用于超导计算芯片的磁屏蔽装置的制作方法

1.本实用新型涉及磁屏蔽技术领域，尤其涉及一种用于超导计算芯片的磁屏蔽装置。


背景技术：

2.超导计算相对传统计算机具有运行速度快、功耗低、集成度高等优势，因此许多国家开展了相关研发。其核心超导计算芯片的稳定工作条件为4.2k液氦低温和nt弱磁环境。为保障超导计算芯片正常工作和工作稳定性，必须在保证4.2k低温环境的同时抑制周围环境的磁场干扰至nt。因此需要对超导计算芯片进行高效磁屏蔽，防止外部磁场影响其工作稳定性造成计算错误。与此同时，在保证超导计算芯片高效磁屏蔽的同时，还需尽可能降低整个超导计算芯片磁屏蔽装置的体积和重量，实现便携移动，以便于超导计算芯片的工程化应用。
3.传统磁屏蔽方式通常采用常温磁屏蔽体进行磁屏蔽或直接将部分常温磁屏蔽体放置于低温装置内进行磁屏蔽。当采用常温磁屏蔽体进行磁屏蔽时，磁屏蔽体体积过大，导致携带移动不方便；当采用部分常规磁屏蔽体放置在低温装置内进行磁屏蔽时，因常温磁屏蔽体低温下磁屏蔽效能大幅衰减，无法达到nt量级。基于此，设计一种用于超导计算芯片的磁屏蔽装置来满足超导计算芯片工作所需的环境尤为重要。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，用以解决现有技术中常规磁屏蔽装置无法满足超导计算芯片工作所需的4.2k液氦低温和nt弱磁环境的缺陷，实现超导计算芯片在高效磁屏蔽环境中工作。
5.本实用新型实施例提供一种用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，包括：常温磁屏蔽体组件，所述常温磁屏蔽体组件内设置有低温组件；所述低温组件内设置有低温磁屏蔽体组件；所述超导计算芯片设置在所述低温磁屏蔽体组件内。
6.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，所述低温磁屏蔽体组件包括设置在所述低温组件内的第一罩体，所述第一罩体包括：第一上罩和第一下罩，所述第一上罩和所述第一下罩通过无磁螺钉连接，且所述第一上罩的顶面形成有第一过孔。
7.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，所述低温磁屏蔽体组件还包括：设置在所述第一罩体内的第二罩体，所述第二罩体包括：第二上罩和第二下罩，所述第二上罩覆盖所述第二下罩，且所述第二上罩的顶面形成有第二过孔和第一固定孔，所述第二上罩通过穿过所述第一固定孔的无磁螺钉与所述第一上罩连接，所述第二下罩的底面形成有第一通孔。
8.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，所述第二罩体的材质为低温坡莫合金，且所述第二罩体为双层结构。
9.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，所述低温磁屏蔽体组件还包括：设置在所述第二罩体内的第三罩体，所述超导计算芯片设置在所述第三罩体内，其中，所述第三罩体包括：第三上罩和第三下罩，所述第三上罩覆盖所述第三下罩，且所述第三上罩的顶面形成有第三过孔和第二固定孔，所述第三上罩通过穿过所述第二固定孔的无磁螺钉与所述第一上罩连接，所述第三下罩的底面形成有第二通孔，且所述第二通孔与所述第一通孔错开设置。
10.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，所述第三罩体的材质为铌钛超导金属。
11.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，所述第一罩体、所述第二罩体以及所述第三罩体之间填充有绝缘泡沫垫。
12.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，所述常温磁屏蔽体组件包括设置在所述低温组件外的第四罩体，所述第四罩体的材质为常温坡莫合金，且为双层结构，其中，所述第四罩体包括：第四上罩和第四下罩，所述第四上罩覆盖所述第四下罩，且所述第四上罩的顶面形成有第四过孔；所述低温组件的顶面形成有第五过孔。
13.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，所述常温磁屏蔽体组件还包括装置托筒，所述第四罩体设置在所述装置托筒内，且所述第四罩体之间、所述第四罩体与所述低温组件之间、以及所述第四罩体与所述装置托筒之间填充有绝缘泡沫垫。
14.根据本实用新型一个实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，还包括：芯片安装基座，所述超导计算芯片安装在所述芯片安装基座上，所述芯片安装基座的一端穿过所述第一过孔、所述第二过孔、所述第三过孔、所述第四过孔以及所述第五过孔设置在所述第三罩体内，且另一端设置在所述装置托筒的外部。
15.本实用新型实施例提供的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，通过将常温磁屏蔽体组件和低温磁屏蔽体组件进行组合，可以有效提升磁屏蔽能力，为超导计算芯片提供nt弱磁环境，保障其工作稳定性，与此同时磁屏蔽装置与现有技术相比减轻了磁屏蔽装置的体积和重量，实现了超导计算芯片的便携移动，便于工程应用。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实用新型实施例提供的一种用于超导计算芯片的磁屏蔽装置的结构示意图。
18.附图标记：
19.1：超导计算芯片；2：芯片安装基座；3：第三上罩；4：第三下罩；5：第二上罩；6：第二下罩；7：第一上罩；8：第一下罩；9：低温组件；10：第四上罩；11：第四下罩；12：装置托筒。
具体实施方式
20.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
21.下面结合图1描述本实用新型实施例的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置。
22.在本实用新型的一个实施例中，用于超导计算芯片的磁屏蔽装置包括：低温磁屏蔽体组件、低温组件9以及常温磁屏蔽体组件。超导计算芯片1设置在低温磁屏蔽体组件内，低温磁屏蔽体组件设置在低温组件9内，低温组件9设置在常温磁屏蔽体组件内。具体来说，低温组件9为低温磁屏蔽体组件提供4.2k液氦低温工作环境，使其能够实现良好的磁屏蔽效能；同时为超导计算芯片1提供4.2k液氦低温工作环境，保障芯片的工作稳定性。低温磁屏蔽体组件在4.2k温区时具有较高的相对导磁率，可将环境磁场进一步降低至nt量级，同时兼具磁屏蔽恒定磁场和交变磁场的作用。常温磁屏蔽体组件设置在低温组件9的外部，常温磁屏蔽体组件的磁屏蔽效能为40db，可以将环境磁场降低至一半以下，此种磁屏蔽组合装置为超导计算芯片1提供了nt弱磁工作环境，能够保证芯片工作稳定。
23.进一步地，在本实用新型的一个实施例中，低温磁屏蔽体组件包括低温坡莫合金磁屏蔽层，低温坡莫合金的相对导磁率在4.2k温区下是常温坡莫合金的6倍，其可将环境磁场进一步降低至nt量级。常温磁屏蔽体组件包括常温坡莫合金磁屏蔽层。
24.进一步地，在本实用新型的一个实施例中，低温磁屏蔽体组件、低温组件9以及常温磁屏蔽体组件可以为依次套设的圆柱形筒状结构，也可以为长方体结构。
25.本实用新型实施例提供的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，通过将常温磁屏蔽体组件和低温磁屏蔽体组件进行组合，可以有效提升磁屏蔽能力，为超导计算芯片提供nt弱磁环境，保障其工作稳定性，与此同时磁屏蔽装置与现有技术相比减轻了磁屏蔽装置的体积和重量，实现了超导计算芯片的便携移动，便于工程应用。
26.如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，低温磁屏蔽体组件包括第一罩体、第二罩体和第三罩体，每个罩体均包括上罩和下罩。
27.具体来说，第一罩体设置在低温组件9内。第一罩体包括第一上罩7和第一下罩8，第一下罩8上形成有均匀设置的安装孔，第一上罩7和第一下罩8通过无磁螺钉固定连接。第一上罩7的顶面形成有第一过孔，以方便芯片安装基座2穿过第一罩体，安装在第三罩体内。进一步地，在本实用新型的一个实施例中，可选地，第一上罩7和第一下罩8由高导电率的铝合金材料制成，其可以起到屏蔽交流磁场的作用。
28.第二罩体设置在第一罩体内，且第二罩体包括第二上罩5和第二下罩6，第二上罩5的宽度尺寸大于第二下罩6的宽度，且第二上罩5的长度留有余量覆盖住第二下罩6的开口。此种设置可消除低温磁屏蔽罩体的衔接缝隙，减少漏磁，大幅增强磁屏蔽效能。进一步地，第二上罩5的顶面形成有第二过孔，以方便芯片安装基座2穿过第二罩体安装在第三罩体内。同时，第二上罩5的顶面还形成有第一固定孔，第二上罩5通过第一固定孔与第一上罩7采用无磁螺钉连接。第二下罩6的底面形成有第一通孔，该第一通孔用于液氦的流通，进一步冷却超导计算芯片1，为超导计算芯片1提供稳定的工作环境。进一步地，在本实用新型的
一个实施例中，可选地，该第一通孔的数量可以为1个或2个，其直径可以为2mm。
29.进一步地，在本实用新型的一个实施例中，可选地，第二罩体的材质为低温坡莫合金，具体地，为cryoperm10。且第二罩体为双层结构，每层的厚度为1mm。第二罩体的特点是：低温坡莫合金在液氦温区4.2k下相对导磁率为60000，是常温坡莫合金在4.2k温区相对导磁率的6倍。常温坡莫合金的相对导磁率为80000，但是在4.2k温区下其相对导磁率下降为10000。低温坡莫合金在4.2k液氦温区下相较于常温坡莫合金具有更强的磁屏蔽效果。
30.第三罩体设置在第二罩体内，且第三罩体包括第三上罩3和第三下罩4，第三上罩3的宽度尺寸大于第三下罩4的宽度，且第三上罩3的长度留有余量覆盖住第三下罩4的开口。此种设置可消除低温磁屏蔽罩体的衔接缝隙，减少漏磁，大幅增强磁屏蔽效能。进一步地，第三上罩3的顶面形成有第三过孔，以方便芯片安装基座2穿过第三过孔，安装在第三罩体。同时，第三上罩3的顶面还形成有第二固定孔，第三上罩3通过第二固定孔与第一上罩7采用无磁螺钉连接。
31.第三下罩4的底面形成有第二通孔，该第二通孔用于液氦的流通，进一步地，在本实用新型的一个实施例中，可选地，该第二通孔的数量可以为1个或2个，其直径可以为2mm。
32.更进一步地，第一通孔与第二通孔之间错开一定角度设置以防止外部磁场直接进入第三罩体内，同时第一通孔和第二通孔可以使液氦流入第三罩体内，使液氦能够有效地冷却设置在第三罩体内的超导计算芯片1，为其提供4.2k的工作温度。
33.在本实用新型的一个实施例中，第三上罩3和第三下罩4为超导磁屏蔽层，由超导金属材料铌钛制成。工作中，超导磁屏蔽层表面将产生感应电流，此感应电流可抵消外界磁场的影响。可选地，第三上罩3和第三下罩4的厚度为1mm。
34.在本实用新型的一个实施例中，在磁屏蔽装置安装时，可先将第二下罩6和第三下罩4依次放置在第一下罩8中，然后第一下罩8通过无磁螺钉与第一上罩7固定连接。进一步地，第一罩体、第二罩体以及第三罩体之间均填充有泡沫垫绝缘隔离，以防止各层之间磁导通，减弱磁屏蔽效能。
35.需要说明的是，在本实用新型的一个实施例中，第一罩体、第二罩体和第三罩体的形状可以为圆柱形筒状结构，也可以为长方体结构，其仅需满足上罩的宽度大于下罩的宽度尺寸，上罩能够覆盖下罩的开口即可，而不局限于本实用新型一个实施例所列举的形状。
36.本实用新型实施例提供的用于超导计算芯片的磁屏蔽装置，其低温磁屏蔽体组件的各个上罩和下罩分别固定，形成两个整体后再配合安装，简化了多层低温磁屏蔽体的安装，便于超导计算芯片的安装。同时，每层低温磁屏蔽体的上罩长度留有余量覆盖住下罩开口，消除了每层低温磁屏蔽罩的衔接缝隙，减少漏磁，大幅度增强磁屏蔽效能。
37.如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，常温磁屏蔽体组件包括第四罩体和装置托筒12，第四罩体设置在低温组件9的外部，第四罩体包括第四上罩10和第四下罩11，其中，第四上罩10的宽度大于第四下罩11的宽度，且长度留有余量覆盖住第四下罩11的开口。此种设置的功效与第二罩体和第三罩体设置的功效相同，故在此不再赘述。
38.具体来说，第四上罩10包括左罩和右罩两个部分，左罩和右罩之间形成有第四过孔，以便芯片安装基座2穿过安装在第三罩体内。第四上罩10分为左右两个部分，可在安装时避开磁屏蔽装置上部的其他部件，尽可能多包覆磁屏蔽装置，减少漏磁。进一步地，在本实用新型的一个实施例中，第四上罩10和第四下罩11为常温坡莫合金制成，可选地，为
1j79，且第四上罩10和第四下罩11为双层结构，每层的厚度为1.4mm。
39.进一步地，低温组件9的顶面还形成有第五过孔，以便芯片安装基座2穿过，安装至第三罩体内。
40.在本实用新型的一个实施例中，可选地，低温组件9的形状为圆柱形筒状结构。第四罩体的形状可以为圆柱形筒状结构，也可以为长方体结构。
41.第四罩体外设置有上下连接的装置托筒12，具体地，装置托筒12的材料为高电导率的铝合金，其既可以屏蔽交流磁场，也便于磁屏蔽装置整体搬动。
42.进一步地，第四罩体的双层结构之间、低温组件9与第四罩体之间、以及第四罩体与装置托筒12之间均填充有泡沫垫绝缘隔离，以防止各层之间磁导通，减弱磁屏蔽效能。
43.如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，用于超导计算芯片的磁屏蔽装置还包括芯片安装基座2，超导计算芯片1安装在芯片安装基座2上。芯片安装基座2的一端依次穿过第四上罩10的第四过孔、低温组件9的第五过孔、第一上罩7的第一过孔、第二上罩5的第二过孔以及第三上罩3的第三过孔进入第三罩体内，也即进入低温坡莫合金磁屏蔽层内，超导计算芯片1安装在该低温坡莫合金磁屏蔽层内的中心区域；芯片安装基座2的另一端设置在装置托筒12的外部。进一步地，该第一过孔、第二过孔、第三过孔、第四过孔以及第五过孔均形成在各部件的顶面的中心位置。
44.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。