JP2679491B2 - Superconducting magnetic detector - Google Patents

Superconducting magnetic detector

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JP2679491B2
JP2679491B2 JP3325725A JP32572591A JP2679491B2 JP 2679491 B2 JP2679491 B2 JP 2679491B2 JP 3325725 A JP3325725 A JP 3325725A JP 32572591 A JP32572591 A JP 32572591A JP 2679491 B2 JP2679491 B2 JP 2679491B2
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superconducting
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健 渡会
明文 和田
庸介 杉浦
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は超伝導量子干渉素子
(Superconducting Quantum Interference Device、以
下略してSQUIDと呼ぶ)を備えた磁気検出装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic detecting device provided with a superconducting quantum interference device (abbreviated as SQUID hereinafter).

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は従来の超伝導磁気検出装置を示す
図である。図において、1はSQUIDを固定すること
のできるブロック、2はX軸SQUID、3はY軸SQ
UID、4はZ軸SQUID、5は二重円筒構造をした
断熱容器、6は上記ブロックを支持するための支持棒、
7は上記断熱容器の外壁と内壁の間の真空断熱部、8は
SQUIDを動作温度まで冷却するための例えば液体ヘ
リウムのような冷媒、9はX軸SQUID2からの信号
を外部に取り出すための配線に接続するためのX軸配線
基板、10はY軸SQUID3からの信号を外部に取り
出すための配線に接続するためのY軸配線基板、11は
Z軸SQUID4からの信号を外部に取り出すための配
線に接続するためのZ軸配線基板、12はSQUIDか
らの信号を外部へ取り出すための配線である。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a diagram showing a conventional superconducting magnetism detecting device. In the figure, 1 is a block whose SQUID can be fixed, 2 is an X-axis SQUID, 3 is a Y-axis SQ
UID, 4 is a Z-axis SQUID, 5 is a heat insulating container having a double cylindrical structure, 6 is a supporting rod for supporting the above block,
Reference numeral 7 is a vacuum heat insulating portion between the outer wall and the inner wall of the heat insulating container, 8 is a coolant such as liquid helium for cooling the SQUID to an operating temperature, and 9 is a wiring for extracting a signal from the X-axis SQUID 2 to the outside. X-axis wiring board for connecting to the Y-axis wiring board for connecting to the wiring for extracting the signal from the Y-axis SQUID3 to the outside, and 11 for wiring the signal from the Z-axis SQUID4 to the outside. Is a Z-axis wiring substrate for connecting to S., and 12 is a wiring for extracting a signal from the SQUID to the outside.

