一种电路板的制作方法

1.本技术属于量子计算领域，具体涉及一种电路板。


背景技术：

2.在量子计算领域中，基于超导量子比特的超导量子芯片的研究是一个前沿热点。在实现量子计算的过程中，将量子芯片与外围的测控电路连接是相当基本的需求。
3.然而，就本技术发明人所知，既有的超导量子芯片与测控电路的连接方案还存在难以忽视的信号干扰，而为了进行信号屏蔽通常会引入相对复杂的屏蔽方案。
4.因此，有必要以容易实现的方案来降低与超导量子芯片有关的信号干扰。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术公开了一种电路板，其能够被用于封装超导量子芯片。其结构简单易于实施，并且还能够达到有效抑制超导量子芯片的线路的信号干扰的效果。
6.本技术示例的方案，通过如下描述的内容实现，并将在后文的进一步描述中被更清楚地阐述。
7.本技术示例的方案是这样实现的：
8.在第一方面，本技术示例提出了一种用于封装超导量子芯片的电路板。
9.该电路板包括：
10.组合体，具有分别独立地配置且对置以共同限定容置腔的第一板和第二板；
11.留置于容置腔内的屏蔽体，具有绝缘层和包围绝缘层的金属层，屏蔽体通过金属层与容置腔的表面抵接，绝缘层设置有贯穿至屏蔽体的表面的走线槽；以及
12.信号传输线，配置于走线槽内。
13.采用本公开所提出的电路板封装超导量子芯片，可以有效地降低超导量子芯片的线路上的信号干扰，从而也提高信号传输的质量。
14.其中，组合体中的第一板和第二板构成支撑、固定超导量子芯片及其附属元器件的结构，以便经封装后的超导量子芯片的安装等操作，进而也可以在一定程度上降低因固定超导量子芯片引入的固定结构所可能导致的信号干扰。
15.并且该组合体作为载体通过容置腔将屏蔽体固定，从而可以避免屏蔽体与组合体之间的相对位移，进而也避免出现因为前述的相对位移所可能导致的信号干扰。
16.进一步地，屏蔽体中的绝缘层可以将信号传输线与金属层隔离，避免二者电接触。同时，屏蔽体中的金属层由于包围绝缘层，从而也间接地包围了设置在绝缘层的走线槽中的信号传输线。由此，金属层构成金属屏蔽结构，从而达到了使信号传输线免于被干扰的效果。
17.根据本技术第一方面的一些示例，第一板和第二板分别独立地为金属材质或非金属材质。
18.根据本技术第一方面的一些示例，第一板和第二板分别独立地具有直接或间接地
结合的金属部和非金属部。
19.根据本技术第一方面的一些示例，第一板具有沿对置方向的第一厚度，第二板具有沿对置方向的第二厚度，第一厚度与第二厚度不同。
20.根据本技术第一方面的一些示例，绝缘层包括分别独立地设置的第一绝缘件和第二绝缘件。
21.根据本技术第一方面的一些示例，走线槽包括位于第一绝缘件的第一槽和位于第二绝缘件的第二槽。
22.根据本技术第一方面的一些示例，第一板和第二板中的任意一者具有缺口，信号传输线的端部从缺口暴露。
23.根据本技术第一方面的一些示例，屏蔽体的数量为至少两个，信号传输线的数量为至少两个，且屏蔽体与信号传输线一一对应。
24.根据本技术第一方面的一些示例，容置腔的数量为至少两个且彼此间隔排布，容置腔与屏蔽体一一对应。
25.根据本技术第一方面的一些示例，容置腔贯穿至组合体的表面。
26.在第二方面，本技术示例提出了一种量子器件，其包括超导量子芯片和如前述的电路板。其中，超导量子芯片结合到电路板的组合体中，并且与电路板的信号传输线匹配连接。
27.本技术示例的方案至少具有以下特点和有益的效果：
28.示例中公开的电路板具有结构简单的特点，因此，使用其进行超导量子芯片的封装有助于降低操作难度、减小封装后的量子器件的体积，从而有助于器件的小型化。并且，由于该电路板能够对干扰信号进行有效的屏蔽，因此可以为超导量子芯片的测控信号提供高质量的传输方案。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
