷溅沉积、离子交换等)。

图10提供的图分析了在玻璃界面处从示例性LMG膜层扩散进入Eagle玻璃基材。参见图10，应用TOF-SIMS来分析具有示例性非限制性组成(38％SnO、40％SnF₂、20％P₂O₅、2％Nb₂O₅)并且厚度约为0.8μm的情况下，在合适的激光焊接条件下，在玻璃界面处从LMG膜层进入Eagle玻璃基材的可能扩散。在初始界面(a、b)和经受了激光焊接的界面(c、d)上的F和Sn线扫描表明离开界面的扩散程度是小的，虽然氟相对于界面迁移约半微米，但是平均来说，锡没有明显移动。因此，图10提供了缺乏明显LMG材料扩散进入示例性基材的证据。对于其他示例性无机薄膜(UVA、IRA等)，也观察到类似发现。虽然在界面材料之间明显大的CTE失配(CTE_870CHM＝18ppm/℃vs CTE_EXG＝3.1ppm/℃)的基础上，可能预期用于本文的实施方式中的可迁移性原子物质明显更多的扩散，但是没有观察到分层。相反地，高至600℃的重复温度循环似乎去除了任意残留应力，导致更为牢固的粘结。所得到的无机薄膜足够薄，从而各玻璃基材中由于CTE失配所导致的分层力远小于粘结力。这对应于层叠结构来自粘附膜沉积的应力规格的复合应力与膜厚度的立方成比例。

图11是不同厚度玻璃片之间的激光焊接性能的示意图。参见图11，发现对超薄Willow玻璃(0.1mm)与Eagle玻璃(0.7mm)进行焊接，即“不对称”情况，会导致差的焊接。在“对称”Eagle-Eagle情况下(图11的左侧)，沿着玻璃界面扫过热区，以进行优异焊接。在各附图的下方分别显示相应的温度分布。但是，当使用不同厚度的玻璃片时，形成不对称热区，这会导致某些情况下(例如，当焊接Willow-Eagle时(图11的中间附图))的差焊接。但是，示例性实施方式可以提供该不对称焊接问题的解决方案，其显示在图11的右侧，其使用能够消散任意热量并冷却玻璃薄片的导热板，以有效地恢复热区，导致形成牢固的焊接粘结。因此，本文所述的一些实施方式可以使用导热板，对具有不同厚度的玻璃片进行激光焊接。

虽然迄今为止的描述对(具有相似或不同尺度、几何形貌和/或厚度的)玻璃-玻璃基材的激光焊接进行了描述，但是这不应对所附权利要求的范围造成限制，因为本文的实施方式同样适用于非玻璃材料的基材或片材，例如但不限于，陶瓷、玻璃陶瓷、以及金属等，它们具有或不具有界面导热膜。例如，示例性激光焊接方法可用于基材、电极或ITO图案化膜(等)上的ITO导线，如共同待审和共同拥有的美国专利申请第14/271,797号所述，其全文通过引用结合入本文。因此，本文的实施方式可用于玻璃与玻璃、金属、玻璃陶瓷、陶瓷和其他基材的激光密封，它们具有相同或不同的尺寸、几何形貌和厚度。

可采用本文所述的具有高粘结强度、透明的玻璃-玻璃焊接的高效形成的实施方式的应用是众多的，包括但不限于，固态发光、显示器以及透明真空隔绝技术。具体来说，玻璃的激光焊接可提供如下功效和特征：例如，小的加热影响区(HAZ)，这对于许多常规焊接方法(例如，电子束、电弧、等离子体或者火炬法)是无法简单提供的。在一些实施方式中，可以一般地进行激光玻璃焊接，无需采用红外(IR)激光进行预加热或后加热(这用于许多不透明的玻璃)或者无需超短脉冲激光(USPL)(这用于许多透明玻璃)。在一些实施方式中，玻璃基材组成和界面分布IR吸收玻璃料的明智选择可以使得密封玻璃“三明治型”激光密封封装是可能的。在一些实施方式中，可以将超短脉冲激光聚焦到示例性玻璃基材的表面或者内部点位，并且可以通过非线性工艺(例如多光子或雪崩电离)诱发吸收。这些工艺源自价电子被推向能被进一步自由吸收的传导电子，实现了内部玻璃熔化而不产生基材表面损伤。在所有这些依赖非线性吸收过程的USPL激光焊接方法中，都产生明显应力场。

迄今为止，描述了依赖于低吸收熔融玻璃界面膜并且可对扩散焊接起作用的低功率激光焊接工艺，这是由于其低温粘结形成(低至一半的熔融温度)以及对于接触和压力条件的要求。如上文所述，对于以强粘结形成将玻璃片激光焊接到一起的情况，数个影响是值得注意的，例如，在入射激光波长处的低吸收熔融玻璃膜，在玻璃基材中形成的激光诱发的色中心，以及基材中热诱发的吸收，从而有效地加速温度增加。

但是，在一些实施方式中，许多在入射波长(例如355nm)处具有高度吸收的膜可能就足以诱发高粘结强度激光焊接。其他膜(例如ZnO或SnO₂)与本文所述的一些示例性低熔融玻璃组合物在化学上而言是不同的，但是它们共享有较低光通量下相同的激光焊接能力。因此，相比于一些低熔融玻璃组合物(约450℃)，考虑到ZnO的熔化温度(1975℃)，发现低熔融特性可能对于一些实施方式不是必需的。但是，发现这些膜的统一特性在于，它们在355nm处明显吸收辐射：ZnO吸收率约为45％(200nm膜厚)，以及低熔融玻璃约为15％(200nm膜厚)。还确定的是，本文所述的示例性方法可以对石英或者纯熔融二氧化硅基材(即没有色中心的基材)进行激光焊接。因此，已经确定的是，色中心不一定是必需的，但是在一些实施方式中，当示例性膜的吸收低的时候(例如，Abs约为<20％)，可能是需要的。

图15是根据一些实施方式的另一个方法的简化图。参见图15，将具有限定束宽度w的散焦激光15入射到三明治型结构16上，所述三明治型结构16是通过如下方式形成的：使得两块玻璃片17、18接触，一块片材的内界面涂覆有吸收薄膜19。虽然显示束为圆柱形，但是该描绘不应对所附权利要求的范围造成限制，因为束可以是圆锥形或者其他合适的几何形貌。对于膜材料，可以选择其在入射激光波长的吸收率。激光15可以以预定的速度v_s移动，移动激光束的时间可以有效地照射给定的光斑，并且可以表征为停留时间w/v_s。在一些实施方式中，可以在焊接或粘结事件过程中施加适度压力，确保清洁表面之间的持续接触，同时调节任意一个或多个参数从而优化焊接。示例性、非限制性参数包括激光功率、速度v_s、重复频率和/或光斑尺寸w。

参见图3所注意的是，发现优化焊接可以与三种机制相关，即，示例性膜和/或基材的激光辐射的吸收以及基于该吸收过程的加热效应，由于加热效应导致的膜和基材吸收的增加(带隙偏移至较长的波长)，这会是短暂且取决于加工条件，以及由于UV辐射所产生缺陷或杂质吸收或者色中心吸收。热分布会是该过程的重要方面，下文所述可用于帮助理解两个基材之间的界面处的温度分布，假定界面处是静态吸收。

