如果有的话，本申请涉及或要求来自下列申请(“优先权申请”)的最早有效申请日的优先权(例如，为除了临时专利申请以外的要求最早优先权日，或根据35usc119(e)为临时申请、优先权申请的任何及所有专利、母案、母案的母案等申请要求优先权)。此外，本申请涉及的“相关申请”，如果有的话，在下面列出。
优先权申请
美国临时专利申请号us62/288,346，发明名称为“隔热平台系统及方法”，申请日为2016年1月28日，其主题在此完全地通过引用而合并。
如果上述提供的申请列表与ads中提供的列表不均匀，申请人意在要求在ads的优先权章节中出现的每个申请的优先权，及出现在本申请的优先权章节中的每个申请的优先权。
包含任何优先权申请及相关申请的所有主题，及优先权申请及相关申请的任何及所有专利、母案、母案的母案申请等，在此通过引用的而合并到以下程度，即这样的主题因此不会存在相互矛盾之处。
如果一个申请数据表(ads)已经于本申请的提交日是提交，在此通过引用的方式合并。任何在ads中要求的用于根据35usc119,120,121，或365(c)的优先权的申请，以及这些申请的任何一个及所有专利、母案、母案的母案等申请，也通过引用的方式合并，包括在这些申请中做出的任何优先权及通过引用合并的材料，至这种程度，即这样的主题不会因此存在相互矛盾之处。
背景技术：
1.发明领域
本发明通常涉及一种装置及方法，其用于提供高隔热环境。
2.现有技术描述
许多装置要求隔热环境，稳定且均匀的温度以降低功率及提高性能。通常来说，使用加热器及冷却器来有效地维持样品装置的温度。通过周围流体环境的对流、及通过接触点(例如机械支撑、信号输入输出，及电力线)的传导会产生的热量损失。减少加热器或冷却器的功耗通常通过减少样品装置及外部环境之间的接触点的数量来达到，而降低由于环境温度及其改变而产生的热波动通常通过高热增益设计达到。在实际中，降低围绕样品装置的热气体压力实质上使对流最小化，低辐射率涂层用于样品装置的表面以降低热辐射；然而，进一步降低由于传导导致的热损失仍然是一个挑战。
已经有一些高性能隔热装置的系统。biernacki在美国专利6,236,145公开了一种具有螺旋形线圈的金属涂层玻璃管，其具有围绕所述管壁的周向形成的气隙。所述管壁的一端支撑并电连接至晶体谐振器，所述管壁的另一端附着并电连接至基体。
mescher等在美国专利7,215,213公开了一种具有悬架框的芯片级设备的悬架，该悬架框定义了第一平面和穿过该框的开口。该设备也具有至少一个系链(tether)，其以一个相对于第一平面的角度穿过该开口。
denatale等在美国专利8,456,249中公开了一种微尺寸固化聚合物带，其具有从该带的一侧延伸的加强结构，由该带悬挂的第一基体，耦合于该带以通过所述带而悬挂该第一基体的第二基体，其中所述带相似地耦合到所述第一基体。
本发明克服了现有技术中几个不足，例如，在振动或冲击时缺少机械灵活性，难以为样品装置维持均衡的温度分布，在设备工作时功耗过大。此外，对较大设备来说本发明可放大，或增加输入及输出连接的数量。
技术实现要素：
本发明提供了一种装置或方法，用于操作样品装置的机械稳定及隔热，该样品装置要求高隔热，例如石英谐振器、石英振荡器、x射检测仪、电压基准、加速度计及量子系统，包括原子钟、原子陀螺仪及原子磁力仪。本发明还提供了一种将样品装置耦合至设备的方法。
在一个优选的实施例中，所述设备包括一个或更多个微结构管、安装底座、及基体，所述基体由所述微结构管支撑并耦合到样品装置，该样品装置需求隔热和精确的温度控制。一个或更多个微结构管包括隔热的内部及表现为低热辐射、高导电性的薄包覆层。在内部与薄包覆层之间可整合入一层粘结层，以提高这些层之间的粘结性。所述设备还可包括分布式加热器、集中式加热器、或环绕式加热器，以及耦合到所述基体的维持和控制电路。所述设备还可包括辐射反射器，用于反射电磁光谱的红外区域的辐射，还可包括真空盖和吸气材料，以维持真空环境。
在一个实施例中，微结构管在横截面上周期性地对齐、基本上等间距平行于中心轴线，并靠近安装平台周边。在一个实施例中，样品装置安装到基体的顶面或底面上。
在一个实施例中，微结构管的形式为桁架结构，包括细长的在端点处连接起来的双力元件，并组织作为单个物体而运作。其中，桁架结构在笛卡尔坐标的x,y和z中一个、两个或所有的方向，或在柱坐标的r,θ和z中的一个、两个、或所有的方向，或在球坐标的r,θ和ψ中的一个、两个、或所有的方向，以分别提高抵抗压或拉应力。
实施例包括上述所有特征中的一个、更多个或任何组合。从下述的更为详细的用来说明本发明精神的描述可使本发明的其它特点和优点变得更加明显。
附图说明
图1是本发明一个示例性实施例中的隔热平台系统的侧视图；
图2是本发明图1所示实施例中的热平台系统中的侧剖视图；
图3a是本发明一个示例性实施例中的微结构管的高架透视图；
图3b是本发明图3a所示实施例中的微结构管的局部顶部放大图；
图4是本发明一个示例性实施例中的固定支撑、基体、及多个微结构管的高架透视图；
图5是本发明一个示例性实施例中的真空可隔热的平台系统的侧视图。
图中附图标记：
安装底座10
安装底座顶面10a
安装底座底面10b
基体印刷轨迹(printedtrack)11a
安装底座印刷轨迹11b
安装底座周边(perimeter)12
基体结合部(bonding)14a
安装底座结合部14b
i/o转换部(transition)16
基体20
基体顶面20a
基体底面20b
顶部辐射反射器安装槽22
样品装置安装孔24
通气孔26
加热器40
微结构管50
内管部52
薄包覆层55
上端部56
下端部57
粘结层59
样品装置60
底部辐射反射器支撑部72
底部辐射反射器80
管间隙部81
中部辐射反射器82
顶部辐射反射器84
真空盖86
吸气剂87
真空头88
真空头i/o引脚89
维持电路90a
控制电路90b
样品装置连接部92
中心轴线100
横截面200
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行描述。以下的详细描述提供了用于彻底了解这些实施例的详细原理图及这些实施例的实施描述。本领域技术人员将理解在没有某些细节时可实施本发明。在其它的示例中，没有详细地显示或描述已知的结构和功能，以避免对实施例的描述造成不必要的含糊。
图1是本发明一个示例性实施例中的隔热平台系统的侧视图。图2是本发明图1所示实施例中的热平台系统中的侧剖视图。该系统包括具有安装底座顶面10a和安装底座底面10b的安装底座10，具有基体顶面20a和基体底面20b、并通过一个或更多微结构管50支撑于安装底座10的基体20，直接安装于基体20的样品装置60，其中，样品装置60需要高隔热及精确的温度控制。在此实施例中，安装底座10及基体20呈盘状，且类似大小、相互之间基本上平行，然而，应考虑到安装底座10与基体20的其它相对方向、形状及大小会有利于一些特殊应用。该系统还可以包括维持电路90a及控制电路90b，其中，维持电路90a将样品装置60的信息转化为与温度变化有关的电信号，并可以整合到基体20中，而控制电路90b调节样品装置60的温度并可安装在基体20或安装底座顶面10a上。维持电路90a和控制电路90b可以与样品装置60结合或分离，其中，当分离时，维持电路90a、控制电路90b和样品装置60可以连接到基体20的底面20b或顶面20a。该系统还可包括顶部辐射反射器84，用于反射电磁辐射的红处区域中的辐射，并覆盖维持电路90a和控制电路90b，其中顶面反射器84通常安装通过多个顶部辐射反射器安装槽22安装于基体20。基体20可进一步包括用于将样品装置60固定到基体20上、及用于收纳样品装置连接部92的样品装置安装孔24，样品装置连接部92提供样品装置60与维持电路90a、控制电路90b之间的电连接。一个或更多个通气孔26可钻设于基体20上，以除去积聚于样品装置60与基体20之间的空气。
图3a是本发明一个示例性实施例中的微结构管50的高架透视图。图3b是本发明图3a中所示实施例中的微结构管50的局部顶部放大图。所述微结构管50具有内管部52、上端部56、下端部57、及基本上比内管部52还薄的薄包覆层55，并包括呈现出基本上低热辐射的导电材料，其中管50被设计表现出在拉伸和压缩方向的高机械强度。此外，管50内部为中空或空的，无端盖，并补充设计具有小的截面区域以使基体20与安装底座10之间的热传导降低在所需的温度范围内。可通过机械摩擦，通过使用基体结合部14a和安装底座结合部14b，相应地，通过电子导电粘接，或通过焊接实现上端部56与基体20、下端部57与安装底座10之间的固定。薄包覆层55最好被抛光，可以包括金、铝、银、铂、钯、铜、镍、钛、铬、钌、或以上任意组合。
微结构管50的截面形式可以为椭圆形、多边形、多点星形、或其组合，取决于样品装置运行所需的机械稳定性。
在某些实施例中，样品装置60可以与基体20的顶侧或底侧连接以降低设备的整体高度。
在一个实施例中，微结构管50平行且关于中心轴线100对称，与中心轴线100在一个或多个方向上正交，并于连接于交叉点。在一个实施例中，一个或多个管50被张紧以抵抗压应力。在一个实施例中，一个或多个管50被压缩以抵抗拉应力。在一个实施例中，微结构管50设置成桁架结构的形式，该桁架结构包括细长的双力元件，双力元件在端点处相互连接并组织作为单个物体而运作。其中，桁架结构在一个、两个或三个方向的笛卡尔坐标、柱坐标、或球坐标方向上延伸，以进一步提高对压应力和拉应力的抵抗能力。
微结构管50的内管部52的材料可采用表现为基本上隔热性的材料，可以包括但不限于硅玻璃，其它表现为低热传导性的陶瓷、表现为低热传导性的聚合物，比如聚亚醯胺(polyimides)、聚酰胺(poly(amides))、聚乙烯(poly(ethylen))、聚四氟乙烯(poly(tetrafluoroethylene))及其它氟化聚合物、b-阶段苯并环丁烯双联体基聚合物(b-stagedbisbenzocyclobutene-basedpolymers)、聚二甲苯基聚合物(poly(paraxylylene)basedpolymers)、丁内酯配方的环氧基光刻胶(epoxy-basedphotoresistformulatedingamma-butyrolactone)、环戊酮配方的环氧基光刻胶(epoxy-basedphotoresistformulatedincyclopentanone)、聚苯乙烯(polystyrenes)、聚碳酸酯(polycarbonates)、聚丙烯(poly(propylene))、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate))、聚偏二氟乙烯(poly(vinylidenefluoride))、及溶致液晶聚合物(lyotropicliquid-crystalpolymers)。
在一个实施例中，微结构管50关于横截面200周期性地基本上等间距地对齐，并靠近固定座周边12。管50也可以对齐成为一个包层(cladding),该包层围绕一个或更多个管端部56或57，其中管端部56和57与中心轴线100平行。
图4是本发明一个示例性实施例中的安装底座10、基体20、及多个微结构管50的高架透视图。样品装置60通过设置于靠近样品装置60的加热器40在基体20上加热。加热器40可以为嵌入基体20中的分布式加热器，安装到基体20上的集中式加热器，或环绕样品装置60的加热器，以为装置60提供基本均匀的温度。安装底座10包括一个或多个i/o转换部16，或连接端口，用于与真空头88上的真空头i/o引脚89电连接。管50与i/o转换部16之间的电连接一般通过安装底座印刷轨迹11b或任何用于薄包覆层55中的材料而产生。类似地，管50与加热器40之间的电连接也通常可通过基体印刷轨迹11a或任何用于薄包覆层55的材料而产生。
在一个实施例中，基体20和安装底座10是介质基板(dielectricsubstrates)，其由高导热性的材料或结构制成，例如氮化铝、氧化铍、氧化铝、碳化硅、石英、金刚石、蓝宝石、六方氮化硼、石墨烯、石墨烯纳米带、或基于金属的印制电路。微结构管50的内部52包括包覆有聚酰亚胺的石英玻璃，薄包覆层55为超薄金属层，例如金，以提供具有高导电性的低热发射表面。第二种材料的超薄粘结层，例如，钛、镍、钼、钨、或其组合，可以包覆于外部的金层与聚酰亚胺之间以提高薄包覆层55与内部52之间的粘结性。高性能装置60，例如石英谐振器，可以通过包覆在基体20上的图形化的印刷导电线而耦合至基体20。并与样品装置60及微结构管50的薄包覆层55电连接。
在不同的实施例中，该设备被设计用来对具有足够的样品装置连接部92的石英谐振器的稳定支撑及精确控制温度，因此相对传统的具有相似参考频率精度的超大石英振荡器来说，能制造具有低功耗的机械稳定的石英振荡器系统。
在一个实施例中，所述设备包括用于基体20的顶部辐射反射器84、加热器40、及维持和控制电路90a、90b。顶部辐射反射器84可包括基本上低排气(outgassing)的有机聚合物、或一种或更多种微结构管50的薄包覆层55所包含的材料。