30.图1为本技术实施例提供的第一种电路板的结构示意图；
31.图2为图1中的a部的局部放大图；
32.图3为图1的电路板在y方向的前视方向的结构示意图；
33.图4为图1的电路板在y方向的后视方向的结构示意图；
34.图5为本技术实施例提供的第二种电路板的结构示意图；
35.图6为图5中的b部的局部放大图。
36.图标：100-电路板；101-第一板；102-第二板；103-屏蔽体；1031-绝缘层；1032-金属层；104-信号传输线；200-电路板；201-第一板；202-第二板；2021-缺口。
具体实施方式
37.超导量子芯片的测控是实现量子计算的重要一环。而为了进行有效的测控，通常需要将超导量子芯片与外围的测控电路进行连接，以便施加控制操作的信号和读取操作的信号。但是由于量子芯片的特殊性(极易受到各种噪声的影响)，需要对其连接方式进行特
别的设计和考量，以便抑制信号的干扰。
38.除此之外，在考虑抑制信号干扰之外，研究人员还希望能够控制该干扰信号抑制方案的实现难度，例如简化其结构、方便于进行量子芯片的比特数的扩展等等。
39.因此，需要寻找一种易于实施的方案来达到对与量子芯片有关的各种线路的干扰信号的抑制/屏蔽。
40.基于这样需求，在本技术中，发明人提出了一种用于封装超导量子芯片的电路板。在此需要指出的是，示例中主要以超导量子芯片为例进行说明，但是，这并非意在限制本技术的电路板只能够用于超导量子芯片的封装。应当理解，基于本技术示例方案的思想，其他类型的量子芯片也可以由本领域技术人员应用本技术的方案或进行适当的调整后适用。此处所声称的其他类型的量子芯片可以是半导体量子芯片等。
41.从整体上而言，本技术实例中的电路板主要包括三部分，分别为组合体、屏蔽体以及信号传输线。其中，组合体提供一个基础，用于承载屏蔽体和信号传输线，并且能够为后续封装超导量子芯片以及在封装之后与其他设备进行安装等提供方便。信号传输线可以用于将超导量子点芯片与外围的测控电路进行连接，即从某种程度上而言可以认为信号传输线是量子芯片与外围电路的转接线。而屏蔽体则被用于对信号传输线进行屏蔽，以便抑制其所受到的信号干扰，从而也避免了向超导量子芯片输入控制信号和读取操作时引入干扰信号，进而保证超导量子芯片的正常运行。
42.由于量子芯片的一些测控信号主要以电磁波的形式呈现，因此，其相应的一些干扰信号也主要是指各种类型的电磁波。那么基于这样的认识，在本技术的示例方案中，实现干扰信号屏蔽的一个内容是以构建一种类似于“法拉第笼”或金属屏蔽罩的结构。即通过金属或者良导体形成一个容纳信号传输线的空间，从而使得信号传输线能够免于受到外界电磁信号的干扰。考虑到超导量子芯片的特点(其超导量子比特的硬件实现方式)，如后文所提及的那样，示例中的金属或者良导体可以采用铝材。
43.通过上述结构简单之电路板可以有效地缩短量子芯片的封装工艺的周期，并且可以依赖于既有的成熟工艺，因而不需要开发新的工艺流程，从而有利于提高封装产品的良率和降低制作成本。并且通过该电路板中的屏蔽体可以对信号传输线起到好的屏蔽效果。进一步地，该电路板封装量子芯片可以消除人工焊接的不稳定性等问题，从而利于工业化量产。
44.下文将结合附图(图1至图6)对本技术示例的方案进行详述。
45.如前文所描述的那样，本技术示例中提出了一种用于封装超导量子芯片的电路板100。
46.为了便于对该电路板100的结构进行描述，文中定义了一个三位坐标系，三个坐标轴分别为x、y、z，且两两垂直。文中的描述的方位主要依据该坐标系进行描述。但是也应当注意，在描述电路板100中的各个部件的方位/位置时，可以有适当的偏移而并非必须严格地与上述坐标系的一致。
47.参阅图1至图4，该电路板100包括组合体、屏蔽体103以及信号传输线104。
48.组合体
49.如图1所示，组合体包括第一板101和第二板102，并且第一板101和第二板102相对地设置，从而形成沿着z方向(或电路板100的厚度方向)的堆叠的组合结构。
