CN111149439A - 将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成到印刷电路板中 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上涉及超导器件，更具体地，涉及将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成到印刷电路板。印刷电路板包括一个或多个板层。第一芯片腔(502)形成在所述一个或多个板层(500)中，其中，第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置在所述第一芯片腔中。所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器包括至少一个端口，每个端口连接至设置在所述一个或多个板层中的至少一个上的至少一个连接器，其中所述一个或多个板层中的至少一个包括形成在所述一个或多个板层中的所述至少一个上的电路迹线(506)。

Description

将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成到印刷电路板中
技术领域
本发明一般地涉及超导器件。更具体地说，本发明涉及将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成到印刷电路板中。
背景技术
超导量子计算是在超导电子电路中的量子计算机的一种实现方式。量子计算研究了量子现象在信息处理和通信中的应用。存在量子计算的各种模型，并且最流行的模型结合了量子比特和量子门(quantum gate)的概念。量子比特是具有两个可能状态的比特的一般化，但是可以处于两个状态的量子叠加中。量子门是逻辑门的一般化，然而，量子门描述了在给定一个或多个量子比特的初始状态下，在门被应用于它们之后一个或多个量子比特将经历的变换。
与量子比特相关联的电磁能可以被存储在所谓的约瑟夫逊结中以及被存储在用于形成量子比特的电容和电感元件中。在一个示例中，为了读出量子比特状态，将微波信号施加到在腔频率(cavity frequency)下耦合到量子比特的微波读出腔。发射(或反射)的微波信号经过多个热隔离级和低噪声放大器，低噪声放大器需要阻挡或降低噪声并提高信噪比。在室温下测量微波信号。返回/输出的微波信号的幅度和/或相位携带关于量子比特状态的信息，诸如量子比特是处于基态还是激发态或者处于两种状态的叠加。携带关于量子比特状态的量子信息的微波信号通常是微弱的，大约几个微波光子。为了用室温电子器件测量这个微弱的信号，低噪声约瑟夫逊放大器通常被用作量子系统的输出端处的前置放大器(第一放大级)，以提升量子信号并改善输出链的信噪比。除了约瑟夫逊放大器之外，采用约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的某些约瑟夫逊微波组件，诸如约瑟夫逊循环器、约瑟夫逊隔离器、以及约瑟夫逊混频器，被预期在可缩放量子处理器以及量子通信中扮演关键角色。
约瑟夫逊参量放大器是在量子比特的读出和量子系统的测量中使用的高增益、低噪声放大器。
约瑟夫逊环调制器(Josephson ring modulator，JRM)是基于约瑟夫逊隧道结的非线性色散元件，其可以在量子极限下执行微波信号的三波混频。JRM由约瑟夫逊结(Josephson Junctions，JJ)组成。为了构造非简并参量器件，即约瑟夫逊参量转换器(Josephson parametric converter，JPC)(约瑟夫逊参量放大器的一个示例)，其能够在量子极限下放大和/或混频微波信号(没有放大)，JRM耦合到两个不同的微波谐振器。
发明内容
本发明的实施例涉及印刷电路板。印刷电路板的非限制性示例包括一个或多个板层。第一芯片腔形成在所述一个或多个板层中，其中，第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置在所述第一芯片腔中。所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器包括至少一个端口，每个端口连接至设置在所述一个或多个板层中的至少一个上的至少一个连接器，其中所述一个或多个板层中的至少一个包括形成在所述一个或多个板层中的所述至少一个上的电路迹线。
本发明的实施例涉及印刷电路板。印刷电路板的非限制性示例包括电介质基板。第一芯片腔和第二芯片腔形成在所述电介质基板内，其中第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置在所述第一芯片腔内，并且第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置在所述第二芯片腔内。第一芯片腔和第二芯片腔可以利用用于印刷电路板等的本领域已知的任何蚀刻、去除和/或制造技术来形成。所述约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器中的每一个包括至少一个端口，每个端口电子地耦合至至少一个连接器，并且所述至少一个连接器中的每一个设置在所述电介质基板上。