El-Adawi建立了对两层堆叠进行激光加热的分析模型，所述两层堆叠是由大的半无限片板基材上的厚度为Z的吸收膜构成的。采用匹配边界条件解每种材料中的热扩散等式，产生温度与时间以及膜和基材的位置的函数：T_f(t,z)，T_s(t,z)。El-Adawi的模型假定膜和基材的热性质(扩散率D、导热性k、热容量C_p)是固定的，从而仅在表面中发生吸收并且不发生相变化。使用拉普拉斯变换产生指数和误差(补余)函数方面的总和：

式中，A_f表示薄膜的表面吸收率，I_o表示激光通量(光子/cm²·s)，n表示整数(0<n<∞)，以及所有下标f表示膜参数，而下标s表示基材参数。B和ε涉及材料性质：B＝1-ε/1+ε<1，ε＝(k_s/k_f)√D_f/D_s)，而L_f还包括时间t：L² _f＝4D_ft。薄膜层的时间和间距范围可以分别提供如下：0<t，0<z_f<Z，其中，Z表示膜厚度。基材层的时间和间距范围分别提供如下：t_s<t，Z<z_s<∞，其中t_s表示在初始激光膜入射之后膜背侧的温度开始偏离室温的时间(t_S＝Z²/6D_f)。膨胀系数涉及独立变量和材料性质，表述如下：

图12是用于一些实施方式的两层激光加热表面吸收模型。参见图12，显示脉冲UV(355nm)激光20撞击两层堆叠22，所述两层堆叠22具有1μm的UV吸收膜23和700μm的Eagle-XG基材24。可以通过等式(2)计算远离Eagle-XG堆叠22中的焊接界面的空间温度分布，以假定脉冲(30kHz、10ns脉冲宽度、500μm宽激光束腰直径)355nm激光绘图，所述激光传递6瓦特的平均功率。然后使用不同激光扫描速度(2mm/s、5mm/s、10mm/s和20mm/s)。采用吸收率为15％的UV膜进行计算，这是厚度约为200nm的氟磷酸锡LMG材料在355nm处的典型值。绘制Eagle基材或堆叠22中的该温度分布，从而观察到由于使用不同激光扫描速度所导致的温度分布变化，相比于较快速移动的束，慢速移动的激光束在给定激光焊接点位上的停留更长。例如，500μm宽激光束，以2mm/s移动，在给定焊接点位上停留的有效时间为0.25秒，而20mm/s扫描激光束停留仅0.025秒。

如图13所示，还探究了由于使用不同激光功率或者具有不同吸收率的膜所导致的温度变化。图13是一些实施方式的一系列温度变化图。参见图13，采用双层激光加热模型(等式(2))，绘制了玻璃基材温度分布与激光功率和膜吸收率的关系。图13中使用与图12相同的激光参数。更具体来说，使用具有如下参数的脉冲UV激光：λ＝355nm、束腰＝500μm、重复频率＝30,000Hz以及脉冲宽度＝10ns。相比于图13右侧吸收率的较高次序行为，从图13的左侧可以观察到，激光功率对于基材温度分布的影响更为线性。该行为在等式(2)中是不明显的，其中，功率、I_o和吸收率A_f看上去是相关联的。吸收率会间接影响有效膜厚z_f，这与膨胀系数b_n和g_n是略微相关的。相反地，I_o是独立的，与膨胀系数b_n和g_n没有相关性。

图14是一些实施方式的一系列激光扫过停留时间内沉积的平均能量图。参见图14，可以观察到停留时间同时取决于激光扫描速度和激光脉冲重复频率，它们的值和单位在x-y平面中表示为独立变量。这些计算假定：膜吸收率为25％、500微米激光束宽以及10ns激光脉冲宽度，这可在一些实施方式中导致成功的激光玻璃焊接。如图14所示是阈值功率(对于6W是11a，对于20W是12a)，高于其则成功地进行激光焊接，其具有所示平面和来自实验的经验估计。上图和下图或者上部和下部所用的激光功率量不同：6瓦特与20瓦特。对图14中的两幅图进行对比，暗示了在低入射激光功率(例如6瓦特)，激光速率和重复频率的略微变化会招致比诱发充分激光焊接所需明显更高的入射功率。在较高重复频率的方向中，甚至相对于初始激光焊接条件(30kHz、2mm/s激光扫描速度)的小偏移也会导致不必要的入射功率密度。较高的激光扫描速度快速地提供了对玻璃基材进行激光焊接而言不足的能量，这是由于激光停留时间与速度的逆相关性和激光停留时间与激光重复频率的线性相关性的结果。在较高的入射激光功率(例如20瓦特)，较大的高台区域或者加工窗口11b、12b变得可用，其中，速度和重复频率的小偏移保留了足够的激光焊接条件而没有招致过多的能量。这两幅图的加工窗口11b、12b都可促进激光焊接或者粘结优化。

图16是用IR辐射源加热过程中，Eagle和Lotus玻璃在355nm处的透射率。参见图16，通过如下实验确定温度变化对于玻璃界面的吸收性质的影响：当以10.6μm的红外CO₂激光照射Eagle和Lotus基材。可以观察到，这些基材在355nm处所得到的透射率变化明显取决于CO₂激光辐射所产生的温度。这符合如下情况：在一些实施方式中，界面加热会同时导致膜和玻璃基材的界面处更为有效的吸收。

图17是一些实施方式的加热过程中，355nm处的玻璃透射率。参见图17，发现由于UV辐射形成的色中心会同时存在于膜和玻璃基材中，这会导致辐射区域的额外吸收。在图20中可以观察到由于所得到的温度增加所导致的355nm透射对于Eagle和Lotus玻璃基材的影响。温度增加可归因于图17所示的加热作用以及形成色中心的组合。

图18是一些实施方式的UV辐射过程中以及UV辐射之后，对于膜和基材透射率的影响图。参见图18，第一曲线30表示具有200nm的ZnO膜的Eagle0.6mm基材的透射率。第二曲线31表示由于355nm激光源以30kHz重复频率的3W/mm²辐射所导致的瞬时吸收(即，现有吸收顶部的吸收)。该第二曲线31包括由于色中心和温度所导致的诱发吸收。第三曲线32表示关闭激光辐射之后的诱发吸收，即温度已经恢复到环境状态，并且色中心已经部分消失。应注意的是，在420nm及以上具有高透射的这些实施方式中，存在部分永久吸收变化。该效应是由于膜的存在，并且相比于没有膜的裸基材得到明显放大。如第三曲线32所观察到的那样，膜和基材中的一些变化会是永久的，但是这没有影响可见光透射。除了这些基于UV辐射效应之外，可以观察到基于单独的膜吸收，会发生所需的温度提升和熔化，这效应也可通过IR吸收膜实现，如下文所述。因此，如图18所示，一些示例性膜可展现出于UV辐射的温度和功率密度相关的温度和色中心形成。

图19是一些实施方式的吸收-波长图。参见图19，一个实施方式包括由基于FeO的玻璃制造的膜，取决于加工条件，其可以处于2+和3+两种不同氧化状态。该示例性、非限制性的二氧化硅基玻璃膜具有大于约10-15重量％的FeO，其具有相同比例的FeO和Fe₂O₃。如图19所示，发现Fe₂O₃在NIR波长处展现出强吸收，并且还可用TAG激光以1064nm的波长进行照射。在该情况下，可见光透射小于约0.02，并且没有危及约420-700nm之间的衰减。发现1064nm处的吸收约为0.1，示例性膜可以以高于其熔化点的足够激光功率进行加热并且进行激光焊接。当然，所附权利要求不应受其限制，因为也预期了IR吸收膜和其他IR激光的其他例子。

