JP3121382B2 - 超伝導リンク及びその製造方法 - Google Patents
超伝導リンク及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導薄膜用の信頼性
の高い超伝導リンク及びその接点の製造方法に関する。
の高い超伝導リンク及びその接点の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】幾つかの超伝導素子が無欠点で同時に作
用することが必要とされる多重チャネル磁気計のような
多数の構成要素から成る超伝導装置の構造において、熱
サイクルに抵抗力のある信頼性の高い超伝導リンクが必
要とされる。かかる装置は、例えば人間の脳からの微弱
な生物磁気信号を検出する場合に使用される。
用することが必要とされる多重チャネル磁気計のような
多数の構成要素から成る超伝導装置の構造において、熱
サイクルに抵抗力のある信頼性の高い超伝導リンクが必
要とされる。かかる装置は、例えば人間の脳からの微弱
な生物磁気信号を検出する場合に使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】シリコンウェーハ、石
英、サファイヤ又はガラスのような、薄膜技術によって
基板上に形成された電子構成要素間の超伝導接点は次の
理由によって技術的問題点を伴う。即ち、１）電気接点
は、ボンディングワイヤと薄膜との間に清浄な金属対金
属の接触を必要とする超伝導性を備えなければならな
い。２）各種の構造材料（シリコン、鉛、すず、ニオ
ブ、ファイバガラスから成るプリント回路基板）の熱収
縮の差の結果、超伝導を実現するためには、装置はその
製造温度よりもはるかに低い温度にて冷却させなければ
ならないため、接合部分に相当な熱応力が生ずる。３）
破損した接点を作動温度にて修復することは不可能であ
る。故に、特に多数の超伝導構成要素を備える装置の場
合、接合部は極めて信頼性が高くしかも熱サイクルに対
する優れた抵抗性を備え、リンクを修復するに装置を加
温してもその他の平行な接合部が破損されないようにし
なければならない。
英、サファイヤ又はガラスのような、薄膜技術によって
基板上に形成された電子構成要素間の超伝導接点は次の
理由によって技術的問題点を伴う。即ち、１）電気接点
は、ボンディングワイヤと薄膜との間に清浄な金属対金
属の接触を必要とする超伝導性を備えなければならな
い。２）各種の構造材料（シリコン、鉛、すず、ニオ
ブ、ファイバガラスから成るプリント回路基板）の熱収
縮の差の結果、超伝導を実現するためには、装置はその
製造温度よりもはるかに低い温度にて冷却させなければ
ならないため、接合部分に相当な熱応力が生ずる。３）
破損した接点を作動温度にて修復することは不可能であ
る。故に、特に多数の超伝導構成要素を備える装置の場
合、接合部は極めて信頼性が高くしかも熱サイクルに対
する優れた抵抗性を備え、リンクを修復するに装置を加
温してもその他の平行な接合部が破損されないようにし
なければならない。
【０００４】従来の超伝導接合技術は、鉛、すず−鉛又
はニオブ線を利用する。それは、これら金属は、機械的
接合に十分な柔かさを備え、その超伝導遷移温度が液体
ヘリウムの温度より十分に高いからである（例えば、ニ
ューヨーク州1990のプレナム（Plenum）プレスから出版
されたS.J.ウイアムソン（Ｗilliamson）、M.フック（H
oke）、G.ストロインク（Stroink）、M.コタニ（Kotan
i）編集によるS.キリュウ（Kiryu）の生物磁気の発展
（Advances in Biomagnetism））。
はニオブ線を利用する。それは、これら金属は、機械的
接合に十分な柔かさを備え、その超伝導遷移温度が液体
ヘリウムの温度より十分に高いからである（例えば、ニ
ューヨーク州1990のプレナム（Plenum）プレスから出版
されたS.J.ウイアムソン（Ｗilliamson）、M.フック（H
oke）、G.ストロインク（Stroink）、M.コタニ（Kotan
i）編集によるS.キリュウ（Kiryu）の生物磁気の発展