【0003】従来の超伝導磁気検出装置は上記のように
構成され、例えばブロック1は、セラミックスあるいは
ガラス等で作られた直方体であり、そのブロック1の互
いに直交する平面上にそれぞれX軸SQUID2、Y軸
SQUID3、Z軸SQUID4及びそれぞれのSQU
IDに対応した配線基板であるX軸配線基板9、Y軸配
線基板10、Z軸配線基板11が固定されている。ブロ
ック1は、支持棒6で支えられており、真空断熱部7を
有することで断熱効果を持つ断熱容器5の内側の円筒の
内部に蓄えられた例えば液体ヘリウムのような冷媒8に
浸かるように配置されており、ブロックに固定されたX
軸SQUID2、Y軸SQUID3、Z軸SQUID4
は、ほぼ冷媒と同じ温度の冷却されている。X軸SQU
ID2、Y軸SQUID3、Z軸SQUID4によって
検出された磁界はそれぞれX軸配線基板9、Y軸配線基
板10、Z軸配線基板11を介して配線12より電気信
号として外部に取り出される。X軸SQUID2とX軸
配線基板9、Y軸SQUID3とY軸配線基板10、Z
軸SQUID4とZ軸配線基板11は、それぞれ例えば
白金ワイヤなどをワイヤボンディングするなどにより電
気的に接続されておりX軸配線基板9、Y軸配線基板1
0、Z軸配線基板11は、例えばはんだ付けなどにより
配線12に電気的に接続されている。配線12により取
り出された電気的信号は図示されていない信号処理装置
などに送られて、処理され、測定磁界の変化を検出す
る。
The conventional superconducting magnetism detecting device is constructed as described above. For example, the block 1 is a rectangular parallelepiped made of ceramics, glass or the like, and the X-axis SQUIDs 2 are provided on the mutually orthogonal planes of the block 1. Y-axis SQUID3, Z-axis SQUID4 and each SQUI
An X-axis wiring board 9, a Y-axis wiring board 10, and a Z-axis wiring board 11 which are wiring boards corresponding to the ID are fixed. The block 1 is supported by a support rod 6 and has a vacuum heat insulating portion 7 so that it can be immersed in a refrigerant 8 such as liquid helium stored inside a cylinder inside a heat insulating container 5 having a heat insulating effect. X placed and fixed to the block
Axis SQUID2, Y axis SQUID3, Z axis SQUID4
Are cooled to about the same temperature as the refrigerant. X-axis SQU
The magnetic fields detected by the ID2, the Y-axis SQUID3, and the Z-axis SQUID4 are taken out as electric signals from the wiring 12 via the X-axis wiring board 9, the Y-axis wiring board 10, and the Z-axis wiring board 11, respectively. X-axis SQUID2 and X-axis wiring board 9, Y-axis SQUID3 and Y-axis wiring board 10, Z
The axis SQUID 4 and the Z-axis wiring board 11 are electrically connected to each other, for example, by wire-bonding a platinum wire or the like.
The 0, Z-axis wiring board 11 is electrically connected to the wiring 12 by, for example, soldering. The electrical signal taken out by the wiring 12 is sent to a signal processing device (not shown) or the like to be processed and the change in the measured magnetic field is detected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の装
置には、以下に示すような課題があった。すなわち配線
基板としては一般にパターンをプリントして使う例えば
ガラス強化エポキシ板などの材質が用いられる。一方、
ブロックとしては、シリコン結晶上にパターン化された
SQUIDを接着固定し、かつ室温から例えば液体ヘリ
ウム温度であるSQUIDの動作温度までの温度サイク
ルに耐えねばならないため、熱収縮率の小さい石英ガラ
スなどが用いられる。その結果、SQUIDとブロック
の熱収縮量の違いにより、SQUIDとブロックの接着
面で剥離を起こしたり、ブロックを破壊せしめることが
ある。また同様に、配線基板とブロックの熱収縮量の違
いにより、配線基板とブロックの接着面が剥離を起こし
たり、ブロックを破壊せしめることがある。
The conventional device as described above has the following problems. That is, as the wiring board, a material such as a glass reinforced epoxy board which is generally used by printing a pattern is used. on the other hand,
As the block, a patterned SQUID is bonded and fixed on a silicon crystal, and it has to withstand a temperature cycle from room temperature to an operating temperature of SQUID, which is a liquid helium temperature. Used. As a result, due to the difference in heat shrinkage between the SQUID and the block, peeling may occur at the bonding surface between the SQUID and the block, or the block may be destroyed. Similarly, due to the difference in heat shrinkage between the wiring board and the block, the adhesive surface between the wiring board and the block may be peeled off or the block may be destroyed.

【0005】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、室温からSQUIDの動作温度
までの熱サイクルに耐える超伝導検出装置を得ることを
目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a superconducting detector capable of withstanding a thermal cycle from room temperature to the operating temperature of SQUID.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明に係る超伝導磁
気検出装置は、熱収縮率がSQUIDに近い材料でブロ
ックおよび配線基板を構成するものである。
A superconducting magnetism detecting device according to the present invention comprises a block and a wiring board made of a material having a heat shrinkage ratio close to that of SQUID.

