(57)【要約】      （修正有）【課題】縮小されたサイズの複数のセルを使用することにより正確性及び収率の向上を達成しつつ、一般的に利用可能なチップスケール原子時計より薄型形状のウェハスケール原子時計を提供する。【解決手段】ウェハスケール装置１００は、第１基板１１０と、第１基板に接合される、複数の密閉して分離されたセル１０４を有し、別個の測定値が密閉して分離された複数のセルの各々のセルのために生成されるセル層１０２と、セル層に接合される、第１基板とは別個の測定値を制御するための電子機器を有し、別個の測定値が単一の測定値に組み合わせられる、第２基板１１２と、を有する。【選択図】図１
2015111818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハスケール装置（１００）であって、ウェハスケール装置（１００）は、
第１基板（１１０）と、
前記第１基板に接合されるセル層（１０２）であって、前記セル層は複数の密閉して分離されたセル（１０４）を有し、別個の測定値が前記密閉して分離された複数のセル（１０４）の各々のセルのために生成される、セル層（１０２）と、
前記セル層（１０２）に接合される第２基板（１１２）であって、前記第１基板（１１０）及び前記第２基板（１１２）は前記別個の測定値を制御するための電子機器を有し、前記別個の測定値が単一の測定値に組み合わせられる、第２基板と、を有するウェハスケール装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたウェハスケール装置（１００）であって、
前記第１基板（１１０）は、
電子機器層（２０２）と、
前記第１電子機器層（２０２）に接合される光源層（２０６）であって、前記第１電子機器層（２０２）内の電子機器が前記光源層（２０６）内の少なくとも一つの光源（２１４）からの光の放射を制御し、前記少なくとも一つの光源（２１４）が前記複数の密閉して分離されたセル（１０４）の別個のセル内の材料を調べる、光源層と、を有するウェハスケール装置。
【請求項３】
ウェハスケール装置（１００）を製造するための方法であって、前記方法は、
第１基板（１１０）を製造するステップと、
セル層（１０２）を製造するステップであって、前記セル層（１０２）は複数のセル（１０４）を有する、ステップと、
第２基板（１１２）を製造するステップと、
前記第１基板（１１０）が前記複数のセル（１０４）内の各セルの別個の測定値を提供することができるように前記セル層（１０２）を前記第１基板（１１０）に接合するステップと、
前記第２基板（１１２）を前記セル層（１０２）に接合するステップであって、前記第１基板（１１０）及び前記第２基板（１１２）が前記別個の測定値を制御するための電子機器を有し、前記別個の測定値が単一の測定値を形成するために平均化される、ステップと、を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハスケール原子時計のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]チップスケール原子時計（ＣＳＡＣｓ）は、ルビジウム（Ｒｂ）等のアルカリ金属の蒸気を含むガスセルを含む。セルは、同様に、典型的にアルゴン−窒素バッファガスブレンド等のバッファガスを含む。典型的にＲＦ調節された偏光が、蒸気を構成する原子の共振周波数の測定値を得るように蒸気を調べるためにセルに導入される。ＣＳＡＣｓは、手持ちＧＰＳ等の位置標定装置の正確性を改善するために正確な計時システムに用いられ得る。見事なほどに小さいが、ＣＳＡＣｓは、一部の薄型のアプリケーションにとっては大きすぎる。
【発明の概要】
【０００３】
[0002]ウェハスケール原子時計のためのシステム及び方法が提供される。少なくとも一つの実施形態においては、ウェハスケール装置は、第１基板と、第１基板に接合されるセル層であって、セル層は密閉して分離された複数のセルを有し、密閉されて分離された複数のセルの各セルに別個の測定値を生じさせる、セル層と、セル層に接合される第２基板と、を有し、第１基板と第２基板は、別個の測定値を制御するための電子装置を有し、別個の測定値は、単一の測定値に組み合わせられる。
【０００４】