本发明的实施例涉及印刷电路板。印刷电路板的非限制性示例包括一个或多个板层。第一芯片腔和第二芯片腔形成在所述一个或多个板层内，其中，第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器被设置在所述第一芯片腔内，并且第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器被设置在所述第二芯片腔内。耦合器被设置在所述一个或多个板层中的至少一个上，其中，所述耦合器包括第一插脚和第二插脚，并且所述第一插脚被电子地耦合到所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，并且所述第二插脚被电子地耦合到所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。
本发明的实施例涉及将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成到印刷电路板中。将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成到印刷电路板中的方法的非限制性示例包括提供一个或多个板层。在所述一个或多个板层内形成第一芯片腔，其中，所述第一芯片腔可操作用于接纳约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器被设置到第一芯片腔中，并且至少一个连接器被设置在一个或多个板层中的至少一个上。
本发明的实施例涉及将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成到印刷电路板中。用于将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成到印刷电路板中的方法的非限制性示例包括提供电介质层。第一芯片腔和第二芯片腔形成在所述电介质基板内，其中所述第一芯片腔可操作以接纳第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，并且所述第二芯片腔可操作以接纳第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器被设置到所述第一芯片腔中，并且所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器被设置到所述第二芯片腔中。至少一个连接器设置在一个或多个板层的至少一个上。
通过本发明的技术实现了额外的技术特征和益处。本发明的实施例和各方面在本文中详细描述，并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，参考详细描述和附图。
附图说明
在权利要求中特别指出并清楚地要求了本文描述的专有权的细节。从下面结合附图的详细描述中，本发明的实施例的前述和其它特征和优点将变得显而易见，其中：
图1描述了根据本发明实施例的约瑟夫逊定向放大器100的示例，而没有示出90°混频耦合器；
图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的示例混频耦合器；
图3描述了根据本发明的一个或多个实施例的集成在印刷电路板(PCB)内的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的顶视图；
图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的集成在印刷电路板(PCB)内的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的底视图；
图5描述根据本发明的一个或多个实施例的印刷电路板(PCB)的埋入或内板层；
图6示出了根据本发明的一个或多个实施例的集成在印刷电路板(PCB)内的两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的顶视图；
图7描述了根据本发明的一个或多个实施例的集成在印刷电路板(PCB)内的两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的底视图；以及
图8示出了根据本发明的一个或多个实施例的集成有两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的印刷电路板(PCB)的顶视图。
本文描述的图是说明性的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本文描述的图或操作进行许多变化。例如，可以以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。此外，术语“耦合”及其变型描述了在两个元件之间具有通信路径，并且不暗示元件之间的直接连接而在它们之间没有中间元件/连接。所有这些变化都被认为是说明书的一部分。
具体实施方式
为了简洁起见，本文可以详细描述或不详细描述与半导体和/或超导器件以及集成电路(integrated circuit，IC)制造相关的常规技术。此外，本文所述的各种任务和过程步骤可并入具有本文未详细描述的额外步骤或功能性的更综合程序或过程中。特别地，半导体和/或超导器件和基于半导体/超导体的IC的制造中的各个步骤是公知的，因此为了简洁起见，许多常规步骤在本文中将仅简要提及，或者将完全省略，而不提供众所周知的过程细节。
现在转向与本发明的各方面更具体相关的技术的概述，基于约瑟夫逊的微波电路，诸如定向放大器、循环器、隔离器、开关，需要将多个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器集成在一起。随着超导量子处理器的规模扩大，预期它们需要大量的量子限制的约瑟夫逊放大器，以便执行量子比特状态的高保真度、量子非破坏(quantum nondemolition，QND)测量。将这些放大器单独地封装在单独的封装或单独的低温防护磁屏蔽罐中从长远来看是不切实际的，并且在大的量子处理器中是不可能的。
现在转到本发明的各方面的概述，本发明的一个或多个实施例通过提供将基于约瑟夫逊的微波电路集成到印刷电路板(PCB)中来解决现有技术的上述缺点。
更具体地，本发明的上述方面通过提供增强的灵活性、降低的成本、增加的模块性以及与常规金属微波电路和组件(诸如，集总元件电容器、集总元件电感器和集总元件电阻器)的简化耦合，解决了现有技术的缺点(诸如，完全片上集成或将分立组件组合在单独的封装中)。另外，该集成方案使得能够放置在大规模量子处理器中将需要的高密度约瑟夫逊放大器和/或约瑟夫逊混频器。使用该集成方案，可以使用各种微波技术来控制、减少或减轻各种组件之间的串扰，诸如使用通孔(vias)、使用用于不同组件的不同封装以及通过不同金属层来路由信号。将该器件分成通过PCB连接的多个芯片的另外两个优点是(1)消除了与大尺寸芯片或大金属封装相关联的低频芯片模式，以及(2)为冷冻级提供了更好的热化。
图1描述了两个约瑟夫逊参量放大器的示例，其以反射方式工作，在这种情况下是JPC，这两个约瑟夫逊参量放大器与微波组件(即90°混频耦合器)集成以形成更复杂的约瑟夫逊微波器件，在这个示例中该约瑟夫逊微波器件是约瑟夫逊定向放大器100。图1示出了本发明实施例的约瑟夫逊定向放大器，没有示出根据90°混频耦合器。然而，应当理解，尽管未示出，但混频耦合器104被连接。三波混频约瑟夫逊放大器102_1和102_2中的每一个包括约瑟夫逊环调制器(Josephson ring modulator，JRM)1010，JRM 1010是基于(4)外环中的约瑟夫逊隧道结1006的非线性色散元件，该约瑟夫逊隧道结1006可以在量子极限下执行微波信号的三波混频。特别地，JRM 1010包括以惠斯通电桥配置布置的四个标称相同的约瑟夫逊结。
在三波混频约瑟夫逊放大器102_1和102_2的每一个中，微波谐振器中的一个被描述为谐振器_a 1002，另一被描述为谐振器_b 1004。谐振器_a 1002可被称为信号谐振器(Signal resonator)，而谐振器_b 1004可被称为空闲谐振器(Idler resonator)。谐振器1002和1004被示为传输线谐振器，但是谐振器1002和1004可以被实现为集总元件等。在图1中，90°混频耦合器104将连接到端口a1_1和a2_1。例如，图2描述了来自连接到90°混频耦合器104的一个插脚的三波混频约瑟夫逊放大器102_1的信号谐振器_a 1002的端口a1_1，以及来自连接到90°混频耦合器104的相对插脚的三波混频约瑟夫逊放大器102_2的信号谐振器_a 1002的端口a2_1。图2仅是约瑟夫逊定向放大器100的部分视图，示出了谐振器1002与混频耦合器104的连接。
在图1中，端口b1_2和b2_1是电子地耦合的。有各种方式将泵浦信号(pumpsignal)1和泵浦信号2馈送到约瑟夫逊放大器102_1和102_2，它们具有相等的振幅、相同的频率fp，但具有零或非零的相位差。作为一个示例，在图1中，泵浦p1和泵浦p2可以被馈送到电容性地耦合到JRM 1010的两个相邻节点的短路耦合带状线形式的片上通量线。这种泵浦线可以支持泵浦频率处的微波音调和对JRM进行通量偏置的直流(DC)电流两者。低通滤波器1012可以耦合在泵浦端口和通量线1008之间，以防止从信号谐振器1002和空闲谐振器1004的功率泄漏。另一种用于对JRM进行通量偏置的方式是通过使用附接到约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器封装的外部磁线圈和/或使用集成在芯片上或封装中的非常小的磁性材料。另一种馈送泵浦驱动的方式是通过使用电容性地耦合到JRM 1010的相对节点的片上3端口功率分配器。此外，每个谐振器_a 1002和谐振器_b 1004具有两端。
图1示出了谐振器_a 1002的一端电容性地耦合到连接到90°混频104的一个端口的馈线(约瑟夫逊放大器/混频器102_1的a1_1和约瑟夫逊放大器/混频器102_2的a2_1)。谐振器_a 1002的另一端连接到短接到地的馈线(约瑟夫逊放大器/混频器102_1的a1_2和约瑟夫逊放大器/混频器102_2的a2_2)。谐振器_b 1004的一端(约瑟夫逊放大器/混频器102_1的b1_2和约瑟夫逊放大器/混频器102_2的b2_1)电容性地耦合到两个约瑟夫逊放大器/混频器102_1和102_2的两个谐振器_b之间的共享传输线。谐振器_b的另一端(约瑟夫逊放大器/混频器102_1的b1_1和约瑟夫逊放大器/混频器102_2的b2_2)电容性地耦合到由50欧姆负载端接的馈线。
在一个或多个实施例中，混频器102_1和102_1中的每一个是约瑟夫逊参量转换器。在图1中，第一约瑟夫逊参量转换器102_1包括电子地耦合到信号端口a1的信号谐振器(例如，谐振器_a 1002)，并且第二约瑟夫逊参量转换器102_2包括电子地耦合到另一信号端口a2的另一信号谐振器(例如，谐振器_a 1002)。第一约瑟夫逊参量转换器102_1包括耦合到空闲端口b1的空闲谐振器(例如，谐振器_b 1004)，并且第二约瑟夫逊参量转换器102_2包括耦合到另一空闲端口b2的另一空闲谐振器(例如，谐振器_b 1004)。混频耦合器104的一个插脚电子地耦合到信号端口a1_1，并且混频耦合器104的另一插脚电子地耦合到另一信号端口a2_1。不直接连接到JPC端口a1_1和a2_1的90°混频104的一个端口形成整个器件的端口1。类似地，不直接连接到JPC端口a1_1和a2_1中的任一个的90°混频104的另一端口形成整个器件的端口2。端口1和端口2传送定向约瑟夫逊放大器的输入和输出信号。图8中示出了PCB集成约瑟夫逊定向放大器的示例。
