一种量子芯片封装装置的制作方法

本实用新型属于芯片封装技术领域，特别是一种量子芯片封装装置。

背景技术：

立体封装技术因可以通过纵向第三个维度将量子芯片上的信号引出去，而被广泛的应用于量子芯片的封装，它可以在不扩大量子芯片尺寸的前提下容纳更多的量子元，同时，可以根据量子芯片的尺寸合理调整封装盒的尺寸，使得量子芯片周围的冗余空间尽可能的被压缩，提高空间驻波模式，进而避免空间驻波与量子元的干涉。

由于量子芯片的工作条件及其苛刻，需要极低的工作温度以及有效的噪声屏蔽这一良好的工作环境，现有技术中，中国专利文献申请号201721872396.4，申请日：2017.12.28号，专利名称《一种量子芯片降噪装置》公开了一种用于量子芯片的噪声屏蔽装置，主要针对磁场辐射噪声、红外辐射噪声进行屏蔽降噪。

该现有技术中，针对磁场辐射噪声只采用了铝合金6061材质的屏蔽桶结构作为封装盒结构，该结构在使用的时候只能够实现电磁辐射噪声的屏蔽，并不能实现包括静磁场的屏蔽。另外，该公开中在屏蔽桶的内壁上涂红外辐射屏蔽层，会对屏蔽桶的内表面的电磁屏蔽的趋肤效应存在负面影响，进而影响屏蔽效果，不能有效保证待封装量子芯片的工作环境。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种量子芯片封装装置，以解决现有技术中的不足，它能够实现待封装量子芯片的不同类型的电磁屏蔽，保证待封装量子芯片具有良好的工作环境。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种量子芯片封装装置，所述量子芯片封装装置包括：

电磁屏蔽封装盒，用于水平放置待封装量子芯片，且所述电磁屏蔽封装盒具有电磁屏蔽作用；

其中，所述量子芯片封装装置还包括：

静磁屏蔽罩，所述静磁屏蔽罩包裹在所述电磁屏蔽封装盒外，且所述静磁屏蔽罩具有静磁屏蔽作用。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述电磁屏蔽封装盒包括盒本体和盖体；

所述盖体盖合在所述盒本体的顶部开口上。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述盒本体的顶部开口的周缘设置有卡勾；

所述盖体的周缘设置有用于容置所述卡勾的缺口。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述静磁屏蔽罩包括两个罩壳；

两个所述罩壳分别罩设在所述电磁屏蔽封装盒的上下两端，并相互抵接。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述罩壳包括：

壳体，所述壳体具有开口；

包裹柱，均匀间隔的设置在所述壳体的开口处，并固定连接所述壳体；

所述壳体通过所述开口罩设在所述电磁屏蔽封装盒上，所述包裹柱贴合在所述述电磁屏蔽封装盒上。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述包裹柱朝向所述电磁屏蔽封装盒的一侧的表面积小于所述包裹柱远离所述电磁屏蔽封装盒的一侧的表面积。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述电磁屏蔽封装盒的侧壁上开设有至少一个通孔；

所述通孔对应所述待封装量子芯片的周缘的端口设置，用于容置与所待封装量子芯片的端口相连接的连接器的一端；

所述静磁屏蔽罩上设置有与所述通孔对应的过孔，所述过孔用于容置与所待封装量子芯片的端口相连接的连接器的另一端。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述量子芯片封装装置还包括：

散热件，所述散热件的一端设置在所述电磁屏蔽封装盒内，并贴合固定在所述待封装量子芯片上，所述散热件的另一端依次伸出所述电磁屏蔽封装盒和所述静磁屏蔽罩。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述量子芯片封装装置还包括：

导热件，所述导热件的一端可拆卸的连接所述散热件远离所述待封装量子芯片的一端，所述导热件的另一端连接制冷平台。

如上所述的量子芯片封装装置，其中，优选的，所述量子芯片封装装置还包括：

安装工装，所述安装工装的一端可拆卸的所述散热件远离所述待封装量子芯片的一端、所述静磁屏蔽罩和所述盒本体，所述安装工装的另一端连接待安装部位。

与现有技术相比，本实用新型面对量子芯片严苛的工作环境的要求，提供一种具有两层屏蔽结构的量子芯片封装装置，两层屏蔽结构分别为具有电磁屏蔽作用的电磁屏蔽封装盒和包裹在电磁屏蔽封装盒外面的具有静磁屏蔽作用的静磁屏蔽罩，两层屏蔽结构一起作用，分别实现不同类型磁场以及不同强度的磁场的屏蔽，共同保障电磁屏蔽封装盒内的待封装量子芯片的工作环境。

另外，在设置的时候，将电磁屏蔽封装盒设置在内层，而静磁屏蔽罩设置在外层，电磁屏蔽封装盒直接接触待封装量子芯片，进行电磁屏蔽作用时，电磁屏蔽封装盒表面的趋附效应较好，能够有效保证电磁屏蔽效果。

进一步的，静磁屏蔽罩具有一定的空间机械结构，静磁屏蔽罩包裹在电磁屏蔽封装盒的外表面上，一方面，静磁屏蔽罩的空间机械结构可以增加封装装置整体的强度以及空间稳定性，另一方面，静磁屏蔽罩包裹在电磁屏蔽封装盒上，不会导致封装装置整体的体积增大很多，能够保证封装装置整体的小型化以及电磁屏蔽封装盒外部空间的压缩。

附图说明

图1是本实用新型提供的量子芯片封装装置的结构示意图；

图2是盒本体的结构示意图；

图3是盖体的结构示意图；

图4是散热件的结构示意图；

图5是罩壳的结构示意图；

图6是导热件的结构示意图；

图7是安装工装的结构示意图。

附图标记说明：

1-电磁屏蔽封装盒；

11-盒本体，111-卡勾；

12-盖体，121-缺口；

13-通孔；

2-静磁屏蔽罩；

21-过孔；

22-罩壳，221-壳体，222-包裹柱，223-穿孔；

3-散热件；

31-散热板，32-散热柱；

4-导热件；

5-安装工装。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型的实施例提供了一种量子芯片封装装置，请参阅图1所示，所述量子芯片封装装置包括电磁屏蔽封装盒1和静磁屏蔽罩2。

其中：电磁屏蔽封装盒1用于水平放置待封装量子芯片，且所述电磁屏蔽封装盒1具有电磁屏蔽作用；静磁屏蔽罩2，所述静磁屏蔽罩2包裹在所述电磁屏蔽封装盒1外，且所述静磁屏蔽罩2具有静磁屏蔽作用。

本实用新型面对量子芯片严苛的工作环境的要求，提供一种具有两层屏蔽结构的量子芯片封装装置，两层屏蔽结构分别为具有电磁屏蔽作用的电磁屏蔽封装盒1和包裹在电磁屏蔽封装盒1外面的具有静磁屏蔽作用的静磁屏蔽罩2，两层屏蔽结构一起作用，分别实现不同类型磁场以及不同强度的磁场的屏蔽，共同保障电磁屏蔽封装盒1内的待封装量子芯片的工作环境。

另外，在设置的时候，将电磁屏蔽封装盒1设置在内层，而静磁屏蔽罩2设置在外层，电磁屏蔽封装盒1直接接触待封装量子芯片，进行电磁屏蔽作用时，电磁屏蔽封装盒1表面的趋附效应较好，能够有效保证电磁屏蔽效果。

进一步的，静磁屏蔽罩2具有一定的空间机械结构，静磁屏蔽罩2包裹在电磁屏蔽封装盒1的外表面上，一方面，静磁屏蔽罩2的空间机械结构可以增加封装装置整体的强度以及空间稳定性；另一方面，静磁屏蔽罩2包裹在电磁屏蔽封装盒1的外表面上不会导致封装装置整体的体积增大很多，能够保证封装装置整体的小型化以及电磁屏蔽封装盒外部空间的压缩。

在具体设置的时候，本实施例选择电磁屏蔽封装盒1的材质为铝合金6061，铝合金6061含有的磁性成分的量极少，具有优良的超导属性，在1.2K以下能够实现优良的磁场辐射屏蔽效果，通过这种材质的电磁屏蔽封装盒可以将量子芯片磁场屏蔽，进而大幅降低量子芯片所处环境的电磁辐射噪声。

另外，本实施例选择静磁屏蔽罩2的材质为坡莫合金，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，它对微弱静磁具有良好的磁屏蔽效果。

在具体设计的时候，电磁屏蔽封装盒1的形状尺寸和静磁屏蔽罩2的形状尺寸保持基本一致，且均根据待封装量子芯片的形状进行设置，需要说明的是，本实施例待封装量子芯片至少包括具有量子计算功能的子芯片和基板，基板通常为PCB板，具有量子计算功能的子芯片固定在PCB板上，并位于PCB板的中间。待封装量子芯片整体的形状由PCB的形状决定。

电磁屏蔽封装盒1的形状根据PCB的形状进行设置，通常，可以为近似柱状的多边体，多边体的边数根据待封装的量子芯片的端口数目进行设置，例如可为四边体、六边体、八边体、十六边体、三十二边体等；请参阅图2所示，本实施例优选PCB的形状的形状和电磁屏蔽封装盒1的横截面的形状均为正十六边型。

另外，为了实现待封装的量子芯片的端口的引出，请继续参阅图2所示，所述电磁屏蔽封装盒1的侧壁上需要开设通孔13，所述通孔13对应所述待封装量子芯片的周缘的端口设置，用于容置与所待封装量子芯片的端口相连接的连接器的一端；请参阅图5所示，所述静磁屏蔽罩2上需要设置与所述通孔13对应的过孔21，所述过孔21用于容置与所待封装量子芯片的端口相连接的连接器的另一端。

在具体设置的时候，通孔13至少设置有一个，其具体数量和待封装量子芯片的端口数量相匹配。

进一步的，作为本实施例的优选的技术方案，请参阅图2和图3所示，所述电磁屏蔽封装盒1包括盒本体11和盖体12；所述盖体12密封盖合在所述盒本体11的顶部开口上。将电磁屏蔽封装盒1设置成可密封盖合的盒本体11和盖体12的分离结构，有利于待封装量子芯片往电磁屏蔽封装盒1内部的放置。

为方便实现盒本体11和盖体12的密封盖合和限位，请继续参阅图2和图3所示，作为本实施例的优选技术方案，所述盒本体11的顶部开口的周缘设置有卡勾111；所述盖体12的周缘设置有用于容置所述卡勾111的缺口121。

装配的时候，先将缺口121与卡勾111位置对准，然后将盖体12和盒本体11螺栓固定连接。可以在盒本体11的顶部开口的侧壁上预留螺纹孔，在盖体12上预留螺纹孔，然后通过嵌装在螺纹孔中的螺栓将盖体12和盒本体11进行装配即可，在该过程中，缺口121与卡勾111两者配合起到限位作用。

在具体设置的时候，卡勾111至少设置两个，且各卡勾111均匀分布；在本实施例中，优选卡勾111设置四个，四个卡勾111均匀分布；对应的缺口121设置有4个。

为了方便静磁屏蔽罩2的装配，作为本实施例的优选技术方案，所述静磁屏蔽罩2包括两个罩壳22；两个所述罩壳22分别罩设在所述电磁屏蔽封装盒1的上下两端，并相互抵接。

在具体实施的时候，两个所述罩壳22的形状和尺寸可以完全一致，也可以根据需要改进罩壳22的尺寸，本实施例提供的静磁屏蔽罩2采用的两罩壳22分别从两个方向罩设在电磁屏蔽封装盒1的两端，即两罩壳22分别从电磁屏蔽封装盒1的顶部和底部罩设在电磁屏蔽封装盒1上，根据安装需要，可以将先安装固定的罩壳22的高度尺寸设计为大于后安装固定的罩壳22的高度尺寸，在本实施例中，从电磁屏蔽封装盒1的底部罩设在电磁屏蔽封装盒1上的罩壳22先安装固定，从电磁屏蔽封装盒1的顶部罩设在电磁屏蔽封装盒1上的罩壳22后安装固定。

本实施例采用有两个罩壳22组成静磁屏蔽罩2，安装起来简单方便，另外，采用两个相互抵接的罩壳22，使得封装结构整体结构更加美观；再者，位于电磁屏蔽封装盒1上端的罩壳22，即位于电磁屏蔽封装盒1顶部的罩壳22，能够将盖体12盖设在罩壳22内部，保证了盖体12相对盒本体11的稳定性；进一步的，两罩壳22的基本一致，可以在罩壳22上设置固定孔，只要保证位于电磁屏蔽封装盒1顶部的罩壳22和位于电磁屏蔽封装盒1底部的罩壳22的位置相对应，便可通过其上对应的安装孔，并借助螺栓实现封装装置整体结构的固定。

进一步的，请参阅图5所示，所述罩壳22包括壳体221和包裹柱222。

其中：所述壳体221具有开口，且所述壳体221通过所述开口罩设在所述电磁屏蔽封装盒1上，所述包裹柱222均匀间隔的设置在所述壳体221的开口处，并固定连接所述壳体221，且所述包裹柱222贴合在所述述电磁屏蔽封装盒1上。

本实施例中，将罩壳22设置成壳体221和均匀分布的包裹柱222的结构，一方面壳体221可以较好的包裹电磁屏蔽封装盒1的顶端，即盖体12，或较好的包裹电磁屏蔽封装盒1的底部，起到保证封装装置整体结构强度、以及不增大封装装置整体体积的作用；另一方面，各包裹柱222之间的间隙形成过孔21，过孔21为待封装的量子芯片的端口的引出提供空间，用于容置与所待封装量子芯片的端口相匹配的连接器的另一端。

作为本实施例的优选方案，所述包裹柱222朝向所述电磁屏蔽封装盒1的一侧的表面积小于所述包裹柱222远离所述电磁屏蔽封装盒1的一侧的表面积。当电磁屏蔽封装盒1的横截面为正多边形时，电磁屏蔽封装盒1周侧的外表面呈现为多棱面，包裹柱222朝向所述电磁屏蔽封装盒1的一侧的表面积较小，例如包裹柱222设置成横截面为等腰梯形，一方面可以保证包裹柱222与电磁屏蔽封装盒1的表面的有效接触包裹，另一方面，能够保证包裹柱222整体的静磁屏蔽效果；再者，该设置使得任意两相邻的包裹柱222之间的空隙为内大外小，这里的内是指空隙中靠近电磁屏蔽封装盒1的一侧，外指空隙中远离电磁屏蔽封装盒1的一侧，该特征的空隙的存在，一方面可以裸露电磁屏蔽封装盒1的部分表面，保证电磁屏蔽封装盒1整体的电磁屏蔽的效果，另一方面，可以增加疏散热量的作用。

另外，量子芯片在该电磁屏蔽封装盒1内运行时，由于有大量的信号输入量子芯片进行处理，导致局部升温，使得量子芯片的温度可能远高于20mK，进而产生大量的热噪声，这种热噪声可能会直接破坏量子芯片中保存的信息，导致量子芯片无法正常运行。所以，作为本实施例的优选技术方案，所述量子芯片封装装置还包括散热件3，所述散热件3的一端设置在所述电磁屏蔽封装盒1内，并贴合固定在所述待封装量子芯片上，所述散热件3的另一端依次伸出所述电磁屏蔽封装盒1和所述静磁屏蔽罩2。散热件3可以起到将电磁屏蔽封装盒1内热量引出电磁屏蔽封装盒1和所述静磁屏蔽罩2的作用。

在具体设置的时候，散热件3可以选择高热导率的材料制备，例如：高热导率的无氧铜。

另外，散热件3的具体形状需要根据量子芯片整体的形状、电磁屏蔽封装盒1的形状、以及热量疏导路径进行设置，这里的热量疏导路径是指热量从电磁屏蔽封装盒1内到电磁屏蔽封装盒1外的路径。

作为本市实施例的优选技术方案，散热件3包括散热板31和散热柱32；散热板31设置在电磁屏蔽封装盒1内，并贴合固定在待封装量子芯片上。需要说明的是，如前所述，本实施例所述的量子芯片包括具有量子计算功能的子芯片和基板，基板通常为PCB板，量子芯片自身固定在PCB板上。待封装量子芯片整体的形状由PCB的形状决定。在具体设置的时候，散热板31的形状与待封装量子芯片的形状一致，是指散热板31的形状与PCB板的形状一致，且散热板31固定设置在PCB板上没有设置子芯片的一侧；散热柱32设置在散热件3远离待封装量子芯片的一侧，并向远离待封装量子芯片的方向延伸，并依次穿过所述电磁屏蔽封装盒1和所述静磁屏蔽罩2，进而实现了电磁屏蔽封装盒1内的热量疏导。

在本实施例中，散热板31放置在待封装量子芯片的下方，并同时贴合固定在待封装量子芯片和电磁屏蔽封装盒1的底部；同时，电磁屏蔽封装盒1的底部以及位于电磁屏蔽封装盒1的底部的罩壳22的壳体221中间均设置用于散热柱32穿过的穿孔223，其中，穿孔223的形状与散热柱32一致，且两者间隙配合。

另外，散热柱32和散热板31可以一体成型、铆接、焊接等。为保障热量热量传到的均匀性，本实施例优选散热柱32和散热板31一体成型。

再者，散热柱32的数量可以根据需要进行设置，可以设置一根、两根、三根等；当设置多根散热柱32时，各散热柱32优选均匀设置，并关于散热板31的中心轴对称设置。示例性的，本实施例对称设置两根散热柱32。

进一步的，请参阅图6所示，所述量子芯片封装装置还包括导热件4，所述导热件4一端可拆卸的连接所述散热件3远离所述待封装量子芯片的一端，所述导热件4的另一端连接制冷平台。通过散热件3和导热件4的配合，可以有效实现电磁屏蔽封装盒1的降温，保证了量子芯片的低温工作环境。

在安装的时候，导热件4可以利用两根散热柱32进行装配定位。

进一步的，请参阅图7所示，所述量子芯片封装装置还包括安装工装5，所述安装工装5一端可拆卸的所述散热件3远离所述待封装量子芯片的一端、所述静磁屏蔽罩2和所述盒本体11，所述安装工装5的另一端连接待安装部位。导热件4的材质亦可以选择为高热导率的无氧铜。

通过安装工装5可以将封装装置整体安装到安装部位上，可以在所述静磁屏蔽罩2和所述盒本体11均预留安装孔未标号，将安装工装5通过安装螺栓和预留安装孔安装在封装装置整体上。

本实用新型装配的时候，具体过程如下：

第一步：待封装量子芯片、盒本体11以及电磁屏蔽封装盒1底部的罩壳22三者的装配，具体的：

先把散热件3放置到盒本体11内，将其中一个罩壳22从盒本体11的底部装配到盒本体11上，其中：罩壳22的包裹柱222之间能够预留出电磁屏蔽封装盒1的侧壁上开设的通孔13。

然后将散热件3下推，使得散热件3的散热柱32依次穿过盒本体11的底部以及罩壳22的壳体221中间设置的穿孔223，使得散热件3的散热板31贴合固定在盒本体11的底部，然后将待封装量子芯片放置到散热板31上，需要注意的是量子芯片的具有量子计算功能的子芯片远离散热板31设置，然后通过穿设在待封装量子芯片的PCB上的预留固定孔、盒本体11的底部上的预留固定孔以及罩壳22的壳体221上的预留固定孔内的螺栓实现待封装量子芯片、盒本体11以及罩壳22三者的固定连接；

第二步：待封装量子芯片端口信号的引出，具体的：

将用于信号引出的连接器通过过孔21插入电磁屏蔽封装盒1的通孔13，与待封装的量子芯片的端口接通。

第三步：装配盖体12以及电磁屏蔽封装盒1顶端的罩壳22，具体的：

将盖体12的缺口121和盒本体11上的卡勾111位置对准，然后将盖体12放置到盒本体11上；接着，通过螺栓实现盖体12和盒本体11的固定连接；待盖体12和盒本体11两者固定连接稳妥之后，将另一罩壳22从盖体12上罩盖在电磁屏蔽封装盒1顶端，并调节罩壳22的位置，使之与位于电磁屏蔽封装盒1底部的罩壳22的位置对应并相对抵接。

第四步：导热件4或者安装工装5的装配，具体的：

借助散热柱32以及盒本体11的底部以及罩壳22的壳体221上设置的安装孔，实现导热件4或者安装工装5的装配即可。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。