用于低温装置热化的低温包装制造方法及图纸

使用配置有柱组的盖来形成热化结构，盖是低温器件(LTD)的低温外壳的一部分。包括LTD的芯片配置有空腔组，该空腔组中的腔具有腔轮廓。来自所述柱组且对应于所述空腔的柱具有柱轮廓，使得所述柱轮廓使所述柱在间隙容差内与所述空腔轮廓的所述空腔耦合以将所述芯片热耦合到所述盖以用于在所述芯片的低温操作中的热耗散。的热耗散。的热耗散。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低温装置热化的低温包装


[0001]本专利技术总体上涉及一种用于半导体或超导芯片的冷却装置。更具体地，本专利技术涉及用于低温器件热化的低温包装。

技术介绍

[0002]如在此使用的，“低温”范围是指低温温度范围，该低温温度范围开始于或约为77开尔文(K)或更低，并且低至至少1毫开尔文(0.001K)，并且在一些情况下使用目前可用的技术低至可行，例如至0.000001K。“低温”是在低温温度范围内的温度。半导体装置和/或超导装置在工作时产生热量。在低温温度范围内操作的设备在操作时也产生热量，但是热量移除在低温操作中提出了独特的挑战。
[0003]在低温温度范围内操作的装置在下文中被称为“低温装置”或“LTD”(复数个LTD)。大多数在低温温度下操作的LTD依赖于在这些温度下展现超导特性的材料。为了能够从在低温温度范围内操作的结构移除热量，材料必须在低温温度范围内是良好的热导体。对于在特定温度范围内被视为良好热导体的材料，该材料必须表现出至少阈值水平的热导率，同时在该温度范围内作为热导体操作。例如，根据说明性实施例，在4开尔文下大于1瓦特/(厘米*K)的热导率是在给定温度范围内(包括在低温温度范围内)的良好热导率的可接受的阈值水平。
[0004]结构的热化是将热量传导至结构或从结构传导热量的过程和设备。结构的热化通常需要物理地附接到该结构的良好的热导体，以便向结构导热/从结构导热，视需要而定。说明性实施例认识到，为了良好的热化，介入发热元件与散热元件之间的一定量的材料(其中该材料是低温温度范围内的不良热导体)在热化LTD中存在困难。
[0005]硅和蓝宝石是用于制造LTD的衬底材料的一些常见示例。说明性实施例认识到，通常，在低温温度范围内，硅、蓝宝石或其他常用衬底材料倾向于变成不良的热导体。由此，说明性实施例认识到，如果在衬底的一个表面(例如，顶表面)上制造LTD，并且从衬底的相对表面(例如，底表面)尝试热化，由于顶部的发热器件和附接到衬底的底部的热化结构之间的居间的硅或其他衬底材料，热化对于期望的水平不是有效的。
[0006]许多LTD的尺寸沿着每一侧仅在几微米至几毫米内，并且包括制造在仅700至750微米(um)并且可以高达毫米(mm)厚的衬底材料上/中的易碎芯片。为了减少介于发热器件和热化结构之间的衬底材料的量，目前可用的技术向下研磨、蚀刻、研磨和/或抛光衬底的底侧至约基本上小于原始厚度，例如至400
‑
500um。说明性实施例认识到，以此方式减薄晶圆或基板显著增加了芯片开裂、LTD失效的机会，并且由于芯片的刚度减小(并且因此在芯片与热化结构之间维持足够的热接触或耦合的能力减小)而仍未发生良好的热化。
[0007]一些LTD包括多于一个芯片，这些芯片经由易碎焊料凸块(例如，使用软焊料材料)彼此耦合。例如，量子处理器可以以倒装芯片配置制造，其中一个芯片——包括具有连接点的读出电路的中介芯片——被翻转到第二芯片——包括量子位和接触焊盘的量子位芯片——上，从而使得连接点和接触焊盘对准并且面向彼此。中介件上的连接点可以使用软
焊料材料冷焊接到量子位芯片上的接触焊盘。这些焊料凸块将该中介件保持在距该量子位芯片的一个预定距离处以便在所得到的量子处理器中产生某些电特性。倒装芯片配置中芯片之间的距离是倒装芯片配置的正确操作中的重要因素。
[0008]说明性实施例认识到，由于上述原因，具有降低的刚性的减薄的量子位芯片不仅可以导致差的热化或缺陷，而且使得难以维持与中介件的间隔距离，由于这个额外的原因导致LTD故障。如果中介芯片被铣削/蚀刻/研磨/抛光和热化，则在倒装芯片组件的中介芯片侧上可能发生相同的问题。
[0009]此外，说明性实施例认识到，差的热化还导致LTD以其他方式的不正确、不正确或有问题的操作。例如，包括量子位的LTD经常使用引线接合耦合到印刷电路板(PCB)或另一芯片上的电路元件。一个不良热化的芯片在该量子装置处引起升高的温度，从而导致降低的相干性、增加的错误率、或它们的某种组合。
[0010]LTD(如量子位、量子处理器、以及某些低温倒装芯片组件)是在已知的半导体制造技术中使用超导和半导体材料来制造的。LTD通常使用一个或多个不同材料层来实现器件特性和功能。材料层可以是超导的、导电的、半导电的、绝缘的、电阻的、电感的、电容的，或具有任何数量的其他特性。考虑到材料的性质、材料的形状、尺寸或放置、与材料相邻的其他材料、以及许多其他考虑，可能必须使用不同的方法来形成不同的材料层。
[0011]用于半导体或超导LTD的制造工艺包括沉积和/或去除具有不同电气和/或机械特性的材料的几种方法。超导器件通常是平面的，即，其中超导体结构被制造在一个平面上。非平面器件是三维(3D)器件，其中一些结构形成在给定制造平面上方或下方。
[0012]一些LTD使用倒装芯片几何结构制造。在倒装芯片几何形状中，制造了一个第一芯片(如在倒装芯片量子处理器中的一个量子位芯片的非限制性实例)，该第一芯片在一个基片上具有多个单独的器件，以及在单独的基板上制造具有一个或多个连接的第二芯片(诸如中介件芯片的非限制性示例)。焊料凸块被沉积到第一芯片和/或第二芯片的第一表面上的芯片焊盘上，并且第一芯片或第二芯片被翻转以使得其第一侧面朝下。第一芯片和第二芯片在彼此相隔一间隔距离处对准和凸块接合，使得焊料凸块的焊料完成第一芯片和第二芯片的电连接。
[0013]将一种适合材料(如在低温和其他操作条件下具有所希望的电、热、延展性、延展性、以及冷焊接特性的焊接材料)的凸块沉积到该第一芯片和/或该第二芯片的第一表面上的芯片焊盘上。通常，任何对焊料凸块的引用应被解释为包括由满足这些要求的材料制成的凸块。