（Advances in Biomagnetism））。
【０００５】鉛、すず及びその合金は低温（200−400°
Ｃ）にて溶融するため、これら材料が融点よりも僅かに
低温にて軟化することを利用してボンディングを行うこ
とが出来る。Ｎｂの融点は極めて高い（2470°Ｃ）た
め、ニオブ線にてボンディングするときは、加熱に代え
て超音波を使用する。鉛と比べて、ニオブ線は又剛性で
あるため、接合部分の温度の応力を回避するためには、
長いか又は極めて細い（＜10μｍ）線を使用しなければ
ならない。細い線は取り扱いが困難であり、長い線は接
合させた装置を更に取り扱う間に容易に抜ける。長い線
は、又余分なスペースを必要とし、特に磁気計に使用す
る場合、寄生超伝導ピックアップループを形成する。す
ず及び鉛は、柔らか過ぎて超音波で接合することが出来
ない。これら材料から成る線は、通常、小形の熱はんだ
付け先端を利用して薄膜素子の接合パッドに押し付けら
れる。しかし、典型的な基板材料は良好な熱伝導体であ
るため、線と薄膜との相互接続面にて所期の適正な軟化
が生じる前に、線が容易に溶融し、はんだ付け先端に容
易に付着する。その結果、形成される接合は物理的に弱
く、冷却中に抜けるか、又は全体が超伝導ではない。接
合が良好に行われたとしても、比較的太い線（40−100
μｍ）を媒介させた接合部分の応力によって、冷却中、
その接合部分が破損する可能性がある。
Ｃ）にて溶融するため、これら材料が融点よりも僅かに
低温にて軟化することを利用してボンディングを行うこ
とが出来る。Ｎｂの融点は極めて高い（2470°Ｃ）た
め、ニオブ線にてボンディングするときは、加熱に代え
て超音波を使用する。鉛と比べて、ニオブ線は又剛性で
あるため、接合部分の温度の応力を回避するためには、
長いか又は極めて細い（＜10μｍ）線を使用しなければ
ならない。細い線は取り扱いが困難であり、長い線は接
合させた装置を更に取り扱う間に容易に抜ける。長い線
は、又余分なスペースを必要とし、特に磁気計に使用す
る場合、寄生超伝導ピックアップループを形成する。す
ず及び鉛は、柔らか過ぎて超音波で接合することが出来
ない。これら材料から成る線は、通常、小形の熱はんだ
付け先端を利用して薄膜素子の接合パッドに押し付けら
れる。しかし、典型的な基板材料は良好な熱伝導体であ
るため、線と薄膜との相互接続面にて所期の適正な軟化
が生じる前に、線が容易に溶融し、はんだ付け先端に容
易に付着する。その結果、形成される接合は物理的に弱
く、冷却中に抜けるか、又は全体が超伝導ではない。接
合が良好に行われたとしても、比較的太い線（40−100
μｍ）を媒介させた接合部分の応力によって、冷却中、
その接合部分が破損する可能性がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の従来技
術に伴う問題点を回避することが出来る新型式の鉛、又
はすず−鉛リンクを提供するものである。この超伝導継
手の特徴は特許請求の範囲の第１項及び第２項に記載さ
れている。製造方法の特徴は、同第４項、及び第５項に
記載されている。本発明の超伝導リンクにおける接合ス
ラブの厚さは、特許請求の範囲第３項に記載されてお
り、その厚さはその幅よりも５乃至２００倍小さい寸法
である。
術に伴う問題点を回避することが出来る新型式の鉛、又
はすず−鉛リンクを提供するものである。この超伝導継
手の特徴は特許請求の範囲の第１項及び第２項に記載さ
れている。製造方法の特徴は、同第４項、及び第５項に
記載されている。本発明の超伝導リンクにおける接合ス
ラブの厚さは、特許請求の範囲第３項に記載されてお
り、その厚さはその幅よりも５乃至２００倍小さい寸法
である。
【０００７】本発明の特徴である絞り成形による細いス
トリップ状のボンディングワイヤによって熱接合を行う
とき、偏平な線と接合パッドとの間の比較的大きい平坦
な相互接続面の温度は接合先端の温度に略等しくなる。
このため、接合温度は容易に制御され、高温に維持し
て、先端側部から線を溶融させることなく接合部分にて
十分な金属対金属の接触を保証することが可能となる。
