CN107311103A - 一种微型石英玻璃原子气室的制造方法 - Google Patents

一种微型石英玻璃原子气室的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107311103A
CN107311103A CN201710509651.7A CN201710509651A CN107311103A CN 107311103 A CN107311103 A CN 107311103A CN 201710509651 A CN201710509651 A CN 201710509651A CN 107311103 A CN107311103 A CN 107311103A
Authority
CN
China
Prior art keywords
package blocks
air chamber
atomic air
middle level
quartz glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710509651.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107311103B (zh
Inventor
李新坤
刘院省
阚宝玺
梁德春
刘福民
王学锋
徐宇新
石猛
邓意成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Aerospace Times Electronics Corp
Beijing Aerospace Control Instrument Institute
Original Assignee
China Aerospace Times Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Aerospace Times Electronics Corp filed Critical China Aerospace Times Electronics Corp
Priority to CN201710509651.7A priority Critical patent/CN107311103B/zh
Publication of CN107311103A publication Critical patent/CN107311103A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107311103B publication Critical patent/CN107311103B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C3/00—Assembling of devices or systems from individually processed components
    • B81C3/001—Bonding of two components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，包括如下步骤：将碱金属原子封装到玻璃微腔中，并充入惰性气体；制造下层封装块、中层封装块和上层封装块；组装下层封装块、中层封装块、上层封装块和玻璃微腔，并密封，形成一个密闭的腔体；以高于玻璃微腔软化点的温度加热多个密闭的腔体，直至玻璃微腔结构被破坏后，停止加热；以中层封装块为基准，切割停止加热后的多个密闭的腔体，形成微型石英玻璃原子气室。本发明通过设置玻璃微腔，确保了原子气室的纯净度，解决了传统微型原子气室制造工艺难度大且腔室纯净度差的问题；通过同步加热多个密闭腔体，实现了原子气室的量产，弥补了传统微型原子气室制造设备要求高且不易批量生产的缺陷。

Description

一种微型石英玻璃原子气室的制造方法
技术领域
本发明涉及一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，尤其适用于制备微小型高精度量子仪表的原子气室，属于原子气室制备技术领域。
背景技术
原子陀螺仪、原子干涉磁力仪、芯片原子钟等新型量子仪表是目前迫切需求的微小型高精度仪表之一。对于上述量子仪表，微型原子气室是其中最重要的核心器件，是决定仪表精度的关键因素之一。
近年来，研究人员尝试采用各种新技术和手段用于微型原子气室研制，包括玻璃泡熔接技术、阳极键合工艺技术、碱金属化合物分解技术等。其中玻璃泡熔接技术是制造大体积原子气室的主要方法，但在制造微型原子气室时很难保证气室外形的规整度；利用硅/玻璃阳极键合工艺预制出硅微腔室，在真空氛围中将碱金属滴入腔室内，再次利用硅/玻璃阳极键合工艺完成原子气室密封，该方法对设备要求极高，而且工艺难度大，成品率低；另外，也有报道采用制作石蜡模具将碱金属包裹在其中，然后填入预制腔室中，再利用硅/玻璃阳极键合工艺完成原子气室密封，该方法存在石蜡密封性差、制作工艺复杂、不易批量加工、阳极键合难度大等缺点；碱金属化合物分解技术是将碱金属的叠氮化物或是碱金属化合物的混合物填充到微型原子气室腔室中，采用光分解或是热还原反应释放出碱金属原子，但是碱金属化合物分解产生的多余物残留在腔室内，严重影响原子气室的性能。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，通过设置玻璃微腔，有效确保了原子气室的纯净度，解决了传统微型原子气室制造工艺难度大而且腔室纯净度差的问题；通过同步加热多个密闭腔体，实现了原子气室的大规模量产，弥补了传统微型原子气室制造设备要求高以及不易批量生产的缺陷。
本发明的技术解决方案是：
一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，包括如下步骤：
