一种可扩展的超导量子芯片的封装盒

文档序号:471133 发布日期:2021-12-31 浏览:8次 >En<

阅读说明:本技术 一种可扩展的超导量子芯片的封装盒 (Extensible superconducting quantum chip packaging box ) 是由 王浩华 宋超 刘武新 郭秋江 宋紫璇 任文慧 王震 李贺康 张鹏飞 董航 张叙 于 2020-06-30 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种可扩展的超导量子芯片的封装盒,该封装盒包括:底座和盖板;所述底座内挖有两个凹槽,用于放置同轴线和超导量子芯片,所述用于放置同轴线的凹槽侧面设置有纵向的多排孔阵列,用于安装同轴线来进行微波信号传输,同轴线在靠近超导量子芯片的一端做特殊处理,作为与超导量子芯片的性能管脚连接的信号层电极;所述盖板与底座挖有凹槽的一面对应,并与其紧密贴合。本发明通过纵向第三个维度将量子芯片上的信号引出去,在不扩大所述底座尺寸的前提下容纳更多的信号层电极,有效地节省了空间,更利于超导量子比特的集成化;所述同轴线和所述底座以及盖板可以根据需求使用不同的材料,所述材料的选择具有很大的自由度。(The invention discloses an extensible packaging box of a superconducting quantum chip, which comprises: a base and a cover plate; two grooves are dug in the base and used for placing a coaxial line and a superconducting quantum chip, a longitudinal multi-row hole array is arranged on the side face of the groove for placing the coaxial line and used for installing the coaxial line to transmit microwave signals, and the coaxial line is specially processed at one end close to the superconducting quantum chip and is used as a signal layer electrode connected with a performance pin of the superconducting quantum chip; the cover plate corresponds to one surface of the base with the groove and is tightly attached to the base. The invention leads out the signal on the quantum chip through the third longitudinal dimension, and accommodates more signal layer electrodes on the premise of not enlarging the size of the base, thereby effectively saving space and being more beneficial to the integration of superconducting quantum bits; the coaxial line and the base and cover plate can be made of different materials according to requirements, and the materials are selected with great freedom.)

一种可扩展的超导量子芯片的封装盒

技术领域

本发明涉及量子芯片封装技术领域,尤其涉及一种可扩展的超导量子芯片的封装盒。

背景技术

在实现超导量子计算的方案中,利用外电路对超导量子芯片进行有效的控制和读取是必要步骤。超导量子芯片的电路尺寸为微米量级,而外电路的尺寸为毫米或厘米量级,因此如何将量子芯片的电路和外电路之间进行安全而高效的转接就成了至关重要的问题。超导量子芯片封装盒是实现超导量子芯片和外电路连接的第一级装置,如何将超导量子芯片的各类性能管脚与相应的外电路进行连接,成为业内的设计难题之一。

扩展芯片上的量子比特数目是实现量子计算的必经之路,对应于芯片上比特数目的增加,性能管脚的数目也随之增加。因此,如何在尽可能小的空间内,将芯片上的诸多管脚与外电路进行连接成为必须考虑的问题。另外,量子芯片中量子比特的状态十分脆弱,如果不进行有效地保护,容易受到坏境的干扰而产生退相干。

传统的PCB封装技术虽然易于做到很高的集成度,但是不能很好地屏蔽外界坏境的噪声,且会引入损耗。另一种封装技术通常在封装盒侧面安装连接器来建立芯片电路和外电路的连接,封装盒侧面十分有限的面积以及连接器的尺寸大小限制了可安装的连接器的数量,浪费了样品和封装盒的大量空间。而随着量子比特数目的不断增加,这种低效率的连接方式难以扩展,难以实现高密度的接线,因此需要使用新的封装方式来实现高集成度的、可扩展的量子芯片连接,同时,这种封装结构还要求可对量子芯片进行特殊保护,有效地隔离量子芯片和外界坏境噪声。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足,提出一种可扩展的超导量子芯片的封装盒。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种可扩展的超导量子芯片的封装盒,该封装盒包括:底座和盖板;所述底座内挖有两个凹槽,分别用于放置同轴线和超导量子芯片;所述两个凹槽均处于所述底座的中心位置,所述用于放置超导量子芯片的凹槽位于用于放置同轴线的凹槽的下方;所述放置同轴线的凹槽侧面设置有纵向的多排孔阵列,用于安装同轴线来进行微波信号传输;所述纵向的多排孔阵列数目可扩展,根据超导量子芯片上比特的数目而确定;所述同轴线在靠近超导量子芯片的一端做切削处理,作为与超导量子芯片的性能管脚连接的信号层电极;所述盖板与底座挖有凹槽的一面对应,并与其紧密贴合。

进一步地,所述盖板覆盖在所述底座上时,底座内的凹槽与所述盖板相配合形成密封腔体结构。

进一步地,所述同轴线穿过所述纵向的多排孔阵列,从外部伸入所述密封腔体内部,所述同轴线在靠近超导量子芯片的一端做切削处理之后,使内部金属针芯裸露,且与所述同轴线的外金属和中间介质层形成一个平面。

进一步地,所述底座内部用于放置超导量子芯片的凹槽,深度范围为0.2~1.0mm。

进一步地,所述底座上下表面均设置有沉头螺纹孔,用于压紧所述同轴线。

进一步地,所述底座以及所述盖板采用mK温度量级下具有超导性质的材料,可为铝、铌、铟、钽、锡或钒,所述同轴线的中心金属和外金属也采用mK温度量级下具有超导性质的材料,可以有效地将超导量子芯片和外界坏境隔离,屏蔽外界坏境的噪音,减少能量损耗,更好地保持所述芯片上量子比特的相干性。

