键合结构及包含该键合结构的封装盒体的制作方法

本公开属于量子芯片封装技术领域，涉及一种键合结构及包含该键合结构的封装盒体，特别是一种可用于极低温环境(例如小于10mk)下的键合结构，以及包含该键合结构的封装盒体。

背景技术：

在超导量子计算的实现方案中，将量子处理器与外围电路进行连接是不可缺少的一个步骤。超导量子处理器封装盒体是与量子处理器进行连接的第一级装置。如何将超导量子处理器的各类性能管脚进行连接、扇出，并保证尽量小的减少对线路上信号性能的干扰就成为了业界的设计难题。

为了实现控制信号和读取信号的输入输出，通常将量子芯片通过引线键合的方式连接到pcb板上，并通过pcb板转接从而与外围电路相连。

问题点在于，现有安装方法将量子芯片从上往下放入封装样品盒中，置于pcb板上，并通过胶粘到pcb板上，容易出现粘接不平整，不牢固的现象，可能导致量子芯片发生水平位移、振动以及和底座热接触不良。

并且，在量子芯片从室温将至低温的过程中，会发生热胀冷缩，可能导致接触不良，因此优化连接方式是十分有必要的。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种键合结构及包含该键合结构的封装盒体，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种键合结构，包括：量子芯片；pcb板，用于与该量子芯片进行键合，该pcb板上设置有开孔，该开孔的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸，该开孔的长度、宽度或者径向尺寸为量子芯片对应尺寸的60％-98％；其中，所述量子芯片位于所述pcb板的开孔下方且与所述pcb板接触，所述量子芯片的第一部分上表面通过该开孔暴露，第二部分上表面被开孔边缘的pcb板遮挡。

在本公开的一些实施例中，所述量子芯片的第二部分上表面上设置有第二芯片接触点或接触面，在pcb板下表面的对应位置也设置有第二电路板接触点或接触面，使得量子芯片与pcb板接触后所述第二芯片接触点或接触面与所述第二电路板接触点或接触面电性连接。

在本公开的一些实施例中，所述量子芯片的第一部分上表面上设置有第一芯片接触点或接触面，所述pcb板上表面上设置有第一电路板接触点或接触面，所述第一芯片接触点或接触面与所述第一电路板接触点或接触面电性连接。

在本公开的一些实施例中，所述第二芯片接触点或接触面和所述第二电路板接触点或接触面用于接地和/或信号线连接，所述第一芯片接触点或接触面和所述第一电路板接触点或接触面用于接地和/或信号线连接，使得量子芯片与pcb板之间信号互联。

根据本公开的另一个方面，提供了一种键合方法，包括：准备一量子芯片；准备pcb板，该pcb板上设置有开孔，该开孔的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸；将所述量子芯片从所述pcb板的背面进行安装，安装至位于所述pcb板的开孔下方且与所述pcb板接触；使得所述量子芯片的第一部分上表面通过该开孔暴露，第二部分上表面被开孔边缘的pcb板遮挡。

在本公开的一些实施例中，将所述量子芯片从所述pcb板的背面进行安装的步骤中还包括：进行对准操作，将所述量子芯片的第二芯片接触点或接触面与所述pcb板的第二电路板接触点或接触面对准，然后按照对准的位置将量子芯片从所述pcb板的背面安装至位于所述pcb板的开孔下方且与所述pcb板接触。

在本公开的一些实施例中，将所述量子芯片从所述pcb板的背面进行安装，安装至位于所述pcb板的开孔下方且与所述pcb板接触的步骤之后还包括：在所述量子芯片的第一芯片接触点或接触面与所述pcb板的第一电路板接触点或接触面之间进行引线，使得量子芯片与pcb板之间信号互联。

根据本公开的又一个方面，提供了一种封装盒体，包含本公开提及的任一种键合结构。

在本公开的一些实施例中，封装盒体，还包括：基座，其上设置有第二开孔，所述第二开孔的尺寸设置能容纳所述量子芯片通过；顶盖，与所述基座相对设置；以及密封盖，与所述第二开孔配合实现第二开孔的密封。

在本公开的一些实施例中，所述基座上设置有凸台，所述第二开孔贯穿所述凸台，所述顶盖上设置有凹槽，该凹槽的深度大于所述凸台的凸起高度，所述底座与所述顶盖形成一容置空间，该容置空间用于放置所述键合结构。