第一步：将碱金属原子封装到玻璃微腔中，并充入惰性气体；
第二步：分别制造下层封装块、中层封装块和上层封装块；
第三步：将下层封装块安装在中层封装块一端，再将封装有碱金属原子的玻璃微腔放置在中层封装块中，然后将上层封装块安装在中层封装块另一端，并进行密封，形成一个密闭的腔体；
第四步：以高于玻璃微腔软化点的温度加热多个密闭的腔体，直至玻璃微腔结构被破坏后，停止加热；
第五步：以中层封装块为基准，切割停止加热后的多个密闭的腔体，形成若干个微型石英玻璃原子气室。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第一步中，玻璃微腔为空心圆柱体，玻璃微腔的软化点范围是400～1000℃。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第一步中，充入惰性气体的气压范围是10～760Torr。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第二步中，下层封装块和上层封装块均为实心立方体，中层封装块采用立方体结构，中层封装块上设有用于安装玻璃微腔的通孔。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第二步中，下层封装块、中层封装块和上层封装块的材料均采用石英玻璃。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第三步中，下层封装块与中层封装块之间通过光胶粘接。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第三步中，下层封装块与中层封装块之间采用低温键合连接。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第三步中，上层封装块与中层封装块在真空状态通过光胶粘接。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第三步中，上层封装块与中层封装块在真空状态通过低温键合连接。
在上述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法中，第五步中，对切割后的若干个微型石英玻璃原子气室端面进行抛光处理。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
【1】本发明采用玻璃微腔预先封装碱金属原子，不存在多余杂质，提高了原子气室的腔室纯净度。
【2】本发明选用的玻璃材质的软化点高于光胶或者低温键合的工艺温度，不会对光胶或者低温键合工艺产生不利影响。
【3】本发明提供的微型石英玻璃原子气室的制造方法，基于传统原子气室加工设备和低温键合设备即可实施，对设备和操作不存在苛刻要求。
【4】本发明逻辑通顺、思路清晰、设计合理、步骤精简，本领域技术人员按照步骤进行试验时，能够降低能耗、节约时间。
【5】本发明的下层封装块、中层封装块、上层封装块和玻璃微腔结构简单、拆装方便、成本低廉，具备广阔的市场应用前景，利于技术人员进行改进提高。
附图说明
图1为本发明的流程图
图2为本发明的结构图
其中：1下层封装块；2中层封装块；3上层封装块；4玻璃微腔；
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1～2所示，一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，包括如下步骤：
第一步：将碱金属原子封装到玻璃微腔4中，并充入惰性气体；
第二步：分别制造下层封装块1、中层封装块2和上层封装块3；
第三步：将下层封装块1安装在中层封装块2一端，再将封装有碱金属原子的玻璃微腔4放置在中层封装块2中，然后将上层封装块3安装在中层封装块2另一端，并进行密封，形成一个密闭的腔体；
第四步：以高于玻璃微腔4软化点的温度加热多个密闭的腔体，直至玻璃微腔4结构被破坏后，停止加热；
第五步：以中层封装块2为基准，切割停止加热后的多个密闭的腔体，形成若干个微型石英玻璃原子气室。
玻璃微腔4所采用材料的软化点低于石英玻璃的软化点。
优选的，第一步中，玻璃微腔4为空心圆柱体，玻璃微腔4的软化点范围是400～1000℃。
优选的，第一步中，充入惰性气体的气压范围是10～760Torr。
优选的，第二步中，下层封装块1和上层封装块3均为实心立方体，中层封装块2采用立方体结构，中层封装块2上设有用于安装玻璃微腔4的通孔。
优选的，第二步中，下层封装块1、中层封装块2和上层封装块3的材料均采用石英玻璃。
优选的，第三步中，下层封装块1与中层封装块2之间通过光胶粘接。
优选的，第三步中，下层封装块1与中层封装块2之间采用低温键合连接。
优选的，第三步中，上层封装块3与中层封装块2在真空状态通过光胶粘接。
优选的，第三步中，上层封装块3与中层封装块2在真空状态通过低温键合连接。
优选的，第五步中，对切割后的若干个微型石英玻璃原子气室端面进行抛光处理。
优选的，首先采用原子气室加工设备分别在若干个Pyrex玻璃毛细管内封装微量碱金属原子，同时内部封装气压为500Torr的氮气，封装后，玻璃毛细管的内径为0.4mm，外径为0.6mm，长度为1mm。
采用刻蚀工艺在厚度为1mm的石英圆片上制作若干通孔，通孔直径为2mm，将下层封装块1与中层封装块2低温键合，然后将封装有碱金属的玻璃毛细管填装在中层封装块2的通孔中。
利用阳极键合机的预对准工装将上层封装块3安装在中层封装块2上，抽真空，至压强大于1×10-4Pa时，进行低温键合，并密封，形成石英玻璃腔体。
将石英玻璃腔体加热至850℃，封装碱金属的Pyrex玻璃毛细管软化后被内部气压冲破，其中的碱金属原子和氮气释放到石英玻璃腔体中。
