JP5994408B2 - パッケージの封止方法およびガスセルの製造方法 - Google Patents

パッケージの封止方法およびガスセルの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、パッケージを封止する方法に関する。
電子部品や半導体のパッケージを封止する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)やＦＥＤ(Field Emission Display)などの表示装置の製造において、通気孔に封着材料を配置し、レーザ光を照射して溶融させることにより、フロントパネルとリアパネルとの間の空間を封止する方法が記載されている。特許文献２には、容器の底部に設けられた貫通孔に封止部材を置き、レーザービーム照射によって封止部材を溶融することにより、貫通孔を封止する方法が記載されている。特許文献３には、筒状ガラス管の内部に細孔を形成し、この細孔を介して排気及びガスの封入を行った後、レーザ光線を細孔の周囲のガラスにあてて加熱溶融し、細孔を塞いで気密封止する方法が記載されている。
特開２００８−１０３１８４号公報 特開２００８−５７９９５号公報 特開昭６１−５１７４６号公報
ところで、生体の心臓等から発せられる磁場を検出する装置として、光ポンピング式の磁気センサーが知られている。この磁気センサーには、アルカリ金属ガスが封入されたガスセルが用いられる。このガスセルを製造する場合、ガスセルの筐体（パッケージ）を形成した後に、筐体内にコーティング剤を流入させて、筐体の内面に膜を形成する。しかし、上述した特許文献１又は２に記載された方法では、封止材がパッケージの貫通孔を封止してしまうため、コーティング剤をパッケージの内部に流入させるのが難しい。また、上述した特許文献３に記載された方法では、筒状ガラス管の細孔を封止するには高温で加熱する必要があるため、パッケージを容易に封止することができない。
本発明は、パッケージの内部と外部との間で流体が流通し易くしつつ、パッケージを容易に封止することを目的とする。
本発明は、開口部を有するパッケージ内に、アルカリ金属原子を収容する収容部を配置し、前記パッケージと前記開口部を覆う蓋との間に、第１の貫通孔を有する管状部材を一方の端部が外部に突出するように設け、当該管状部材と前記パッケージ又は前記蓋との間に第１の封止材を設け、前記パッケージと前記蓋との間に、第２の貫通孔を有する第２の封止材を設け、前記パッケージと前記蓋とを接合する接合工程と、前記管状部材の前記端部には、流体の流通を制御する流体機械が接続され、当該流体機械により、前記第２の貫通孔を介して前記パッケージの内部にコーティング剤を流入させ、当該コーティング剤により当該パッケージの内面に膜を形成し、当該流体機械により、前記パッケージ内部の前記コーティング剤を前記第２の貫通孔を介して外部に流出させる流通工程と、前記管状部材を引き抜き、前記第１の封止材を溶融させて、当該管状部材の引き抜いたときに形成される前記パッケージと前記蓋との間隙を封止し、前記第２の封止材を溶融させて、前記第２の貫通孔を封止する封止工程と、前記収容部にレーザ光を照射して、当該収容部を破壊する破壊工程とを備えることを特徴とするパッケージの封止方法を提供する。
この封止方法によれば、コーティング剤により内面に膜が形成され、アルカリ金属原子を封入したパッケージを容易に製造することができる。
好ましい態様において、前記流通工程において、前記第２の貫通孔は、コーティング剤の中に配置され、前記コーティング剤を流入させる場合には、前記流体機械により、前記パッケージ内の気体を前記第１の貫通孔から外部に排出して、当該パッケージ内の圧力を下げてもよい。
この封止方法によれば、パッケージの内部にコーティング剤を短時間で流入させることができる。
好ましい態様において、前記流通工程において、前記コーティング剤を流出する場合には、前記流体機械により、前記パッケージの内部に前記第１の貫通孔を介して圧縮した気体を入れて、当該パッケージ内の圧力を上げてもよい。
この封止方法によれば、パッケージの内部からコーティング剤を短時間で流出させることができる。
好ましい態様において、前記接合工程において、前記パッケージと前記蓋とが接合する面には、接合材料が塗布され、当該パッケージと当該蓋との間には、一端が外部に突出するように棒状部材が配置され、当該接合材料が溶融されることにより前記パッケージと前記蓋とが接合され、冷却後、当該棒状部材が引き抜かれることにより、当該接合材料により前記第２の封止材が形成されてもよい。
この封止方法によれば、パッケージと蓋との間に容易に第２の封止材を設けることができる。