图20是一些实施方式的偏光测定和图像的示意图。参见图20，相比于玻璃料密封的实施方式，可以在靠近界面焊接粘结处检测由于示例性激光焊接过程所产生的残留应力场。例如，图20的左上方显示两块0.7mm的Eagle玻璃基材(一个内表面涂覆有1μm厚的低熔融玻璃膜)之间的玻璃料密封和激光焊接附近区域的应力场的偏振测定测量。图20的右上图显示来自激光焊接的残留应力场的偏振测定图像，所述激光焊接是通过355nm的UV激光在如下条件下扫描得到的：20mm/s、14瓦特、200μm束宽度以及150kHz重复频率，以及右上图提供该残留应力场的三维透视图。在图20的左下图中，提供了显示用吸收薄膜实现激光焊接的非限制性工艺的简化图，其中，可以将激光热能传递到基材/基材界面中，从而在预定时间内获得接近统一的内聚扩散粘结相对接触面积，同时使得任意间接损坏(例如，拉伸应力残留的空间程度和大小)最小化。该工艺对于较高CTE基材可能是更为明显的，其中，焊接界面形成速率快于CTE失配应力界面的形成。因而，在一些实施方式中，可以在焊接界面使用聚焦束以及较高速度的扫描速率，以实现示例性焊接而不形成任意裂纹。在图20的右下图中，提供了显示传播应力场以及寻求其相对于激光焊接条件的位置的依赖性的分析。然后可以评估在主流激光焊接条件下，来自σ_{界面激光焊接}数值的传播应力场在玻璃-玻璃或玻璃-膜界面位置处的位置对于焊接的基材本体中的σ_{拉伸应力位置}的影响。因此，以实验方式确定如下结果：如果(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，则一些示例性实施方式提供了密封或优化内聚扩散玻璃焊接。在其他实施方式中，当(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa时，可存在另一示例性内聚扩散激光玻璃焊接。

但是，分析模型倾向于将简单结构视作半无限固体或片板。等式(2)显示了对于两层体系的解会是多么复杂，这对于引入依赖于时间的熔体或应力前端(stress front)会快速变得无法处理。一个熔化模型考虑与散热装置连接的片板，入射激光辐射在表面完全吸收。该模型考虑两种时间状况：一种状况下，熔化时间小于转换时间(例如，使得片板的背部开始从室温增加所需的时间)，第二种状况下，熔化时间大于转换时间。该模型还设想了用于液体与固体之间的传播界面的热平衡方程：

式中的项与等式(2)所用的项相一致，不同之处在于，Z表示熔体前端位置，Q_L表示熔化的潜在热量，并且热流是一维的，光辐射在表面处吸收，以及热材料性质保持相对于温度是独立的。然后可以同时从具有与热物理参数和激光参数相关的系数的Z和dZ/dt获得二次方程。为了理解传播应力场的依赖性，可以通过如下方式对传播激光熔体前端分析模型进行改性：用来自先前的Eagle代替品(其是低应变点硼硅酸盐玻璃，相对于其有效分子量进行标准化，(160kJ/摩尔)/(0.266kg/摩尔))的蠕动流的活化能替代Eagle的熔化(熔融)的潜在热量。考虑在焊接过程中没有热量从片板基材的背面消散的情况，所得到的表达式展现出对于激光和材料性质令人感兴趣的依赖性：

式中，Z表示蠕动前端位置，l表示基材厚度，C_p表示基材热容量，A表示基材吸收率，R表示基材反射率，ΔT_m表示维持蠕动流所需的相对于环境的传播温度增加(例如，ΔT_m＝T_应变-T_环境)，ρ表示基材密度，λ表示基材导热率，I_o表示激光辐照度(W/m²)以及t表示时间。

在一些实施方式中，可以采用在入射激光波长λ处发生吸收的膜(优选A％>约20％)，来实现激光焊接。在其他实施方式中，基材和膜都可在λ处展现出形成色中心。在其他实施方式中，可以采用温度效应来增加膜和/或基材在λ处的吸收。该示例性温度效应还可对改善密封或焊接速度起贡献，并且可以降低热影响区(HAZ)以及可以降低蠕动流的活化能，例如形成共晶体系、合金等。在一些实施方式中，如果要求透明度的话，则可以在UV中提供带隙，或者在NIR、IR中提供高吸收。其他实施方式可提供这样的焊接，其具有界面能γ_{焊接-界面}>>残留γ_应力场和/或总积分粘结强度∫∫其他实施方式可以包括低激光强度要求，从而使得激光峰值光子通量小于约10²⁵个光子/s/cm²并且不包括多光子行为、烧蚀或等离子体产生。

功率依赖性如图21所示，从而可以观察到，在焊接过程中简单地增加激光功率可以诱发更强的应力超过界面区域，过多的能量导致更大的应力。图21提供来自示例性焊接线的应力位置。参见图21，可以采用等式(6)确定来自示例性焊接线的应力位置，其中，所采用的参数类似于之前所使用的那些：波长＝355nm、束腰＝500μm、重复频率＝30000Hz、脉冲宽度＝10ns、v_s＝2mm/s、停留时间＝0.25秒、Eagle厚度＝0.7mm以及T_应变＝669℃。图21和等式(6)还提供了对于为何较高应变点的玻璃基材可以导致较高应力曲线的观察。例如，应力曲线位置Z与ΔT_m的平方根成比例，该项又与T_应变线性相关。从这些表述进行实验观察预测的其他尝试不仅受限于所使用的假设，还受限于可以计算的信息，例如较高CTE材料是激光焊接的。这里发现，低CTE玻璃基材(小于约5ppm/℃)比较高CTE玻璃(例如钠钙玻璃)更容易进行焊接。这些低CTE基材包括石英、熔融二氧化硅、Eagle、Willow和Lotus玻璃基材。在大量实验之后，发现了使得高质量焊接可用于较高CTE玻璃的合适条件。例如，发现本文所述的实施方式可用于使用1μm的LMG膜来焊接钠钙玻璃(其CTE约为大于或等于9ppm/℃)，而不需要对基材进行任何预加热，更不用说应变点或退火点。

如上文所注意到的，优化的玻璃焊接可以具有(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，以及可以提供牢固、透明、密封且气密的封装。可以通过内聚扩散过程形成此类焊接，并且展现出焊接的拉伸强度测量需要大于10MPa的应力负荷来诱发内聚失效。还观察到此类焊接还在玻璃基材中远离玻璃-玻璃界面的拉伸应力前端位置展现出内聚失效。此外，此类焊接可展现出远小于界面拉伸强度的拉伸强度。在此类激光焊接过程中，不发生熔体洼传播，以及在一些实施方式中，可以使用小于约10²⁵个光子/cm²/秒(峰值功率)或约15kW/cm²(平均功率)的激光光子通量。在其他示例性实施方式中，其他内聚扩散层玻璃焊接可展现出(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa。这些类型的玻璃焊接也可提供牢固、透明、密封且气密的封装。可以通过内聚扩散过程形成此类焊接，并且展现出焊接的拉伸强度测量需要大于1MPa的应力负荷来诱发失效。此类焊接还在玻璃基材中远离玻璃-玻璃界面的拉伸应力前端位置展现出内聚失效。此外，此类焊接可展现出小于界面拉伸强度的拉伸强度。在此类激光焊接过程中，不发生熔体洼传播，以及在一些实施方式中，可以使用小于约10²⁵个光子/cm²/秒(峰值功率)或约15kW/cm²(平均功率)的激光光子通量。

