JPH0656818B2 - 超電導トランス - Google Patents
超電導トランスInfo
- Publication number
- JPH0656818B2 JPH0656818B2 JP60172515A JP17251585A JPH0656818B2 JP H0656818 B2 JPH0656818 B2 JP H0656818B2 JP 60172515 A JP60172515 A JP 60172515A JP 17251585 A JP17251585 A JP 17251585A JP H0656818 B2 JPH0656818 B2 JP H0656818B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transformer
- thin film
- superconducting
- magnetic flux
- ground plane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は超電導トランスに係り、特に高密度実装に好適
な磁気シールド付超電導トランスに関する。
な磁気シールド付超電導トランスに関する。
第１図は超電導薄膜トランスの模式図である。１次巻線
３と２組の２次巻線２が磁気的に結合している。このト
ランスの１次巻線３と２次巻線２の磁気的結合度を大き
くするため、トランスの直下の超電導グランドプレーン
（図示せず）は部分的に取り除かれている。この超電導
トランスは第２図に示すように、回路チップ８と接続さ
れている。尚、７はトランスを示す。従来の超電導薄膜
トランスは、アイ・イー・イー・イー・トランザクショ
ン・オン・ミクロウエーブ・セオリー・アンド・テクニ
ックス，ＭＴＴ−２８巻（１９８０）第５００頁〔ＩＥ
ＥＥ Trans.onＭ．Ｔ．Ｔ．ＭＴＴ２８Ｐ．５００（１
９８０）〕に記載のように論理回路チップから離れた別
チップに設置しており、トランスの発生磁束が論理回路
チップに影響を及ぼさないようにしている。しかしなが
ら、今後、実装密度が大きくなりトランスチップが論理
回路チップに近づくとトランスの発生磁束が無視できな
くなる。しかも、このトランスは数mm角のチップ上に微
細加工して作製された数百μｍ角の薄膜トランスである
ため、通常の強磁性材料によって箱形のシールドケース
を作ることは困難である。また、作ることができても、
トランスチップと回路チップの接続経路が長くなってし
まい、波形歪みや位相遅れなどの問題を生ずる。そこ
で、トランスのもれ磁束を遮蔽するために薄膜トランス
全体を強磁性体薄膜（例えば、パーマロイ薄膜など）で
覆うことが考えられる。しかしながらこの場合、強磁性
体薄膜の残留磁界があるため、チップを液体ヘリウム温
度に冷却する際に超電導薄膜が磁束トラップしてしま
い、回路が動作しなくなるという問題を生ずる。
３と２組の２次巻線２が磁気的に結合している。このト
ランスの１次巻線３と２次巻線２の磁気的結合度を大き
くするため、トランスの直下の超電導グランドプレーン
（図示せず）は部分的に取り除かれている。この超電導
トランスは第２図に示すように、回路チップ８と接続さ
れている。尚、７はトランスを示す。従来の超電導薄膜
トランスは、アイ・イー・イー・イー・トランザクショ
ン・オン・ミクロウエーブ・セオリー・アンド・テクニ
ックス，ＭＴＴ−２８巻（１９８０）第５００頁〔ＩＥ
ＥＥ Trans.onＭ．Ｔ．Ｔ．ＭＴＴ２８Ｐ．５００（１
９８０）〕に記載のように論理回路チップから離れた別
チップに設置しており、トランスの発生磁束が論理回路
チップに影響を及ぼさないようにしている。しかしなが
ら、今後、実装密度が大きくなりトランスチップが論理
回路チップに近づくとトランスの発生磁束が無視できな
くなる。しかも、このトランスは数mm角のチップ上に微
細加工して作製された数百μｍ角の薄膜トランスである
ため、通常の強磁性材料によって箱形のシールドケース
を作ることは困難である。また、作ることができても、
トランスチップと回路チップの接続経路が長くなってし
まい、波形歪みや位相遅れなどの問題を生ずる。そこ
で、トランスのもれ磁束を遮蔽するために薄膜トランス
全体を強磁性体薄膜（例えば、パーマロイ薄膜など）で
覆うことが考えられる。しかしながらこの場合、強磁性
体薄膜の残留磁界があるため、チップを液体ヘリウム温
度に冷却する際に超電導薄膜が磁束トラップしてしま
い、回路が動作しなくなるという問題を生ずる。
さらに、薄膜トランス全体を超電導薄膜でおおって磁束
がもれ出ないようにする場合には、超電導薄膜が直流か
ら高周波にわたる磁束を完全に遮蔽するため、トランス
の１次巻線と２次巻線の結合が著しく小さくなってしま
う。これは、超電導薄膜トランスが磁束が鎖交しやすい
ように、超電導グランドプレーンに穴をあけ、そこに１
次巻線と２次巻線を重ねているにもかかわらず、超電導
薄膜でトランス全体をおおうと、実効的に超電導グラン
ドプレーンの穴をふさぐ事になり、１次巻線と２次巻線
の磁束が鎖交しづらくなるためである。
がもれ出ないようにする場合には、超電導薄膜が直流か
ら高周波にわたる磁束を完全に遮蔽するため、トランス
の１次巻線と２次巻線の結合が著しく小さくなってしま
う。これは、超電導薄膜トランスが磁束が鎖交しやすい
ように、超電導グランドプレーンに穴をあけ、そこに１
次巻線と２次巻線を重ねているにもかかわらず、超電導
薄膜でトランス全体をおおうと、実効的に超電導グラン
