JPH034050Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 本考案は極低温冷媒の消費が少なく、かつ被測
定常温信号伝達用常温−極低温間線路における高
周波損失が少なく、かつ組立てが簡易な極低温信
号計測処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、常温信号でかつ立上り時間が10ps程度の
超高速信号波形やμAオーダの極微弱信号をジヨ
セフソンサンプリング法で測定する試み（１例と
して：by Mosko witz et al.；IEEE Trans.on
Mag−19，No.３，May 1983，p503等）や、常温
信号をジヨセフソン回路によつて処理する試みが
徐々に活発になつてきている。その場合、通常、
対象となる常温信号は、その波形を忠実に保つた
まま極低温下にあるジヨセフソンチツプに導入す
る必要がある。従つて、常温−極低温間を結ぶ該
常温信号伝達用線路としては、出来るだけ短かい
石英材料等の基体上に形成された薄膜形ストリツ
プ線路等を用いることが必要である。なお、石英
材料は高周波損失の少ない材料として知られてい
る。しかしながら、該線路において、この高周波
損失量と常温環境下からの熱流入量は相反関係に
ある。即ち、この高周波損失量は該基体長さに反
比例するため、例えば、該線路基体長さを短かく
形成すると該基体の熱抵抗が小さくなり、常温下
からの熱流入量が増大し、極低温用冷媒（例えば
液体ヘリウム）の消費量が大きくなり過ぎるとい
う問題が生ずる。

ところで、図４は上記従来の方式を図示したも
のであり、１は液体ヘリウム用デユア、２は長方
形の石英基板、３は２の上に形成された銅薄膜ス
トリツプ線路、４は極低温チツプ、５は真空排気
栓、６は被測定常温チツプ、７は真空キヤビテ
イ、８は６を昇温させるためのヒータ、９は液体
ヘリウムである。なお、上記従来の方式では６は
実際には装填されておらず、また、４は低融点は
んだ（CCB；Controlled Collapsed Bonding）
技術により３へ結合されている。また、２の長さ
は約10cmと短かくし、被測定信号の３における高
周波損失を出来るだけ少なくしている。即ち、本
例の場合、４は９に浸漬されているため、それは
確実に極低温に冷却され、また、６および２の大
部分は真空下に設置することにより、極低温部へ
の熱流入量を出来るだけ減らすことが狙いとされ
ている。しかしながら、この場合、実際に実現出
来た常温チツプ６の温度は210゜Kであつた。これ
は、本構造の場合、同図に示すように４のみなら
ず２の一部も９に浸漬する構造となつており、８
により６をその温度（210〓）以上に昇温させる
と、２の熱抵抗が不十分であるため常温チツプ側
からの熱流入量が大きく、従つて、液体ヘリウム
消費量が大きくなりすぎたためで、別途実験によ
つて証明されている。即ち、本目的のためには４
と６の間の２などの熱抵抗が小さすぎることが分
る。もし、この熱抵抗を大きくするために２の長
さを長くすると、被測定信号の高周波損失量がそ
の長さに比例して大きくなるため、それを長くす
ることは出来ない。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、このような極低温信号計測処
理装置において、その常温−極低温間被測定信号
伝達系における、従来の極低温冷媒消費速度と該
信号の高周波損失の相反条件を、十分実用に供し
得る程度にまで軽減した構造を提供することにあ
る。

〔考案の構成〕

本考案は、極低温チツプの冷却は該チツプの裏
面を、銅平板等の熱抵抗を殆ど無視し得る平板の
みを介して極低温冷媒用容器の外面に接触させる
ことにより、それを達成し、常温−極低温間被測
定信号伝達線路は該極低温冷媒に直接浸漬させな
いことは勿論、該容器外面にも直接接触させず、
かつ該チツプと該線路間の電気的結合をワイアボ
ンドで行うことを主要な特徴とする。

従来の技術とは、極低温チツプを極低温冷媒用
容器の外面に、銅等の熱抵抗の殆ど無視し得る平
板を介して接触させること、従つて、常温−極低
温間被測定信号伝達線路は該極低温冷媒には浸漬
しないこと、および極低温チツプと該線路間の電
気的結合をワイアボンドで行うところが異なる。

以下、具体的実施例にて詳細に説明する。

〔実施例〕

（実施例 １）図１は本考案の実施例を説明する
ための図であつて、従来例におけると同一の機能
を有する部位には従来例と同一の番号を付した。
ここで、図１−１は本装置の全体構成図、図１−
２は図１−１における本装置の底蓋をはずし、そ
の底面より上方を眺めた図である。ここで、１０
は２の先端に形成された貫通穴であり、１４は外
形形状が１０よりやや小さめの銅等の一般に熱抵
抗の小さい材料で形成された平板、１５は１４を
２に固定するためのエポキシ系接着剤等の一般に
熱抵抗の高い接着剤である。なお、ここで、図１
−２に示すように、１４の厚さはそれと４の厚さ
の和が２の厚さにほぼ等しいか、その和が２の厚
さよりもやや大きくなるようにそれを選ぶ。ま
た、１４はその裏面が２の裏面からやや突出する
がごとくに１５で固定されている。また、１４は
その裏面を１の内容器の底面に一般に極低温グリ
スを介して接触させる。４は１０の中に設置し、
その裏面を１４の表面に一般に極低温グリスを介
して接触させる。なお、２は例えば幅１cm、長さ
約10cm、厚さ約１mm程度の長方状である。また、
４と３の間は１１のワイアボンドでその電気的結
合が行われる構造となつている。ここで、２は一
般には１には直接接触させない。もし接触させる
場合には、図１−１に示すように熱抵抗の大きい
小片１２を２と１の間に介在させる方が本考案の
目的をより容易に達成出来る。なお、本例から容
易に類推できるように、４は必ずしも１の内容器
底面に位置させる必要は無く、例えばその側面で
もよいことは容易に理解できるであろう。