トリップ状のボンディングワイヤによって熱接合を行う
とき、偏平な線と接合パッドとの間の比較的大きい平坦
な相互接続面の温度は接合先端の温度に略等しくなる。
このため、接合温度は容易に制御され、高温に維持し
て、先端側部から線を溶融させることなく接合部分にて
十分な金属対金属の接触を保証することが可能となる。
【０００８】線が偏平であるため、一端又は両端から接
合線を裂くことが容易である。裂くことにより、一本の
線で平行な独立的な多数の接点を形成することが可能と
なる。これは本質的に多数の接合を使用する装置の信頼
性を向上させるのに有用である。装置がＮ個の個々の構
成要素から成り、各構成要素の機能が直列の２つの接合
（電流が出入りする）のに依存すると仮定する。冷却中
の１つの接点の破損する確率がｐであり、２Ｎ個の接点
の各々が単一の接合部を備える場合、Ｎ個の構成要素か
ら成る装置全体の冷却が十分に行われる確率はＰ1＝
（１−ｐ）2Nである。これに代えて、２つの接点を使用
する場合、成功の確率はＰ2＝（１−ｐ2）2Nとなる。装
置全体の過度の熱サイクルを回避するためには、例え
ば、その他の冷却も良好に行なわなければならない。こ
のためには、成功の確率がＰ＞0.5でなければならな
い。このため、使用する接合技術により、100個の接点
のうちの１つが破損すると仮定した場合（ｐ＝0.01）、
単一に接合された構成要素の可能な数はより大きい値Ｎ
＜34となる一方、２つの接合構成要素の場合、Ｎ＜3470
となる。
合線を裂くことが容易である。裂くことにより、一本の
線で平行な独立的な多数の接点を形成することが可能と
なる。これは本質的に多数の接合を使用する装置の信頼
性を向上させるのに有用である。装置がＮ個の個々の構
成要素から成り、各構成要素の機能が直列の２つの接合
（電流が出入りする）のに依存すると仮定する。冷却中
の１つの接点の破損する確率がｐであり、２Ｎ個の接点
の各々が単一の接合部を備える場合、Ｎ個の構成要素か
ら成る装置全体の冷却が十分に行われる確率はＰ1＝
（１−ｐ）2Nである。これに代えて、２つの接点を使用
する場合、成功の確率はＰ2＝（１−ｐ2）2Nとなる。装
置全体の過度の熱サイクルを回避するためには、例え
ば、その他の冷却も良好に行なわなければならない。こ
のためには、成功の確率がＰ＞0.5でなければならな
い。このため、使用する接合技術により、100個の接点
のうちの１つが破損すると仮定した場合（ｐ＝0.01）、
単一に接合された構成要素の可能な数はより大きい値Ｎ
＜34となる一方、２つの接合構成要素の場合、Ｎ＜3470
となる。
【０００９】適正な押圧力及び接合先端の温度を使用す
ることにより、本発明について説明した接合スラブは、
その長手方向に対して直角な断面を接合部を中心として
Ｕ字形梁の形状にすることが出来る。これによって該ス
ラブは接合部分にて剛性となり、剥離することによって
抜けるのが防止される。装置の異なる部品が冷却中に収
縮する場合、接合スラブの長さ、及びその両端の接合部
間の距離が変化し、その接合部に歪み及び応力が生じ
る。これら寸法の変化は細いリボン状の接合スラブを接
合領域から遠く離れた場所で屈曲させることによって補
償される。梁の屈曲に起因する力は幅に比例し、及び厚
さの３乗に比例するため、１０μｍ×１００μｍのスラ
ブは、同一の方法にて屈曲させた典型的な５０μｍの丸
線によって伝達されるよりも約１００／５０（１０／５
０）３だけ小さい力を伝達させる。故に、薄いスラブか
ら成るリンクの耐久性は丸線リンクと比べて著しく増大
され、このことは、接合部分を極低温装置のメンテナン
ス中、繰り返して加温し、冷却させる間に特に顕著であ
る。
ることにより、本発明について説明した接合スラブは、
その長手方向に対して直角な断面を接合部を中心として
Ｕ字形梁の形状にすることが出来る。これによって該ス
ラブは接合部分にて剛性となり、剥離することによって
抜けるのが防止される。装置の異なる部品が冷却中に収
縮する場合、接合スラブの長さ、及びその両端の接合部
間の距離が変化し、その接合部に歪み及び応力が生じ