可以通过激光-焊接横截面及其附近的应力、假想温度、折射率、模量和玻璃密度分布来检查和表征根据示例性实施方式的示例性焊接及其性质。表征技术可以包括但不限于：波镜应力分布、红外反射(Tomozawa方法)、布里渊显微镜和微拉曼光谱，仅举例而言。例如，显微镜横截面图像可以揭示提供这些高质量膜的细节标示的独特分布。虽然退火会擦除应力，但是激光诱发的假想温度和密度变化会得到保留并且可以被检测到。这些测量可以实现对根据本文的示例性玻璃焊接进行区分。在一些实施方式中，可以通过波镜技术来表征应力分布，其结果如图20所示。如所述，激光焊接会留下独特的应力图案，可以将其与例如阳极粘结区分开，由此可以在图20的右上图所示的极化显微镜图像中容易地观察到远离焊接界面的较大拉伸应力场。如上文所述，激光加热将玻璃温度提升到高于软化，允许界面上的玻璃相互扩散进入彼此。这增加了被照射体积中的假想温度，从而可以通过Tomozawa所提出的分光镜方法来测量假想温度分布(J Non-Cryst.Sol.,v.185,p.191(1995)，其全文通过引用结合入本文)。在该分光镜方法中，发现Si-O-Si粘结角的带移可以揭示基材中的热历史。又例如，微拉曼谱图可以被用于表征玻璃密度变化。高频拉曼峰位置会部分取决于玻璃密度。例如，观察到1060cm^-1的带偏移(ω₄)会与密度呈线性比例，类似地，布里渊散射光谱(和相关的显微镜实践方式)可以揭示根据一些实施方式的示例性激光诱发焊接的模量和应力分布标志。

在其他实施方式中，还可从观察中获得类似优点：在热浮雕样品的玻璃基材表皮中的石墨颗粒所具有的激光吸收(参见图23)。参见图23，在对覆盖了石墨粉末作为相应膜的脱模剂的玻璃基材(例如Eagle)上的石墨模具进行按压形成了示例性结构。可以从在多种波长下发生吸收的不同玻璃材料制备颗粒，以更好地适应入射激光诱发的焊接。这可以在密封区域上或者玻璃的整个表面上局部地进行。在一些实施方式中，模具不一定要留下表面压痕，而是使得表面玻璃具有如上文所述的合适的吸收特性。

在其他实施方式中，示例性膜可以包括合适量的金属，通过标准膜沉积技术产生小的薄岛屿(其吸收入射激光能)，或者通过离子交换技术之后经过还原环境(如果需要的话)实现。示例性膜的这种超薄和岛屿状空间分布可以得到透明或半透明的界面，并且其在入射激光波长具有合适的吸收。

在其他实施方式中，申请人证实了可以将无机或有机流体密封在填充的玻璃封装中，而不有损于密封性质。所讨论的结果是基于如下事实：流体可以被加热和膨胀，临时地移动离开密封区域。此外，可以利用界面加热现象，其中，由于玻璃基材的UV边缘移动到较长波长所导致的稳态照明过程中，基材中发生了更多的吸收诱发的加热。因此，最终的密封产品不需要吸收膜，因为吸收流体引发了局部加热，然后进入基材产生最终密封。因此，虽然最终封装不具有吸收膜，但是其可以含有流体。在类似过程和另一个实施方式中，IR激光可以首先将界面IR吸收膜加热至低于玻璃焊接温度的温度，使得玻璃基材的UV边缘发生有效偏移。然后可以用UV激光照射该区域，同时加热基材和界面，并得到牢固焊接。

本文所述方法可用于许多应用。作为非限制性例子，激光焊接可用于形成共同待审的申请13/777,584所述的量子点玻璃凯特(glasskette)，其全文通过引用结合入本文。图24是本文主题的一些实施方式。参见图24，显示具有不含镉的量子点的激光焊接的密封全玻璃封装。右图中的UV照射显示当用365nm光激发时的示例性量子点封装的典型绿光输出。这些示例性封装对于热循环是牢靠的，这是由于与本文所述焊接相关的高的拉伸粘结强度所导致的。对于与高强度操作相关的高温循环，此类装置还具有来自含量子点的激光焊接玻璃封装的高光稳定性。

在另一个非限制性应用中，激光焊接可以与酸蚀刻玻璃封装联用或者可以用于隔绝结构。例如并参见图25，可以通过如下方式形成示例性的真空隔绝玻璃窗或窗户250：(A)使3D特征的基材与间隔物(底部基材251)和UVA涂覆的覆盖玻璃(顶部基材252)接触，然后(B)在真空环境中，使UVA涂覆的玻璃片252与3D形式的玻璃基材251进行激光焊接，得到(C)真空隔绝玻璃窗或窗户250。图(C)中的横截面图显示了支撑间隔物的作用。这些间隔物可以是常规的拾放间隔物或者可以是共同待审的申请14/221,851(其全文通过引用结合入本文)中所述的激光诱发的凸起物。图26显示采用激光焊接方法制造真空隔绝玻璃结构的其他实施方式。参见图26，大的整体式玻璃基材有时可能需要以模块化方式与子结构进行焊接的方法。例如，在图26的左栏中，薄的玻璃垫片可以在两侧涂覆吸收膜，然后切割成垫片。然后可以以会支撑真空的方式沿着基材的周界对它们进行激光焊接。在一些实施方式中，可以形成激光诱发的凸起物以产生间隔物，所述间隔物抑制了由于真空结构上的外部压缩所导致的潜在坍塌。然后可以将盖板激光焊接到凸起物。参见图26的中栏，可以将具有吸收元素的薄膜切割成垫片，并以会支撑真空的方式沿着基材的周界进行激光焊接。然后可以形成激光诱发的凸起物以产生间隔物，所述间隔物抑制了由于真空结构上的外部压缩所导致的潜在坍塌，继而然后可以将盖板与凸起物焊接。参见图26的右栏，示例性钠钙玻璃基材可以用喷溅和RIE图案化吸收膜进行掩蔽，该膜酸蚀刻至所需图案和深度。然后可以将盖板激光焊接到经蚀刻的图案。当然，这些方法仅仅是示例性的，且不应限制本文所附权利要求的范围。

在另一个非限制性应用中，可以在三维(3D)成形工艺和3D基材中使用激光焊接工艺。例如，可以将具有3D特征的基材激光焊接到第二基材(平面或者也是3D的)。图27显示采用激光焊接的一些示例性非限制性3D形式的玻璃基材。图28、29、30和31也显示采用替代性3D形式基材的其他实施方式。例如，图28所示提供了玻璃条281，其可以被激光焊接到相邻基材280用于(未示出)装置的边缘保护；图29显示玻璃壁285或周界，其可以被激光焊接到相邻基材280；图30显示其中具有特征302的多层结构300，任意数量的层301a-e构造成焊接以产生复杂装置；以及图31显示通过将三种形式的部件(例如，片材280、金字塔286和圆柱体287)焊接到一起产生的复杂、不可模制且非平面形状。因而，激光焊接方法可用于高效地将壁添加到基底结构，以产生无法通过弯垂形成的深纵深结构；可通过对片材进行堆叠和焊接加工，用于产生复杂层-层结构；可通过将多个弯垂和/或按压玻璃组件焊接到一起用于产生复杂结构；以及可以消除用于边缘保护的昂贵研磨和/或抛光的需求。