50.组合体中的该两个板可以是分别独立地制作，然后再组合而成。或者，组合体也可以是通过将一个板材，从其适当选择的位置开设一个通孔(即下文中的容置腔)，然后从通孔的位置将其剖开或者切割为两片板材而实现。
51.在图1中，第一板101和第二板102分别以矩形板的形式进行展示，但是其结构也可以根据实际的设计和功能需要进行适当的修改，本领域技术人员能够根据需要对其做出适当的调整。进一步地，为了方便后续的使用，两个板材还可以沿着z方向设置孔洞，然后再在该孔洞内设置具有内螺纹的螺纹柱(或称螺柱，图未绘示)，以便于使用螺栓等紧固件将其固定到一定的设备。
52.另外，在图1中，第一板101在z方向的厚度(第一厚度)还大于第二板102在z方向的厚度(第二厚度)。当然，二者的该厚度关系也可以是相等，或者第一板101的厚度小于第二板102的厚度，本技术对此不做具体限定。
53.从两个板的材质上而言，二者可以采用金属材料或者非金属材料制作，并且二者的材质既可以是相同，也可以是相异的。例如，二者可以采用都金属铜板或其他金属板制作而成，二者也可以采用其他市售材料(如树脂材料)进行制作。当然，根据需要其二者还可以根据不同的使用者的要求，在不同的区域或者位置采用不同的材料制作。
54.换言之，两个板材可以采用各自对应的材料一体式而成；或者，二者各自采用多种(例如至少两种)材料进行拼接式的方式组合而成。例如，二者在一些区域采用金属材料制作，而在另一些区域采用非金属材料制作。因此，第一板101和第二板102可以包括直接或间接地结合的金属部和非金属部，相应地，第二板102也可以具有直接或间接地结合的金属部和非金属部。
55.除此之外，为了容纳屏蔽体103和信号传输线104，该组合体具有容置腔(图未标示)。该容置腔由两个板共同限定，且在图1中为“口”字形结构，当然也可以采用其他设计的形状。
56.该容置腔沿着电路板100的y方向，从前至后贯穿到两个板材的表面，参阅图3和图4。那么容置腔在结构上就可以认为是一个设置于实体的板材的贯穿孔结构。由图3和图4可知，信号传输线104的首尾两端的端面从组合体的表面露出。作为可选的方案，部分示例中方案也可以选择在容置腔为贯穿的前提下，在容置腔的末端设置开口(下文将以缺口的描述被再次提及和说明)，从而可以暴露信号传输线104端部的更多区域。
57.参阅图5和图6，这些附图给出了本技术示例中的第二种电路板200的结构示意图，其与图1至图4所示的电路板100的主要区别在于：在该第二种电路板200中，组合体的第二板202在端部设置了缺口2021(对应于前述的开口)，从而使得信号传输线104的端部从缺口2021暴露。这样的示例中，信号传输线104不仅暴露了沿y方向的端面，其还暴露了沿z方向的一些表面。值得提醒的是，其中的缺口2021既可以配置于第一板201，也可以配置在第二板202；图5和图6所示的结构，如上述，缺口位于第二板202。
58.在其他一些示例中，该容置腔也可以采用非贯穿式的设计。即容置腔也可以被配置为未贯穿至组合体的表面。由于容置腔贯穿设置可以是基于方便进行该电路板100引出接线的目的，因此，当容置腔未贯穿至表面时，则可以考虑通过在容置腔的一个选择的位置通过沿厚度方向的开孔(如直通孔或者锥台形通孔)来暴露信号传输线104，以便信号传输线104通过该开孔与其他线路连接。
59.就形状而言，该容置腔可以是设置于第一板101的槽型结构(例如u型槽)，再由第二板102将其封“盖”而形成。或者，该容置腔也可以是设置于第二板102的槽型结构，再由第一板101将其封“盖”而形成。或者，例如在本技术的图1中所示，该容置腔是由第一板101和第二板102的槽型结构共同构成。
60.屏蔽体103
