KR20230081675A - 크라이오스탯에서 기판에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓 - Google Patents

크라이오스탯에서 기판에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓 Download PDF

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Abstract

크라이오스탯의 기판 상에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓은 크라이오스탯에서 사전 조립을 위해 제공된 하우징 프레임을 포함한다. 스프링 핀 인서트는 하우징 프레임에 배열된다. 스프링 핀 인서트는 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트에 탄성적으로 수용되는 접촉 핀을 포함한다. 접촉 핀은 어레이로 배열된다. 하우징 커버는 기판용 리셉터클을 구비하며, 하우징 커버는 하우징 프레임과 조립될 때, 기판의 후방측을 접촉 핀 상에 가압하는 기판의 전방측 상에 압축력을 가한다.

Description

크라이오스탯에서 기판에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓{A CRYOSTAT SOCKET FOR HOLDING AN ION TRAP DEVICE MOUNTED ON A SUBSTRATE IN A CRYOSTAT}
본 개시는 일반적으로 이온 트랩 분야에 관련되고, 특히 극저온 환경에 설치된 양자 컴퓨팅을 위한 이온 트랩에 관련된다.
포획 이온은 전자기장에 의해 확장 가능한 어레이에서 긴 수명으로 포획될 수 있기 때문에 양자 컴퓨터에서 큐비트(양자 비트)로서 사용하기에 가장 유망한 후보 중 하나이다. 현재, 가장 발전된 이온 트랩은 약 50 큐비트를 개별적으로 제어할 수 있으며, 완전 얽힘 상태에서 최대 16 큐비트를 유지할 수 있다. 미래의 양자 컴퓨터는 제어 가능한 큐비트의 수를 100개 초과, 심지어는 1000개 초과로 증가시켜서 고전적인 슈퍼 컴퓨터를 능가해야 한다. 또한, 양자 컴퓨팅 시에 보다 효율적인 오류 정정을 허용하기 위해 큐비트당 사용되는 이온의 수는 향후 약 6개 내지 100개까지 증가할 예정이다.
이온에 대한 간섭을 최소화하기 위해, 이온 트랩 장치는 초고진공의 저온(예를 들면, 10K 이하)의 크라이오스탯에서 작동된다. 이를 위해, 이온 트랩은 크라이오스탯 소켓에 장착된다. 이온 트랩 장치를 크라이오스탯에 쉽고 정확하게 장착하는 것이 중요하다. 또한, 이온 트랩 장치의 빠른 교환이 요구된다. 많은 폐쇄 사이클형 크라이오스탯(당업계에서는 건식 크라이오스탯이라고도 함)에서, 샘플(즉, 이온 트랩 장치)은 아래로부터 장착해야 하므로, 이는 실제로 이온 트랩을 장착 및 교체하기가 더 어렵다. 동시에, 크라이오스탯 소켓은 우수한 열 접촉을 허용하고 이온 트랩 장치에 쉽게 광학적으로 접근할 수 있어야 한다.
본 개시의 관점에 따르면, 크라이오스탯의 기판에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓은 크라이오스탯에서 사전 조립을 위해 제공된 하우징 프레임을 포함한다. 스프링 핀 인서트는 하우징 프레임에 배열되고, 스프링 핀 인서트는 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트에 탄성적으로 수용되는 접촉 핀을 포함하고, 접촉 핀은 어레이로 배열된다. 크라이오스탯 소켓은 기판용 리셉터클을 구비하는 하우징 커버를 더 포함하고, 하우징 커버는 하우징 프레임과 조립될 때, 기판의 후방측을 접촉 핀 상에 가압하는 기판의 전방측 상에 압축력을 가한다.
본 개시의 다른 관점에 따르면, 이온 트랩 장치를 크라이오스탯에 장착하는 방법이 설명된다. 이온 트랩 장치는 기판에 장착되고, 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓의 하우징 프레임은 크라이오스탯에 사전 조립된다. 본 방법은 이온 트랩 장치가 그 위에 장착된 기판을 크라이오스탯 소캣의 하우징 커버 내에 배치하는 것을 포함하고, 하우징 커버가 기판을 위한 리셉터클을 구비한다. 본 방법은 하우징 커버를 하우징 프레임과 조립하고, 이에 의해 하우징 프레임에 배열된 스프링 핀 인서트의 베이스 플레이트에 탄성적으로 수용된 접촉 핀 상에 기판의 후방측을 가압하는 압축력을 기판의 전방측에 가하는 것을 더 포함한다.
유사한 도면 부호는 대응하는 유사한 부분을 나타낸다. 도시된 다양한 실시예의 특징은 서로를 배제하지 않는 한 결합될 수 있고, 또는/그러나 반드시 필요한 것으로 설명되지 않는 한 선택적으로 생략될 수 있다. 실시예는 도면에 도시되어 있고, 이하의 설명에서 예시적으로 상세하다.
도 1은 예시적인 크라이오스탯 소켓의 평면 사시도이다.
도 2는 도 1의 예시적인 크라이오스탯 소켓의 저면 사시도이다.
도 3은 하우징 커버가 분리된 도 1 및 도 2의 예시적인 크라이오스탯 소켓의 부분 평면도이다.
도 4는 하우징 커버가 분리되고 하우징 프레임 상에 배치된 전방측 상에 이온 트랩 장치가 장착된 기판을 갖는 도 1 내지 도 3의 예시적인 크라이오스탯 소켓의 부분 평면 사시도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4의 크라이오스탯 소켓의 하우징 커버의 일례의 저면사시도이다.
도 6은 도 1 내지 도 4의 크라이오스탯 소켓의 하우징 프레임의 일례의 평면 사시도이다.
도 7은 도 1 내지 도 4의 크라이오스탯 소켓의 브래킷의 일례의 평면 사시도이다.
도 8은 도 1 내지 도 4의 크라이오스탯 소켓의 냉각 스탬프의 일례에 대한 평면 사시도이다.
도 9는 도 1 내지 도 8의 예시적인 크라이오스탯 소켓의 측면도이다.
도 10은 도 9의 A-A선을 따른 절단 평면도이다.
도 11은 크라이오스탯에 이온 트랩 장치를 장착하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
표면 "위에" 또는 "상에" 또는 "아래에" 형성되거나 위치되거나 배치되거나 배열되거나 배치된 부분, 요소 또는 재료층과 관련한 "위에" 또는 "상에" 또는 "아래에"라는 단어는, 부분, 요소 또는 재료층이 암시된 표면과 "직접" 또는 "바로 아래에" 위치(예를 들면, 배치, 형성, 배열, 배치, 배치 등), 예를 들면, 직접 접촉하여 되는 것을 의미하도록 본 명세서에서 사용될 수 있다. 표면 "위에" 또는 "상에" 또는 "아래에" 형성되거나 위치되거나 배치되거나 배열되거나 배치된 부분, 요소 또는 재료층과 관련한 "위에" 또는 "상에" 또는 "아래에"라는 단어는, 부분, 요소 또는 재료층이 암시된 표면과 부분, 요소 또는 재료층 사이에 하나 이상의 추가 부분, 요소 또는 층이 배열된 상태에서, 암시된 표면에 "간접적으로" 또는 "아래에 간접적으로" 위치(예를 들면, 배치, 형성, 배열, 증착 등)되는 것을 의미하도록 본 명세서에서 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 크라이오스탯의 기판(도시되지 않음)에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하도록 구성된 예시적인 크라이오스탯 소켓(100)을 도시한다.
크라이오스탯 소켓(100)은 본 분야에서 알려진 다양한 크라이오스탯, 특히 소위 폐쇄 사이클 크라이오스탯에 대한 샘플 홀더로서 사용될 수 있다. 이러한 크라이오스탯은 건식 크라이오스탯 또는 PTR(펄스 튜브 냉장고)이라고도 한다.
이러한 크라이오스탯은 크라이오스탯 소켓(100)이 장착될 수 있는 냉각 장착 플랫폼(도시되지 않음)을 제공한다. 이를 위해, 크라이오스탯 소켓(100)에는 장착 브래킷(110)이 제공될 수도 있다. 장착 브래킷(110)은 예를 들면, U자형일 수도 있고, 예를 들면, 하나 이상의 베이스 섹션(112)이 장착될 수도 있다. 베이스 섹션(112)은 크라이오스탯의 장착 플랫폼에 체결하도록 구성된다. 나사 연결부(114)는 예를 들면, 장착 브래킷(110)을 크라이오스탯의 장착 플랫폼에 체결하기 위해 사용될 수도 있다. 장착 브래킷(110)은 예를 들면, 베이스 섹션(112)을 연결하는 부분에 개구부(116)를 구비할 수도 있다. 장착 브래킷(110)은 예를 들면, 포스트 또는 받침대 등과 같은 상이한 종류 및/또는 형상을 가질 수도 있고, 생략될 수도 있다. 장착 브래킷(110)은 크라이오스탯의 냉각 장착 플랫폼(도시되지 않음)과 크라이오스탯 소켓(100)에 장착되는 이온 트랩 장치 사이의 원하는 거리를 설정하는 스페이서 역할을 할 수도 있다.
크라이오스탯 소켓(100)은 하우징 프레임(130) 및 하우징 커버(140)를 더 포함한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 하우징 프레임(130) 및 하우징 커버(140)는 측정 셀(또는 측정 챔버)을 형성한다. 하우징 프레임(130)은 예를 들면, 장착 브래킷(110)에 착탈 가능하게 연결된다. 예를 들어, (선택적인) 백 프레임(120)은 하우징 프레임(130)을 장착 브래킷(110)에 체결하기 위한 중간 구조체의 역할을 할 수도 있다. 하우징 프레임(130) 및 장착 브래킷(110)은 일체로, 즉, 단일편을 갖는다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 백 프레임(120)은 장착 브래킷(110)에 착탈 가능하게 고정될 수 있고, 하우징 프레임(130)은 백 프레임(120)에 착탈 가능하게 고정될 수도 있다. 예로서, 도 1 및 도 2는 하우징 프레임(130)을 백 프레임(120)에 고정하기 위한 나사 연결부(131)를 도시한다.
하우징 커버(140)는 예를 들면, 나사 연결부(141)에 의해, 예를 들면, 하우징 프레임(130)에 분리 가능하게 고정될 수도 있다. 하우징 커버(140)는본 예에서, 프레임 메쉬(160)에 의해 덮일 수도 있는 상부측 개구부를 구비할 수도 있다.
또한, 크라이오스탯 소켓(100)에는 선택적인 어플리케이션 보드(150)가 장착될 수도 있다. 어플리케이션 보드(150)는 (조립된 하우징 프레임(130) 및 커버(140)에 의해 형성된 하우징 내에 수용되므로, 도 1 및 도 2에서는 볼 수 없는) 이온 트랩 장치를 구동하기 위한 전자 회로(도시되지 않음)를 보유할 수도 있다.
