JPH0794792A

JPH0794792A - Ｓｑｕｉｄパッケージ

Info

Publication number: JPH0794792A
Application number: JP5256269A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Takada; 洋一高田; Kunio Kazami; 邦夫風見; Kenichi Okajima; 健一岡島; Gen Uehara; 弦上原; Hisashi Kado; 久賀戸
Original assignee: CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK; Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】十分な耐久性、信頼性を有し、取扱いが容易
で、かつ、磁束トラップの生じないＳＱＵＩＤパッケー
ジを提供する。【構成】ＳＱＵＩＤ２を温度変化緩和特性を有するセ
ラミックス材料等からなる箱体３内に密閉状に封止しＳ
ＱＵＩＤ２の一面を高熱伝導性材料６と低熱伝導性材料
５とを介して箱体３に接着し高熱伝導性材料６にヒート
フラッシュ抵抗７を接着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、心磁波、脳磁波、眼筋
磁場等の生体磁気計測、または、地磁気計測、あるいは
物質の帯磁率計測、さらには磁気的信号伝送用のインタ
ーフェイス等に適したＳＱＵＩＤ（Superconducting Qu
antum Interference Device ：超伝導量子干渉デバイ
ス）を実装する際におけるＳＱＵＩＤパッケージに関す
る。ここに、ＳＱＵＩＤとは、液体ヘリウムや液体窒素
等により断熱容器（クライオスタット等）内で低温状態
に維持され、ループ内にジョセフソン接合を含む超伝導
ループであるＳＱＵＩＤループに直流電流をバイアス電
流として印加して駆動し、このＳＱＵＩＤループ内に、
ピックアップコイルや入力コイル等を介して外部からの
磁束を結合して印加すると、ＳＱＵＩＤループに周回電
流が誘起され、ループ内のジョセフソン接合における量
子的な干渉効果により、印加された外部磁束の微弱な変
化を出力電圧の大きな変化に変換するトランスデューサ
として動作することを利用して、微小磁束変化を測定す
る素子である。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のＳＱＵＩＤを実装し計測す
る場合には、銅パターン化されたガラスエポキシ樹脂等
上に接着剤等によりＳＱＵＩＤを設置し、パターンニン
グされた銅パターン上に、アルミニウムや金等の極細の
金属線材によりボンディングし、ＳＱＵＩＤ自体をガラ
スエポキシ樹脂等の箱などにより覆い、パッケージ化し
ていた。このようなＳＱＵＩＤパッケージとしては、特
開平４−９６８４号公報に記載されたものなどが知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳＱＵＩＤ
は、磁場計測の際には低温状態にするため液体ヘリウム
等の中に浸し、計測していない場合は液体ヘリウム等か
ら引き上げる。したがって、低温状態と常温状態との間
でサイクル的に温度変化（サーマルショック）を生じ、
この温度変化サイクルに対する耐久性が必要となるが、
上記従来のＳＱＵＩＤパッケージでは、その対策が十分
ではなかった。また、ＳＱＵＩＤセンサは、その検査又
は補修等のため、ＳＱＵＩＤセンサの支持機構とともに
断熱容器外に取り出す場合があるが、この際、ＳＱＵＩ
Ｄセンサがその動作温度である低温状態にまで冷却され
た状態であると、室温環境内へ取り出すと、ＳＱＵＩＤ
の顕熱により周囲の空気が急速に冷却され、おびただし
い量の霜がＳＱＵＩＤ表面に付着する。この結果、ＳＱ
ＵＩＤチップ等と配線基板等とを電気的に接続している
ボンディング線材に応力が加わり、その耐久寿命を縮め
たり、場合によっては、僅かな使用回数で断線してしま
う、という問題点もあった。また、ＳＱＵＩＤを長期間
にわたって使用する場合や常温中に曝す場合には、空気
中の水分によりＳＱＵＩＤの経時変化が生じるため、空
気中の水分に対する保護対策が必要となるが、上記従来
のＳＱＵＩＤパッケージでは、これに対する対策につい
ても十分ではなかった。さらに、ＳＱＵＩＤには、「磁
束トラップ現象」という特有の現象が生じる。これは、
ＳＱＵＩＤを冷却していく場合に、ある値以上の磁場に
曝された状態で冷却されると、磁束がＳＱＵＩＤ上で捕
捉され、ＳＱＵＩＤの特性の一時的劣化、例えばＳＱＵ
ＩＤの素子感度の一時的低下等を生じる現象である。従
来、この磁束トラップに対する対策としては、以下のよ
うなものが知られている。第１の方法は、パーマロイ等
の高透磁率の材料からなる磁気シールドや超伝導シール
ドを用いて超伝導化しようとする超伝導回路の周囲の地
磁気を減少させる、いわば「磁気遮蔽法」と呼ぶべき方
法である。第２の方法は、超伝導回路内において磁束ト