[0003]図面は例示の実施形態のみを示し、したがって発明の範囲を制限するものと考えられるべきではないことが理解される。例示の実施形態は、追加の特異性をもって説明され、以下の添付図面の使用を通じて詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】[0004]図１は、本開示に記載される一実施形態におけるウェハスケール装置の断面略図である。
【図２】[0005]図２は、本開示に記載される一実施形態における例示的なウェハスケール原子時計の断面略図である。
【図３】[0006]図３は、本開示に記載される一実施形態におけるウェハスケール装置のためのウェハスケール物理パッケージの断面図である。
【図４】[0007]図４は、本開示に記載される一実施形態におけるウェハスケール装置を製造するための方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[0008]慣行に従って、記載される様々な特徴は縮尺通りに描かれず、例示の実施形態に関連して特定の特徴が強調されて描かれる。
[0009]以下の詳細な説明において、これに関する部分を形成する添付の図面が参照され、特定の例示の実施形態の図を通じて示される。しかしながら、他の実施形態も利用され得、且つ論理上の、機械的且つ電気的な変更がなされ得ることが理解される。さらに、記載された図面及び明細書に表される方法は、個々のステップが実施され得る順番を限定するものとして解釈されない。したがって、以下の詳細な説明は、限定された意味にとられるものではない。
【０００７】
[0010]本開示の実施形態により、縮小されたサイズの複数のセルを使用することにより正確性及び収率の向上を達成しつつ、一般的に利用可能なＣＳＡＣ装置で利用可能なものより薄型形状を提供するウェハスケール原子時計が可能になり、各セルは共振特徴又は他のタイプの測定値を提供するために測定される共振材料を含む。さらに、個々のセルからの共振特徴は、クロック信号のための最終測定値を提供するために共に平均化される。周期的に振動する材料を含むセルが小さくなるにつれて、振動測定値の正確性が低下し得る。測定値の正確性を増加させるために、各々が異なる測定値を提供する複数の小さいセルが形成される。アレイの個々のセルは、周囲の状況に対していっそう健全な平均値を出すための所望の独立した感度のために調整され得る。異なる測定値は平均化され、平均測定値は特定の材料の振動のより正確な測定値となる。さらに、異なるセルから生成される測定値の大多数とは著しく異なる共振特徴（異常値）は、平均値の計算から除外され得る。
【０００８】
[0011]図１は、セル層１０２に形成される複数のセル１０４を含むウェハスケール装置１００の断面略図であり、複数のセル１０４は、特定の周波数で共振する材料をそれぞれ含む。例示的な一実装において、セル１０４内の気体混合物は、安定された温度であり且つ安定した磁場にさらされ、共振周波数等を測定するために調べられる。例示的な一実装において、共振周波数は、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）により提供されるクロック振動を自制するために使用され、ウェハスケール装置１００及びＴＣＸＯは共に原子時計として機能する。さらなる例において、セル１０４内の材料は、ルビジウム、セシウム等を含み得る。セル層１０２内にセル１０４を形成するために、ウェハ層１０３内に穴が形成される。例えば、シリコン材料から形成され得るウェハ層１０３は、ウェハ層１０３を通じて延在する複数の穴を有し得る。ウェハ層１０３は、第１層１０６に密閉して結合され得る。ウェハ層１０３が第１層１０６に接合されると、材料は複数のセル１０４内に配置され得る。材料が複数のセル１０４内に配置されると、第２層１０８は、第１層１０６とは反対側のウェハ層１０３において、ウェハ層１０３に密閉して接合され得る。少なくとも一つの実装において、第１層１０６及び第２層１０８とウェハ層１０３との結合は、複数のセル１０４内の材料を密閉して封止し、セル層１０２を形成する。ある実施形態では、第１基板１１０と第２基板１１２とが、セル層１０２の両側に接合され得、ウェハスケール装置１００の作動のための機能的且つ構造的な支持を与える。
【０００９】
[0012]ここで説明される実施形態において、複数のセル１０４は、ウェハの一部として形成されるのに十分小さくなり得る。少なくとも一つの実装において、セル層１０２は、およそ３０ミル（０．７６２ミリメートル）の厚さである。セル１０４の小さいサイズのため、複数のセル１０４の単一のセルから生成され得る測定値の正確性が、セルのサイズが小さいことによって悪影響を受ける。しかしながら、複数のセル１０４により生成される複数の測定値の組み合わせが、正確性を向上させた測定値を生成し得る。セル層１０２のように、第１層１０６及び第２層１０８は薄く、装置１００は、制限された空間要求を有する器具におけるウェハスケール装置１００の設置を可能にする薄型形状を有する。
【００１０】
[0013]図２は、例示のウェハスケール原子時計２００の断面略図である。図１の装置１００と同様に、原子時計２００は、図１において上述される複数のセル１０４と同様の方法で機能する複数のセル２０４を含む。例えば、原子時計２００は、３つのセル２０４を含み、それぞれが共振材料を含み、それぞれの共振材料は共振周波数で共振し、材料の共振周波数は、他のシステムのための基準クロックを提供するために検知され得る。原子時計２００を製造するために、原子時計２００は、図１に関連して上述されたウェハスケール装置１００と同様の方法で共に接合される複数のウェハ層を含む。例えば、原子時計２００は、電子機器層２０２を含む。電子機器層２０２は、原子時計２００の作動を支持する電子機器を含む。少なくとも一つの実装において、電子機器層２０２は、そこに形成されるＣＭＯＳベースの電子機器を備えるシリコンウェハである。
【００１１】
[0014]さらなる実装において、原子時計２００は、光源層２０６を含む。光源層２０６は、複数の光源２１４を含み、各光源２１４は、セル層２１３の複数のセル２０４の一つに光を放出する。例えば、光源２１４は、個々の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含み得、各ＶＣＳＥＬは関連するセル２０４にレーザビームを放出する。少なくとも一つの実装において、光源層はＧａＡｓから製造される。さらに、光源層２０６は、関連するゲイン装置及びサンプリング装置と共に複数のセル２０４から反射される光を検知するための光検知器を含み得る。一実装において、電子機器層２０２及び光源層２０６の両方は、それぞれおよそ１０ミル（０．２５４ミリメートル）の厚さを有する。
【００１２】
[0015]ある実施形態においては、四分の一波長プレート層２０８が製造され且つ光源層２０６に接合され、四分の一波長プレート層２０８は光源層２０６とセル層２１３との間にある。例えば、四分の一波長プレート層２０８は、水晶等の複屈折性結晶材料の薄い層であり得る。代替的に、四分の一波長プレート層２０８は、ガラスの表面に四分の一波長プレートラインアレイとして形成される金属化パターンを有するガラスの層を含み得る。複数の光源２１４から放出される光は、四分の一波長プレート層２０８における平坦四分の一波長プレートを通過し、セル層２１３のセル２０４に入射する。光が四分の一波長プレート層２０８を通過すると、光を円偏光させる波の干渉が形成される。偏光は、セル２０４内の気体混合物を通過し続け、光制御層２１２の表面で反射される。反射光は、続いてセル２０４内の気体混合物を通過し、且つ四分の一波長プレート層２０８を通過して戻り、光は光源層２０６に同様に配置される光検知器に衝突する。ある実施形態では、図１の第１基板１１０は、電子機器層２０２と、光源層２０６と、四分の一波長プレート層２０８と、を含む。
【００１３】
[0016]図１に関連して上述したように、セル層２１３は、シリコンウェハにセルを形成し、セル内に気体混合物を密閉して封止することにより製造される。例示の一実装において、セル層２１３を形成するために、セルはウェハ層２１０内にくりぬかれる。少なくとも一つの実装において、ウェハ層２１０は、シリコンウェハから製造される。セルがくりぬかれると、ウェハ層２１０は、金属又は液体が配置され得る貯蔵庫のようなカップを形成するために第１ガラス層２０９に陽極接合される。例えば、第１ガラス層２０９は、セル２０４の側部の一つが封止されるようにウェハ層２１０の側部の一つに陽極接合される。第１ガラス層２０９がウェハ層２１０に接合されると、固体又は液体がセル２０４内に配置される。例えば、ルビジウム又はセシウムがセル２０４内に配置される。固体がセル２０４内に配置されると、第２ガラス層２１１が、セル２０４を密閉して封止するためにウェハ層２１０の開いた側においてウェハ層２１０に結合される。例えば、第２ガラス層２１１は、第１ガラス層２０９に結合されるウェハ層２１０の側部とは逆のウェハ層２１０の側部に陽極接合される。セルが形成されると、ウェハ層２１０は、真空下において第２ガラス層２１１に結合される。代替的に、ウェハ層２１０は、低圧のバッファガスの存在下において第２ガラス層２１１に結合される。ウェハ層２１０がバッファガスの存在下において第２ガラス層２１１に結合されると、バッファガスは固体又は液体から抜ける原子が高速でセル２０４の壁と衝突することを防止するように機能する。ウェハ層２１０が第１ガラス層２０９及び第２ガラス層２１１に結合されてセル層２１３を形成するとき、固体／液体材料は、バッファガスの低圧及び原子時計の熱への曝露のためにガスになる。
【００１４】
[0017]さらなる実施形態において、原子時計２００は、光制御層２１２を含む。少なくとも一つの実装においては、光制御層２１２は金属化反射器である。光制御層２１２が金属化反射器であるとき、光制御層２１２はセル層２１３のセル２０４から出る光をセル２０４に反射して戻す。代替的に、光制御層２１２は、光検知器、増幅器、及びサンプリング装置を含むＣＭＯＳ電子基板である。光制御層２１２がＣＭＯＳ電子基板であるとき、光検知器は、光検知器に入射するセル２０４から出る光を検知する。
【００１５】
[0018]ある実施形態において、原子時計２００における異なる層、電子機器層２０２、光源層２０６、四分の一波長プレート層２０８、セル層２１３、及び光制御層２１２は、別々に製造され、その後原子時計２００を形成するように積層ウェハとして共に結合される。例えば、異なる層は、熱圧着、サーモソニック圧着、ソルダボールバンプ等により共に接合される。少なくとも一つの実装においては、異なる層は、有機物を含むエポキシ又ははんだを使用せずに共に接合される。有機物を含むエポキシ及びはんだを使用しないことで、ある結合材料が真空に長い時間曝されるときに発生し得るアウトガスを回避する。さらなる実装においては、アウトガス材料から生じるガスを吸収するためにゲッタが使用され得る。原子時計２００が製造されるとき、原子時計２００はウェハスケール物理パッケージの内部に設けられ得る。
【００１６】
[0019]図３は、ウェハスケール装置１００のためのウェハスケール物理パッケージ３００の断面図である。物理パッケージ３００は、図１において上述されたウェハスケール装置１００（図２において上述された原子時計２００であり得る）を含むウェハスケール物理パッケージ３００の筐体部品のためのキャビティ３０３を画定するセラミック筐体３０２を含み得る。キャビティ３０３内に部品を含むセラミック筐体３０２は、低温同時焼成セラミック（ＬＴＴＣ）パッケージを含み得る。ウェハスケール物理パッケージ３００は、キャビティ３０３とその内部の部品とを包み込む閉鎖パッケージを形成するためにセラミック本体３０２のキャビティ３０３を包囲するように構成される第１非磁性（例えばセラミック）蓋３０４と第２非磁性蓋３０５とを同様に含み得る。一例においては、蓋３０４及び３０５は概して平板形状を有する。代替的に、ウェハレベル物理パッケージ３００の周囲の外部金属シールドの部分を形成する密閉／真空囲いを形成する要素３０４及び３０５のために、高透磁率金属が使用され得る。
【００１７】
[0020]第１蓋３０４及び第２蓋３０５は、一以上のスペーサ３１８（例えば、脚構造、ワッシャ）の両側に取り付けられ得る。さらに、キャビティ３０３内で、第１台３１０及び第２台３１２が、ウェハスケール装置１００のための支持構造体として機能し得る。第１台３１０及び第２台３１２は、スペーサ３１８のフランジ３０８に設けられる。例えば、ソルダバンプ３０６が、第１台３１０及び第２台３１２をスペーサ３１８のフランジ３０８に接合するために用いられる。したがって、ウェハスケール装置１００は、一端で第１台３１０に付着し、他端で第２台３１２に付着する。第１台３１０及び第２台３１２はスペーサ３１８のフランジ３０８により支持されるので、ウェハスケール装置１００はスペーサ３１８の開口内に配置され得る。一例では、スペーサ３１８は、その内部で開口を画定するリング形状（例えば五角形リング形状）を有し得る。スペーサ３１８は、ウェハスケール装置１００がスペーサ３１８により囲まれる開口内にあるように、ウェハスケール装置１００の周囲に配置され得る。
【００１８】
[0021]少なくとも一つの実装において、第１蓋３０４及び第２蓋３０５は、はんだシールでスペーサ３１８に結合され得る。少なくとも一つの例において、蓋３０４及び３０５をスペーサ３１８に対して封止するためのダイ取り付け及び封止作業は、低電力作業を可能にする封止パッケージにおける低圧を可能にするためのフラックスの使用なしで達成される。一例において、蓋３０４は真空中で本体３０２に封止され得る。物理パッケージ３００は、第１蓋３０４及び第２蓋３０５の内部表面の大部分を覆うゲッタフィルムを同様に含み得る。また、ゲッタフィルムは、第１台３１０及び第２台３１２の部分を覆ってもよい。物理パッケージ３００に使用され得るサイズで台３１０及び３１２を製造するために、台３１０及び３１２は半導体製造プロセスを使用して製造され得る。
【００１９】
[0022]一例では、スペーサ３１８は、第１台３１０及び第２台３１２をフランジ３０８に結合し且つ第１蓋３０４及び第２蓋３０５をスペーサ３１８に結合する継ぎ目における疲労を低減するようにも機能し得る。スペーサ３１８は、蓋３０４及び３０５の熱膨張係数と台３１０及び３１２の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する材料から構成されることにより、疲労を低減することができる。したがって、蓋３０４及び３０５並びに台３１０及び３１２が温度変化のために膨張及び収縮したとき、スペーサ３１８はその変化の一部を吸収することができる。他の一例では、スペーサ３１８は蓋３０４及び３０５と同じ材料で形成され得る。スペーサ３１８は、台３１０及び３１２のための電気的接続を提供することもでき、同様にウェハスケール装置１００への電気的接続を提供することができる。
【００２０】
[0023]第１台３１０は、蓋３０４に対向する第１側部３２１と、第１側部３２１の逆であり且つ第２台３１２に対面する第２側部３２４とを含み得る。一例として、ウェハスケール装置１００は、第２側部３２４に取り付けられる。また、第２台３１２は、第１台３１０に対して反転した位置にある。即ち、第２台３１２は、蓋３０５に対向する第１側部３２２と、第１側部３２１の逆であり且つ第１台に対面する第２側部３２３とを含み得る。
【００２１】
[0024]少なくとも一つの例示的な実施形態では、磁気ソレノイドコイル３３４がスペーサ３１８の周囲（例えば内部）に配置され得、それにより磁気コイルはウェハスケール装置１００の周りに延在する。磁気コイル３３４は、ウェハスケール装置１００にバイアス磁場を提供するように構成され得る。例として、磁気コイル３３４は、複数のセラミック層から形成されるスペーサ３１８（の内部）に組み込まれ得る。さらなる実装において、スペーサ３１８はそこに形成される凹部３１９を有し得、凹部３１９はダイ又はチップスケールの集積回路パッケージを保持する。例えば、凹部３１９内に設けられるＲＦ部品及びマイクロプロセッサは、原子時計の作動を制御し且つ複数のセルからの測定値の平均化を制御する機能を実行することができる時計が単一のセラミック内に保持されることを許容し得る。
【００２２】
[0025]少なくとも一つの実装において、第１蓋３０４は、第１蓋３０４の外側部分に入力／出力（Ｉ／Ｏ）ソルダパッド３３２を含む。代替的に、Ｉ／Ｏソルダパッド３３２は第２蓋３０５の外側部分に配置される。さらなる代替として、スペーサ３１８は、回路基板からスペーサ３１８への直接のソルダボール又はスタッド取付具を収容する十分な余地を提供するために拡張され得る。したがって、物理パッケージ３００の一部は回路基板に取り付けられ得る。一例としてＩ／Ｏソルダパッド３３２とウェハスケール装置１００における内側部品との相互接続は、物理パッケージ３００の本体を通じて経路指定され得る。例えば、台３１０及び３１２における相互接続はスペーサ３１８を通じてＩ／Ｏソルダパッド３３２に経路指定され得る。したがって、スペーサ３１８は、その内側部分又は外側部分において電気配線を含み得る。
【００２３】
[0026]一例において、物理パッケージ３００を製造するために、台３１０及び３１２、スペーサ３１８、並びに蓋３０４及び３０５は共に形成され且つ結合され得る。台は、ウェハレベルで製造され且つ組み立てられ得る。製造されると、第１台３１０はスペーサ３１８のフランジ３０８に取り付けられ得る。第１台３１０がスペーサ３１８のフランジ３０８に取り付けられると、ウェハスケール装置１００は第１台３１０に取り付けられ得、且つ第２台３１２が、スペーサ３１８に関してウェハスケール装置１００を固定するために、スペーサ３１８のフランジ３０８及びウェハスケール装置１００に取り付けられ得る。台３１０及び３１２の両方がスペーサ３１８のフランジ３０８に固定されると、蓋３０４及び３０５がスペーサ３１８に取り付けられる。少なくとも一つの実施形態において、部品は、はんだ、エポキシ、サーモソニック圧着、又は他のダイ取り付け方法を使用して取り付けられる。