在一个或多个实施例中，本文描述的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器可以集成到印刷电路板(PCB)中。
图3描述了根据本发明的一个或多个实施例的集成在印刷电路板(PCB)内的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的顶视图。如本文所述，电子组件可以连接到印刷电路板(PCB)，也称为印刷线路板(printed wiring board，PWB)。印刷电路板(PCB)技术通常涉及在绝缘基板上形成导电迹线，以实现安装到或插入到PCB中的电子组件之间的复杂互连。在板的两侧上具有导电迹线的PCB，以及交替的绝缘层和导电层的多层布置。此外，在PCB内实现从层到层的连接可以通过通孔来完成。应清楚地理解，在下文阐述的PCB基板的任何实施例中，这些基板可由除“传统”印刷电路板材料以外的材料形成。例如，“PCB”基板可由一层或多层塑料材料形成，诸如聚酰亚胺，可选地具有夹在其间的导电箔层。
数字电子器件和其它器件(包括模拟器件)安装在印刷电路板上，该印刷电路板被设计成放置在电气或电子设备或产品内。类似于位于芯片内的器件之间的互连，安装在印刷电路板上的各种组件通过电通路连接，通常是称为“迹线”的金属互连。迹线通常是沉积的导电材料(通常是铜)的细线。印刷电路板上的组件之间的互连的设计和配置决定了板的功能。大多数印刷电路板通常包含多个互连层。因此，整个电路或“网”可以完全位于板的内层上。实际上，板的网几乎总是延伸到外部层。
印刷电路板(PCB)300包括如上所述的多个金属层和电介质层。外部(顶部)层包括四个连接器(302_1、302_2、302_3、302_4)和布置在外部层上的顶盖304。四个连接器(302_1、302_2、302_3、302_4)可以是任何类型的连接器，包括但不限于SMA、SSMA、SMB、SMP等。四个连接器还可以是连接到PCB 300上的高密度迹线的高密度连接器。四个连接器可以是焊接的、表面安装的、机械压制的等。各种迹线、板层和组件的分层和连接可通过任何印刷电路板组装技术来执行。
图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的集成在印刷电路板(PCB)内的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的底视图。外部(底部)层包括布置在外部层上的底盖414。顶盖304和底盖414都可操作以封闭集成在印刷电路板300内的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。顶盖304和底盖414可以是附接到PCB 300的高热传导率封装，诸如无氧高传导率(oxygen-free-high-conductivity，OFHC)铜和金。
图5描述了根据一个或多个实施例的印刷电路板的埋入层或内板层。埋入板层500包括腔502。腔502可操作以接纳约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，诸如图1中描述的三波混频放大器102_1或102_2。埋入板层500包括四条迹线506，每条迹线终止于腔502中并终止于终止点504_1-504_4处。终止点504_1至504_4可以连接到来自图3的连接器302_1至302_4。迹线506可以被引线键合到来自图1的约瑟夫逊放大器102_1的端口a1_1、a2_2、b1_1和b1_2。PCB 300可包括顶层、底层和多个埋入板层(例如500)，它们利用任何PCB制造技术连接。另外，埋入板层500的迹线506可利用通孔连接到其它埋入层和/或顶层和底层的迹线。通孔是物理电子电路中穿过一个或多个相邻层的平面的层之间的电连接。
图6示出了根据本发明的一个或多个实施例的集成在印刷电路板(PCB)内的两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的顶视图。印刷电路板600包括如上所述的多个板层。外部(顶部)层包括四个连接器(602_1、602_2、602_3、602_4)和布置在外部层上的顶盖604。PCB 600的外部层包括形成在外部层上的迹线606。本文使用的“迹线”可以是任何电子传输线，诸如带状线、微带、共面波导、耦合带状线等。外部(顶部)层上的迹线606可以利用通孔或其他传输装置连接到设置在PCB 600的其他层上的迹线或其他元件。
