一种经改进的高温squid的封装结构及方法
【专利摘要】本发明涉及一种经改进的高温SQUID的封装结构及方法，其特征在于所述改进的封装结构是在底板（2）上放置中间层（4），将顶层盖板（1）放置于中间层（4）的上面；所述的中间层由内壁和外壁两部分构成，内壁和外壁之间形成一个槽形结构，槽形结构与顶层盖板和底板密封封闭在一起。在内壁上制作有均匀的小孔，中间层的内壁和外壁之间的槽形结构通过内壁的小孔的孔洞与器件封装的空间相通。槽形结构的内部填充活性吸附物质。由于中间层增加了槽形结构，虽对高温SQUID器封装器件体积影响不大，但与现有没有填充活性吸附物质的封装结构相比，显示出降低水分与芯片接触几率方面有很大优势，延长了HTS?SQUID器件的使用寿命。
【专利说明】—种经改进的高温SQUID的封装结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种经改进的高温超导量子干涉器件的封装结构及制作方法，属于超导量子干涉器件(SQUID)【技术领域】。
【背景技术】
[0002]直流超导量子干涉器件(DC SQUID)是由两个超导约瑟夫森结和超导环组成的超导电子器件，它相当于一个磁通-电压转换器，能将非常微弱的磁场信号转换为可测量的电压，是目前为止测量磁场灵敏度最高的传感器，它的磁通灵敏度通常在10_6c^/HZ1/2量级(Φ0 = 2.07X10_15Wb)，对磁场的灵敏度在 fT/Hz1/2 量级(IfT = 1X10_15T)。自从 20 世纪70年代发明超导SQUID器件以来，得到了广泛的发展，并在极微弱磁信号探测领域具有重要的应用价值，如在生物磁、大地探测、无损探测等领域都取得了显著的应用成果。按照制备材料的不同，超导量子干涉器件可以分为两种，低温SQUID和高温SQUID，低温SQUID利用低温超导材料制备而成，通常工作在液氦温度(4.2Κ)下；高温SQUID利用高温超导材料(HTS SQUID)制备而成，通常的工作温度在液氮温度(77K)，由于液氮使用方便，价格便宜，高温SQUID器件自上世纪80年代发现高温超导材料以来发展很快，目前，已经有商业化高温SQUID器件。但是高温SQUID器件的使用寿命相比低温SQUID不具有优势，这是因为高温SQUID器件是由高温超导材料制 备而成，目前应用最多的是YBCO材料，它是一种氧化物材料，其超导临界转变温度大于90K，但水或水蒸气等物质将损害这种材料的超导性能。典型的高温SQUID器件的封装结构如图1所示，它由底板和盖板两部分组成，在底板上制备有器件弓丨出电极，将高温SQUID芯片贴在底板表面，将高温SQUID芯片电极弓丨出引线至底板电极上，并将底板和盖板连接处密封。由于SQUID器件是磁场传感器，因此封装过程中使用的材料是非金属无磁材料，以防止在磁场测量过程中磁性材料和金属涡流的影响。由于封装的器件在使用过程中会逐渐有气体渗入封装结构内，因此其中的水分子将损害高温SQUID器件，降低高温SQUID器件的使用寿命。为了延长高温SQUID器件的使用寿命，拟对高温SQUID器件的封装进行改进，如将SQUID芯片在真空或氮气中进行密封，从而有望降低器件封装结构中的水气等影响。
[0003]本发明将针对上述在高温SQUID封装中存在的问题，设计了一种高温SQUID封装结构和制作方法，以减少封装结构内的水气，提高高温SQUID的使用寿命。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种经改进的高温SQUID器件改进的封装结构及方法，所述的封装结构是在原来的器件封装结构中加入活性吸附物质，当封装结构内存在水蒸气时，这些物质将吸收水气，由此降低水气与器件接触的几率，进而提高器件寿命。
[0005]HTS SQUID器件封装改进是这样实现的:
[0006](I)在现有的高温SQUID封装结构的基础上，本发明对其进行了改进，如图2所示，在底板上贴上SQUID芯片，然后在底板上放置中间层，将顶层盖板放置于中间层之上。中间层由两部分构成，内部环状结构(内壁)和外部环状结构(外壁)，内壁和外壁之间形成一个槽形结构，在内壁上均匀的制作有一些孔洞。利用低温环氧胶将槽形结构与相邻的底板表面粘合在一起，同样，将槽形结构与顶层盖板粘合在一起，如此，槽形结构与顶层盖板和底板集成封闭在一起，中间层的内壁和外壁之间的槽形结构通过内壁的孔洞与器件封装空间相通。
[0007](2)在中间层的槽形空间之中，添加吸收水气的活性吸附材料，当封装空间中有水气存在时，因为槽形空间与封装空间相联通，这些物质吸收其中的水气，降低封装空间中水气与器件接触的几率。为使槽形空间内的活性吸附物质位置固定，可以采用利用少许棉纤维填充到槽形结构的剩余空间。
[0008]综上所述，高温SQUID器件封装结构的改进是在中间层的槽形结构中填充活性了吸附物质，从而减少了水气与高温SQUID芯片接触的几率，而且在这些吸附物质与水气完全反应之前，这种封装吸收水气的效果将一直存在。相比现有的没有填充活性吸附物质的封装结构，改进的封装结构在吸收水气，降低水气与芯片接触几率方面有着很大的优势，由于水气不与芯片接触，所以极大地延长了高温SQUID器件的使用寿命。
[0009]由于在中间层中增加了槽形结构，改进的封装结构，虽然体积稍微增加，但是其增加幅度不大。典型高温SQUID器件封装直径约18mm左右，在对高温SQUID器件封装改进之后，封装直径约增加2_，封装后器件增加的体积与原来封装结构的体积相比变化不大，而且在高温SQUID器件应用中，器件之间的间距在40mm以上，因此，封装结构改进所导致的体积变化基本不影响高温SQUID器件在系统中的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1HTS SQUID器件封装结构示意图；
[0011]图2改进HTS SQUID器件封装的结构示意图。
[0012]图中，I为顶层盖板，2为底板，3为HTS SQUID芯片，4为中间层，41为内壁和外壁之间的槽形机构。
【具体实施方式】
[0013]下面通过【具体实施方式】的介绍，阐明本发明的实质性特点和显著的进步。但本发明决非仅局限于实施例。
[0014]实施例1
[0015]目前的高温SQUID器件的封装结构如图1所示，随着使用时间的延长，水分子将渗入器件封装内部并与器件材料反应而降低器件寿命，为解决此问题，为此对器件的封装结构进行了改进，如图2所示，即在改进的封装结构中加入中间层，中间层中包括了由内壁和外壁构成的槽形结构，槽形结构内部填充吸附物质，减小了水分子含量，达到延长器件寿命的目的。
[0016]所述改进的封装结构是在原先由顶层盖板(I)、底板(2)和贴在底板(2)上的HTSSQUID芯片构筑成的封装结构基础上进行改进，即在底板(2)上放置中间层(4)，将顶层盖板(I)放置于中间层(4)的上面；所述的中间层由内壁和外壁两部分构成，内壁和外壁之间形成一个槽形结构，槽形结构与顶层盖板和底板密封封闭在一起。在内壁上制作有均匀的小孔，中间层的内壁和外壁之间的槽形结构通过内壁的小孔的孔洞与器件封装的空间相通。槽形结构的内部填充活性吸附物质。
[0017]实施例2
[0018]根据实施例1所述的改进的HTS SQUID器件封装结构的，具体的制作方法如下所述:
[0019](I)首先设计封装结构底板、中间层、顶部盖板的形状、尺寸等。典型高温SQUID芯片的形状是边长IOmm的正方形，改进的封装结构参数设计为:底板直径20mm，顶层盖板直径20mm,中间层的内壁结构的直径16mm,外壁结构直径20mm,槽形结构的厚度为2mm,制作材料可以采用无磁的玻璃纤维材料。
[0020](2)根据上述设计，加工并完成各部分结构，其中，针对器件对封装的无磁条件的要求，各部分结构采用的材料是无磁玻璃纤维材料。
[0021](3)将SQUID芯片放置于底板上面，将芯片表面的电极与底板上面的电极连接在一起；然后，将中间层结构放置于底板上面，中间层的槽形结构之间填充活性吸附材料变色硅胶、纤维干燥剂、氯化钙干燥剂等物质，这些物质对空气中的水蒸气具有极强的吸附作用，并在这些物质的颗粒物之间填充以棉纤维材料；将顶层盖板放置于中间层之上，利用环氧树脂胶将三层结构之间的连接处密封。这个步骤在氮气环境中完成。
【权利要求】
1.一种经改进的高温SQUID的封装结构，其特征在于所述改进的封装结构是在原先由顶层盖板(I)、底板(2)和贴在底板(2)上的HTS SQUID芯片构筑成的封装结构基础上进行改进，即在底板(2)上放置中间层(4)，将顶层盖板(I)放置于中间层(4)的上面；所述的中间层由内壁和外壁两部分构成，内壁和外壁之间形成一个槽形结构，槽形结构与顶层盖板和底板密封封闭在一起。
2.按权利要求1所述的结构，其特征在于在内壁上制作有均匀的小孔，中间层的内壁和外壁之间的槽形结构通过内壁的小孔的孔洞与器件封装的空间相通。
3.按权利要求1所述的结构，其特征在于槽形结构的内部填充活性吸附物质。
4.按权利要求3所述的结构，其特征在于所述的活性吸附物质为变色硅胶、纤维干燥剂或氯化钙，并在这些吸附物质的颗粒之间填充棉纤维材料。
5.按权利要求1所述的结构，其特征在于槽形结构与顶层盖板和底板三层结构是利用环氧树脂连接密封。
6.制作如权利要求1-5中任一项所述的封装结构的方法，其特征在于具体步骤是: (1)首先设计封装结构底板、中间层、顶部盖板的形状和尺寸，改进的封装结构参数设计为:底板直径20mm，顶层盖板直径20mm，中间层的内壁结构的直径16mm，外壁结构直径20mm,槽形结构的厚度为2mm,制作材料为无磁的玻璃纤维材料；内壁上制作有均匀的小?L，中间层的内壁和外壁之间的槽形结构通过内壁的小孔的孔洞与器件封装的空间相通； (2)将SQUID芯片放置于底板上面，将芯片表面的电极与底板上面的电极连接在一起；然后，将中间层结构放置于底板上面，中间层的槽形结构之间填充活性吸附材料变色硅胶、纤维干燥剂或氯化钙干燥剂物质，并在这些物质的颗粒物之间填充棉纤维材料；将顶层盖板放置于中间层之上，利用环氧树脂胶将三层结构之间的连接处密封。
7.按权利 要求6所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的三层结构之间的连接处密封是在氮气环境下完成的。
【文档编号】H01L23/28GK103871976SQ201410095131
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】亢心洁, 王会武, 应利良, 高波, 谢晓明 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所