本发明具有以下益处:本发明提供的一种可扩展的超导量子芯片的封装盒,通过纵向第三个维度将量子芯片上的信号引出去,在不扩大所述底座尺寸的前提下容纳更多的信号层电极,有效地节省了空间,更利于超导量子比特的集成化;所述同轴线和所述底座以及盖板可以使用根据需求使用不同的材料,所述材料的选择具有很大的自由度。

附图说明

图1a为本发明实施例的量子芯片封装盒的正面结构示意图;

图1b为本发明实施例的量子芯片封装盒的背面结构示意图;

图2a为本发明实施例的量子芯片封装盒未放芯片的底座的近视结构示意图;

图2b为本发明实施例的量子芯片封装盒放入芯片的底座的近视结构示意图;

图2c为本发明实施例的封装盒置入超导量子芯片封装后的截面结构示意图;

元件标号说明:100.盖板;101.沉头通孔;102.底座;103.同轴线;104.底座下表面的沉头螺纹孔;105.底座上表面的沉头螺纹孔;106.螺纹孔;107.底座内用于放置同轴线的凹槽;108.底座内用于放置芯片的凹槽;109.信号层电极;110.超导量子芯片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。需要说明的是,在附图和说明书描述中,相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式,为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种可扩展的超导量子芯片的封装盒,该封装盒包括:底座和盖板;所述底座内挖有两个凹槽,分别用于放置同轴线和超导量子芯片,底座内部用于放置超导量子芯片的凹槽,深度范围为0.2~1.0mm。所述两个凹槽均处于所述底座的中心位置,所述用于放置超导量子芯片的凹槽位于用于放置同轴线的凹槽的下方;所述放置同轴线的凹槽侧面设置有纵向的多排孔阵列,用于安装同轴线来进行微波信号传输,所述底座上下表面均设置有沉头螺纹孔,用于压紧所述同轴线;所述纵向的多排孔阵列数目可扩展,根据超导量子芯片上比特的数目而确定;所述同轴线穿过所述纵向的多排孔阵列,从外部伸入所述密封腔体内部,所述同轴线在靠近超导量子芯片的一端做切削处理,使内部金属针芯裸露,且与所述同轴线的外金属和中间介质层形成一个平面,作为与超导量子芯片的性能管脚连接的信号层电极;所述盖板与底座挖有凹槽的一面对应,并与其紧密贴合,所述盖板覆盖在所述底座上时,底座内的凹槽与所述盖板相配合形成密封腔体结构。

所述底座以及所述盖板采用mK温度量级下具有超导性质的材料,可为铝、铌、铟、钽、锡或钒,所述同轴线的中心金属和外金属也采用mK温度量级下具有超导性质的材料,可以有效地将超导量子芯片和外界坏境隔离,屏蔽外界坏境的噪音,减少能量损耗,更好地保持所述芯片上量子比特的相干性。

本发明实施例的架构依赖于超导量子芯片的封装,附图1a和1b提供了超导量子芯片的封装盒的实际结构。图1a是量子芯片的封装盒的正面视图,图1b是量子芯片的封装盒的底部视图。超导量子芯片的封装盒包括盖板100和底座102。盖板100和底座102相互配合形成密封腔体结构。

如图1a所示,作为示例,盖板100和底座102的形状均为圆柱形,盖板100和底座102的直径相同。同轴线103穿过底座102的侧壁伸入密封腔内。盖板100上有4个沉头通孔101,图2a中底座102上表面有4个螺纹孔106,沉头通孔101和螺纹孔106之间进行机械连接,以使得盖板100和底座102紧密配合。

如图1b所示,底座102下表面从内向外有三圈沉头螺纹孔104,可置入螺丝压紧同轴线103。同时,图2a中底座102上表面也从内到外有三圈沉头螺纹孔105,同样用于置入螺丝压紧同轴线103。通过上下压紧同轴线103,达到固定同轴线103的目的。

图2a是超导量子芯片的封装盒未放芯片的底座的近视结构示意图。底座102内设置有两个凹槽。作为示例,底座内用于放置同轴线的凹槽107为方形凹槽,内壁在纵向上成一坡度。所述凹槽107侧面与底座102外壁通过纵向的三排孔阵列贯穿,用来插入同轴线103。同轴线103伸入所述凹槽107的一段做切削处理,使内部金属针芯裸露,且与所述同轴线的外金属和中间介质层形成一个平面,作为与量子芯片的性能管脚连接的信号层电极109。底座内用于放置芯片的凹槽108为方形凹槽,所述凹槽108的深度为1.0mm。

图2b是在图2a的基础上放入超导量子芯片的结构示意图,超导量子芯片110放置在凹槽108上。

如图2c所示,在底座102的侧面设置有纵向的三排孔阵列,贯穿底座102的外壁和内部用于放置同轴线的凹槽107。同轴线103穿过纵向的三排孔阵列伸入所述凹槽107,伸入的一端做切削处理,作为信号层电极109与量子芯片上的性能管脚连接。信号层电极依靠纵向的三排孔阵列,也呈纵向三排分布,在不更改底座尺寸的基础上,扩展了量子芯片信号对外的传输量,有效地节省了空间,是一种更为集成化的表现。

作为示例,盖板100和底座102使用的材料均是铝6061-T6。同轴线103的中心金属和外金属使用的材料均为铌。

上述实施例用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

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