JPH077188A

JPH077188A - 複合動作環境用実装装置

Info

Publication number: JPH077188A
Application number: JP5147325A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Hosoya; 睦細谷; Korenori Oka; 維禮丘; Hiroshi Okabe; 寛岡部
Original assignee: Hitachi Ltd; Research Development Corp of Japan
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】配線遅延時間を短くし、真空容器の断熱効果
の劣化、磁気シールドの性能の劣化、低温動作素子の高
周波信号の劣化を防止し、保守、点検を容易にし、操作
性を良好にする。【構成】デュア瓶内壁３１に下部配線基板２１、上部
配線基板２２を支持し、下部配線基板２１と上部配線基
板２２とを発泡スチロール等からなる断熱材３によって
熱的に隔離し、下部配線基板２１、上部配線基板２２に
それぞれ低温動作素子９、室温動作素子１０を実装し、
低温動作素子９と室温動作素子１０とを断熱材３を貫通
したマイクロ同軸配線５、マイクロストリップライン配
線６により接続し、下部配線基板２１の近傍に冷却源７
を設け、上部配線基板２２の近傍に熱源８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超伝導素子等の低温動
作素子、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の室温動作素子などの動作環
境の異なる素子を複合して使用するための複合動作環境
用実装装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】低温動作素子は高性能回路に必須の高速
性と低消費電力性とを兼ね備え、現在広く使われている
Ｓｉ半導体回路の性能を飛躍的に向上させた超高速回路
を実現する手段として期待されている。しかし、低温動
作素子はその物理的限界性能が極めて高いにもかかわら
ず、現在のところ大規模な集積化ができず、充分な性能
を発揮するにまで至っていない。そこで、処理速度とし
ては低温動作素子には劣るものの、低温動作素子と大規
模集積化の可能なＳｉ、ＧａＡｓ半導体等の室温動作素
子とを組み合わせることにより、高速化と大容量化とを
両立させ、一層の処理向上を図ろうとする研究が行なわ
れている。

【０００３】低温動作素子と室温動作素子とを組み合わ
せる場合、低温動作素子の高速性を活かすためには、低
温動作素子と室温動作素子との間の結合を密接にし、充
分な通信量を確保するとともに、通信に伴う遅延を最小
限に抑えなければならない。そのためには、低温動作素
子と室温動作素子とを充分な本数の配線で結合するとと
もに、その配線の距離を最短にする必要がある。

【０００４】一方、低温動作素子は極低温、低磁場の環
境で動作するため、強磁性体または超伝導体よりなる磁
気シールドと真空断熱容器であるデュア瓶とで囲まれた
環境の中で使用されなければならない。これら磁気シー
ルドやデュア瓶はその低磁効果、断熱効果を高めるため
に著しく深くなっている。したがって、室温動作素子と
低温動作素子とを接続するのに、デュア瓶の開口部を経
て同軸ケーブル等で接続する単純な方法を用いたので
は、配線遅延時間が長くなり、同軸ケーブルを介する熱
侵入を防止するため、配線の本数も増やせない。この問
題を解決するために、従来の複合動作環境用実装装置
（特開平４−１８４９８２号公報）においては、低温動
作素子と室温動作素子とをデュア瓶の壁に形成したスリ
ットを貫通するフィルムケーブルによって接続してい
る。

【０００５】図５は従来の複合動作環境用実装装置を示
す断面図である。図に示すように、デュア瓶３０の上部
にデュア瓶蓋３２が設けられ、デュア瓶３０の内部に液
体ヘリウム（寒剤）３５が入れられ、デュア瓶内壁３１
に内部配線基板２３が支持され、内部配線基板２３に低
温動作素子９が設けられ、内部配線基板２３、低温動作
素子９が液体ヘリウム３５に浸漬され、デュア瓶３０の
外部に外部配線基板２４が設けられ、外部配線基板２４
に室温動作素子１０が実装され、低温動作素子９と室温
動作素子１０とがデュア瓶３０のスリットを通したフィ
ルムケーブル１５を介して接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この複
合動作環境用実装装置においては、フィルムケーブル１
５の長さが依然としてデュア瓶３０の壁面の厚み（通常
数ｃｍ）の距離以上は必要となるから、配線遅延時間が
長くなる。また、フィルムケーブル１５を通すためにデ
ュア瓶３０に開けたスリットからデュア瓶３０の気密が
漏れ、デュア瓶３０の断熱効果を劣化させやすい。ま
た、低温動作素子１０の動作には低温動作素子１０のま
わりを磁気シールドで覆って低磁場の環境を造らねばな
らないが、このためには磁気シールドを外部配線基板２
４の外側に配するか、内部配線基板２３と外部配線基板
２４との中間に置かなければならない。しかし、磁気シ
ールドを外部配線基板２４の外側に配した場合には、磁
気シールドの内径が大きくなって、磁気シールドの開口
部から侵入する周辺の磁場がふえるとともに、高価な磁
気シールド内の貴重な空間が有効に使われない。また、
磁気シールドを内部配線基板２３と外部配線基板２４と
の中間に置いた場合には、内部配線基板２３と外部配線
基板２４との接続のため、磁気シールドにもスリットを
設ける必要が生じるから、磁気シールドの性能が劣化す
る。さらに、フィルムケーブル１５がデュア瓶３０に固
定されているから、内部配線基板２３とフィルムケーブ
ル１５との接続を非常に作業性の悪いデュア瓶３０の底
で行わなければならず、しかもその接続には複雑な機構
を必要とするので、良好な接続を行なうことができない
ため、低温動作素子９の高周波信号が劣化し、また内部
配線基板２３をデュア瓶３０の外に取り出すことができ
ないから、保守、点検を容易に行なうことができず、操
作性にも劣る。

【０００７】この発明は上述の課題を解決するためにな
されたもので、配線遅延時間が短く、真空容器の断熱効
果が劣化することがなく、磁気シールドの性能が劣化す
ることがなく、低温動作素子の高周波信号が劣化するこ
とがなく、保守、点検を容易に行なうことができ、操作
性に優れた複合動作環境用実装装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明においては、配線基板と、上記配線基板を
収容する断熱容器と、上記断熱容器内に熱的に隔離され
た複数の熱平衡領域を生成する断熱材と、上記配線基板
の上記各熱平衡領域に実装された動作温度の異なる素子
と、上記複数の熱平衡領域間を接続する接続手段とを設
ける。

【０００９】この場合、上記配線基板の近傍に冷却源を
設ける。

【００１０】また、上記配線基板の近傍に熱源を設け
る。

【００１１】また、上記配線基板の近傍に温度計を設け
る。

【００１２】また、上記接続手段としてストリップライ
ンを用いる。

【００１３】また、上記接続手段として同軸配線を用い
る。

【００１４】また、上記接続手段として高温超伝導体を
用いる。

【００１５】また、上記熱平衡領域を上記配線基板の同
一面に生成する。

【００１６】また、上記熱平衡領域を上記配線基板の両
面に生成する。

【００１７】また、上記配線基板を複数枚設ける。

【００１８】

【作用】この複合動作環境用実装装置においては、接続
手段の長さが短くなり、接続手段が真空容器を貫通せ
ず、配線基板が真空容器内に設けられており、配線基板
を真空容器の外に取り出すことができる。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２０】図１はこの発明に係る複合動作環境用実装
装置の要部を示す断面図である。図に示すように、デュ
ア瓶内壁３１に下部配線基板２１、上部配線基板２２が
支持され、下部配線基板２１と上部配線基板２２とは発
泡スチロール等からなる断熱材３によって熱的に隔離さ
れ、断熱材３によって熱的に隔離された複数の熱平衡領
域すなわち下部配線基板２１、上部配線基板２２にそれ
ぞれ低温動作素子９、室温動作素子１０が実装され、低
温動作素子９と室温動作素子１０とが断熱材３を貫通し
たマイクロ同軸配線５、マイクロストリップライン配線
６により接続され、下部配線基板２１の近傍に冷却源７
が設けられ、上部配線基板２２の近傍に熱源８が設けら
れている。

【００２１】図２は図１に示した複合動作環境用実装装
置に使用するマイクロ同軸配線、マイクロストリップラ
イン配線を示す断面図である。図に示すように、マイク
ロ同軸配線５は絶縁体５３と、絶縁体５３の内部と外部
に設けられた信号用導体５１および接地用導体５２とか
らなる。また、マイクロストリップライン配線６は絶縁
体６３と、絶縁体６３の両側に設けられた信号用導体６
１および接地用導体６２とからなる。

【００２２】この複合動作環境用実装装置においては、
冷却源７と熱源８とによって積極的に熱平衡状態が制御
され、低温動作素子９、室温動作素子１０の近傍が低温
動作素子９、室温動作素子１０の最適な動作温度にな
る。そして、接続手段であるマイクロ同軸配線５、マイ
クロストリップライン配線６がデュア瓶３０を貫通しな
いから、マイクロ同軸配線５、マイクロストリップライ
ン配線６の長さが短くなるので、配線遅延時間が短くな
るとともに、デュア瓶３０の気密が漏れることがないの
で、デュア瓶３０の断熱効果が劣化することがない。ま
た、低温動作素子９および室温動作素子１０がデュア瓶
３０の内部に設けられているから、磁気シールドの内径
を大きくする必要がないので、磁気シールドの開口部か
ら侵入する周辺の磁場がふえることがなく、しかも、マ
イクロ同軸配線５、マイクロストリップライン配線６を
磁気シールドに貫通させる必要がないので、磁気シール
ドの性能が劣化することがない。さらに、マイクロ同軸
配線５、マイクロストリップライン配線６がデュア瓶３
０に固定されていないから、マイクロ同軸配線５、マイ
クロストリップライン配線６による接続をデュア瓶３０
の底で行なう必要がないので、良好な接続を行なうこと
ができるため、低温動作素子９の高周波信号が劣化する
ことがなく、また下部配線基板２１、上部配線基板２２
をデュア瓶３０の外に取り出すことができるから、保
守、点検を容易に行なうことができ、操作性に優れてい
る。また、構成が簡単であるから、製造コストが安価で
ある。

【００２３】図３はこの発明に係る他の複合動作環境用
実装装置の要部を示す断面図である。図に示すように、
デュア瓶内壁３１に配線基板２０が支持され、配線基板
２０に低温動作素子９、液体窒素温度動作素子９１、室
温動作素子１０が実装され、室温動作素子１０が断熱材
３６によって熱的に隔離され、液体窒素温度動作素子９
１および室温動作素子１０が断熱材３７によって熱的に
隔離され、低温動作素子９の近傍に冷却源７が設けら
れ、室温動作素子１０と液体窒素温度動作素子９１とは
断熱材３６を貫通する常伝導体配線１１で密に結合さ
れ、液体窒素温度動作素子９１と低温動作素子９とは断
熱材３７を貫通する高温超伝導体配線１２で密に結合さ
れている。

【００２４】この複合動作環境用実装装置においては、
冷却源７により低温動作素子９の近傍を低温動作素子９
の最適な動作温度とすれば、断熱材３６、３７によって
液体窒素温度動作素子９１、室温動作素子１０の近傍が
それぞれ液体窒素温度動作素子９１、室温動作素子１０
の最適な動作温度になる。また、常伝導体配線１１、高
温超伝導体配線１２が配線基板２０を貫通していないか
ら、低温動作素子９、液体窒素温度動作素子９１、室温
動作素子１０の接続を容易に行なうことができる。

【００２５】図４はこの発明に係る他の複合動作環境用
実装装置を示す断面図である。図に示すように、デュア
瓶内壁３１に下部配線基板２５、上部配線基板２６が支
持され、下部配線基板２５と上部配線基板２６とは発泡
スチロール等からなる断熱材３８によって熱的に隔離さ
れ、下部配線基板２５、上部配線基板２６にそれぞれ低
温動作素子９、液体窒素温度動作素子９１が実装され、
低温動作素子９と液体窒素温度動作素子９１とが断熱材
３８を貫通したマイクロ同軸配線、マイクロストリップ
ライン配線（図示せず）により接続され、デュア瓶内壁
３１に下部配線基板２７、上部配線基板２８が支持さ
れ、下部配線基板２７と上部配線基板２８とは発泡スチ
ロール等からなる断熱材３９によって熱的に隔離され、
下部配線基板２７、上部配線基板２８にそれぞれ液体窒
素温度動作素子９１、室温動作素子１０が実装され、液
体窒素温度動作素子９１と室温動作素子１０とが断熱材
３９を貫通したマイクロ同軸配線、マイクロストリップ
ライン配線（図示せず）により接続され、上部配線基板
２６と下部配線基板２７とが配線基板間接続コネクタ１
３によって接続され、下部配線基板２５の近傍に冷却源
７が設けられ、上部配線基板２８に熱源８が設けられ、
デュア瓶３０の外側に磁気シールド３３が設けられてい
る。また、デュア瓶３０、下部配線基板２５により液体
ヘリウム温度領域７１が形成され、上部配線基板２６、
デュア瓶３０、下部配線基板２７により液体窒素温度領
域７２が形成され、上部配線基板２８、デュア瓶３０に
より室温領域７３が形成されている。すなわち、断熱材
３８、３９によって熱的に隔離された液体ヘリウム温度
領域７１、液体窒素温度領域７２、室温領域７３が生成
されている。

【００２６】この複合動作環境用実装装置においては、
冷却源７により低温動作素子９の近傍を低温動作素子９
の最適な動作温度とし、熱源８により室温動作素子１０
の近傍を室温動作素子１０の最適な動作温度とすれば、
断熱材３１、３２によって液体窒素温度動作素子９１の
近傍が液体窒素温度動作素子９１の最適な動作温度にな
る。また、４つの配線基板２５〜２８が設けられている
から、多数の素子９、９１、１０を実装することができ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る複
合動作環境用実装装置においては、接続手段の長さが短
くなるから、配線遅延時間が短くなり、接続手段が真空
容器を貫通しないから、真空容器の断熱効果が劣化する
ことがなく、配線基板が真空容器内に設けられているか
ら、磁気シールドの性能が劣化することがなく、配線基
板を真空容器の外に取り出すことができるから、低温動
作素子の高周波信号が劣化することがなく、保守、点検
を容易に行なうことができ、操作性に優れている。この
ように、この発明の効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る複合動作環境用実装装置の要部
を示す断面図である。

【図２】図１に示した複合動作環境用実装装置に使用す
るマイクロ同軸配線、マイクロストリップライン配線を
示す断面図である。

【図３】この発明に係る他の複合動作環境用実装装置の
要部を示す断面図である。

【図４】この発明に係る他の複合動作環境用実装装置を
示す断面図である。

【図５】従来の複合動作環境用実装装置を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

３…断熱材５…マイクロ同軸配線６…マイクロストリップライン配線９…低温動作素子１０…室温動作素子１１…常伝導体配線１２…高温超伝導体配線２０…配線基板２１…下部配線基板２２…上部配線基板２５…下部配線基板２６…上部配線基板２７…下部配線基板２８…上部配線基板３０…デュア瓶３６…断熱材３７…断熱材３８…断熱材３９…断熱材９１…液体窒素温動作素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡部寛東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板と、上記配線基板を収容する断熱
容器と、上記断熱容器内に熱的に隔離された複数の熱平
衡領域を生成する断熱材と、上記配線基板の上記各熱平
衡領域に実装された動作温度の異なる素子と、上記複数
の熱平衡領域間を接続する接続手段とを具備することを
特徴とする複合動作環境用実装装置。
【請求項２】上記配線基板の近傍に冷却源を設けたこと
を特徴とする請求項１記載の複合動作環境用実装装置。
【請求項３】上記配線基板の近傍に熱源を設けたことを
特徴とする請求項１記載の複合動作環境用実装装置。
【請求項４】上記配線基板に温度計を設けたことを特徴
とする請求項１記載の複合動作環境用実装装置。
【請求項５】上記接続手段としてストリップラインを用
いたことを特徴とする請求項１記載の複合動作環境用実
装装置。
【請求項６】上記接続手段として同軸配線を用いたこと
を特徴とする請求項１記載の複合動作環境用実装装置。
【請求項７】上記接続手段として高温超伝導体を用いた
ことを特徴とする請求項１記載の複合動作環境用実装装
置。
【請求項８】上記熱平衡領域を上記配線基板の同一面に
生成したことを特徴とする請求項１記載の複合動作環境
用実装装置。
【請求項９】上記熱平衡領域を上記配線基板の両面に生
成したことを特徴とする請求項１記載の複合動作環境用
実装装置。
【請求項１０】上記配線基板を複数枚設けたことを特徴
とする請求項１記載の複合動作環境用実装装置。