CN105312767A - 气室的密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供气室的密封方法，不给予气室主体、气室内部的气体热负荷而提高气室的密封的精度。气室的密封方法具备接合工序，在该接合工序中，利用光学元件使从激光光源照射的激光会聚于设置有将具有开口部的气室主体与堵住开口部的盖体接合的密封材料的气室主体与盖体的接合部分，而对接合部分进行加热，边使激光会聚于接合部分，边朝盖体按压气室主体的方向加压，从而将盖体与气室主体接合。

Description

气室的密封方法

技术领域

本发明涉及气室的密封方法。

背景技术

公知一种密封电子部件、半导体的封装的技术。例如，在专利文献1记载了使用光学加热机构，边使照射功率维持分布，边使玻璃部件表面产生规定的温度分布而熔融密封部件。在专利文献2中记载了一种玻璃基板的密封系统，包括：激光加工组装体，其用于将沿着配置于玻璃基板之间的多个显示器封装而配置的密封材料加热熔融来形成气密性密封部；移送组装体，其用于向配置于激光加工组装体的下方的作业台供给玻璃基板；以及缓冲组装体，其以通过移送组装体向作业台连续地供给玻璃基板的方式持有玻璃基板，作业台包括：临时位置排列机构，其在移送组装体配置玻璃基板时对玻璃基板进行一次排列；精密排列机构，其用于对玻璃基板进行二次排列；以及多个喷射口，它们向与从激光加工组装体照射的光束照射方向对置的方向喷射空气。

专利文献1：日本特开2002-137939号公报

专利文献2：日本专利第4665260号公报

然而，作为对由生物体的心脏等产生的磁场进行检测的生物磁测定装置，使用光泵浦式的磁传感器。该磁传感器使用封入有碱金属气体的气室。作为气室的密封方法，具有利用盖体密封设置于气室的孔的方法。在密封该气室的工序中，存在如下情况：在利用密封材料接合气室主体与盖体的情况下，为了接合而加热密封材料，由此导致给予气室、气室内部的气体热负荷。专利文献1以及2所记载的技术，虽然能够通过在比较大的范围内的加热进行大范围的密封，但是无法提高微小的区域的密封的精度。

发明内容

本发明的目的在于，不给予气室主体、气室内部的气体热负荷而提高气室的密封的精度。

本发明提供一种气室的密封方法，是气室的开口部的密封方法，其特征在于，采用使激光会聚的光学元件、与用于密封上述开口部的盖体，使上述激光会聚于用于将上述气室与上述盖体接合的密封材料，通过向按压上述盖体与上述气室的方向施加压力，将上述气室与上述盖体接合。根据该密封方法，不给予气室主体、气室内部的气体热负荷，而提高气室的密封的精度。

在本发明的优选的方式中，其特征在于，上述压力是通过使用上述光学元件进行加压而产生的压力。根据该密封方法，与不利用光学元件进行加压的情况相比，能够使密封气室的密封部件的结构简单。

在另一优选的方式中，其特征在于，上述加压的施力点在上述开口部的内侧。根据该密封方法，与施力点不位于开口部的内侧的情况相比，能够均衡地对盖体进行加压，密封的精度变高。

在又一优选的方式中，其特征在于，上述气室与上述盖体的接合是在真空的状态下进行。根据该密封方法，在真空的状态下进行的气室的密封的精度变高。

附图说明

图1是表示磁测定装置的构成的框图。

图2是气室阵列的外观图。

图3是气室的剖视图。

图4是表示气室的制造工序的流程图。

图5是表示第一实施方式所涉及的气室的密封方法的图。

图6是表示第二实施方式所涉及的气室的密封方法的图。

图7是表示第三实施方式所涉及的气室的密封方法的图。

图8是表示第四实施方式所涉及的气室的密封方法的图。

图9是表示变形例1所涉及的气室的密封方法的图。

图10是表示变形例2所涉及的气室的密封方法的图。

符号说明：

1...磁测定装置；10...气室阵列；11...气室；20...泵浦光照射单元；30...探测光照射单元；40...检测单元；111...主室；112...排气管；113...盖体；201...激光光源；202...透镜；203...加压用基板。