好ましい態様において、前記接合工程において、前記パッケージと前記蓋とが接合する面には、融点が第１の温度である接合材料が塗布され、前記パッケージと前記蓋との間には、融点が前記第１の温度よりも高い第２の温度である材料で形成され、貫通孔を有する前記第２の封止材が配置され、前記接合材料は、前記第１の温度以上前記第２の温度未満の温度で加熱され、当該接合材料が溶融することにより、前記パッケージと前記蓋とが接合され、前記封止工程において、前記第２の封止材は、前記第２の温度以上の温度で加熱されてもよい。
この封止方法によれば、パッケージと蓋との間に容易に第２の封止材を設けることができる。
また、本発明は、開口部を有するパッケージと当該開口部を覆う蓋との間に、貫通孔を有する管状部材を一方の端部が外部に突出するように設け、当該管状部材と前記パッケージ又は前記蓋との間に封止材を設け、当該パッケージと当該蓋とを接合する接合工程と、前記管状部材の前記端部には、流体の流通を制御する流体機械が接続され、当該流体機械により、前記パッケージの内部と外部との間で前記貫通孔を介して当該流体を流通させる流通工程と、前記管状部材を引き抜き、前記封止材を溶融させて、当該管状部材の引き抜いたときに形成される前記パッケージと前記蓋との間隙を封止する封止工程とを備えることを特徴とするパッケージの封止方法を提供する。
この封止方法によれば、パッケージの内部と外部との間で流体が流通し易くしつつ、パッケージを容易に封止することができる。
磁気測定装置の構成を表すブロック図 実施形態に係るガスセルを示す斜視図 実施形態に係るガスセルの製造工程を示すフローチャート 実施形態に係るガスセルの製造工程を説明する図 実施形態に係るガスセルの製造工程を説明する図 実施形態に係るガスセルの製造工程を説明する図 実施形態に係るガスセルの製造工程を説明する図 実施形態に係るガスセルの製造工程を説明する図 実施形態に係るガスセルの製造工程を説明する図 変形例１に係るガスセルの製造工程を説明する図 変形例１に係るガスセルの製造工程を説明する図 変形例１に係るガスセルの製造工程を説明する図 変形例１に係るガスセルの製造工程を説明する図 変形例１に係るガスセルの製造工程を説明する図 変形例１に係るガスセルの製造工程を説明する図 変形例２に係るガスセルアレイの平面図 変形例２に係るガスセルアレイの断面図 変形例３に係るパッケージの平面図 変形例６に係るステップＳ１５０（第２の封止工程）を説明する図
１．実施形態
（１）構成
図１は、実施形態に係る磁気測定装置１の構成を表すブロック図である。磁気測定装置１は、心臓から発生する磁場（心磁）または脳から発生する磁場（脳磁）等、生体から発生する磁場を、生体の状態の指標として測定する磁気センサーである。磁気測定装置１は、ガスセルアレイ１０と、ポンプ光照射ユニット２０と、プローブ光照射ユニット３０と、検出ユニット４０とを有する。ガスセルアレイ１０は、複数のガスセル１１を有する。ガスセル１１内には、アルカリ金属ガス（例えば、セシウム（Ｃｓ））が封入されている。ポンプ光照射ユニット２０は、アルカリ金属原子と相互作用するポンプ光（例えば、セシウムのＤ１線に相当する波長８９４ｎｍの光）を出力する。ポンプ光は円偏光成分を有する。ポンプ光が照射されると、アルカリ金属原子の最外殻電子が励起され、スピン偏極が生じる。スピン偏極したアルカリ金属原子は、被測定物が生じる磁場Ｂによって歳差運動をする。一つのアルカリ金属原子のスピン偏極は、時間の経過とともに緩和するが、ポンプ光がＣＷ（Continuous Wave）光であるので、スピン偏極の形成と緩和は、同時平行的かつ連続的に繰り返される。その結果、原子の集団全体としてみれば、定常的なスピン偏極が形成される。
プローブ光照射ユニット３０は、直線偏光成分を有するプローブ光を出力する。ガスセル１１の透過前後において、プローブ光の偏光面は、ファラデー効果により回転する。偏光面の回転角は、磁場Ｂの関数である。検出ユニット４０は、プローブ光の回転角を検出する。検出ユニット４０は、入射した光の光量に応じた信号を出力する光検出器と、信号を処理するプロセッサーと、データを記憶するメモリーとを有する。プロセッサーは、光検出器から出力された信号を用いて磁場Ｂの大きさを算出する。プロセッサーは、算出した結果を示すデータをメモリーに書き込む。こうして、ユーザーは、被測定物から発生する磁場Ｂの情報を得ることができる。
図２は、ガスセル１１を示す斜視図である。ガスセル１１は、石英ガラスまたはホウケイ酸ガラス等、光透過性を有する材料を用いて形成されている。ガスセル１１は、パッケージ１２とリッド１３とを有する。パッケージ１２は、例えばガラス成型により製造される。なお、パッケージ１２は、ガラス加工により形成されてもよい。パッケージ１２は、アルカリ金属ガスが封入される主室１４を有する。この主室１４は、外部に向けて開口されている。つまり、パッケージ１２は、開口部を有する。リッド１３は、パッケージ１２の上面を覆う蓋である。リッド１３は、例えばガラスの平板である。