虽然描述了一些实施方式采用低熔融玻璃或无机膜，但是所附权利要求不应受到限制，因为本文的实施方式可以使用位于两块基材之间的UV吸收膜、IRA膜和/或其他无机膜。如上文所注意到的，在一些实施方式中，在示例性基材玻璃中形成色中心不是必需的，并且其是膜的UV吸收的函数，例如小于约20％。在其他实施方式中，其符合如下情况：如果膜的UV吸收大于约20％，则替代基材，例如石英以及低CTE基材等可以容易地形成焊接。此外，当使用高CTE基材时，采用示例性高重复频率激光(例如，大于约300kHz至约5MHz)和/或低峰值功率，可以容易地对这些基材进行焊接。此外，在膜的吸收是起作用的因素的实施方式中，可以采用示例性IR激光系统焊接IR吸收(可见光透明膜)。

在本文的各个实施方式中，玻璃密封材料和所得到的层可以是透明和/或半透明的、薄、不可透过的、“生坯的”，并且构造成在低温下形成密封，具有足够的密封强度来容纳密封材料和相邻基材之间的CTE差异。在一些实施方式中，密封层可以不含填料和/或粘合剂。用于形成密封层的无机材料可以不是基于玻璃料的或者在一些实施方式中可以是由研磨的玻璃形成的粉末(例如，UVA、LMG等)。在其他实施方式中，密封层材料是低Tg玻璃，其在预定的波长具有很大的光吸收横截面，所述预定的波长与密封工艺使用的激光的工作波长相匹配或基本匹配。在其他实施方式中，在室温下，被低Tg玻璃层吸收的激光加工波长至少为15％。

通常，合适的密封剂材料包括低Tg玻璃和铜或锡的合适的反应性氧化物。玻璃密封材料可由低Tg材料形成，例如磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、亚碲酸盐玻璃和硫属化物玻璃形成。如本文所定义，低Tg玻璃材料的玻璃转化温度小于400℃，例如小于350、300、250或200℃。示例性的硼酸盐和磷酸盐玻璃包括磷酸锡、氟磷酸锡和氟硼酸锡。喷溅靶可包括此类玻璃材料，或其前体。示例性的铜和锡的氧化物是CuO和SnO，它们可由包含这些材料的压制粉末的喷溅靶形成。任选地，玻璃密封组合物可包括一种或多种掺杂剂，包括但不限于，钨、铈和铌。如果含有的话，此类掺杂剂可以影响，例如，玻璃层的光学性质，并可用于控制玻璃层的激光辐射的吸收。例如，用二氧化铈掺杂可以增加低Tg玻璃阻隔在激光加工波长处的吸收。其他合适的密封剂材料包括液相线温度小于或等于约1000℃、小于或等于约600℃或者小于或等于约400℃的激光吸收低液相线温度(LLT)材料。在其他实施方式中，可以对无机膜的组成进行选择，从而降低诱发第一基材和/或第二基材的蠕动流的活化能，如上文所述。

示例性氟磷酸锡玻璃组成可以用对应的三元相图中的SnO、SnF和P₂O₅的各组成表述。合适的UVA玻璃膜可以包括SnO₂、ZnO、TiO₂、ITO以及其他低熔融玻璃组合物。合适的氟磷酸锡玻璃包含20-100摩尔％的SnO、0-50摩尔％的SnF₂和0-30摩尔％的P₂O₅。这些氟磷酸锡玻璃组合物可任选地包含0-10摩尔％的WO₃、0-10摩尔％的CeO₂和/或0-5摩尔％的Nb₂O₅。例如，适合形成玻璃密封层的掺杂的氟磷酸锡起始材料的组成包含35-50摩尔％的SnO、30-40摩尔％的SnF₂、15-25摩尔％的P₂O₅以及1.5-3摩尔％的掺杂剂氧化物，例如WO₃、CeO₂和/或Nb₂O₅。根据一个具体实施方式的氟磷酸锡玻璃组合物可以是铌掺杂的锡氧化物/氟磷酸锡/五氧化二磷玻璃，包含约38.7摩尔％的SnO、39.6摩尔％的SnF₂、19.9摩尔％的P₂O₅以及1.8摩尔％的Nb₂O₅。以原子摩尔百分比表示，可用于形成此类玻璃层的喷溅靶可包含23.04％的Sn、15.36％的F、12.16％的P、48.38％的O以及1.06％的Nb。

根据另一个实施方式的磷酸锡玻璃组合物包含约27％的Sn、13％的P和60％的O，其可源自如下喷溅靶，所述喷溅靶以原子摩尔百分比计，包含约27％的Sn、13％的P和60％的O。应理解的是，本文所揭示的各种玻璃组合物可涉及沉积层的组成或源喷溅靶的组成。如同氟磷酸锡玻璃组合物，示例性的氟硼酸锡玻璃组合物可以以SnO、SnF₂和B₂O₃的组成的各自的三元相图表述。合适的氟硼酸锡玻璃组合物包含20-100摩尔％的SnO、0-50摩尔％的SnF₂和0-30摩尔％的B₂O₃。这些氟硼酸锡玻璃组合物可任选地包含0-10摩尔％的WO₃、0-10摩尔％的CeO₂和/或0-5摩尔％的Nb₂O₅。合适的低Tg玻璃组合物的额外方面以及用于从这些材料形成玻璃密封层的方法见共同转让的美国专利第5,089,446号以及美国专利申请系列第11/207,691号、第11/544,262号、第11/820,855号、第12/072,784号、第12/362,063号、第12/763,541号、第12/879,578号和第13/841,391号所述，其全文通过引用结合入本文。例如，其他合适的组合物也可以包括硅铝酸盐、硼硅酸盐、硼铝硅酸盐、硼酸盐(例如硼酸铋锌和硼酸钒)和磷酸盐(例如磷酸锌锡、磷酸钒等)。其他合适的低熔融玻璃组合物还可包括：B₂O₃-硅酸盐、Bi₄O₃-B₂O₃-ZnO±(BaO、MgO、CuO、MnO₂、Fe₂O₃)、B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂±(CuO、Fe₂O₃、V₂O₅、TiO₂、Li₂O、Na₂O、ZnO)、ZnO-SnO₂-P₂O₅±(WO₃、MoO₃、Bi₂O₃)、V₂O₅-Sb₂O₃-磷酸盐、V₂O₅-ZnO-Fe₂O₃-磷酸盐、CuO、ZnO硼硅酸盐和V₂O₅-硼酸盐等。可以由任意合适方法形成或沉积合适的膜，包括非真空技术、丝网印刷、手术刀涂覆、喷涂、喷墨印刷等。例如，合适的丝网印刷方法可以使用超低熔融温度玻璃玻璃料，其是以如下方式制备的：异丙醇浆料通过2.5平方英寸基材上的丝网，所述丝网容易地接纳平均为1微米玻璃料粒度。在空气干燥之后，可以使用示例性激光焊接工艺。

示例性基材(玻璃或者其他等)可以具有任意合适尺寸。基材可以具有面积的(长和宽)尺寸，其独立地是1cm至5m(例如，0.1、1、2、3、4或5m)和厚度尺寸，其可以是约为0.5-2mm(例如，0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5或2mm)。在其他实施方式中，基材厚度可以约为0.05-0.5mm(例如，0.05、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5mm)。在其他实施方式中，玻璃基材厚度可以约为2-10mm(例如，2、3、4、5、6、7、8、9或10mm)。示例性玻璃密封层的总厚度可以约为100nm至10微米。在各个实施方式中，层厚度可以小于10微米，例如小于10、5、2、1、0.5或0.2微米。示例性玻璃密封层厚度包括0.1、0.2、0.5、1、2、5或10微米。密封区域的宽度可以与激光光斑尺寸成比例，所述密封区域的宽度可以约为0.05-2mm，例如0.05、0.1、0.2、0.5、1、1.5或2mm。激光的移动速率(即，密封速率)可以约为1-1000mm/s，例如1、2、5、10、20、50、100、200、400或1000mm/s。激光光斑尺寸(直径)可以约为0.02-1mm。但是，应注意的是，合适的激光焊接不限于线性焊接；例如，本文所述的实施方式可以用于将基材点焊接到一起。

因此，已经发现，在本文的实施方式中，当局部玻璃温度超过其应变温度或退火温度时(例如，对于EXG分别为669℃和772℃)，会在一定的空间程度(例如“焊接体积”)内形成合适的激光焊接玻璃基材界面。该体积会取决于入射激光功率、UVA或LMG熔体的组成以及(作为相应基材中的杂质的结果的)色中心形成。一旦获得之后，该体积会扫过界面区域，导致两块基材(玻璃或者其他等)之间的快速且牢固密封。可以获得超过5-1000mm/s的密封速度。当其扫过感兴趣的基材区域时，示例性激光焊接会经受从与熔体体积相关的高温到相对冷的室温的陡变区。可以通过热基础玻璃色中心(松弛)区域的缓慢冷却(自退火)以及UVA或LMG或NIR薄膜区域的厚度(通常1/2-1μm)，从而使得两块相应基材(玻璃或者其他等)之间的CTE失配的任意影响无效化，来维持密封的完整性及其各自的强度。

根据一些实施方式，密封层材料的选择以及用于在玻璃基材上形成密封层的加工条件是足够灵活的，基材不会受到形成玻璃层的负面影响。低熔融温度玻璃可用于密封或粘结不同类型的基材。可密封和/或可粘结基材包括玻璃、玻璃-玻璃层叠、玻璃-聚合物层叠，玻璃-陶瓷或者陶瓷，包括氮化镓、石英、二氧化硅、氟化钙、氟化镁、尖晶石或者蓝宝石基材。额外的基材可以是金属基材，包括钨、钼、铜或者其他类型的合适金属基材，但不限于此。在一些实施方式中，一种基材可以是含磷光体玻璃板，其可用于例如组装发光器件。例如，包含金属硫化物、金属硅酸盐、金属铝酸盐或其他合适的磷光体的含磷光体玻璃板可以用作LED白灯中的波长转换板。白色LED灯通常包括蓝色LED片，其是采用第III族基于氮化物化合物半导体形成的，用于发射蓝光。白色LED灯可用于发光系统，或者例如作为液晶显示器的背光。本文所揭示的低熔融温度玻璃和相关密封方法可用于密封或封装LED片。

得益于基材在主流激光照射条件和所得到的温度增加下形成色中心的能力所导致的基础基材(玻璃或者其他等)的性质，使得根据本文的实施方式的示例性工艺是可能的。在一些实施方式中，如果希望透明密封的话，色中心的形成可以是可逆的。如果基材具有不同厚度，则在一些实施方式中可以使用导热基材以恢复焊接完整性。

因此，示例性实施方式可以采用低熔融温度材料，通过低激光脉冲峰值功率将玻璃或其他材料基材激光焊接到一起，使得冲击波的产生最小化，并且确保没有出现会有损拉伸破裂强度的微裂纹。示例性实施方式还可提供扩散焊接，而无需熔体洼传播，实现了充分的较低温度密封工艺。由于膜区域的薄度，本文的实施方式可以使得两块相应基材之间的CTE失配的任意影响无效化，并且可用于提供相似或不同尺寸基材的焊接。此外，在本文的实施方式中，无需玻璃料或染色剂材料的情况下所要求的膜的图案化，因而制造商不需要暴露他们的私有设计。

本文还指导了如何将低熔融温度材料用于将玻璃封装激光焊接在一起，从而实现了对于氧和水分的侵袭发生降解是敏感的无源器件和有源器件的长期密封操作。如上文所述，本文所述的示例性实施方式提供了UVA、LMG或其他密封，其可以在采用激光吸收对粘结表面进行组装之后进行热活化，并且可享有较高的制造效率，因为每个工作装置的密封速率受到热活化和粘结形成所确定而不是在真空或惰性气体组装线中的在线薄膜沉积对器件进行包封的速率所决定。这可以实现大片多器件的密封，之后划线成单个器件(单片)，并且得益于高的机械完整度，单片的产率会是高的。

本文的实施方式还提供了激光密封工艺，例如激光焊接、扩散焊接等，其依赖于玻璃基材中色中心的形成，这是由于在入射激光波长处，结合示例性激光吸收膜的外部色中心(例如杂质或掺杂剂)或者玻璃固有的内部色中心所导致的。膜的一些非限制性例子包括SnO₂、ZnO、TiO₂、ITO以及可以用于玻璃基材的界面处的低熔融玻璃膜。采用这些材料的焊接可以提供具有足够UV吸收的可见光透射，从而引发稳定状态的温和扩散焊接。这些材料还可提供具有适用于扩散焊接的局部密封温度的透明激光焊接。此类扩散焊接产生相应玻璃基材的低功率与温度的激光焊接，并且可产生具有有效且快速焊接速度的优异透明焊接。根据本文的实施方式的示例性激光焊接工艺还可依赖于超越色中心的形成的光诱发的吸收性质，从而包含温度诱发的吸收。

采用所揭示的材料和方法的工件的密封包封可有助于装置的长期有效运行，否则的话对于氧和/或水分侵袭的劣化是敏感的。示例性工件、器件或应用包括挠性、刚性或者半刚性有机LED、OLED发光装置、OLED电视、光伏装置、MEM显示器、电致变色窗、荧光团、碱金属电极、透明导电氧化物、量子点等。

如本文所用，密封层是被认为是这样的一种层，出于实际目的，它基本不透气并且基本不透水分和/或氧气。举例来说，密封可配置成将氧流逸(扩散)限制到小于约10^-2cm³/m²/天(例如，小于约10^-3cm³/m²/天)，并且将水分流逸(扩散)限制到约10^-2g/m²/天(例如，小于约10^-3g/m²/天、10^-4g/m²/天、10^-5g/m²/天或者10^-6g/m²/天)。在一些实施方式中，密封基本抑制空气和水与受保护工件发生接触。

在一些实施方式中，一种粘结两个基材的方法包括在第一基材的密封表面上形成第一玻璃层，在第二基材的密封表面上形成第二玻璃层，放置使得至少一部分的第一玻璃层与至少一部分的第二玻璃层物理接触，以及对玻璃层进行加热，以局部熔化玻璃层和密封表面，从而在第一和第二基材之间形成玻璃-玻璃焊接。在本文所揭示的每种密封构建中，可以通过如下方式完成使用低熔融温度玻璃层进行密封：对玻璃层以及位于靠近密封界面的玻璃基材材料都进行局部加热、熔化然后冷却。