具体实施方式

1.第一实施方式

(1)构成

图1是表示一实施方式所涉及的磁测定装置1的构成的框图。磁测定装置1是将由心脏产生的磁场(心磁)或者由脑产生的磁场(脑磁)等由生物体产生的磁场作为生物体的状态的指标而进行测定的生物体状态测定装置。磁测定装置1具有气室阵列10、泵浦光照射单元20、探测光照射单元30以及检测单元40。气室阵列10具有多个气室。在气室内封入有碱金属气体(例如，铯(Cs))。泵浦光照射单元20输出与碱金属原子相互作用的泵浦光(例如，相当于铯的D1线的波长894nm的光)。泵浦光具有圆偏振光成分。若照射泵浦光，则激发碱金属原子的最外壳电子，产生自旋极化。自旋极化后的碱金属原子通过被测定物所产生的磁场B而进行进动。一个碱金属原子的自旋极化随着时间的经过而缓和，但是由于泵浦光为CW(ContinuousWave)光，因此自旋极化的形成与缓和同时平行且连续地重复。其结果为，若作为原子的集团整体来看，则形成稳定的自旋极化。

探测光照射单元30输出具有直线偏振光成分的探测光。在穿透气室的前后，探测光的偏振面因法拉第效应而旋转。偏振面的旋转角是磁场B的函数。检测单元40检测探测光的旋转角。检测单元40具有：光检测器，其输出与入射的光的光量对应的信号；处理器，其处理信号；以及存储器，其存储数据。处理器使用从光检测器输出的信号来计算磁场B的大小。处理器将表示计算出的结果的数据写入存储器。这样，用户能够得到由被测定物产生的磁场B的信息。

图2是气室阵列10的外观图。在该例子中，气室阵列10具有在xy平面上二维配置的多个(2×2个)气室11。

图3是构成气室阵列10的气室11的III-III剖视图。该剖面与xz平面平行。气室11是在内部封入有碱金属气体的长方体的室(箱)。气室11使用石英玻璃或者硼硅酸盐玻璃等具有透光性的材料而形成。气室11例如通过玻璃成型而制造。此外，气室11也可以通过玻璃加工而形成。气室11具有封入碱金属气体的主室111。主室111通过排气管112朝向外部开口。排气管112形成为管状的形状。排气管112的一端连接于真空泵(省略图示)，经由排气管112进行排气或者根据需要封入碱金属气体。

排气管112的开口部被盖体113密封。盖体113是由与气室11的主体相同的材料(例如，石英玻璃)制造。在盖体113，在与包围气室11的排气管112的开口部的位置对置的位置，涂覆密封材料。利用该密封材料将盖体113与气室主体接合，来密封气室11。盖体113的与排气管112接合的接合面优选表面粗糙的所谓梨皮面，以便提高与密封材料的接合强度。在该例子中，密封材料使用熔点比气室11的主体的材料的玻璃低的低熔点玻璃料。

(2)制造方法

图4是表示气室11的制造工序的流程图。

在步骤S10(涂敷工序)中，在气室11的内壁形成涂层。涂层例如使用石蜡。涂层通过干法或者湿法而涂覆。

在步骤S20(安瓿收纳工序)中，在气室11收纳安瓿。在安瓿的内部封入碱金属固体。

在步骤S30(密封工序)中，密封气室11。气室11的密封是在真空加热的环境下进行。

图5是表示气室11的密封方法的图。在图5所示的例子中，使用激光光源201、透镜202、加压用基板203实现气室11的密封。激光光源201照射用于加热气室11的主体与盖体113的接合部分的激光P。透镜202是对从激光光源201照射的激光P进行会聚的光学元件。在盖体113与气室11的主体的接合部分Q，在包围气室11的开口部的位置环形地涂覆密封材料204。在该例子中，密封材料204也可使用在较高的温度下进行接合的材料。在气室11的接合部分Q重叠配置盖体113。进而在盖体113的上方配置加压用基板203来作为密封材料204的加压机构。激光光源201与透镜202以激光通过透镜202会聚于接合部分Q的位置关系来设置。

加压用基板203是向盖体113按压于气室11的主体的方向加压的加压机构。在该例子中，作为加压用基板203，使用供激光穿透的透明基板。通过透镜202而会聚的激光穿透加压用基板203照射于接合部分Q。接合部分Q被所照射的激光局部地加热。边使激光会聚于接合部分Q，边利用加压用基板203向盖体113按压于气室11的主体的方向(在图5所示的例子中，为箭头A1的方向)加压。由此，密封材料204边被加热边因施加负载而被压扁，从而将盖体113与气室11的主体接合。

再次参照图4。在步骤S40(安瓿破坏工序)中，破坏安瓿。具体而言，向安瓿照射使焦点对准安瓿的激光，而在安瓿开孔。

在步骤S50(汽化工序)中，安瓿内的碱金属固体汽化。具体而言，通过加热气室11来加热碱金属固体，使之汽化。

在步骤S60(扩散工序)中，碱金属气体扩散。具体而言，通过在某一温度(优选比室温更高的温度)保持恒定时间，使碱金属气体扩散。

然而，在使用低熔点玻璃料作为将气室主体与盖体接合的密封材料的情况下，能够降低工序的温度，因此具有能够减少热量对气体、气室的影响这样的优点。然而，低熔点玻璃料通常具有耐化学性弱的趋势，存在玻璃料被气室内的还原性高的气体成分侵蚀而导致密封破坏的情况。

本申请的发明者在现有的技术中，对使用低熔点玻璃料来密封的气室密封部分的耐久性进行了调查。其结果为，在老化前毫无问题地密封，但老化后(100℃×24时间)确认从内侧的接触部变质，在常温下放置1年后，确认密封完全被破坏。

另外，即使在低熔点玻璃料之中耐化学性高的玻璃料也具有接合温度比较高的趋势。若利用加热板等工作台加热接合温度高的玻璃料，则给予气体、气室热负荷。并且，在真空中利用加热板进行加热的情况下，若不是表面负荷(surfaceload；面加重)则不传导温度，因此需要表面负荷。然而，若使用平行度高的基材即使稍微倾斜地按压微小的盖体，则施力点也从玻璃料环偏离，从而也存在出现无法实现基于玻璃料的接合的位置的情况。

与其相对地，在该实施方式中，使激光会聚，来局部地加热盖体113与气室11的主体的接合部分，并与加热并行地进行对盖体113的加压。由此，能够不影响气体、气室，进行难以破损的密封。

另外，在该实施方式中，能够局部地加热接合部分，因此能够提高密封温度，能够使用耐化学性高的密封材料。由此，能够提高密封的精度。

2.第二实施方式

图6是表示第二实施方式所涉及的气室11的密封方法的图。在上述的第一实施方式中，使用透镜202作为对激光进行会聚的光学元件，但在本实施方式中，代替透镜202，使用光学元件205。为了与第一实施方式相比更加高效地选择性地照射激光，光学元件205为控制激光束的光学元件。光学元件205进行与密封材料204的配置相对应的光束强度分布的整形。例如，在密封材料204环形地配置于开口部的周围的情况下，光束强度分布也被光学元件205控制而成为与密封材料的配置相配合的环形。

光学元件205实现对激光进行会聚的聚光功能、与将激光的光束强度分布形成为环形的成环功能(ring-formingfunction)这两方面。该情况的光学元件205的具体的相位图案φ(r)能够用以下的式子(1)表示。

φ(r)＝MOD[(φ1(r)+φ2(r))，2π]...(1)

其中，φ1(r)表示聚光功能所涉及的光学元件的相位分布，φ2(r)表示成环功能所涉及的光学元件的相位分布。取φ1(r)与φ2(r)的相位函数之和，以2π折返，由此表示光学元件205的相位函数。