图7描述了根据本发明的一个或多个实施例的集成在印刷电路板(PCB)内的两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的底视图。外部(底部)层包括第一芯片腔702_1和第二芯片腔702_2。第一芯片腔702_1和第二芯片腔702_2的尺寸和配置被设计成接纳集成电路芯片，诸如约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。外部(底部)层包括连接第一芯片腔702_1和第二芯片腔702_2的多个迹线706。此外，迹线706可以利用通孔连接到外部(顶部)层上的迹线606。通过通孔和迹线606的迹线706可以将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器连接到连接器602_1至602_4。迹线706可以被引线键合到设置在腔702_1和702_2中的每一个内的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的端口a1_1、a2_2、b1_1和b1_2。PCB 600还包括可以布置在外部(底部)层上的底盖704。顶盖604和底盖704两者都可操作以封闭集成在印刷电路板600内的两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。顶盖604和底盖704可以是附接到PCB 600的高热传导率封装，诸如无氧高传导率(OFHC)铜和金。底盖704包括腔708，其可以封闭两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，使得底盖704不接触任何迹线706。顶盖604为两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器提供安装表面。与底盖类似，顶盖604不接触任何迹线606
图8示出了根据本发明的一个或多个实施例的集成有两个约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的印刷电路板的顶视图。该PCB集成的约瑟夫逊器件的电路图在图1和图2中示出。印刷电路板800包括约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器102_1、102_2、混频耦合器104、泵浦1、泵浦2的组件以及图1和图2中发现的其他各种组件。PCB 800包括六个连接器(802_1至802_6)。六个连接器(802_1至802_6)可以是任何类型的连接器，包括但不限于SMA、SSMA、SMB、SMP等。六个连接器还可以是连接到PCB 800上的高密度迹线的高密度连接器。六个连接器(802_1至802_6)中的每一个耦合到来自图1和图2的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器102_1和102_2以及混频耦合器104的不同端口。连接器802_1耦合到混频耦合器104的端口1。连接器802_2耦合到混频耦合器104的端口2。连接器802_3耦合到102_1的泵浦1的输入端口，并且连接器802_4耦合到102_2的泵浦2。连接器802_5耦合到102_1的端口b1_1，并且连接器802_6耦合到102_2的端口B2_2。六个连接器(802_1至802_6)可以利用形成在PCB800的一层或多层上的迹线和通孔的任意组合而耦合到它们各自的端口。PCB 800的内层包括形成在该内层上并利用迹线和通孔的任意组合连接到连接器802_1和802_2的混频耦合器。另外，混频耦合器104的第一插脚和第二插脚(例如，输出端口)可以利用跨PCB 800的一层或多层的迹线和通孔的任意组合，分别耦合到约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器102_1和102_2的输入端口a1_1和a2_1。PCB 800包括顶盖804，其可以安装/封闭集成在PCB 800内的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器102_1和102_2。顶盖804可以是附着到PCB 800的高热传导率封装，例如无氧高传导率(OFHC)铜和金。
在一个或多个实施例中，在本文描述的印刷电路板可以被布置为形成彼此分离(具有它们自己的输入和输出连接器)或耦合在一起以形成其他约瑟夫逊器件的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的一个(或多个)阵列。该阵列可以是规则或不规则的图案。电路板可以在约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器或集成在包括量子处理器的一个或多个PCB中的其他微波组件之间路由信号，诸如微波信号。PCB包括一个或多个金属和/或电介质层。电介质可以是低损耗电介质基板。金属层可以包括低损耗、普通金属或超导材料。本文描述的连接器可以是用于输入/输出的表面安装微波连接器或高密度微波连接器。PCB中的迹线(即传输线)可以是例如微带、带状线、共面波导和耦合带状线的形式。
在本发明的一个或多个实施例中，本文描述的PCB可以具有集成在PCB中的多于两个的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。集成在PCB中的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器可以被容纳在附接至PCB的高电导性封装中。具有集成的约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的这些PCB可以被用于形成按比例放大量子处理器所需的更复杂的微波电路，例如，量子限制的放大器、循环器、隔离器、以及开关。