因此，本文实施方式的一个方面是将与激光焊接相关的易于形成的密封和与形成有源OLED或其他器件的密封封装相结合，以实现它们的广泛制造。该制造会要求在界面传导膜上进行焊接。不同于本文所揭示的方法，激光密封的常规方法会切断此类界面传导线，特别是如果界面温度变得过高或者导线材料与激光辐射存在有害相互作用时，会切断它们。但是，本文的实施方式采用界面低熔融温度玻璃材料膜，提供了一种实现公开的对于密封器件操作需要电偏压的器件结构。本文主题的实施方式从而可以提供具有界面传导膜的玻璃片或其他基材的成功激光焊接，而不会对其造成破坏或性能损失。

在一些实施方式中，提供了一种设备，所述设备包括：具有第一表面的第一基材，与第一基材相邻的第二基材，以及形成在第一基材与相邻第二基材的界面之间的焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。

在其他实施方式中，提供了一种设备，所述设备包括：具有第一表面的第一基材，与第一基材相邻的第二基材，以及形成在第一基材与相邻第二基材的界面之间的焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。

在其他实施方式中，提供了一种形成真空隔热玻璃窗户的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面和第一边缘的第一玻璃基材，在第一表面上提供第一组多个间隔物，沿着第一玻璃基材的第一边缘提供第二组多个垫片，使得具有第二表面和第二边缘的第二玻璃基材与所述第一组多个间隔物和所述第二组多个垫片接触，从而第一和第二玻璃基材间隔的距离是第一和第二表面之间的第一距离，沿着第一和第二边缘将第一玻璃基材与第二玻璃基材进行激光焊接，从而在第一和第二玻璃基材之间限定了内部区域，以及在内部区域中形成小于一个大气压的真空压力。

在其他实施方式中，提供了形成经密封的装置的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面的第一基材，提供与第一基材相邻的第二基材，以及在第一基材与相邻第二基材的界面之间形成焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。在其他实施方式中，提供了形成经密封的装置的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面的第一基材，提供与第一基材相邻的第二基材，以及在第一基材与相邻第二基材的界面之间形成焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。这些实施方式还可包括形成在第一基材的第一表面上的无机膜，以及保护在第一基材和第二基材之间的器件，其中，无机膜与第二基材接触。在其他实施方式中，无机膜、第一基材和第二基材在约为420-750nm分别是可透射的。在其他实施方式中，在预定激光波长处，无机膜的吸收大于10％。无机膜的组成可选自下组：SnO₂、ZnO、TiO₂、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF₂、ZnF₂及其组合。在一些实施方式中，对无机膜的组成进行选择，从而降低诱发第一基材和/或第二基材的蠕动流的活化能。在其他实施方式中，无机膜的组成是液相线温度小于或等于约1000℃的激光吸收低液相线温度材料。在其他实施方式中，无机膜的组成包含20-100摩尔％的SnO、0-50摩尔％的SnF₂以及0-30摩尔％的P₂O₅或B₂O₃。在一些实施方式中，无机膜以及第一和第二基材在约为420-750nm具有超过80％的总体内部透射率。在其他实施方式中，第一或第二基材中的杂质选自下组：As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn，及其组合。在其他实施方式中，第一和第二基材可具有不同横向尺寸、不同CTE、不同厚度，或其组合。当然，第一和第二基材中的一个可以是玻璃或者玻璃-陶瓷，以及第一和第二基材中的另一个可以是玻璃-陶瓷、陶瓷或金属。在其它实施方式中，第一和/或第二基材包括碱土硼铝硅酸盐玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、热强化的玻璃、化学强化的玻璃、硼硅酸盐玻璃，及其组合。示例性器件包括：发光二极管、有机发光二极管、量子点材料、磷光体、导线、半导体芯片、ITO导线、图案化电极、连续电极，及其组合。

在其他实施方式中，提供了一种形成真空隔热玻璃窗户的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面和第一边缘的第一玻璃基材，在第一表面上提供第一组多个间隔物，沿着第一玻璃基材的第一边缘提供第二组多个垫片，使得具有第二表面和第二边缘的第二玻璃基材与所述第一组多个间隔物和所述第二组多个垫片接触，从而第一和第二玻璃基材间隔的距离是第一和第二表面之间的第一距离，沿着第一和第二边缘将第一玻璃基材与第二玻璃基材进行激光密封，从而在第一和第二玻璃基材之间限定了内部区域，以及在内部区域中形成小于一个大气压的真空压力。在一些实施方式中，提供第二组多个垫片的步骤还包括：提供第二组多个垫片，所述垫片在第一表面上和/或第二表面上具有无机膜。在其他实施方式中，提供第一组多个间隔物的步骤还包括：用聚焦激光束照射第一玻璃基材的某一位置，以及终止照射以固定间隔物，以及在不同位置重复照射步骤多次从而形成所述第一组多个间隔物。在其他实施方式中，提供第一组多个间隔物以及提供第二组多个垫片的步骤还包括：在第一玻璃基材的第一表面上沉积材料膜，以及通过掩蔽和蚀刻对沉积的膜进行图案化。

在一些实施方式中，膜的组成选自下组：SnO₂、ZnO、TiO₂、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF₂、ZnF₂及其组合。在其他实施方式中，对膜的组成进行选择，从而降低诱发第一基材和/或第二基材的蠕动流的活化能。在其他实施方式中，膜的组成是液相线温度小于或等于约1000℃的激光吸收低液相线温度材料。在其他实施方式中，无机膜的组成包含20-100摩尔％的SnO、0-50摩尔％的SnF₂以及0-30摩尔％的P₂O₅或B₂O₃。在其他实施方式中，第一或第二基材和/或垫片中的杂质选自下组：As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn，及其组合。在其他实施方式中，第一和第二基材可具有不同横向尺寸、不同CTE、不同厚度，或其组合。在其他实施方式中，第一和/或第二基材包括碱土硼铝硅酸盐玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、热强化的玻璃、化学强化的玻璃、硼硅酸盐玻璃，及其组合。在一些实施方式中，激光辐射包括约为193-420nm预定波长的UV辐射。在其他实施方式中，激光辐射包括约为780-5000nm预定波长的NIR辐射。在其他实施方式中，激光密封的步骤可产生焊接，所述焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是第一表面处存在的应力。在其他实施方式中，激光密封的步骤可产生焊接，所述焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是第一表面处存在的应力。

在其他实施方式中，提供了形成经密封的装置的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面的第一基材，提供与第一基材相邻的第二基材，以及在第一基材与相邻第二基材的界面之间形成焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。

在其他实施方式中，提供了形成经密封的装置的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一表面的第一基材，提供与第一基材相邻的第二基材，以及在第一基材与相邻第二基材的界面之间形成焊接。焊接可表征为(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，其中，σ_{拉伸应力位置}是第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是界面处存在的应力。

虽然本文可包含许多具体情况，但是它们不应该理解为对其范围的限制，而是对于具体的特定实施方式的特征的描述。在本说明书的单独的实施方式中描述的某些特征也可以组合起来在单个实施方式中实现。反之，在单一实施方式的内容中描述的各种特征也可以在多个实施方式中独立地或者以任何适当次级组合的形式实现。而且，虽然上述特征被描述成以某些组合的形式起作用，而且甚至最初也是这样要求权利的，但所要求权利的组合中的一种或多种特征在一些情况下可以从该组合中去除，所要求权利的组合可以针对次级组合或者次级组合的变化。

