JPH0536227Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は極低温チツプの冷却が確実で、かつワ
イアボンドなどの組立てが簡易な極低温信号計測
処理装置に関するものである。

（従来技術および考案が解決しようとする問題
点） 近年、常温信号でかつ立上り時間が10Ps程度
の超高速信号波形やμAオーダの極微弱信号をジ
ヨセフソンサンプリング法で測定する試みや、常
温信号をジヨセフソン回路によつて処理する試み
が活発になつてきている。その場合、通常、対象
となる常温信号は、その波形を忠実に保つたまま
極低温下にあるジヨセフソンチツプに導入する必
要がある。従つて、常温−極低温間を結ぶ該常温
信号伝達用線路としては、出来るだけ短かい石英
材料等の基体上に形成された薄膜形ストリツプ線
路等を用いることが必要である。なお、石英材料
は高周波損失の少ない材料として知られている。

第５図はそれらのうち、特願昭60−163758号明
細書に示された従来例の１つであり、イ図はその
全体構成図、ロ図はイ図における本装置の底蓋を
はずし、その低面より上方を眺めた図である。図
において、１は液体ヘリウム用デユア、２は例え
ば幅１cm、長さ約10cm、厚さ約１mm程度のスタブ
状石英基板、３は石英基板２の上に形成された銅
もしくは金などの薄膜ストリツプ線路、４は極低
温チツプ、５は真空排気栓、６は被測定常温チツ
プ、７は液体ヘリウムである。ここで、石英基板
２と薄膜ストリツプ線路３の一体構造をＩ／Ｏイ
ンタフエースと称する。また、８は石英基板２の
先端に形成された貫通穴であり、図に示すように
貫通穴８の中に極低温チツプ４が装填される。９
は外形形状が貫通穴８よりやや小さめの銅等の一
般に熱抵抗の小さい材料で形成された平板、１０
は平板９を石英基板２に固定するための接着剤で
ある。なお、ここで、イ図に示すように、平板９
の厚さはそれと極低温チツプ４の厚さの和が石英
基板２の厚さにほぼ等しくなるようにそれを選ば
れている。また、平板９はその裏面を液体ヘリウ
ム用デユア１の内容器の底面１′に（一般に極低
温グリスなどを介して）密着されている。また、
極低温チツプ４と薄膜ストリツプ線路３の間はワ
イアボンド１１でその電気的結合が行われる構造
となつている。

ハ図は石英基板２に貫通穴８を設けず、単に極
低温チツプ４を石英基板２の先端近傍に設置し、
両者の電気的結合をワイアボンド１１で行なう場
合の断面図である。この構造はワイアボンド１１
の本数が少ない場合に可能な構造であるが、その
基本的機能は上記例と何ら変わるものではない。

しかしながら、このように構成した場合、極低
温チツプ４を確実に4.2Kの極低温に冷却するた
めには、一般に実願昭61−127号明細書に示され
ているように、極低温チツプ４をねじ、もしくは
ばね状のもので押しつけることが必要である。第
６図はその実施例の極低温チツプ付近における断
面構造を示す。ここで、１２が極低温チツプ４を
押圧するためのねじであり、１３はその支持台で
ある。

ところで、このような構成の場合、極低温チツ
プ４と底面１′間には極低温チツプ４と平板９間
（接触面Ａ）、および平板９と底面１′間（接触面
Ｂ）の２個所もの接触面が存在することになり、
十分な冷却を実現するためには夫々の接触面にお
ける熱抵抗を減らす必要があり、従つて、ねじ１
２の押圧力を大きくせねばならず、そのため極低
温チツプ４を破損する危険か、さもなくば、十分
な冷却条件が得られないという欠点があつた。そ
の理由は、特に平板９と底面１′との押圧力を高
めるためにも押圧手段はねじ１２の１つしかない
ので、これを高めるしかなく、この結果、極低温
チツプ４に過大な力が働き破損する可能性がある
からである。

（考案の目的） 本考案は上記の欠点を改善するために提案され
たもので、極低温チツプをデユアの底面に押圧す
るための手段として第１の押圧手段と第２の押圧
手段とにより形成し、これによつて構成が簡易
で、かつ、極低温チツプの冷却が確実な極低温信
号計測処理装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため本考案は石英などの
剛でかつ絶縁性の基板にワイアボンドによつて取
付けられた極低温チツプに、前記の基板の表面上
に形成された薄膜線路によつて常温信号等を前記
の極低温チツプに導入する極低温信号計測処理装
置において、極低温冷却容器の内容器の表面に接
触する熱抵抗の小な薄平板に前記の極低温チツプ
が接触するように配置され、かつ前記の薄平板は
第１の押圧手段によつて前記の極低温冷却容器の
内容器に押圧され、前記の極低温チツプは第２の
押圧手段によつて前記の薄平板に押圧されている
ことを特徴とする極低温信号計測処理装置を考案
の要旨とするものである。

次に本考案の実施例について説明する。なお実
施例は一つの例示であつて、本考案の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いう
ることは言うまでもない。

本考案は、このような極低温信号計測処理装置
において、該極低温チツプが該基体の先端近傍の
一部に設けた貫通穴に挿入され、ワイアボンドに
て該基体に設置される場合には、該極低温チツプ
は該基体の裏面に該貫通穴を塞ぐ形態で接着され
た、該貫通穴よりも十分大きな面積を有する銅材
料等の一般に熱抵抗の小さい材料で形成された薄
平板上に、密着して設置され、また、極低温チツ
プがＩ／Ｏインタフエース基体の先端近傍にワイ
アボンドにて該基体に設置される場合には、該基
体の該先端近傍の裏面に接着された、該極低温チ
ツプ面積よりも十分大きな面積を有する銅材料等
の一般に熱抵抗の小さい材料で形成された薄平板
上に密着して設置され、かつ、該熱抵抗の小さい
薄平板は、直接、もしくは該基体の上から、該極
低温冷却容器に別個に設けられた、ねじなどの押
圧手段により該容器における内容器の外壁上に押
圧せられ、かつ、該極低温チツプは、該ねじなど
の押圧手段とは別個に設けられた、ねじ、または
ばねなどの押圧手段にて、該熱抵抗の小さい薄平
板上に押圧されてなることを特徴とする。

従来の技術とは、該極低温チツプが該基体の先
端近傍の一部に設けた貫通穴に挿入され、ワイア
ボンドにて該基体に設置される場合には、該極低
温チツプは該基体の裏面に、該貫通穴を塞ぐ形態
で接着された該貫通穴よりも十分大きな面積を有
する銅材料等の一般に熱抵抗の小さい材料で形成
された薄平板上に密着して設置され、また、極低
温チツプがＩ／Ｏインタフエース基体の先端近傍
にワイアボンドにて該基体に設置される場合に
は、該基体の該先端近傍の裏面に接着された、該
極低温チツプ面積よりも十分大きな面積を有する
銅材料等の一般に熱抵抗の小さい材料で形成され
た薄平板上に密着して設置され、かつ、該熱抵抗
の小さい薄平板は、直接、もしくは該基体の上か
ら、該極低温冷却容器に別個に設けられた、ねじ
などの押圧手段により該容器における内容器の外
壁上に押圧せられ、かつ、該極低温チツプは、該
ねじ、または、ばねなどの押圧手段とは別個に設
けられたばねなどの押圧手段にて、該薄平板上に
押圧されるところが異なる。

以下、具体的実施例にて詳細に説明する。

（実施例 １） 第１図は本考案の実施例を示す。イ図は極低温
チツプ付近の斜視図であり、ロ図は同断面図であ
る。この実施例においては熱抵抗の小な薄平板９
のほぼ中央部に石英基板２に設けた貫通穴８の大
きさよりやや小の凸形部９′を設け、平板９と石
英基板２とを重ねた場合に、平板９に設けた凸形
部９′は貫通穴８の内部に収容され、この凸形部
９′上に極低温チツプが配置される。しかして凸
形部９′の高さは石英基板２の厚さと、極低温チ
ツプ４の厚さとの差に等しいように作られてお
り、従つて凸形部９′の上に極低温チツプ４を重
ねた場合、極低温チツプ４と平板９との表面が同
一の面になるように形成される。

また平板９と石英基板２との接触面は接着剤な
どで接着されている。

１３はＵ字形のガイドポストで夫々の先端部は
折り曲げられて、接触面１３ａが形成され、この
接触面はねじ１４でねじ込まれ、液体ヘリウム用
容器１の底１′に平板９とガイドポスト１３とを
押圧する（これを第１の押圧手段Ａとする）。さ
らにガイドポスト１３の本体１３ｂのほぼ中央に
ねじ１２をねじ込み、このねじ１２の先端で、極
低温チツプを平板９に押圧する（これを第２の押
圧手段Ｂとする）。

この図に示すように、ガイドポスト１３を固定
するねじ１４は、同時に平板９をも固定する作用
を兼用して果しており、その結果、平板９は極め
て強固に底１′に固定させることが可能となる。
この場合、必ずしも、その兼用は必要ではなく、
それぞれを別部品で構成し、平板９を底１′に固
定するようにしてもよいことは勿論である。

かかる構造をジヨセフソン接合を用いて実験の
結果、第２図イに示すように、良好な電流−電圧
特性が得られた。平板９を底１′にねじで固定せ
ずに、ねじ１２で極低温チツプ４を底１′に対し
て押圧のみした場合の電流−電圧特性を第２図ロ
に示す。この特性により、平板９を底１′にねじ
で固定しない場合、極低温チツプ４の冷却が不十
分であることを示している。

なお、この例から容易に類推できるように、極
低温チツプ４は必ずしも内容器底面に位置させる
必要は無く、例えばその側面でもよいことは容易
に理解できるであろう。

ここで、冷却効率のみを考えた場合、平板９を
用いずに極低温チツプ４を直接底１′に圧着させ
る方法が最も優れている。しかしながら、その場
合、極低温チツプ４の支持台が存在しないことに
なり、ワイアボンド行程が極めて困難となるほ
か、ワイアボンド後も、極低温チツプ４と石英基
板２はワイアボンド１１のみで結合されているこ
とになり、その取扱いも極めて困難であるという
重大な欠点を有することになる。また、その場
合、通常極低温チツプ４と石英基板２の高さは異
なるため、ワイアボンド１１の長さも一般に長く
なり高周波特性が劣化する。逆に言えば、平板９
と凸部９′はワイアボンドを極めて簡易にするほ
か、系の高周波特性を向上させる役割を果す。な
お、必ずしも高周波特性を必要としない場合に
は、凸部９′は必要でなく９は単純な平板で良い。

（実施例 ２） 第３図は本考案の他の実施例を示すものであつ
て、図に示すように、平板９の横幅が石英基板２
からはみださない構造を有する場合の例である。
この場合、平板９はガイドポスト１３およびねじ
１４により石英基板２を通して間接的に押圧され
ることになるが、基本的効果は実施例１と同様で
ある。しかしながら、本例の場合、ねじ１４で平
板９を押圧する場合、石英基板２を破損しない範
囲の押圧力でしかそれを行なえず、従つて、その
効果の程度は一般に実施例１より劣らざるを得な
い。

（実施例 ３） 第４図は本考案の他の実施例を示すものであつ
て、図に示すように、平板２に貫通穴８を設け
ず、極低温チツプ４を石英基板２の先端近傍に単
にワイアボンドにて設置される場合の主要構造部
である。この場合、その効果は実施例１と全く同
様であることは容易に理解できよう。

なお、上記両例において、極低温チツプとして
はジヨセフソンチツプに限らず、例えばGaAsチ
ツプなどの極低温下で動作する他のチツプでもよ
いことは勿論である。また、常温信号としては必
ずしも常温チツプからのものである必要はなく、
例えば外部信号源からの出力など、一般の常温信
号であつてもよいことは勿論である。