以单个腔室为单元格，进行划切以及端面抛光处理，形成若干个单一的微型石英玻璃原子气室，气室内含有20Torr的氮气作为缓冲气体。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：将碱金属原子封装到玻璃微腔(4)中，并充入惰性气体；
第二步：分别制造下层封装块(1)、中层封装块(2)和上层封装块(3)；
第三步：将下层封装块(1)安装在中层封装块(2)一端，再将封装有碱金属原子的玻璃微腔(4)放置在中层封装块(2)中，然后将上层封装块(3)安装在中层封装块(2)另一端，并进行密封，形成一个密闭的腔体；
第四步：以高于玻璃微腔(4)软化点的温度加热多个密闭的腔体，直至玻璃微腔(4)结构被破坏后，停止加热；
第五步：以中层封装块(2)为基准，切割停止加热后的多个密闭的腔体，形成若干个微型石英玻璃原子气室。
2.根据权利要求1所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：所述第一步中，玻璃微腔(4)为空心圆柱体，玻璃微腔(4)的软化点范围是400～1000℃。
3.根据权利要求1所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：所述第一步中，充入惰性气体的气压范围是10～760Torr。
4.根据权利要求1所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：所述第二步中，下层封装块(1)和上层封装块(3)均为实心立方体，中层封装块(2)采用立方体结构，中层封装块(2)上设有用于安装玻璃微腔(4)的通孔。
5.根据权利要求4所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：所述第二步中，下层封装块(1)、中层封装块(2)和上层封装块(3)的材料均采用石英玻璃。
6.根据权利要求1所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：所述第三步中，下层封装块(1)与中层封装块(2)之间通过光胶粘接。
7.根据权利要求1所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：所述第三步中，下层封装块(1)与中层封装块(2)之间采用低温键合连接。
8.根据权利要求1所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于，所述第三步中，上层封装块(3)与中层封装块(2)在真空状态通过光胶粘接。
9.根据权利要求1所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：所述第三步中，上层封装块(3)与中层封装块(2)在真空状态通过低温键合连接。
10.根据权利要求1所述的一种微型石英玻璃原子气室的制造方法，其特征在于：所述第五步中，对切割后的若干个微型石英玻璃原子气室端面进行抛光处理。
CN201710509651.7A 2017-06-28 2017-06-28 一种微型石英玻璃原子气室的制造方法 Active CN107311103B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710509651.7A CN107311103B (zh) 2017-06-28 2017-06-28 一种微型石英玻璃原子气室的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710509651.7A CN107311103B (zh) 2017-06-28 2017-06-28 一种微型石英玻璃原子气室的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107311103A true CN107311103A (zh) 2017-11-03
CN107311103B CN107311103B (zh) 2019-04-09

Family

ID=60180919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710509651.7A Active CN107311103B (zh) 2017-06-28 2017-06-28 一种微型石英玻璃原子气室的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107311103B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108107707A (zh) * 2017-11-22 2018-06-01 北京无线电计量测试研究所 一种原子气体腔室以及制备方法
CN110407159A (zh) * 2019-06-25 2019-11-05 中国计量科学研究院 芯片原子气室胶键合系统及胶键合工艺制备方法
CN110530353A (zh) * 2019-08-13 2019-12-03 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种碱金属原子气室及其制造方法
CN114646773A (zh) * 2020-12-18 2022-06-21 航天科工惯性技术有限公司 力矩器线圈骨架及其与中心摆的连接方法
CN116609710A (zh) * 2023-03-29 2023-08-18 中国科学技术大学 一种基于腔镜侧面键合的含多反射腔原子气室的制作方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050007118A1 (en) * 2003-04-09 2005-01-13 John Kitching Micromachined alkali-atom vapor cells and method of fabrication