类似地，虽然在图中或附图中以特定的顺序来描述操作，但是这不应理解为要求此类操作以所示特定顺序或者连续顺序进行，或者进行所有所示的操作，以实现所需的结果。在某些情况下，多任务化和平行操作可能是有利的。

如本文所示的各种构造和实施方式所示，描述了激光焊接玻璃封装及其制造方法的各种实施方式。

虽然已经描述了本文的优选实施方式，但是应理解的是，所述的实施方式仅仅是示意性的，本发明的范围仅由所附权利要求书以及在阅读本发明的基础上本领域技术人员自然获得的等价形式、许多变形和改进的全部范围所限定。

Claims (34)

1.一种设备，其包括：

具有第一表面的第一基材；

与所述第一基材相邻的第二基材；以及

形成在所述第一基材和相邻第二基材的界面之间的焊接，

其中，所述焊接的特征在于：

(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，

其中，σ_{拉伸应力位置}是所述第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是所述界面处存在的应力。

2.一种设备，其包括：

具有第一表面的第一基材；

与所述第一基材相邻的第二基材；以及

形成在所述第一基材和相邻第二基材的界面之间的焊接，

其中，所述焊接的特征在于：

(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，

其中，σ_{拉伸应力位置}是所述第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是所述界面处存在的应力。

3.如权利要求1或2所述的设备，所述设备还包括：

形成在所述第一基材的第一表面上的无机膜；以及

所述第一基材和第二基材之间的受保护的器件，其中，所述无机膜与所述第二基材接触。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述无机膜、第一基材和第二基材在约为420-750nm分别是可透射的。

5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，在预定激光波长处，所述无机膜的吸收大于10％。

6.如权利要求3的设备，其特征在于，所述无机膜的组成选自下组：SnO₂、ZnO、TiO₂、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF₂、ZnF₂及其组合。

7.如权利要求3所述的设备，其特征在于，对所述无机膜的组成进行选择，从而降低诱发所述第一基材和/或第二基材的蠕动流的活化能。

8.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述无机膜的组成是液相线温度小于或等于约1000℃的激光吸收低液相线温度材料。

9.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述无机膜的组成包括：

20-100摩尔％的SnO；

0-50摩尔％的SnF₂；以及

0-30摩尔％的P₂O₅或B₂O₃。

10.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述无机膜以及所述第一和第二基材在约为420-750nm具有超过80％的总体内部透射率。

11.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第一或第二基材中的杂质选自下组：As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn，及其组合。

12.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第一和第二基材具有不同横向尺寸、不同CTE、不同厚度，或其组合。

13.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第一和第二基材中的一种是玻璃或玻璃-陶瓷。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述第一和第二基材中的另一种是玻璃-陶瓷、陶瓷或金属。

15.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第一和/或第二基材包括碱土硼铝硅酸盐玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、热强化的玻璃、化学强化的玻璃、硼硅酸盐玻璃，及其组合。

16.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述装置选自下组：发光二极管、有机发光二极管、量子点材料、磷光体、导线、半导体芯片、ITO导线、图案化电极、连续电极，及其组合。

17.一种形成真空隔绝玻璃窗的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有第一表面和第一边缘的第一玻璃基材；

在所述第一表面上提供第一组多个间隔物；

沿着所述第一玻璃基材的第一边缘提供第二组多个垫片；

使得具有第二表面和第二边缘的第二玻璃基材与所述第一组多个间隔物和所述第二组多个垫片接触，从而所述第一和第二玻璃基材间隔开，间距为所述第一和第二表面之间的第一距离；

沿着所述第一和第二边缘对所述第一玻璃基材与第二玻璃基材进行激光密封，从而在所述第一和第二基材之间限定内部区域；以及

在所述内部区域中形成小于一个大气压的真空压力。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，提供第二组多个垫片的步骤还包括：提供第二组多个垫片，所述垫片在第一表面上和/或第二表面上具有无机膜。

19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，提供第一组多个间隔物的步骤还包括：

用聚焦激光束在某一位置照射所述第一玻璃基材，以及终止照射以固定间隔物；以及

在不同位置重复照射步骤多次以形成所述第一组多个间隔物。

20.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，提供第一组多个间隔物和提供第二组多个垫片的步骤还包括：

在所述第一玻璃基材的第一表面上沉积材料膜；以及

通过掩蔽和蚀刻对沉积的膜进行图案化。

21.如权利要求18-20中任一项所述的方法，其特征在于，所述膜的组成选自下组：SnO₂、ZnO、TiO₂、ITO、Zn、Ti、Ce、Pb、Fe、Va、Cr、Mn、Mg、Ge、SnF₂、ZnF₂及其组合。

22.如权利要求18-20中任一项所述的方法，其特征在于，对所述膜的组成进行选择，从而降低诱发所述第一基材和/或第二基材的蠕动流的活化能。

23.如权利要求18-20中任一项所述的方法，其特征在于，所述膜的组成是液相线温度小于或等于约1000℃的激光吸收低液相线温度材料。

24.如权利要求18-20中任一项所述的方法，其特征在于，所述膜的组成包括：

20-100摩尔％的SnO；

0-50摩尔％的SnF₂；以及

0-30摩尔％的P₂O₅或B₂O₃。

25.如权利要求17-24中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一基材、所述第二基材、所述第二组多个垫片或者所述第一和第二基材以及第二组多个垫片中的每一个分别包括选自下组的杂质：As、Fe、Ga、K、Mn、Na、P、Sb、Ti、Zn、Sn，及其组合。

26.如权利要求17-25中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一和第二基材具有不同横向尺寸、不同CTE、不同厚度，或其组合。

27.如权利要求17-26中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光辐射包括约为193-420nm预定波长的UV辐射。

28.如权利要求17-26中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光辐射包括约为780-5000nm预定波长的NIR辐射。

29.如权利要求17-28中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一和/或第二基材包括碱土硼铝硅酸盐玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、热强化的玻璃、化学强化的玻璃，及其组合。

30.如权利要求17-29中任一项所述的方法，其特征在于，激光密封的步骤产生焊接，所述焊接的特征在于：

(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，

其中，σ_{拉伸应力位置}是所述第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是所述第一表面处存在的应力。

31.如权利要求17-29中任一项所述的方法，其特征在于，激光密封的步骤产生焊接，所述焊接的特征在于：

(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，

其中，σ_{拉伸应力位置}是所述第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是所述第一表面处存在的应力。

32.一种真空隔绝窗，其通过权利要求17-31中任一项所述的方法生产。

33.一种形成密封装置的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有第一表面的第一基材；

提供与所述第一基材相邻的第二基材；以及

在所述第一基材和相邻第二基材的界面之间形成焊接，

其中，所述焊接的特征在于：

(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<<1且σ_{界面激光焊接}>10MPa，

其中，σ_{拉伸应力位置}是所述第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是所述界面处存在的应力。

34.一种形成密封装置的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有第一表面的第一基材；

提供与所述第一基材相邻的第二基材；以及

在所述第一基材和相邻第二基材的界面之间形成焊接，

其中，所述焊接的特征在于：

(σ_{拉伸应力位置})/(σ_{界面激光焊接})<1且σ_{界面激光焊接}>1MPa，

其中，σ_{拉伸应力位置}是所述第一基材中存在的应力，以及σ_{界面激光焊接}是所述界面处存在的应力。