61.顾名思义，屏蔽体103是用以实现屏蔽效果(屏蔽诸如电磁波干扰信号)的结构，但是这也并非是限定其只能起到屏蔽效果。示例中，参阅图2，屏蔽体103为组合结构，且包括绝缘层1031和金属层1032。其中金属层1032将绝缘层1031包裹/包围在内部。因此，在屏蔽体103中，存在内层的绝缘层1031和外层的金属层1032。
62.在图中，金属层1032的厚度小于绝缘层1031的厚度。但是，应当指出的是，在本技术附图的屏蔽体103中的绝缘层1031和金属层1032的相对厚度大小仅仅作为示例，并不作为对本技术的方案的具体限定。例如，部分示例中，绝缘层1031的厚度可以远小于金属层1032的厚度。示例性地，绝缘层1031的厚度为纳米尺度，而金属层1032的厚度为微米尺度。
63.如前文，该屏蔽体103被设置在组合体的容置腔内，并且，通过位于外层的金属层1032与容置腔的表面抵接。金属层1032与容置腔的表面也可以在局部一些选择的区域具有适当的缝隙/气隙，即可以是非完全接触的。图1的示例中，屏蔽体103中的金属层1032的外表面与组合体中的容置腔的表面全接触。
64.在图2中，绝缘层1031和金属层1032都具有大致矩形的断面结构，且具有沿y方向的通道。其中金属层1032的通道能够容纳绝缘层1031，而绝缘层1031的通道/走线槽(图未标示)能够容纳信号传输线104。并且金属层1032的通道是贯穿到绝缘层1031的外表面。相应地，走线槽也是贯穿到绝缘层1031的外表面，并进一步延伸至金属层1032的表面，即走线槽贯穿到屏蔽体103的表面。如此信号传输线104得以暴露到屏蔽体103之外，能够与其他部件或元器件进行连接。
65.金属层1032的通道的形状主要依赖于绝缘层1031的结构进行设计，而绝缘层1031的通道的形状则主要依赖于信号传输线104的结构进行设计。示例中这些形状被分别设置为适当尺寸且断面为矩形的矩形孔。在其他的一些示例场景中，根据需要屏蔽体103也可以被设置为其他的形状，以便满足需求，例如屏蔽体103被构造为诸如同轴线的形式。即绝缘层1031和金属层1032分别为中空的圆柱形结构，并且绝缘层1031为内层，而金属层1032为外层。
66.在这些示例中，绝缘层1031的厚度(如纳米尺度)可以为该中空的圆柱形绝缘层1031的壁厚，金属层1032的厚度(如微米尺度)也可以为该中空的圆柱形金属层1032的壁厚。其中，金属层1032的通道为与绝缘层1031适配的圆柱形孔，而绝缘层1031的通道则可以是与信号传输线104匹配的矩形孔。
67.在另一些示例中，作为一种可替代的方案，屏蔽体103中的绝缘层1031除了可以是一体式结构之外，也可以由两部分或至少三个构成。例如，绝缘层1031可以包括被分别独立地制作的第一绝缘件和第二绝缘件。其中，该两个绝缘件可以具有镜像对称的结构，或者二者具有不同的结构。由于绝缘层1031设置有用于布置信号传输线104的走线槽，因此，当绝缘层1031由多个部件如上述的两个部件构成时，相应地走线槽也可以进行分布式设置。即走线槽可以是通过第一槽和第二槽配对的方式组合而成，并且其中的第一槽位于第一绝缘
件，第二槽位于第二绝缘件。
68.与之相似地，屏蔽体103中的金属层1032也可以采用分体式设计或者一体式设计。在其采用一体式设计的方案中，金属层1032构成一个整体。相比于金属层1032由两部分接触组合而成的分体式结构，金属层1032为一体结构可以避免分体方案中的组合部件在接触位置产生间隙的情况，从而有助于提高电路板100屏蔽外界干扰信号的能力。
69.在屏蔽体103中，绝缘层1031能够起到将金属层1032和信号传输线104隔离的作用，避免二者直接接触，这可以避免金属层1032和信号传输线104发生直接的电接触。而金属层1032则可以起到对布置于屏蔽体103中的绝缘层1031的内部的信号传输线104的保护，即不会被外界电磁波信号干扰或者大幅度地减少来自外界电磁波信号干扰；例如金属层1032对信号传输线104的包裹/包围可以使信号传输线104免受来自于金属层1032之外的电场影响。即金属层1032构成一个金属屏蔽网/壳，对内部的信号传输线104实施保护、干扰信号的屏蔽。