ドプレーンの穴をふさぐ事になり、１次巻線と２次巻線
の磁束が鎖交しづらくなるためである。
本発明の目的は上記問題点を解決することにあり、周囲
に磁束を漏洩しない磁気シールドを有する超電導トラン
スを提供することにある。
に磁束を漏洩しない磁気シールドを有する超電導トラン
スを提供することにある。
本発明は、上記の目的を実現するため、超電導トランス
をＡｌ，Ａｕ，Ａｇ等の常電導薄膜で覆うことを特徴と
するものである。常電導であるので低周波領域では磁束
が透過し、トランスのインダクタンス及び１次巻線と２
次巻線の鎖交磁束が変化せずトランスの機能が保たれ
る。クロストークが現れるような１ＧＨｚ以上の高周波
領域では導体の表皮効果により磁界が漏洩しなくなる。
このように常電導薄膜の磁気シールドを設けることによ
り、使用周波数領域（通常、１ＧＨｚ以下）におけるト
ランスの機能を損うことなく、クロストークの要因とな
る高周波領域の磁束漏洩を防止できる。
をＡｌ，Ａｕ，Ａｇ等の常電導薄膜で覆うことを特徴と
するものである。常電導であるので低周波領域では磁束
が透過し、トランスのインダクタンス及び１次巻線と２
次巻線の鎖交磁束が変化せずトランスの機能が保たれ
る。クロストークが現れるような１ＧＨｚ以上の高周波
領域では導体の表皮効果により磁界が漏洩しなくなる。
このように常電導薄膜の磁気シールドを設けることによ
り、使用周波数領域（通常、１ＧＨｚ以下）におけるト
ランスの機能を損うことなく、クロストークの要因とな
る高周波領域の磁束漏洩を防止できる。
尚、常電導薄膜による磁気シールドでは、高周波磁界に
よるうず電流が生ずるおそれがある。すなわち磁気シー
ルドが常電導体薄膜であるため、うず電流によって熱を
発生することになる。従って、磁気シールドに使用する
常電導体薄膜には、うず電流による発熱を小さくするた
め、電気抵抗が著しく小さい材料で、しかも、発生した
熱を放散しやすくなるため熱抵抗の小さい材料、例え
ば、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌなどの良導体を用いる必要があ
る。
よるうず電流が生ずるおそれがある。すなわち磁気シー
ルドが常電導体薄膜であるため、うず電流によって熱を
発生することになる。従って、磁気シールドに使用する
常電導体薄膜には、うず電流による発熱を小さくするた
め、電気抵抗が著しく小さい材料で、しかも、発生した
熱を放散しやすくなるため熱抵抗の小さい材料、例え
ば、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌなどの良導体を用いる必要があ
る。
以下、本発明の実施例を図面により説明する。第３図
は、本発明による磁気シールド付超電導トランスであ
る。超電導トランスはグランドプレーン１にあけられた
長方形のホール１１と、そこに積層された二次巻線２と
一次巻線３で構成されている。第４図はシールド付トラ
ンスの断面構造を示しており、一次巻線３に電流が流れ
ると磁界が発生し、グランドプレーン１のないホールの
部分に磁束が集中する。ここで発生する磁束がクロスト
ークの原因となるため、ホール全体をおおうようにグラ
ンドプレーン上面のトランス電極の上側に、シールド電
極４をかぶせた。シールド電極４をかぶせることによっ
て、２つの超電導トランスのインダクタンスをあまり大
きくせず、結合度は大きくでき、寄生キャパシタンスを
小さくする事ができる。シールド電極４を常電導薄膜で
形成するため、クロストークが現れる高周波領域におい
て表皮効果によりシールド効果が著しく増加するという
特徴がある。表皮効果によって磁束が浸入できる距離ｄ
は下式で表わされる。
は、本発明による磁気シールド付超電導トランスであ
る。超電導トランスはグランドプレーン１にあけられた
長方形のホール１１と、そこに積層された二次巻線２と
一次巻線３で構成されている。第４図はシールド付トラ
ンスの断面構造を示しており、一次巻線３に電流が流れ
ると磁界が発生し、グランドプレーン１のないホールの
部分に磁束が集中する。ここで発生する磁束がクロスト
ークの原因となるため、ホール全体をおおうようにグラ
ンドプレーン上面のトランス電極の上側に、シールド電
極４をかぶせた。シールド電極４をかぶせることによっ
て、２つの超電導トランスのインダクタンスをあまり大
きくせず、結合度は大きくでき、寄生キャパシタンスを
小さくする事ができる。シールド電極４を常電導薄膜で
形成するため、クロストークが現れる高周波領域におい
て表皮効果によりシールド効果が著しく増加するという
特徴がある。表皮効果によって磁束が浸入できる距離ｄ
は下式で表わされる。
ここで、ω＝２πｆ，ｆは周波数，μは薄膜の透磁率，
σは電導度である。
σは電導度である。
本実施例で使用したＡｌ膜でｄが１μｍの距離となるの
は数ＧＨｚであり、トランスとして使用する１ＧＨｚ以
下ではトランスの性能を損わないという効果がある。ま
た、Ａｌは電気抵抗及び熱抵抗が小さいためうず電流に
よる熱の発生量も小さく、発生した熱もすぐに放散でき
るという効果がある。Ａｌと同様に電気抵抗及び熱抵抗
の小さなＡｕ，Ａｇ膜においても上記の効果が得られ
る。これらの効果は、電気抵抗及び熱抵抗の小さなその
他の金属材料においても期待できる。
は数ＧＨｚであり、トランスとして使用する１ＧＨｚ以
下ではトランスの性能を損わないという効果がある。ま
た、Ａｌは電気抵抗及び熱抵抗が小さいためうず電流に
よる熱の発生量も小さく、発生した熱もすぐに放散でき
