一种量子超导芯片热连接件以及制作方法与流程

本发明涉及量子电压测量技术领域，特别是涉及一种量子超导芯片热连接件以及制作方法。

背景技术：

量子电压标准是电压参数的自然基准，量子电压测量系统是依据约瑟夫森物理原理搭建而成的最准确的电压参数发生、测量装置，并在电学计量、航空航天以及武器系统的电压等高端测量方面有着广泛应用。其系统组成主要包括制冷设备、微波驱动源、电信号驱动源、量子电压超导芯片等，制冷设备为量子超导芯片提供4.2k(或其他与芯片相关)的环境温度，微波、电信号驱动源分别产生高频高功率微波和直流电信号共同驱动量子超导芯片产生稳定可靠的量子电压信号。

传统的量子电压系统使用液氦制冷，其优点是量子超导芯片浸泡在液氦中，运行温度稳定，缺点是运行费用高、体积庞大，不可移动。而采用固态制冷系统替代液氦制冷系统具有降低运行费用，降低系统体积重量，提升量子系统便捷性等优点。而采用固态制冷系统代替液氦制冷系统以后，由于量子超导芯片安装在固态制冷机头上，系统辐射漏热、金属导线和微波波导传导漏热、微波和电信号驱动功率等因素将导致量子超导芯片运行温度波动，不利于量子超导芯片稳定工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种量子超导芯片热连接件，能够解决量子电压系统运行时微波激励和电信号激励导致量子超导芯片发热及热量传输问题。

为达到上述目的，本发明第一方面提出一种量子超导芯片热连接件，包括：

与固态制冷机冷头表面贴合设置的热沉；

设置于所述热沉远离于所述固态制冷机冷头的一侧面上的夹具组件；以及夹设于所述夹具组件与热沉之间的量子超导芯片；

其中，所述夹具组件用于将所述量子超导芯片表面贴合于所述热沉表面。

优选地，所述夹具组件包括弹簧以及用于将弹簧两侧固定于所述热沉表面的螺钉。

优选地，所述弹簧包括耐低温弹簧。

优选地，所述热沉贴合于所述量子超导芯片的表面上形成热传导层。

优选地，所述热传导层通过电镀形成于所述热沉贴合于所述量子超导芯片的表面。

优选地，所述热传导层包括银涂层。

优选地，所述热沉包括无氧铜桥式热沉。

优选地，还包括用于容置所述热沉、所述固态制冷机冷头以及夹具组件的磁屏蔽筒。

优选地，所述磁屏蔽筒包括坡莫合金圆筒。

本发明第二方面提出一种量子超导芯片热连接件的制作方法，包括以下步骤：

将热沉与固态制冷机冷头进行表面贴合设置；

在所述热沉远离于所述固态制冷机冷头的一侧面上设置量子超导芯片；

通过夹具组件将所述量子超导芯片夹设于所述夹具组件与所述热沉之间。

本发明的有益效果如下：

本发明目的在于提供一种量子超导芯片热连接件以及制作方法，解决量子电压测量系统在运行时微波激励和电信号激励导致量子超导芯片发热及热量传输问题，本发明结构简单，能够将量子超导芯片积累的热量快速传递至热沉，在一定时间内可保证核心器件运行温度波动幅度要求，并且能够在超低温下使用，增加了实用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一个实施例提出的一种量子超导芯片热连接件的结构示意图；

图2示出本发明的另一个实施例提出的一种量子超导芯片热连接件的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

图1为本发明的一个实施例提出的一种量子超导芯片热连接件的结构示意图，如图1所示，包括：与固态制冷机冷头表面贴合设置的热沉；设置于所述热沉远离于所述固态制冷机冷头的一侧面上的夹具组件；以及夹设于所述夹具组件与热沉之间的量子超导芯片；其中，所述夹具组件用于将所述量子超导芯片表面贴合于所述热沉表面。

具体的，本发明中所述的热沉应当被理解为热平衡部件，可以为无氧铜桥式热沉，热沉与固态制冷机冷头表面进行贴合设置，主要起到导热以及蓄冷的作用，而固态制冷机冷头是一般固态制冷机的固有部件，作为提供液氦温区的冷源，设置在热沉上并且远离固态制冷机冷头的一侧面上的夹具组件主要是用于将量子超导芯片表面贴合于热沉表面，从而能够保证热沉与量子超导芯片之间发生快速热量交换，在工作时，固态制冷机冷头将液氦温区的冷量传递至热沉，而热沉起到导热和蓄冷的作用，外部热量短时间内不会导致其温度发生波动，量子超导芯片积累的热量能够及时传递给热沉，从而可以起到平衡量子超导芯片运行时，系统辐射漏热、金属导线和微波波导传导漏热、微波和电信号驱动功率等因素变化而产生的动态热负荷的影响，在一定时间内可以保证量子超导芯片运行温度波动幅度要求，确保量子超导芯片在稳定的温度下进行工作。

下面，结合实际应用场景来对本发明所述的实施例进行介绍，在工作前，将量子超导芯片(或称约瑟夫森阵列结)的wr-12波导接口通过低损耗微波波导接外部微波驱动源，量子超导芯片的芯片信号接口通过低温导线接外部多路电信号驱动源及其他设备，工作时，开启固态制冷机，热沉通过与固态制冷机进行热交换，起到导热和蓄冷作用，微波、电信号驱动源分别产生高频高功率微波和直流电信号共同驱动量子超导芯片产生量子电压信号，量子超导芯片积累的热量通过与热沉进行热交换，从而确保量子超导芯片在稳定的温度下进行工作。

在本实施例的一个优选的实施方式中，所述夹具组件包括弹簧以及用于将弹簧两侧固定于所述热沉表面的螺钉。

具体的，通过使用螺钉将弹簧的两侧固定在热沉上，能够保证弹簧与热沉之间不发生脱落的现象，基于弹簧的弹性特性，弹簧不仅会对量子超导芯片表面起到挤压力，使得量子超导芯片夹设在弹簧与热沉表面之间并与热沉表面之间始终处于充分接触的状态，而且能够对量子超导芯片起到缓冲的作用，增加了保护性。

在本实施例的一个优选的实施方式中，当外部环境温度过低时，可能会导致夹具组件中的弹簧因低温而受到损坏，从而无法保证量子超导芯片与热沉之间处于表面接触的状态，为了避免这一情况的发生，弹簧可以选用耐低温弹簧，示例性的，可以为铍青铜弹簧。

在本实施例的一个优选的实施方式中，热沉通过与量子超导芯片表面之间进行接触来提高热交换的效率，因此为了能够进一步的增大热交换的效率，热沉贴合在量子超导芯片的表面上形成有热传导层，也就是说，量子超导芯片表面与设置在热沉表面的热传导层进行接触，提高了热交换效率。

在本实施例的一个优选的实施方式中，所述热传导层通过电镀形成于所述热沉贴合于所述量子超导芯片的表面。

在本实施例的另一个优选的实施方式中，所述热传导层包括银涂层。

具体的，银是一种白色金属，具有优良的导热性，并且十分常见，价格低廉，使用银涂层作为热传导层，不仅能够增加量子超导芯片与热沉之间的热交换效率，也能够降低生产成本。

在本实施例的一个优选的实施方式中，还包括用于容置所述热沉、所述固态制冷机冷头以及夹具组件的磁屏蔽筒。

具体的，磁屏蔽筒能够保证量子超导芯片在工作不受外界磁场干扰，提高了工作效率，磁屏蔽筒在安装时，可以通过螺钉将磁屏蔽筒的内壁固定在固态制冷机冷头的两侧。

在本实施例的一个优选的实施方式中，所述磁屏蔽筒包括坡莫合金圆筒。

坡莫合金是一种在较弱磁场下有较高的磁导率的铁镍合金，市面上容易获得，能够保证量子超导芯片在工作不受外界磁场干扰。

图2为本发明的另一个实施例提出的一种量子超导芯片热连接件的制作方法的流程示意图，如图2所示，包括以下步骤：

将热沉与固态制冷机冷头进行表面贴合设置；

在热沉远离于固态制冷机冷头的一侧面上设置量子超导芯片；

通过夹具组件将所述量子超导芯片夹设于夹具组件与热沉之间。

具体的，在本实施中，首先，需要将连接到量子超导芯片上的微波激励功率以及电信号激励进行量化，并根据驱动功率组合来确认热沉的物理参数，这里的物理参数应当被理解为热沉的热容等其他参数，通过将热沉与固态制冷机冷头进行固定来达到热交换，设置在热沉上的量子超导芯片起到产生量子电压信号的作用，通过将夹具组件将量子超导芯片夹设于夹具组件与热沉之间能够实现量子超导芯片与热沉之间的热交换工作。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。