る。これら寸法の変化は細いリボン状の接合スラブを接
合領域から遠く離れた場所で屈曲させることによって補
償される。梁の屈曲に起因する力は幅に比例し、及び厚
さの３乗に比例するため、１０μｍ×１００μｍのスラ
ブは、同一の方法にて屈曲させた典型的な５０μｍの丸
線によって伝達されるよりも約１００／５０（１０／５
０）３だけ小さい力を伝達させる。故に、薄いスラブか
ら成るリンクの耐久性は丸線リンクと比べて著しく増大
され、このことは、接合部分を極低温装置のメンテナン
ス中、繰り返して加温し、冷却させる間に特に顕著であ
る。
【００１０】
【実施例】本発明は、以下に図１乃至図３に関して詳細
に説明する。
に説明する。
【００１１】図１に示すように、径約１００μｍの線素
材１は、加圧又は圧延して厚さ約１０μｍ及び幅３−４
ｍｍの板２にする。この板は所望の数の部分的切断４に
よって分割し、次いで長い切断部分５によって板２の厚
みの５〜２００倍の幅すなわち０．０５ｍｍ〜２ｍｍの
幅で素材から分離させて最終的な接合スラブ３に形成す
る。従って、最終的な接合スラブ３は、厚さが約１０μ
ｍで、長さが３〜４ｍｍであり、幅は約０．０５ｍｍ〜
２ｍｍである。次に、このスラブは位置決めして、２つ
の異なる基板６、７上に配置された装置を接続させ、図
２のａに示したその両端が接合パッド８、９上に着座す
るようにする。このスラブは、接合スラグの融点よりも
低い温度を有する熱はんだ付け先端１０を接合パッド８
に押し付けることによってその一端にて固定する。スラ
ブを図２のｂに示すように屈曲させた後、その他端も又
接合させる。図３は接合領域のＵ字形梁状の変形を示す
図である。接合スラグは、はんだ付け先端を接合パッド
に押し付けることにより、接合スラグが接合部の周囲で
同接合スラグの長手方向を横切る方向の断面がＵ字形状
となるように変形される。スラブは、Ｕ字形梁状の接合
領域から遠く離れた所定の屈曲部１１において屈曲させ
ることによって熱収縮の差に起因する接合パッドの相対
動作に対応し得る。
材１は、加圧又は圧延して厚さ約１０μｍ及び幅３−４
ｍｍの板２にする。この板は所望の数の部分的切断４に
よって分割し、次いで長い切断部分５によって板２の厚
みの５〜２００倍の幅すなわち０．０５ｍｍ〜２ｍｍの
幅で素材から分離させて最終的な接合スラブ３に形成す
る。従って、最終的な接合スラブ３は、厚さが約１０μ
ｍで、長さが３〜４ｍｍであり、幅は約０．０５ｍｍ〜
２ｍｍである。次に、このスラブは位置決めして、２つ
の異なる基板６、７上に配置された装置を接続させ、図
２のａに示したその両端が接合パッド８、９上に着座す
るようにする。このスラブは、接合スラグの融点よりも
低い温度を有する熱はんだ付け先端１０を接合パッド８
に押し付けることによってその一端にて固定する。スラ
ブを図２のｂに示すように屈曲させた後、その他端も又
接合させる。図３は接合領域のＵ字形梁状の変形を示す
図である。接合スラグは、はんだ付け先端を接合パッド
に押し付けることにより、接合スラグが接合部の周囲で
同接合スラグの長手方向を横切る方向の断面がＵ字形状
となるように変形される。スラブは、Ｕ字形梁状の接合
領域から遠く離れた所定の屈曲部１１において屈曲させ
ることによって熱収縮の差に起因する接合パッドの相対
動作に対応し得る。
【図１】接点線の素材を整形して細い薄剥ぎ接点スラブ
にする方法を示す図である。
にする方法を示す図である。
【図２】ａはスラブの取り付け方法を示す図である。ｂ
はスラブの取り付け方法を示す図である。
はスラブの取り付け方法を示す図である。
【図３】最終的な２つの接合部を示す図である。
１ 線素材 ２ 板 ３ 接合スラブ ４ 部分的切断 ５ 切断部分 ６ 基板 ７ 基板 ８ 接点パッド ９ 接点パッド １０ はんだ付け先端 １１ 屈曲部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マチ・ヤーコ・カヨラ フィンランド共和国02230 アイスポー, ティースチラーンターマー １ ベー ８ (72)発明者 ヨーハ・タパニ・アンテロ・シモラ フィンランド共和国00630 ヘルシンキ, ヴェサコティー ５ ベー 64 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01R 12/06 H01R 4/68 ZAA H01R 43/00 ZAA