ラップから保護しようとする回路部の周辺の超伝導グラ
ンドプレーンの箇所に孔を設け、回路部の面積をＳと
し、磁束密度をＢとし、磁束量子をΦ_o としたとき、Ｓ×Ｂ＜Φ_o ／２となるようにして、「超伝導ループ内に存在可能な磁束
は磁束量子Φ_o の整数倍に限られる」という原理から、
保護しようとする回路部に残留できず外部へ流出した磁
束を上記の超伝導グランドプレーンの箇所に設けられた
孔内にトラップさせてしまう、いわゆる「モート法」と
呼ばれる方法である。第３の方法は、抵抗体に電流を流
すなどして超伝導回路の温度を一時的に超伝導の臨界温
度以上に上昇させた後に再度温度を下げ、確率現象であ
る磁束トラップ現象の発生を防止しようとする、いわゆ
る「ヒートフラッシュ法」と呼ばれる方法である。しか
しながら、上記の磁気遮蔽法単独、モート法単独、又は
この両者を組み合せた方法では、遮蔽可能な磁気量に限
界が存在することが知られており、例えば、マルチター
ンの入力コイルを使用する大きな超伝導回路の場合には
磁束トラップ現象を防止することはできなかった。ま
た、上記のヒートフラッシュ法では、抵抗体に流す電流
自体が磁界を発生させ再度磁束トラップ現象を生じさせ
ることになるので、抵抗体を超伝導回路から十分な距離
だけ離隔する「離隔方式」を採るか、あるいは、超伝導
回路に近接配置する場合には抵抗体を超伝導回路に対し
対称となる位置に配置して抵抗体から発生して超伝導回
路に錯交する磁界を相互にキャンセルさせて零にする
「磁界キャンセル方式」を採る必要があった。しかし、
上記の離隔方式では、抵抗体を超伝導回路に近接配置す
る場合に比べ、超伝導回路上に温度分布を与えることは
容易ではなく、超伝導回路は空間的に均一に近い温度分
布状態となる。したがって、再び冷却されると、超伝導
回路全体がほぼ同時に超伝導状態に遷移し、磁束トラッ
プを引き起こす確率は高くなってしまう。一方、磁界キ
ャンセル方式では、超伝導回路の形状等を判断し、それ
にあわせて抵抗体の位置等を決定しなければならず不便
である。上記のヒートフラッシュ法をさらに改良した方
法として、超伝導薄膜の場合に、冷却している超伝導薄
膜の微小領域のみを、走査機構を有するレーザ光照射機
構からのレーザ光で加熱して常伝導化し、この加熱領域
を薄膜の端部へ向って移動させ、加熱領域に含まれる残
留量子磁束を薄膜中から強制的に排出除去する、という
方法も提案されている（特公平１−４２５１２号公報参
照）。しかし、この方法では、レーザ光照射機構及び複
雑な走査機構が必要となるほか、レーザ光を走査できる
範囲が並進方向と回転方向のみであるため、超伝導薄膜
の形状が限定されてしまう、という欠点があった。さら
に、上記のヒートフラッシュ法の他の改良方法として、
ＳＱＵＩＤ基板下に抵抗体を並列に配置した抵抗回路を
設けておき、それらの抵抗値を不均一に分布させるか又
は各抵抗体に流す電流値を不均一にすることにより、こ
の抵抗回路によって加熱される超伝導回路の温度分布が
１個ないし複数のピークバレーを持つように構成し、加
熱により、超伝導回路を、超伝導状態→常伝導状態→超
伝導状態のように変化させることにより超伝導回路内の
磁束トラップを解除する方法も知られている。この方法
によれば、温度分布にピークバレーを持たせてあるの
で、これらを移動させることにより磁気トラップの確実
な解除が可能である、という（特開平３−１８５８８３
号公報参照）。しかし、この方法では、復数個の抵抗体
が必要であり、また、ＳＱＵＩＤ自体が直接冷媒に接触
して冷却されているので、抵抗体に流す電流値を大きく
しなければならない、という問題点があった。以上説明
したように、ＳＱＵＩＤの実装パッケージは、温度変化
（サーマルショック）に対する耐久性に富むこと、ボン
ディング断線が生じないこと、かつ、磁束トラップの生
じないこと等の条件が求められるが、上記従来のＳＱＵ
ＩＤパッケージでは、これらに対する対策、特に磁束ト
ラップ対策が全く不十分であった。本発明は、上記の問
題点を解決するためになされたものであり、十分な耐久
性、信頼性を有し、取扱いが容易で、かつ、磁束トラッ
プの生じないＳＱＵＩＤパッケージを提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るＳＱＵＩＤパッケージは、ＳＱＵＩＤ
を温度変化緩和特性を有する材料からなる箱体内に密閉
状に封止して構成される。上記において、前記箱体は、
温度変化緩和特性を有する材料からなる部材を、粒状補
強材を混入させたエポキシ系接着剤により接合されて形
成されるようにしてもよい。また、前記ＳＱＵＩＤの近
傍であって、磁束トラップを生じない位置に、ヒートフ
ラッシュ抵抗を配置するようにしてもよい。前記ＳＱＵ
ＩＤの一面は、高熱伝導性材料と低熱伝導性材料とを介
して前記箱体に接着され、当該高熱伝導性材料にヒート
フラッシュ抵抗を接着するようにしてもよい。また、前
記ヒートフラッシュ抵抗は、前記ヒートフラッシュ抵抗
によりＳＱＵＩＤに付与される熱の勾配が１次元熱流と
なるように構成されてもよい。

【０００５】

【作用】上記構成を有する本発明によれば、温度変化緩
和特性を有するセラミックス等の材料により形成された
箱体内にＳＱＵＩＤを封止するので、温度変化に対する
耐久性が高い。また、粒状補強材を混入させたエポキシ
系接着剤により接合されて形成されるようにしたので、
温度変化、結露等を防止することができる。そして、特
に、ＳＱＵＩＤの一面は、高熱伝導性材料と低熱伝導性
材料とを介して前記箱体に接着され、当該高熱伝導性材
料にヒートフラッシュ抵抗を接着するようにしたので、
磁束トラップ現象を生じることがなく、良好な磁場計測
を行うことができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図にもとづいて説明
する。本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ１
を図１ないし図５に示す。図１に示すように、このＳＱ
ＵＩＤパッケージ１は、ＳＱＵＩＤチップ２のある面
（本実施例の場合は底面２Ｂ）の一部を、高い熱伝導性
を有する高熱伝導性接着剤６でパッケージの箱体３の底
部をなす基板３Ｂに接着し、ＳＱＵＩＤチップ２の面２
Ｂの他の部分を、低い熱伝導性を有する低熱伝導性接着
剤５で基板３Ｂに接着し、上記の高熱伝導性接着剤６に
熱を付与可能な位置にヒートフラッシュ抵抗７を配置
し、ＳＱＵＩＤチップ２を包囲するように枠体３Ｆを設
け、ＳＱＵＩＤチップ２が密閉されるように枠体３Ｆに
蓋体３Ｔを取り付け、ＳＱＵＩＤチップ２のパッドＴ₁
〜Ｔ₆ と電気的接続を行うためのボンディング用のパッ
ドＰ₁ 〜Ｐ₆ 及びボンディング用の線材Ｗ₁ 〜Ｗ₆ と、
ヒートフラッシュ抵抗７に電流を流すためのパッドＰ
₇ ，Ｐ₈ 及び線材Ｗ₇ ，Ｗ₈ を備えて構成されている。

【０００７】上記において、高熱伝導性接着剤６の材料
としては、例えば、エポキシ系接着剤で商標名「ラムダ
イト」、「スタイキャスト２８５０」等として販売され
ているもの等が用いられ、低熱伝導性接着剤５の材料と
しては、例えば、ゴム状弾性接着剤で商標名「シリコー
ン」、「ＥＰ００１」等として販売されているもの等が
用いられる。これらは、接着剤に限定されるものではな
く、６を高熱伝導性材料、５を低熱伝導性材料とし、こ
れらと基板３Ｂとを接着剤等で接着してもよい。

【０００８】また、上記の箱体３の材料としては、セラ
ミックスやガラスエポキシ樹脂等が用いられる。そし
て、基板３Ｂと枠体３Ｆ、枠体３Ｆと蓋体３Ｔの接合に
は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ₂ ）や酸化アルミニウム
（Ａｌ₂Ｏ₃）からなるフィラ（粒状補強材）を混入した
エポキシ樹脂系接着剤等が使用される。上記の接着作業
は、水分の混入を避けるため、乾燥雰囲気中で行うこと
が望ましい。

【０００９】上記のヒートフラッシュ抵抗７としては、
非磁性材料、例えば、二酸化ルテニウム（ＲuＯ₂）やモ
リブデン（Ｍo ）といった物質が適している。このヒー
トフラッシュ抵抗７は、通電時の発熱によるＳＱＵＩＤ
チップ２への方向の加熱の温度勾配が線形（１次元熱
流）となるように、例えば細い棒状等に構成する。

【００１０】上記のヒートフラッシュ抵抗７と高熱伝導
性接着剤６と低熱伝導性接着剤５との形状、あるいは寸
法の関係について以下に説明する。まず、ＳＱＵＩＤチ
ップ２とヒートフラッシュ抵抗７との離隔は、上述した
ように、ヒートフラッシュ抵抗７に電流を流すと、その
通電電流自体が磁界を発生させ再度磁束トラップ現象を
生じさせるおそれがあるので、このような磁束トラップ
を生じない程度に十分な距離ｄ₁ をおく必要がある。ま
た、ヒートフラッシュ抵抗７に電流が流れても、できる
だけ磁束が発生しない構造、すなわちループができない
ような構造にしておく必要もある。

【００１１】しかし、単に距離を離しただけでは、ＳＱ
ＵＩＤチップ２への温度分布付与が困難になってしまう
ので、高熱伝導性接着剤６を介してヒートフラッシュ抵
抗７の発生した熱をＳＱＵＩＤチップ２に伝えるように
構成する。図１ないし図３に示すように、高熱伝導性接
着剤６からＳＱＵＩＤチップ２への熱の伝達部の各寸法
は、ＳＱＵＩＤチップ２の側面２Ｒ側から見ると幅がｄ
₅ 、高さがｄ₄ であり、ＳＱＵＩＤチップ２の底面２Ｂ
側から見ると幅がｄ₅ 、長さがｄ₂ となっている。実験
の結果、図１に示すような平面的に見た場合、ＳＱＵＩ
Ｄチップ２への熱の伝達部としての高熱伝導性接着剤６
の形状又は寸法の条件としては、高熱伝導性接着剤６の
熱伝達部は少なくとも単一の部分でなければならないこ
とが判明した。すなわち、櫛歯状等の複数の熱伝達部で
あってはならない、ということである。上記の条件が満
たされるならば、高熱伝導性接着剤６の平面幅員ｄ₅
は、ＳＱＵＩＤチップ幅ｄ₆ よりも小さくてもかまわな
い。しかし、よりよい温度分布付与特性を得ようとする
ならば、図１の実施例に示すように、高熱伝導性接着剤
６の平面幅員ｄ₅ は、ＳＱＵＩＤチップ幅ｄ₆ よりも若
干でも大きい方が望ましいことが判明した。

【００１２】また、図２の断面で見た場合、高熱伝導性
接着剤６の平面長さｄ₂ は、低熱伝導性接着剤５の平面
長さｄ₃ に比べ相当程度に小さい長さであるべきことも
判明した。これは、後述するように、ヒートフラッシュ
抵抗７に通電することによりＳＱＵＩＤチップ２に付与
したヒータ熱が、ヒートフラッシュ抵抗７の通電停止に
よりＳＱＵＩＤチップ２から外部の冷媒等へ逃げる速度
をできるだけ遅くし、ＳＱＵＩＤチップ２ができるだけ
徐々にもとの超伝導状態に転移するようにして、ＳＱＵ
ＩＤチップ２の周囲の磁束をトラップしないようにする
ためである。

【００１３】図３のように、ＳＱＵＩＤチップ２の側面
２Ｒ側も高熱伝導性接着剤６で覆っている場合は、ＳＱ
ＵＩＤチップ２がもとの超伝導状態に転移する速度は、
高熱伝導性接着剤６の高さｄ₄ にも関係する。この場合
には、ＳＱＵＩＤチップ２に付与したヒータ熱は、ヒー
トフラッシュ抵抗７の通電停止により、この高熱伝導性
接着剤６の高さｄ₄ の部分からも外部の冷媒等へ逃げる
ので、ＳＱＵＩＤチップ２がもとの超伝導状態に転移す
る速度を調整しようとするときには、高熱伝導性接着剤
６の平面長さｄ₂ と高熱伝導性接着剤６の高さｄ₄ の両
者を考慮する必要がある。

【００１４】次に、上記の構成を有するＳＱＵＩＤパッ
ケージ１を使用した場合の対磁束トラップ特性について
図８、９に基づいて説明する。図８は、上記のＳＱＵＩ
Ｄパッケージ１の温度分布特性を説明する図であり、図
８（Ａ）は測定に用いたＳＱＵＩＤパッケージ１の側断
面図を、図８（Ｂ）はヒートフラッシュ抵抗７に通電し
た時のＳＱＵＩＤパッケージ１の温度分布特性を、図８
（Ｃ）はヒートフラッシュ抵抗７の電流を断った時のＳ
ＱＵＩＤパッケージ１の温度分布特性を、図８（Ｄ）は
ヒートフラッシュ抵抗７の電流を断った後所定時間が経
過し冷却が進んだ状態におけるＳＱＵＩＤパッケージ１
の温度分布特性を、それぞれ示している。図８（Ｂ）な
いし図８（Ｄ）において、縦軸は温度（単位：Ｋ）、横
軸は直上の図８（Ａ）の位置に対応する位置を示してい
る。

【００１５】すなわち、ヒートフラッシュ抵抗７に通電
し、熱を発生させると、図８（Ｂ）に示すような温度分
布特性となる。この場合、ＳＱＵＩＤチップ２上の温度
が臨界温度（Ｔc ）以上に上昇すれば、常伝導状態とな
るので、磁束トラップ現象は完全に解除される。

【００１６】次に、この状態からヒートフラッシュ抵抗
７への通電を断つと、ヒートフラッシュ抵抗７の位置で
の温度は、外部の冷媒により臨界温度Ｔc 以下に下が
る。そして、ＳＱＵＩＤチップ２からは、付与されたヒ
ータ熱が高熱伝導性接着剤６の部分から外部冷媒等へ逃
げていくので、図上の右端から徐々に臨界温度Ｔc 以下
に下がっていき、徐々に超伝導状態に転移していくこと
がわかる（図（Ｃ））。

【００１７】このような場合には、ＳＱＵＩＤチップ２
の周囲に１Φ_o （Φ_o ：磁束量子）以上の磁束が存在し
ていたとしても、ＳＱＵＩＤチップ２の右端部から徐々
に超伝導状態に転移していき全体が一挙に超伝導状態に
転移するわけではないので、超伝導状態に転移した超伝
導ループ部分に外部磁束が捕捉（トラップ）されること
はない。

【００１８】この図８（Ｃ）の状態から、さらに冷却を
受けると、図８（Ｄ）のような温度分布特性となり、つ
いには、磁束トラップを全く生じることなく、ＳＱＵＩ
Ｄチップ２全体が完全に超伝導状態に転移することがわ
かる。したがって、本実施例のＳＱＵＩＤパッケージを
用いて磁場計測を行えば、磁束トラップ現象による磁場
計測特性の劣化を起こすことなく、良好な磁場計測を行
うことができる。

【００１９】このことをしめしたのが、図９である。図
９は、本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージの
磁場計測の特性を示す図であり、図９（Ａ）は超伝導状
態で磁束トラップを起こしていない状態での磁場計測特
性を、図９（Ｂ）は超伝導状態で磁束トラップを強制的
に発生させた状態での磁場計測特性を、図９（Ｃ）は図
９（Ｂ）の状態からヒートフラッシュ抵抗に通電した後
にその通電を切ったときの磁場計測特性を、それぞれ示
している。図９において、縦軸は電流値（１目盛：１０
μＡ，μＡ：マイクロアンペア）を、横軸は電圧値（１
目盛：１０μＶ，μＶ：マイクロボルト）を、それぞれ
示している。

【００２０】図９（Ａ）において、電圧値が一定で電流
値のみ約４０μＡにわたって変化しているａの部分は、
超伝導状態になっていることを示している。この状態か
ら強制的に磁束トラップを起こさせると、図９（Ｂ）に
示すように、電流値の変化は約１０μＡ以下に減少して
しまう。このことは、ＳＱＵＩＤの磁場計測特性が著し
く悪化していることを示している。次に、図９（Ｃ）に
示すように、ヒートフラッシュ抵抗に通電しいったん通
電を停止すると、図のｃに示すように、もとのような超
伝導状態に転移し、磁場計測特性が回復していることが
わかる。

【００２１】図１０は、本発明の一実施例であるＳＱＵ
ＩＤパッケージのヒートフラッシングの効果を説明する
図であり、図１０（Ａ）は測定に用いたＳＱＵＩＤパッ
ケージの側断面図を、図１０（Ｂ）はヒートフラッシュ
抵抗に通電した時のＳＱＵＩＤの電圧値の経時的変化
を、図１０（Ｃ）はヒートフラッシュ抵抗に通電した時
のＳＱＵＩＤの電流値の経時的変化を、それぞれ示して
いる。

【００２２】上記の計測は、ヒートフラッシング電流値
が３８ｍＡ（ミリアンペア）、ヒートフラッシング電力
値が８．７ｍＷ（ミリワット）、ヒートフラッシング電
流によるＳＱＵＩＤチップとのカップリング値が０．７
６ｍＡ／Φ_o という条件で行った。図１０（Ｂ），
（Ｃ）において、ｔ₁ はヒートフラッシュ抵抗の通電を
停止させた時点を、ｔ₂ はヒートフラッシュ抵抗に通電
を行った時点を、それぞれ示している。

【００２３】次に、ＳＱＵＩＤパッケージが具備すべき
他の耐久性、信頼性等に関する測定結果について、以下
に説明する。図１１は、本発明の一実施例であるＳＱＵ
ＩＤパッケージの温度変化に対する特性を説明する図で
あり、図１１（Ａ）は測定に用いたＳＱＵＩＤパッケー
ジの構成を、図１１（Ｂ）は温度の経時変化を、それぞ
れ示している。図１１（Ｂ）に示すように、ＳＱＵＩＤ
に何らのパッケージを施さない場合は、冷媒中に浸す
と、瞬間的に冷却されるのに対し、パッケージ台のみで
あってもかなりの温度変化緩和効果があり、パッケージ
台にガラス板を取り付けると、さらに効果が向上するこ
とがわかる。したがって、本実施例のように、ＳＱＵＩ
Ｄチップ全体をセラミックやエポキシ樹脂等の箱体等の
中に封止すると、より以上の温度変化緩和効果があるこ
とがわかる。

【００２４】図１２は、本発明の一実施例であるＳＱＵ
ＩＤパッケージ中にヘリウムを封止した後、１５回の急
激な温度変化（サーマルショック）を与えた後のヘリウ
ム洩れ量を、パッケージ作成に使用した接着剤ごとに示
した図である。図１２において、試料４や試料５は、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ₂ ）や酸化アルミニウム（Ａｌ
₂Ｏ₃）からなるフィラ（粒状補強材）が混入したエポキ
シ樹脂系接着剤であり、この種類の接着剤で接合したパ
ッケージは、ヘリウム洩れに関し、高い耐久性を有する
ことがわかる。

【００２５】図１３は、本発明の一実施例であるＳＱＵ
ＩＤパッケージ内を極めて低い湿度状態に封止した後、
ＳＱＵＩＤパッケージの周囲の環境を高温多湿雰囲気に
設定し、ヒートショックを５回与えた後にパッケージ内
にどれだけの空気中水分が侵入するかを、パッケージ作
成に使用した接着剤ごとに示した図である。図１３にお
いて、試料１３や試料１４は、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ₂ ）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）からなるフィラ
（粒状補強材）を混入したエポキシ樹脂系接着剤であ
り、この種類の接着剤で接合したパッケージは、湿度洩
れに関し、高い耐久性を有することがわかる。

【００２６】次に、本発明の一実施例である上記のＳＱ
ＵＩＤパッケージ１を用いたＳＱＵＩＤ磁束計の構成の
一例を図６，図７に示す。ＳＱＵＩＤ磁束計に用いるＳ
ＱＵＩＤとしては、超伝導ループ内にジョセフソン接合
を２個含むｄｃＳＱＵＩＤと、ジョセフソン接合を１個
含むｒｆＳＱＵＩＤとがあるが、前者は後者に比べ雑音
特性が優れているため広く研究が進められている。以
下、ｄｃＳＱＵＩＤ（単にＳＱＵＩＤと呼ぶ）を例に挙
げて説明する。