在该实施方式中，不需要复杂的光学系统，通过仅使用一个光学元件205，就能够实现与密封材料的配置相配合的强度分布，能够以高效率选择性地照射激光。

3.第三实施方式

图7是表示第三实施方式所涉及的气室11的密封方法的图，与上述的第一实施方式所示的图5相对应。在第一实施方式中，作为光学元件的透镜202与加压用基板203作为独立部件而构成。与此相对，在本实施方式中，使用光学元件与加压用基板成为一体的加压用基板206。在加压用基板206的面206a配置有控制激光的光学元件(例如，衍射光栅)。通过面206a的相反侧的面206b对盖体113进行加压。

在该实施方式中，光学元件与加压用基板成为一体，由此能够减少像差等的影响，因此能够更加高效地选择性地照射激光。

4.第四实施方式

图8是表示第四实施方式所涉及的气室11的密封方法的图。图8所示的密封方法与第三实施方式所示的密封方法不同的点为，代替加压用基板206，使用加压用部件210的点。加压用部件210构成为，光学元件207紧贴加压用基板209而成为一体。光学元件207与图6所示的光学元件205相同。加压用基板209的对盖体113进行加压的一侧的面成为曲面。加压用基板209与盖体113接触的位置(以下，称为“接触位置”)位于密封材料204的环的内侧。即，在向盖体加压时，以施力点g2处于呈环形地配置的密封材料204的环的内侧的方式进行加压。

然而，在气室的密封工序中，在利用加热板进行加热的情况下，为了向密封材料传导温度，需要表面负荷。与其相对，在本实施方式中，将激光作为热源而使用，因此若为密封材料的环的内侧，则也可以为点负荷(pointload；点加重)。在该实施方式中，加压用基板209与盖体113的接触位置位于密封材料204的内侧，由此能够均衡地对微小的盖体113进行加压。在这种情况下，不需要高精度地垂直加压的机构。由于能够均衡地对盖体113进行加压，由此能够提高密封的精度。

5.其他实施方式

本发明不局限于上述的实施方式，能够进行各种变形实施。以下，对几个变形例进行说明。也可以组合以下的变形例中的两个以上而使用。

(1)变形例1

在上述的第三实施方式中，使用光学元件与加压用基板成为一体的加压用基板206，实现气室11的密封，但也可以代替加压用基板206，使用其他部件。

图9是表示气室11的另一密封方法的图。在该例子中，与加压用基板208分开，另外制成光学元件207，并使光学元件207紧贴加压用基板208而成为一体。激光在光学元件207中对密封材料形成最佳的照射强度分布，照射于密封材料204。密封材料204通过基于激光的热量与基于加压用基板208的加压而熔敷，将气室11密封。

根据该实施方式，光学元件与加压用基板紧贴，由此能够减少像差等的影响，因此能够进一步高效地选择性地照射激光。

(2)变形例2

图10是表示气室11的又一密封方法的图。图10所例示的密封方法与图6所示的密封方法的不同点为在加压用基板203与盖体113之间设置有点加压用部件211的点。点加压用部件211配置于密封材料204的环的内侧。即，利用加压用基板203进行加压的施力点配置于密封材料204的环的内侧。

根据该构成，施力点处于密封材料204的环的内侧，因此能够均衡地对微小的盖体113进行加压。由此，能够提高密封的精度。

(3)变形例3

在上述的各实施方式以及各变形例中，为了提高激光的利用效率，也可以在加压用基板、点加压用部件、盖体等的表面设置介电膜等防反射膜。

(4)变形例4

在上述的实施方式中，使用具有主室111与排气管112的气室11，但气室11的形状不局限于上述的形状。例如，也可以使用不具有排气管112的气室。这种情况下，在封入有碱金属气体的主室设置开口部，该开口部利用盖体密封。

(5)变形例5

气室的制造方法不局限于图4所例示的方法。也可以在图4所示的工序增加其他的工序。或者，工序的顺序也可以更换，也可以省略工序中的一部分。例如，也可以省略涂敷工序。

(6)变形例6

气室的形状并不局限于实施方式所说明的。在实施方式中，对气室的形状为长方体的例子进行说明，气室的形状也可以为长方体以外的多面体或者圆柱等在一部分具有曲面的形状。例如，气室也可以具有用于在温度降低至碱金属原子凝固的温度以下时存积碱金属固体的贮存器(金属存积部)。此外，碱金属至少在测定时气化即可，无需始终为气体状态。

(7)变形例7

安瓿破坏工序的具体的内容不局限于实施方式所说明的内容。安瓿也可以具有将热膨胀系数不同的两个材料粘贴在一起而成的部分。在这种情况下，在安瓿破坏工序中，代替激光照射，加热安瓿(收纳有安瓿的气室全体)。在加热时，施加由于热膨胀系数的不同而使安瓿破坏的程度的热量。另外，也可以通过给予力学的冲击、振动，使安瓿碰撞主室111的内壁，而破坏安瓿。

在其他的例子中，密封工序也可以在气室内除了碱金属气体之外还封入稀有气体等惰性气体(缓冲气体)的状态下进行。即，气室11的密封也可以在惰性气体氛围中进行。

(8)变形例8

在上述的实施方式以及变形例中，对向气室导入碱金属原子时以固体状态导入的例子进行了说明。然而，将碱金属原子导入气室时的状态不局限于固体。碱金属原子也可以以固体、液体、或者气体中的任意状态导入气室。另外，也可以使用胶囊代替安瓿。

另外，在涂敷工序中，也可以将涂敷材料内置于安瓿等，在将其密封前预先放入气室内，在密封后通过激光照射等破坏安瓿，利用气相成膜进行涂敷。

(9)变形例9

气室11的用途不局限于磁传感器。例如，气室11也可用于原子振荡器。

本发明在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行广泛地应用。

Claims (12)

1.一种气室的密封方法，是气室的开口部的密封方法，其特征在于，

采用使激光会聚的光学元件、与用于密封所述开口部的盖体，

使所述激光会聚于用于将所述气室与所述盖体接合的密封材料，

通过向按压所述盖体与所述气室的方向施加压力，将所述气室与所述盖体接合。

2.根据权利要求1所述的气室的密封方法，其特征在于，

所述压力为通过使用所述光学元件按压所述盖体而产生的压力。

3.根据权利要求2所述的气室的密封方法，其特征在于，

所述加压的施力点在所述开口部的内侧。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的气室的密封方法，其特征在于，

所述气室与所述盖体的接合在真空的状态下进行。

5.一种气室的制造方法，利用密封材料对气室的开口部与堵住所述开口部的盖体进行密封，其特征在于，

使激光会聚于所述密封材料，

按压所述盖体与所述气室。

6.根据权利要求5所述的气室的制造方法，其特征在于，

将所述密封材料配置于所述开口部与所述盖体的密封部，

所述激光选择性地会聚于所述密封材料。

7.根据权利要求5或6所述的气室的制造方法，其特征在于，

所述激光通过光学元件会聚于所述密封材料。

8.根据权利要求7所述的气室的制造方法，其特征在于，

所述光学元件具有用式子(1)表示的相位图案φ(r)，

φ(r)＝MOD[(φ1(r)+φ2(r))，2π]...(1)

其中，φ1(r)表示聚光功能所涉及的光学元件的相位分布，φ2(r)表示成环功能所涉及的光学元件的相位分布。

9.根据权利要求7或8所述的气室的制造方法，其特征在于，

使用所述光学元件向所述气室的方向对所述盖体施加压力。

10.根据权利要求7～9中任一项所述的气室的制造方法，其特征在于，

经由配置于所述光学元件与所述盖体之间的透光性部件，向所述气室的方向对所述盖体施加压力。

11.根据权利要求5～10中任一项所述的气室的制造方法，其特征在于，

所述加压的施力点在所述开口部的内侧。

12.根据权利要求5～11中任一项所述的气室的制造方法，其特征在于，

所述气室与所述盖体的接合在真空的状态下进行。