JP3176383B2 - 超伝導素子搭載装置 - Google Patents

超伝導素子搭載装置

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JP3176383B2
JP3176383B2 JP03673891A JP3673891A JP3176383B2 JP 3176383 B2 JP3176383 B2 JP 3176383B2 JP 03673891 A JP03673891 A JP 03673891A JP 3673891 A JP3673891 A JP 3673891A JP 3176383 B2 JP3176383 B2 JP 3176383B2
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誠剛 小谷
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はジョセフソン接合素子等
の超伝導素子を搭載する超伝導素子搭載装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ジョセフソン接合素子はきわめて高速で
動作する超伝導素子として知られているが、本出願人は
先にこのジョセフソン素子を搭載して使用する集積回路
装置の構成例を示した(特開平2-123774号公報)。図8
はこのジョセフソン素子を搭載した従来装置を示す。ジ
ョセフソン素子は液体ヘリウム温度で動作するから、こ
の装置では図のようにデュワー瓶構造を有するクライオ
スタット10内に超伝導素子12を収納し、超伝導素子
12を液体ヘリウムに浸漬して低温に維持している。ク
ライオスタット10は断熱性を高めるため外壁を真空断
熱筺体14で形成するが、超伝導素子12と外部回路と
を接続するためフィルムケーブル16を真空断熱筺体1
4を貫通させて配置する。超伝導素子12は回路基板1
8に搭載されて支持され、フィルムケーブル16はこの
回路基板18に一端が接続され、真空断熱筺体14に形
成したスリットをとおして他端が外部に引き出されて外
部の配線基板20に接続される。フィルムケーブル16
と真空断熱筺体14に設けたスリットとの間は接着剤で
真空シールされる。
【0003】フィルムケーブル16はポリイミド等の電
気的絶縁性を有するフィルムに超伝導素子12と外部回
路とを接続するための導体パターンを形成したもので、
きわめて薄厚に形成することを特徴とする。上記のよう
にフィルムケーブル16を真空断熱筺体14を貫通させ
て配置しているのは、ケーブルを長くとることによる信
号遅延を解消するため超伝導素子12と外部回路とをで
きるだけ接近させて接続できるようにすること、および
薄厚のフィルムケーブル16を用いることでクライオス
タット10内への外部からの熱伝導をできるだけ抑えて
断熱性を維持しようとするためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の超伝
導素子搭載装置は上述したようにクライオスタット10
内に超伝導素子12を収納して超伝導素子12とフィル
ムケーブル16とを接続する構成を採用しているため、
クライオスタット10内で装置の組み立てを行わなけれ
ばならず組み立て作業が非常に煩雑であり、超伝導素子
を交換したりすることが厄介であるという問題点があっ
た。そこで、本発明はこの問題点を解消すべくなされた
ものであり、その目的とするところは、クライオスタッ
ト10内に超伝導素子12を収納してフィルムケーブル
16と接続したりする作業が容易化でき、超伝導素子1
2の交換等の作業も容易に可能となる超伝導素子搭載装
置を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、超伝導素子を所
要の作動温度に冷却するためのクライオスタットと、前
記超伝導素子が搭載されて前記クライオスタット内に収
納される回路基板と、該回路基板とクライオスタットの
外部にある外部回路とを接続すべく前記クライオスタッ
トの断熱筺体を貫通して設けられるフィルムケーブルと
を有する超伝導素子搭載装置において、記クライオスタ
ット内に前記回路基板およびフィルムケーブルを支持す
るサポートを設置し、サポートにガイドピンを立設する
と共に、前記回路基板およびフィルムケーブルに該ガイ
ドピンが摺入するガイド孔を設けて、前記サポート上に
回路基板とフィルムケーブルとを位置合わせして支持し