このような構造の場合、２は９に直接浸漬され
ておらず、従つて、２と９との間の熱抵抗を従来
例に比べてはるかに大きく出来る。特に、ワイア
ボンド１１を適用すると、それは例えば低融点は
んだ（所謂CCB）を用いた場合に比べて、１本
あたりの熱抵抗が数千倍であるため、熱抵抗をさ
らに増大させるうえで有効である。実験の結果、
このように構成した場合、４は容易に4.2Kの極
低温に冷却されたほか、９の消費速度も無負荷に
近いほど小さいというデータが得られた。また、
２の材料、長さ等は従来実施例と同様であり、そ
れは０〜100GHzの超高帯域を有する極めて伝送
損失の小さい線路として機能するため、被測定信
号は殆ど高周波損失を受けない。また、本構造の
場合、極低温チツプおよび常温チツプの取替えが
従来例の場合に比べて極めて簡易に行えるという
特長がある。なお、該ワイヤボンド１１は４の表
面と２の表面とを同一レベルにおくことが出来る
ため、十分に短かく出来、従つて、その被測定信
号の高周波損失は充分に小さい。また、２と４と
１４は一体構造であるため、該ワイアボンドは容
易である。

（実施例 ２）図２は本考案の他の実施例であつ
て、同図に示すように、１の内容器底面近傍を横
に張り出させ（同図１３）、４を１３の上面に位
置させる構造となつている。この場合、これらの
組立てが、さらに容易になるほかは（実施例１）
と全く同様である。

なお、２に１０は必ずしも必要ではなく、１１
の本数が少ない場合には、例えば図３（変更部の
み示す）に示すように、１０を設けず２の先端に
設置するだけでもよい。また、極低温チツプとし
てはジヨセフソンチツプに限らずたとえばGaAs
チツプなどの極低温下で動作する他のチツプでも
よいことは勿論である。また、常温信号としては
必ずしも常温チツプからのものである必要はな
く、例えば外部信号源からの出力など、一般の常
温信号であつてもよいことは勿論である。このよ
うに構成されているため、本装置の構造は高周波
伝送損失と極低温冷媒の消費量という相反する２
つの要素を、互いに矛盾させることなしに、常温
信号を極低温チツプへ導入することを可能とする
ものであることが分る。従つて、本装置を例えば
ジヨセフソンチツプによる超高帯域サンプリング
計測ならびに超高速Ａ／Ｄ変換器に適用してその
効果大である。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本極低温信号計測処理装
置は、極低温チツプを極低温冷媒用容器外面に銅
などの、一般に熱抵抗の小さい平板を介して接触
させる構造を有し、極低温−常温間の常温信号伝
達線路を一切極低温冷媒に浸漬させない構造を有
しているため、被測定常温信号の伝送損失と極低
温冷媒の消費量という相反する２つの要素を、互
いに矛盾させることなしに、該常温信号を極低温
チツプへ導入し、その測定もしくは処理を可能と
するという利点がある。また、本構造の場合、極
低温と被測定常温チツプの両チツプの交換が極め
て容易であるのみならず、極めて短かいボンデイ
ングを可能にするという利点がある。

【図面の簡単な説明】

図１；本考案の実施例の全体構成図、図２；本
考案の他の実施例の全体構成図、図３；本考案に
おける極低温チツプの他の設置方法、図４；従来
の極低温信号計測処理装置構成例。 １……液体ヘリウム用デユア、２……銅薄膜ス
トリツプ線路用の石英などの基体、３……２の上
に形成された銅薄膜ストリツプ線路、４……ジヨ
セフソン素子などの極低温チツプ、５……真空排
気栓、６……被測定常温チツプ、７……真空キヤ
ビテイ、８……６を昇温させるためのヒータ、９
……液体ヘリウム、１０……２に形成された極低
温チツプ設置用貫通穴、１１……ワイヤボンド、
１２……熱抵抗の大きい小片、１３……本考案の
実施例２における液体ヘリウム用デユアの横張り
出し構造部、１４……銅などの一般に熱抵抗の小
さい平板、１５……エポキシなどの一般に熱抵抗
の大きい接着剤。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 常温信号を低損失でジヨセフソン回路等の極低
   温チツプに導入し、該チツプで該常温信号を計測
   または処理するための装置であつて、該常温信号
   は石英などの剛な基体の表面上に形成された薄膜
   線路により該チツプへ導入する構造を有する極低
   温信号計測処理装置において、厚さが該基体厚さ
   と該極低温チツプ厚さの差とほぼ同等か、それよ
   りもやや大きい、銅材料等の一般に熱抵抗の小さ
   い材料で形成された微小平板を該基体の一部に設
   けた貫通穴に挿入するか、もしくは該基体の極近
   傍に設置し、かつ、該基体の裏面よりやや突出さ
   せる形で該微小平板を該基体にエポキシ接着材等
   の一般に熱抵抗の高い接着剤にて固定し、かつ、
   該平板の裏面は極低温冷媒用容器の外面に密着さ
   せ、該極低温チツプはその裏面を該平板の表面に
   密着させ、かつ該極低温チツプと該薄膜線路間の
   電気的結合はワイヤボンドで行われてなることを
   特徴とする極低温信号計測処理装置。