パッケージ１２には、主室１４の隣に断面がＶ字型の凹部１５が形成されている。この凹部１５には、アルカリ金属が封入されたアンプル５０が収容される。このアンプル５０は、例えばガラス容器である。アンプル５０は、アルカリ金属原子を収容する収容部として用いられる。パッケージ１２の上面には、凹部１５から主室１４に向かって溝１６が形成されている。この溝１６も、例えばガラス成型で形成される。凹部１５と主室１４とは、この溝１６を介して接続される。溝１６の内径は、後述する洗浄液やコーティング剤を流通させることはできるが、主室１４内でスピン偏極しているアルカリ金属原子が入り難いような大ききであるのが好ましい。図２に示す溝１６では、主室１４側の端部が、凹部１５側の端部に比べて内径が小さくなっている。また、パッケージ１２の上面には、主室１４から外部へ向けて溝１７が形成され、凹部１５から外部へ向けて溝１８が形成されている。さらに、パッケージ１２の上面には、溝１７と交わるように、断面がＶ字型の凹部１９が形成されている。
（２）製造方法
図３は、ガスセル１１の製造工程を示すフローチャートである。図４〜９は、ガスセル１１の製造工程を説明する図である。図４〜９では、図２に示すＩ−Ｉ線で切断したガスセル１１の断面が示されている。ステップＳ１１０（接合工程）において、パッケージ１２とリッド１３とが接合する面に、ペースト状の低融点ガラス６０を塗布する。具体的には、パッケージ１２の上面とリッド１３の下面の周辺部とに、ペースト状の低融点ガラス６０を塗布する。この低融点ガラス６０の塗布は、例えばスクリーン印刷やディスペンサを利用して行われる。低融点ガラス６０を塗布した後、加熱により、低融点ガラス６０に含まれる溶剤成分を蒸発させ、乾燥させる。次に、アンプル５０をパッケージ１２の凹部１５に置く。アンプル５０を置いた後、図４に示すように、棒状の金属ワイヤ６１を溝１７に入れる。このとき、金属ワイヤ６１は、一端が外部に突出し、他端が凹部１９内に突出するように配置される。また、貫通孔７７を有する筒状の金属管６２を溝１８に入れる。このとき、金属管６２は、一方の端部が外部に突出し、他端が凹部１５内に突出するように配置される。この金属管６２の一方の端部には、配管１０２を介してポンプ１００が接続される。この金属管６２の端部と配管１０２とは、継手１０１を用いて接続される。ポンプ１００は、ガスセル１１の内部から気体を排出させ、又はガスセル１１の内部に圧縮した空気を入れることにより、ガスセル１１内の圧力を制御する機能を有する。金属管６２は、低融点ガラス６０に接合し難い金属、例えばニッケル等の材料を用いて形成されている。なお、金属管６２は、全ての部分が低融点ガラス６０に接合し難い金属で形成されている必要はない。例えば、金属管６２は、低融点ガラス６０に接合する金属を用いて形成された筒状の部材の表面に、ニッケルめっきを施したものであってもよい。なお、パッケージ１２には、金属ワイヤ６１や金属管６２の位置決めができるように、金属ワイヤ６１や金属管６２が配置されるところに溝が形成されていてもよい。
金属ワイヤ６１及び金属管６２を配置した後、パッケージ１２の上にリッド１３を重ねる。これにより、パッケージ１２とリッド１３との間に、低融点ガラス６０を介して金属ワイヤ６１、金属管６２が挟み込まれる。つまり、金属管６２とパッケージ１２、及び、金属管６２とリッド１３との間に低融点ガラス６０が設けられる。次に、加圧しながら、低融点ガラス６０が溶融するような温度、例えば４００℃まで加熱する。この加熱には、例えばアニール炉が利用される。この加熱により、パッケージ１２とリッド１３との間の低融点ガラス６０が溶融し、パッケージ１２とリッド１３とが接合される。
また、溶融した低融点ガラス６０は、溝１７において金属ワイヤ６１の円周面を覆う。ただし、溝１７から溢れた低融点ガラス６０は、凹部１９内に落ちる。そうすると、金属ワイヤ６１において、外部に突出している一端と、凹部１９内に突出している他端とは、低融点ガラス６０で覆われない。従って、金属ワイヤ６１は、溝１７内の低融点ガラス６０を貫通する。また、溶融した低融点ガラス６０は、溝１８において金属管６２の円周面を覆う。ただし、溝１８から溢れた低融点ガラス６０は、凹部１５内に落ちる。そのため、金属管６２の貫通孔７７の中に低融点ガラス６０が入り込むのが防止される。冷却後、金属ワイヤ６１を引き抜く。金属ワイヤ６１を引き抜き難い場合には、超音波振動を印加して、棒状部材と接合材料との接合界面を剥離させてもよい。これにより、図５に示すように、パッケージ１２とリッド１３との間に、貫通孔７１が形成される。この場合、貫通孔７１を形成する低融点ガラス６０が、第２の封止材として用いられる。
