CN106130548A - 一种微型化原子钟的物理封装 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型化原子钟的物理封装，包括：光电探测器及其电路板、温敏电阻、光电探测器电路板焊盘引脚、MEMS碱金属蒸汽泡、1/4波片、场效应管、激光器及其电路板、C轴磁场线圈支架和磁屏蔽外壳、物理封装主体支架和栓锁；物理封装主体支架用于将光电探测器及其电路板、温敏电阻、光电探测器电路板焊盘引脚、MEMS碱金属蒸汽泡、1/4波片、场效应管和激光器及其电路板组装在一起；物理封装主体支架两侧设置有多个栓孔，栓锁设置有与多个栓孔相同数量的栓，栓穿过多个栓孔将光电探测器及其电路板和激光器及其电路板的位置进行固定。本发明可降低微型化原子钟物理封装实现的难度，通过固定物理封装主体支架中的分离器件，增强了整个结构的机械牢固性。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型化原子钟的物理封装技术，特别是涉及一种微型化原子钟的物理封装。
背景技术
原子钟是目前世界上能够提供最准确时间或频率的设备，但体积大、功耗高、价格昂贵限制了它的使用范围。而微型化原子钟因其具有体积小、功耗低的特点和相对较低的价格，受到越来越多的青睐。
微型化原子钟包括射频模块、伺服控制环路和物理封装三个部分，其中物理封装是最核心、最困难的部分。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中微型化原子钟物理封装困难的问题，提供一种微型化原子钟的物理封装，降低了微型化原子钟物理封装实现的难度，减小物理封装功耗，增强了整个封装结构的机械牢固性。
为实现上述目的，本发明提供了一种微型化原子钟的物理封装，包括：光电探测器及其电路板、温敏电阻、光电探测器电路板焊盘引脚、MEMS碱金属蒸汽泡、1/4波片、场效应管、激光器及其电路板、C轴磁场线圈支架和磁屏蔽外壳；还包括：物理封装主体支架和栓锁；物理封装主体支架用于将光电探测器及其电路板、温敏电阻、光电探测器电路板焊盘引脚、MEMS碱金属蒸汽泡、1/4波片、场效应管和激光器及其电路板组装在一起；物理封装主体支架两侧设置有多个栓孔，栓锁设置有与多个栓孔相同数量的栓，栓穿过多个栓孔将光电探测器及其电路板和激光器及其电路板的位置进行固定。
本发明采用机械加工的物理封装主体支架，降低了微型化原子钟物理封装实现的难度；物理封装的栓锁将物理封装主体支架中的所有分离器件固定在一起，增强了整个结构的机械牢固性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种微型化原子钟的物理封装及其主要组件的示意图；
图2a为图1所示物理封装的主要组件中激光器及其电路板的结构示意图；
图2b为图1所示物理封装的主要组件中激光器及其电路板的结构示意图；
图3为图1所示物理封装的主要组件中MEMS碱金属蒸汽泡的结构示意图；
图4为图1所示物理封装的主要组件中场效应管的结构示意图；
图5为图1所示物理封装的主要组件中光电探测器及其电路板的结构示意图；
图6为图1所示物理封装的主要组件中物理封装主体支架的结构仰视示意图；
图7为图1所示物理封装的主要组件中物理封装主体支架的结构俯视示意图；
图8为图1所示物理封装的主要组件中栓锁的结构图；
图9为图1所示物理封装的主要组件中C轴磁场线圈支架的结构图；
图10为图1所示物理封装的主要组件中磁屏蔽外壳的结构示意图。
其中：
