蒸气室原子钟物理封装制造技术

本发明专利技术涉及蒸气室原子钟物理封装。在一个示例中，提供了一种芯片级原子钟物理封装。该芯片级原子钟物理封装包括限定腔的主体以及安装在腔内的第一台架。激光器安装在第一台架的第一表面上。第二台架也安装在腔内。第二台架布置成使得第二台架的第一表面面向第一台架。第一光电探测器安装在第二台架的第一表面上。蒸气室安装在第二台架的第一表面上。还包括波片，其中，激光器、波片、第一光电探测器和蒸气室布置成使得来自激光器的光束能够传播穿过波片和蒸气室并且被第一光电探测器探测到。还包括盖，用于覆盖腔。

【技术实现步骤摘要】
蒸气室原子钟物理封装关于联邦政府资助的研究或开发的声明本专利技术通过由美国陆军给予的W15P7T-10-C-B025在政府支持下完成。政府在本专利技术中享有一定的权利。相关申请的交叉引用本申请要求于2011年6月13提交的美国临时申请No.61/496,517的优先权的权益，其公开内容在此通过引用并入本文中。
技术介绍
用于芯片级原子钟的物理封装可包括激光器、波片、蒸气室和光电探测器以及其它相关电子器件。这些元件可以被容纳在主体内，该主体可以被气密地密封以在主体内形成真空。
技术实现思路
在一个示例中，提供了芯片级原子钟(CSAC)物理封装。该CSAC物理封装包括限定腔的主体和安装在腔内的第一台架。激光器安装在第一台架的第一表面上。第二台架也安装在腔中。第二台架布置成使得第二台架的第一表面面向第一台架。第一光电探测器安装在第二台架的第一表面上。蒸气室安装在第二台架的第一表面上。还包括波片，其中，激光器、波片、第一光电探测器以及蒸气室布置成使得来自激光器的光束能够传播穿过波片和蒸气室并且被第一光电探测器探测到。还包括用于覆盖腔的盖。附图说明应当理解附图仅示出了示例性实施例，并因此不会被认为是对范围的限制，示例性实施例以及附加的特征和细节将通过使用附图来得到描述，附图中：图1是蒸气室原子钟物理封装的示例的截面图。图2是蒸气室原子钟物理封装的另一示例的截面图。图3是图2的蒸气室原子钟物理封装的示例下台架的底视图。图4是图2的蒸气室原子钟物理封装的示例上台架的顶视图。图5是图2的蒸气室原子钟物理封装的示例中间台架的底视图。根据惯例，所描述的各个特征并不按比例绘制，而是被绘制成强调与示例性实施例相关的特定特征。具体实施方式在以下细节描述中，附图标记被标注到附图中，附图形成本文的一部分，并且在附图中通过说明的方式示出了特定的说明性实施例。然而，应当理解的是可以采用其它实施例，并且可以进行逻辑方面的、机械方面的以及电气方面的变化。此外，在附图和说明书中提到的方法不被解释为对单独步骤所执行的顺序进行限制。因此，以下详细描述不被认为具有限制的含义。图1是用于芯片级原子钟(CSAC)物理封装100的示例物理封装的截面图。CSAC物理封装100可包括限定腔103的陶瓷主体102，腔103用于容纳CSAC物理封装100的元件。包括位于腔103中的元件的陶瓷主体102可包括陶瓷无铅芯片载体(CLCC)封装。CSAC物理封装100还可以包括无磁性的(例如陶瓷)盖104，其被构造成装到陶瓷主体102的腔103上以形成包围腔103和其中的元件的闭合封装。在一个示例中，陶瓷盖104具有基本上平坦的形状。可采用软焊密封106将盖104密封于主体102。在一个示例中，盖104可以在真空中被密封于所述主体102。在一个示例中，在不使用焊剂的情况下实现了用于CSAC物理封装100(例如用于将盖104密封到主体102)的管芯附接(dieattach)和密封操作，以使得密封的封装中能够形成低气压，这能够实现更低功率的操作。该物理封装可以实现盖104到主体102的批量真空密封。CSAC物理封装100还可以包括吸气膜101，吸气膜101涂覆陶瓷盖104的大部分内表面。在一个示例中，陶瓷主体102的一侧(例如顶侧)开放，使得主体102限定腔103。盖104可覆盖主体102的开放侧从而封闭腔103。在一个示例中，当从开放侧(例如顶侧)看时，腔103具有大体呈五边形截面的形状。在另一示例中，当从开放侧(例如顶侧)看时，腔103具有大体圆形的截面。在任何情况下，腔103可包括基面105以及一个或多个内侧面107。一个或多个侧面107可具有限定于其中的一个或多个台阶109，其用来例如支撑位于主体102的腔中的结构。CSAC物理封装100可包括一个或多个台架108、112，用于支撑诸如激光器110、波片111、蒸气室114以及光电探测器116的元件。在一个示例中，台架108、112可包括悬挂在框架中的隔膜。台架108、112还可以包括附接到隔膜的加强构件以为隔膜提供附加结构。为了制造尺寸可被用于CSAC物理封装100中的台架108、112，可以采用半导体制造工艺来制造台架108、112。因此，框架和加强构件可由硅构成，并且隔膜可由聚酰亚胺构成。聚酰亚胺能够使加强构件和台架108、112上的元件与框架和主体102热隔离。CSAC物理封装100包括安装在腔103中的下台架108和上台架112。在一个示例中，下台架108和上台架112可布置成相互平行并且平行于腔103的基面105。在该示例中，下台架108通过无焊剂管芯附接而附接到腔103的基面105。在一个示例中，无焊剂管芯附接可以是多个金(Au)钉头凸点(studbump)。下台架108可充当用于加热器、激光器110以及波片111的支撑结构。经由到主体102的腔103的内侧面107的下台阶109上的焊盘的导线连接(wirebond)，下台架108及其上的元件(例如激光器110、波片111)可以电耦合至主体102上的引脚。下台架108可包括与基面105相对的第一侧113以及与第一侧113相反且面向盖104和上台架112的第二侧115。在一个示例中，框架119和加强构件123位于第一侧113上。加强构件123可限定多个孔以减小其质量。在一个示例中，激光器110和波片111被安装到第二侧115。而且，波片111可布置成高出激光器110使得激光器110的光束传播穿过波片111。在一个示例中，可利用例如芯片倒装将激光器110软焊连接到第二侧115。此外，多个焊球117可被附接至第二侧115。多个焊球117可布置在激光器110周围并在第二侧115上突出一高度，该高度高于激光器110使得波片111可以被软焊到多个焊球117且布置成高出激光器110。在一个示例中，可以使用被调整到产生理想尺寸焊球的喷射工艺来形成多个焊球117。在一个示例中，焊球117可以由具有高温熔点的焊料形成，使得一旦焊球117形成在台架108上，则焊球117在CSAC物理封装100的进一步制造过程中大致保持它们的结构。在一个示例中，相比焊球117的第二部分，位于第二侧115上的焊球117的第一部分具有在第二侧115之上的更低高度。此外，焊球117的第一部分可布置成绕波片111的第一边缘附接，并且焊球117的第二部分可布置成绕波片111的第二边缘附接。焊球117的第一部分和第二部分的高度差可使得波片111相对于第二侧115以一角度布置。以一角度定向波片111可以引导波片111的激光反射远离激光器110。在一个示例中，激光器110可以是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。在一个示例中，波片111可以是四分之一波片。在一个示例中，上台架112可充当用于碱蒸气室114和光电探测器116的支撑结构。上台架112可被支撑在陶瓷主体102的腔103的内侧面107的上台阶109(例如，上部搁台)上。而且，通过在腔103侧面107中形成台阶109，主体102可以被用来至少部分地隔开上台架112和下台架108。在一个示例中，上台架112可以附接到一个或多个间隔器118(例如，支柱结构、垫圈)，间隔器118从腔103的上台阶109向上延伸以进一步隔开上台架112和下台架108。在一个示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片级原子钟物理封装，包括：限定腔的主体；安装在所述腔中的第一台架，所述第一台架具有第一表面和第二表面；安装在所述第一台架的第一表面上的激光器；安装在所述腔中的第二台架，所述第二台架具有第一表面和第二表面，所述第二台架布置成使得所述第二台架的第一表面面向所述第一台架的第一表面；安装在所述第二台架的第一表面上的第一光电探测器；安装在所述第二台架的第一表面上的蒸气室；波片，其中，所述激光器、波片、第一光电探测器以及蒸气室布置成使得来自激光器的光束能够传播穿过所述波片和所述蒸气室并且被所述第一光电探测器探测到；以及覆盖所述腔的盖。

