多腔体拼接阵列、气室玻壳阵列、气室玻壳及制备方法与流程

本申请涉及原子气室，特别是涉及一种多腔体拼接阵列、气室玻壳阵列、气室玻壳及制备方法。

背景技术：

1、碱金属原子气室是原子磁强计、核磁共振陀螺仪、原子钟等原子仪表的核心器件，其性能直接影响原子仪表的精度。

2、碱金属原子气室玻壳是碱金属单质与缓冲气体的容器，传统碱金属气室多采用玻璃熔融吹制、机械加工方法制备，存在气密性差、形状精度低、难以小型化、一致性低、对操作人员技术要求高等问题，难以实现碱金属原子气室玻壳的小型化、批量化制备。另外，传统的玻璃气室为填充碱金属及缓冲气体在玻壳上设置有用于充气的气柄，完成充制熔封后仍保留有几毫米长的尾管，阻碍相关传感器进一步小型化，在核磁共振陀螺仪中，尾管的存在会增加原子核自旋的四极矩频率偏移，影响器件性能。

3、为适应传感器的微型化、芯片化、集成化、高性能的发展要求，将微纳技术导入碱金属气室制备成为发展趋势。常规的微纳气室采用“玻璃-硅-玻璃”结构，采取打孔的硅晶圆作为中间层，通常仅能提供一对用于通光的光学窗口，无法满足实际使用过程中对多束正交光束的需求。使用打孔玻璃晶圆替换打孔硅片理论上能够提供两对光学窗口，但腔体内部的抛光难以达到使用需求，且抛光处理成本较高。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种多腔体拼接阵列，能够用于批量制备气室玻壳，生产成本低。

2、本申请提供一种多腔体拼接阵列，包括第一拼接体和拼接层，所述第一拼接体设置有至少两个且沿第一方向x间隔布置；任意相邻两个所述第一拼接体之间均设有所述拼接层，所述拼接层包括至少两个第二拼接体且沿第二方向y间隔布置，所述第一方向x和所述第二方向y互成角度；各个所述第二拼接体均与相邻的两个所述第一拼接体固定相连，任意一个所述拼接层中的任意相邻的两个所述第二拼接体，与对应相邻的两个所述第一拼接体围成一个腔室，所述腔室的数量为至少两个。

3、在其中一个实施例中，所述第一拼接体和所述第二拼接体沿着第三方向z的长度相等，使所述多腔体拼接阵列沿所述第三方向z的两端面相平行，所述第一方向x、所述第二方向y以及所述第三方向z两两垂直。

4、在其中一个实施例中，所述第一拼接体的数量为三个以上，将位于最外侧的两个所述第一拼接体定义为第一玻片，位于两个所述第一玻片之间的第一拼接体定义为第二玻片，沿着所述第一方向x，所述第一玻片的长度大于所述第二玻片的长度。

5、在其中一个实施例中，任意一个所述拼接层包括三个以上的所述第二拼接体，将位于最外侧的两个所述第二拼接体定义为第一定位件，位于两个所述第一定位件之间的第二拼接体定义为第二定位件，沿着所述第二方向y，所述第一定位件的长度大于所述第二定位件的长度。

6、本申请还提供一种制备方法，用于制备如上所述的多腔体拼接阵列，包括如下制备步骤：

7、根据目标多腔体拼接阵列的规格，提供合适数量的第一拼接体和第二拼接体；

8、对第一拼接体和第二拼接体用于围出腔室的表面进行精密抛光；

9、将第一拼接体和第二拼接体进行组装、固定，形成多腔体拼接阵列。

10、在其中一个实施例中，在对第一拼接体和第二拼接体进行精密抛光前，对第一拼接体、第二拼接体进行切割，使第一拼接体和第二拼接体的尺寸满足多腔体拼接阵列的组装需求。

11、在其中一个实施例中，在将第一拼接体和第二拼接体进行组装、固定过程中，第一拼接体和第二拼接体之间采用键合工艺进行固化，以形成多腔体拼接阵列，对固化得到的多腔体拼接阵列进行退火处理及抛光处理。

12、本申请还提供一种气室玻壳阵列，包括两块玻璃晶圆、尾管以及如上所述的多腔体拼接阵列，尾管设置有多个，两块所述玻璃晶圆分别固定设于所述多腔体拼接阵列的两端，以封闭所述多腔体拼接阵列的腔室，其中一块所述玻璃晶圆为打孔玻片，所述打孔玻片中开设有多个第一孔洞，所述第一孔洞与所述腔室相对应，所述打孔玻片远离所述多腔体拼接阵列的一端固定设有多个所述尾管，每个所述尾管对应连通一个所述第一孔洞。

13、本申请还提供一种制备方法，用于制备上述气室玻壳阵列，包括如下制备步骤：

14、提供多腔体拼接阵列和两块玻璃晶圆；

15、在其中一块玻璃晶圆上打孔形成打孔玻片，打孔玻片上的第一孔洞与多腔体拼接阵列中的腔室相对应，另一块玻璃晶圆为无孔玻片；

16、在打孔玻片的第一孔洞处通过键合工艺将尾管键合在打孔玻片上，所述第一孔洞与所述尾管连通；

17、对打孔玻片背离尾管的连接面进行抛光；

18、打孔玻片的连接面与多腔体拼接阵列键合连接，打孔玻片的第一孔洞与多腔体拼接阵列中的腔室一一对应连通，无孔玻片与多腔体拼接阵列远离打孔玻片的一侧键合连接，以将腔室进行封闭，得到气室玻壳阵列。

19、本申请还提供一种气室玻壳阵列，包括两块硅晶圆、两块玻璃晶圆以及如上所述的多腔体拼接阵列，每块所述硅晶圆中均开设有多个第二孔洞；两块所述硅晶圆分别固定设于所述多腔体拼接阵列的两端，所述硅晶圆中的所述第二孔洞与所述腔室相对应，所述硅晶圆远离所述多腔体拼接阵列的一端固定设有一块所述玻璃晶圆，以封闭所述腔室。

20、本申请还提供一种制备方法，用于制备如上所述的气室玻壳阵列，包括如下制备步骤：

21、提供多腔体拼接阵列、两块玻璃晶圆以及两块硅晶圆；

22、两块硅晶圆上均开设有多个第二孔洞，第二孔洞与多腔体拼接阵列中的腔室相对应；

23、两块硅晶圆分别键合连接在多腔体拼接阵列的两侧，硅晶圆上的第二孔洞与多腔体拼接阵列的腔室一一对应连通；

24、两块玻璃晶圆分别键合连接在两块硅晶圆远离多腔体拼接阵列的一侧，以将腔室进行封闭，得到气室玻壳阵列。

25、本申请还提供一种制备方法，用于制备气室玻壳，包括如下制备步骤：

26、将气室玻壳阵列切割形成具有单个腔室的气室玻壳，所述气室玻壳阵列采用如上所述的制备方法制备；

27、对具有单个腔室的气室玻壳进行外形研磨、抛光。

28、本申请还提供一种气室玻壳，采用如上所述的制备方法制备获得。

29、与现有技术相比，本申请提供的多腔体拼接阵列至少具有以下优势：多腔体拼接阵列包括第一拼接体和拼接层，拼接层包括多个第二拼接体，第一拼接体和第二拼接体拼接相连以围出多个腔室，后续再通过对多腔体拼接阵列进行切割，将每个腔室进行单独分隔，以用于批量化生产气室玻壳，提高生产效率以及产品一致性。另外，多腔体拼接阵列通过第一拼接体和第二拼接体拼接形成，第一拼接体和第二拼接体在拼接前即可进行抛光处理，以满足后续应用于气室玻壳的使用需求，无需对后续气室玻壳内腔进行抛光处理，降低生产成本。

1.一种多腔体拼接阵列，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多腔体拼接阵列，其特征在于，所述第一拼接体（101）和所述第二拼接体（103）沿着第三方向z的长度相等，使所述多腔体拼接阵列沿所述第三方向z的两端面相平行，所述第一方向x、所述第二方向y以及所述第三方向z两两垂直。

3.根据权利要求1所述的多腔体拼接阵列，其特征在于，所述第一拼接体（101）的数量为三个以上，将位于最外侧的两个所述第一拼接体（101）定义为第一玻片（101a），位于两个所述第一玻片（101a）之间的第一拼接体（101）定义为第二玻片（101b），沿着所述第一方向x，所述第一玻片（101a）的长度大于所述第二玻片（101b）的长度。

4.根据权利要求1所述的多腔体拼接阵列，其特征在于，任意一个所述拼接层（102）包括三个以上的所述第二拼接体（103），将位于最外侧的两个所述第二拼接体（103）定义为第一定位件（103a），位于两个所述第一定位件（103a）之间的第二拼接体（103）定义为第二定位件（103b），沿着所述第二方向y，所述第一定位件（103a）的长度大于所述第二定位件（103b）的长度。

5.一种制备方法，用于制备如权利要求1至权利要求4中任一项所述的多腔体拼接阵列（100），其特征在于，包括如下制备步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在对第一拼接体（101）和第二拼接体（103）进行精密抛光前，对第一拼接体（101）、第二拼接体（103）进行切割，使第一拼接体（101）和第二拼接体（103）的尺寸满足多腔体拼接阵列（100）的组装需求。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在将第一拼接体（101）和第二拼接体（103）进行组装、固定过程中，第一拼接体（101）和第二拼接体（103）之间采用键合工艺进行固化，以形成多腔体拼接阵列（100），对固化得到的多腔体拼接阵列（100）进行退火处理及抛光处理。

8.一种气室玻壳阵列，其特征在于，包括：

9.一种气室玻壳阵列，其特征在于，包括：

10.一种制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求8所述的气室玻壳阵列（500），包括如下制备步骤：

11.一种制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求9所述的气室玻壳阵列（500），包括如下制备步骤：

12.一种制备方法，其特征在于，用于制备气室玻壳（600），包括如下制备步骤：

13.一种气室玻壳，其特征在于，采用如权利要求12所述的制备方法制备获得。