CN110492274A - 基于形状保护的信号连接结构及其装配方法、封装盒体 - Google Patents

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Abstract

一种基于形状保护的信号连接结构及其装配方法、封装盒体，信号连接结构包括：一壳体，其上设置有连接器安装孔；信号连接器，用于安装于所述连接器安装孔中，包含连接器外壳；其中该连接器外壳呈底宽顶窄的外形，所述连接器安装孔的形状与所述连接器外壳的外形相匹配。当连接器受到外部拉力时，由于壳体形状的阻挡，承担了大部分的拉力，从而减少了电路板与信号连接器焊接处所承担的拉力，增加了连接强度，保护了信号连接器；另外由于连接器外壳底宽顶窄的形状设置，使得信号连接器与壳体之间无直线缝隙，大幅降低了漏光的可能性，使光子不能顺畅通过，达到遮光效果，从而同时实现避免漏光且连接牢固性加强的效果。

Description

基于形状保护的信号连接结构及其装配方法、封装盒体
技术领域
本公开属于集成电路封装技术领域，涉及一种基于形状保护的信号连接结构及其装配方法、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基于形状保护的信号连接结构及其装配方法，以及包含该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收到相当大的噪声)，导致严重影响量子处理器的工作。另一方面，由于材料的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。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种基于形状保护的信号连接结构及其装配方法、封装盒体，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种基于形状保护的信号连接结构，包括：一壳体，其上设置有连接器安装孔；信号连接器，用于安装于所述连接器安装孔中，包含连接器外壳；其中该连接器外壳呈底宽顶窄的外形，所述连接器安装孔的形状与所述连接器外壳的外形相匹配。
在本公开的一些实施例中，所述连接器外壳与所述连接器安装孔之间通过最小公差、零公差或者过盈配合的形式进行装配。
在本公开的一些实施例中，所述底宽顶窄的外形的形式包括如下形式的一种或其组合：圆锥形、棱锥形、梯台形、圆台形以及棱台形。
在本公开的一些实施例中，所述信号连接器还包含：外导体，设置于所述连接器外壳内部靠上的位置；绝缘子，设置于所述连接器外壳内部靠下的位置；以及内导体，穿设于所述绝缘子的内部。
在本公开的一些实施例中，所述信号连接结构安装于一封装盒体的顶盖或者基座中的至少一个上，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，该信号连接结构作为封装盒体的两个组成部分或其中一个组成部分，封装盒体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，在第一壳体和/或第二壳体上设置有连接器安装孔，所述连接器安装孔的形状与对应安装的信号连接器的连接器外壳的外形相匹配。
在本公开的一些实施例中，所述第二壳体上设置有凸台，对应在所述第一壳体上设置有凹槽，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，该信号连接结构能用于10mK～室温的工作环境下。
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信号连接结构。
根据本公开的又一个方面，提供了一种基于形状保护的信号连接结构的装配方法，该装配方法包括：将信号连接器与放置有量子芯片的PCB板进行固定；将壳体的连接器安装孔与该信号连接器的连接器外壳的位置对应，自上而下进行装配。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于形状保护的信号连接结构及其装配方法、封装盒体，具有以下有益效果：
1、在保证连接器通用设计的内部结构不变的前提下，将信号连接器的连接器外壳的外形设置为底宽顶窄的形式，壳体中连接器安装孔的形状与连接器外壳的外形相匹配，即也为底宽顶窄的形式，当连接器受到外部拉力时，由于壳体形状的阻挡，承担了大部分的拉力，从而减少了电路板与信号连接器焊接处所承担的拉力，增加了连接强度，保护了信号连接器；另外由于连接器外壳底宽顶窄的形状设置，使得信号连接器与壳体之间无直线缝隙，大幅降低了漏光的可能性，使光子不能顺畅通过，达到遮光效果，从而同时实现避免漏光且连接牢固性加强的效果。
2、该基于形状保护的信号连接结构安装于封装盒体的顶盖或者基座至少之一，根据实际信号输出需要进行适应性设置即可，包含该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为根据本公开一实施例所示的基于形状保护的信号连接结构作为封装盒体的组成部件的分解结构示意图。
图2为如图1所示的信号连接结构安装于封装盒体中的局部剖面结构示意图。
