[發明專利]一種基于MEMS原子芯片的物理封裝件及其封裝方法

有效

• 申請號: 201710325754.8
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107128871B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 宮占江;王輝;張鵬;孫立凱;徐興燁;吳亞林;王勁松
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十九研究所
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 孟憲會

一種基于MEMS原子芯片的物理封裝件及其封裝方法，它涉及一種物理封裝件及其封裝方法。本發明為了解決現有的微型堿金屬原子氣室在傳感器系統應用過程中存在加熱功耗過大及磁干擾的問題。封裝件：陶瓷外殼分別與上、下透光窗密封連接，上支撐膜和下支撐膜粘接在微結構原子芯片的上、下表面，微結構原子芯片與內連接支架連接，上支撐膜與下支撐膜粘接在封裝腔體內部的陶瓷外殼的基座上。方法：將下透光窗和密封陶瓷外殼密封，將上支撐膜和下支撐膜粘在微結構原子芯片上，上支撐膜與下支撐膜固定連接，微結構原子芯片與內連接支架固定連接，上支撐膜和下支撐膜的加熱與測溫器引線均與內電極相連，內電極與外電極連接。本發明用于微機電系統領域。

技術領域

本發明涉及一種在微機電系統(MEMS)領域,具體涉及一種基于MEMS原子芯片的物理封裝件及其封裝方法。

背景技術

微結構的原子氣室單元是構成微型原子磁力儀、芯片原子鐘和微型原子核磁共振陀螺等高精度原子傳感器的關鍵部件。目前國際上在與微型原子傳感器技術相關的微型激光器、電路、光電探測器等關鍵部件微型化方面都已經有了很大進展。但是微型堿金屬原子氣室方面，由于存在較大的研究難度，其研制還在繼續，不斷有新的方法、工藝技術出現。目前通過MEMS技術制備氣室是微氣室研究領域的焦點，以美國NIST為代表的一些國外研究機構開發出一種基于硅微機電技術的原子氣室制作方法。采用陽極鍵合技術，將打有小孔的硅片的兩面用玻璃片封裝起來形成玻璃—硅—玻璃的“三明治”微氣室單元結構。相較傳統的吹玻璃氣室技術，其技術優勢是可制作體積小于1mm³的氣室單元，其保持堿金屬原子處于蒸氣狀態所需的能量可以降至毫瓦量級，相比較玻璃氣室大大降低氣室的加熱能耗。微型化的氣室結構使得高靈敏度原子傳感器小型陣列化成為可能，具有良好的技術發展前景。

為了提高微結構原子傳感器集成度及性能，在微型堿金屬原子氣室封裝的研究中采用多層結構封裝使其具有更好的集成性是目前該項技術發展的主流趨勢。國內外上已有了一些成功的報道，如2004年8月，美國標準技術研究院(NIST)首次制作出微型銫(Cs)原子氣室，氣室體積僅為9.5mm³。他們使用的是“玻璃-帶孔硅片-玻璃”構成的三明治結構的銫氣室，其中的銫原子由疊氮化鋇和氯化銫原位反應生成。2010年美國John Kitching小組對MEMS微結構原子氣室進行分析，并采用MEMS工藝實現雙氣室結構，將堿金屬充入氣室與工作氣室分成相連通的兩個氣室，用以消除制備單質堿金屬的原位反應生成殘余物影響。這種微結構原子氣室，在應用中為了提高其內部堿金屬原子數量，需要對原子氣室加熱至100℃以上，但加熱方法會帶來較大的磁場干擾，對測量造成較大干擾。目前國際上對氣室無磁加熱器的設計方案很多，主要包括：光學加熱方法、熱氣流加熱法、熱循環水加熱法、電學加熱法。其中電學加熱的方法相對前三種方法更為簡單，更有利于原子磁傳感器及原子磁力儀小型化也是目前國際上在氣室加熱采用方法。因此采用有效的方法實現對氣室加熱以減小電加熱引入磁干擾對在微型原子磁力儀、原子陀螺儀等高精度原子傳感器研發中有著重要的意義。

因此，現有的微型堿金屬原子氣室在系統應用過程中存在加熱功耗過大及磁干擾的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的微型堿金屬原子氣室在系統應用過程中存在的加熱功耗過大及磁干擾的問題。進而提供一種基于MEMS原子芯片的物理封裝件及其封裝方法。

本發明的技術方案是：

一種基于MEMS原子芯片的物理封裝件，它包括封裝腔體、內連接支架固定柱、上支撐膜、微結構原子芯片、內連接支架、下支撐膜、內電極和外電極，

封裝腔體包括上透光窗、上焊料環、下焊料環、下透光窗和陶瓷外殼，陶瓷外殼的上端通過上焊料環與上透光窗密封連接，陶瓷外殼的下端通過下焊料環與下透光窗密封連接，從而構成封裝腔體；