このように構成されているため、この装置の構
造は極低温チツプの冷却を確実にし、かつ、ワイ
アボンドも簡易にすることを可能とするものであ
ることが判る。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案の極低温信号計測
処理装置は、極低温チツプがＩ／Ｏインタフエー
スの先端近傍の一部に設けた貫通穴に挿入され、
ワイアボンドにて該基体に設置される場合には、
該極低温チツプは該基体の裏面に、該貫通穴を塞
ぐ形態で接着された該貫通穴よりも十分大きな面
積を有する銅材料等の一般に熱抵抗の小さい材料
で形成された薄平板上に密着して設置され、ま
た、該極低温チツプがＩ／Ｏインタフエースの先
端近傍にワイアボンドにて該基体に設置される場
合には、該基体の該先端近傍の裏面に接着され
た、該極低温チツプ面積よりも十分大きな面積を
有する銅材料等の一般に熱抵抗の小さい材料で形
成された薄平板上に密着して設置され、かつ、該
熱抵抗の小さい薄平板は、直接、もしくは該基体
の上から、該極低温冷却容器に別個に設けられ
た、ねじなどの押圧手段により該容器における内
容器の外壁上に押圧せられ、かつ、該極低温チツ
プは、該ねじなどの押圧手段とは別個に設けられ
たばねなどの押圧手段にて、該薄平板上に押圧さ
れる構造を有しているため、極低温チツプの冷却
を確実にし、かつ、ワイアボンドも簡易するとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の極低温信号計測処理装置の実
施例の構成図、第２図は本考案の効果を示す実験
例、第３図は本考案の他の実施例の構成図、第４
図は本考案の他の実施例の構成図、第５図及び第
６図は従来の極低温信号計測処理装置の構成例を
示す。 １……液体ヘリウム用デユア、２……銅薄膜ス
トリツプ線路用の石英などの基板、３……石英基
板２の上に形成された銅などの薄膜ストリツプ線
路、４……ジヨセフソン素子などの極低温チツ
プ、５……真空排気栓、６……被測定常温チツ
プ、７……液体ヘリウム、８……極低温チツプ設
置用貫通穴、９……銅などの平板、９′……平板
９に設けられた凸部、１０……平板９を石英基板
２に接着するための接着剤、１１……ワイアボン
ド、１２……極低温チツプを押しつけるためのね
じ、またはばね、１３……ガイドポスト、１４…
…ガイドポスト１３および平板９をデユアに固定
するためのねじ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 石英などの剛でかつ絶縁性の基板にワイアボ
   ンドによつて取付けられた極低温チツプに、前
   記の基板の表面上に形成された薄膜線路によつ
   て常温信号等を前記の極低温チツプに導入する
   極低温信号計測処理装置において、極低温冷却
   容器の内容器の表面に接触する熱抵抗の小な薄
   平板に前記の極低温チツプが接触するように配
   置され、かつ前記の薄平板は第１の押圧手段に
   よつて前記の極低温冷却容器の内容器に押圧さ
   れ、前記の極低温チツプは第２の押圧手段によ
   つて前記の薄平板に押圧されていることを特徴
   とする極低温信号計測処理装置。 (2) 第１の押圧手段は薄平板が極低温冷却容器の
   表面に押圧されるように構成され、第２の押圧
   手段はガイドポスト本体に螺入されるねじ、バ
   ネ等の先端によつて極低温チツプが前記の薄平
   板に押圧されるように構成されている実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の極低温信号計測処
   理装置。 (3) 貫通穴を設けた基板と、前記基板の貫通穴に
   挿入可能な凸出部を設けた平板とを有し、前記
   の凸出部が貫通穴の内部に挿入された状態で、
   ワイアボンドにより前記基板に取付けられた極
   低温チツプが前記の凸出部に密着して保持され
   るようにした実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の極低温信号計測処理装置。