在本公开的一些实施例中，所述第二开孔的贯穿深度等于所述密封盖的高度与所述量子芯片厚度之和，所述密封盖作为量子芯片安装的承载托。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的键合结构及包含该键合结构的封装盒体，具有以下有益效果：

1、通过在pcb板上设置开孔，该开孔的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸，该开孔的长度、宽度或者径向尺寸为量子芯片对应尺寸的60％-98％，使得量子芯片可以从pcb板背面与pcb板进行额外的接触，二者接触的区域可以用于接地或者信号连接，有效节省了pcb板正面的布线面积，同时提高了整体键合强度，并且避免了现有的从pcb板正面放入芯片，安装时容易出现芯片与样品盒底座结合不牢固以及和底座热接触不良的现象，此外，通过设置开孔的尺寸与量子芯片的尺寸相对比例在60％-98％之间，保证了量子芯片有合适的面积暴露以及部分面积被遮挡，实现了电学连接信号线及接地的合理布局，避免因开孔尺寸过小导致的量子芯片暴露的表面布局面积不够或者引线困难的问题。

2、在一实施例中，通过在量子芯片的第二部分上表面与对应位置的pcb板下表面设置对应的接触点或接触面，相对设置的接触点或接触面用于进行接地或者信号线连接，有效利用了pcb板下方的面积，实现pcb板和量子芯片接触和紧固的同时还有效实现了部分线路的电学连接，同时还省却了在pcb板上方设置上述部分线路的面积，提高了空间利用率。

3、在封装盒体中利用背面安装键合的方式可以将基座上的封装盖作为芯片安装的承载托，将量子芯片托至与pcb板背面接触后，通过紧固密封盖产生的力使量子芯片与基座及pcb板紧密贴合，在从室温降至低温的过程中始终能保持良好的接触，使芯片安装更加牢固，并且提高了芯片的散热性能。

附图说明

图1为根据本公开一实施例所示的键合结构的剖面结构示意图。

图2为根据本公开一实施例所示的键合结构的正面俯视图。

图3为根据本公开一实施例所示的键合结构的背面俯视图。

图4为根据本公开一实施例所示的量子芯片自下而上安装于pcb板的过程中的分解结构示意图。

图5为根据本公开一实施例所示的包含该键合结构的封装盒体的分解结构示意图。

【符号说明】

1-pcb板；

11-开孔；

2-量子芯片；

21-第一部分上表面；22-第二部分上表面；

23-芯片边框；

3-背后接触区域；

41-第一芯片接触点或接触面；42-第二芯片接触点或接触面；

51-第一电路板接触点或接触面；

52-第二电路板接触点或接触面；

6-基座；

61-第二开孔；62-第二凸台；

7-顶盖；

71-观察窗。

具体实施方式

现有的量子芯片与pcb板进行键合的方式通常为从pcb板的正面安装量子芯片，pcb板为一块完整的板子，量子芯片置于pcb板之上进行固定，固定的方式例如为胶粘，而通过胶粘固定于pcb板上容易出现粘接不平整，不牢固的现象，可能导致量子芯片发生水平位移、振动以及和底座热接触不良等问题，尤其在低温下，原先粘接牢固的量子芯片可能由于热胀冷缩导致与pcb板之间接触不良，从而影响信号输出质量。

本公开提出一种键合结构及包含该键合结构的封装盒体，通过在pcb板上设置开孔，该开孔的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸使得量子芯片可以从pcb板背面与pcb板进行额外的接触，二者接触的区域可以用于接地或者信号连接，有效节省了pcb板正面的布线面积，同时提高了整体键合强度，避免了现有的从pcb板正面放入芯片，安装时容易出现芯片与样品盒底座结合不牢固以及和底座热接触不良的现象。在封装盒体中利用背面安装键合的方式可以将基座上的封装盖作为芯片安装的承载托，将量子芯片托至与pcb板背面接触后，通过紧固密封盖产生的力使量子芯片与基座及pcb板紧密贴合，在从室温降至低温的过程中始终能保持良好的接触，使芯片安装更加牢固，并且提高了芯片的散热性能。

为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。

第一实施例

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种键合结构。

图1为根据本公开一实施例所示的键合结构的剖面结构示意图。图2为根据本公开一实施例所示的键合结构的正面俯视图。图3为根据本公开一实施例所示的键合结构的背面俯视图。图3中以较粗的黑色线条示意量子芯片2与pcb板之间的背后接触区域3。

参照图1-图3所示，本公开的键合结构，包括：量子芯片2；pcb板1，用于与该量子芯片2进行键合，该pcb板1上设置有开孔11，该开孔11的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片2的对应尺寸，该开孔的长度、宽度或者径向尺寸为量子芯片对应尺寸的60％-98％；其中，所述量子芯片2位于所述pcb板1的开孔11下方且与所述pcb板1接触，所述量子芯片2的第一部分上表面21通过该开孔11暴露，第二部分上表面22被开孔边缘的pcb板1遮挡。

在示例的尺寸范围中，例如，该开孔的长度、宽度或者径向尺寸为量子芯片对应尺寸的60％-98％，例如为70％，作为优选，比例为75％-95％；进一步优选，比例为85％-90％。

本实施例中，以量子芯片2为正方形、pcb板1的开孔11也为正方形进行示例，那么该开孔11的尺寸小于量子芯片2的尺寸的含义为：开孔11的边长小于量子芯片2的边长；在其它实施例中，量子芯片2的形状可以是矩形、多边形、圆形、椭圆形或者其他形状，开孔11的形状可以与量子芯片的形状相同，那么对应开孔的尺寸小于量子芯片的尺寸的含义为：开孔的长度、宽度或者径向尺寸(包含椭圆中的长轴、短轴、圆的直径)小于量子芯片的长度、宽度或者径向尺寸；当然，开孔的形状也可以与量子芯片的形状不同，比如，开孔11的形状为圆形，量子芯片2的形状为矩形，那么对应开孔的尺寸小于量子芯片的尺寸的含义为：开孔的径向尺寸小于量子芯片的长度或宽度。换句话说，开孔的长度、宽度或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸的含义如下：将所述量子芯片2从下方对齐开孔11的位置放置于贴近pcb板1背面，该开孔11的尺寸使得所述量子芯片2卡在开孔11的边缘而得以贴近pcb板1背面而不至于从该开孔11中穿过。

图2中以虚线示意了量子芯片2的芯片边框23(被遮挡，看不见，因此以虚线示意)，并示意了量子芯片2暴露出来的第一部分上表面21以及对应的pcb板的键合平面，该键合平面对应图2中位于中间的两个实线框之间的区域，图2中实线对应的为正面俯视可见部件，虚线示意被遮挡的部件。图2中以矩形和椭圆分别示意用于信号连接的接触点或接触面、用于接地的接触点或接触面。位于第二部分上表面和pcb板下表面的对应的第二芯片接触点或接触面42和第二电路板接触点或接触面52由于被遮挡且二者处于接触状态，因此在图2中以同一个位置的虚线部件进行同时示意。图3中虚线和实线的示意作用相同，背面俯视图中，由于量子芯片2的尺寸大于开孔11的尺寸，可以观察到量子芯片2的芯片边框23，对应pcb板键合平面的两条边框成为虚线；图3中，以双箭头示意量子芯片2的第二部分上表面22的区域大小。

图4为根据本公开一实施例所示的量子芯片自下而上安装于pcb板的过程中的分解结构示意图。图4中，为了突出示意量子芯片的第二部分上表面22的第二芯片接触点或接触面42的设置，以投影的形式示意了开孔对应的区域，从而界定量子芯片的第一部分上表面21和第二部分上表面22，对pcb板1的结构进行了简化，未示意图1中台阶形式的键合平面的外框线。当然，对应在pcb板下表面也具有相应的电路板接触点或接触面的设置，本领域技术人员根据图2和图4可以清楚了解，为了达到图面整洁的目的，这里不作示意。

结合图2-图4所示，在本实施例中，所述量子芯片2的第二部分上表面22上设置有第二芯片接触点或接触面42，在pcb板1下表面的对应位置也设置有第二电路板接触点或接触面52，使得量子芯片2与pcb板1接触后所述第二芯片接触点或接触面42与所述第二电路板接触点或接触面52电性连接。

通过在量子芯片2的第二部分上表面22与对应位置的pcb板1下表面设置对应的接触点或接触面，相对设置的接触点或接触面用于进行接地或者信号线连接，有效利用了pcb板1下方的面积，为常规采用正面进行引线键合的布局方式进行了部分线路的分担，节省了正面布线面积以及有效解决了线路集中于pcb板和量子芯片正面引起的布线复杂的问题，实现pcb板1和量子芯片2接触和紧固的同时还有效实现了部分信号线路的连接，同时还省却了在pcb板上方再设置上述部分信号线路的面积，提高了空间利用率。

结合图2-图4所示，在本实施例中，所述量子芯片2的第一部分上表面21上设置有第一芯片接触点或接触面41，所述pcb板1上表面上设置有第一电路板接触点或接触面51，所述第一芯片接触点或接触面41与所述第一电路板接触点或接触面51电性连接。

其中，所述第二芯片接触点或接触面42和所述第二电路板接触点或接触面52用于接地和/或信号线连接，所述第一芯片接触点或接触面41和所述第一电路板接触点或接触面51用于接地和/或信号线连接，使得量子芯片2与pcb板1之间信号互联。

本公开中，对于电学接触或连接的形式不作具体限定，可以根据实际需要进行设置，对于第二部分上表面22和对应的pcb板下表面的布线，可以是只布设用于接地的接触点或接触面，或者只布设用于信号线连接的接触点或接触面，也可以同时布设用于信号线连接的信号接触点或接触面。对于第一部分上表面21和pcb板上表面的布线形式也是同理，只要第一部分上表面21、第二部分上表面22及pcb板上下表面的整体布线使得量子芯片2与pcb板1之间实现信号互联即可。

在一实例中，在量子芯片2的第二部分上表面22设置有芯片接地触点，对应在pcb板1下表面设置有电路板接地触点，在量子芯片2的第一部分上表面21设置有芯片信号线焊点及接地触点，在pcb板的键合平面对应位置设置有电路板信号线焊点及接地触点。优选的，为了使得引线的距离较短，优选量子芯片正面的芯片接触点或接触面与pcb板正面的电路板接触点或接触面对齐，二者为直线距离。

该实例中，通过芯片信号线焊点和电路板信号焊点的连接实现量子芯片与pcb板之间的信号互联，同时结合量子芯片上表面的芯片接地触点与pcb板下表面的电路板接地触点的连接，该键合结构整体具有良好的信号传输性能以及物理的稳固连接。

本实施例的键合结构通过在pcb板上设置开孔，该开孔的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸使得量子芯片可以从pcb板背面与pcb板进行额外的接触，在提高了键合强度的同时还通过在背面布线的形式节省了正面布线面积以及降低正面布线的复杂度，避免了现有的从pcb板正面放入芯片，安装时容易出现芯片与样品盒底座结合不牢固以及和底座热接触不良的现象。在一些优选设置中，通过对应信号线焊点和接地触点的设置，使得该键合结构整体具有良好的信号传输性能以及物理的稳固连接。

第二实施例

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种键合方法。

本实施例中，该键合方法包括：

步骤s21：准备一量子芯片；

本实施例中，该量子芯片的形状为正方形(俯视图)，其尺寸的含义是边长尺寸。在其它实施例中，量子芯片也可以是其他的形状，例如为圆形、多边形或者椭圆形等。

步骤s22：准备pcb板，该pcb板上设置有开孔，该开孔的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸；

本实施例中，pcb板的开孔对应为矩形，当然，也可以是圆形、多边形或者其他形状的开孔，只要满足该开孔的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸，换句话说，将所述量子芯片从下方对齐开孔的位置放置于贴近pcb板背面，该开孔的尺寸使得所述量子芯片卡在开孔的边缘而得以贴近pcb板背面而不至于从该开孔中穿过。

步骤s23：将所述量子芯片从所述pcb板的背面进行安装，安装至位于所述pcb板的开孔下方且与所述pcb板接触；使得所述量子芯片的第一部分上表面通过该开孔暴露，第二部分上表面被开孔边缘的pcb板遮挡；

本实施例中，将所述量子芯片从所述pcb板的背面进行安装的步骤中还包括：进行对准操作，将所述量子芯片的第二芯片接触点或接触面与所述pcb板的第二电路板接触点或接触面对准，然后按照对准的位置将量子芯片从所述pcb板的背面安装至位于所述pcb板的开孔下方且与所述pcb板接触。