【0007】[0007]

【作用】上記のように構成された超伝導磁気検出装置お
いては、SQUIDの室温とSQUID動作温度あるい
は冷媒の温度までの間に起こる熱収縮量が、ブロックの
室温とSQUID動作温度あるいは冷媒の温度までの間
に起こる熱収縮量、および配線基板の室温とSQUID
動作温度あるいは冷媒の温度までの間に起こる熱収縮量
とほぼ同等になる。したがってSQUIDとブロック、
およびブロックと配線基板のそれぞれの接合部におい
て、熱収縮により発生する応力を小さくすることがで
き、その結果SQUIDとブロック、およびブロックと
配線基板のそれぞれの接合面においても剥離、あるいは
破損といった問題を起こさない。
In the superconducting magnetism detecting device configured as described above, the amount of heat shrinkage that occurs between the room temperature of the SQUID and the operating temperature of the SQUID or the temperature of the refrigerant depends on the room temperature of the block and the operating temperature of the SQUID or the refrigerant. Amount of heat shrinkage up to temperature, room temperature of wiring board and SQUID
It is almost equal to the amount of heat shrinkage that occurs up to the operating temperature or the temperature of the refrigerant. So SQUID and block,
The stress generated by thermal contraction can be reduced at the joints between the block and the wiring board, and as a result, the SQUID and the block and the joint surface between the block and the wiring board can be peeled off or damaged. Do not wake up.

【0008】[0008]

【実施例】【Example】

実施例1.図1はこの発明の一実施例を示す図であり、
図中の2〜8および12は上記従来装置と全く同一のも
のである。1はその材料の一例として窒化アルミ(AI
N)を主成分としたセラミックスを用いたブロックであ
る。また、9、10、11は材料の一例としてそれぞれ
窒化アルミ(AIN)を主成分としたセラミックスを用
いたX軸配線基板、Y軸配線基板、Z軸配線基板であ
る。SQUIDの主材料であるシリコン結晶の常温から
SQUID動作温度あるいは冷媒の温度までの間の母材
の基本寸法からの収縮割合を示す熱収縮率は、5×10
-5〜6×10-4であり、ブロック及びX軸配線基板、Y
軸配線基板、Z軸配線基板の材料である窒化アルミ(A
IN)を主成分としたセラミックスの常温からSQUI
D動作温度あるいは冷媒の温度までの間の熱収率は、1
×10-4〜7×10-4である。したがって、SQUID
とブロック、配線基板とブロックのいずれの接合面にお
いてもその熱収縮量の差が小さいため、従来技術におけ
るようにブロックの材料として例えば石英ガラスを使用
し、かつ配線基板に例えばガラス強化エポキシを使用し
た場合に比べ、接合部に発生する熱応力が小さく、その
結果、前記いずれの接合面においても剥離、破損などの
従来技術にみられるような問題点を生じることがない。
Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention,
Reference numerals 2 to 8 and 12 in the figure are exactly the same as those of the conventional device. 1 is aluminum nitride (AI) as an example of the material.
It is a block using ceramics whose main component is N). Reference numerals 9, 10, and 11 are an X-axis wiring board, a Y-axis wiring board, and a Z-axis wiring board, which use ceramics containing aluminum nitride (AIN) as a main component, respectively, as an example of the material. The heat shrinkage ratio, which indicates the shrinkage ratio from the basic size of the base material between the room temperature of the silicon crystal that is the main material of SQUID and the temperature of the SQUID operating temperature or the temperature of the refrigerant, is 5 × 10 5.
-5 to 6 × 10 -4 , block and X-axis wiring board, Y
Aluminum nitride (A
IN) as the main component of ceramics from room temperature to SQUI
D Heat yield up to operating temperature or refrigerant temperature is 1
It is from x10 -4 to 7x10 -4 . Therefore, the SQUID
Since the difference in the amount of heat shrinkage between the bonding surface and the block, and the wiring board and the block is small, quartz glass is used as the material of the block as in the prior art, and glass-reinforced epoxy is used as the wiring board. As compared with the above case, the thermal stress generated in the joint is small, and as a result, the problems such as peeling and breakage, which are seen in the prior art, do not occur on any of the joint surfaces.

【0009】なお、上記実施例1ではブロックの材料と
して窒化アルミ(AIN)を主成分としたセラミックス
を用いたが、この発明はこれに限るものではなく、熱収
縮率がSQUIDの主材料であるシリコン結晶の常温か
らSQUID動作温度あるいは冷媒の温度までの間の熱
収縮率に近いもの、例えば、窒化硅素(Si34)を主
成分としたセラミックス、炭化硅素(SiC)を主成分
としたセラミックス、窒化アルミ(AIN)及びボロン
ナイトライド(BN)を主成分とした複合セラミックス
等でもよい。
Although the ceramic of which the main component is aluminum nitride (AIN) is used as the material of the block in the first embodiment, the present invention is not limited to this, and is a main material having a heat shrinkage of SQUID. Those having a thermal contraction rate close to that of a silicon crystal from room temperature to the SQUID operating temperature or the temperature of the refrigerant, for example, ceramics containing silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component, and silicon carbide (SiC) as a main component Ceramics, composite ceramics containing aluminum nitride (AIN) and boron nitride (BN) as main components may be used.

【0010】同様に配線基板の材料として窒化アルミ
(AIN)を主成分としたセラミックスを用いたが、こ
の発明はこれに限るものではなく、熱収縮率がSQUI
Dの主材料であるシリコン結晶の常温からSQUID動
作温度あるいは冷媒の温度までの間の熱収縮率に近いも
の、かつ配線基板として使用可能なメタライズが可能で
あるもの、例えば窒化硅素(Si34)を主成分とした
セラミックス等でもよい。
Similarly, although ceramics containing aluminum nitride (AIN) as a main component was used as the material of the wiring board, the present invention is not limited to this, and the thermal contraction rate is SQUI.
A material having a thermal contraction rate close to that of the silicon crystal, which is the main material of D, from room temperature to the SQUID operating temperature or the temperature of the coolant, and a material capable of being metallized that can be used as a wiring board, for example, silicon nitride (Si 3 N Ceramics containing 4 ) as a main component may also be used.

【0011】実施例2.図2はこの発明の実施例2を示
す図であり、図中の2〜8および12は上記従来装置と
全く同一のものである。1はその材料の一例として配線
基板として使用可能なメタライズが可能である窒化硅素
(Si34)を主成分としたセラミックスを用いたブロ
ックである。13は1のブロックに直接メタライズして
いるパターン配線である。SQUIDの主材料であるシ
リコン結晶の常温からSQUID動作温度あるいは冷媒
の温度までの間の熱収縮率は、5×10-5〜6×10-4
であり、ブロックの材料である窒化硅素(Si34)を
主成分としたセラミックスの常温からSQUID動作温
度あるいは冷媒の温度までの間の熱収縮率は、1×10
-4〜7×10-4である。したがって、SQUIDとブロ
ックの接合部においてその熱収縮量の差が小さいため、
従来技術におけるようにブロックの材料として例えば石
英ガラスを使用した場合に比べ、接合部に発生する熱応
力が小さく、その結果、前記の接合面において剥離、破
損などの従来技術にみられるような問題点を生じること
がない。
Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which 2 to 8 and 12 are exactly the same as the above conventional device. Reference numeral 1 is a block made of ceramics containing silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component, which can be used as a wiring board and can be metallized, as an example of the material. Reference numeral 13 is a pattern wiring which is directly metallized in one block. The heat shrinkage ratio of the silicon crystal, which is the main material of SQUID, from room temperature to the SQUID operating temperature or the temperature of the refrigerant is 5 × 10 −5 to 6 × 10 −4.
And the thermal contraction rate of ceramics mainly composed of silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a block material from room temperature to the SQUID operating temperature or the temperature of the refrigerant is 1 × 10 5.
-4 to 7 × 10 -4 . Therefore, since the difference in the amount of heat shrinkage at the joint between the SQUID and the block is small,
Compared to the case of using quartz glass as the material of the block as in the prior art, the thermal stress generated in the joint is small, and as a result, the problems such as peeling and breakage at the joint surface are observed in the prior art. No points will be produced.

【0012】また、従来技術に比べ配線基板とブロック
の接合面がないため、配線基板とブロックの接合面での
剥離、破壊などの従来技術に見られるような問題点を生
じることがない。
Further, since there is no joint surface between the wiring board and the block as compared with the prior art, problems such as peeling and destruction at the joint surface between the wiring board and the block, which are seen in the prior art, do not occur.

【0013】なお、上記実施例2ではブロックの材料と
して窒化硅素(Si34)を主成分としたセラミックス
を用いたが、この発明はこれに限るものではなく、熱収
縮率がSQUIDの主材料であるシリコン結晶の常温か
らSQUID動作温度あるいは冷媒の温度までの間の熱
収縮率に近いもの、かつ配線基板として使用可能なメタ
ライズが可能であるもの、例えば窒化アルミ(AIN)
を主成分としたセラミックス等でもよい。
In the second embodiment, ceramics containing silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component was used as the material of the block, but the present invention is not limited to this, and the thermal shrinkage is mainly SQUID. A material having a thermal contraction rate close to the SQUID operating temperature or the temperature of the coolant of silicon crystal, which is a material, and a material which can be used as a wiring board and which can be metallized, for example, aluminum nitride (AIN)
Ceramics containing as a main component may be used.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、SQUIDとブロック、あるいは配線基板とブロッ
クの接合面において剥離、破損等が発生せず、その結果
信頼性の高い超伝導磁気検出装置を構成することが可能
となる。
As described above, according to the present invention, the superconducting magnetism detecting device is highly reliable because no peeling or damage occurs at the bonding surface between the SQUID and the block or the wiring board and the block. Can be configured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施例1を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing Embodiment 1 of the present invention.

【図2】この発明の実施例2を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の超伝導磁気検出装置を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional superconducting magnetism detecting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ブロック、2 X軸SQUID、3 Y軸SQUI
D、4 Z軸SQUID、5 断熱容器、6 支持棒、
7 真空断熱部、8 冷媒、9 X軸配線基板、10
Y軸配線基板、11 Z軸配線基板、12 配線、13
パターン配線。
1 block, 2 X-axis SQUID, 3 Y-axis SQUID
D, 4 Z axis SQUID, 5 heat insulation container, 6 support rods,
7 Vacuum heat insulation part , 8 Refrigerant, 9 X-axis wiring board, 10
Y-axis wiring board, 11 Z-axis wiring board, 12 wiring, 13
Pattern wiring.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 二重構造の断熱容器と、磁気を検出する
ことのできる超伝導量子干渉素子と、少なくとも直交す
る二面にそれぞれ上記超伝導量子干渉素子を固定し前記
断熱容器の内部に設置したブロックと、前記ブロックに
装着した配線基板とを有する超伝導磁気検出装置におい
て、前記ブロックおよび配線基版の材料として、前記超
伝導量子干渉素子と熱収縮率が近いセラミックスを用い
ることを特徴とする超伝導磁気検出装置。
1. A heat insulating container having a double structure, a superconducting quantum interference device capable of detecting magnetism, and the superconducting quantum interference device fixed on at least two surfaces orthogonal to each other and installed inside the heat insulating container. In a superconducting magnetic detection device having a block and a wiring substrate mounted on the block, ceramics having a thermal shrinkage close to that of the superconducting quantum interference device are used as a material of the block and the wiring substrate. Superconducting magnetic detector.
【請求項2】 二重構造の断熱容器と、磁気を検出する
ことのできる超伝導量子干渉素子と、少なくとも直交す
る二面にそれぞれ上記超伝導量子干渉素子を固定し前記
断熱容器の内部に設置したブロックとを有する超伝導磁
気検出装置において、前記ブロックの材料として、前記
超伝導量子干渉素子と熱収縮率が近いセラミックスを用
い、かつそのブロックに直接配線を施したことを特徴と
する超伝導磁気検出装置。
2. A heat insulating container having a double structure, a superconducting quantum interference device capable of detecting magnetism, and the superconducting quantum interference device fixed to at least two surfaces orthogonal to each other and installed inside the heat insulating container. In the superconducting magnetism detecting device having a block, a ceramic having a thermal shrinkage close to that of the superconducting quantum interference device is used as a material of the block, and the block is directly wired. Magnetic detection device.
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