JPS599985A - 低温デバイス実装構造 - Google Patents

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】 本発明はジョセフソンコンピュータ等の低温で使用され
る電子デバイスの実装構造に関する。

従来の電子デバイスは室温付近で使用されていたため、
配線板等の実装材料の熱膨張係数の整合や実装形態に対
する要求は少なかった。この場合徒者においては、たと
えばＤＩＰパッケージ、チップキャリア等に搭載された
半導体デバイスが、エポキシ系プリント基板あるいはア
ルミナ基板に平面的に実装され、またプリント基板相互
ではフラットグーゾル付きのばね構造のコネクタで接続
されるという実装形態が一般的である。

ところが、公知のジョセフノン素子の実装においては、
室温と低温との間のヒートサイクルに耐え得るよう同一
材料であるシリコンウニ／・どうしを用い、すなわちＳ
ｌを用いて熱膨張係数を整合させると共に、たとえば液
体窒素を用いた冷却効率向上のため第１図に示すような
実装形態が採られていた。第１図において、ジョセフソ
ン素子チップｌがＳｉよシなる配線基板２に固定され、
この配線基板２はマイクロソケット列に水銀が充填され
たＳｌよりなる配線基板３に取付けられる。この場合、
配線基板２Ｆｉ配線基板３に対して直角に植立され冷却
を比較的好適にしている。また更に、配線基板３のマイ
クロソケット列とかん合するｐｔよシなるマイクロビン
を有しＳｌよシなる配線基板４および５が配置される。

この配線基板５にはＩ１０ケーブル６が接続される。

しかしながら、このような第１図に示す実装形態におい
ては、ジョセフソン素子チップ１が搭載された配線基板
２の一端のみでこの配線基板２がマイクロピンおよびマ
イクロソケットよりなるマイクロコネクタによシ保持さ
れている構造上しかもＳｉウェハは機械的にもろいため
、機械的衝撃に対して非常に破壊しゃすいというめの代
を有しておル配線基板２どおしの間隔を小さくして実装
密度を向上することが困難である等の欠点があった。

そこで、本発明は上述の欠点に鑑み機械的に堅牢でしか
も実装密度を向上させた小型の低温デバイス実装構造の
提供を目的とする。

かかる目的を達成するため本発明としては、素子チップ
が搭載されＳｌよルなる配線基板を室温以下に冷却して
使用する低温デバイスの実装構造において、上記配線基
板と他の配線基板とを相互に設けられたマイクロコネク
タにて係止させて厚さ方向に密着して積層したことを特
徴とする。

ここで、第２図々いし第４図を参照して本発明の詳細な
説明する。ジョセフソン素子を有する低温デバイスチラ
ノ１ｏは８１ウエハよシなる配線基板１１に搭載されて
いる。この場合、低温デバイスチップ１ｏはＩｎ　−Ｂ
ｉ　−Ｓｎ系合金よりなる融点６０℃の低融点はんだに
ょルフリッグチツプボンディングを行なっている。配線
基板１１は更にＳｉウェハよりなる配線基板１２に搭載
されている。この配線基板１２には配線基板１１に設け
られたマイクロソケット用の微細孔１１ａに挿入され得
るｐｔからなるマイクロビン１２ａが設けられる。配線
基板１１と１２との接続はこの微細孔１１ａとマイクロ
ーン１２ａからなるマイクロコネクタにより行々われる
が、このマイクロコネクタには融点２０℃のＧａ　−Ｓ
ｎ系合金よりなる低融点合金が充てんされている。

更に、配線基板１２に社Ｓｉウェハよりなる配線基板１
３が取付りられる。この配線基板１３は積層される配線
基板１２間の間隔を調整しかつ異なる配線基板１１上に
搭載されている低温デバイスチップｌＯとおしの配線を
行なうだめのものであ、９．Ｓｉウェハよりなる。配線
基板１２と１３との接続は配線基板１２に設けられたｐ
ｔよシなるマイクロビン１２ｂとマイクロソケット用の
微細孔１２ｅとに、配線基板１３に設けられたマイクロ
ソケット用微細孔１３ｂとマイクロピン１３ｃとかはｔ
、６合うことで行なわれる。この微細孔とマイクロピン
との接続については融点１６℃のＧａ　−Ｉｎ系合金よ
シなる低融点合金が充てんされる。なお、第２図および
第３図中１４はＩ／１０ケーブルである。

