一体化信号连接结构及量子芯片封装盒体的制作方法

本公开属于集成电路封装技术领域，涉及一种一体化信号连接结构及量子芯片封装盒体，特别是一种在极低温下(绝对零度附近)具有高可靠性的连接量子芯片与外部信号连接器的一体化信号连接结构，以及包含该一体化信号连接结构的量子芯片封装盒体。

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。

无论量子芯片如何与第一级连接线路连接，最终都会通过一个标准或非标准的连接器将连接尺寸放大到宏观可接受的程度。而该连接器如何高性能且高可靠性的与量子处理器的封装盒体进行连接，就成为需要解决的问题。

技术难点在于，在室温下看似与盒体连接良好的连接器，在极低温环境下，因为材料的热膨胀系数特性不同，会导致材料分离，产生漏光(单光子的泄露就足以使量子处理器接到相当大的噪声)，导致严重影响量子处理器的工作。另一方面，由于热膨胀系数不同导致的材料分离，容易使连接器与电路板等连接强度变差，容易在连接器的插拔过程中产生脱离，致使连接器乃至封装壳体损坏。

此外，如何做到在低温下也保证连接的紧密性也至关重要。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本公开提出一种一体化信号连接结构，以至少解决如下技术问题：该信号连接结构用于在绝对零度附近将量子处理器芯片与外界进行连接，保证低温条件下连接器与封装盒体之间的可靠连接。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种一体化信号连接结构，包括：一壳体，其上设置有一连接器结构，该连接器结构与壳体一体成型，所述连接器结构制作成连接器的外导体的形状，所述连接器结构中设置有绝缘子，绝缘子中穿套有内导体；其中所述连接器结构、绝缘子与内导体形成连接器，该连接器通过所述连接器结构与该壳体一体化连接。

在本公开的一些实施例中，所述连接器结构与壳体外表面平齐或者相对于壳体外表面内凹或者相对于壳体外表面外凸。

在本公开的一些实施例中，该一体化信号连接结构作为一封装盒体的顶盖或者基座中的至少一个，该封装盒体的外部密封，内部具有容置空间。在本公开的一些实施例中，当该一体化信号连接结构同时作为封装盒体的两个组成部分时，该一体化信号连接结构包括第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体相对一面的形状互补，形成外部密封且内部具有容置空间的该封装盒体。

在本公开的一些实施例中，所述第二壳体作为基座，所述第一壳体作为顶盖，在所述基座上设置有凸台，对应在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。

在本公开的一些实施例中，所述容置空间用于放置pcb板，所述pcb板用于放置量子芯片。

在本公开的一些实施例中，所述壳体中的连接器结构的设置位置与所述pcb板的信号连接端对应。

在本公开的一些实施例中，所述内导体连接于所述pcb板的信号连接端。

在本公开的一些实施例中，所述一体化信号连接结构能用于10mk～室温的环境温度下。

根据本公开的另一个方面，提供了一种量子芯片封装盒体，包含本公开提及的任一种一体化信号连接结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的一体化信号连接结构及量子芯片封装盒体，具有以下有益效果：

1、通过将与连接器进行连接的壳体预留出连接器结构，该连接器结构与壳体一体成型，该连接器结构制作成连接器外导体的形状，其内部只需添加绝缘子和内导体便形成与壳体一体化连接的连接器，从而该壳体与连接器形成一体化信号连接结构，利用一体化的设置避免了外导体与壳体的机械连接，不存在脱离和漏光的可能性，并且避免了因为信号线与连接器之间的多次插拔操作导致的连接器与电路板脱离等问题，具有定制化强且可靠性强的优点。

2、该一体化信号连接结构可以作为封装盒体的顶盖或者基座或者同时作为顶盖和基座，根据实际信号输出需要进行适应性设置即可，包含该一体化信号连接结构的量子芯片封装盒体具有良好的信号传输能力、密封性和连接的可靠性。

附图说明

图1为本公开第一实施例所示的一体化信号连接结构的剖面结构示意图。

图2为根据本公开第二实施例所示的一体化信号连接结构的放大剖面结构示意图。

【符号说明】

1-第一壳体/壳体；2-pcb板；

3-第二壳体；4-绝缘子；

5-内导体；6-外导体/连接器结构。

具体实施方式

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。

本公开的一体化信号连接结构可以仅仅为图1中示意的上半部分结构，例如作为封装盒体的一个封装组件，比如顶盖或者基座，该顶盖或基座用于电信号的外部输出，当然，在一些实施例中，该一体化结构还可以用于量子芯片的封装，包含封装的整体结构；在另外一些实施例中，该一体化结构在用于量子芯片的封装时，在对应设置的两个封装组件中均设置有与壳体一体化连接的连接器，从而在两个表面均能实现电信号的输出。任何包含将连接器的部件一体化设置于壳体中的技术构思均在本公开的保护范围之内。

第一实施例

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种一体化信号连接结构。

图1为根据本公开第一实施例所示的一体化信号连接结构的剖面结构示意图。

参照图1所示，本公开的一体化信号连接结构，包括：一壳体1，其上设置有一连接器结构，该连接器结构与壳体一体成型，所述连接器结构制作成连接器的外导体6的形状，所述连接器结构中设置有绝缘子4，绝缘子4上穿套有内导体5；其中所述连接器结构6、绝缘子4与内导体5形成连接器，该连接器通过所述连接器结构6与该壳体1一体化连接。

该一体化信号连接结构可以作为一封装盒体的顶盖或者基座中的至少一个，该封装盒体的外部密封，内部具有容置空间。

图1中示例了本实施例的一体化信号连接结构作为封装盒体的顶盖的情形，当然，在其它实施例中，该一体化信号连接结构可以单独作为封装盒体的基座，或者在封装盒体两面均进行信号输出的情形下，一个一体化信号连接结构作为顶盖，一个一体化信号连接结构作为基座，两个一体化信号连接结构的壳体形状需要进行对应设置，这在后面的实施例中进行介绍。

本实施例中，所述连接器结构制作成外导体6的形状，可以与壳体1外表面平齐或者相对于壳体1外表面内凹或者相对于壳体1外表面外凸。

当然，图1中仅示意了外导体6与壳体1的表面平齐的情形，在具体实施方式中，外导体6可以相对于壳体1的上表面凸出(例如图2中示例的情形)或者与壳体1的上表面平齐(例如图1中示例的情形)或者略低于上表面等，根据实际情况进行设置即可。任何变形方式均在本公开的保护范围之内。

壳体1用于与外部连接器进行电信号传输连接，这里将壳体1的上部设置为与之连接的外部连接器的外导体6形状，并在其中添加绝缘子4和内导体5之后，形成了与壳体1一体化连接的连接器，不需要再与外部连接器进行连接，直接通过该壳体及一体化的连接器便实现了电信号的传递，形成了一体化信号连接结构。

为了保证信号传输的高频特性，常规连接器与电路板连接一侧一般采用表面焊接方式，而为了便于封装壳体的组装，封装盒体上预留等于或略大于连接器尺寸的孔以便安装，但这就形成不可避免的缝隙。而且此时因为连接器至于电路板通过很小面积的表面焊接，其连接强度较差，能承受的拉力较小，非常容易因为信号线与连接器之间的插拔操作造成连接器与电路板脱离，造成损坏。所以需要在表面焊接的条件下，增强连接器与电路板和封装盒体的连接强度，并减少连接器与封装盒体的缝隙。

常规设计会将封装盒体与连接器作为两个独立元件进行设计，在不进行特殊优化的情况下，容易产生上述不可避免的问题。

本公开通过将与连接器进行连接的壳体预留出连接器结构，该连接器结构制作成连接器外导体的形状，其内部只需添加绝缘子和内导体便形成与壳体一体化连接的连接器，从而该壳体与连接器形成一体化信号连接结构，利用一体化的设置避免了外导体与壳体的机械连接，不存在脱离和漏光的可能性，并且避免了因为信号线与连接器之间的多次插拔操作导致的连接器与电路板脱离等问题，具有定制化强且可靠性强的优点。

第二实施例

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种一体化信号连接结构，该一体化信号连接结构除了具有信号连接功能之外，还具有芯片封装的功能。

图2为根据本公开第二实施例所示的一体化信号连接结构的放大剖面结构示意图。

本实施例中，该一体化信号连接结构作为封装盒体的顶盖(例如图2中示意的作为顶盖的情形)或基座，对应的封装盒体在顶盖或基座上实现信号输出。

由第一个实施例可知，在壳体上设置有一连接器结构，该连接器结构与壳体一体成型，所述连接器结构制作成连接器的外导体的形状，所述连接器结构中设置有绝缘子，绝缘子上穿套有内导体；其中所述连接器结构、绝缘子与内导体形成连接器，该连接器通过所述连接器结构与壳体一体化连接。本实施例的一体化信号连接结构还包括与设置有连接器结构的第一壳体1相对设置的第二壳体3。

参照图2所示，所述封装盒体为一外部密封且内部具有放置空间的结构，本实施例中，封装盒体包括两个部分，一部分为第一壳体1，以顶盖进行示例，另一部分为第二壳体3，以基座进行示例，所述第二壳体3与第一壳体1相对的一面形状互补，形成外部密封且内部具有放置空间的封装盒体。第一壳体1(顶盖)与第二壳体3(基座)的形状互补，例如在一实例中，基座上设置有向上的凸台，用于承载pcb板及量子芯片，顶盖中与基座相对设置的面上具有一凹槽，该凹槽的深度大于凸台的凸起高度，用于形成一放置空间，pcb板可以放置于上述形成的放置空间中，顶盖与基座二者对接后形成外部密封的封装盒体。

当然，在其它的实施例中，第一壳体1与第二壳体3可以是其他类型的封装形式和组成部分，不局限于本实施例中的顶盖与基座两个部分的形式，还可以在此基础上进行拓展和变化。

本实施例中，所述封装盒体内部具有放置pcb板2的放置空间，所述pcb板2用于放置量子芯片，量子芯片与pcb板2进行引线后通过pcb板的信号连接端与连接器进行电信号传递。

本实施例中，由于连接器与第一壳体为一体化结构，因此为了实现电学连接的便利性，优选的，所述第一壳体1中的连接器结构的设置位置与所述pcb板2的信号连接端对应。位于该连接器结构内部的所述内导体连接于所述pcb板2的信号连接端，使得量子芯片的电信号通过该一体化信号连接结构进行信号传递。

本实施例中，该一体化连接结构可用于极低温的环境温度下工作，工作温度例如为10mk～室温，在极低温下由于避免了连接器与第一壳体之间的机械连接，从而避免了由于材料的热膨胀系数特性不同导致的连接部位的强度变差的问题。

第三实施例

在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种一体化信号连接结构。本实施例的一体化信号连接结构与第二个实施例的结构相比，区别在于，本实施例中，一体化信号连接结构同时作为封装盒体的顶盖(例如图1中示意的作为顶盖的情形)和基座，该一体化信号连接结构包括第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体相对一面的形状互补。所述第二壳体与所述第一壳体形成外部密封且内部具有容置空间的封装盒体。在第二壳体上也设置有与之一体化连接的第二连接器。本实施例的一体化信号连接结构的两个壳体(第一壳体和第二壳体)均用于信号传递，拓展了信号输出的路径。

本实施例的一体化信号连接结构，包括：一第一壳体，其上设置有一连接器结构，所述连接器结构制作成连接器的外导体的形状，所述连接器结构中设置有绝缘子，绝缘子上穿套有内导体；其中所述连接器结构、绝缘子与内导体形成连接器，该连接器通过所述连接器结构与壳体一体化连接；第二壳体，与该第一壳体相对设置，所述第二壳体与所述第一壳体形成外部密封且内部具有容置空间的封装盒体；其中所述第二壳体的外表面与第一壳体的设置相同，在第二壳体外表面也设置有第二连接器结构，所述第二连接器结构制作成第二连接器的第二外导体的形状，所述连接器结构中设置有第二绝缘子，第二绝缘子上穿套有第二内导体；其中所述第二连接器结构、第二绝缘子与第二内导体形成第二连接器，该第二连接器通过所述第二连接器结构与第二壳体一体化连接。

本实施例的一体化信号连接结构避免了第一壳体及第二壳体与对应外部连接器外壳的机械连接，不存在脱离和漏光的可能性，并且避免了因为信号线与连接器之间的多次插拔操作导致的连接器与电路板脱离等问题，具有定制化强且可靠性强的优点。

第四实施例

在本公开的第四个示例性实施例中，提供了一种量子芯片封装盒体，包含本公开的任一种一体化信号连接结构。

本实施例的量子芯片封装盒体可用于极低温环境中，由于在极低温下避免了连接器与第一壳体和/或第二壳体之间的机械连接，从而避免了由于材料的热膨胀系数特性不同导致的连接部位的强度变差的问题。另外，由于减少了避免了外导体与第一壳体和/或第二壳体的机械连接，不存在脱离和漏光的可能性，并且避免了因为信号线与连接器之间的多次插拔操作导致的连接器与电路板脱离等问题，具有定制化强且可靠性强的优点。

综上所述，本公开提供了一种一体化信号连接结构及量子芯片封装盒体，通过将与连接器进行连接的壳体预留出连接器结构，该连接器结构制作成连接器外导体的形状，其内部只需添加绝缘子和内导体便形成与壳体一体化连接的连接器，从而该壳体与连接器形成一体化信号连接结构，利用一体化的设置避免了外导体与壳体的机械连接，不存在脱离和漏光的可能性，并且避免了因为信号线与连接器之间的多次插拔操作导致的连接器与电路板脱离等问题，具有定制化强且可靠性强的优点。

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。