在本公开的一些实施例中，将所述量子芯片从所述pcb板的背面进行安装，安装至位于所述pcb板的开孔下方且与所述pcb板接触的步骤之后还包括：

步骤s24：在所述量子芯片的第一芯片接触点或接触面与所述pcb板的第一电路板接触点或接触面之间进行引线，使得量子芯片与pcb板之间信号互联；

本实施例中的键合方法，通过背面安装的形式，使得量子芯片对准pcb板上的开孔键合于pcb板的背面，在量子芯片与pcb板接触的地方实现二者接触点或接触面(用于接地或者信号线连接)的连接，通过在量子芯片的正面与pcb板正面进行引线实现对应接触点或接触面(用于接地或者信号线连接)的连接，整体实现了良好的信号传输性能以及物理的稳固连接。

第三实施例

在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种封装盒体，包含本公开提及的任一种键合结构。

图5为根据本公开一实施例所示的包含该键合结构的封装盒体的分解结构示意图。

本实施例中，该封装盒体，还包括：基座6，其上设置有第二开孔61，所述第二开孔61的尺寸设置能容纳所述量子芯片2通过；顶盖7，与所述基座6相对设置；以及密封盖(图中未示意)，与所述第二开孔61配合实现第二开孔61的密封。

本实施例中，基座6与顶盖7相对的一面形状互补，密封盖密封于所述第二开孔61中，基座6、顶盖7以及密封盖形成外部密封且内部具有容置空间的封装盒体。

在本公开的一实例中，所述基座6上设置有凸台62，所述第二开孔61贯穿所述凸台62，所述顶盖7上设置有凹槽(图5中视角被遮挡)，该凹槽的深度大于所述凸台的凸起高度，所述底座与所述顶盖形成一容置空间，该容置空间用于放置所述键合结构。

本实施例中，第二开孔61的形状呈台阶状，例如为“凸”形。台阶的侧边可以是垂直的，也可以是倾斜的，对应台阶的侧边是倾斜的情况，优选台阶向着靠内侧的方向倾斜，避免漏光，有助于实现更好的密封效果和信号传输。

在一优选实施例中，所述第二开孔的贯穿深度等于所述密封盖的高度与所述量子芯片厚度之和，所述密封盖作为量子芯片安装的承载托，pcb板的开孔尺寸(长、宽或者直径或者其他形状对应的尺寸)略小于量子芯片的对应尺寸，在pcb板装入封装盒体并完成接头的焊接后，基于所述密封盖可将量子芯片从pcb板的背面沿着所述第二开孔托至位于所述pcb板的下方且与所述pcb板接触，使得所述量子芯片的第一部分上表面通过该开孔暴露，第二部分上表面被开孔边缘的pcb板遮挡，然后进行后续的引线键合步骤。

本实施例中，如图5所示，在封装盒体的顶盖7上还设置有观察窗71，便于观察量子芯片的状态。需要说明的是，在其它实施例中，该封装盒体的顶盖还可以不含观察窗或者具有其它设置。

本实施例中，通过在封装盒体中利用背面安装键合的方式可以将基座上的封装盖作为芯片安装的承载托，将量子芯片托至与pcb板背面接触后，通过紧固密封盖产生的力使量子芯片与基座及pcb板紧密贴合，在从室温降至低温(甚至极低温，接近绝对零度)的过程中始终能保持良好的接触，使芯片安装更加牢固，并且提高了芯片的散热性能。

综上所述，本公开提供了一种键合结构及包含该键合结构的封装盒体，通过在pcb板上设置开孔，该开孔的长、宽尺寸或者径向尺寸小于量子芯片的对应尺寸，使得量子芯片可以从pcb板背面与pcb板进行额外的接触，在提高键合强度的同时还通过在背面布线的形式节省了正面布线面积以及降低正面布线的复杂度，避免了现有的从pcb板正面放入芯片，安装时容易出现芯片与样品盒底座结合不牢固以及和底座热接触不良的现象。通过在量子芯片的第二部分上表面与对应位置的pcb板下表面设置对应的接触点或接触面，相对设置的接触点或接触面用于进行接地或者信号线连接，有效利用了pcb板下方的面积，实现pcb板和量子芯片接触和紧固的同时还有效实现了部分线路的电学连接，同时还省却了在pcb板上方设置上述部分线路的面积，提高了空间利用率。在封装盒体中利用背面安装键合的方式可以将基座上的封装盖作为芯片安装的承载托，将量子芯片托至与pcb板背面接触后，通过紧固密封盖产生的力使量子芯片与基座及pcb板紧密贴合，在从室温降至低温的过程中始终能保持良好的接触，使芯片安装更加牢固，并且提高了芯片的散热性能。

需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。