JP5051505B2

JP5051505B2 - 超伝導回路装置

Info

Publication number: JP5051505B2
Application number: JP2006212040A
Authority: JP
Inventors: 淳河合; 美樹河端; 竜之下津
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP2008041816A

Description

本発明は、超伝導回路装置に関し、さらに詳しくは、室温−４.２Ｋ（液体ヘリウム温度）のサーマルサイクルに起因する断線の発生を防止し且つ基板と超伝導回路チップの接続の機械的強度を高めた超伝導回路装置に関する。

従来、基板の表面に超伝導回路チップを実装し且つ超伝導回路チップとその周辺の基板部分を樹脂で覆った超伝導回路装置（第１の従来技術）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、基板と超伝導回路チップの接続をフリップ接続する技術（第２の従来技術）が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−１１８３０１号公報特開２００１−０２８４６４号公報

上記第１の従来技術では、室温−４.２Ｋのサーマルサイクルに起因する断線の発生を防止するため、超伝導回路チップとその周辺の基板部分を樹脂で覆っている。
しかし、樹脂と超伝導チップおよび基板との間にガス（実装時に閉じこめられた空気あるいは樹脂から発生するガス）が封止された場合、あるいは冷却時に液体ヘリウムが浸透した場合、サーマルサイクルによりこれらガスもしくは急激に気化する液体ヘリウムが膨張／収縮を繰り返し、樹脂および超音波回路チップに応力が繰り返しかかり、これが断線の原因になる問題点がある。

上記第２の従来技術では、超伝導回路チップとその周辺の基板部分を樹脂で覆っていない。
しかし、基板と超伝導回路チップとをフリップ接続しているだけでは、機械的強度が十分でない問題点がある。

そこで、本発明の目的は、室温−４.２Ｋのサーマルサイクルに起因する断線の発生を防止し且つ基板と超伝導回路チップの接続の機械的強度を高めた超伝導回路装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、基板の表面に超伝導回路チップを実装し且つ前記超伝導回路チップとその周辺の基板部分を樹脂で覆った超伝導回路装置において、前記超伝導回路チップの直下に当たる基板部分に通気孔を穿設したことを特徴とする超伝導回路装置を提供する。
上記第１の観点による超伝導回路装置では、超伝導回路チップの直下に当たる基板部分に通気孔を穿設しているため、樹脂によって覆われた空間（主に基板と超伝導回路チップの隙間）に封止されたガスあるいは冷却時に浸透し昇温時に気化したガスが通気孔から逃げることが出来る。これにより、サーマルサイクルに起因する断線の発生を防止することが出来る。また、超伝導回路チップとその周辺の基板部分を樹脂で覆っているから、基板と超伝導回路チップの接続の機械的強度を高めることが出来る。
なお、通気孔は、比較的小さな断面積の通気孔を多数設けてもよいし、比較的大きな断面積の通気孔を小数設けてもよい。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による超伝導回路装置において、前記通気孔が断面積３平方ｍｍ以上の４個以下の孔であることを特徴とする超伝導回路装置を提供する。
上記第２の観点による超伝導回路装置では、比較的大きな断面積の通気孔を小数設けるため、通気孔を設ける作業負担が少なくて済む。

第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点による超伝導回路装置において、前記基板と前記超伝導回路チップの接続をフリップ接続としたことを特徴とする超伝導回路装置を提供する。
上記第３の観点による超伝導回路装置では、フリップ接続としたため、ワイヤボンディングによるよりも断線のリスクを小さくすることが出来る。そして、超伝導回路チップとその周辺の基板部分を樹脂で覆うから、基板と超伝導回路チップの接続の機械的強度を高めることが出来る。

本発明の超伝導回路装置によれば、室温−４.２Ｋ（液体ヘリウム温度）のサーマルサイクルに起因する断線の発生を防止することが出来る。また、基板と超伝導回路チップの接続の機械的強度を高めることが出来る。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る超伝導回路装置１０を示す断面図である。
この超伝導回路装置１０は、基板１の表面に超伝導磁気センサチップ２をフリップ接続し、超伝導回路チップ２とその周辺の基板部分を樹脂４で覆い、超伝導磁気センサチップ２の直下に当たる基板部分に通気孔１ｂを穿設した構造である。
１ａは基板１の表面に形成された配線パタンであり、２ｂは超伝導磁気センサチップ２の表面に形成されたパッドであり、３はバンプである。

基板１は、１９ｍｍ×１９ｍｍのガラスエポキシ基板である。
通気孔１ｂは、直径３ｍｍの円形孔である。

超伝導磁気センサチップ２は、１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコン半導体基板上に９個の独立したＳＱＵＩＤ磁気センサ２ａの２次元配列を半導体薄膜プロセスにより形成したものである。
一つのＳＱＵＩＤ磁気センサ２ａは、ピックアップコイルと、ジョセフソン接合と、シャント抵抗と、ダンピング抵抗と、フィードバックコイルとから構成されたＳＱＵＩＤマグネトメータである。

樹脂４は、エポキシ樹脂である。

図２に示すように、超伝導回路装置１０はデュワ２０に収容され、リード線４０がデュワ２０の外側へ導出される。
デュワ２０は、内槽２１と、外槽２２とからなる。内槽２１には、液体ヘリウム３０が充填される。

実施例１に係る超伝導回路装置１０によれば、樹脂４によって覆われた空間（主に基板１と超伝導磁気センサチップ２の隙間）に封止されたガスＧあるいは冷却時に浸透し昇温時に気化したガスＧが通気孔１ｂから逃げることが出来るため、室温−４.２Ｋ（液体ヘリウム温度）のサーマルサイクルに起因する断線の発生を防止することが出来る。また、超伝導磁気センサチップ２とその周辺の基板部分を樹脂４で覆っているから、基板１と超伝導磁気センサチップ２の接続の機械的強度を高めることが出来る。

なお、図２においてＳＱＵＩＤ磁気センサ２ａの面を下向けにしているため、これを上向けにした場合に比べて、ＳＱＵＩＤ磁気センサ２ａから測定対象までの距離を小さくすることが出来る利点がある。

比較例

図３に示すように、基板１に通気孔がない超伝導回路装置１０’の場合、樹脂４によって覆われた空間に封止されたガスＧあるいは冷却時に浸透し昇温時に気化したガスＧが逃げられないため、樹脂４および超伝導磁気センサチップ２に応力がかかり、室温−４.２Ｋのサーマルサイクルに起因する断線が発生する確率が高くなる。

本発明の超伝導回路装置は、脳磁や心磁の測定に利用できる。

実施例１に係る超伝導回路装置の構成を示す断面図である。実施例１に係る超伝導回路装置の使用状態を示す断面図である。比較例に係る超伝導回路装置の使用状態を示す断面図である。

符号の説明

１基板
１ａ配線パタン
１ｂ通気孔
２超伝導磁気センサチップ
２ａＳＱＵＩＤ磁気センサ
２ｂパッド
３バンプ
４樹脂
１０超伝導回路装置

Claims

基板の表面に超伝導回路チップを実装し且つ前記基板と前記超伝導回路チップの接続の機械的強度を高めるために前記超伝導回路チップとその周辺の基板部分を樹脂で覆った超伝導回路装置において、前記超伝導回路の直下に当る基板部分に前記樹脂によって覆われた空間に通じる通気孔を穿設したことを特徴とする超伝導回路装置。
請求項１に記載の超伝導回路装置において、前記通気孔が断面積３平方ｍｍ以上の４個以下の孔であることを特徴とする超伝導回路装置。
請求項１または請求項２に記載の超伝導回路装置において、前記基板と前記超伝導回路チップの接続をフリップ接続としたことを特徴とする超伝導回路装置。