一种量子芯片用封装结构的制作方法

1.本实用新型涉及电子元器件封装领域，具体是一种量子芯片用封装结构。


背景技术：

2.随着超导量子计算机技术的发展，其超导量子比特的数目提升导致量子芯片尺寸、架构、引出方式等发生较大变化，对传统的封装方法带来挑战，对作为其核心组成部分的量子芯片封装在布线密度、超导性、导热、膨胀系数匹配等方面的要求也越来越高。目前，国内量子芯片依然大量采用常规的pcb基板和金属管壳等进行封装，在设计、加工、使用过程中出现布线密度低、传输线路无法实现超导、导热率低等问题，无法满足等无法满足量子比特数较高的量子芯片封装需求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种量子芯片用封装结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种量子芯片用封装结构，包括密封连接的基板、金属环框、盖板，量子芯片安装在封装结构内部；所述基板为陶瓷材料，所述金属环框、盖板采用无磁性金属材料，所述基板通过薄膜工艺在上表面依次布设有信号层、介质层与上接地层，在下表面布设有下接地层，构成三层带状线的超导传输结构。
6.在一些实施例中，所述基板的热膨胀系数在(2～10)
×
10-6
/k之间，热导率不低于12 w/(m
·
k)。
7.在一些实施例中，所述基板采用氮化铝材质。
8.在一些实施例中，所述基板与金属环框通过焊接密封连接，所述金属环框通过粘接或焊接与所述盖板实现封盖。
9.在一些实施例中，所述信号层中的传输线路在上接地层靠近量子芯片处设置有裸露焊盘，信号层与下接地层通过信号孔连接，信号孔的端面通过焊盘连接到外部传输线路。
10.有益效果：1)基板表面通过薄膜工艺形成超导传输结构，可实现最小10μm左右线宽，满足量子芯片高密度布线需求，并能够在量子芯片工作温度下实现超导，减小芯片信号传输损耗；2)陶瓷材质的基板约束在热导率≥12w/(m
·
k)，比常规pcb材料等导热快；3)陶瓷热膨胀系数约束在(2～10)
×
10-6
/k之间，与量子芯片制造使用的氧化铝材料近似，能够满足于壳体内部基板、芯片等组装热膨胀系数匹配要求。
附图说明
11.图1为本实用新型的分解示意图；
12.图2为薄膜陶瓷基板内部的多层布线结构示意图；
13.图3为本实用新型的封装结构示意图。
14.图中：1-量子芯片；2-基板、3-金属环框；4-盖板；5-上接地层；6-介质层；7-信号层； 8-下接地层；9-信号孔；10-接地孔一；11-接地孔二；12-接地孔三。
具体实施方式
15.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
16.参见图1-3，一种量子芯片用封装结构，主要由基板2、金属环框3、盖板4密封构成，量子芯片1安装在封装结构内部。
17.现有技术中基板采用常规的pcb，热导率6.5w/(m
·
k)，热膨胀系数在(12～17)
×
10-6
/k 之间。本实施例中的基板2选用陶瓷材料，如氧化铝、氮化硅、氮化铝等，热膨胀系数约束在(2～10)
×
10-6
/k之间，热导率不低于12w/(m
·
k)，既能与氧化铝材质的量子芯片1进行良好的匹配，又能实现较高的散热效率。其中陶瓷优选采用氮化铝，不仅与量子芯片1的热膨胀系数接近，而且具有较高的热导率，更能满足量子芯片1的散热需求。
18.金属环框3、盖板4可采用钼铜、钨铜、无氧铜或其他热膨胀系数接近的无磁性金属材料，可同时满足超导传输要求。基板2与金属环框3通过金锡焊、导电胶粘接等方式密封连接呈一体，金属环框3与盖板4通过焊接或导电胶粘接封方式实现封盖。
19.基板2通过薄膜工艺在上表面依次布设有信号层7、介质层6与上接地层5，在下表面布设有下接地层8，形成了“地-信号-地”三层带状线的超导传输结构。其中，基板采用激光打孔，并通过dpc填铜技术形成实心的金属孔，金属孔可构成接地孔或信号孔9，信号层7上采用铝布设信号线，可以满足在超导环境下的信号传输，其他类型的带状线可以采用金、银、铜、铝等一种或多种金属布设，由于通过薄膜工艺进行布线，可以实现较高的布线密度。
20.根据实际需求，上接地层5、下接地层8之间连接有接地孔，根据制造时的工艺，上接地层5、下接地层8之间可以通过接地孔一10直接连接，也可以通过信号层7转接，例如信号层7与下接地层8之间连接有接地孔二11，与上接地层5之间连接有接地孔三12。根据实际设置需求，信号层7可以与上接地层5连接有信号孔，或者与下接地层8连接有信号孔。
21.本实施例中，信号层7中的传输线路在上接地层5靠近量子芯片1附近处设置有裸露焊盘，与量子芯片1通过铝丝键合等方式互连。信号层7与下接地层8之间连接有贯穿基板2 的信号孔9，该信号孔9在下接地层8表面设置有裸露的焊盘，传输线路通过铝丝键合或压接等方式与外部的传输线路互连。
22.本实用新型由于采用了陶瓷材质，并配合薄膜工艺进行布线，因此具有热导率高、布线密度大、能够实现超导传输的效果。
23.虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
24.故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。


技术特征：
1.一种量子芯片用封装结构，包括密封连接的基板(2)、金属环框(3)、盖板(4)，其特征在于，量子芯片(1)安装在封装结构内部；所述基板(2)为陶瓷材料，所述金属环框(3)、盖板(4)采用无磁性金属材料，所述基板(2)通过薄膜工艺在上表面依次布设有信号层(7)、介质层(6)与上接地层(5)，在下表面布设有下接地层(8)，构成三层带状线的超导传输结构。2.根据权利要求1所述的一种量子芯片用封装结构，其特征在于，所述基板(2)的热膨胀系数在(2～10)
×
10-6
/k之间，热导率不低于12w/(m
·
k)。3.根据权利要求2所述的一种量子芯片用封装结构，其特征在于，所述基板(2)采用氮化铝材质。4.根据权利要求1所述的一种量子芯片用封装结构，其特征在于，所述基板(2)与金属环框(3)通过焊接密封连接，所述金属环框(3)通过粘接或焊接与所述盖板(4)实现封盖。5.根据权利要求1所述的一种量子芯片用封装结构，其特征在于，所述信号层(7)中的传输线路在上接地层(5)靠近量子芯片(1)处设置有裸露焊盘，信号层(7)与下接地层(8)通过信号孔(9)连接，信号孔(9)的端面通过焊盘连接到外部传输线路。

技术总结
本实用新型公开了电子元器件封装领域的一种量子芯片用封装结构，主要由基板、金属环框、盖板密封构成，量子芯片安装在封装结构内部；所述基板为陶瓷材料，所述金属环框、盖板采用无磁性金属材料，所述基板通过薄膜工艺在上表面依次布设有信号层、介质层与上接地层，在下表面布设有下接地层，构成三层带状线的超导传输结构。本实用新型的基板表面通过薄膜工艺形成超导传输结构，满足量子芯片高密度布线需求，并能够在量子芯片工作温度下实现超导，减小芯片信号传输损耗。基板为陶瓷材质，热导率≥12w/m


技术研发人员：秦智晗 汪冰 芮金城 徐浩然
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十三研究所
技术研发日：2022.01.10
技术公布日：2022/7/15