70.根据上述描述可知，金属层1032可以起到屏蔽干扰信号的作用，其材料一般选择为金属材料或者其他的良导体。在本技术的示例中选择为金属铝，或者在其他实例中也可以选择为诸如金属铜。而其中绝缘层1031主要起到的作用是物理隔离，因此，其材料的选择也可以是多样的。但是基于使用的方便和工艺考虑，再结合超导量子芯片的使用场景，其中的金属层1032例如采用为铝，而绝缘层1031则可以采用为金属氧化物如氧化铝。由此，屏蔽体103可以铝板进行加工制作而成，例如对其进行减材加工，以及局部区域氧化操作等。相应地，当信号传输线104采用诸如铝金属材料制作而成时，则铝金属材质的金属层1032、氧化铝材质的绝缘层1031以及铝金属的信号传输线104能够被设计而共同构成超导隧道；其可以表现出约瑟夫森效应(josephson effect)。
71.考虑到量子芯片的量子比特的数量希望能够方便地进行扩展，因此，当量子比特数量增加时就需要相应地增加更多的测控线路，对应也需要配置更多的信号传输线104。
72.基于这样的考虑，在电路板100中可以配置更多的屏蔽体103，相应地，组合体中的容置腔的尺寸也可以适应性地进行增加，以满足容纳更多屏蔽体103的需要。进一步地，当多个屏蔽体103放置于同一个容置腔内导致过于“拥挤”或者可能因为这个“狭小”的容置腔内设置了太多的信号传输线104而出现一些不便时，可以考虑在组合体中配置多个容置腔(彼此可以相互间隔，间距根据布线需要进行控制和调节)，并且将多个屏蔽体103分散地设置于这些容置腔内。例如，屏蔽体103为多个(如两个、三个、四个，甚至更多个)，相应地，组合体中的容置腔的数量也为多个，并且屏蔽体103和容置腔一一对应。当然，也可以一个容置腔内设置多于一个且适当数量的屏蔽体103。由于每个屏蔽体103是一个独立屏蔽结构，因此，当每一个屏蔽体103对应放置于一个容置腔，且多个屏蔽体103分别一一对应地放置到多个间隔排布的容置腔时，还可以减少因为信号泄露时的串扰(cross-talk)的问题的发生。并且为了更好地控制串扰，增加容置腔之间的间距将会是一种有益的实践。
73.简言之，通常一个容置腔配置一个屏蔽体103，相应地设置一条信号传输线104。当需要配置多条信号传输线104时，则可以选择在组合体中配置多个容置腔，每个屏蔽体103对应设置一条信号传输线104，然后根据具体情况对应将已经设置或安装了信号传输线104的屏蔽体103，以各种数量组合方式分散地设置在各个容置腔内。
74.信号传输线104
75.信号传输线104是用于传递各种信号的线路。作为示例，信号传输线104可以采用各种超导材料制成。例如，该超导材料包括各种金属材料。作为示例，超导材料包括但不限于铝(al)、锡(sn)、铟(in)、铌(nb)等。当应用于超导量子计算领域时，这些超导材料能够在极端苛刻的温度环境—例如稀释制冷机所提供的低于1k(1开尔文)的温度场—中表现出超导特性。例如，信号可以无阻碍地通过其进行传输，从而可以减少发热以及信号衰减等(相应可以减小干扰)，进而也可以为超导量子芯片的正常运行提供了便利。
76.为了方便于本领域技术人员实施本技术示例的方案，以下就示例中的电路板100的可替代的制作工艺进行简述，主要涉及信号传输线104和屏蔽体103的制作。
77.以金属铝质的信号传输线104，以及氧化铝的绝缘层1031和金属铝质的金属层1032为例。提供一金属铝带，对其进行表面受控氧化/选择性氧化形成氧化铝层，再通过适当且可选的修形等操作获得信号传输线104和绝缘层1031的组合结构，然后再在信号传输线104被保护(防止后续的金属层1032与信号传输线104导通)的情况下，在氧化铝层的表面通过沉积或者其他方式制作金属铝层，从而获得信号传输线104和屏蔽体103。然后在此结构的基础上，配置两个板材并在二者叠合的表面开槽，从而容纳屏蔽体103以及其中的信号传输线104。