在一个或多个实施例中，PCB金属层可以是例如铜、金、银、铝和铟中的任何一种。PCB也可以替换为支持倒装芯片技术的印刷线路板、有机基板和类似基板，其中芯片的焊盘通过隆起键合或隆起焊料连接到基板。
在本文中参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设计出替代实施例。尽管在以下描述和附图中阐述了元件之间的各种连接和位置关系(例如上方、下方、相邻等)，但是本领域技术人员将认识到，本文描述的许多位置关系是与取向无关的，当即使改变了取向也保持了所描述的功能。除非另有说明，这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不旨在在这方面进行限制。因此，实体的耦合可以指直接或间接耦合，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接位置关系。作为间接位置关系的一个示例，本说明书中提到在层“B”上形成层“A”包括这样的情况：其中一个或多个中间层(例如层“C”)在层“A”和层“B”之间，只要层“A”和层“B”的相关特性和功能基本上不被(多个)中间层改变。
以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如本文所用，术语“包含”、”“包括”，“具有”，“含有”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置不一定仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置固有的其他要素。
另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。在本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为比其它实施例或设计更优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”被理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”应理解为包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
说明书中对“一个实施例”、“实施例”和“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以包括或者可以不包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定是指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来影响这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内的，而不管是否明确描述。
术语“大约”、“基本上”、“近似的”及其变体旨在包括与基于提交本申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差度。例如，“大约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。
如本文先前所述，为了简洁起见，本文可能详细描述或可能不详细描述与超导器件和集成电路(IC)制造有关的常规技术。然而，作为背景，现在将提供对可用于实现本发明的一个或多个实施例的超导器件制造工艺的更一般的描述。尽管在实现本发明的一个或多个实施例中使用的特定制造操作可以是单独已知的，但是所描述的操作的组合和/或本发明的结果结构是独特的。因此，结合根据本发明的半导体器件的制造所描述的操作的独特组合利用了在电介质(例如硅)基板上的超导上执行的各种单独已知的物理和化学工艺，其中一些在紧接的下述段落中描述。
通常，用于形成将被封装到IC中的微芯片的各种工艺属于一般类别，包括膜沉积、去除/蚀刻和图案化/光刻。沉积是将材料生长、涂覆或以其它方式转移到晶片上的任何工艺。可用的技术包括物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、电化学沉积(electrochemical deposition，ECD)、分子束外延(molecular beam epitaxy，MBE)以及最近的原子层沉积(atomic layerdeposition，ALD)等。去除/蚀刻是从晶片去除材料的任何工艺。实例包括蚀刻工艺(湿法或干法)和化学机械平坦化(chemical-mechanical planarization，CMP)等。导体(例如，多晶硅、铝、铜等)和绝缘体(例如，各种形式的二氧化硅、氮化硅等)两者的膜都用于连接和隔离组件。光刻是在半导体基板上形成三维浮雕图像或图案，以便随后将图案转移到基板上。在光刻中，图案由称为光致抗蚀剂的光敏聚合物形成。为了构建电路的复杂结构，光刻和蚀刻图案转移步骤被重复多次。印刷在晶片上的每个图案与先前形成的图案对准，并且缓慢地构建导体、绝缘体和其它区域以形成最终器件。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的制造和/或操作方法的可能实现。该方法的各种功能/操作在流程图中由方框表示。在一些替代实施方案中，框中所注明的功能可不按图中所注明的次序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。
已经出于说明的目的给出了本发明的各种实施例的描述，但是其不旨在是穷尽的或限于所公开的实施例。在不背离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择本文所使用的术语以最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场上存在的技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文所描述的实施例。

Claims (25)

1.一种印刷电路板(PCB)，包括：
一个或多个板层；以及
第一芯片腔，所述第一芯片腔形成在所述一个或多个板层之内，其中，第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器被设置在所述第一芯片腔之内；
其中，所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器包括至少一个端口，每个端口连接至设置在所述一个或多个板层中的至少一个上的至少一个连接器；
其中所述一个或多个板层中的至少一个包括形成在所述一个或多个板层中的所述至少一个上的电路迹线。
2.如权利要求1所述的印刷电路板，还包括：
第一盖和第二盖；
所述第一盖可操作以安装或封闭所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中所述第一盖设置在所述一个或多个板层的第一外层上；以及
所述第二盖可操作以封闭所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中所述第二盖设置在所述一个或多个板层的第二外层上。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板，其中所述第一盖和所述第二盖包括无氧高传导率(OFHC)铜。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，一个或多个电路迹线形成在所述一个或多个板层中的至少一个上。
5.如权利要求4所述的印刷电路板，还包括：
一个或多个通孔，所述一个或多个通孔连接形成在所述一个或多个板层上的所述一个或多个电路迹线。
6.一种印刷电路板(PCB)，包括：
电介质基板；以及
第一芯片腔和第二芯片腔，所述第一芯片腔和所述第二芯片腔形成在所述电介质基板内，其中，第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置在所述第一芯片腔内，并且第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置在所述第二芯片腔内；
其中，所述约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器中的每一个包括至少一个端口，每个端口电子地耦合到至少一个连接器；以及
其中，所述至少一个连接器中的每一个设置在所述电介质基板上。
7.如权利要求6所述的印刷电路板，其中，电路迹线形成在所述电介质基板的第一金属表面和所述电介质基板的第二金属表面上。
8.如权利要求7所述的印刷电路板，还包括：
一个或多个通孔，所述一个或多个通孔连接印刷在所述电介质基板的第一表面和第二表面上的所述电路迹线。
9.如权利要求7所述的印刷电路板，还包括：
第一盖和第二盖；
所述第一盖可操作以安装所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器以及所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中，所述第一盖设置在所述电介质基板的第一表面上；以及
所述第二盖可操作以封闭所述第一非简并器件和所述第二非简并器件，其中，所述第二盖设置在所述电介质基板的第二表面上；
其中所述第一表面和所述第二表面在所述电介质基板的相对侧上。
10.根据权利要求6所述的印刷电路板，其中，所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器电子地耦合到所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。
11.一种印刷电路板(PCB)，包括：
一个或多个板层；
形成在所述一个或多个板层内的第一芯片腔和第二芯片腔，其中，第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器被设置在所述第一芯片腔内，并且第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器被设置在所述第二芯片腔内；以及
耦合器，所述耦合器设置在所述一个或多个板层中的至少一个上，其中所述耦合器包括第一插脚和第二插脚；
其中，所述第一插脚电子地耦合到所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，并且所述第二插脚电子地耦合到所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。
12.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中，所述约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器中的每一个包括至少一个端口，每个端口电子地耦合到至少一个连接器；以及
其中所述至少一个连接器中的每一个设置在所述一个或多个板层中的至少一个上。
13.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中，所述耦合器电子地耦合到设置在所述一个或多个板层中的至少一个上的至少一个连接器。
14.如权利要求11所述的印刷电路板，还包括：
第一盖和第二盖；
所述第一盖可操作以安装或封闭所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器以及所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中所述第一盖设置在所述一个或多个板层的第一外层上；以及
所述第二盖可操作以封闭所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器以及所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中，所述第二盖设置在所述一个或多个板层的第二外层上。
15.根据权利要求14所述的印刷电路板，其中所述第一盖和所述第二盖包括无氧高传导率(OFHC)铜。
16.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中，所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器电子地耦合到所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器。
17.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中，电路迹线形成在所述一个或多个板层中的至少一个上。
18.如权利要求17所述的印刷电路板，还包括：
一个或多个通孔，所述一个或多个通孔连接形成在所述一个或多个板层上的所述电路迹线。
19.一种形成电路板的方法，包括：
提供一个或多个板层；
在所述一个或多个板层内形成第一芯片腔，其中，所述第一芯片腔可操作用于接纳约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器；
将约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置到所述第一芯片腔中；以及
将至少一个连接器设置在所述一个或多个板层中的至少一个上。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
提供第一盖，所述第一盖可操作以安装或封闭所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中所述第一盖设置在所述一个或多个板层的第一外层上；以及
提供第二盖，所述第二盖可操作以封闭所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中所述第二盖设置在所述一个或多个板层的第二外层上。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
在所述一个或多个板层中的至少一个上形成电路迹线。
22.一种形成电路板的方法，包括：
提供电介质基板；
在所述电介质基板内形成第一芯片腔和第二芯片腔，其中，所述第一芯片腔可操作用于接纳第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，并且所述第二芯片腔可操作用于接纳第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器；
将所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置到所述第一芯片腔中；
将所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器设置到所述第二芯片腔中；以及
在所述电介质基板上设置至少一个连接器。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，在所述电介质基板的第一表面和所述电介质基板的第二表面上形成电路迹线。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括：
形成一个或多个通孔，所述一个或多个通孔连接形成在所述电介质基板的第一表面和第二表面上的所述电路迹线。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括：
提供第一盖，所述第一盖可操作以安装或封闭所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器以及所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中所述第一盖设置在所述电介质基板的第一表面上；以及
提供第二盖，所述第二盖可操作以封闭所述第一约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器以及所述第二约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器，其中，所述第二盖设置在所述电介质基板的第二表面上。
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