CN101774529A (zh) * 2010-01-26 2010-07-14 北京航空航天大学 一种mems原子腔芯片及其制备方法
CN102259825A (zh) * 2011-06-17 2011-11-30 清华大学 一种mems原子蒸气腔室的制备方法及原子蒸气腔室
CN103885325A (zh) * 2014-03-08 2014-06-25 苏州大学 一种芯片级原子钟气室及其制备方法
CN105589326A (zh) * 2014-10-23 2016-05-18 北京自动化控制设备研究所 一种微小型原子气室的制作方法
CN106219481A (zh) * 2016-08-04 2016-12-14 兰州空间技术物理研究所 一种双腔型mems原子气室的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050007118A1 (en) * 2003-04-09 2005-01-13 John Kitching Micromachined alkali-atom vapor cells and method of fabrication
CN101774529A (zh) * 2010-01-26 2010-07-14 北京航空航天大学 一种mems原子腔芯片及其制备方法
CN102259825A (zh) * 2011-06-17 2011-11-30 清华大学 一种mems原子蒸气腔室的制备方法及原子蒸气腔室
CN103885325A (zh) * 2014-03-08 2014-06-25 苏州大学 一种芯片级原子钟气室及其制备方法
CN105589326A (zh) * 2014-10-23 2016-05-18 北京自动化控制设备研究所 一种微小型原子气室的制作方法
CN106219481A (zh) * 2016-08-04 2016-12-14 兰州空间技术物理研究所 一种双腔型mems原子气室的制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108107707A (zh) * 2017-11-22 2018-06-01 北京无线电计量测试研究所 一种原子气体腔室以及制备方法
CN110407159A (zh) * 2019-06-25 2019-11-05 中国计量科学研究院 芯片原子气室胶键合系统及胶键合工艺制备方法
CN110530353A (zh) * 2019-08-13 2019-12-03 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种碱金属原子气室及其制造方法
CN114646773A (zh) * 2020-12-18 2022-06-21 航天科工惯性技术有限公司 力矩器线圈骨架及其与中心摆的连接方法
CN116609710A (zh) * 2023-03-29 2023-08-18 中国科学技术大学 一种基于腔镜侧面键合的含多反射腔原子气室的制作方法
CN116609710B (zh) * 2023-03-29 2024-03-29 中国科学技术大学 一种基于腔镜侧面键合的含多反射腔原子气室的制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107311103B (zh) 2019-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107311103A (zh) 一种微型石英玻璃原子气室的制造方法
CN106219481B (zh) 一种双腔型mems原子气室的制备方法
CN101774529B (zh) 一种mems原子腔芯片及其制备方法
CN101898746B (zh) 要求不同气氛压力的mems器件圆片级集成封装方法
CN102259825B (zh) 一种mems原子蒸气腔室的制备方法及原子蒸气腔室
CN101734612B (zh) Mems封装用圆片级玻璃微腔的制造方法
CN110015636B (zh) 一种全玻璃碱金属原子气室的制备方法
CN103818874B (zh) Mems结构与处理电路集成系统的封装方法
CN108529550A (zh) 基于晶圆键合工艺的圆片级封装mems芯片结构及其加工方法
CN106052664A (zh) 具有抗冲击能力的壳体谐振器
CN109928359A (zh) 微结构封装方法及封装器件
CN103885325A (zh) 一种芯片级原子钟气室及其制备方法
CN101905859B (zh) 正压热成型制备圆片级均匀尺寸玻璃微腔的方法
KR101707040B1 (ko) 플라즈마 도가니 밀봉
CN101407372B (zh) 一种原子蒸气泡的制作方法
CN102515084A (zh) 微流控原子腔、片上原子钟芯片及制备方法
CN103118995B (zh) 制造带有透明的由合成石英制成的内层的石英玻璃坩埚的方法
CN103744283B (zh) 一种碱金属谐振器及其制备方法
CN106441258B (zh) 微壳体谐振器及其谐振子制备方法
JP2001163629A (ja) 半導体処理炉用断熱体とその製造方法
CN110329989B (zh) 一种纵向双腔原子气室及其制备方法
CN101804961A (zh) 利用球形玻璃微腔进行气密性封装的方法
CN102976265A (zh) 尺寸可控的圆片级玻璃微腔制备方法
CN102881555A (zh) 一种新型陶瓷金卤灯
CN202231297U (zh) 一种激光陀螺用新型玻璃阴极

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant