特許 7493911 改善された周波数安定度を有する、蒸気セル原子周波数基準のための装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-24

(45)【発行日】2024-06-03

(54)【発明の名称】改善された周波数安定度を有する、蒸気セル原子周波数基準のための装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   H03L 7/26 20060101AFI20240527BHJP

   G04F 5/14 20060101ALI20240527BHJP

   H01S 1/06 20060101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

H03L7/26

G04F5/14

H01S1/06

【請求項の数】 2

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019052512

(22)【出願日】2019-03-20

(65)【公開番号】P2019176468

(43)【公開日】2019-10-10

【審査請求日】2022-03-16

(31)【優先権主張番号】62/648,079

(32)【優先日】2018-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/031,458

(32)【優先日】2018-07-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500575824

【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100162846

【弁理士】

【氏名又は名称】大牧 綾子

(72)【発明者】

【氏名】ジェフリー・ジェームス・クリツ

(72)【発明者】

【氏名】ロバート・コンプトン

【審査官】工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－９８３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－４６２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５２５６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－６２５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平１１－５１２８７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０４Ｆ５／１４

Ｈ０１Ｌ２３／３４－２３／４７３

Ｈ０１Ｓ１／０６

Ｈ０３Ｌ７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チップスケール原子時計（ＣＳＡＣ）（１００）であって、
温度安定型物理システム（１０２、４０２）であって、蒸気セル（１０２）及び磁場コイル（１０２Ｇ）を含み、磁気シールド（４４８Ａ）で包囲されている温度安定型物理システム（１０２、４０２）と、
前記温度安定型物理システムに電気的に結合されている温度安定型電子回路（１０４、４０４）であって、(i）前記温度安定型物理システムの第１セットの構成要素を制御すること、(ii）前記温度安定型物理システムの前記第１セットの構成要素によって送信される、および／または受信されるデータを処理することのうち少なくとも一方を行うように構成された、温度安定型電子回路と、を含み、
前記温度安定型物理システムおよび前記温度安定型電子回路の少なくとも１つは、受動ヒートシンクを備え、
前記受動ヒートシンクは、流体を格納するように、および第１基板の内部またはその上に取り付けられた少なくとも１つのリザーバを備え、
前記ＣＳＡＣの周囲温度の上昇時に、熱膨張のために、前記流体は前記少なくとも１つのリザーバから前記第１基板とは熱隔離されている第２基板に向かって広がり、
前記温度安定型物理システムまたは前記温度安定型電子回路の第２セットの構成要素は、前記第２基板上にあり、
前記ＣＳＡＣの前記周囲温度の下降時に、熱収縮のために、前記流体は前記少なくとも１つのリザーバに向かって後退する、ＣＳＡＣ。

【請求項2】

前記温度安定型電子回路又は前記温度安定型物理システムのそれぞれは、
前記第１基板（２２２Ａ、２２２Ｂ、３２２）と、
前記第２基板（２２４Ａ、２２４Ｂ、３２４）と、
前記第２基板上の前記第２セットの構成要素（２２６Ａ、２２６Ｂ）と、
前記第１基板及び前記第２基板を結合する少なくとも１つのテザー（２２８Ａ、２２８Ｂ、３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃ、３２８ｄ）と、を含み、
前記受動ヒートシンクはさらに、
前記少なくとも１つのテザーのうちの少なくとも１つの内部、又は前記少なくとも１つのテザーのうちの少なくとも１つの上にある少なくとも１つの毛細管（３３４）と、
前記少なくとも１つの毛細管のそれぞれに結合されている前記少なくとも１つのリザーバ（３３２）と、を含み、
前記流体は、前記ＣＳＡＣの周囲温度が変動するのに従って、前記少なくとも１つの毛細管のそれぞれを通って流れるように構成されている、請求項１に記載のＣＳＡＣ。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

原子蒸気セルを使用したチップスケール原子時計（ＣＳＡＣ）は、周波数基準として温度調整型発振器（ＴＣＸＯ）よりも最大４桁優れた精度を提供する。ＣＳＡＣは、冷却原子ベースの時計よりも安価であり、かつ小型であるが、周波数基準の精度で劣る。温度にわたってＣＳＡＣの安定性を増加させ、したがって、一次周波数基準との同期間に必要な期間を延長する必要性が存在する。

【発明の概要】

【0002】

チップスケール原子時計（ＣＳＡＣ）が提供される。ＣＳＡＣは、温度安定型物理システムであって、蒸気セル及び磁場コイルを含み、磁気シールドで包囲されている温度安定型物理システムと、温度安定型物理システムに電気的に結合されている温度安定型電子回路と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0003】

図面は例示的な実施形態のみを示し、したがって範囲を限定するものと見なされるべきではないことを理解した上で、例示的な実施形態を添付の図面を使用して更なる具体性及び詳細と共に説明する。

【0004】

【図1】温度安定型電子回路を含むチップスケール原子時計の一実施形態のブロック図を示す。

【図2】温度安定型電子回路の一実施形態を示す。

【図3A】電気システムの一実施形態の平面図を示す。

【図3B】ヒートシンクシステムを組み込む電気システムの一実施形態の平面図を示す。

【図3C】温度安定型物理システム又は温度安定型電子回路の例示的な作製方法を示す。

【図3D】温度安定型物理システム又は温度安定型電子回路の例示的な作製方法を示す。

【図4】蒸気セルを使用する、改善されたチップスケール原子時計の一実施形態の断面図を示す。

【0005】

慣例に従って、記載された様々な特徴は一定の縮尺で描かれているのではなく、例示的な実施形態に関連する特定の特徴を強調するように描かれている。参照文字は、図及び本文を通して同様の要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0006】

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照し、図面には特定の例示的な実施形態を例として示す。しかしながら、他の実施形態が利用されてもよく、構造的、機械的、及び電気的な変更がなされてもよいことが理解されるべきである。更に、図面及び明細書に提示された方法は、個々の工程が実行され得る順序を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。

【0007】

原子時計は、原子の電子を刺激して、より高いエネルギー準位にさせる周波数成分を有する光信号に依存する。蒸気セルを使用するチップスケール原子時計（ＣＳＡＣ）は、（ａ）物理パッケージ又はシステムと、（ｂ）物理システムの構成要素によって送信される、及び／又は受信されるデータを、（ｉ）制御する、及び／又は（ｉｉ）処理するための電子回路と、を含む。物理システムは温度安定型であって、物理システム構成要素の温度変動を低減して周波数の変動を低減し、したがって、周波数安定度を向上してよく、したがって、物理システムはまた、温度安定型物理システムと称されてよい。しかしながら、電子回路は温度安定型ではない場合があり、その結果、ＣＳＡＣの精度は、周囲温度の変動時に低下する。周波数安定度を更に向上させるために、電子回路の全体及び一部は温度安定型であって、電子回路構成要素の温度変動を低減して周波数の変動を更に低減し、したがって、周波数安定度を更に向上してよい。

【0008】

図１は、温度安定型電子回路を含むチップスケール原子時計（改善されたＣＳＡＣ）１００の一実施形態のブロック図を示す。改善されたＣＳＡＣ１００は、温度安定型物理パッケージ又はシステム（物理パッケージ又はＰＰ）１０２と、温度安定型電子回路（温度安定型電子回路（ＥＰ））１０４と、を含む。任意追加的に、改善されたＣＳＡＣ１００は、非温度安定型電子回路（温度安定型電子回路（ＥＰ））１０６を含む。

【0009】

温度安定型物理システム１０２は、ガスセル１０２Ｄと、光源（例えばレーザ）と、少なくとも１つの光検出器（例えば光検出器１ １０２Ｃ及び光検出器２ １０２Ｆ）と、すべて又は一部の構成要素を、広範囲の外部周囲温度（例えば－４０℃～８５℃）にわたって実質的に一定の設定点温度、例えば約９０℃に維持する磁場コイル（以下に例を示す）と、を含むシステムである。実質的に一定の設定点温度は、ＣＳＡＣの安定度を低下させない温度範囲内の温度を意味する。したがって、実質的に一定の設定点温度は、周囲温度よりも大きい。これは、かかるすべて又は一部の構成要素を外部環境から熱隔離し、熱エネルギーを追加して、所望の高温の設定点温度を維持することによりある程度達成され得る。これを達成するために、温度安定型物理システム１０２は、少なくとも１つのヒータ、例えばＶＳＣＥＬヒータ及び／又はガスセルヒータ（ｇａｓ ｓｅｌｌ ｈｅａｔｅｒ）１０２Ｅを含む。

【0010】

図示された温度安定型物理システム１０２は、光源（レーザ）を含む。教育的理由により、レーザは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１０２Ａとして図示される。しかしながら、横型ダイオードレーザなど他のタイプのレーザも使用されてよい。図１内の他の構成要素は、ＶＳＣＥＬヒータ又は電流制御装置とラベル付けされ得るが、これも教育的目的であり、ヒータ及び電流制御装置は、他のタイプのレーザと共に使用されてよい。ＶＣＳＥＬ１０２Ａは、ヒータ（ＶＣＳＥＬヒータ）１０２Ｂに熱的に結合されており、ＶＣＳＥＬ１０２Ａの温度を制御し、安定化させるように構成されている。同様に、ガスセル１０２Ｄは、ヒータ（ガスセルヒータ）１０２Ｅに熱的に結合されており、ガスセル１０２Ｄの温度を制御し、安定化させるように構成されている。

【0011】

ガスセル１０２Ｄは、通常、蒸気状態のアルカリ原子を含む。例えばアルカリは、セシウム又はルビジウムである。ＶＣＳＥＬ１０２Ａから出射される光信号は、ガスセル１０２Ｄに照射される。

【0012】

温度安定型物理システム１０２の一実施形態が図１に示されているが、温度安定型物理システム１０２は、他の構成要素タイプを使用して他の方法で実装され得る。

【0013】

図１では、実線は、アナログ電気信号の経路を示す。破線は、デジタル電子信号の経路を示す。

【0014】

温度安定型電子回路１０４は、構成要素が、広範囲の外部周囲温度（例えば－４０℃～８５℃）にわたって実質的に一定の設定点温度、例えば９０℃に維持される、制御及び信号処理回路（以下に例を示す）を含むシステムである。これは、すべて又は一部の構成要素を外部環境から熱隔離することによってある程度達成され得る。

【0015】

任意追加的に、図１に示されるように、改善されたＣＳＡＣ１００は、非温度安定型電子回路（非温度安定型電子回路（ＥＰ））１０６を含む。非温度安定型電子回路１０６は、温度安定型電子回路１０４から分離されていてよい。これは、非温度安定型電子回路１０６が、
（ａ）他の電子回路の動作に悪影響を及ぼす、望ましくない電気的ノイズを発生し得る、
（ｂ）精密電流及び／又は電圧に依存せず、したがって温度変異に敏感ではないことがある、
（ｃ）閉ループシステムとして、又はその一部として動作し、したがって温度変化に敏感ではないことがある、及び／又は
（ｄ）体積又は電力消費が大きすぎるために、温度安定型電子回路１０４に含まれると、温度安定型電子回路１０４によって消費される電力が過剰になり得る（例えば許容されるシステム動作仕様を超える）ためである。

【0016】

任意追加的に、電子回路の一部ではなく、すべてが、温度安定型回路１０４内にある。

【0017】

図示される温度安定型物理システム１０２はまた、コヒーレントポピュレーショントラッピング（ＣＰＴ）を促進するために使用される、磁場コイル（磁場コイル（ｍａｇ． ｆｉｅｌｄ ｃｏｉｌ））１０２Ｇを含む。図示される温度安定型物理システム１０２はまた、第１光検出器（光検出器１）１０２Ｃと、第２光検出器１０２Ｆ（光検出器２）と、を含み、これらは、光出力の量、つまり（ａ）ＶＣＳＥＬ１０２Ａから出射される光信号、及び（ｂ）ガスセル（又は蒸気セル）１０２Ｄからの対応する光信号出力をそれぞれ感知するために使用される。ＶＣＳＥＬ１０２Ａから出射される光信号は、ガスセル１０２Ｄ入って通過し、そこからの出力である。第１光検出器１０２Ｃ及び第２光検出器１０２Ｆ（並びにこれらの対応するトランスインピーダンス増幅器及びフィルタ）は、フィードバックループの各部分であり、例えば本明細書に記載の水晶発振器、信号増幅器、及びヒータ電流制御回路の周波数の調整に使用される。

【0018】

図示される温度安定型電子回路１０４は、電流制御回路（ＶＣＳＥＬ電流制御装置）１０４Ａと、水晶発振器１０４Ｂ（例えば１０ＭＨｚ水晶発振器）と、位相同期ループ１０４Ｃと、電圧制御型発振器１０４Ｄ（ＶＣＯ）（例えば３．４１７ＧＨｚ ＶＣＯ）と、第１デジタルアナログデータ変換器（ＤＡＣ）（ＤＡＣ１）１０４Ｅと、第１ヒータ電流制御回路（ヒータ電流制御装置１）１０４Ｆと、第２ＤＡＣ（ＤＡＣ２）１０４Ｇと、第１フィルタ（フィルタ１）１０４Ｈと、第１トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）（ＴＩＡ１）１０４Ｉと、第２ヒータ電流制御回路（ヒータ電流制御装置２）１０４Ｊと、第３ＤＡＣ（ＤＡＣ３）１０４Ｋと、第２ＴＩＡ（ＴＩＡ２）１０４Ｌと、第２フィルタ（フィルタ２）１０４Ｍと、第４ＤＡＣ（ＤＡＣ４）１０４Ｎと、精密電圧及び／又は電流基準（精密電圧／電流基準）１０４Ｏと、コイル電流制御回路（コイル電流制御装置）１０４Ｐと、ヒータ１０４Ｑと、ヒータ電流制御回路（ヒータ電流制御装置）１０４Ｒと、第５ＤＡＣ（ＤＡＣ５）１０４Ｓと、を含む。精密電圧及び／又は電流基準１０４Ｏは、温度安定型物理システム１０２、温度安定型電子回路１０４、及び／又は非温度安定型電子回路１０６のうちの１つ以上の構成要素に電気的に結合されてよい。本明細書に図示されるＤＡＣは、（例えば、マイクロコントローラからアナログ制御構成要素に送信される）デジタル信号をアナログ信号に変換する。

【0019】

ＶＣＳＥＬ電流制御回路１０４Ａは、ＶＣＳＥＬ１０２Ａの周波数を制御するように構成されている。ＶＣＳＥＬ電流制御回路１０４Ａは、位相同期周波数源のＶＣＯ１０４Ｄ及びマイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されており、これらの一方又は両方は、任意追加的に非温度安定型電子回路１０６内に位置する。明確にするために、本明細書に記載のマイクロコントローラは、マイクロコントローラ回路、中央演算処理装置回路、デジタル信号処理回路、及び／又は特定用途向け集積回路のうちの１つ以上であってよい。マイクロコントローラはまた、本明細書においてコントローラ回路と称されてよい。

【0020】

ＶＣＳＥＬ１０２Ａによって生成される光信号の周波数は、マイクロコントローラ１０６Ａによって制御される。位相同期周波数源は、ＶＣＯ１０４Ｄと、位相同期ループ（ＰＬＬ）１０４Ｃと、水晶発振器１０４Ｂと、を含む。ＶＣＯ１０４ＤはＰＬＬ１０４Ｃに結合され、周波数カウンタの設定を変更してＶＣＯ１０４Ｄの出力周波数を調整するためにマイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されている。水晶発振器１０４ＢはＰＬＬ１０４Ｃに結合され、第１ＤＡＣ１０４Ｅに結合されるように構成されており、第１ＤＡＣ１０４Ｅは、水晶発振器周波数１０４Ｂの微調整及び修正を可能にするためにマイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されている。

【0021】

ＶＳＣＥＬ１０２Ａの設定点電流及び温度は、ＶＳＣＥＬ１０２Ａによって出射される光信号の搬送波周波数を制御するために使用される。位相同期周波数源によって生成されるマイクロ波出力信号は、ＤＣ電流と合計される。ＤＣ電流及びマイクロ波出力信号の両方は、ＶＣＳＥＬ１０２に提供される。マイクロ波出力信号周波数は、ＶＣＳＥＬ１０２の光出力を変調し、したがって、アルカリ原子の共振周波数に一致する周波数で側波帯を発生させる。

【0022】

第１ヒータ電流制御回路１０４Ｆは、ＶＣＳＥＬヒータ１０２Ｂ及び第２ＤＡＣ１０４Ｇに結合されるように構成され、第２ＤＡＣ１０４Ｇは、マイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されている。したがって、ＶＣＳＥＬ１０２Ａの温度は、マイクロコントローラ１０６Ａによって調整される。

【0023】

本明細書に記載の光検出器は、入射光出力を電流信号に変換し、電流レベルは、入射光出力レベルに比例する。第１ＴＩＡ１０４Ｉは、第１光検出器１０２Ｃ及び第１フィルタ１０４Ｈに結合されるように構成されており、第１フィルタ１０４Ｈはマイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されている。第１ＴＩＡ１０４Ｉは、第１光検出器１０２Ｃの電流出力を、電流信号から電圧信号に変換する。第１フィルタ１０４Ｈは、マイクロコントローラ１０６Ａによって生成された再生刺激信号をフィルタリングし、例えば分離し、増幅し、コヒーレント復調のために、フィルタリングされた電圧信号をマイクロコントローラ１０６Ａに提供する。

【0024】

第１フィルタ１０４Ｈは、マイクロコントローラ１０６Ａに結合され、コヒーレント復調のために、フィルタリングされた電圧信号をマイクロコントローラ１０６Ａに提供するように構成されている。電流レベル及び電圧レベルは、第１光検出器１０２Ｃへの光出力入射に対応する。

【0025】

第２ヒータ電流制御回路１０４Ｊは、ガスセルヒータ１０２Ｅ及び第３ＤＡＣ１０４Ｋに結合されるように構成され、第３ＤＡＣ１０４Ｇは、マイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されている。第３ＤＡＣ１０４Ｋは、マイクロコントローラ１０６Ａからのデジタル信号を、ヒータ電流制御回路１０４Ｊが受信するように構成されているアナログ信号に変換し、アナログ信号は、ヒータ電流制御回路１０４Ｊによって生成される電流を制御し、結果として、ガスセルヒータ１０２Ｅの熱エネルギーを制御する。したがって、ガスセル１０２Ｄの温度は、ガスセルヒータ１０２Ｅを駆動させるテンパラチュアセンシティブレジスタベースのサーボ制御回路と共にマイクロコントローラ１０６Ａによって調整される。

【0026】

第２ＴＩＡ１０４Ｌは、第２光検出器１０２Ｅ及び第２フィルタ１０４Ｍに結合されるように構成されており、第２フィルタ１０４Ｈは、マイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されている。第２ＴＩＡ１０４Ｌは、第２光検出器１０２Ｆの電流出力を、電流信号から電圧信号に変換する。第２フィルタ１０４Ｈは、マイクロコントローラ１０６Ａによって生成された再生刺激信号をフィルタリングし、例えば分離し、増幅し、複数の刺激信号のコヒーレント復調のために、フィルタリングされた電圧信号をマイクロコントローラ１０６Ａに提供する。電流レベル及び電圧レベルは、第２光検出器１０２Ｆへの光出力入射に対応する。

【0027】

コイル電流制御回路１０４Ｐは、磁場コイル１０２Ｇを通って流れる電流を制御するように構成されている。コイル電流制御回路１０４Ｐは、第４ＤＡＣ１０４Ｎに結合されるように構成されている。第４ＤＡＣ１０４Ｋはマイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されている。第４ＤＡＣ１０４Ｋは、マイクロコントローラ１０６Ａからのデジタル信号を、コイル電流制御回路１０４Ｐが受信するように構成されているアナログ信号に変換し、このアナログ信号は、コイル電流制御回路１０４Ｐによって生成される電流を制御し、その結果、磁場コイル１０２Ｇによって生成される磁場エネルギーを制御する。したがって、磁場コイル１０２Ｇを通って流れる電流は、マイクロコントローラ１０６Ａによって制御される。

【0028】

温度安定型電子回路はまた、少なくとも１つのＥＰヒータ１０４Ｑ、少なくとも１つのＥＰヒータ電流制御回路（ＥＰヒータ電流制御装置）１０４Ｒ、及び／又は少なくとも１つの第５ＤＡＣ（ＤＡＣ５又は第５ＤＡＣ）１０４Ｓを含む。ＥＰヒータ１０４Ｑは、温度安定型電子回路内の構成要素のすべて又は一部に熱的に結合されており、かかるすべて又は一部の構成要素の温度を制御し、安定化させるように構成されている。

【0029】

図示される実施形態では、ＥＰヒータ１０４Ｑは、ＥＰヒータ制御回路１０４Ｒに結合されている。任意追加的に、ＥＰヒータ１０４Ｑは、少なくとも１つのテザー及び／又は第２基板に実装される、少なくとも１つの抵抗ヒータであってよい。任意追加的に、ＥＰヒータ制御回路１０４Ｒは、ホィートストーンブリッジを使用して第２基板に実装されてよい。テザー及び第２基板については、以下に更に記載する。

【0030】

ＥＰヒータ制御回路１０４Ｒは、第５ＤＡＣ１０４Ｓに結合されている。第５ＤＡＣ１０４Ｓは、マイクロコントローラ１０６Ａに結合されるように構成されている。第５ＤＡＣ１０４Ｓは、マイクロコントローラ１０６Ａからのデジタル信号を、ＥＰヒータ電流制御回路１０４Ｒが受信するように構成されているアナログ信号に変換し、アナログ信号は、ＥＰヒータ電流制御回路１０４Ｒによって生成される電流を制御し、結果として、ＥＰヒータによって生成される熱エネルギーを制御する。したがって、温度安定型電子回路１０４の温度は、マイクロコントローラ１０６Ａによって制御される。

【0031】

マイクロコントローラ１０６Ａは、アナログ及び／又はデジタルの入力及び／又は出力を有する。一実施形態では、第１フィルタ１０４Ａ、第２フィルタ１０４Ｍへの、及び／若しくはこれらからのアナログ信号、並びに／又は精密電圧及び／若しくは電流基準１０４Ｏは、マイクロコントローラ１０６Ａのアナログ入力及び／又は出力にそれぞれ電気的に結合されている。別の実施形態では、ＶＣＳＥＬ電流制御回路１０４Ａ、ＶＣＯ１０４Ｄ、第１ＤＡＣ１０４Ｅ、第２ＤＡＣ１０４Ｇ、第３ＤＡＣ１０４Ｋ、第４ＤＡＣ１０４Ｎ、及び／又は第５ＤＡＣ１０４Ｓへの、及び／又はこれらからのデジタル信号は、マイクロコントローラ１０６Ａのデジタル入力及び／又は出力にそれぞれ電気的に結合されている。任意追加的に、マイクロコントローラ１０６Ａは、デジタル入力及び／又は出力のみを有し、マイクロコントローラに結合されている、及び／又はこれからのアナログ信号は、１つ以上のアナログデジタル変換器によってデジタル信号に変換される。

【0032】

非温度安定型電子回路１０６は、図示される電力調整回路１０６Ｂなど他の回路を含んでよい。電力調整回路１０６は、１つ以上の低ドロップアウトレギュレータ、ＤＣ－ＤＣ電圧レギュレータ、非クリティカル電圧基準（例えばバンドギャップ電圧基準）、及び／又は非クリティカル電流基準（例えば定電流源）を含んでよい。電力調整回路１０６Ｂは、温度安定型物理システム１０２、温度安定型電子回路１０４、及び／又は非温度安定型電子回路１０６内の１つ以上の構成要素に結合されてよく、これらに電力を提供してよい。

【0033】

当該構成要素が温度安定型電子回路内に存在しない場合、非温度安定型電子回路１０６は、マイクロコントローラ１０６Ａを含んでよい。温度安定型電子回路１０４の（例えばヒータの）体積及び／又は電力消費を低減するために、温度安定型電子回路１０４の上記の構成要素の一部は、非温度安定型電子回路１０６に含まれ得る。任意追加的に、非温度安定型電子回路１０６（温度安定型温度システム１０４ではない）は、水晶発振器１０４Ｂ、ＰＬＬ１０４Ｃ、第１ヒータ電流制御回路１０４Ｆ、第２ヒータ電流制御回路１０４Ｊ、及び／又はコイル電流制御回路１０４Ｐを含んでよい。これは、これらの構成要素が、例えば第１光検出器１０２Ｃ、及び／又は第２光検出器１０２Ｆからのフィードバックを使用して実装され、温度変化の影響を低減する、又は温度変化の影響を低減するフィードバック機構を含むシステムの一部である、のいずれかであるためである。更に、任意追加的に、第１ＤＡＣ１０４Ｅ、第２ＤＡＣ１０４Ｇ、第３ＤＡＣ１０４Ｋ、第４ＤＡＣ１０４Ｎ、第５ＤＡＣ１０４Ｓ、第１フィルタ１０４Ｈ、及び／又は第２フィルタ１０４Ｍの動作パラメータが比較的温度不変である方法で実装されている場合、非温度安定型電子回路１０６はこれらの構成要素を含んでよい。例えば、第１フィルタ１０４Ｈ及び／又は第２フィルタ１０４Ｍは、基本的な受動構成要素パラメータ（例えばレジスタの抵抗、コンデンサの静電容量、及びインダクタのインダクタンス）に関して低温度係数を有する受動構成要素を使用して設計される場合、温度変化の影響がより小さい能動フィルタとして実装されてよい。任意追加的に、フィルタが能動フィルタで実装される場合、非温度補償受動構成要素は、温度安定型電子回路１０４内に実装され得、その一方、受動構成要素、例えば演算増幅器（その閉ループ実装により比較的温度不変であるパラメータを有するフィードバックアーキテクチャのため）は、非温度安定型電子回路１０６に含まれ得る。ＤＡＣは、外部温度補償電圧基準を使用して、並びに／又は温度不変であるパルス幅変調器及び／又は積分器を使用して、実装されてよい。

【0034】

図２は、温度安定型電子回路２０４の一実施形態を示す。温度安定型電子回路２０４は、パッケージ２２０に取り付けられている少なくとも１つの電気システム（複数の電気システム）を含む。図２では、第１電気システム２２３Ａ及び第２電気システム２２３Ｂが図示されている。

【0035】

図示されるパッケージ２２０は、本体２２０Ｂに取り付けられている蓋２２０Ａを含む。任意追加的に、蓋２２０Ａは、本体２２０Ｂに対して密閉されており２２０Ａ、任意追加的に、パッケージ２２０の内部は排気され、実質的に真空であり、真空によって、パッケージ２２０内の構成要素と、パッケージ２２０及びその外部環境との熱隔離が増加する。任意追加的に、蓋２２０Ａ及び／又は本体２２０Ｂは、セラミックで製造されてよい。ゲッタ材料が蓋２２０Ａに適用されて、デバイスの耐用年数にわたってほぼ真空レベルの圧力を維持するために役立ってよい。本体２２０Ｂの内部は、少なくとも１セットのレッジを含む。図示される本体２２０Ｂは、２セットのレッジ２２０Ｃ－１、２２０Ｃ－２を含む。

【0036】

各電気システムは、対応するセットのレッジに取り付けられる。図２では、第１電気システム２２３Ａは第１セットのレッジ２２０Ｃ－１に取り付けられ、第２電気システム２２３Ｂは第２セットのレッジ２２０Ｃ－２に取り付けられる。各電気システムは、エポキシ又ははんだなど接着剤２２１によって対応するセットのレッジに取り付けられる。電気システムは、例えば、孔、リードフレーム、及び／又ははんだボールを介して導電体など相互接続子を電子回路２０４内及び／又はその上に組み込むなど従来のパッケージング技術を使用して、互いに、及び／又は外部システム（温度安定型物理パッケージ及び／又は非温度安定型電子回路など）に相互接続されてよい。

【0037】

各電気システムは、第１基板と、第２基板と、テザーと、少なくとも１つの電気回路と、を含む。第１基板及び第２基板は、シリコンで作製されてよい。導電体は、データ信号（制御信号及び測定データ信号など）、基準信号（基準電圧及び／又は基準電流など）及び／又は電力に電路を提供するために、第１基板、第２基板、及び／又はテザーのそれぞれに形成されてよい。テザーは、第１基板と第２基板との間に電気的結合及び熱隔離をもたらす。テザーは、ポリイミドなど断熱材（熱隔離をもたらす）である基板を含んでよい。導電体は、金で形成されてよく、導電体は、第１基板と対応する第２基板との間でのデータ及び電力の伝送を促進する。

【0038】

少なくとも１つの電気回路は、はんだボール、又ははんだ膜若しくはエポキシなど別の接着剤によって第２基板に機械的に取り付けられてよい。少なくとも１つの電気回路は、はんだボール、導電性ボンドワイヤ、及び／又は導電性ボンドリボンによって、第２基板内の例えば伝送線に電気的に結合されてよい。あるいは、又は加えて、少なくとも１つの電気回路は、例えば従来の半導体加工によって第２基板に組み込まれてよく、かかる一体化により、（データ及び電力の伝送を促進するための）集積電気回路と、例えば第２基板の伝送線との機械的取り付け及び外部電気的結合が省かれる。

【0039】

図示される第１電気システム２２３Ａは、少なくとも１つの第１電気回路２２６Ａを含む。図示される第２電気システム２２３Ｂは、少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎ）第２電気回路２２６Ｂを含む。電気回路は、能動及び／又は受動電気装置であり得る。

【0040】

図示される第１電気システム２２３Ａは、第１テザー２２８Ａによって第２電気基板２２４Ａに結合されている第１基板２２２Ａを含む。図示される第２電気システム２２３Ｂは、第２テザー２２８Ｂによって第２電気基板２２４Ｂに結合されている第２基板２２２Ｂを含む。

【0041】

図３Ａは、電気システム３２３Ａの一実施形態の平面図を示す。電気システム３２３Ａは、テザー３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃ、３２８ｄによって第２基板３２４に結合されている第１基板３２２を含む。任意追加的に、２つ以上のテザーが使用されて、第１基板から第２基板を支持し得る。しかしながら、第２基板は、１つ以上の他の支持構造によって支持され、０、１、又はそれ以上のテザーが使用されて、第１基板３２２を第２基板３２４に機械的、熱的、及び／又は電気的に結合してよい。そうでなければ、第２基板３２４は、空間又は空隙（例えば、２つのテザー間の実質的にパイ状の領域）によって分離され、これらの空間は、第１基板３２２と第２基板３２４との間に更なる熱隔離をもたらす。

【0042】

図３Ｂは、ヒートシンクシステム３２３Ｂを組み込む電気システムの一実施形態の平面図を示す。ヒートシンクシステム３２３Ｂは、第１基板３２２及び第２基板３２４とこれらの上にある構成要素との熱伝導性の低減を促進し、改善されたＣＳＡＣ１００の周囲温度の上昇時には、第２基板３２４及びその上にある構成要素は、より多くの熱エネルギーを第１基板に消散させて、第２基板３２４及びその上の構成要素の一定温度を容易に維持させ得る。

【0043】

ヒートシンクシステム３２３Ｂを組み込む電気システムは、テザー３２８ａ、３２８ｂ、３２８ｃ、３２８ｄによって第２基板３２４に結合されている第１基板３２２を含む。ヒートシンクシステムは、第２基板３２４上の電気回路を比較的一定の温度に維持するために使用される。次に記載するヒートシンクシステムはまた、電気回路、ＶＣＳＥＬ１０２Ａ、ガスセル１０２Ｄ、及び温度安定型物理システム１０２内の第２基板上の任意の他の構成要素を比較的一定の温度に維持するために温度安定型物理システム１０２で使用され得る。

【0044】

図示されるヒートシンクシステムは、受動ヒートシンクシステムである。受動ヒートシンクシステムは、より広範囲の周囲温度にわたって温度安定型システムの実質的に一定の設定点温度を維持する。結果として、より低コストの、より容易に入手可能な構成要素（温度変動による動作パラメータの変化の影響をより受けやすい）が温度安定型システムで使用され得る。また、温度安定型システムは、より高い周囲温度で動作し得る。

【0045】

ヒートシンクシステムは、第１基板３２２及び／又は第２基板３２４上に、又はこれらの内部に取り付けられる、少なくとも１つのリザーバ３３２を含む。教育的目的により、少なくとも１つのリザーバ３３２は、第１基板３２２に位置するものとして図示される。第１基板３２２及び１つ以上のテザー内の少なくとも１つのマイクロチャネル（又は複数のマイクロチャネル）３３４は、少なくとも１つのリザーバ３３２に結合されている。リザーバ及びマイクロチャネルの少なくとも一部は、流体、例えば、例えば水銀など液体金属、又は例えばガリンスタンなど液体共晶合金で充填される。

【0046】

改善されたＣＳＡＣ１００の周囲温度が上昇するに従って、マイクロチャネル内の流体は、リザーバが位置する基板に応じて、第１基板３２２から第２基板３２４の方へ、又はその逆へと広がる。結果として、第２基板３２４と第１基板３２２との熱隔離は低減される。したがって、第２基板３２２及びその上の構成要素は、より多くの熱エネルギーを第１基板３２２に消散させ得る。

【0047】

図３Ｃは、温度安定型物理システム又は温度安定型電子回路の例示的な作製方法３００Ａを示す。図３Ｃに示される方法３００が図１Ａ～図３Ｂに示されるシステムにおいて実施されるものとして本明細書に記載される限りにおいて、他の実施形態が他の方法で実施され得ることが理解されるべきである。流れ図のブロックは、説明を容易にするために概して順次的に配置されている。しかしながら、この構成は単に例示的なものであり、方法（及び図に示されているブロック）に関連する処理は、異なる順序で起こり得る（例えば、ブロックに関連する処理のうちの少なくとも一部は、並行方式及び／又はイベント駆動方式で実行される）ことが理解されるべきである。

【0048】

ブロック３８０では、第１基板３２２上に第１層３３３ａを有する第１基板３２２及び第２基板３２４上に第１層３３３ａを有する第２基板３２４を、単一基板上に第１層３３３ａを有する単一基板から形成する。例えば、単一基板はシリコンウェハである。第１層３３３ａを有する第１基板３２２は、第１基板３２２と第２基板３２４との間の開口部によって、第１層３３３を有する第２基板３２４から分離されている。第１層３３３ａは、ポリイミドなど誘電性又は他のタイプの材料であってよく、従来の堆積技術によって単一基板上に堆積されてよい。第１基板３２２及び第２基板３２４は、例えばドライエッチングなど従来のリソグラフィ及びエッチング技術を使用して、単一基板から形成されてよい。

【0049】

ブロック３８２では、第１基板３２２及び第２基板３２４のうちの少なくとも１つの上の第１層３３３に少なくとも１つの開口部３３５ａを形成する。開口部３３５ａは、例えばドライ又はウェットエッチングなど従来のリソグラフィ及びエッチング技術を使用して、単一基板から形成されてよい。

【0050】

ブロック３８４では、各開口部３３５ａの下の第１基板３２２にリザーバ３３２を形成する。各リザーバ３３２は、例えばウェットエッチングなど従来のリソグラフィ及びエッチング技術を使用して、基板に形成されてよい。

【0051】

ブロック３８６では、例えば上記のような流体３３１で各リザーバ３３２を充填する。ブロック３８８では、ハンドルウェハ３３４上の第２層３３３ｂに少なくとも１つの凹部３３５ｂを形成する。第２層３３３ｂは、ポリイミドなど誘電性又は他のタイプの材料であってよい。ハンドルウェハ３３４は、シリコン基板など基板であってよい。凹部３３５ｂは、例えばドライ又はウェットエッチングなど従来のリソグラフィ及びエッチング技術を使用して、単一基板から形成されてよい。任意追加的に、剥離層３３７が第２層３３３ｂとハンドルウェハ３３４との間に配置される。剥離層は、従来の溶剤によって後で容易に除去されるフォトレジストであってよい。任意追加的に、導電体が、第２層３３３ｂ上に、例えば第２層３３３ｂと剥離層３３７及び／又はハンドルウェハ３３４との間にパターン化されて、形成されてよい。

【0052】

ブロック３９０では、高温、例えば４００Ｃ又はそれ以上でポリイミドをリフローすることにより、第２層３３３ｂを第１層３３３ａに取り付ける。第１層３３３ａ及び第２層３３３ｂの結合は、第１基板３２２を第２基板３２４に接続する少なくとも１つのテザーを形成する。かかるテザーのうちの１つ以上は、流体３３１を許容し、流体３３１を受容するように構成されている、リザーバに結合されている少なくとも１つの毛細管３３６を含む。ブロック３９２では、例えば溶剤、例えばアセトンにハンドルウェハ及び剥離層３３７を浸すことによって、剥離層を活性化してハンドルウェハ３３４を剥離させることにより、又はハンドルウェハの研削若しくはエッチングのうちの少なくとも１つによりハンドルウェハ３３４を取り外す。

【0053】

図３Ｄは、温度安定型物理システム又は温度安定型電子回路の例示的な作製方法３００Ｂを示す。図３Ｄに示される方法３００が図１Ａ～図３Ｂに示されるシステムにおいて実施されるものとして本明細書に記載される限りにおいて、他の実施形態が他の方法で実施され得ることが理解されるべきである。流れ図のブロックは、説明を容易にするために概して順次的に配置されている。しかしながら、この構成は単に例示的なものであり、方法（及び図に示されているブロック）に関連する処理は、異なる順序で起こり得る（例えば、ブロックに関連する処理のうちの少なくとも一部は、並行方式及び／又はイベント駆動方式で実行される）ことが理解されるべきである。

【0054】

ブロック３６２では、ＣＳＡＣの（例えば温度安定型電子回路及び／又は温度安定型物理システムなどＣＳＡＣ内の熱隔離されているシステムの）周囲温度の上昇時に、流体は、温度上昇による流体の熱膨張のために、少なくとも１つのリザーバから離れて、すなわち熱隔離されているサブシステムに向かって、又はそこから離れて広がる。したがって、例えば、リザーバの周囲温度の温度上昇は、リザーバを含むＣＳＡＣの温度安定型システムの周囲温度の上昇のために上昇する。

【0055】

温度安定型システムは、熱隔離されていないサブシステムと、熱隔離されているサブシステムと、を含む。任意追加的に、熱隔離されていないサブシステム及び熱隔離されているサブシステムは、それぞれ第１基板３２２（及び第１基板３２２上又はその内部の任意の構成要素）及び第２基板３２４（及び第２基板３２４上又はその内部の任意の構成要素）であり、熱隔離されていないサブシステム及び熱隔離されているサブシステムは、テザー及び／又は真空などの物質（及び／又はその欠如）によって熱隔離されている。

【0056】

任意追加的に、流体は、物質、例えば熱隔離されているサブシステムと熱隔離されていないサブシステムとを接続するテザー内の少なくとも１つの毛細管を通って流れる。結果として、熱隔離されているサブシステムと熱隔離されていないサブシステムとの熱隔離は低減する。したがって、より多くの熱エネルギーが、熱隔離されているサブシステム上又はその内部の構成要素、例えば電気回路から熱隔離されていないサブシステム（したがって外部環境）に移動され得る。ブロック３６４では、流体を通して熱隔離されているサブシステムから熱隔離されていないサブシステムに熱エネルギーを消散させることにより、熱隔離されているサブシステムの実質的に一定の設定点温度を維持する。