图3为根据本公开一实施例所示的信号连接器的外壳呈梯形的截面结构示意图。
图4为根据本公开一实施例所示的信号连接器的连接器外壳呈垂直台阶形的截面结构示意图。
图5为根据本公开一实施例所示的包含如图4所示的信号连接器的信号连接结构的示意图。
图6为根据本公开一实施例所示的信号连接器的连接器外壳呈其他形式梯台形的示意图。
【符号说明】
1-壳体/第一壳体；
11-连接器安装孔；
2-信号连接器；
21-连接器外壳； 22-外导体；
23-绝缘子； 24-内导体；
3-第二壳体； 4-PCB板。
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。
本公开的基于形状保护的信号连接结构中，可以仅仅为图1中示意的壳体结构，该壳体例如作为封装盒体的一个封装组件，在该封装组件上进行电信号的传输，比如壳体作为顶盖(如图2所示)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，该信号连接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，该信号连接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包含有外形为底宽顶窄形式的连接器及与之形状匹配的壳体开孔(连接器安装孔)，从而在两个表面均能实现电信号的输出。任何包含将连接器外壳的外形设置为底宽顶窄的形式，壳体中连接器安装孔的形状与连接器外壳的外形相匹配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，提供了一种基于形状保护的信号连接结构。
图1为根据本公开一实施例所示的基于形状保护的信号连接结构作为封装盒体的组成部件的分解结构示意图。图2为如图1所示的信号连接结构安装于封装盒体中的局部剖面结构示意图。
参照图1所示，本公开的基于形状保护的信号连接结构，包括：一壳体1，其上设置有连接器安装孔11；信号连接器2，用于安装于所述连接器安装孔11中，包含连接器外壳21；其中该连接器外壳21呈底宽顶窄的外形，所述连接器安装孔11的形状与所述连接器外壳21的外形相匹配。
本公开不限定壳体1的形状，可以根据实际需要进行适应性设置，例如，在本实施例中，参照图1和图2所示，该信号连接结构作为封装盒体的一个组成部分，比如作为顶盖，对应该信号连接结构的壳体1为封装盒体中的第一壳体1，与该封装盒体的第二壳体3的形状进行匹配设置。
该基于形状保护的信号连接结构可以作为一封装盒体的两个组成部分或者其中一个组成部分，例如为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基于形状保护的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，该信号连接结构可以单独作为封装盒体的基座，或者该信号连接结构同时作为封装盒体的两个组成部分，比如在封装盒体两面均进行信号输出的情形下，一个信号连接结构作为顶盖，一个信号连接结构作为基座，两个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。本公开中，该信号连接结构作为封装盒体的两个组成部分或其中一个组成部分，封装盒体包括第一壳体1和第二壳体3，第一壳体1与第二壳体3相对一面的形状互补，在第一壳体1和/或第二壳体3上设置有连接器安装孔(例如图1中示例的连接器安装孔11)，所述连接器安装孔的形状与对应安装的信号连接器的连接器外壳的外形相匹配。
本实施例中，所述连接器外壳21与所述连接器安装孔11之间通过最小公差、零公差或者过盈配合的形式进行装配。
图3为根据本公开一实施例所示的信号连接器的外壳呈梯形的截面结构示意图。
参照图3、图4和图6所示，本公开中，所述连接器外壳21的底宽顶窄的外形的形式包括但不限于如下形式的一种或其组合：圆锥形、棱锥形、梯台形、圆台形以及棱台形等。
参照图3所示，在本实施例的一个实例中，以横截面呈底宽顶窄的梯形来示例连接器外壳的外形，其立体结构可以是圆台形、棱台形。参照图3所示，该信号连接器2的内部结构包含：外导体22，设置于所述连接器外壳21内部靠上的位置；绝缘子23，设置于所述连接器外壳21内部靠下的位置；以及内导体24，穿设于所述绝缘子23的内部。
图4为根据本公开一实施例所示的信号连接器的外壳呈垂直台阶形的截面结构示意图。图5为根据本公开一实施例所示的包含如图4所示的信号连接器的信号连接结构的示意图。
在本实施例的其它实例中，连接器外壳的外形还可以是梯台形或者锥形，梯台形可以是如图4所示的包含两个垂直设置的台阶的结构，两个台阶垂直设置，该实例中，包含垂直台阶形状的连接器外壳21的信号连接器2的内部结构与上述包含梯形截面形状的连接器外壳21的信号连接器2的内部结构相同，这里不再赘述。如图5所示，对应的壳体1上的连接器安装孔11的形状与该连接器外壳21的形状相匹配，也呈梯台形。
在另外的实例中，连接器外壳21的外形还可以是如图6中(a)所示的包含多个(大于两个)垂直台阶的结构、如图6中(b)所示的包含多个(大于等于2个)向内侧倾斜台阶的结构或者如图6中(c)所示的同时包含垂直台阶和向内侧倾斜台阶组合形式的结构。其中，本公开中信号连接器的外壳为梯台形式，对应的台阶的数量任意，可以是1～无限大。
在保证连接器通用设计的内部结构不变的前提下，将信号连接器2的连接器外壳21的外形设置为底宽顶窄的形式，壳体1中连接器安装孔11的形状与连接器外壳21的外形相匹配，即也为底宽顶窄的形式，当信号连接器2受到外部拉力时，由于壳体1形状的阻挡，承担了大部分的拉力，从而减少了电路板与信号连接器焊接处所承担的拉力，增加了连接强度，保护了信号连接器2；另外由于连接器外壳21底宽顶窄的形状设置，使得信号连接器2与壳体1之间无直线缝隙，大幅降低了漏光的可能性，使光子不能顺畅通过，达到遮光效果，从而同时实现避免漏光且连接牢固性加强的效果。
为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。
本公开通过在保证连接器通用设计的内部结构不变的前提下，将连接器的外形设置为底宽顶窄的形式，壳体中连接器安装孔的形状与连接器外壳的外形相匹配，整体上实现较好的无漏光且牢固性加强的效果。
第二实施例
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种基于形状保护的信号连接结构，该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。
本实施例中，如图2所示，该信号连接结构包括作为封装盒体的用于传输信号的第一壳体1，在第一壳体1上设置有连接器安装孔11；信号连接器2，用于安装于所述连接器安装孔11中，包含连接器外壳21；其中该连接器外壳21呈底宽顶窄的外形，所述连接器安装孔11的形状与所述连接器外壳21的外形相匹配；该信号连接结构还包括：与第一壳体相对设置的第二壳体3，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。
本实施例中，第一壳体1作为封装盒体的顶盖(例如图1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。
在一实施例中，所述第一壳体1上设置有凹槽，对应在所述第二壳体3上设置有凸台，该凹槽的深度大于所述凸台的凸起高度。
第一壳体1(顶盖)与第二壳体3(基座)相对的一面形状互补，例如在一实例中，第一壳体为基座/顶盖，第二壳体对应为顶盖/基座，在基座/顶盖上设置有向上的凸台，用于承载PCB板及量子芯片，第二壳体(顶盖/基座)中与基座/顶盖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。
本文中，“/”前面的内容与“/”前面的内容对应，“/”后面的内容与“/”后面的内容对应，“A/B”表示A或B的含义。
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。也就是说，本公开的基于形状保护的信号连接结构作为封装盒体的组成部分时，对应壳体的形状根据实际需要进行设置。
本实施例中，结合图1和图2所示，所述封装盒体内部具有放置PCB板4的放置空间，所述PCB板4用于放置量子芯片，量子芯片与PCB板4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。
在本公开的优选实施例中，在PCB板上设置有开孔，该开孔的尺寸大于或者小于所述量子芯片的尺寸，该方案在本申请的同日申请中进行详细介绍，这里不作说明。当然，其他类型的PCB板和量子芯片的放置形式也在本公开的保护范围之内，例如，PCB板为整块板子，量子芯片放置于该PCB板之上。
本实施例中，该信号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，不论在室温下还是极低温下，由于信号连接器的连接器外壳的外形设置为底宽顶窄的形式，壳体中连接器安装孔的形状与连接器外壳的外形相匹配，即也为底宽顶窄的形式，当连接器受到外部拉力时，由于壳体形状的阻挡，承担了大部分的拉力，从而减少了电路板与信号连接器焊接处所承担的拉力，增加了连接强度，保护了信号连接器；另外由于连接器外壳底宽顶窄的形状设置，使得信号连接器与壳体之间无直线缝隙，大幅降低了漏光的可能性，使光子不能顺畅通过，达到遮光效果，从而同时实现避免漏光且连接牢固性加强的效果；降低了漏光的可能性，并且避免或减少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。
第三实施例
在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种基于形状保护的信号连接结构。本实施例的信号连接结构与第二个实施例的结构相比，区别在于，本实施例的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。本实施例中，该信号连接结构同时作为封装盒体的顶盖和基座，封装盒体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。在第一壳体和第二壳体上均有对应的信号连接器，第一壳体和第二壳体上均设置有连接器安装孔，用于与对应的信号连接器连接，信号连接器包含连接器外壳；其中每个连接器外壳呈底宽顶窄的外形，所述连接器安装孔的形状与对应的连接器外壳的外形相匹配。