【００２７】図６は、ＳＱＵＩＤチップ２内の回路構成
の一例を示す回路図である。図に示すように、このＳＱ
ＵＩＤチップ２には、２つのジョセフソン接合１５，１
６を含む超伝導ループであるＳＱＵＩＤ１１が設けら
れ、これにバイアス端子Ｔ₁ と、インピーダンス整合回
路１２と、接地端子Ｔ₄ が設けられている。このバイア
ス端子Ｔ₁ にバイアス電流源２１からバイアス電流が注
入される。また、上記のＳＱＵＩＤループ１１の近傍に
は、磁束により結合される入力コイル１４と帰還コイル
１７が設けられる。入力コイル１４にはピックアップコ
イル１３が接続され、ピックアップコイル１３により検
出された磁場は、入力コイル１４を介してＳＱＵＩＤル
ープ１１に結合される。上記の帰還コイル１７に接続す
る端子のうち、Ｔ₆ は接地端子である。また、インピー
ダンス整合回路１２は、低温状態のＳＱＵＩＤ１１と常
温状態にある増幅器２２とのインピーダンスマッチング
をとるためのものであり、図示したＬＣ回路のほか、超
伝導トランスが用いられる場合も多い。

【００２８】次に、図７に、本発明の一実施例であるＳ
ＱＵＩＤパッケージ１を用いたＳＱＵＩＤ磁束計の構成
の一例を示す。図示のＳＱＵＩＤ磁束計１０では、測定
すべき磁場は、ピックアップコイル１３によって検出さ
れ、入力コイル１４を通じてＳＱＵＩＤループ１１に結
合される。入力コイル１３に隣接する帰還コイル１７に
は、増幅器２３から帰還抵抗Ｒ_F を介して帰還される帰
還磁束がＳＱＵＩＤループ１１に加えられる。

【００２９】上記のＳＱＵＩＤチップ２の出力電圧は、
増幅器２２，２３に出力されてロックイン検波され、Φ
−Ｖ曲線（磁束と電圧との関係を示す特性曲線）の１次
微分が得られる。この出力Ｖ_out を、帰還抵抗Ｒ_F を介
して上記の帰還コイル１７に加算してネガティブフィー
ドバックすると、Φ−Ｖ曲線の１次微分が零になる点
（山あるいは谷）に安定し、測定すべき磁場は、上記の
フィードバック量を出力Ｖ_out でモニターすることによ
り得ることができる。この状態を「ロックされた」と表
現する。上記の方法は、ＦＬＬ（Flux Locked Loop：磁
束ロックループ）法と呼ばれ、いわゆる「零位法」の一
種であり、入出力の関係が線形になるのが特徴である。

【００３０】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本発明によれば、温度変化緩和特性を有するセラミック
ス等の材料により形成された箱体内にＳＱＵＩＤを封止
するので、温度変化に対する耐久性が高い。また、粒状
補強材を混入させたエポキシ系接着剤により接合されて
形成されるようにしたので、温度変化、結露等を防止す
ることができる。そして、特に、ＳＱＵＩＤの一面は、
高熱伝導性材料と低熱伝導性材料とを介して前記箱体に
接着され、当該高熱伝導性材料にヒートフラッシュ抵抗
を接着するようにしたので、磁束トラップ現象を生じる
ことがなく、良好な磁場計測を行うことができる、とい
う利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
の蓋体を除いた平面構成を示す平面図である。

【図２】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
の蓋体を取り付けた状態の図１におけるＡ−Ａ方向から
見た断面図である。

【図３】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
におけるＳＱＵＩＤチップ近傍の構成を示す図である。

【図４】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
の蓋体を取り付けた状態の図１におけるＢ−Ｂ方向から
見た断面図である。

【図５】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
内のボンディング状態を示す平面図である。

【図６】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
におけるＳＱＵＩＤチップの構成の一例を示す回路図で
ある。

【図７】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
を用いたＳＱＵＩＤ磁束計の構成の一例を示す回路図で
ある。

【図８】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
の温度分布特性を説明する図であり、図８（Ａ）は測定
に用いたＳＱＵＩＤパッケージの側断面図を、図８
（Ｂ）はヒートフラッシュ抵抗に通電した時のＳＱＵＩ
Ｄパッケージの温度分布特性を、図８（Ｃ）はヒートフ
ラッシュ抵抗の電流を断った時のＳＱＵＩＤパッケージ
の温度分布特性を、図８（Ｄ）はヒートフラッシュ抵抗
の電流を断った後所定時間が経過した時のＳＱＵＩＤパ
ッケージの温度分布特性を、それぞれ示している。

【図９】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケージ
の磁場計測の特性を示す図であり、図９（Ａ）は超伝導
状態で磁束トラップを起こしていない状態での磁場計測
特性を、図９（Ｂ）は超伝導状態で磁束トラップを強制
的に発生させた状態での磁場計測特性を、図９（Ｃ）は
図９（Ｂ）の状態からヒートフラッシュ抵抗に通電した
後にその通電を切ったときの磁場計測特性を、それぞれ
示している。

【図１０】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケー
ジのヒートフラッシングの効果を説明する図であり、図
１０（Ａ）は測定に用いたＳＱＵＩＤパッケージの側断
面図を、図１０（Ｂ）はヒートフラッシュ抵抗に通電し
た時のＳＱＵＩＤの電圧値の経時的変化を、図１０
（Ｃ）はヒートフラッシュ抵抗に通電した時のＳＱＵＩ
Ｄの電流値の経時的変化を、それぞれ示している。

【図１１】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケー
ジの温度変化に対する特性を説明する図であり、図１１
（Ａ）は測定に用いたＳＱＵＩＤパッケージの構成を、
図１１（Ｂ）は温度の経時変化を、それぞれ示してい
る。

【図１２】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケー
ジのヘリウム洩れについて、パッケージ作成に使用した
接着剤ごとの特性を説明する図である。

【図１３】本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤパッケー
ジにおける空気中水分の侵入について、パッケージ作成
に使用した接着剤ごとの特性を説明する図である。

【符号の説明】

１ＳＱＵＩＤパッケージ２ＳＱＵＩＤチップ２ＢＳＱＵＩＤチップ底面２Ｌ，２Ｒ，２ＳＳＱＵＩＤチップ側面３箱体３Ｂ基板３Ｆ枠体３Ｔ蓋体５低熱伝導性接着剤６高熱伝導性接着剤７ヒートフラッシュ抵抗１０ＳＱＵＩＤ磁束計１１ＳＱＵＩＤループ１２インピーダンス整合回路１４ピックアップコイル１５，１６ジョセフソン接合１７帰還コイル２１バイアス電流源２２，２３増幅器Ｐ₁ 〜Ｐ₈ 箱体パッドＲ_B バイアス抵抗Ｒ_F 帰還抵抗Ｔ₁ 〜Ｔ₆ チップパッドＷ₁ 〜Ｗ₈ 線材

フロントページの続き (72)発明者高田洋一千葉県印旛郡印西町武西学園台２−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 (72)発明者風見邦夫千葉県印旛郡印西町武西学園台２−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 (72)発明者岡島健一千葉県印旛郡印西町武西学園台２−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 (72)発明者上原弦千葉県印旛郡印西町武西学園台２−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 (72)発明者賀戸久茨城県つくば市梅園１丁目１番４工業技術院電子技術総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳＱＵＩＤを温度変化緩和特性を有する
材料からなる箱体内に密閉状に封止したことを特徴とす
るＳＱＵＩＤパッケージ。
【請求項２】前記箱体は、温度変化緩和特性を有する
材料からなる部材を、粒状補強材を混入させたエポキシ
系接着剤により接合されて形成されることを特徴とする
請求項１に記載したＳＱＵＩＤパッケージ。
【請求項３】前記ＳＱＵＩＤの近傍であって、磁束ト
ラップを生じない位置に、ヒートフラッシュ抵抗を配置
したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した
ＳＱＵＩＤパッケージ。
【請求項４】前記ＳＱＵＩＤの一面は、高熱伝導性材
料と低熱伝導性材料とを介して前記箱体に接着され、当
該高熱伝導性材料にヒートフラッシュ抵抗を接着したこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載したＳＱ
ＵＩＤパッケージ。
【請求項５】前記ヒートフラッシュ抵抗は、前記ヒー
トフラッシュ抵抗によりＳＱＵＩＤに付与される熱の勾
配が１次元熱流となるように構成されたことを特徴とす
る請求項４に記載したＳＱＵＩＤパッケージ。