【技术特征摘要】
2011.06.13 US 61/496517;2011.12.15 US 13/3274171.一种芯片级原子钟物理封装，包括：限定腔的主体；安装在所述腔中的、由硅构成的第一台架，所述第一台架具有第一表面和第二表面；安装在所述第一台架的第一表面上的激光器；安装在所述腔中的第二台架，所述第二台架具有第一表面和第二表面，所述第二台架布置成使得所述第二台架的第一表面面向所述第一台架的第一表面；安装在所述第二台架的第一表面上的第一光电探测器；安装在所述第二台架的第一表面上的蒸气室；波片，其中，所述激光器、波片、第一光电探测器以及蒸气室布置成使得来自激光器的光束能够传播穿过所述波片和所述蒸气室并且被所述第一光电探测器探测到；覆盖所述腔的盖；一个或多个间隔器；以及在所述一个或多个间隔器附近的磁线圈。2.一种制造芯片级原子钟物理封装的方法，所述方法包括：形成限定腔的主体，其中，所述腔限定至少一个台阶；由硅制造第一台架；将激光器附接到所述第一台架的第一表面；在所述腔中将所述第一台架附接到所述主体；形成具有第一安装表面和第二安装表面的支撑结构，其中，形成所述支撑结构包括在所述支撑结构附近形成磁线圈；制造第二台架；将光电探测器附接到所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·里德利，R·坎普顿，M·K·萨利特，J·克里斯，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：