たことを特徴とする。また、前記回路基板にコンタクト
プローブを設けるとともに該コンタクトプローブが当接
するコンタクト端子をフィルムケーブルに設け、前記サ
ポートに回路基板とフィルムケーブルとを取り付ける際
に前記コンタクトプローブをコンタクト端子に当接させ
て回路基板とフィルムケーブルとを電気的に接続したこ
とを特徴とする。また、前記サポート上にフィルムケー
ブルを配置し、フィルムケーブル上に回路基板を配置
し、前記サポートと回路基板とでフィルムケーブルを挟
圧することによって回路基板とフィルムケーブルとを電
気的に接続したことを特徴とする。また、記回路基板に
設けるコンタクトプローブを基板面から突出する向きに
付勢して設けることを特徴とする。
【0006】
【作用】クライオスタット内に設置したサポートのガイ
ドピンを回路基板およびフィルムケーブルのガイド孔に
挿入することによりサポート上に回路基板およびフィル
ムケーブルを位置合わせして装着することができる。回
路基板とフィルムケーブルとを回路基板に設けたコンタ
クトプローブをフィルムケーブルのコンタクト端子に当
接することにより電気的に接続することができる。ま
た、前記コンタクトプローブを回路基板の基板面から突
出する向きに付勢して設置することによりフィルムケー
ブルとの間の接続を確実にすることができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る超伝導素子
搭載装置の一実施例を示す断面図である。本実施例の超
伝導素子搭載装置は上述した従来装置と同様にクライオ
スタット10内に超伝導素子12を収納し、超伝導素子
12と外部の配線基板20との間を真空断熱筺体14を
貫通させて接続している。21は配線基板20に搭載し
た半導体素子である。超伝導素子12は回路基板18に
搭載されるが、本実施例ではサポート22で回路基板1
8を支持する。サポート22はクライオスタット10の
底面に載置したスペーサ24上に固定するもので、サポ
ート22上にフィルムケーブル16および回路基板18
をこの順に支持する。サポート22の四つのコーナー部
にはガイドピン26を立設し、フィルムケーブル16お
よび回路基板18にはガイドピン26を挿入するガイド
孔を設け、ガイド孔にガイドピン26を摺入して位置合
わせする。ガイドピン16の先端にはねじを設け、回路
基板18の上面でねじ止めすることにより回路基板18
とサポート22とでフィルムケーブル16を挟圧し、回
路基板18とフィルムケーブル16間の電気的接続をと
る。
【0008】図2は上記サポート22にフィルムケーブ
ル16および回路基板18を取り付ける組み立て図を示
す。サポート22は実施例では矩形枠状に形成してい
る。これは、回路基板18をサポート22に取り付けた
際に回路基板18の下面に寒剤が循環しやすくするため
である。実施例の回路基板18は対向する二辺の縁部分
に沿って外部接続用の端子を配置したもので、フィルム
ケーブル16は回路基板18のこれら二辺の縁部分でそ
れぞれ接続するように二枚用いている。フィルムケーブ
ル16および回路基板18にはそれぞれ前述したガイド
孔28、30を穿設する。フィルムケーブル16に設け
るガイド孔28は図のようにフィルムケーブル16の本
体から側方に延出させた支持片16aに設ける。これ
は、フィルムケーブル16ではその端縁に沿って回路基
板18と接続するための接続端子を形成するから、この
接続端子の配置にじゃまにならない位置に配置するため
である。また、基板18、20での配線にじゃまになら
ないようにするためである。
【0009】回路基板18とフィルムケーブル16との
間の接続は回路基板18に設けたコンタクトプローブ3
2を介して行う。実施例のコンタクトプローブ32は摺
動可能に回路基板18に基部が挿入され、回路基板18
の下面から先端が突出するとともに内蔵したスプリング
によって突出方向に付勢されて設けられている。一方、
回路基板18とサポート22とで挟圧されるフィルムケ
ーブル16の端縁にはコンタクトプローブ32の位置に
合わせてコンタクト端子16bを設ける。コンタクト端
子16bはコンタクトプローブ32と面接触によって電
気的に接続するものである。フィルムケーブル16には
コンタクト端子16bに接続する外部回路接続用の信号
線16cが形成されている。回路基板19上には超伝導
素子を搭載するための凹部34が形成される。凹部34
