用于紧凑型原子装置的集成场线圈制造方法及图纸

一种磁场线圈组件，包括：多个堆叠的电介质层，多个堆叠的电介质层之中的每个具有在该层的第一侧上的部分环路导电线路、通孔互连和蒸汽室接纳孔，该通孔互连与部分环路导电线路连通，并且从该层的第一侧延伸到该层的与第一侧相对的一侧；和蒸汽室，该蒸汽室轴向延伸穿过多个蒸汽室接纳孔，使得多个部分环路导电线路串联地电连接，以形成布置在蒸汽室周围的连续线圈，该线圈在施加电流时将产生磁场。

【技术实现步骤摘要】
用于紧凑型原子装置的集成场线圈
本专利技术的领域涉及用于原子装置的物理封装，且更具体地，涉及与原子钟一起使用的场线圈。
技术介绍
诸如芯片级原子钟(“CSAC”)的芯片级原子装置可以涉及在通常包含碱性物质和缓冲气体的蒸汽室中对原子态的解调(interrogation)。这些装置的物理封装通常使用多个部件子系统的组件来构成：光源，通常是垂直腔面发射激光器(“VCSEL”)；调节光学器件；蒸汽室(vaporcell)；和光电探测器。这些部件必须保持在给定位置，以保持光学解调的再现性。VCSEL和蒸汽室必须热偏置，以稳定温度并允许控制一系列外部环境条件，并且该组件必须允许VCSEL、蒸汽室和光电探测器模块的电互连。通常必须施加受控磁场，以在碱蒸汽中产生必要的原子态。这些限制会使装配变得困难，常常妨碍使用自动装配技术，并增加装配和封装成本。存在简化装配方法和降低封装成本(包括将场线圈装配在蒸汽室周围的方法)的需求。
技术实现思路
一种磁场线圈组件包括：多个堆叠的电介质层，多个堆叠的电介质层之中的每个具有在该层的第一侧上的部分环路导电线路、通孔互连(viainterconnect)和蒸汽室接纳孔，该通孔互连与部分环路导电线路连通，并且从该层的第一侧延伸到该层的与第一侧相对的一侧。磁场线圈组件还可以包括蒸汽室，该蒸汽室轴向延伸穿过多个蒸汽室接纳孔，使得多个部分环路导电线路串联地电连接，以形成布置在蒸汽室周围的连续线圈，该线圈在施加电流时将产生磁场。在一个实施例中，一种磁场线圈组件可以包括：电介质衬底，其具有蒸汽室中心孔；嵌入该衬底中的多个部分环路导电线路，该多个平面部分环路导电线路之中的每个都围绕该蒸汽室中心孔的周边延伸；相应的多个通孔互连，相应的多个通孔互连布置成与多个平面部分环路导电线路正交，该相应的多个通孔互连使多个平面部分环路导电线路串联地电连接，使得多个平面部分环路导电线路在蒸汽室中心孔周围形成连续的导电环路；和蒸汽室，其布置在蒸汽室中心孔中，使得多个平面部分环路导电线路和相应的多个通孔互连在蒸汽室周围形成磁场线圈。一种磁场线圈组件还可以包括：具有蒸汽室中心孔的电介质衬底、嵌入该衬底中的线圈(该线圈围绕蒸汽室中心孔的周边延伸)和蒸汽室，该蒸汽室布置在蒸汽室中心孔中，使得线圈在蒸汽室周围构形成磁场线圈，该磁场线圈在施加电流时能够产生磁场。附图说明附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。在全部不同的视图中，相似的附图标记表示相应的部分。图1是具有蒸汽室、光电探测器和VCSEL激光源的原子钟物理封装的一个实施例的分解透视图，该蒸汽室、光电探测器和VCSEL激光源可以以可拆卸的方式插入密封的开槽容器中；图2和图3是图1的原子钟物理封装组件的分解透视图，该组件对齐，用以以可滑动的方式联接在具有内部电触点的开槽容器和开槽盖内；图4和图5是具有蒸汽室、光电探测器和VCSEL激光源的原子钟物理封装的另一实施例的分解正视透视图，该蒸汽室、光电探测器和VCSEL激光源可以以可拆卸的方式插入具有内部电触点的密封的开槽容器中；图6是完全装配好的开槽容器组件的透视图；图7和图8是图4和图5的正视透视图中首次示出的开槽容器、基壁和焊盘衬底(padsubstrate)的分解后视透视图；图9是图7和图8所示的装配好的部件的透视图；图10和图11是原子钟物理封装的分解侧视透视图，该原子钟物理封装具有在联接于第一和第二蒸汽室载体之间的蒸汽室的周围延伸的磁场线圈，第一和第二蒸汽室载体以可滑动的方式安置入密封的开槽容器中；图12是图10和图11所示的装配好的部件的透视图；图13和图14分别是嵌入多层电介质中的多个部分环路导电线路(partial-loopconductivetraces)的一个实施例的分解透视图和装配透视图，该多个部分环路导电线路共同构成单片线圈(monolithiccoil)结构；图15和图16示出了可以用于支承蒸汽室并使蒸汽室与原子钟物理封装结构的其余部分热隔离的前、后悬架结构；和图17、图18和图19分别是具有以应用于吸气剂涂层的线性通道形式的表面拓扑结构的容器盖的顶视平面图、侧视剖视图和透视图。具体实施方式公开了一种用于为芯片级原子装置提供组合式机械框架、电气布线和嵌入式磁场线圈的系统，以减少零件数量、便于装配和提高最终装配部件的一致性。该系统设置成使用多个堆叠的电介质层，多个堆叠的电介质层之中的每个都具有：部分环路导电线路，其在该层的第一侧上；通孔互连，其与部分环路导电线路连通，并且从该层的第一侧延伸到该层的与第一侧相对的一侧；和蒸汽室接纳孔。蒸汽室由此可以轴向延伸穿过多个蒸汽室接纳孔。多个部分环路导电线路可以串联地电连接，以形成布置在蒸汽室周围的连续线圈，该线圈在施加电流时将产生磁场。图1是具有蒸汽室、光电探测器和VCSEL激光源的原子钟物理封装的一个实施例的分解透视图，该蒸汽室、光电探测器和VCSEL在单独装配和独立测试之后可以以可拆卸的方式插入密封的开槽容器中，而盖具有内部电触点，以与内部的蒸汽室、光电探测器和VCSEL激光源交换信号。具有解调室102的蒸汽室衬底100(统称为“蒸汽室”104)可以在解调室的相对的两侧上通过第一和第二玻璃窗(106、108)密封。蒸汽室104和玻璃窗(106、108)可以悬置在每个都是三维刚性框架的第一和第二蒸汽室载体(110、112)之间。每个蒸汽室载体(110、112)可以具有由低热导率材料制成的相应的悬架结构(114、116)，例如由加利福尼亚州Torrence的DuPontUSA提供的KaptonTM聚酰亚胺膜或CirlexTM聚酰亚胺层压板(“悬架结构”)。悬架结构(114、116)可以附装到框架，并且延伸入框架的中心区域中，用以悬置蒸汽室和使蒸汽室与两个蒸汽室载体(110、112)的其余部分热隔离。VCSEL118可以通过VCSEL衬底122联接到VCSEL衬底载体120。VCSEL衬底载体120可以形成为三维刚性框架。中性密度(ND)滤光器124也可以联接到VCSEL载体120，并且就位成接收VCSEL118发出的光。优选地由线性偏振器和四分之一波片组成的波片偏振器126也可以联接到VCSEL载体120，并且就位成接收由VCSEL118发出的光(未示出)。VCSEL118、中性密度滤光器124、波片偏振器126对齐，使得VCSEL118发出的光穿过各元件(124、126)，以解调蒸汽室104。安置在光电探测器载体130上的光电探测器128就位成在光从VCSEL118发出并传输穿过蒸汽室100时接收VCSEL光。图2和图3是图1的原子钟物理封装组件的分解透视图，该组件对齐，用以以可滑动的方式联接在开槽容器和开槽盖内。VCSEL载体120、蒸汽室载体(110、112)和光电探测器载体130可以具有相应的电载体触点(200、202、204、206)，用以将信号和电能传送到它们各自的联接部件(118(见图1)、104、128)。首先转向载体盖208，载体盖208可以具有VCSEL载体盖狭槽210、第一和第二蒸汽室载体盖狭槽(212、214)以及光电探测器载体盖狭槽216，用以接纳各载体(110、112、120、130)的相应的顶部部分，如下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁场线圈组件，包括：多个堆叠的电介质层，多个堆叠的电介质层之中的每个具有：在该层的第一侧上的部分环路导电线路；和蒸汽室接纳孔；和轴向延伸穿过多个蒸汽室接纳孔的蒸汽室；其中，多个部分环路导电线路串联地电连接，以形成布置在蒸汽室周围的连续线圈，连续线圈将在施加电流时产生磁场。