【００２４】
[0027]少なくとも一つの実装において、セル２０４内の気体の温度を制御するために、温度調整装置が第１台３１０及び第２台３１２上に製造される。例えば、温度調整装置は、加熱素子、熱電対、ホイートストンブリッジ等を含み得る。代替的に、温度調整装置は、光制御層２１２及び／又は電子機器層２０２の内部に製造され得る。温度調整装置は、温度調整装置により生成される出力を制御する外部電子機器と接続する。さらに、セル層２１３内の各セルは、異なる温度調整装置と関連してもよく、それにより各セルの温度が個々に制御され得る。また、物理パッケージ３００により生成される信号の暗号化及びハードウェアセキュリティに適用するための信号の量子化、波形化、及びデジタル処理のために温度同調が使用され得る。
【００２５】
[0028]作動において、図２の電子機器層２０２の電子機器は、図３のＩ／Ｏはんだパッド３３２を通じて外部のシステムと通信する。これらの電子機器の通信を通じて、電子機器層２０２の電子機器は、光源層２０６から別個のセル２０４への光の放射を制御する。光は、セル２０４内のガス（例えばルビジウムガス）を調査し、ガスからの反射は、光源層２０６内の光検知器又は光制御層２１２内の光検知器により検知される。光検知器により生成される電気信号は、続いて増幅され且つサンプリングされ、Ｉ／Ｏはんだパッド３３２を通じて物理パッケージ３００から送信され、外部システムはセル２０４内のガスの共振周波数を決定する。
【００２６】
[0029]複数のセルが存在するので、外部システムは、ウェハスケール装置１００のための平均の共振周波数を決定するために、異なるセルに共に関連する異なる共振周波数測定値を平均化する。異なるセルからの異なる測定値を平均化することにより、ウェハスケール装置１００は、単一のセルにより生成され得るよりも、より正確な測定値を生成し得る。例えば、Ｎ個のセルが存在するとき、異なる測定値の平均化は、１／√Ｎに等しい精度改善を提供し得る。ウェハスケール装置１００が１００個のセルを含んだ場合には、ウェハスケール装置は単一のセルあたり０．１の改善された精度を有する。複数のセルの向上した精度のため、個々のセルはより小さくなり得、したがって物理パッケージ３００の外形を縮小させる。物理パッケージ３００の縮小した外形は、物理パッケージ３００が厳しいスペース制限を有する装置に設置されることを可能にする。
【００２７】
[0030]さらなる実施形態において、ウェハスケール装置１００は、同様に放射線強化部品から製造され得る。例えば、異なる層における電子部品が、放射線強化され得る。また、特定のセルに関連した部品が機能しなくなったとき、ウェハスケール装置１００は単一のセルに対してその障害を分離し得、ウェハスケール装置１００は、正しく作動し続けるセルからの測定値を使用してさらに作動する。
【００２８】
[0031]物理パッケージ３００は、２０１１年１２月１５日に出願された同時係属の米国特許出願であって、出願番号１３／３２７，４１７（出願人整理番号Ｈ００３１７３０）、名称“ＶＡＰＯＲ  ＣＥＬＬ  ＡＴＯＭＩＣ  ＣＬＯＣＫ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＰＡＣＫＡＧＥ”に記載されるように実装され得、この出願は参照によりその全体が本願に組み込まれる。
【００２９】
[0032]図４は、少なくとも一つの実施形態によるウェハスケール装置を製造するための方法４００を示すフロー図である。方法４００は、第１基板が製造される４０２に進む。例えば、第１基板は、ウェハスケール装置の機能に役立つ複数の層を有し得る。少なくとも一つの実装において、第１基板はウェハスケール装置全体を制御するための接続を提供する電子機器層を含む。第１基板は、同様に、光を異なるセルに放射し得る光源層を含む。さらに、第１基板は、光源層により放射される光の偏光を変化させ得る四分の一波長プレート層を含む。