微型化原子钟物理封装100，光电探测器及其电路板101，温敏电阻102，光电探测器电路板焊盘引脚103，MEMS碱金属蒸汽泡104，1/4波片105，场效应管106，激光器及其电路板107，物理封装主体支架108，栓锁109，C轴磁场线圈支架110，磁屏蔽外壳111，光电探测器电路板空间201，光电探测器空间202，MEMS碱金属蒸汽泡空间203，1/4波片空间204，激光通孔205，栓孔206-213，场效应管空间214-215，激光器、温敏电阻及紧贴激光器的电路板的空间216，光电探测器电路板焊盘引脚孔217-218，远离激光器的电路板的空间219，栓301-304，栓固定面305，磁场线圈防脱落结构401-402，磁场线圈位置403，磁场线圈支架空间404，玻璃501，硅502，玻璃503，硅孔504，碱金属505，场效应管发热区601，散热片602，场效应管引脚603-605，磁屏蔽外壳体701，磁屏蔽外壳固定脚702-705，磁屏蔽外壳空间706，光电探测器电路板801，光电探测器电路板引脚孔802-803，光电探测器焊盘804-805，光电探测器806，激光器电路板焊盘引脚孔901-902，支撑固定紧贴激光器的电路板引脚903-904、913-914，场效应管引脚孔905-907、915-917，激光器焊盘908-909，温敏电阻焊盘910-911，温敏电阻焊盘引脚918-919，激光器焊盘引脚920-921，远离激光器的电路板922，紧贴激光器的电路板923，激光器924。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种微型化原子钟的物理封装及其主要组件的示意图。如图1所示，物理封装主要包括光电探测器及其电路板101、温敏电阻102、光电探测器电路板焊盘引脚103、MEMS碱金属蒸汽泡104、1/4波片105、场效应管106、激光器及其电路板107、物理封装主体支架108、栓锁109、C轴磁场线圈支架110和磁屏蔽外壳111。
物理封装主体支架108用于将光电探测器及其电路板101、温敏电阻102、光电探测器电路板焊盘引脚103、MEMS碱金属蒸汽泡104、1/4波片105、场效应管106和激光器及其电路板107组装在一起；物理封装主体支架108两侧设置有多个栓孔206-213，栓锁109设置有与多个栓孔206-213相同数量的栓301-304，栓301-304穿过多个栓孔206-213将光电探测器及其电路板101和激光器及其电路板107的位置进行固定。优选地，物理封装主体支架108可采用具有低导热系数的聚四氟乙烯材料制成，可以降低内部热传导，减小物理封装功耗。
图2a和图2b分别为图1所示物理封装的主要组件中激光器及其电路板的结构示意图。如图2a和图2b所示，激光器及其电路板107包括温敏电阻102、激光器电路板焊盘引脚孔901-902、支撑固定紧贴激光器电路板引脚903-904、913-914、场效应管引脚孔905-907、915-917、激光器焊盘908-909、激温敏电阻焊盘910-911、温敏电阻焊盘引脚918-919、光器焊盘引脚920-921、远离激光器的电路板922、紧贴激光器的电路板923和激光器924。
激光器924通过激光器焊盘908-909焊接在紧贴激光器的电路板923的一面上；温敏电阻102通过温敏电阻焊盘910-911焊接在紧贴激光器的电路板923的一面上；支撑固定紧贴激光器电路板引脚903-904、913-914被安装在紧贴激光器的电路板923的另一面上；激光器焊盘引脚920-921和温敏电阻焊盘引脚918-919被焊接在紧贴激光器的电路板923的另一面上；激光器电路板焊盘引脚孔901-902和场效应管引脚孔905-907、915-917位于紧贴激光器的电路板923上；远离激光器的电路板922上焊接有支撑固定紧贴激光器电路板引脚903-904、913-914。
图3为图1所示物理封装的主要组件中MEMS碱金属蒸汽泡的结构示意图。如图3所示，MEMS碱金属蒸汽泡104包括上层玻璃501、下层玻璃503，硅502、硅孔504和碱金属505；硅502的两面分别与上层玻璃501和下层玻璃503紧密贴合，以封闭位于硅502中心的硅孔504；硅孔504用于放置碱金属505，以及填充缓冲气体；碱金属505用于提供鉴频原子。
图4为图1所示物理封装的主要组件中场效应管的结构示意图。如图4所示，场效应管106包括发热区601、散热片602和引脚603-605；发热区601用于场效应管工作；散热片602用于场效应管散热；引脚603-605用于引出场效应管的三个电极。
图5为图1所示物理封装的主要组件中光电探测器及其电路板的结构示意图。如图5所示，光电探测器及其电路板101包括光电探测器电路板801、光电探测器电路板引脚孔802-803、光电探测器焊盘804-805和光电探测器806；光电探测器806通过光电探测器焊盘804-805焊接在光电探测器电路板801上；光电探测器电路板引脚孔802-803用于焊接光电探测器电路板焊盘引脚103；光电探测器806用于探测与碱金属作用之后的激光强度。
图6为图1所示物理封装的主要组件中物理封装主体支架的结构仰视示意图，图7为图1所示物理封装的主要组件中物理封装主体支架的结构俯视示意图。如图6和图7所示，物理封装主体支架108主要包括光电探测器电路板空间201、光电探测器空间202、MEMS碱金属蒸汽泡空间203、1/4波片空间204、激光通孔205、栓孔206-213、场效应管空间214-215、激光器、温敏电阻及紧贴激光器电路板空间216、光电探测器电路焊盘引脚孔217-218和远离激光器电路板空间219。
光电探测器电路板空间201用于放置光电探测器电路板801；光电探测器空间202用于放置光电探测器806；MEMS碱金属蒸汽泡空间203用于放置MEMS碱金属蒸汽泡104；1/4波片空间204用于放置1/4波片105；激光通孔205用于让激光穿过；栓孔206-213用于放置栓301-304；场效应管空间214-215用于为激光器924和MEMS碱金属蒸汽泡104提供合适的工作温度；激光器、温敏电阻、及紧贴激光器电路板空间216用于放置激光器924、温敏电阻102及紧贴激光器的电路板923；光电探测器电路焊盘引脚孔217-218用于穿过光电探测器焊盘引脚；远离激光器电路板空间219用于放置远离激光器的电路板922。
图8为图1所示物理封装的主要组件中栓锁的结构图。如图8所示，栓锁109主要包括栓锁固定面305和栓301-304，栓锁109的数量为2个。
图9为图1所示物理封装的主要组件中C轴磁场线圈支架的结构图。如图9所示，C轴磁场线圈支架110包括磁场线圈防脱落结构401-402、磁场线圈位置403和磁场线圈支架空间404；磁场线圈防脱落结构401-402用于限制线圈脱落；磁场线圈位置403用于缠绕线圈；磁场线圈支架空间404用于放置光电探测器及其电路板101、温敏电阻102、光电探测器电路板焊盘引脚103、MEMS碱金属蒸汽泡104、1/4波片105、场效应管106、激光器及其电路板107、物理封装主体支架108和栓锁109。
图10为图1所示物理封装的主要组件中磁屏蔽外壳的结构示意图。如图10所示，磁屏蔽外壳111主要包括磁屏蔽外壳体701、磁屏蔽外壳固定脚702-705和磁屏蔽外壳空间706；磁屏蔽外壳固定脚702-705用于固定磁屏蔽外壳体701；磁屏蔽外壳空间706用于放置光电探测器及其电路板101、温敏电阻102、光电探测器电路板焊盘引脚103、MEMS碱金属蒸汽泡104、1/4波片105、场效应管106、激光器及其电路板107、物理封装主体支架108、栓锁109和C轴磁场线圈支架110。磁屏蔽外壳111采用坡莫合金材料制成。
下面结合图1-图10对本发明实施例提供的物理封装的具体组装过程进行如下阐述。
第1步，在紧贴激光器的电路板923的一面上，通过激光器焊盘908-909焊接激光器924，通过温敏电阻焊盘910-911焊接温敏电阻102；在紧贴激光器的电路板923的另一面上，安装支撑固定紧贴激光器的电路板引脚903-904、913-914，焊接激光器焊盘引脚920-921和温敏电阻焊盘引脚918-919。
第2步，在光电探测器电路板801上，通过光电探测器焊盘804-805焊接光电探测器806。
第3步，在1/4波片空间204内安装1/4波片105，在激光器、温敏电阻及其紧贴激光器电路板空间216内安装激光器924及紧贴激光器的电路板923，在支撑固定紧贴激光器电路板引脚903-904、913-914上焊接远离激光器的电路板922。
第4步，在MEMS碱金属蒸汽泡空间203内放置MEMS碱金属蒸汽泡104。
第5步，在场效应管空间214-215内安装场效应管106，散热片602紧贴MEMS碱金属蒸汽泡104，场效应管引脚603-605穿过场效应管引脚孔905-907、915-917。
第6步，安装栓锁109到栓孔206-213内。
第7步，在光电探测器焊盘引脚孔802-803内安装光电探测器电路板焊盘引脚103，将光电探测器电路板焊盘引脚103先穿过光电探测器电路板焊盘引脚孔217-218，再穿过激光器电路板焊盘引脚孔901-902后进行焊接固定。
第8步，在C轴磁场线圈支架110的磁场线圈位置403缠绕线圈，在磁场线圈支架空间404放置完成上述第7步的物理封装主体支架108和栓锁109。
第9步，在磁屏蔽外壳111的磁屏蔽外壳空间706中放置完成上述第8步的C轴磁场线圈支架110。
本发明实施例采用机械加工的物理封装主体支架，降低了微型化原子钟物理封装实现的难度。物理封装的栓锁可以将物理封装主体支架中的所有分离器件固定在一起，以增强整个结构的机械牢固性。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微型化原子钟的物理封装，包括：光电探测器及其电路板(101)、温敏电阻(102)、光电探测器电路板焊盘引脚(103)、MEMS碱金属蒸汽泡(104)、1/4波片(105)、场效应管(106)、激光器及其电路板(107)、C轴磁场线圈支架(110)和磁屏蔽外壳(111)；其特征在于，还包括：物理封装主体支架(108)和栓锁(109)；
物理封装主体支架(108)用于将光电探测器及其电路板(101)、温敏电阻(102)、光电探测器电路板焊盘引脚(103)、MEMS碱金属蒸汽泡(104)、1/4波片(105)、场效应管(106)和激光器及其电路板(107)组装在一起；
物理封装主体支架(108)两侧设置有多个栓孔(206-213)，栓锁(109)设置有与多个栓孔(206-213)相同数量的栓(301-304)，栓(301-304)穿过多个栓孔(206-213)将光电探测器及其电路板(101)和激光器及其电路板(107)的位置进行固定。
2.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，物理封装主体支架(108)采用聚四氟乙烯材料制成。
3.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，光电探测器及其电路板(101)包括光电探测器电路板(801)、光电探测器电路板引脚孔(802-803)、光电探测器焊盘(804-805)和光电探测器(806)；
光电探测器(806)通过光电探测器焊盘(804-805)焊接在光电探测器电路板(801)上；
光电探测器电路板引脚孔(802-803)用于焊接光电探测器电路板焊盘引脚(103)；
光电探测器(806)用于探测与碱金属作用之后的激光强度。
4.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，MEMS碱金属蒸汽泡(104)包括上层玻璃(501)、下层玻璃(503)，硅(502)、硅孔(504)和碱金属(505)；
硅(502)的两面分别与上层玻璃(501)和下层玻璃(503)紧密贴合，以封闭位于硅(502)中心的硅孔(504)；
硅孔(504)用于放置碱金属(505)，以及填充缓冲气体；
碱金属(505)用于提供鉴频原子。
5.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，场效应管(106)包括发热区(601)、散热片(602)和引脚(603-605)；
发热区(601)用于场效应管工作；
散热片(602)用于场效应管散热；
引脚(603-605)用于引出场效应管的三个电极。
6.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，激光器及其电路板(107)包括温敏电阻(102)、激光器电路板焊盘引脚孔(901-902)、支撑固定紧贴激光器电路板引脚(903-904、913-914)、场效应管引脚孔(905-907、915-917)、激光器焊盘(908-909)、温敏电阻焊盘(910-911)、温敏电阻焊盘引脚(918-919)、激光器焊盘引脚(920-921)、远离激光器的电路板(922)、紧贴激光器的电路板(923)和激光器(924)；
