Method for laser-induced joining of a vitreous joining partner with a joining partners of another kind using ultrashort laser pulses

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This patent describes a laser-based method for joining a glass-like material to a joining partner of a different kind (e.g., metal, semiconductor, crystal, or plastic) using ultrashort laser pulses. The technique involves using focused ultrashort laser pulses to create a melt zone and a low-viscosity region near the interface of the materials, with the deliberate formation of gas bubbles. The expansion of these gas bubbles helps reduce the gap between the joining surfaces, achieving close (optical) contact and allowing the materials to adhere via van der Waals forces, resulting in strong, often crack-free welds without the need for perfectly polished surfaces.

Use CasesContent extracted from patent full text and abstract with AI.

• Creating hermetic glass-to-metal or glass-to-semiconductor seals, such as in MEMS devices or electronic packaging.
• Bonding glass components to plastics, crystals, or metals in precision optics or microfluidic devices.
• Manufacturing of sensors, lasers, or optoelectronic components requiring mixed-material joints.
• Sealing glass containers or enclosures with controlled atmospheres (e.g., vacuum, inert gas, etc.), such as for scientific or industrial instrumentation.
• Enabling new assembly methods in microsystems technology where diverse materials must be joined at micro-scale with high precision and reliability.

BenefitsContent extracted from patent full text and abstract with AI.

• Enables joining of glass to different material types (metals, semiconductors, plastics, etc.) without the need for perfect surface preparation or polishing.
• Reduces reliance on adhesives, intermediate layers, or high-temperature furnace treatments, preserving material purity and reducing contamination risks.
• Achieves strong (often crack-free) bonds through precise gap minimization, even when initial surface roughness exists.
• Allows for flexible, localized, and highly controlled joining at the micro-scale, enhancing manufacturing versatility.
• Can be performed in a variety of environments, including controlled atmospheres, allowing for encapsulation with specific gases or vacuums.
• Improves production efficiency by simplifying the joining process, reducing the number of steps, and lowering surface preparation costs.

Technical Classifications (CPCs)

Inventors & Applicants

Patent Abstract

Ein Verfahren zum laserinduzierten Fügen eines ersten, glasartigen Fügepartners mit einem zweiten Fügepartner mithilfe ultrakurzer Laserpulse, umfasst folgende Verfahrensschritte: - Positionieren der beiden Fügepartner (5, 6) mit einem Spalt (S) zwischen ihren zu fügenden Oberflächen (7, 8) in einer Fügeebene (FE), - Einstrahlen eines Bearbeitungsstrahls (2, 14) eines Ultrakurzpuls-Lasers (1, 16) in den glasartigen Fügepartner (5) mit dem Fokus (9) nahe der Fügeebene (FE) unter Bildung einer Schmelzezone (10) und einer niedrigviskosen Zone (11) im glasartigen Fügepartner (5) derart, dass die räumliche Ausdehnung der niedrigviskosen Zone (11) und die thermische Ausdehnung der Schmelzezone (10) ein Aufwölben (12) der Oberfläche (7) des glasartigen Fügepartners (5) unter Reduzierung des Spaltes (S) zum zweiten Fügepartner (8) hin auf ein Maß (S) zur Erzielung eines optischen Kontaktes der Fügepartner (5, 6) verursacht, und - Anhaften der Fügepartner (5, 6) aufgrund der im Bereich der Fügezone (13) wirkenden Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Fügepartnern (5, 6), - wobei ein fokussierter Ultrakurzpuls-Laserstrahl (2, 14) in die Schmelzezone (10) eingestrahlt wird, so dass dort zusätzlich Gasblasen (15) erzeugt werden, deren Volumenvergrößerung die Aufwölbung (12) der Oberfläche (7) des glasartigen Fügepartners (5) und die Reduzierung des Spaltes (S) zwischen den Fügepartnern (5, 6) unterstützt.