Claims (5)
- 【請求項１】 プリント回路板の接合パッドを異なる基
板上の超伝導薄膜構成要素とを接続するための、又は異
なる基板上の２つの超伝導薄膜構成要素同士を接続する
ための超伝導リンクにして、柔らかい超伝導材料によって作られた接合スラブ（薄
板）（３）からなり、同接合スラブは、端部分と同端部
分間の中間部分とを含み、同端部分は接合パッド又は超
伝導薄膜構成要素に接合するのに適するようになされて
おり、 前記中間部分は、前記接合スラブの長手方向を横切る方
向において平坦であって、当該リンク内に熱的に発生し
た応力に応答して変形できるように前記接合スラブの長
手方向において曲げられており、 前記端部分は、前記接合スラブの長手方向を横切る方向
の断面がＵ字形状を有して前記接合スラブの長手方向に
沿って剛性を有するようになされており、 前記剛性を有する端部分は、当該リンクが前記接合パッ
ド又は超伝導薄膜構成要素から分離するのに抗し、 前記中間部分は、熱的に発生された応力を吸収して、前
記端部分に形成された接合部分に同応力がかからないよ
うになされたリンク。 - 【請求項２】 請求項１に記載の超伝導リンクにして、
前記接合スラブにおける前記薄膜構成要素と接合される
端部又は両方の端部から長手方向に切断されて分離され
た２以上の分岐部分が形成され、このように形成された
分岐部分の各々が別個に接合パッドに接合されることを
特徴とする超伝導リンク。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の超伝導リンクに
して、接合スラブの厚さがその幅よりも５乃至200倍小
さい寸法であることを特徴とする超伝導リンク。 - 【請求項４】 請求項１に記載の超伝導リンクを製造す
る方法にして、 接合スラブ（３）が、偏平な小さい面積の端部を有し且
つはんだ付け先端（１０）により、接合スラブの融点よ
りも低い温度を有するはんだ付け先端（１０）により接
合パッドに押し付けられ、接合スラブ（３）が接合部の
周囲で同接合スラブの長手方向を横切る方向の断面がＵ
字形の梁の形状となるように変形されることを特徴とす
る方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の方法にして、接合スラ
ブ（３）が丸線（１）を偏平にすることにより形成され
ることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI904071 | 1990-08-17 | ||
| FI904071A FI89643C (fi) | 1990-08-17 | 1990-08-17 | Supraledande fog foer tunnfilmkomponenter och metod foer dess tillverkning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0696807A JPH0696807A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3121382B2 true JP3121382B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=8530943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03200512A Expired - Lifetime JP3121382B2 (ja) | 1990-08-17 | 1991-08-09 | 超伝導リンク及びその製造方法 |
Country Status (9)
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