ステップＳ１２０（コーティング工程）において、ガスセル１１を洗浄液の中に入れる。このとき、貫通孔７１が洗浄液の中に入るようにガスセル１１を配置する。例えば、洗浄液の中に、貫通孔７１が下になるような向きでガスセル１１を配置する。次に、ポンプ１００により、ガスセル１１内の気体を貫通孔７７から外部に排出して、ガスセル１１内の圧力を下げる。これにより、洗浄液が貫通孔７１からガスセル１１の内部に流入する。洗浄液によりガスセル１１内が洗浄された後、ポンプ１００により、ガスセル１１の内部に貫通孔７７を介して圧縮した気体を入れて、ガスセル１１内の圧力を上げる。これにより、洗浄液が貫通孔７１からガスセル１１の外部に流出する。
このようにして、ガスセル１１内の汚染物質を除去した後、コーティング剤を用いて、主室１４の内面に膜７０を形成する。このコーティング剤には、例えばパラフィンやシラン系炭化水素が使用される。また、コーティング剤には、ヘキサメチルジシランが使用されてもよい。膜７０を形成する方法としては、液相成膜法と気相成膜法とがある。いずれの方法においても、上述した洗浄液と同様に、貫通孔７１がコーティング剤の中に入るようにガスセル１１を配置し、ポンプ１００により、コーティング剤を貫通孔７１から流入させ、貫通孔７１から流出させる。ただし、液相成膜法を用いた場合には、コーティング剤が液体の状態でガスセル１１内に流入する。この場合には、例えばコーティング剤の中に、貫通孔７１が下になるような向きでガスセル１１を配置する。一方、気相成膜法を用いた場合には、コーティング剤が気体の状態でガスセル１１内に流入する。洗浄液やコーティング剤は、貫通孔７１を介してガスセル１１の内部と外部との間で流通する流体である。また、ポンプ１００は、流体の流通を制御する流体機械として用いられる。つまり、ステップＳ１２０（コーティング工程）は、流体の流通を制御するポンプ１００により、ガスセル１１の内部と外部との間で、貫通孔７１を介して流体を流通させる流通工程に含まれる。ガスセル１１からコーティング剤が流出された後、金属管６２を引き抜く。これにより、パッケージ１２とリッド１３との間に、間隙７２が形成される。この場合、間隙７２を形成する低融点ガラス６０が、第１の封止材として用いられる。
ステップＳ１３０（第１の封止工程）において、図６に示すように、真空環境の下、貫通孔７１を形成している低融点ガラス６０にリッド１３を介してレーザ光を照射し、加熱する。これにより、図７に示すように、低融点ガラス６０が溶融し、貫通孔７１が封止される。レーザ光の吸収を向上させるために、低融点ガラス６０に光吸収材を添加してもよい。
ステップＳ１４０（アンプル破壊工程）において、図７に示すように、真空環境の下、レーザ光の焦点をアンプル５０に合わせ、リッド１３を介してレーザ光をアンプル５０に照射する。これにより、アンプル５０に穴が開けられ、又はアンプル５０が割断されて、アンプル５０が破壊される。この「破壊」とは、アンプル５０の形を崩して、アンプル５０の内部と外部とを連通させることをいう。レーザ光の吸収を向上させるために、アンプルに光吸収材の膜を形成してもよい。また、超短パルスレーザを用いてアンプル５０を破壊してもよい。アンプル５０の破壊にあたり、気化成分が発生することがある。この気化成分は、間隙７２から外部へ排気される。気化成分が間隙７２から排気されるのに十分な時間が確保されるように、次のステップＳ１５０（第２の封止工程）は、アンプル５０が破壊された後、決められた時間が経過してから行われる。
ステップＳ１５０（第２の封止工程）において、図８に示すように、真空環境の下、間隙７２を形成している低融点ガラス６０にリッド１３を介してレーザ光を照射し、加熱する。これにより、図９に示すように、低融点ガラス６０が溶融し、間隙７２が封止される。
ステップＳ１６０（充填工程）において、ガスセル１１内にアルカリ金属ガスを充填させる。具体的には、ガスセル１１を加熱することにより、アンプル５０内のアルカリ金属を気化させる。これにより、アンプル５０からアルカリ金属ガスが放出される。図９に示すように、アンプル５０から放出されたアルカリ金属ガスは、溝１６を介して主室１４に移動する。これにより、アルカリ金属ガスが拡散され、主室１４内にアルカリ金属ガスが充填される。