이온 트랩 장치를 크라이오스탯에 로딩 또는 언로딩하기 위해, (선택적인) 장착 브래킷(110), (선택적인) 백 프레임(120), (선택적인) 어플리케이션 보드(150) 및 하우징 프레임(130)은 사전 조립되고 로딩 또는 언로딩 동안에 크라이오스탯 내에 조립된 상태로 유지된다. 일반적으로, 크라이오스탯 소켓(100)의 이러한 요소는 하향식 배향으로 사전 조립되고, 즉, 장착 브래킷(110)은 크라이오스탯의 장착 플랫폼(도시되지 않음)에 매달려 있다. 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이, 하우징 커버(140)는 제거되어서, 이온 트랩 장치가 장착된 기판을 하우징 프레임(130) 내에 삽입하기 위한 트레이로 사용된다.
도 3은 하우징 커버(140)가 분리된 예시적인 크라이오스탯 소켓(100)을 도시한다. 기판 장착 이온 트랩 장치는 하우징 프레임(130)에 아직 삽입되지 않았다. 스프링 핀 인서트(310)는 하우징 프레임(130)에 배열된다. 스프링 핀 인서트(310)는 베이스 플레이트(320)와, 베이스 플레이트(320)에 탄성적으로 수용된 접촉 핀(330)을 포함한다. 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 접촉 핀(330)은 어레이로 배열된다.
크라이오스탯 소켓(100)은 냉각 스탬프(350)를 포함할 수도 있다. 냉각 스탬프(350)는 기판(도시되지 않음)의 후방측과 접촉하기 위한 상부 맞댐면(352)을 포함한다. 하우징 프레임(130)은 냉각 스탬프(350)에 의해 관통될 수도 있다. 또한, 스프링 핀 인서트(310)(또는, 보다 구체적으로 스프링 핀 인서트(310)의 베이스 플레이트(320))는 개구부를 포함할 수도 있고, 냉각 스탬프(350)는 이 개구부를 통과할 수도 있다. 본 명세서에 예시적으로 도시된 바와 같이, 냉각 스탬프(350)는 예를 들면, 하우징 프레임(130)과 직접 접촉하지 않을 수도 있다.
냉각 스탬프(350)는 크라이오스탯에 사전 장착 가능할 수도 있다. 예를 들어, 냉각 스탬프(350)는 백 프레임(120)의 일체형일 수도 있다. 본 경우, 냉각 스탬프(350)는 백 프레임(120)과 함께 장착 브래킷(110)에 장착될 수도 있다. 다른 예에서, 냉각 스탬프(350)는 장착 브래킷(110)에 직접 장착되거나, 장착 브래킷(110)의 일체형 부분일 수도 있다. 또한, 냉각 스탬프(350)는 크라이오스탯 소켓(100)이 조립되는 장착 플랫폼(도시되지 않음)에 직접 장착되는 것이 가능하다. 본 경우, 냉각 스탬프(350)는 장착 브래킷(110)의 개구부(116)를 관통할 수도 있다. 또 다른 예(도시되지 않음)에서, 냉각 스탬프(350)는 하우징 프레임(130)의 일체형 부분일 수도 있다.
하우징 프레임(130) 내에서 스프링 핀 인서트(310)의 측방향 위치는 고정된다. 예를 들어, 스프링 핀 인서트(310)는 측방향 고정 위치에 유지되도록 하우징 프레임(130)에 끼워맞춤될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 스프링 핀 인서트(310)는 하우징 프레임에 다른 체결 수단(클램프, 나사 등)에 의해 고정될 수도 있다. 이를 위해, 스프링 핀 인서트(310)는 예를 들면, 하우징 프레임(130)의 내부 에지의 윤곽에 적어도 부분적으로 일치하는 윤곽(311)을 가질 수도 있다. 이 윤곽(311)은 예를 들면, 하우징 프레임(130)의 내부 에지에 있는 형태-보완적인 리세스(132) 내에 맞물리는 돌출부(312)가 마련된다.
스프링 핀 인서트(310)에는 개구부(313)가 마련될 수도 있다. 개구부(313)는 스프링 핀 인서트(310)의 중앙부에 마련될 수도 있다. 개구부(313)는 냉각 스탬프(350)가 맞댐면(352)을 기판(410)의 후방측으로 노출되게 한다(도 4 참조). 다른 예에서, 스프링 핀 인서트(310)는 연속 플레이트(즉, 개구부(313)가 없음)일 수도 있고, 예를 들면, 후방측에서 냉각 스탬프(350)의 맞댐면(352)과 접촉할 수도 있다. 그러나 본 경우에, 열의 전달은 스프링 핀 인서트(310)를 통과(또는 더 구체적으로는, 스프링 핀 인서트(310)의 베이스 플레이트(320)를 통과)해야 한다.
도 4에서, 기판(410)은 하우징 프레임(130)에 배치된다. 기판(410)은 전방측(410A) 및 후방측(410B)을 구비한다. 이온 트랩 장치(450)는 예를 들면, 전방측(410A)에 장착될 수도 있다. 기판(410)의 후방측(410B)은 냉각 스탬프(350)의 맞댐면(352) 및 스프링 핀 인서트(310)를 향한다.
최종 위치에서, 하우징 커버(140)가 하우징 프레임(130)과 조립될 때, 기판(410)의 후방측(410B)은 냉각 스탬프(350)의 맞댐면(352)과 접촉할 수도 있다. 또한, 기판(410)의 후방측(410B)은 접촉 핀(330)과 접촉한다. 맞댐면(352)에 의해 한정된 평면은 기판(410)의 후방측(410B)이 접촉 핀(330)과 접촉할 때 접촉 핀(330)이 스프링 시트에서 기판(410)에 의해 접촉 핀(330)의 스프링 시트에서 약간 눌려지는 것을 보장하는 높이에 있어서, 넓은 온도 범위에서 안정적인 접촉을 보장한다. 동시에, 온도 변화(가열/냉각) 동안에 기판(410)의 측방향 팽창/수축은 측방향으로 부유하는 기판(410)을 지지함으로써 고려할 수 있다. 이와 관련하여, 접촉 핀(330)은 기판(410)이 하우징 프레임(130)에 대해 그리고 스프링 핀 인서트(310)에 대해, 측방향으로 (또한) 부유하게 한다. 스프링 핀 인서트(310)는 이러한 부분들 사이의 측방향 변위를 감소시키도록 기판(410)과 유사한 CTE(열팽창 계수)를 갖는 재료로 제조될 수도 있다. 특히, 기판(410)은 스프링 핀 인서트(310)와 동일한 재료로 제조될 수도 있다.
일례에서, 기판(410)은 하우징 커버(140)가 하우징 프레임(130)과 조립될 때 냉각 스탬프(350)의 맞댐면(352)에 의해서만 크라이오스탯의 장착 플랫폼을 향한 최종 위치(정지 위치)에서 유지된다.
다른 예에서, 하우징 프레임(130)은 크라이오스탯의 장착 플랫폼을 향한 기판(410)의 최종 위치의 제어를 추가적으로 또는 배타적으로 제공할 수도 있다. 이를 위해, 하우징 프레임(130)은 기판(410)의 후방측(410B)을 위한 하나 이상의 맞댐면(134)을 포함할 수도 있다.
일례에서, 맞댐면(134)은 내측을 향하는 돌출부(139)에 의해 제공될 수도 있다. 다른 예에서, 하우징 프레임(130)에는 기판(410)의 후방측(410B)의 외부 영역을 지지하도록 구성된 하나의 연속적인 맞댐면을 제공할 수도 있는 둘레방향 내부 림(도시되지 않음)이 제공될 수도 있다.
하우징 프레임(130)에 상술된 바와 같이 하나 이상의 맞댐면(134)이 제공되는 경우, 이러한 맞댐면(134)은 냉각 스탬프(350)의 맞댐면(352)과 동일한 평면에 있을 수도 있다.
하우징 프레임(130)에는 예를 들면, 하나 이상의 정지 요소(136)가 제공될 수도 있다. 정지 요소(136)에는 기판(410)의 잠재적인 측방향 이동을 제한하기 위해 기판(410)의 에지를 향하는 정지면(136_1)이 제공된다.
대향하는 정지 요소(136)의 정지면(136_1)은 하우징 프레임(130)에서 기판(410)의 부유 지지를 보장하는 거리만큼 이격될 수도 있다. 이를 위해,본 거리는 하우징 프레임(130)에서 기판(410)의 (작은) 측방향 이동 간극을 허용하도록 기판(410)의 대응하는 측방향 치수보다 약간 클 수도 있다. 이러한 측방향 이동 간극은 기판(410)과 하우징 프레임(130) 사이의 CTE 불일치를 수용하여, 하우징 프레임(130)에서 기판(410)의 부유 지지를 보장(예를 들면, 하우징 프레임(130)과 기판(410)의 핀칭을 방지)해야 한다.
도 4에 예로서 도시된 바와 같이, 어플리케이션 보드(150)는 이온 트랩 장치(450)를 구동하기 위한 전기 회로 및/또는 전기 구성요소를 보유할 수도 있다. 전기 회로/전기 구성요소는 하우징 프레임(130)의 측방향 외측에 위치될 수도 있다.
어플리케이션 보드(150)는 하부 영역에서 스프링 핀 인서트(310)의 접촉 핀(330)을 전기적으로 연결하기 위한 전기 배선을 포함할 수도 있다. 이를 위해, 어플리케이션 보드(150) 상의 전도성 트레이스(460)는 하우징 프레임(130)의 내측으로 라우팅될 수도 있고, 스프링 핀 인서트(310)의 접촉 핀(330)에 연결될 수도 있다. 어플리케이션 보드(150)의 전기 배선(예를 들면, 전도성 트레이스(460))은 어플리케이션 보드(150) 상의 전기 회로 및/또는 전기 구성요소를 스프링 핀 인서트(310)의 접촉 핀(330)과 연결할 수도 있다. 이는 접촉 핀(330)의 탄성에 의해 달성될 수도 있거나, 어플리케이션 보드(150)는 하우징 프레임(130)의 전기 접촉을 제공하기 위한 고정된 전기 본드, 플러그 또는 커넥터(도시되지 않음)를 보유할 수도 있다. 이온 트랩 장치를 대신할 때 이러한 본드, 플러그 또는 커넥터가 해제(납땜 분리, 언플러깅 또는 분리)될 필요가 없다는 것에 유의해야 한다.
예를 들어, 베이스 플레이트(320)는 관통 구멍의 어레이가 제공되는 절연 재료를 가질 수도 있다. 접촉 핀(330) 각각은 예를 들면, 스프링 핀으로 구성될 수도 있다. 이러한 스프링 핀에는 내부 스프링이 장착될 수도 있다. 스프링 핀은 스프링 핀 인서트(310)의 스프링 부하된, 아래에서 위로의 접촉 기능을 보장하기 위해 관통 구멍 내에 삽입되기만 하면 된다. 스프링 핀이 베이스 플레이트(320)에서 떨어지는 것을 방지하기 위해, 하우징 프레임(130)이 사전 조립 위치에 있는 경우, 스프링 핀은 예를 들면, 베이스 플레이트(320)의 관통 구멍 내로 압력 끼워맞춤될 수도 있다.
도 5 내지 도 8은 하우징 커버(140)와, 하우징 프레임(130)과, 장착 브래킷(110)과, 쿨링 스탬프(350)와 함께 백 프레임(120)이 개별 부분으로서 각각 도시한다.
도 5에는 하우징 커버(140)의 저면 사시도가 도시되어 있다. 하우징 커버(140)에는 기판(410)을 위한 리셉터클(148)이 제공된다. 리셉터클(148)은 이온 트랩 장치(450)를 갖는 기판(410)이 하우징 커버(140) 내로 로딩되어서 조립을 위해, 예를 들면, 오버헤드 조립을 위해 크라이오스탯 소켓(100)의 사전 조립된 부분(크라이오스탯 소켓(100)의 사전 조립된 부분의 예가 도 3에 도시됨)에 전달될 때 기판(410)을 위한 유지 수단으로서의 역할을 한다.
또한, 하우징 커버(140)가 하우징 프레임(130)과 조립될 때, 리셉터클(148)은 기판(410)의 전방측(410A)에 압축력을 가하도록 구성되고 사용된다. 본 압축력에 의해, 기판(410)의 후방측(410B)은 스프링 핀 인서트(310)의 접촉 핀(330) 상에 가압된다. 또한, 하우징 프레임(130)의 설계에 따라, 압축력은 또한 냉각 스탬프(350)의 맞댐면(352) 상에, 그리고/또는 하우징 프레임(130)의 하나 이상의 맞댐면(134) 상에, 기판(410)의 후방측(410B)을 선택적으로 가압하는데 사용된다.
하우징 커버(140)에 의해 가해지는 압축력 및 스프링 핀 인서트(310)의 접촉 핀(330)에 의해(및 선택적으로 냉각 스탬프(350)의 맞댐면(352) 및/또는 하우징 프레임(130)의 하나 이상의 맞댐면(134)에 의해) 가해지는 대항력은 이온 트랩 장치(450)의 응력 분리 장착부를 갖는 크라이오스탯 소켓(100)을 제공한다.
하우징 커버(140)의 리셉터클(148)은 많은 상이한 방식으로 설계될 수도 있다. 기판(410) 사에 압축력을 가하는 능력 외에도, 이온 트랩 장치(450)에 대한 높은 수준의 측방향 광학 접근을 제공해야 한다.
리셉터클(148)에는 예를 들면, 하우징 커버(140) 상에서 둘레방향으로 서로 이격되어서 배열된 복수의 맞댐면(142)이 제공될 수도 있다. 압축력은 하우징 커버(140)가 예를 들면, 나사 연결부(141)를 조임으로써(도 1 참조) 하우징 프레임(130)과 조립될 때, 복수의 맞댐면(142)에 의해 기판(410)의 전방측(410A) 상에 가해진다.
예를 들어, 하우징 커버(140)에는 하우징 커버(140)의 90° 둘레방향 섹터당 적어도 1개 또는 2개의 맞댐면(142)이 제공될 수도 있다. 도 5에 도시된 예에서, 하우징 커버(140)의 리셉터클(148)을 형성하는 예를 들면, 총 8개의 맞댐면(142)이 존재한다.
각각의 맞댐면(142)은 하우징 커버(140)의 벽 요소(144)에 의해 제공될 수도 있다. 벽 요소(144)는 하우징 커버(140)의 벽의 절결부(146)에 의해 서로 분리된다. 일례에서, 하우징 커버(140)는 하우징 커버(140)의 일부 또는 각 측부에 절결부(146)를 구비할 수도 있다. 대안적으로 또는 추가로, 하우징 커버(140)는 하우징 커버(140)의 일부 또는 각각의 코너 영역에 절결부(146)를 구비할 수도 있다. 도 5에서, 절결부(146)는 하우징 커버(140)의 측부면 및 코너 영역 둘 모두에 제공된다. 그런 식으로, 하우징 커버(140)의 벽은 예를 들면, 8개의 절결부(146)에 의해 세분된다. 절결부(146)는 크라이오스탯 소켓(100)의 일부 또는 모든 측부면 및/또는 코너 영역으로부터 이온 트랩 장치(145)에 대한 광학적 접근을 허용한다.
리셉터클(148)은 예를 들면, 하우징 커버(140)의 리셉터클(148)에 배치될 때, 기판(410)의 측방향 위치를 제어하기 위해 맞댐면(143)을 더 포함할 수도 있다. 도 5에 도시된 예에서, 기판(410)을 측방향으로 위치시키기 위한 이러한 맞댐 측부면(143)은 또한 벽 요소(144) 상에 제공되고, 수평 맞댐면(142)으로부터 연장되는 수직 단차부로서 형성된다.
기판(410)의 전방측(410A)에 하우징 커버(140)에 의해 가해지는 압축력은 하우징 프레임(130)과 조립될 때 기판(410)을 제자리에 유지하기 위해 기판(410)의 전방측(410A)에 가해지는 유일한 힘일 수도 있다. 기판(410)의 최종 위치는 벽 요소(144)의 맞댐면(142)에 의해 그리고 스프링 핀 인서트(310)의 접촉 핀(330)에 의해 단독으로 하우징 프레임(130)과 조립된 상태에서 제어될 수도 있다. 선택적으로, 기판(410)의 후방측(410B)에서의 추가적인 위치 제어는 냉각 스탬프(350)의 맞댐면(352)에 의해 그리고/또는 하우징 프레임(130)의 하나 이상의 맞댐면(134)에 의해 실행될 수도 있다.
하우징 커버(140)는 기판(410)의 전방측(410A)의 효과적인 냉각을 추가로 제공할 수도 있다. 이러한 전방측 냉각은 (또한) 맞댐면(142)에 의해 달성된다. 높은 열 전도성을 제공하기 위해, 하우징 커버(140)는 예를 들면, 구리를 포함하거나, 구리로 제조될 수도 있다.
이러한 기능을 고려하여, 하우징 커버(140)는 "전방측 기판 냉각 압축 리드"라고도 할 수도 있다.
다시 말해서, 이온 트랩 장치(450)를 보유하는 기판(410)은 하우징 커버(140)를 사용함으로써 크라이오스탯 소켓(100) 내에 용이하게 장착될 수 있으며, 하우징 커버(140)는 하우징 프레임(130)에 부착될 때, 한정된 전기 접촉을 위한 압축력 및 (선택적인) 후방측 냉각뿐만 아니라 기판(410)의 효과적인 전방측 냉각을 제공하도록 구성된다.
도 6을 참조하면, 하우징 프레임(130)에는 벽 요소(144) 중 일부의 벽 요소(144)의 관통 구멍(145)을 통과하는 나사 연결부(141)를 수용하도록 구성된 나사 구멍(137)이 제공될 수도 있다. 하우징 프레임(130)의 코너 영역에 구멍(138)은 하우징 프레임(130)을 분리 가능한 연결부, 예를 들면, 나사 연결부를 통해 어플리케이션 보드(150)에 고정하도록 제공될 수도 있다. 하우징 프레임(130)은 예를 들면, 구리를 포함하거나, 구리로 제조될 수도 있다.
장착 브래킷(110)(도 7)에는 예를 들면, 대응하는 체결 수단(예를 들면, 구멍(121))을 통해 백 프레임(120)(도 8)을 장착 브래킷(110)에 고정하게 하는 나사형 구멍(117) 또는 다른 체결 수단이 제공될 수도 있다. 백 프레임(120)의 나사 구멍(122) 또는 다른 체결 수단은 예를 들면, 어플리케이션 보드(150)의 조립을 위해 제공될 수도 있다. 장착 브래킷(110) 및 백 프레임(120)은 예를 들면, 구리를 포함하거나, 구리로 제조될 수도 있다.
보다 일반적으로, 하우징 커버(140) 및/또는 하우징 프레임(130) 및/또는 장착 브래킷(110) 및/또는 백 프레임(120)은 해제 가능한 연결부, 특히 나사 연결부에 의해 서로 연결될 수도 있다.
장착 브래킷(110) 및/또는 백 프레임(120) 및/또는 하우징 프레임(130) 및/또는 하우징 커버(140)는 전자에 대한 일 함수가 높은 재료(예를 들면, Au, Pt, ITO(인듐 주석 산화물))로 도금될 수도 있다. 예를 들어, Ag 코팅 위의 Au 코팅이 이러한 부분 중 하나 이상에 사용될 수도 있다.
도 9는 완전히 조립되었을 때 예시적인 크라이오스탯 소켓(100)의 축척 측면도를 도시한다. 다시, 설치 위치는 일반적으로 장착 브래킷(110), 백 프레임(120), 어플리케이션 보드(150) 및 하우징 프레임(130)이 크라이오스탯에 사전 장착되고, 하우징 커버(140)가 이온 트랩 장치(450)가 위에 있는 삽입된 기판(410)과 함께 크라이오스탯 소켓(100)의 사전 조립된 부분으로 이동되어 부착된 상태로 거꾸로 되어 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 예시적인 치수는 D1 = 44㎜ 및/또는 D2 = 8.8㎜ 및/또는 D3 = 50㎜ 및/또는 D4 = 5㎜ 및/또는 D5 = 6㎜이다.
도 10을 참조하면, 하우징 커버(140)의 측벽의 에지 절결부(146)는 예를 들면, 20°의 각도에 걸쳐서 광학적 접근을 허용한다. 하우징 커버(140)의 측부면에 있는 절결부(146)는 본 예에서, 예를 들면, D6 = 8㎜, 예를 들면, D7 = 2.5㎜의 치수를 가질 수도 있다.
도 9 및 도 10은 축척에 맞게 도시되어 있다. 따라서, (더 짧고, 더 크거나, 동일한 크기인) 치수 관계, 각도 및 각도 관계는 도 9 및 도 10으로부터 직접 취해질 수 있고, 본 명세서의 개시의 일부를 형성할 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 모든 치수 및 각도는 예시적인 것이며, 또한 각각의 치수 또는 각도 범위의 하한 또는 상한으로서 본 명세서에 개시된다. 본 명세서에 개시된 추가적인 예시적인 범위 한계는 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이 각각의 치수 D1 내지 D7 및 각도 20°의 ±10% 또는 ±30% 또는 ±60%이다.
도 11을 참조하면, 크라이오스탯에 이온 트랩 장치를 장착하는 방법은 S1에서, 이온 트랩 장치가 그 위에 장착된 기판을 크라이오스탯 소캣의 하우징 커버 내에 배치하는 것을 포함할 수 있고, 하우징 커버가 기판을 위한 리셉터클을 구비한다.
이온 트랩 장치를 고정하기 위한 크라이오스탯 소켓의 하우징 프레임은 이미 크라이오스탯에 사전 조립된다. S2에서, 하우징 커버는 하우징 프레임과 조립된다. 하우징 커버는 예를 들면, 이하로부터 하우징 프레임과 조립될 수도 있다. 하우징 프레임에 배열된 스프링 핀 인서트의 베이스 플레이트에 탄성적으로 수용된 접촉 핀 상에 기판의 후방측을 가압하는 압축력이 기판의 전방측에 가해진다.
본 명세서에 개시된 크라이오스탯 소켓뿐만 아니라 크라이오스탯에 이온 트랩 장치를 장착하는 방법은 기판에 사전 장착된 이온 트랩 장치를 신속하고 쉽게 교환(예를 들면, 오버헤드 장착 및 조립)하도록 한다. 특히, 크라이오스탯 소켓의 대부분은 크라이오스탯에 남아있을 수 있으며, 이온 트랩의 교체는 크라이오스탯 소켓의 하우징 커버를 간단히 제거하고 다시 부착함으로써 달성될 수 있다.
예시
하기 예시는 본 개시의 추가 관점에 관련된다.
예시 1는 크라이오스탯의 기판에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓이다. 크라이오스탯 소켓은 크라이오스탯의 사전 조립을 위해 제공된 하우징 프레임을 포함한다. 스프링 핀 인서트는 하우징 프레임에 배열된다. 스프링 핀 인서트는 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트에 탄력적으로 수용되는 접촉 핀을 포함한다. 접촉 핀은 어레이로 배열된다. 하우징 커버는 기판용 리셉터클을 구비하며, 하우징 커버는 하우징 프레임과 조립될 때, 기판의 후방측을 접촉 핀 상에 가압하는 기판의 전방측 상에 압축력을 가한다.
예시 2에서, 예시 1의 주제는, 하우징 커버 상에 둘레방향으로 서로 이격되어 배열된 복수의 맞댐면이 리셉터클에 제공되고, 압축력은 복수의 맞댐면을 거쳐서 기판의 전방측에 가해지는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 3에서, 예시 2의 주제는, 하우징 커버의 90° 둘레방향 섹터당 적어도 1개 또는 2개의 맞댐면이 제공되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 4에서, 예시 1 내지 예시 3 중 어느 하나의 예의 주제는, 하우징 커버에 의해 기판의 전방측에 가해지는 압축력이 하우징 프레임과 조립된 상태에서 기판을 제자리에 유지하기 위해 기판의 전방측에 적용되는 유일한 힘인 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 5에서, 예시 1 내지 예시 4 중 어느 하나의 예의 주제는, 하우징 커버가 사각형 또는 팔각형의 주변 형상을 갖고, 하우징 커버의 주변 벽이 4개 또는 8개의 측면 각각에 절결부를 구비하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 6에서, 예시 1 내지 예시 5 중 어느 하나의 예의 주제는, 크라이오스탯에 사전 장착 가능한 냉각 스탬프를 선택적으로 더 포함할 수 있으며, 냉각 스탬프는 기판의 후방측과 접촉하기 위한 상부 맞댐면을 포함한다.
예시 7에서, 예시 6의 주제는, 스프링 핀 인서트가 개구부를 포함하고, 냉각 스탬프가 개구부를 통과하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 8에서, 예시 1 내지 예시 7 중 어느 하나의 예의 주제는, 하우징 프레임이 기판의 후방측을 위한 하나 이상의 맞댐면을 포함하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 9에서, 예시 6 또는 예시 7 및 예시 8의 주제는, 냉각 스탬프의 맞댐면과 하우징 프레임의 하나 이상의 맞댐면이 동일 평면에 있는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 10에서, 예시 1 내지 예시 9 중 어느 하나의 예의 주제는, 하우징 프레임에 기판의 잠재적인 측방향 이동을 제한하기 위해 기판의 에지를 향하는 정지면을 갖는 하나 이상의 정지 요소가 제공되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 11에서, 예시 10의 주제는, 대향하는 정지 요소의 정지면이 하우징 프레임 상의 기판의 부유 지지를 보장하는 거리만큼 이격되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 12에서, 예시 1 내지 예시 11 중 어느 하나의 예의 주제는, 하우징 커버가 분리 가능한 연결부를 통해 하우징 프레임에 고정 가능한 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예시 13에서, 예시 1 내지 예시 12 중 어느 하나의 예의 주제는, 하우징 프레임과 크라이오스탯에 사전 장착 가능한 브래킷 사이에 위치된 어플리케이션 보드를 선택적으로 더 포함할 수 있으며, 어플리케이션 보드는 이온 트랩 장치를 구동하기 위한 전자 회로를 보유한다.
예시 14에서, 예시 13의 주제는, 어플리케이션 보드가 스프링 핀 인서트의 접촉 핀을 전기적으로 연결하기 위한 전기 배선을 포함하는 것을 선택적으로 더 포함할 수 있다.
예시 15는 이온 트랩 장치를 크라이오스탯에 장착하는 방법이며, 이온 트랩 장치가 기판 상에 장착되고, 이온 트랩 장치를 지지하기 위한 크라이오스탯 소켓의 하우징 프레임이 크라이오스탯에 사전 조립되며, 본 방법은 이온 트랩 장치가 그 위에 장착된 기판을 크라이오스탯 소캣의 하우징 커버 내에 배치하는 것으로서, 하우징 커버가 기판을 위한 리셉터클을 구비하는, 상기 하우징 커버 내에 배치하는 것과, 하우징 커버를 하우징 프레임과 조립하고, 이에 의해 하우징 프레임에 배열된 스프링 핀 인서트의 베이스 플레이트에 탄성적으로 수용된 접촉 핀 상에 기판의 후방측을 가압하는 압축력을 기판의 전방측에 가하는 것을 포함한다.
예시 16에서, 예시 15의 주제는, 하우징 커버가 아래로부터 하우징 프레임과 조립되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
특정 실시예가 본 명세서에서 예시되고 설명되었지만, 다양한 대안적 및/또는 동등 구현예가 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 도시되고 설명된 특정 실시예를 대체할 수도 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 본 적용예는 본 명세서에 논의된 특정 실시예의 임의의 적응 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 그러므로, 본 발명은 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (16)

  1. 크라이오스탯에서 기판 상에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓에 있어서,
    상기 크라이오스탯에서 사전 조립을 위해 제공되는 하우징 프레임과,
    상기 하우징 프레임에 배열된 스프링 핀 인서트로서, 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 탄성적으로 수용되는 접촉 핀을 포함하고, 상기 접촉 핀이 어레이로 배열되는, 상기 스프링 핀 인서트와,
    상기 기판용 리셉터클을 갖는 하우징 커버를 포함하며,
    상기 하우징 커버는 상기 하우징 프레임과 조립될 때, 상기 접촉 핀 상에 상기 기판의 후방측을 가압하는 압축력을 상기 기판의 전방측에 가하는
    크라이오스탯 소켓.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리셉터클에는 상기 하우징 커버 상에서 둘레방향으로 서로 이격되어 배열된 복수의 맞댐면이 제공되고, 상기 압축력은 상기 복수의 맞댐면을 통해 상기 기판의 전방측에 가해지는
    크라이오스탯 소켓.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징 커버의 90° 둘레방향 섹터당 적어도 1개 또는 2개의 맞댐면이 제공되는
    크라이오스탯 소켓.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 전방측에 상기 하우징 커버에 의해 가해지는 압축력은 상기 하우징 프레임과 조립된 상태에서 상기 기판을 제자리에 유지하기 위해 상기 기판의 전방측에 가해지는 유일한 힘인
    크라이오스탯 소켓.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 커버는 사각형 또는 팔각형의 외주 형상을 갖고, 상기 하우징 커버의 외주 벽은 4개 또는 8개의 측면 각각에 절결부를 구비하는
    크라이오스탯 소켓.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크라이오스탯에 사전 장착 가능한 냉각 스탬프를 더 포함하고, 상기 냉각 스탬프는 상기 기판의 후방측과 접촉하기 위한 상부 맞댐면을 포함하는
    크라이오스탯 소켓.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스프링 핀 인서트는 개구부를 포함하고, 상기 냉각 스탬프는 상기 개구부를 통과하는
    크라이오스탯 소켓.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 프레임은 상기 기판의 후방측을 위한 하나 이상의 맞댐면을 포함하는
    크라이오스탯 소켓.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항 및 제 8 항에 있어서,
    상기 냉각 스탬프의 맞댐면과 상기 하우징 프레임의 하나 이상의 맞댐면은 동일 평면에 있는
    크라이오스탯 소켓.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 프레임에는 상기 기판의 잠재적인 측방향 이동을 제한하기 위해 상기 기판의 에지를 향하는 정지면을 갖는 하나 이상의 정지 요소가 제공되는
    크라이오스탯 소켓.
  11. 제 10 항에 있어서,
    대향하는 정지 요소의 정지면은 상기 하우징 프레임 상의 기판의 부유 지지를 보장하는 거리만큼 이격되는
    크라이오스탯 소켓.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 커버는 분리 가능한 연결부를 통해 상기 하우징 프레임에 고정 가능한
    크라이오스탯 소켓.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크라이오스탯에 사전 장착 가능한 브래킷과 상기 하우징 프레임 사이에 위치된 어플리케이션 보드를 더 포함하고, 상기 어플리케이션 보드는 상기 이온 트랩 장치를 구동하기 위한 전자 회로를 보유하는
    크라이오스탯 소켓.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 어플리케이션 보드는 상기 스프링 핀 인서트의 접촉 핀을 전기적으로 연결하기 위한 전기 배선을 포함하는
    크라이오스탯 소켓.
  15. 이온 트랩 장치를 크라이오스탯에 장착하는 방법으로서, 상기 이온 트랩 장치가 기판 상에 장착되고, 상기 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓의 하우징 프레임이 상기 크라이오스탯에 사전 조립되는, 상기 방법에 있어서,
    상기 이온 트랩 장치가 그 위에 장착된 상기 기판을 상기 크라이오스탯 소캣의 하우징 커버 내에 배치하는 것으로서, 상기 하우징 커버가 상기 기판을 위한 리셉터클을 구비하는, 상기 하우징 커버 내에 배치하는 것과,
    상기 하우징 커버를 상기 하우징 프레임과 조립하고, 이에 의해 상기 하우징 프레임에 배열된 스프링 핀 인서트의 베이스 플레이트에 탄성적으로 수용된 접촉 핀 상에 상기 기판의 후방측을 가압하는 압축력을 상기 기판의 전방측에 가하는 것을 포함하는
    방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하우징 커버는 아래로부터 상기 하우징 프레임과 조립되는
    방법.
KR1020220163151A 2021-11-30 2022-11-29 크라이오스탯에서 기판에 장착된 이온 트랩 장치를 유지하기 위한 크라이오스탯 소켓 KR20230081675A (ko)

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