78.电路板100的应用
79.作为一种上述电路板100的应用示例，可以利用其进行超导量子芯片的封装。
80.其中，电路板100的组合体可以挖槽，将超导量子芯片以诸如下沉埋设的方式设置于该槽中，并且确保芯片与电路板的信号传输线匹配连接，然后通过组合体中的第一板101和第二板102的加持实现固定和限位。
81.在利用该电路板100封装超导量子芯片时，超导量子芯片上的传输线与该电路板100中的信号传输线104进行连接，以便通过信号传输线104进行超导量子芯片的测控信息的传递。其中的连接例如是利用前述的信号传输线104的通过组合体的贯穿的容置腔所暴露出来的端面进行连接。或者，其中的连接例如是利用信号传输线104通过缺口2021和容置腔暴露的端部与芯片进行连接。
82.可选地，设置于超导量子芯片的传输线路可以选择为共面波导(coplanar waveguide，简称cpw)。共面波导是一种微波平面传输线，其构成如下：在介质衬底的一个面上形成中心导体带/中心导带，并且在紧邻中心导体带的两侧制作出导体，且三者共面(又称接地带/接地导带)。
83.因此，在芯片具有上述传输线路的情况下，芯片与电路板的连接方式如下：中心导体带与电路板100的信号传输线104连接，而两侧的接地导带则可以与电路板100的屏蔽体103中的金属层1032一同或者分别接地。
84.由此，利用本技术示例的电路板100，可以实现对超导量子芯片的高质量(干扰信号被屏蔽)封装。通过这样方式构建出来的量子器件具有了屏蔽外界干扰的能力，从而提供稳定的信号。
85.至此本文已经对本技术示例中的电路板以及其应用方案进行详尽的阐述，该公开能够使本领域技术人员实施本技术的方案。文中通过参考附图对本技术示例的方案进行了描述。这些描述仅用于解释本技术，使本技术实施例的技术方案和优点更加清楚，而不能解释为对本技术的限制。然而，本领域的普通技术人员能够理解，在本技术各实例中，为了使
读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以由本领域技术人员实现本技术所要求保护的技术方案。
86.各个示例方案的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个示例方案在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
87.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“主”、“次”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序或重要性等。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
88.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
89.并且，当层、区域或结构被称作在衬底/基底、层、区域图案“上”时，它可以直接位于另一个层或衬底上，和/或还可以存在插入层。另外，应该理解，当层被称作在另一个层“下”时，它可以直接位于另一个层下，和/或还可以存在一个或多个插入层。另外，可以基于附图进行关于在各层“上”和“下”的指代。换言之，上、下、左、右等表示范围的描述只是为了方便结合附图进行阐述，其具体形式可以由本领域根据本技术的思想进行选择。
90.以上依据图式所示的实施例详细说明了本技术的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本技术的较佳实施例，但本技术不以图面所示限定实施范围，凡是依照本技术的构想所作的改变，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，均应在本技术的保护范围内。