この実施形態では、金属管６２が外部に突出しているため、ここにポンプ１００の配管１０２を接続することができる。これにより、ポンプ１００を使って洗浄液やコーティング剤の流入や流出を行うことができるため、ポンプ１００を使わない場合に比べて、洗浄液やコーティング剤の流入や流出にかかる時間を短くすることができる。また、貫通孔７１や間隙７２は、いずれも通常のガラスより溶融点の低い低融点ガラス６０で形成されている。そのため、貫通孔７１や間隙７２が通常のガラスで形成されている場合に比べて、低温で加熱しても貫通孔７１や間隙７２を封止することができる。すなわち、実施形態によれば、ガスセル１１の内部と外部との間で洗浄液やコーティング剤が流通し易くしつつ、ガスセル１１を容易に封止することができる。
また、上述した実施形態では、ポンプ１００の作動によりガスセル１１内を洗浄液やコーティング剤が循環するようになっているが、ポンプ１００の作動中又は作動後に、洗浄液やコーティング剤が金属管６２の貫通孔７７に入り込んでしまう場合がある。このような場合において、仮に金属管６２がないときには、封止材として用いられる低融点ガラス６０の内壁に洗浄液やコーティング剤が付着してしまう。そうすると、低融点ガラス６０を溶融して間隙７２を封止するときに、低融点ガラス６０に洗浄液やコーティング剤が混入し、封止効果が低下してしまう。しかし、本実施形態によれば、このような場合にも洗浄液やコーティング剤は、金属管６２の貫通孔７７の中に入ることになるため、封止剤として用いられる低融点ガラス６０には、洗浄液やコーティング剤が付着しない。これにより、間隙７２を封止するときに、低融点ガラス６０に洗浄液やコーティング剤が混入しないため、封止の信頼性が向上する。
２．変形例
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。
（１）変形例１
上述した実施形態では、金属ワイヤ６１を用いて、低融点ガラス６０により貫通孔７１を有する封止材を形成していた。しかし、この封止材に代えて、予め貫通孔７３を有する筒状の形状に成形された封止材８１を用いてもよい。この場合、封止材８１が第２の封止材として用いられる。この変形例１に係るガスセル１１の構成は、実施形態で説明した構成と概ね同じである。ただし、パッケージ１２には、凹部１９は設けられていない。
図１０〜１５は、変形例１に係るガスセル１１の製造工程を説明する図である。上述したステップＳ１１０（接合工程）において、図１０に示すように、パッケージ１２の溝１７には、金属ワイヤ６１に代えて、筒状の封止材８１が配置される。この封止材８１は、リッド１３とパッケージ１２に塗布された低融点ガラス６０よりも融点が高い低融点ガラスや半田などの材料を用いて形成されている。ここでは、低融点ガラス６０の融点が温度Ｔ１（第１の温度）であり、封止材８１を形成する材料の融点が温度Ｔ２（第２の温度）である場合を想定する。この場合、パッケージ１２とリッド１３とを接合するときには、温度Ｔ１以上温度Ｔ２未満の温度で加熱され、リッド１３とパッケージ１２に塗布された低融点ガラス６０だけが溶融される。このときの加熱温度は、封止材８１の融点よりも低いため、封止材８１は、溶融せずに筒状の形状を保つ。
上述したステップＳ１２０（コーティング工程）において、図１１に示すように、この筒状の封止材８１の貫通孔７３を介して洗浄液やコーティング剤を流入、流出させる。上述したステップＳ１３０（第１の封止工程）において、図１２に示すように、レーザ光を照射して、低融点ガラス６０とともに封止材８１を温度Ｔ２以上の温度で加熱する。これにより、低融点ガラス６０とともに封止材８１が溶融して、貫通孔７３が封止される。その他の工程は、上述した実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
（２）変形例２
ガスセルアレイ１０は、単に複数のガスセル１１を並べたものに限らない。
図１６は、変形例２に係るガスセルアレイＥのＩ−Ｉ断面図である。このガスセルアレイ１０Ｅは、ガスセル１１に複数の主室１４を設けたものと同様の構成を有している。ガスセルアレイ１０Ｅは、パッケージ１２Ｅとリッド１３Ｅとを有している。パッケージ１２Ｅは、４つの主室１４Ａ〜１４Ｄを有している。このパッケージ１２Ｅの上面には、上述した凹部１５，１９，溝１６〜１８に加えて、溝９１〜９３が形成されている。溝９１は、主室１４Ａと主室１４Ｂとを接続する。溝９２は、主室１４Ｂと主室１４Ｃとを接続する。溝９３は、主室１４Ｃと主室１４Ｄとを接続する。凹部１５は、主室１４Ｄの隣に形成される。溝１７は、主室１４Ａから外部に向けて形成される。このガスセルアレイ１０Ｅでは、アンプル５０から放出されたアルカリ金属ガスは、溝１６を介して主室１４Ｄへと移動する。続いて、アルカリ金属ガスは、溝９３，９２，９１を介して、主室１４Ｃ，１４Ｂ，１４Ａへと順に移動する。これにより、主室１４Ａ〜１４Ｄにアルカリ金属ガスが充填される。
また、ガスセルアレイ１０において、複数のガスセル及びダミーセルを含むセル群が、ｘｙ平面上に２次元配置（マトリクス状に配置）されてもよい。