需要说明的是，每个连接器的外形可以相同，也可以不同，只要是呈底宽顶窄的外形均在本公开的保护范围之内。当然，处于简化加工的目的，可以选取位于同一侧的连接器外壳的外形相同。
本实施例的基于形状保护的信号连接结构增加了连接强度，保护了信号连接器；另外由于连接器外壳底宽顶窄的形状设置，使得信号连接器与壳体之间无直线缝隙，大幅降低了漏光的可能性，使光子不能顺畅通过，达到遮光效果，从而同时实现避免漏光且连接牢固性加强的效果；降低了漏光的可能性，并且避免或减少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。
第四实施例
在本公开的第四个示例性实施例中，提供了一种封装盒体，用于封装量子芯片，包含本公开的任一种基于形状保护的信号连接结构。
本实施例的封装盒体可用于极低温环境中，例如为10mK～室温的工作环境都能保持良好的信号传输性能，当连接器受到外部拉力时，由于壳体形状的阻挡，承担了大部分的拉力，从而减少了电路板与信号连接器焊接处所承担的拉力，增加了连接强度，保护了信号连接器；另外由于连接器外壳底宽顶窄的形状设置，使得信号连接器与壳体之间无直线缝隙，大幅降低了漏光的可能性，使光子不能顺畅通过，达到遮光效果，从而同时实现避免漏光且连接牢固性加强的效果。
第五实施例
在本公开的第五个示例性实施例中，提供了一种基于形状保护的信号连接结构的装配方法，参照图1所示，该装配方法包括：将信号连接器2与放置有量子芯片的PCB板4进行固定；将壳体1的连接器安装孔11与该信号连接器2的连接器外壳21的位置对应，自上而下进行装配。从而使得该连接器外壳21由顶端到底端逐渐套入所述连接器安装孔11中。
综上所述，本公开提供了一种基于形状保护的信号连接结构及其装配方法、封装盒体，在保证连接器通用设计的内部结构不变的前提下，将信号连接器的连接器外壳的外形设置为底宽顶窄的形式，壳体中连接器安装孔的形状与连接器外壳的外形相匹配，即也为底宽顶窄的形式，当连接器受到外部拉力时，由于壳体形状的阻挡，承担了大部分的拉力，从而减少了电路板与信号连接器焊接处所承担的拉力，增加了连接强度，保护了信号连接器；另外由于连接器外壳底宽顶窄的形状设置，使得信号连接器与壳体之间无直线缝隙，大幅降低了漏光的可能性，使光子不能顺畅通过，达到遮光效果，从而同时实现避免漏光且连接牢固性加强的效果。该基于形状保护的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。
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。

Claims (10)

1.一种基于形状保护的信号连接结构，其特征在于，包括：
一壳体，其上设置有连接器安装孔；
信号连接器，用于安装于所述连接器安装孔中，包含连接器外壳；
其中该连接器外壳呈底宽顶窄的外形，所述连接器安装孔的形状与所述连接器外壳的外形相匹配。
2.根据权利要求1所述的信号连接结构，其特征在于，所述连接器外壳与所述连接器安装孔之间通过最小公差、零公差或者过盈配合的形式进行装配。
3.根据权利要求1所述的信号连接结构，其特征在于，所述底宽顶窄的外形的形式包括如下形式的一种或其组合：
圆锥形、棱锥形、梯台形、圆台形以及棱台形。
4.根据权利要求1所述的信号连接结构，其特征在于，所述信号连接器还包含：
外导体，设置于所述连接器外壳内部靠上的位置；
绝缘子，设置于所述连接器外壳内部靠下的位置；以及
内导体，穿设于所述绝缘子的内部。
5.根据权利要求1所述的信号连接结构，其特征在于，所述信号连接结构安装于一封装盒体的顶盖或者基座中的至少一个上，该封装盒体的外部密封，内部具有容置空间。
6.根据权利要求1所述的信号连接结构，其特征在于，该信号连接结构作为封装盒体的两个组成部分或其中一个组成部分，封装盒体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，在第一壳体和/或第二壳体上设置有连接器安装孔，所述连接器安装孔的形状与对应安装的信号连接器的连接器外壳的外形相匹配；
可选的，所述第二壳体上设置有凸台，对应在所述第一壳体上设置有凹槽，该凹槽的深度大于所述凸台的凸起高度。
7.根据权利要求5所述的信号连接结构，其特征在于，所述容置空间用于放置PCB板，所述PCB板用于放置量子芯片。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的信号连接结构，其特征在于，该信号连接结构能用于10mK～室温的工作环境下。
9.一种封装盒体，用于封装量子芯片，其特征在于，包含权利要求1至8中任一项所述的信号连接结构。
10.一种如权利要求1至8中任一项所述的基于形状保护的信号连接结构的装配方法，其特征在于，包括：
将信号连接器与放置有量子芯片的PCB板进行固定；
将壳体的连接器安装孔与该信号连接器的连接器外壳的位置对应，自上而下进行装配。
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