激光器(924)通过激光器焊盘(908-909)焊接在紧贴激光器的电路板(923)的一面上；
温敏电阻(102)通过温敏电阻焊盘(910-911)焊接在紧贴激光器的电路板(923)的一面上；
支撑固定紧贴激光器电路板引脚(903-904、913-914)被安装在紧贴激光器的电路板(923)的另一面上；
激光器焊盘引脚(920-921)和温敏电阻焊盘引脚(918-919)被焊接在紧贴激光器的电路板(923)的另一面上；
激光器电路板焊盘引脚孔(901-902)和场效应管引脚孔(905-907、915-917)位于紧贴激光器的电路板(923)上；
远离激光器的电路板(922)上焊接有支撑固定紧贴激光器电路板引脚(903-904、913-914)。
7.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，物理封装主体支架(108)主要包括光电探测器电路板空间(201)、光电探测器空间(202)、MEMS碱金属蒸汽泡空间(203)、1/4波片空间(204)、激光通孔(205)、栓孔(206-213)、场效应管空间(214-215)、激光器、温敏电阻及紧贴激光器电路板空间(216)、光电探测器电路焊盘引脚孔(217-218)和远离激光器电路板空间(219)；
光电探测器电路板空间(201)用于放置光电探测器电路板(801)；
光电探测器空间(202)用于放置光电探测器(806)；
MEMS碱金属蒸汽泡空间(203)用于放置MEMS碱金属蒸汽泡(104)；
1/4波片空间(204)用于放置1/4波片(105)；
激光通孔(205)用于让激光穿过；
栓孔(206-213)用于放置栓(301-304)；
场效应管空间(214-215)用于为激光器(924)和MEMS碱金属蒸汽泡(104)提供合适的工作温度；
激光器、温敏电阻、及紧贴激光器电路板空间(216)用于放置激光器(924)、温敏电阻(102)及紧贴激光器的电路板(923)；
光电探测器电路焊盘引脚孔(217-218)用于穿过光电探测器焊盘引脚；
远离激光器电路板空间(219)用于放置远离激光器的电路板(922)。
8.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，C轴磁场线圈支架(110)包括磁场线圈防脱落结构(401-402)、磁场线圈位置(403)和磁场线圈支架空间(404)；
磁场线圈防脱落结构(401-402)用于限制线圈脱落；磁场线圈位置(403)用于缠绕线圈；
磁场线圈支架空间(404)用于放置光电探测器及其电路板(101)、温敏电阻(102)、光电探测器电路板焊盘引脚(103)、MEMS碱金属蒸汽泡(104)、1/4波片(105)、场效应管(106)、激光器及其电路板(107)、物理封装主体支架(108)和栓锁(109)。
9.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，磁屏蔽外壳(111)主要包括磁屏蔽外壳体(701)、磁屏蔽外壳固定脚(702-705)和磁屏蔽外壳空间(706)；
磁屏蔽外壳固定脚(702-705)用于固定磁屏蔽外壳体(701)；
磁屏蔽外壳空间(706)用于放置光电探测器及其电路板(101)、温敏电阻(102)、光电探测器电路板焊盘引脚(103)、MEMS碱金属蒸汽泡(104)、1/4波片(105)、场效应管(106)、激光器及其电路板(107)、物理封装主体支架(108)、栓锁(109)和C轴磁场线圈支架(110)。
10.根据权利要求1的物理封装，其特征在于，磁屏蔽外壳(111)采用坡莫合金材料制成。
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