図１７は、変形例２に係るガスセルアレイ１０Ｆの断面図である。この断面は、図に示すｘｙ平面に平行である。ガスセルアレイ１０Ｆは、ガスセル１１０と、ガスセル１２０と、ガスセル１４０と、ガスセル１５０と、ダミーセル１３０とを有している。ガスセル１１０とダミーセル１３０との間には、貫通孔１１１が設けられている。ガスセル１２０とダミーセル１３０との間には、貫通孔１２１が設けられている。ガスセル１４０とダミーセル１３０との間には、貫通孔１４１が設けられている。ガスセル１５０とダミーセル１３０との間には、貫通孔１５１が設けられている。ダミーセル１３０にはアンプル５０が収納される。アンプル５０から放出されたアルカリ金属ガスは、ダミーセル１３０から、貫通孔１１１、貫通孔１２１、貫通孔１４１、および貫通孔１５１を介して、ガスセル１１０、ガスセル１２０、ガスセル１４０、およびガスセル１５０に拡散される。
なお、図１７は断面図であるため示されていないが、ダミーセル１３０の上面には、図２に示すガスセル１１と同様に、ダミーセル１３０から外部へと向かう溝１７及び溝１８が形成されている。この溝１７と溝１８とは、例えば対向する位置に設けられる。なお、このガスセルアレイ１０Ｆでは、アンプル５０がダミーセル１３０に配置されるため、凹部１５を設ける必要はない。ガスセルアレイ１０Ｆを封止する方法については、上述したガスセル１１を封止する方法と同様である。
（３）変形例３
溝１７，溝１８の位置は、図２に示す位置に限定されない。
図１８は、変形例３に係るパッケージ１２Ｆの平面図である。図１８に示す主室１４の形状は、直方体である。この場合、主室１４の角においては、アルカリ金属原子のスピン偏極が緩和しやすい。従って、溝１７と溝１８とは、パッケージ１２Ｆの上面において、主室１４の対角に設けられてもよい。なお、図１８に示す溝１７，１８は、ガスセル１１の側面と平行に延びるように形成されているが、主室１４の角からガスセル１１の角に向けて延びるように形成されていてもよい。
（４）変形例４
上述した実施形態では、洗浄液やコーティング剤を流入させるときと流出させるときの両方において、ポンプ１００を使用していた。しかし、上述したように、洗浄液やコーティング剤の中に、貫通孔７１が下になるような向きでガスセル１１を配置した場合には、ポンプ１００を使用しなくても、洗浄液やコーティング剤は貫通孔７１から流れ落ちる。従って、洗浄液やコーティング剤を流入させるときのみポンプ１００を使用してもよい。
（５）変形例５
金属管６２は、他端が溝１６内に突出するように配置されてもよい。図２に示す例では、溝１６の主室１４側の端部が、凹部１５側の端部に比べて内径が小さくなっている。この場合、金属管６２の他端は、溝１６の内径が大きい部分に配置されるのが好ましい。これにより、主室１４内の気体を効率よく排出し、又は主室１４内に圧縮した空気を効率よく入れることができる。
（６）変形例６
アンプル５０から気化成分が放出されない場合や、アンプル５０から放出される気化成分が影響を及ぼさないほど微量である場合など、アンプル５０から放出される気化成分を外部に放出する必要がない場合がある。このような場合には、ステップＳ１４０（アンプル破壊工程）を行う前に、ステップＳ１５０（第２の封止工程）を行ってもよい。例えば、ステップＳ１２０（コーティング工程）において金属管６２を引き抜きながら、ステップＳ１５０（第２の封止工程）を行ってもよい。
図１９は、変形例６に係るステップＳ１５０（第２の封止工程）を説明する図である。このステップＳ１５０（第２の封止工程）において、金属管６２は、まずレーザ光が照射される位置Ｐ１と溝１８の外部に開口する端部の位置Ｐ２との間まで引き抜かれる。続いて、位置Ｐ１において、レーザ光を低融点ガラス６０に照射して加熱する。これにより、低融点ガラス６０が溶融し、金属管６２を引き抜いたときに形成される間隙７２が予め封止される。その後、金属管６２を引き抜く。このようにして、金属管６２を完全に引き抜く前に間隙７２を封止することにより、コーティング剤により主室１４の内面に膜７０が形成された後、ガスセル１１内の機密性が保たれる。これにより、ガスセル１１の内面に形成された膜７０を外気に触れさせないようにすることができる。なお、この場合には、間隙７２を封止するときに、アニール炉を利用してガスセル１１全体を加熱してもよい。
（７）変形例７
ガスセル１１の形状は図２に示す形状に限定されない。図２に示すガスセル１１は、直方体の形状をしている。しかし、ガスセル１１の形状は、直方体以外の多面体、球体、または、円柱等、一部に曲面を有するものであってもよい。
（８）変形例８
上述した実施形態では、パッケージ１２とリッド１３とを接合する接合材料として、低融点ガラスが用いられていた。しかし、接合材料は、低融点ガラスに限定されない。例えば、半田であってもよい。また、パッケージ１２とリッド１３とをオプティカルコンタクトにより接合してもよい。この場合、溝１７，１８だけに接合材料が塗布される。また、接合材料は、パッケージ１２とリッド１３との両方に塗布されてもよいし、パッケージ１２の上面又はリッド１３の下面だけに塗布されてもよい。この場合、金属管６２とパッケージ１２との間、又は金属管６２とリッド１３との間のいずれか一方だけに、封止材として用いられる低融点ガラス６０が設けられることになる。この場合にも、この低融点ガラス６０の量が十分に多ければ、低融点ガラス６０の溶融により、金属管６２が引き抜かれた後に形成される間隙７２を封止することができる。
（９）変形例９
上述した実施形態では、パッケージ１２とリッド１３との間に設けられる管状部材として、ニッケルを用いて形成された筒状の金属管６２が用いられていた。しかし、管状部材の形状は、筒状に限定されない。例えば、管状部材は、断面が三角形や四角形など円以外の形状である管状形状であってもよい。また、管状部材の材料は、ニッケルに限定されない。例えば、管状部材は、ニッケル以外の材料を用いて形成されてもよい。ただし、管状部材は、パッケージ１２とリッド１３との接合に用いられる接合材料と接合し難い材料を用いて形成されるのが好ましい。
（１０）変形例１０
封止材の形状は、貫通孔を有する筒状の形状に限定されない。例えば、封止材の形状は、立方体や直方体などの多面体、球体、円柱などの、貫通孔を有する筒状以外の立体形状であってもよい。この場合、実施形態では、封止材の形状に合わせた溝１７が形成される。変形例１では、このような形状を有する封止材８１が用いられる。また、封止材の材料は、低融点ガラスや半田に限定されない。例えば、樹脂であってもよい。
（１１）変形例１１
上述した実施形態では、パッケージ１２とリッド１３との間に配置される棒状部材として、ニッケルを用いて形成された金属ワイヤ６１が用いられていた。しかし、棒状部材は、ニッケルを用いて形成された金属ワイヤ６１に限定されない。例えば、棒状部材は、ニッケル以外の材料を用いて形成された棒状の部材に、ニッケルめっきを施したものであってもよい。この棒状部材は、パッケージ１２とリッド１３との接合に用いられる接合材料と接合し難い材料を用いて形成されるのが好ましい。
（１２）変形例１２
アルカリ金属原子は、固体、液体、または気体のうち、どの状態でガスセル１１に導入されてもよい。アルカリ金属は、少なくとも測定時にガス化していればよく、常にガス状態である必要はない。
（１３）変形例１３
ガスセル１１の用途は、磁気センサーに限定されない。例えば、ガスセル１１は、原子発振器に用いられてもよい。
（１４）変形例１４
本発明に係るパッケージの封止方法を用いて封止されるパッケージは、ガスセル１１に限定されない。例えば、水晶やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いたジャイロセンサー、加速度センサー、圧力センサー、傾斜センサー、水晶発振器などの電子デバイスの筐体には、気密封止パッケージが使われている。本発明に係るパッケージの封止方法は、この気密封止パッケージを封止するのに用いられてもよい。具体的には、上述した実施形態又は変形例と同じ方法で、気密封止パッケージとリッドとの間に、貫通孔を有する管状部材を一方の端部が外部に突出するように設け、この管状部材とパッケージ又はリッドとの間に封止材を設け、パッケージと蓋とを接合する。管状部材の端部には、流体の流通を制御する流体機械が接続され、この流体機械により、パッケージの内部と外部との間で貫通孔を介して流体を流通させる。管状部材を引き抜き、封止材を溶融させて、管状部材の引き抜いたときに形成されるパッケージとリッドとの間隙を封止する。この流体機械としては、例えば真空ポンプが用いられる。
１…磁気測定装置、１０…ガスセルアレイ、１１…ガスセル、１２…パッケージ、１３…リッド、５０…アンプル、６１…金属ワイヤ、６２…金属管、７１，７７…貫通孔、７２…間隙、１００…ポンプ

Claims (8)

  1. 開口部を有するパッケージにアルカリ金属原子を収容する収容部を配置し、前記パッケージと前記開口部を覆う蓋との間に第１の貫通孔を有する管状部材を一方の端部が外部に突出するように配置し、当該管状部材と前記パッケージ又は前記蓋との間に第１の封止材を設け、前記パッケージと前記蓋との間に、第２の貫通孔を有する第２の封止材を設け、前記パッケージと前記蓋とを接合する接合工程と、
    前記管状部材の前記端部には、流体の流通を制御する流体流通手段が接続され、当該流体流通手段により、前記第２の貫通孔を介して前記パッケージの内部にコーティング剤を流入させ、当該コーティング剤により当該パッケージの内面に膜を形成し、当該流体流通手段により、前記パッケージ内部の前記コーティング剤を前記第２の貫通孔を介して外部に流出させる流通工程と、
    前記管状部材を除去し、前記第１の封止材を溶融させて、当該管状部材を除去したときに形成される前記パッケージと前記蓋との間隙を封止し、前記第２の封止材を溶融させて、前記第２の貫通孔を封止する封止工程と、
    前記収容部にレーザ光を照射して、当該収容部を破壊する破壊工程と
    を備えることを特徴とするパッケージの封止方法。
  2. 前記収容部にレーザ光を照射して、当該収容部を開封する開封工程
    を備える請求項１に記載のパッケージの封止方法。
  3. 前記流通工程において、前記第２の貫通孔は、コーティング剤の中に配置され、前記コーティング剤を流入させる場合には、前記流体流通手段により、前記パッケージ内の気体を前記第１の貫通孔から外部に排出して、当該パッケージ内の圧力を下げる
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパッケージの封止方法。
  4. 前記流通工程において、前記コーティング剤を流出させる場合には、前記流体流通手段により、前記パッケージの内部に前記第１の貫通孔を介して圧縮した気体を入れて、当該パッケージ内の圧力を上げる
    ことを特徴とする請求項３に記載のパッケージの封止方法。
  5. 前記接合工程において、前記パッケージと前記蓋とが接合する面には、接合材料が塗布され、当該パッケージと当該蓋との間には、一端が外部に突出するように棒状部材が配置され、当該接合材料が溶融されることにより前記パッケージと前記蓋とが接合され、冷却後、当該棒状部材が除去されることにより、当該接合材料により前記第２の封止材が形成される
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のパッケージの封止方法。
  6. 前記接合工程において、前記パッケージと前記蓋とが接合する面には、融点が第１の温度である接合材料が塗布され、前記第２の封止材は、融点が前記第１の温度よりも高い第２の温度である材料で形成され、前記接合材料は、前記第１の温度以上前記第２の温度未満の温度で加熱され、当該接合材料が溶融することにより、前記パッケージと前記蓋とが合され、
    前記封止工程において、前記第２の封止材は、前記第２の温度以上の温度で加熱される
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のパッケージの封止方法。
  7. 開口部を有するパッケージと当該開口部を覆う蓋との間に、貫通孔を有する管状部材を一方の端部が外部に突出するように設け、当該管状部材と前記パッケージ又は前記蓋との間に封止材を設け、当該パッケージと当該蓋とを接合する接合工程と、
    前記管状部材の前記端部には、流体の流通を制御する流体流通手段が接続され、当該流体流通手段により、前記パッケージの内部と外部との間で前記貫通孔を介して当該流体を流通させる流通工程と、
    前記管状部材を除去し、前記封止材を溶融させて、当該管状部材を除去したときに形成される前記パッケージと前記蓋との間隙を封止する封止工程と
    を備えることを特徴とするパッケージの封止方法。
  8. 開口部を有するパッケージにアルカリ金属原子を収容する収容部を配置し、前記パッケージと前記開口部を覆う蓋との間に第１の貫通孔を有する管状部材を一方の端部が外部に突出するように配置し、当該管状部材と前記パッケージ又は前記蓋との間に第１の封止材を設け、前記パッケージと前記蓋との間に、第２の貫通孔を有する第２の封止材を設け、前記パッケージと前記蓋とを接合する接合工程と、
    前記管状部材の前記端部には、流体の流通を制御する流体流通手段が接続され、当該流体流通手段により、前記第２の貫通孔を介して前記パッケージの内部にコーティング剤を流入させ、当該コーティング剤により当該パッケージの内面に膜を形成し、当該流体流通手段により、前記パッケージ内部の前記コーティング剤を前記第２の貫通孔を介して外部に流出させる流通工程と、
    前記管状部材を除去し、前記第１の封止材を溶融させて、当該管状部材の除去したときに形成される前記パッケージと前記蓋との間隙を封止し、前記第２の封止材を溶融させて、前記第２の貫通孔を封止する封止工程と、
    前記収容部にレーザ光を照射して、当該収容部を破壊する破壊工程と、
    を備えることを特徴とするガスセルの製造方法。
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