图5是本发明一个示例性实施例中的真空可隔热的平台系统的侧视图。为了降低对流引起的热损失，所述隔热系统密封于真空环境中，并通过选择具有充分低排气材料、随后的真空清洗工艺、及将吸气材料87插入真空包装中，维持低于0.133帕斯卡(1微米汞柱)的真空度。在此实施例中，所述设备还包括底部辐射反射器80、中部辐射反射器82、顶部辐射反射器84、真空盖86、及真空头88，所述真空头88具有一个或更多个真空头i/o引脚89。
辐射反射器80、82和84反射电磁波谱的红外区域的辐射。底部辐射在80由中心轴线100的径向在样品装置60与安装底座10之间延伸，然后在进一步径向延伸之前向基体20延伸并刚好终止于超过基体20的直径。底部辐射反射器80还包括管间隙端口81，其大于微结构管50的直径，以在管50与底部辐射反射器80之间在设备装配时形成间隙。中部辐射反射器82由位于靠近但不接触顶部辐射反射器84的位置沿径向延伸，并终止于底部辐射反射器80。通过冷焊、接触焊、或锡焊(soldering)，真空盖86包住隔热平台系统并用靠近安装底座周边12的真空头88密封。系统的低压力一般通过选择充分低排气材料、下述宾真空清洗工艺、及直接将吸气材料87附加于真空盖86的内部而实现。吸气材料87进一步降低真空盖86中的压力，并采用平环或盘的形式，直接焊接到真空盖86的顶盖内侧，或直接包覆到真空盖86的内侧。系统性能可以通过合并入一个底部辐射反射器支撑部72而进一步提升，其位于安装底座10与底部辐射在80之间并与二者直接粘接。辐射反射器支撑部72基本上关于中心轴线100居中设置，包括局部弹性的材料，其可包括但不限于，基本上低排气的聚合物。
在一个实施例中，隔热平台系统还整合了第二温度控制器或温控环境，以制造出超低功耗双恒温器装置(doubleovendevices)，例如双恒温器石英谐振器、石英振荡器、传感器、及原子系统。
在一个具有整个近似高度为1到2厘米、直径2-4厘米的设备实施例中，微结构管50的内部54厚度为0.05-2毫米、薄包覆层55的厚度为50-150纳米、且粘结层59的厚度为2.5-40纳米。此设备实施例利用了60毫瓦控制电源以可靠地支持石英谐振器在25摄氏度的环境温度下，具有基本均匀的95摄氏度的操作温度。
本发明上述实施例通常应用于下列装置，例如温控石英谐振器、石英振荡器、传感器、及量子系统，这些实施例还可应用于其它类型的需要高隔热和/或精确温度控制运行的装置，包括但不限于，原子钟、原子陀螺仪、原子磁力仪、红外检测器、x射线检测器、压力传感器、电压基准、加速度计、电荷放大器、各种光电装置、及其它实验或分析仪器或设备。
本发明的特殊实施例已经描述并公开在当前申请中，应当清楚的是，任何数量的排列、修改，或实施例可以被做出，但仍属于本发明的核心和范畴。本发明并不只限应用于上述实施例，除非在权利要求中有明述。
在描述本发明的某些特征或方面时使用的特定术语，不应当被采用暗示该术语被在此重新定义以限制本发明与该术语相关的任何特定特性、特点或方面。通常来说，权利要求中使用的术语不应当被解释成将本发明限定到说明书中公开的特定实施例，除非上述具体实施方式中明确地定义了这些术语。相应地，本发明的实际范围不仅仅包括公开的实施例，还包括所有实施或实现本发明的实施方式。
上述本发明实施例的详细描述并不全面，也不将本发明限制到这里公开的精确实施例或形式，更不限制在本说明书中提及的特定应用领域。不脱离本发明的精髓和范畴，可对上述本发明为描述目的的特定实施例或例子进行各种等同修改。同时，本发明在此提供的技巧可被应用于其它未在上面描述的系统。上述各种实施例的构件或方案可被重组以提供更多实施例。
所有上述专利、申请及其它文件，包括在附件提交单中列出的任何文件，在此通过引证的方式合并。本发明各方面在必要时可被修改应用于上述文件的系统、功能、及概念，以提供本发明更多的实施例。
通常地，权利要求中使用的术语不应当被解释成将本发明限定到说明书中公开的特定实施例，除非上述具体实施方式中明确地定义了这些术语。相应地，本发明的实际范围不仅仅包括公开的实施例，还包括根据权利要求实施或实现本发明的所有等同方式。
根据上述具体实施方式，发明人可以做出本发明的各种变化。具体实施方式概括了可能的实施例，并公开了被预期的最佳实施方式，无论出现在上述文字中的如何详细，本发明仍可以以多种方式实施。因此，实施细节可以有很大区别，但仍被发明人所公开的本发明精髓涵盖。在此描述本发明的某些特点或方向时所使用的特定术语，不应当被用来暗示该术语在此被重新定义，以限制本发明中与此术语相关的特性、特点或详情。