Laserbonden von transparenten Materialien

Für Mikrosysteme werden präzise und zuverlässige Fügeverbindungen benötigt. Die Laserbond-Technologie bietet deutliche Vorteile gegenüber konventionellen Techniken wie dem Kleben. Der Laserstrahl besitzt einen Durchmesser von nur wenigen Dutzend Mikrometern, sodass thermomechanische Spannungen auf ein Minimum reduziert werden. Weitere Vorteile sind die Festigkeit und die Möglichkeit, Freiform-Bahnen (etwa Kreise, Spiralen) zu verbinden sowie die hohe Geschwindigkeit des Laserprozesses und die Vermeidung der Kontamination oder Degradation von Klebern.

Transparente Materialien, wie Glas oder Saphir, werden häufig in der Medizintechnik (zum Beispiel Mikrofluidik) und für optische Anwendungen eingesetzt. Infolgedessen wurde eine Vielzahl relevanter Materialsysteme analysiert. Dazu wurden die Fügepartner, von denen mindestens einer für die eingesetzte Laserstrahlung transparent war, aneinander gepresst. Der Laserstrahl wurde durch den transparenten Fügepartner hindurch auf die Grenzfläche fokussiert, wo der Hauptteil der Laserstrahlenergie in Wärme umgesetzt wurde. Waren beide Fügepartner transparent, wurde eine das Laserlicht absorbierende Zwischenschicht eingesetzt. Für die Verbindung von zwei Quarzglas-Substraten kam unter anderem fresnoitisches Glas (2BaO-TiO2-2SiO2) als Glaslot zum Einsatz. Durch den Laserfügeprozess wird zusätzlich eine Kristallisation ausgelöst, die bewirkt, dass das Material im UV-Licht fluoresziert.

Derartige,  lumineszierende Fügeverbindungen sind hochinteressant im Bereich des Produktschutzes. Ein anderes Beispiel beschreibt den Einsatz ultradünner Titan-Filme als Absorbermaterial, die nach dem Fügen zweier dünner und flexibler Gläser, die eine höhere Bedeutung in der Display-Technologie haben, selbst auch transparent werden. Die Verbindung Saphir / Edelstahl wurde ebenfalls erfolgreich durchgeführt. Derartige Verbindungen finden häufig Anwendung in medizintechnologischen Vorrichtungen.