に搭載した超伝導素子と前記コンタクトプローブ32と
は所定の信号線によって接続される。
【0010】実施例の回路基板18は上記のようにコン
タクトプローブ32がスプリング的に作用するよう構成
したから、サポート22上にフィルムケーブル16およ
び回路基板18を位置合わせしてセットした後、ガイド
ピン26でナット締めすることによって回路基板18と
フィルムケーブル16との間を確実に接続することがで
きるという特徴がある。また、このようにサポート22
上にフィルムケーブル16と回路基板18とを重ね合わ
せ、ナット締めで挟圧支持するだけで電気的に接続する
ことができるから組み立て作業が容易にでき、回路基板
18を交換したりする作用も容易に行うことが可能にな
る。また、コンタクトプローブによる当接方式は温度
差、熱膨張差を吸収するにも優れている。なお、コンタ
クトプローブの先端曲率は接触面積が最大となるように
決めるのがよい。
【0011】図1では回路基板18を2段にしてセット
した例を示すが、このように、サポート22に支持する
回路基板18は一段に限らず、複数段で構成することも
できる。回路基板18を複数段で構成する場合の各回路
基板間の電気的接続は、上段の回路基板18aを支持す
る支持ピン19を介して接続する方法、あるいは上記の
フィルムケーブルと同構造のケーブルを用いて接続する
こと等によって行うことができる。
【0012】上記のように、本実施例の超伝導素子搭載
装置では回路基板18およびフィルムケーブル16をガ
イドピン26で位置合わせし、ねじ止めしてサポート2
2に支持するが、この場合、位置合わせを正確にするた
めガイド孔30とガイドピン26とのクリアランスを小
さく設定するようにしている。しかし、このようにガイ
ドピン26とガイド孔30とを微小クリアランスに設定
すると、回路基板18を組みつける操作が面倒になり、
取り付け、取り外しの際に回路基板18が割れてしまっ
たり、低温に冷却した際に回路基板18に熱応力が加わ
ったりするという問題がある。そこで、このような問題
を回避するため、回路基板18のガイド孔30に回路基
板へ作用する応力を緩和する緩衝材を装着することが効
果的である。図3は回路基板18のガイド孔30内に緩
衝材として、ガイドピン26が摺入する透孔を形成した
ブッシュ36を装着した例を示す。ブッシュ36の材質
は一定の緩衝効果を有するものであればよく使用材料は
限定されない。上記例はガイドピン26をガイド孔30
に摺入し、ガイドピン26の外面をガイド孔30の内壁
に摺接させて位置合わせする方法であるが、図4に示す
ようにナット38の回路基板18に当接する面をテーパ
面38aで形成し、テーパ面38aが当接するガイド孔
30の周縁を同様にテーパ面に形成することによって、
ガイドピン26よりもガイド孔30を大径に形成してテ
ーパ面で位置出しするようにすることもできる。この場
合、ガイド孔30周縁へのナット38の締め付け力を緩
和するため図5に示すようにうに、ナット38とガイド
孔30との間にテーパ面を有する緩衝用のテーパリング
40を設けるようにしてもよい。
【0013】実施例のサポート22は図2に示すように
矩形枠状に形成して、回路基板18の上下面に寒剤が循
環しやすくしているが、図1に示すように、回路基板1
8には回路基板18を効果的に冷却できるように、寒剤
を上下面で通流させる貫通孔50を設ける。この貫通孔
50は回路基板18に設ける信号線等の配置に基づいて
適宜位置に設定すればよいが、ふつうは図3のように配
線に余裕がある超伝導素子を搭載するための凹部34に
近接する基板のコーナー部に設定するのがよい。凹部3
4に近接させて貫通孔50を設けることによって超伝導
素子の冷却を効果的に行うことができるからである。な
お、液体ヘリウムを用いる場合のように液冷によって回
路基板18を冷却する場合には回路基板18の表面に気
泡が発生する場合がある。回路基板18に発生した気泡
は冷却効率を悪化させるから、基板から逃がすようにす
る必要がある。図6は回路基板18に設ける貫通孔50
を鉛直上方が拡径するテーパ孔に形成して気泡を逃がし
やすくした例、図7は回路基板を鉛直方向に立てて設置
した場合の例で貫通孔50を回路基板に対して鉛直上向
きに傾斜させて設けた例である。以上、本発明について
好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しな
