JP2681288B2 - 超伝導素子用パッケージ - Google Patents

超伝導素子用パッケージ

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JP2681288B2 JP63276023A JP27602388A JP2681288B2 JP 2681288 B2 JP2681288 B2 JP 2681288B2 JP 63276023 A JP63276023 A JP 63276023A JP 27602388 A JP27602388 A JP 27602388A JP 2681288 B2 JP2681288 B2 JP 2681288B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 寒剤で冷却することが必要な超伝導素子を実装するの
に好適なパッケージに関し、 超伝導素子の実装部分に対する半導体素子の実装部分
からの熱流入を少なく、しかも、それ等の実装部分が至
近距離にあるようにし、高速性能を維持できるようにす
ることを目的とし、 配線が形成されると共に超伝導素子が実装される基板
と、該基板の外方に設けられ且つ同じく配線が形成され
ると共に半導体素子が実装される基板と、それら基板間
に在って配線を電気接続するフィルム・ケーブルと、該
フィルム・ケーブルが貫通し且つ前記超伝導素子が実装
される基板を覆う真空断熱筐体と を備えてなるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、寒剤で冷却することが必要な超伝導素子を
実装するのに好適なパッケージに関する。
近年、例えばNbジョセフソン接合素子などの超伝導素
子を用いた集積回路装置が実現されつつある。
例えば、そのような超伝導素子を用いた論理回路は高
速で動作し、しかも、低消費電力である為、高速のプロ
セッサを容易に実現することが可能である。
このような高速のプロセッサが実現された場合、外部
との信号の遣り取りについても高速性が要求され、これ
が解決されなければ、プロセッサのみが高速化されて
も、その利点を活かすことができない。
この問題を解決するには、超伝導素子を実装する為の
パッケージが重要な因子になる。
〔従来の技術〕
通常、超伝導素子を動作させるには、寒剤として液体
ヘリウム(He)を用いることが多い。
即ち、液体Heを収容したデューア瓶(Dewar vesse
l)内に超伝導回路チップを浸漬し、同軸ケーブルなど
を利用し、室温雰囲気中にある他の機器と電気的に接続
するようにしている。
このような手段を採った場合、同軸ケーブルの長さと
して、最短で1〔m〕程度は必要であり、従って、伝播
遅延時間としては10〔ns〕程度になると見積もられ、こ
れでは、高速の、例えば1〔ns〕以下の超伝導回路の運
転は不可能である。
そこで、本発明者は、さきに超伝導回路を高速で運転
することを可能にする為のパッケージを提案した。
第6図はそのパッケージを解説する為の要部切断側面
図を表している。尚、この改良パッケージは、本発明の
パッケージを実現する為の多くの実験の中で得られたも
のの一つであり、比較的、良い成績を収めた部類に属す
るものであって、必要あれば、特開平1−298608号公報
(特願昭63−130814号:昭和63年5月27日出願)を参照
されると良い。
図に於いて、1はセラミック基板、1Aはセラミック基
板1に形成された貫通孔、2は上側真空断熱筐体、3は
下側真空断熱筐体、4は寒剤供給管、5は寒剤排出管、
6は超伝導素子、7は半導体素子、8はコネクタをそれ
ぞれ示している。
図示の上側真空断熱筐体2或いは下側真空断熱筐体3
はデューア瓶構造になっていることは勿論である。
このパッケージに依ると、超伝導素子6と外部の電子
機器の一部をなす室温動作の半導体素子7とは同一のセ
ラミック基板1上に近接して搭載され、そのセラミック
基板1に形成された配線に依って電気接続することが可
能であり、従って、伝播遅延時間に煩わされることなく
超伝導回路を高速運転できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
第6図に見られるパッケージを用いると、超伝導素子
6を良好な状態で高速運転できるが、液体He温度、即
ち、−269〔℃〕と室温とがセラミック基板1の横断面
を介して結ばれ、従って、室温側からの熱の流入はかな
りの量となる。その為、液体Heの消費量が多くなり、そ
れを供給する液化器として大型の冷凍機が必要であり、
しかも、結露も多くなるから、それを除去する機構も設
けなければならない。
本発明は、超伝導素子の実装部分に対する半導体素子
の実装部分からの熱流入を少なく、しかも、それ等の実
装部分が至近距離にあるようにし、高速性能を維持でき
るようにする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に依る超伝導素子用パッケージに於いては、配
線が形成されると共に超伝導素子(例えば超伝導素子
6)が実装される基板(例えばセラミック基板12)と、
該基板の外方に設けられ且つ同じく配線が形成されると
共に半導体素子(例えば半導体素子7)が実装される基
板(例えばセラミック基板11)と、それら基板間に在っ
て配線を電気接続するフィルム・ケーブル(例えばフィ
ルム・ケーブル13)と、該フィルム・ケーブルが貫通し
且つ前記超伝導素子が実装される基番を覆う真空断熱筐
体(例えば下側真空断熱筐体3と上側真空断熱筐体2、
或いは、下側真空断熱筐体3と真空断熱蓋板2′)とを
備えている。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、下側真空断熱筐体及び上
側真空断熱筐体で覆われた領域と外部とは薄いフィルム
・ケーブルを介してのみ連絡されているので、半導体素
子が実装されている基板から前記領域内に流入する熱は
少なく、従って、寒剤の消費は少なくて済むので、寒剤
が液化Heなどである場合には液化器などが小型のもので
間に合うものである。
〔実施例〕
第1図は本発明一実施例の要部切断側面図、第2図は
その要部平面図をそれぞれ表し、第6図に於いて用いた
記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つも
のとする。
図に於いて、3Aはセラミック基板を支持する為に下側
真空断熱筐体に形成された段部、11は半導体素子を実装
するセラミック基板、12は超伝導素子を実装するセラミ
ック基板、12Aはセラミック基板12に形成された貫通
孔、13はセラミック基板11と12を結ぶフィルム・ケーブ
ルをそれぞれ示している。
図から明らかなように、本実施例では、超伝導素子6
が実装されるセラミック基板1を覆う真空断熱筐体は第
6図に見られる従来例と同様、下側真空断熱筐体3と上
側真空断熱筐体2とに分割されていて、その間をフィル
ム・ケーブル13が貫通するものであり、また、セラミッ
ク基板も11並びに12の二つに分けられていて、セラミッ
ク基板11は室温状態で使われる半導体素子を実装する部
分であり、そして、セラミック基板12は液体He温度で使
われる超伝導素子を実装する部分であって、それ等の間
はフィルム・ケーブル13で電気的に結合されている。室
温の半導体素子実装部分と液体He温度の超伝導素子実装
部分とを結んでいるのは薄いフィルム・ケーブル13のみ
であるから、半導体実装部分から超伝導素子実装部分へ
の熱の流入は少ない。
第3図は第1図の一部を拡大して詳細に表した要部切
断側面図であり、第1図及び第2図に於いて用いた記号
と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものと
する。
図に於いて、13Aはポリイミド膜、13Bは信号線、13C
はポリイミド膜、13Dは接地面、13Eはポリイミド膜、14
は半田で接着した部分、15は接着剤をそれぞれ示してい
る。
図から判るように、フィルム・ケーブル13はポリイミ
ド膜13A、信号線13B・・・・を積層して構成されてい
る。
このフィルム・ケーブル13は基本的にはポリイミド膜
及び銅の薄板から構成されていて、信号線13Bは銅の薄
板をエッチングして形成するものであり、ストリップ・
ライン構造、コプレーナ構造など高速の信号を伝播させ
るのに好都合な構成を採ることが可能であり、例えば 厚さ:35〔μm〕 幅:150〔μm〕 とし、そして、接地面13Dとの間にあるポリイミド膜13C
の厚さを25〔μm〕とすると特性インピーダンス50
〔Ω〕を実現することができる。また、接地面13Dはポ
リイミド膜を貫通するスルー・ホールを介してセラミッ
ク基板11或いは12上に形成された配線と半田接着部分14
を介して接続される。接地面13Dを構成する銅の薄板に
於ける厚さは適当で良いが、薄い方が熱の流入を抑止す
る面で好ましく、例えば10〔μm〕程度にすると良い。
このような諸条件の下に於いては、フィルム・ケーブル
13全体の厚さは約0.1〔mm〕程度となり、第6図につい
て説明した従来例に於けるセラミック基板1の厚さが約
2〔mm〕程度であったのに比較すると約1/20であって単
純には熱の流入量も1/20となるから寒剤、即ち、液体He
の消費は大幅に低減される。
第4図は本発明に於ける他の実施例の要部切断側面
図、第5図は第4図の一部を拡大して詳細に表した要部
切断側面図であり、第1図乃至第3図及び第6図に於い
て用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味
を持つものとする。
本実施例が第1図乃至第3図について説明した実施例
と相違する点は、真空断熱筐体が深く形成された下側真
空断熱筐体3並びにそれを覆う真空断熱蓋板2′からな
っていて、フィルム・ケーブル13は下側真空断熱筐体3
の側壁に設けられたスリットを貫通するように設けられ
ていることである。
フィルム・ケーブル13が貫通するスリットに於いて真
空を維持するには、エポキシ系の接着剤15を用いて下側
真空断熱筐体3とフィルム・ケーブル13とを一体的に接
着することが必要である。
本実施例に依ると、下側真空断熱筐体3と真空断熱蓋
板2′との衝合部分は寒剤の表面よりも上方にすること
が可能であるから、その消費を更に低減することが可能
である。
〔発明の効果〕
本発明に依る超伝導素子用パッケージに於いては、例
えば液体He温度に冷却された超伝導素子の実装部分と室
温の状態にある半導体素子の実装部分とは至近距離に在
って、且つ、薄いフィルム・ケーブルでのみ連絡されて
いる。
前記構成を採ることに依り、下側真空断熱筐体及び上
側真空断熱筐体で覆われた領域と外部とは薄いフィルム
・ケーブルを介してのみ連絡されているので、半導体素
子が実装されている基板から前記領域内に流入する熱は
少なく、従って、寒剤の消費は少なくて済むので、寒剤
が液化Heなどである場合には液化器などが小型のもので
間に合い、また、超伝導素子と半導体素子とは近接して
配置することができるから、信号の伝播遅延は無視して
良く、従って、超伝導素子の高速運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の要部切断側面図、第2図は第
1図に見られる実施例の要部平面図、第3図は第1図に
見られる実施例の一部を拡大且つ詳細にした要部切断側
面図、第4図は本発明に於ける他の実施例の要部切断側
面図、第5図は第4図に見られる実施例の一部を拡大且
つ詳細にした要部切断側面図、第6図は従来例の要部切
断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、1はセラミック基板、1Aは貫通孔、2は上
側真空断熱筐体、3は下側真空断熱筐体、3Aはセラミッ
ク基板を支持する為に下側真空断熱筐体に形成された段
部、4は寒剤供給管、5は寒剤排出管、6は超伝導素
子、7は半導体素子、8はコネクタ、11は半導体素子を
実装するセラミック基板、12は超伝導素子を実装するセ
ラミック基板、12Aはセラミック基板12に形成された貫
通孔、13はセラミック基板11及び12を結ぶフィルム・ケ
ーブルをそれぞれ示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹之内 敏一 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内 (72)発明者 宮川 文雄 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−313862(JP,A) 実開 昭62−62460(JP,U) 実開 昭62−62461(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配線が形成されると共に超伝導素子が実装
    される基板と、 該基板の外方に設けられ且つ同じく配線が形成されると
    共に半導体素子が実装される基板と、 それら基板間に在って配線を電気接続するフィルム・ケ
    ーブルと、 該フィルム・ケーブルが貫通し且つ前記超伝導素子が実
    装される基板を覆う真空断熱筐体と を備えてなることを特徴とする超伝導素子用パッケー
    ジ。
JP63276023A 1988-11-02 1988-11-02 超伝導素子用パッケージ Expired - Lifetime JP2681288B2 (ja)

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