るという効果がある。Ａｌと同様に電気抵抗及び熱抵抗
の小さなＡｕ，Ａｇ膜においても上記の効果が得られ
る。これらの効果は、電気抵抗及び熱抵抗の小さなその
他の金属材料においても期待できる。
本発明によれば、ジョセフソン集積回路中のトランスか
らの発生磁界を防ぐことができ、これによって実装密度
を上げることができ、また論理動作の高速化を図れると
いう効果がある。
らの発生磁界を防ぐことができ、これによって実装密度
を上げることができ、また論理動作の高速化を図れると
いう効果がある。
第１図は超電導薄膜トランスの模式図、第２図はトラン
スチップと回路チップの接続状態を示す模式図、第３図
は本発明の実施例である超電導薄膜トランスの俯瞰図、
第４図は第３図中のＡＡ′間を切断した時の断面図であ
る。 １……グランドプレーン、２……二次巻線、３……一次
巻線、４……シールド電極、５……二次巻線出力端子、
６……一次巻線入力端子、７……トランスチップ、８…
…回路チップ、９……論理回路、１１……グランドプレ
ーン開口部。
スチップと回路チップの接続状態を示す模式図、第３図
は本発明の実施例である超電導薄膜トランスの俯瞰図、
第４図は第３図中のＡＡ′間を切断した時の断面図であ
る。 １……グランドプレーン、２……二次巻線、３……一次
巻線、４……シールド電極、５……二次巻線出力端子、
６……一次巻線入力端子、７……トランスチップ、８…
…回路チップ、９……論理回路、１１……グランドプレ
ーン開口部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−23500（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−88300（ＪＰ，Ｕ) ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃ ｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｖｏ ｌ．22 Ｎｏ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ 1979 Ｐ．2147〜2148
Claims (2)
- 【請求項１】グランドプレーン上に形成された超電導薄
膜よりなる一次巻線および二次巻線と、前記グランドプ
レーンに形成された磁束の通るホールよりなる超電導薄
膜トランスにおいて、前記グランドプレーン上の前記一
次巻線と二次巻線の上側にホール部分全体をおおうよう
な常電導薄膜の磁気シールド電極を有することを特徴と
する超電導トランス。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記磁気
シールドは、Ａｕ，Ａｇ，又はＡｌからなることを特徴
とする超電導トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60172515A JPH0656818B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 超電導トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60172515A JPH0656818B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 超電導トランス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6233410A JPS6233410A (ja) | 1987-02-13 |
| JPH0656818B2 true JPH0656818B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=15943384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60172515A Expired - Lifetime JPH0656818B2 (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | 超電導トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656818B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6144478Y2 (ja) * | 1978-12-15 | 1986-12-15 | ||
| JPS5823500A (ja) * | 1981-08-04 | 1983-02-12 | 住友電気工業株式会社 | 光通信送受信機 |
-
1985
- 1985-08-07 JP JP60172515A patent/JPH0656818B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＩＢＭＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎｖｏｌ．２２Ｎｏ．５Ｏｃｔｏｂｅｒ１９７９Ｐ．２１４７〜２１４８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6233410A (ja) | 1987-02-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |