本發(fā)明涉及量子精密測量，尤其涉及一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法及磁強計。

背景技術(shù)：

1、原子磁強計是一種精密的磁場測量儀器，具有磁場測量靈敏度高的優(yōu)點，在空間磁場測量、礦產(chǎn)資源探測、軍事反潛、生物磁成像等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

2、芯片級原子磁強計是利用微細加工技術(shù)，將原子磁強計物理表頭進行芯片級封裝，使其具有更低的功耗、更小的體積和更高的集成度以便增強其使用范圍和降低整表成本。

3、芯片級原子磁強計物理表頭的一項關(guān)鍵技術(shù)困難是磁強計物理表頭多種器件需要進行溫度控制，尤其是原子氣室在工作是需要加熱至100攝氏度以上，激光光源需要加熱至50攝氏度以上。普通的原子磁強計采用分立式的光源器件、原子氣室以及1/2玻片、1/4玻片、圓偏振片、準直透鏡以及分光棱鏡、等多種器件通過一系列的組合搭建而成。而芯片原子磁強計需要將各器件集成封裝在一起，這勢必引起各加熱單元之間的熱影響。原子氣室是磁強計表頭中工作溫度最高的器件，將原子磁強計芯片化集成必須解決的一項技術(shù)難關(guān)是原子氣室與其他器件之間的熱隔離。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法及磁強計，能夠解現(xiàn)有技術(shù)中原子磁強計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大及原子氣室溫度高的技術(shù)問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，芯片級原子磁強計集成封裝方法包括：步驟一，在光源襯底表面集成用于測溫的溫度傳感器(ntc)以及加熱線圈，使用片上集成方法將半導(dǎo)體激光器及溫度傳感器(ntc)集成在光源襯底表面；步驟二，在光源襯底上層鍵合一層預(yù)制膠合劑的第一氣凝膠隔層；步驟三，將準直透鏡、1/4玻片、偏振片三層光學(xué)元件提前進行堆疊鍵合為集成光學(xué)鏡片模組，鍵合后的集成光學(xué)鏡片模組采用對位加熱裝置使準直透鏡和光源襯底進行鍵合；步驟四，在偏振片外圈預(yù)制一層熱固性樹脂，在偏振片表面鍵合一層圖形化的第二氣凝膠隔層；步驟五，采用第一絕熱環(huán)將原子氣室與第二氣凝膠隔層進行結(jié)構(gòu)隔離；步驟六，將原子氣室與第一絕熱環(huán)進行鍵合；步驟七，在原子氣室上表面邊緣鍵合第二絕熱環(huán)；步驟八，在第二絕熱環(huán)表面鍵合一層圖形化的第三氣凝膠隔層；步驟九，使用對準鍵合設(shè)備將光電探測器(pd)進行鍵合，以便于完成芯片級原子磁強計的整體封裝。

3、進一步地，第一絕熱環(huán)和第二絕熱環(huán)均為陶瓷墊塊。

4、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法包括：步驟一，在光源襯底表面集成用于測溫的溫度傳感器(ntc)以及加熱線圈，使用片上集成方法將半導(dǎo)體激光器及溫度傳感器(ntc)集成在光源襯底表面；步驟二，采用預(yù)制的第一氣凝膠隔層，將第一氣凝膠隔層設(shè)置在光源襯底上；步驟三，將準直透鏡、1/4玻片、偏振片三層光學(xué)元件提前進行堆疊鍵合為集成光學(xué)鏡片模組，鍵合后的集成光學(xué)鏡片模組采用對位加熱裝置使準直透鏡和光源襯底進行鍵合；步驟四，在偏振片外圈預(yù)制一層熱固性樹脂，采用預(yù)制的隔熱結(jié)構(gòu)進行堆疊作為第一絕熱環(huán)，在第一絕熱環(huán)下表面鍵合一層圖形化的第二氣凝膠隔層，將第二氣凝膠隔層設(shè)置在偏振片上；步驟五，將原子氣室與第一絕熱環(huán)上表面進行鍵合；步驟六，在原子氣室邊緣鍵合一層第二絕熱環(huán)；步驟七，在第二絕熱環(huán)鍵合一層圖形化的第三氣凝膠隔層，以便降低氣室與上層器件的傳熱；步驟八，使用對準鍵合設(shè)備將光電探測器(pd)進行鍵合，以便于完成芯片級原子磁強計的整體封裝。

5、進一步地，第一絕熱環(huán)和第二絕熱環(huán)均為陶瓷墊塊。

6、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，芯片級原子磁強計集成封裝方法包括：步驟一，在光源襯底表面集成用于測溫的溫度傳感器(ntc)以及加熱線圈，使用片上集成方法將半導(dǎo)體激光器及溫度傳感器(ntc)集成在光源襯底表面；步驟二，在光源襯底上層鍵合一層預(yù)制膠合劑的第一氣凝膠隔層；步驟三，分別將準直透鏡、1/4玻片、偏振片依次采用鍵合加熱對準裝置與光源襯底進行對準鍵合；步驟四，在偏振片外圈預(yù)制一層熱固性樹脂，在偏振片表面鍵合一層圖形化的第二氣凝膠隔層；步驟五，采用第一絕熱環(huán)將原子氣室與第二氣凝膠隔層進行結(jié)構(gòu)隔離；步驟六，將原子氣室與第一絕熱環(huán)進行鍵合；步驟七，在原子氣室上表面邊緣鍵合第二絕熱環(huán)；步驟八，在第二絕熱環(huán)表面鍵合一層圖形化的第三氣凝膠隔層；步驟九，使用對準鍵合設(shè)備將光電探測器(pd)進行鍵合，以便于完成芯片級原子磁強計的整體封裝。

7、進一步地，第一絕熱環(huán)和第二絕熱環(huán)均為陶瓷墊塊。

8、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法包括：步驟一，在光源襯底表面集成用于測溫的溫度傳感器(ntc)以及加熱線圈，使用片上集成方法將半導(dǎo)體激光器及溫度傳感器(ntc)集成在光源襯底表面；步驟二，采用預(yù)制的第一氣凝膠隔層，將第一氣凝膠隔層設(shè)置在光源襯底上；步驟三，分別將準直透鏡、1/4玻片以及偏振片依次采用鍵合加熱對準裝置與光源襯底進行對準鍵合；步驟四，在偏振片外圈預(yù)制一層熱固性樹脂，采用預(yù)制的隔熱結(jié)構(gòu)進行堆疊作為第一絕熱環(huán)，在第一絕熱環(huán)下表面鍵合一層圖形化的第二氣凝膠隔層，將第二氣凝膠隔層設(shè)置在偏振片上；步驟五，將原子氣室與第一絕熱環(huán)上表面進行鍵合；步驟六，在原子氣室邊緣鍵合一層第二絕熱環(huán)；步驟七，在第二絕熱環(huán)鍵合一層圖形化的第三氣凝膠隔層，以便降低氣室與上層器件的傳熱；步驟八，使用對準鍵合設(shè)備將光電探測器(pd)進行鍵合，以便于完成芯片級原子磁強計的整體封裝。

9、進一步地，第一絕熱環(huán)和第二絕熱環(huán)均為陶瓷墊塊。

10、根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種芯片級原子磁強計，芯片級原子磁強計使用如上所述的具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法進行集成封裝。

11、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，該方法采用結(jié)構(gòu)隔熱以及材料隔熱進行原子氣室的熱隔離，可有效解決磁強計表頭內(nèi)部的傳熱，降低氣室對其他器部件的熱影響。本發(fā)明所提供的具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明采用多層鍵合、光學(xué)對準的方式進行芯片原子磁強計物理表頭光學(xué)器件的集成，有效降低了物理表頭的體積；(2)本發(fā)明利用在光源襯底表面進行結(jié)構(gòu)塊隔熱、絕熱氣凝膠、光學(xué)器件表面預(yù)制絕熱氣凝膠進行多器件的多層熱鍵合，并在氣室上下層進行有效的結(jié)構(gòu)隔熱，防止氣室加熱后的熱量對光源及pd影響，有效降低了熱傳導(dǎo)對物理表頭的影響。

技術(shù)特征：

1.一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，其特征在于，所述芯片級原子磁強計集成封裝方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，其特征在于，所述第一絕熱環(huán)和所述第二絕熱環(huán)均為陶瓷墊塊。

3.一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，其特征在于，所述具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，其特征在于，所述第一絕熱環(huán)和所述第二絕熱環(huán)均為陶瓷墊塊。

5.一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，其特征在于，所述芯片級原子磁強計集成封裝方法包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，其特征在于，所述第一絕熱環(huán)和所述第二絕熱環(huán)均為陶瓷墊塊。

7.一種具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，其特征在于，所述具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法，其特征在于，所述第一絕熱環(huán)和所述第二絕熱環(huán)均為陶瓷墊塊。

9.一種芯片級原子磁強計，其特征在于，所述芯片級原子磁強計使用如權(quán)利要求1至8中所述的具有熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法進行集成封裝。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種熱隔離的芯片級原子磁強計集成封裝方法及磁強計，在光源襯底表面集成用于測溫的溫度傳感器以及加熱線圈，將半導(dǎo)體激光器及溫度傳感器集成在光源襯底表面；在光源襯底上鍵合第一氣凝膠隔層；將準直透鏡、1/4玻片、偏振片三層光學(xué)元件提前進行堆疊，采用對位加熱裝置使準直透鏡和光源襯底進行鍵合；在偏振片外圈預(yù)制一層熱固性樹脂，在偏振片表面鍵合第二氣凝膠隔層；采用第一絕熱環(huán)將原子氣室與第二氣凝膠隔層進行結(jié)構(gòu)隔離；在原子氣室上鍵合第二絕熱環(huán)；在第二絕熱環(huán)上鍵合第三氣凝膠隔層；使用對準鍵合設(shè)備將光電探測器進行鍵合。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中原子磁強計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大及原子氣室溫度高的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：秦杰,謝耀,萬雙愛
受保護的技術(shù)使用者：北京自動化控制設(shè)備研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8