【0057】

任意追加的に、例えば温度安定型システムのリザーバにおける、ＣＳＡＣの周囲温度の低下時には、流体は、温度低下による熱収縮のために、少なくとも１つのリザーバに向かって引き出される。したがって、より少ない熱エネルギーが、熱隔離されているサブシステム上又はその内部の構成要素、例えば電気回路から外部環境に移動され得、結果として、熱隔離されているサブシステムの実質的に一定の設定点温度が維持される。

【0058】

任意追加的に、ＣＳＡＣの周囲温度が変動する、例えば上下するに従って、流体は、上記のように、熱隔離されているサブシステムと熱隔離されていないサブシステムとを接続するテザー内の物質、例えば少なくとも１つの毛細管を通って流れる。結果として、熱隔離されているサブシステムと熱隔離されていないサブシステムとの熱隔離は、周囲温度と共に変動する。結果として、熱隔離されているサブシステムの実質的に一定の設定点温度が維持される。

【0059】

図４は、蒸気セルを使用する、改善されたチップスケール原子時計（改善されたＣＳＡＣ）４００の一実施形態の断面図を示す。改善されたＣＳＡＣ４００は、温度安定型物理システム４０２と、温度安定型電子回路４０４と、非温度安定型電子回路４０６と、を含む。温度安定型物理システム４０２は第１磁気シールド４４８Ａで包囲されて、周囲磁場がガスセル１０２Ｄに入らないようにし、磁場コイルによって生成される場が温度安定型物理システム４０２から出ないようにする。温度安定型物理システム４０２は、例えばはんだボール４４２によって第１ＣＳＡＣ基板４４０Ａに電気的に結合され、機械的に取り付けられる。温度安定型電子回路４０４は、例えばはんだボール４４２によって第２ＣＳＡＣ基板４４０Ｂに電気的に結合され、機械的に取り付けられる。非温度安定型電子回路４０６は、例えばはんだボール４４２によって第３ＣＳＡＣ基板４４０Ｃに電気的に結合され、機械的に取り付けられる。

【0060】

任意追加的に、温度安定型物理システム４０２及び温度安定型電子回路４０４は、パッケージ４４８Ｂによって包囲され、このパッケージは第２磁気シールドであって、温度安定型物理システム４０２及び温度安定型電子回路４０４を、例えば環境及び非温度安定型電子回路４０６からの電磁ノイズから更に保護してよい。第１ＣＳＡＣ基板４４０Ａ及び第２ＣＳＡＣ基板４４０Ｂは、フレキシブル回路基板４４６Ａなど第１ＣＳＡＣ相互接続子によって電気的に結合されている。第２ＣＳＡＣ基板４４０Ｂ及び第３ＣＳＡＣ基板４４０Ｃは、第３フレキシブル回路基板４４６Ｂによって電気的に結合されている。本明細書に記載の磁気シールドは、極めて高い透磁率を有するニッケル－鉄軟強磁性合金であるミューメタルで作製されてよい。

【0061】

任意追加的に、温度安定型電子回路４０４は、第３磁気シールド４４８Ｃで別個に包囲される。温度安定型電子回路４０４は、温度安定型物理システム４０２の動作に悪影響を及ぼし得る電磁エネルギーを放出する。温度安定型物理システム４０２は第１磁気シールド４４８Ａで包囲されているものの、電磁エネルギーは、例えば配線用の孔のために、第１磁気シールド４４８Ａ内の温度安定型物理システム４０２に侵入し得る。したがって、第３磁気シールド４４８Ｃで温度安定型電子回路４０４を包囲することにより、温度安定型物理システム４０２は、かかる電磁エネルギーから更に隔離される。

【0062】

例示的実施形態
実施例１は、温度安定型物理システムであって、蒸気セル及び磁場コイルを含み、磁気シールドで包囲されている温度安定型物理システムと、温度安定型物理システムに電気的に結合されている温度安定型電子回路と、を含むチップスケール原子時計（ＣＳＡＣ）を含む。

【0063】

実施例１のＣＳＡＣは、温度安定型物理システム及び温度安定型電子回路のうちの少なくとも１つに電気的に結合されている、非温度安定型電子回路を更に含む。

【0064】

実施例２のＣＳＡＣであって、非温度安定型電子回路は、制御回路及び電力調整回路のうちの少なくとも１つを含む。

【0065】

実施例４は実施例３のＣＳＡＣを含み、非温度安定型電子回路は、水晶発振器、位相同期ループ、少なくとも１つのヒータ電流制御回路、及び少なくとも１つのコイル電流制御回路のうちの少なくとも１つを更に含む。

【0066】

実施例５は実施例４のＣＳＡＣを含み、非温度安定型電子回路は、少なくとも１つのデジタルアナログ変換器及び少なくとも１つのヒータのうちの少なくとも１つを更に含む。

【0067】

実施例６は実施例１～５のいずれかのＣＳＡＣを含み、第２磁気シールドは、温度安定型電子回路のみを包囲する。

【0068】

実施例７は実施例１～６のいずれかのＣＳＡＣを含み、第３磁気シールドは、温度安定型物理システム及び温度安定型電子回路を包囲する。

【0069】

実施例８は実施例１のＣＳＡＣを含み、温度安定型電子回路及び温度安定型物理システムのうちの少なくとも１つは、受動ヒートシンクを更に含む。

【0070】

実施例９は実施例８のＣＳＡＣを含み、温度安定型電子回路及び温度安定型物理システムのうちの少なくとも１つは、第１基板と、第２基板と、第２基板に取り付けられた構成要素と、第１基板及び第２基板を結合する少なくとも１つのテザーと、を含み、少なくとも１つの受動ヒートシンクは、少なくとも１つのテザーのうちの少なくとも１つの内部又はその上にある少なくとも１つの毛細管と、少なくとも１つの毛細管のそれぞれに結合されている少なくともリザーバと、を含み、少なくとも１つのリザーバは液体を格納するように構成されており、少なくとも１つのリザーバは、第１基板及び第２基板のうちの少なくとも１つの内部又はその上に取り付けられ、液体は、ＣＳＡＣの周囲温度の変動時に少なくとも１つの毛細管のそれぞれを通って流れるように構成されている。

【0071】

実施例１０は実施例９のＣＳＡＣを含み、第１基板及び第２基板はシリコンを含み、少なくとも１つの毛細管は誘電体中に凹部を含む。

【0072】

実施例１１は実施例９～１０のうちのいずれかのＣＳＡＣを含み、テザー上に形成された導電体は、第１基板を第２基板に電気的に結合する。

【0073】

実施例１２は、実施例１～１１のうちのいずれかのＣＳＡＣを含み、温度安定型電子回路は、第１基板と、第２基板と、第２基板上に取り付けられた少なくとも１つの電気構成要素と、第１基板と第２基板との間に結合され、第１基板を第２基板から熱隔離するように構成されている、少なくとも１つのテザーと、本体と、を含み、第１基板は本体に取り付けられ、蓋は本体に取り付けられ、第１基板、第２基板、少なくとも１つの電気構成要素、及び少なくとも１つのテザーは、蓋及び本体によって包囲される。

【0074】

実施例１３は実施例１２のＣＳＡＣを含み、蓋は本体に対して密封され、第１基板、第２基板、少なくとも１つの電気構成要素、及び少なくとも１つのテザーは、蓋及び本体によって密閉される。

【0075】

実施例１４は実施例１２～１３のいずれかのＣＳＡＣを含み、テザーは、第１基板及び第２基板を導電結合する、少なくとも１つの導電体を含む。

【0076】

実施例１５は、チップスケール原子時計（ＣＳＡＣ）の周囲温度の上昇時に、熱膨張のために、少なくとも１つのリザーバから、温度安定型電子回路及び温度安定型物理システムのうちの少なくとも１つの内部で熱隔離されているサブシステムに向かって、又はこれから離れて流体を広げることであって、ＣＳＡＣは、温度安定型電子回路と、温度安定型物理システムと、を含み、互いから熱隔離されている、熱隔離されていないサブシステム及び熱隔離されているサブシステムをそれぞれ含む、ことと、流体を通して熱隔離されているサブシステムから熱隔離されていないサブシステムに消散される熱エネルギーを増加させることにより温度安定型電子回路及び温度安定型物理システムのうちの少なくとも１つにおいて熱隔離されているサブシステムの実質的に一定の設定点温度を維持することであって、実質的に一定の設定点温度が、ＣＳＡＣの安定度を低減しない温度範囲内の温度を意味する、ことと、を含む、方法を含む。

【0077】

実施例１６は実施例１５の方法を含み、少なくとも１つのリザーバから離れて流体を広げることは、流体が少なくとも１つのテザー内の少なくとも１つの毛細管を通って流れることを含み、少なくとも１つの毛細管は少なくとも１つのリザーバに結合されている。

【0078】

実施例１７は実施例１５～１６のいずれかの方法を含み、ＣＳＡＣの周囲温度を上昇させることと、熱収縮のために、少なくとも１つのリザーバに向かって、熱隔離されているサブシステムから離れて又はそこに向かって流体を後退させることと、流体を通して熱隔離されているサブシステムから熱隔離されていないサブシステムに消散する熱エネルギーを低減させることにより熱隔離されているサブシステムの実質的に一定の設定点温度を維持することと、を更に含む。

【0079】

実施例１８は、チップスケール原子時計（ＣＳＡＣ）の温度安定型電子回路又は温度安定型物理システム内に受動ヒートシンクを形成する方法であって、第１基板上の第１層を有する第１基板及び第２基板上の第１層を有する第２基板を、単一基板上に第１層を有する単一基板から形成することと、第１基板及び第２基板のうちの少なくとも１つの上の第１層に少なくとも１つの開口部を形成することと、各開口部の下にリザーバを形成することと、各リザーバを流体で充填することと、ハンドルウェハ上の第２層に少なくとも１つの凹部を形成することと、第２層を第１層に取り付けることと、ハンドルウェハを取り外すことと、を含む、方法を含む。

【0080】

実施例１９は実施例１８の方法を含み、各リザーバを流体で充填することは、各リザーバを液体金属又は共晶金属合金で充填することを含む。

【0081】

実施例２０は、実施例１８～１９のいずれかの方法を含み、ハンドルウェハを取り外すことは、ハンドルウェハの研削又はエッチングのうちの少なくとも１つを含む。

【0082】

本教示は１つ以上の実施例に関して図示されてきたが、図示される実施例に関する変更及び／又は修正は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく行われ得る。加えて、本開示の特定の特徴はいくつかの実施例のうちの１つのみに関してのみ説明されている場合があるが、かかる特徴は、任意の所定の、又は特定の機能にとって望ましく、有利であり得るために、他の実施例の１つ以上の特徴と組み合わされ得る。更に、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「と共に（ｗｉｔｈ）」などの用語又はこれらの変形が「発明を実施するための形態」及び「特許請求の範囲」のいずれかで使用される限りにおいて、かかる用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様に包括的であることが意図される。「のうちの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」という用語は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択され得ることを意味するために使用される。本明細書で使用される場合、例えば、Ａ及びＢ、又はＡ及び／若しくはＢなど項目の列挙に関する「のうちの１つ以上（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」という用語は、Ａのみ、Ｂのみ、又はＡ及びＢを意味する。「のうちの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」という用語は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択され得ることを意味するために使用される。

【0083】

「約（ａｂｏｕｔ）」又は「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、変更が図示される実施形態に対するプロセス又は構造の不適合をもたらさない限り、指定された値又はパラメータは若干変更され得ることを示す。最後に、「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、説明が理想であることを暗示するのではなく、実施例として使用されることを示す。本明細書では特定の実施形態が図示され、説明されているが、当業者には、示される特定の実施形態の代わりに、同一の目的を達成することが予測される任意の構成が用いられ得ることが理解されよう。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らかに意図されている。

【0084】

本出願で使用される相対位置の用語は、配向に関係なく、デバイス、ウェハ、又は基板の従来の平面又は作業面に平行な平面、又は「同一平面上（ｃｏｐｌａｎａｒ）」という用語の場合にはこれらと同じ平面に基づいて定義される。本出願で使用される「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」又は「横方向（ｌａｔｅｒａｌ）」という用語は、配向に関係なく、デバイス、ウェハ、又は基板の従来の平面又は作業面に平行な平面として定義される。「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」という用語は、水平に対して垂直な方向を指す。「上（ｏｎ）」、「側（ｓｉｄｅ）（「側壁」のような）」、「高い（ｈｉｇｈｅｒ）」、「低い（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ｏｖｅｒ）」、「上（ｔｏｐ）」、及び「下（ｕｎｄｅｒ）」などの用語は、配向に関係なく、デバイス、ウェハ、又は基板の上面である、従来の平面又は作業面に関して定義される。本出願で使用される「同一平面上（ｃｏｐｌａｎａｒ）」という用語は、配向に関係なく、デバイス、ウェハ、又は基板の従来の平面又は作業面と同じ平面内の平面として定義される。

【0085】

本明細書では特定の実施形態が図示され、説明されているが、当業者には、示される特定の実施形態の代わりに、同一の目的を達成することが予測される任意の構成が用いられ得ることが理解されよう。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らかに意図されている。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】