JPS58129616A - 低温動作形計算機 - Google Patents

低温動作形計算機

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JPS58129616A
JPS58129616A JP57011650A JP1165082A JPS58129616A JP S58129616 A JPS58129616 A JP S58129616A JP 57011650 A JP57011650 A JP 57011650A JP 1165082 A JP1165082 A JP 1165082A JP S58129616 A JPS58129616 A JP S58129616A
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JP
Japan
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wiring
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superconducting
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JP57011650A
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Nobuo Kodera
小寺 信夫
Mikio Hirano
幹夫 平野
Ushio Kawabe
川辺 潮
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ジョセフソンデバイスを主たる能動素子として用いるジ
冒セフソン計算機に係り、特に超電導性配線を多用する
実装方式に好適な構造、電気結線方式および材料組合せ
と製造方法に関する。
従来のジ冒セフソン計算機の実装構造では、電気配線の
一部に白金ピン(常電導体)を用いるなど完全な超電導
性接続ができなかった。これによシ信号電流が減衰する
欠点があった。
本発明は基本的にすべての計算機内部の実装配線を超電
導性接続として、計算機内部における信号の温度の減衰
をなくし設計を容易にすると共に不要のジーール損によ
る発熱をなくすることを第1の目的とする。さらに、実
装配線溝造全体の室温での検査を容易にすることを@2
の目的とする。
製造された実装基板等を77になど高温で動作する半導
体デバイスにも適用可能にすることを第3の目的とする
ジョセフノン計算機では、4.2になど極低温で動作さ
せデバイス自身は超電導性をもちそのチップ内配線も超
電導性をもつ0実装構造の中に従来のように常電導性部
分があると信号減衰、発熱、信号遅延が生じ計算機設計
を著しく困難にする。
本発明はこの困−を解決するための実装構造を提供する
。本発明の構造は、高温領域で超電導材料の抵抗値が比
較的大きく検査困難であった事態さも同時に解決してい
る。
第1図は、計算機の桝成讐素となる・・−ドウェ□ アを模式的に示すもので、100.110%120゜は
3枚のプラッタ(配線基板)をあられす。また200.
210はプラ、り上に置かれるモジーール(配線基板)
をあられす。このモジュール上には覆叙枚のLSIチッ
プが塔載されるが図示され′Cいない。
七ジーール内配I−はLSIチップを州立に接続するた
めのもので、この接続用配線は第2図に示すような超電
導縁材(薄膜)lと常電導線材(薄+1I)2の重ね嗅
によって構成される。ブラレタ内で行なわれるモジー−
ル間の電気的接続も第2図と同様の構成とし、第1図中
の11,12で示されるように超電導線11と常電導線
12によって二重に接続される。プラッタ間の接続用配
線も第1図に示すように超電導線材1と常電4IM材2
によって二重に接続される。この配線には、第3図に示
すような常電導線材(ワイヤ)2を芯としその外周に超
電導性被S#tをもつ構造材を使用できる0 本構成によれば、第1図のノ・−ドウエアが超電導材料
の転移温度′fC以下の空間に置かれれは、すべての接
続は#I4電導性接続となる。
超電導線材としてはPb、Nbが用いられるが、これら
はIroより高温では一般の常亙鼻性金稿であるC u
s A jに(らべて抵抗率がたかい。このため、16
以上の温度では電流は主に常電導線材をながれる。まだ
 T c以下の温度では抵抗がゼロである超電4線材を
ながれる。
本構造を用いれば、モジュールやプラ、りを室温で検査
する場合、配線抵抗が小さくできるため電気的接続の良
否判定が容易である。
本構造をジ日し・フソン計算機用実装M造として用いれ
ば(0電流によるジュール発熱が僅少オたけゼロとなり
、■配線抵抗がゼロ(’t−なるため1g号電流の減衰
が僅少となり、■配線に付随する寄生インダクタンスL
   と配線抵抗Hの比、para         
   para(L   /R)、で与えられる時定数
で代para     parA 表される、信号遅延を設計上溝ぼする必較がなく設計が
単純化される、などの利点がある。
以下、本発明を実施例を本とに詳細に説明する。
第4図は、4ケのLSI1i果槓回路チップ、300.
3111,302.303、を塔載[7たモジュール2
00の構成を示す。モジュール内配線Q↓モジ、−ル板
、戊面上に4・・いて行われ、第2図に示し/こような
薄、嗅車ね庫によ1.てセ気的に僧婢される。
モジっ一ル基散は50γnmX25mmの面積をもち、
厚さ約3mrnのSi結結晶基金用いている。
SI基板の主面は熱酸化5in2模によって被覆され−
Cいるが、この5in2膜は必らずしも必要でない、モ
ノ、−ル基板面上の配線層は、通常のホトエツチング法
によって形成される。−、SiO□膜直上に〜500人
厚さのCr#を被着形成し重ねて〜2000人厚さのN
I膜を被着形成して常電導配線部分となす。これらのエ
ツチングには硝酸第2セリウムアンモニウムを含む溶液
を用いることができる。このあと、AZレジスト膜によ
るリフトオフ法によって〜3000A厚さのNb膜を被
着形成できる。なお8i0.$9を用いない場合は、使
用温度でのSi基板抵抗が1〜100ΩC1n以上であ
ることを要するが、上と同様の工程でCrおよびA11
ldを被着形成できる。このあと、フッ酸系のエツチン
グ液を用いるホトエツチング法により、Nb膜を被着形
成できる〇 とのCr −kl−Nb 車ね膜の組合せは、C「が基
板との接着性改善に有効であり、Ajが軟かい金属であ
るためにその上に形成するNb4膜の内S応力を緩和す
る役割をなすもので、配線構造のはく離を生じ難い好適
な組合せとなっている。
本モジュール表向上に、重ねてさらに42層の配線導体
を形成するには、上で得られた配線基板上にポリイミド
系樹脂(ポリイミドイソインドロキナゾリン、商品名P
IQ)を塗布し7て表面を平坦化し、さらに上と同様の
配線形成を行えばよい。
42層導体と第1導溝体との接続のためには、通常のス
ルーホール形成技術を用いればよいが、Aj同志のスル
ーホール接続とNb 1ilil志のスルーホール接続
を別個に行う必要がある。
本モジュールとLSIと接続は超電導性の半田合金によ
るCCB技術によって行われているものとする。
拳法によればモジー−ル内のすべての配線は超電導性の
接続とすることができる。
次に前d己と同様の幼果がある別の材料組合わせと製造
方法について実施例を示す。モジー−ル基板として同じ
8i基板金用いる。81基板の主面ldsi02Mによ
って被機されているが、このSin、膜は必らすしも必
要でない。ここでは初めに常電導配線形成のため、〜1
000人厚さのTi幌を被着形5′i、シ事ねて〜40
00λ厚さのCuFyAを蒸着法により被着形成する。
同じ蒸着装置でさらに続けて〜4000λ厚さのNb重
を被着形成する。このあとホトエツチング法により配線
パターンの形成を行う。Nb[のエツチングはフッ酸系
のgを用い、つづけてCuiのエツチングのためにH2
SO,、)1,0.を含む水溶液を用いる。さらにつづ
けてTi膜のエツチングのために、エチレンジアミン1
酢tels H20□、NH4OH,を含む水浴液を用
いる。このTi −Cu−Nb重ね膜の組合せは、Ti
が基板との接着性を保ち、Cuが軟かい金属であるため
その上に形成するNb膜の内部応力を緩和し、CuとN
bの膜の拡散混合が多少生じてもNb膜の超電導性が損
われない好適な材料組合せとなっている。
第5図は本発明の多層配線技術の実施例を不す図である
。モジー−ル板200は第4図と同様のものであり、前
述のポリイミド系樹脂等を用いる多層配線技術により、
3層の配線導体201゜202.203が形成されてい
る。@1層配−と第2層配線を上下に重なるように並行
に配置して、高速信号伝播用のストリップライン構造と
することは任意である。モジュール板を複数個塔載する
ためのプラッタ仮についても、上述のプラッタ板と同様
の金属の組合せ、同様の配[* 造、とすることができ
る。
次に本発明の他の重要な構成安住であるピン接続につい
て述べる。
46図は回路基板(モジュール板)200の上にピン接
続を行うための、配線構造を示す。穴204はピンがは
め合うためのもので、穴径は〜200μmとした。超電
導性のピン接続を可能にするために、超電導性金1@薄
膜をビン穴2040周辺で丸く拡がるように円板状に形
成しておく必安がある。
ピンはCu%Pt1真ちゅう等の常電導金属芯用いその
周囲にPb1Nb等の超電導性金網を被接した構造とす
る。第7図にその断面形状を示すが、ピンの先端はビン
穴204にはめ合うものとする。ピンの常電導金属芯2
2はここではPtと1.た。−Fだ周囲の超冨導性金J
lli21としてはメッキによるPbとした。ビン1則
のPb被膜21t、回路基板側のNb膜23と直接に接
触して超電導性接続を可能にする。このNb膜23の下
には、Aj124、Cr膜25があり、これらが回路基
板側の常電導性配線となっている。この配線は直接Si
基板26に接触しているが、Si基板の抵抗率は〜10
0Ωcm以上と高抵抗性のものを用いており電流がもれ
ることは少ない。基板側ビン穴の周辺領域27は、あら
スフ・じめ不純物元素Bなどが1018cm−” 〜1
0”cm−”の濃度で拡散されており局部的低抵抗層2
7を形成している。ピン穴の内部には穴加工のあとIn
などの接着を目的とする全域半田が少量充填され、ピン
の先端29と接触している。この構造によれば、ピンの
先端29から、1n28、基板低抵抗層27、Crm2
5、A4m24の経路によって、ピンと基板配−との間
の常電導性接続が可能となる。
ピンの他端はコネクターを介して他のピンまたは室温領
域に向うケーブルに接続される。金属が超電導性を示す
温度範囲の空間から、超電導性を失うより高い温度の空
間にまでまたがって、ケーブルが配置される場合を考え
る。ケーブルの基本構造はfg3図で述べたが、一般に
超電導性金属は室温付近では抵抗率が高く電流のながれ
を妨げる。
このため高温度の空間範囲では常電導性金属に主たる電
気的接続を施して、ケーブル自体の導通抵抗を小さくす
ることが望ましい。これらの接続を可能にするケーブル
と接続方式の実施例(断面図)を第8図に示す。
ケーブルはCuQ材32を芯としてもち、その周囲にP
bメッキ涙31を被着形成したものである。Cu芯は4
00μm直径、Pbメ、キの厚さは〜150μmとした
。その周囲はテフロン被横を行っているが図示されてい
ない。このケーブル構造は液体ヘリウムの満された空間
では、Pbメッキ!−のみVcJi流が集中【7て流れ
ることを可能にする。液体ヘリウムの砂面33よす上で
は、Pb材料の超電導性が失われpbメッキ層の抵抗率
はCu母材の抵抗率より大きくなる。このため、室温空
+iJlに近つくとケーフル内電流は圧倒的にCu材に
集中して流れる。第8図の上部に室温付近にあるケーブ
ルコネクター34の断面の一部を示すが、電気的接続は
Cu母材32とコネクター34とを直接かしめることに
よって行った。本ケーブル構造ならびに電気的接続方式
によれば、極低温領域と室温領域とを極小の抵抗で接続
することができ、微小な電流信号を効果的に伝送するこ
とができる。
以上述べたごとく本発明によれば、低温で動作するジョ
セフソン計算機において、低温領域では超電導性の電気
配線とすることができ、隻温に近い′s6温領域では比
較的低抵抗で常電導性の電気配線を行うことができる。
この結果、ジョセフソン計算機の信号減衰をなくし発熱
を僅少にでき、その設計を容易ならしめる効果がある。
さらに第2の効果として、多数の複雑な配線経路をもつ
計算機実装系の検査を室温で行うことが容易になる。
さらに本発明の実装系に、低温領域で動作する半導体デ
バイス集積回路チップを塔載することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の実装系構成を示す概念図、第
2図第3図は電気的接続構造を示す鳥かん図、第4図は
回路基板の構造を示す鳥かん図、第5図は多層化回路基
板を示す斜視図、第6図はピン接続構造を示す鳥かん図
、第7図は回路基板とピンとの接続状況を示す部分断面
図、第8図はケーブルとその接続状況を示す断面図であ
る。 1・・・・・・・・超電導性接続部位 2・・・・・・・・・常電導性接続部位11・・・・・
・・・・プラッタ上の超電導性配線12・・・・・・・
・・プラッタ上の常電導性配線21・・・・・・・・・
ピンにおける超電導性部位22・・・・・・ピンにおけ
る常電導性部位23・・・・・・回路基板上の超電導性
配4!1(Nb ’)24・・・・・・・・・回路基板
上の常電導性配置1t(Aj)25・・・・・ C「薄
膜 26・・・・・・・Si基板 27・・・・・・・・・低抵抗層領域 28 ・・・・・・金属半田 29・・・・・・・・・ビンの先端部分       
      %/ff131 ・・・・・・Pbメッキ
膜 32・・・・・・・・・Cu線材 33・・・・・・・・・液体ヘリウムの液面境界34・
・・・・・・・・常電導性コネクタ100.110.1
20・・・・・・・・・プラッタ(基板)202.20
3、・・・・・・・・・回路基板の内部配線300.3
01,302.303、・・・・・・・・・集積回路チ
ップ代理人 弁理士 薄 1)利 幸 単 4 図 卓 5 圀 t6図 ”47 TEA       、!、 B図正

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、各要素部分間を接続する常電導性材質の第1の配線
    部材と、前記各要素部分間を接続する超電導性材質の第
    2の配線部材とを含む多重構造の配−導体を備えたこと
    を特徴とする低温動作形計算機。 2、特許請求の範囲第1項に記載の第1の配線部材と、
    第2の配線部材とは電気的機械的に密着接触しているこ
    とを特徴とする低温動作形計算機。 3、特許請求の範囲W4i項に自己載の配線導体は、基
    板上に膜状に形成された前記第1の配線部材と、該第1
    の配線部材の上に密着して膜状に形成された前記第2の
    配線部材とを含むことを特徴とする低温動作形計算機。 4、特許請求の範囲第1項に記載の配線導体は、常電導
    性金属よシ成る芯体と、咳芯体の周囲もしくはその1部
    を被覆する超電導性金属膜とを含む多重構造ケーブルを
    含むことを特徴とする低温動作形計算機。 5、%許請求の範囲第1項に記載の配線導体は、基板に
    設けられたスルーホールに挿入され、該基板上の常電導
    性配線部材と電気的に接続される常電導性金属の芯体と
    、該芯体の周囲を被接し、該基板上の超電導性配線部材
    と電気的に接続される超電導性金属膜とから成る接続ビ
    ンを含むことを特徴とする低温動作形計算機。 6、特許請求の範囲第3項に記載の第1の配線部材は基
    板上に形成されftcrHと、該Cr膜上に形成された
    Aノ膜とから成り、第2の配線部材はNbJIIから成
    ることを特徴とする低温動作形計算機。 7、  %許請求の範囲第3項に記載の第1の配線部材
    は基板上に形成されたTi膜と、該Ti膜上に形成され
    たCu膜とから成り、第2の配線部材はNb膜から成る
    ことを%徴とする低温動作形計算機。 8、%許請求の範囲第4項に記載の多重構造ケーブルは
    前記超電導性金属膜が超電導性を呈する温度の第lの空
    間から超電導性を呈しない温度の第2の2間にまたがっ
    て用いられ、該第2の空間では前記芯体が電気的接続に
    用いられることを特徴とする低温動作形計算憬。 9、特許請求の範囲第5項の記載の基板は高抵抗Siか
    らなり、かつ前記スルーホール周辺には前記芯体と前記
    常電導性配線部材とを電気的に接続する不純物拡散層を
    有することを特徴とする低温動作形計算機。
JP57011650A 1982-01-29 1982-01-29 低温動作形計算機 Granted JPS58129616A (ja)

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JPS58129616A true JPS58129616A (ja) 1983-08-02
JPH0519161B2 JPH0519161B2 (ja) 1993-03-16

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016178110A (ja) * 2015-03-18 2016-10-06 昭和電線ケーブルシステム株式会社 電流リード

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50159693A (ja) * 1974-05-30 1975-12-24
JPS55102116A (en) * 1979-01-31 1980-08-05 Hitachi Cable Compound superconductor

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