このようにして、低温デバイスチラノ１ｏが搭載された
配線基板１１．配線基板１２．および配線基板１３それ
ぞれの表面、裏面もしくは表裏両面を密着して積層する
ことができるので、機械的にもろいＳｌウェハを密着さ
せてｓｌの！ロックを形成していくのであるから非常に
堅固とな９機械的熱的衝撃に対してすぐれたものとなる
。また、実装密度の向上、小形化も図ることができ、た
とえば配線基板（・２は直径２インチ厚さ０．３　ｍ、
配線基板１３は直径２インチ厚さ２論の８１ウエハの加
工によシ作ることができ、積層した配線基板のピッチは
１４ｍ＋程度にできる。

また、配線基板１３の中央に開けられた空隙部１３ｈ内
に低温デバイスチップ１ｏや配線基板１１が格納される
のであるが、この空隙部１３ｈに冷媒を流通させ更に配
線基板１２の空隙部１２ｈにも冷媒を通すことができる
。実際上冷却媒体内にこの積層物を浸は込むことになシ
、第４図にも示すように空隙部１３ｈと１２ｈとの形状
差による通路を通って冷却媒体は自然循環されることに
なシ、高効率の冷却が可能となる。

なお、マイクロコネクタであるマイクロビン１２　ａ　
＊　１２　ｂ　＋　１３　ｃが挿入されるマイクロソケ
ットである微細孔１１　ａ　＋　１２　ｃ　ｒ　１３　
ｂにはＧａ系の低融点合金が充てんされるが、この充て
んはマイクロコネクタの接続を確実にすると共に、スル
ホールであるマイクロソケットの表裏面の配線を接続す
る役目もおる。

以上説明したように本発明によれば、配線基板として線
膨張係数の小さなＳ１ウエハを用い、配線基板を利用し
て設けたマイクロコネクタによシ低温デバイスチップを
厚さ方向に密着して積層できたことにより、非常に堅固
となシ機械的、熱的衝撃に対して非常に優れる。

また、立体的に実装することができ、かつ配線基板に設
けられた空隙部を通して冷媒をチップに直接接触しなが
ら流通させることができるので、第１図の従来の実装法
よシも１／１０以下の体積になυ、きわめて小型、高密
度の低温デバイスが得られた。したがって、低温デバイ
スを収納するクライオスタット及び冷凍機の小型化に著
しい貢献ができるため、低温デΔイスを使用した従来形
の超高速コンピュータの経済化、高信頼度化に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低温デバイス実装構造の一例を示す分解
斜視図、第２図ないし第４図は本発明による低温デバイ
ス実装構造の実施例で、第２図は平面図、第３図は断面
図、第４図は分解斜視図である。 図面中 １０は低温デバイスチップ、 １１．１２．１３は配線基板、 １１ａ、１２ｃ、１３ｂはマイクロコネクタの微細孔、
１２ａ、１２ｂ、１３ｃはマイクロコネクタのマイクロ
ピン、１２ｈ、１３ｈは空隙部である１、 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 弁理士　光　石　士　部　（他１名） 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　素子チップが搭載されＳｉよシなる配線基板
   を室温以下に冷却して使用する低温デバイスの実装構造
   において、上記配線基板と他ｑ配線基板とを相互に設け
   られたマイクロコネクタにて係止させて厚さ方向に密着
   して積層したことｔ−特徴とする低温デバイス実装構造
   。
2. （２）他の配線基板には冷媒流通と素子チップ格納用の
   空隙部を有するＳｌよシなる更に他の配線基板が相互に
   設けられたマイクロコネクタにて係止させて厚さ方向に
   密着して積層されている特許請求の範囲第１項記載の低
   温デバイス実装構造。
3. （３）　マイクロコネクタのうちマイクロソケットとな
   る微細孔にＳｔとぬれ性の良いＧａ系低融点合金を充て
   んし、この低融点合金にて配線基板の表裏の配線間のス
   ルホール接続を行なうと共に、上記微細孔に挿入された
   マイクロピンとの接続を行なう特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の低温デバイス実装構造。