い範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんのことで
ある。
【0014】
【発明の効果】本発明に係る超伝導素子搭載装置によれ
ば、上述したように構成したことにより、クライオスタ
ット内に設置したサポートによって回路基板およびフィ
ルムケーブルを正確に位置合わせして装着することがで
き、クライオスタット内での装置の組み立てを容易にか
つ確実に行うことができる。また、回路基板に設けたコ
ンタクトプローブをフィルムケーブルのコンタクト端子
に当接することによって接続するから、超伝導素子を交
換したりする作業を容易に行うことができる。また、コ
ンタクトプローブを回路基板の基板面から突出する向き
に付勢して設けることにより、フィルムケーブルとの接
続がより確実に行える等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超伝導素子搭載装置の一実施例を
示す断面図である。
【図2】サポートへのフィルムケーブルと回路基板の取
り付け方法を示す組み立て図である。
【図3】ガイド孔への緩衝材の取り付けおよび貫通孔の
配置を示す説明図である。
【図4】回路基板の取り付け状態を示す断面図である。
【図5】回路基板の取り付け状態を示す断面図である。
【図6】貫通孔の形成例を示す断面図である。
【図7】貫通孔の形成例を示す断面図である。
【図8】超伝導素子搭載装置の従来例の断面図である。
【符号の説明】
10 クライオスタット 12 超伝導素子 14 真空断熱筺体 16 フィルムケーブル 18 回路基板 20 配線基板 22 サポート 26 ガイドピン 28、30 ガイド孔 32 コンタクトプローブ 34 凹部 36 ブッシュ 38 ナット 40 テーパリング 50 貫通孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮川 文雄 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−32969(JP,A) 特開 平1−298608(JP,A) 実開 昭63−177764(JP,U) 特表 平1−503665(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 39/00 - 39/04 H01L 23/00 H05K 1/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超伝導素子を所要の作動温度に冷却する
    ためのクライオスタット内に、前記超伝導素子を支持す
    る回路基板を収納し、該回路基板とクライオスタットの
    外部にある外部回路とを接続するためのフィルムケーブ
    ルをクライオスタットの断熱筺体を貫通して設けた超伝
    導素子搭載装置において、前記クライオスタット内に前
    記回路基板およびフィルムケーブルを支持するサポート
    を設置し、該サポートにガイドピンを立設すると共に、
    前記回路基板およびフィルムケーブルに該ガイドピンが
    摺入するガイド孔を設けて、前記サポート上に回路基板
    とフィルムケーブルとを位置合わせして支持したことを
    特徴とする超伝導素子搭載装置。
  2. 【請求項2】 前記回路基板にコンタクトプローブを設
    けるとともに該コンタクトプローブが当接するコンタク
    ト端子をフィルムケーブルに設け、前記サポートに回路
    基板とフィルムケーブルとを取り付ける際に前記コンタ
    クトプローブをコンタクト端子に当接させて回路基板と
    フィルムケーブルとを電気的に接続したことを特徴とす
    る請求項1記載の超伝導素子搭載装置。
  3. 【請求項3】 前記サポート上にフィルムケーブルを配
    置し、フィルムケーブル上に回路基板を配置し、前記サ
    ポートと回路基板とでフィルムケーブルを挟圧すること
    によって回路基板とフィルムケーブルとを電気的に接続
    したことを特徴とする請求項1または2記載の超伝導素
    子搭載装置。
  4. 【請求項4】 前記回路基板に設けるコンタクトプロー
    ブを基板面から突出する向きに付勢して設けることを特
    徴とする請求項2または3記載の超伝導素子搭載装置。
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