【００３０】
[0033]方法４００は、セル層が製造される４０４に進み、セル層は複数のセルを有する。ある実施形態においては、セル層を製造することは、第１ガラス層を形成すること及びウェハ層を形成することを含み、ウェハ層はそこに形成される複数のセルを有し、同様に複数のセルはウェハ層の第１側部からウェハ層の対向する第２側部へ延在する。ウェハ層を製造することは、同様に、第２ガラス層を形成することと、第１ガラス層をウェハ層の第１側部に接合することと、複数のセル内に材料を配置することと、第２ガラス層をウェハ層の対向する第２側部に結合することと、を含む。
【００３１】
[0034]方法４００は、第２基板が製造される４０６に進む。少なくとも一つの例示の実装において、第２基板は、第２基板の一側部上に金属製の反射器を含む層である。代替的に第２基板は、光検出器、ゲイン電子機器及びサンプリング電子機器を含む。方法４００は、セル層が第１基板に接合される４０８に進む。例えば、第１基板は、第１基板内の光源層から放射される光を複数のセルにおけるセルに通過させるように、セル層に接合される。方法４００は、第２基板がセル層に接合される４０８に進む。例えば、第２層は、第２基板が複数のセルを通過する光を検知するか又は複数のセルを通過する光を反射してセルに戻すように、セル層に接合される。ある実施形態においては、第１及び第２基板は測定値を外部装置に通信するための電気的な接続を含み、外部装置は別個の測定値の平均を計算するように構成される。
実施例
[0035]実施例１は、ウェハスケール装置を含み、ウェハスケール装置は、第１基板と、第１基板に接合されるセル層であって、セル層は複数の密閉して分離されたセルを有し、別個の測定値が密閉して分離された複数のセルの各々のセルのために生成される、セル層と、セル層に接合される第２基板であって、第１基板及び第２基板は別個の測定値を制御するための電子機器を有し、別個の測定値が単一の測定値に組み合わせられる、第２基板と、を有する。
【００３２】
[0036]実施例２は、実施例１のウェハスケール装置を含み、第１基板は、電子機器層と、第１電子機器層に接合される光源層であって、第１電子機器層内の電子機器が光源層内の少なくとも一つの光源からの光の放射を制御し、少なくとも一つの光源が複数の密閉して分離されたセルの別個のセル内の材料を調べる、光源層と、を有する。
【００３３】
[0037]実施例３は、実施例２のウェハスケール装置を含み、材料がアルカリ原子及び一以上のバッファガスのうち少なくとも一つを有する。
[0038]実施例４は、実施例２及び３のいずれかのウェハスケール装置を含み、第１基板がさらに、複数の光源から放射された光を円偏光しその後光が複数の密閉して分離されたセルに入射するように構成される四分の一波長プレート層、並びに少なくとも一つの加熱素子及び少なくとも一つの熱電対、のうち少なくとも一つを有し、少なくとも一つの加熱素子及び少なくとも一つの熱電対は、複数の密閉して分離されたセル内の個々のセルの個々の温度調整を可能にする。
【００３４】
[0039]実施例５は、実施例２ないし４のいずれかのウェハスケール装置を含み、第２基板は、複数の密閉して分離されたセルを通過して複数の密閉して分離されたセルに戻る少なくとも一つの光源から放射された光を反射する金属化反射器を有する。
【００３５】
[0040]実施例６は、実施例２ないし５のいずれかのウェハスケール装置を含み、光源層はさらに、複数の密閉して分離されたセルから反射した光を検知する複数の光検知器を含む。
【００３６】
[0041]実施例７は、実施例２ないし６のいずれかのウェハスケール装置を含み、第２基板は、複数の密閉して分離されたセルを通過する少なくとも一つの光源から放射された光を検知する複数の光検知器、及び複数の密閉して分離されたセル内の個々のセルの個々の温度調整を可能にするように構成された少なくとも一つの温度調整装置、の少なくとも一つを有する。
【００３７】
[0042]実施例８は、実施例１ないし７のいずれかのウェハスケール装置を含み、第１基板、セル層、及び第２基板は、熱圧着、酸化物結合、サーモソニック圧着、及びソルダバンプの少なくとも一つを通じて互いに接合される。
【００３８】
[0043]実施例９は、実施例１ないし８のいずれかのウェハスケール装置を含み、単一の測定値は、別個の測定値の平均を有し、異常値である別個の測定の測定値は平均化の計算から除外される。
【００３９】
[0044]実施例１０は、実施例１ないし９のいずれかのウェハスケール装置を含み、ウェハスケール装置は密閉して封止されたパッケージ内に設けられる。
[0045]実施例１１は、実施例１０のウェハスケール装置を含み、密閉して封止されたパッケージは、低温同時焼成セラミック、電気通信を送受信するための入力／出力パッド、ウェハスケール装置の周りの高透磁率磁気シールド筐体、ウェハスケール装置の作動を制御するように構成された制御回路、及び複数の密閉して分離されたセル内の個々のセルの個々の温度調整を可能にするように構成された少なくとも一つの温度調整装置、の少なくとも一つから構成される。
【００４０】
[0046]実施例１２は、ウェハスケール原子時計を含み、原子時計は、電子機器層と、第１電子機器層に接合される光源層であって、第１電子機器層内の電子機器は光源層内の少なくとも一つの光源からの光の放射を制御する、光源層と、光源層に接合されるセル層であって、セル層は複数のセルを有し、少なくとも一つの光源は複数のセル内の別個のセルに光を放射する、セル層と、セル層に接合される光制御層であって、複数のセル内の光が光制御層に入射する、光制御層と、を有する。
【００４１】
[0047]実施例１３は、実施例１２のウェハスケール原子時計を含み、セル層は、第１ガラス層と、その内部に形成される複数のセルを有するウェハ層であって、複数のセルがウェハ層の第１側部からウェハ層の対向する第２側部に延在し、第１ガラス層がウェハ層の第１側部に結合され、材料が複数のセル内の各セルに配置される、ウェハ層と、対向する第２側部に結合される第２ガラス層であって、複数のセル内の別個のセルが密閉して分離される、第２ガラス層と、を有する。
【００４２】
[0048]実施例１４は、実施例１３のウェハスケール原子時計を含み、第１ガラス層はウェハ層に陽極接合され、第２ガラス層はウェハ層に陽極接合される。
[0049]実施例１５は、実施例１２ないし１４のいずれかのウェハスケール原子時計を含み、少なくとも一つの光源は別個のセルから別個の測定値を取得し、別個の測定値は単一の測定値を提供するために共に平均化される。
【００４３】
[0050]実施例１６は、実施例１２ないし１５のいずれかのウェハスケール原子時計を含み、光制御層は、複数のセルを通過して複数のセルに戻る光を反射する反射面を有する。
[0051]実施例１７は、実施例１２ないし１６のいずれかのウェハスケール原子時計を含み、光源層は、光源層に向かって戻るように反射される光を検知する複数の光検知器を含む。
【００４４】
[0052]実施例１８は、実施例１２ないし１７のいずれかのウェハスケール原子時計を含み、光制御層は複数のセルを通過する光を検知する光検知器を有する。
[0053]実施例１９は、ウェハスケール装置を製造するための方法を含み、方法は、第１基板を製造するステップと、セル層を製造するステップであって、セル層は複数のセルを有する、ステップと、第２基板を製造するステップと、第１基板が複数のセル内の各セルの別個の測定値を提供することができるようにセル層を第１基板に接合するステップと、第２基板をセル層に接合するステップであって、第１基板及び第２基板が別個の測定値を制御するための電子機器を有し、別個の測定値が単一の測定値を形成するために平均化される、ステップと、を有する。
【００４５】
[0054]実施例２０は、実施例１９の方法を含み、セル層を製造するステップは、第１ガラス層と形成するステップと、ウェハ層を形成するステップであって、ウェハ層はその内部に形成された複数のセルを有し、複数のセルはウェハ層の第１側部からウェハ層の対向する第２側部に延在する、ステップと、第２ガラス層を形成するステップと、第１ガラス層をウェハ層の第１側部に結合するステップと、複数のセル内に材料を配置するステップと、第２ガラス層をウェハ層の対向する第２側部に結合するステップと、を有する。
【００４６】
[0055]具体的な実施形態が個々に図示され且つ説明されているが、同じ目的を達成するために算出される任意の構成が、示される具体的な実施形態に代替され得ることが当業者によって理解されるだろう。したがって、本発明は特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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