【技术特征摘要】
2017.04.28 US 15/582,3931.一种磁场线圈组件，包括：多个堆叠的电介质层，多个堆叠的电介质层之中的每个具有：在该层的第一侧上的部分环路导电线路；和蒸汽室接纳孔；和轴向延伸穿过多个蒸汽室接纳孔的蒸汽室；其中，多个部分环路导电线路串联地电连接，以形成布置在蒸汽室周围的连续线圈，连续线圈将在施加电流时产生磁场。2.根据权利要求1所述的组件，多个堆叠的电介质层之中的每个还包括：通孔互连，其与部分环路导电线路连通，并且从该层的第一侧延伸到该层的与第一侧相对的一侧。3.根据权利要求2所述的组件，其中，多个通孔基本上等角度地分布在多个堆叠的电介质层的周边周围。4.根据权利要求3所述的组件，其中，部分环路导电线路之中的每个串联地电连接。5.根据权利要求1所述的组件，多个堆叠的电介质层之中的每个还包括：在堆叠的电介质层的边缘上的金属化边缘线路，边缘线路与部分环路导电线路电连通。6.根据权利要求1所述的组件，还包括：刚性顶部支承层，其布置在多个堆叠的电介质层上；刚性底部支承层，其布置在多个堆叠的电介质层的与刚性顶部支承层相对的一侧上；和底部悬架支承件，其联接在刚性底部支承层和蒸汽室之间。7.根据权利要求1所述的组件，还包括：布置在多个堆叠的电介质层的第一端上的刚性顶部支承层；和联接在刚性顶部支承层和蒸汽室之间的顶部悬架支承件。8.根据权利要求7所述的组件，其中，顶部悬架支承件是顶部支承带。9.根据权利要求6所述的组件，其中，底部悬架支承件是底部支承带。10.根据权利要求6所述的组件，还包括：布置在刚性顶部支承层上的多个蒸汽室电焊盘。11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·F·的纳塔莱，罗伯特·L·伯瑞克三世，菲利普·A·斯图塔，维克多·塔拉莎斯凯，
申请(专利权)人：泰莱达因科学与成像公司，
类型：发明
国别省市：美国,US