技术实现思路

[0014]说明性实施例提供了用于低温器件的热化的低温封装，以及其制造方法和系统。实施例提供了一种热化结构，该热化结构包括配置有柱组的盖，该盖是低温设备(LTD)的低温外壳的一部分。实施例还包括包含LTD的芯片，该芯片配置有空腔组，所述空腔组中的空腔具有空腔轮廓，其中来自所述柱组且对应于所述空腔的柱具有柱轮廓，使得所述柱轮廓致使所述柱在间隙容差内与所述空腔轮廓的所述空腔耦合以将所述芯片热耦合到所述盖以用于在所述芯片的低温操作中散热。
[0015]实施例提供制造热化结构的计算机实现的方法。
[0016]实施例提供了用于制造热化结构的制造系统。
[0017]一个实施例提供了一种量子处理器，该量子处理器可以使用在此披露的一种热化结构来形成。
[0018]一个实施例提供了一种量子数据处理系统，该量子数据处理系统可以使用在此披露的热化结构来形成。
附图说明
[0019]在所附权利要求中阐述了被认为是本专利技术特征的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考说明性实施例的以下详细说明，将最好地理解本专利技术本身以及使用的优选模式、其进一步的目的和优点，在附图中：
[0020]图1描绘了可以实现说明性实施例的数据处理系统的网络的框图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热化结构，包括：盖，配置有柱组，所述盖是低温器件(LTD)的低温外壳的一部分；包括所述LTD的芯片，所述芯片配置有空腔组，所述空腔组中的腔具有腔轮廓，其中来自所述柱组且对应于所述空腔的柱具有柱轮廓，使得所述柱轮廓致使所述柱在间隙容差内与所述空腔轮廓的所述空腔耦合以将所述芯片热耦合到所述盖以用于在所述芯片的低温操作中散热。2.如权利要求1所述的热化结构，其中，所述柱组的子集与所述空腔组的子集耦接以在所述芯片与所述盖之间形成所述热耦接。3.如权利要求1所述的热化结构，其中所述柱组中的第一柱具有与所述柱组中的第二柱不同的横截面。4.如权利要求1所述的热化结构，其中所述柱组中的第一柱具有与所述柱组中的第二柱不同的高度。5.如权利要求1所述的热化结构，其中，所述柱组的柱的第一子集具有与所述指定表面上的所述柱组的柱的第二子集不同的所述盖的指定表面的每单位面积的柱密度。6.如权利要求1所述的热化结构，其中所述芯片包括倒装芯片组件，所述热化结构进一步包括：配置有第二柱组的第二盖，所述第二盖是所述低温外壳的一部分；并且倒装芯片配置中的第二芯片，所述第二芯片配置有第二组空腔，所述第二组空腔中的第二空腔具有第二空腔轮廓，其中来自所述第二柱组的且对应于所述第二空腔的第二柱具有第二柱轮廓，使得所述第二柱轮廓使得所述第二柱在第二间隙容差内与所述第二空腔轮廓的所述第二空腔耦合，以将所述第二芯片热耦合到所述第二盖，用于在所述倒装芯片的低温操作中散热。7.如权利要求1所述的热化结构，其中所述柱组中的第一柱被配置成将所述芯片与所述盖上的指定表面对准，并且所述柱组中的第二柱被配置成作为热导体操作。8.如权利要求1所述的热化结构，其特征在于，所述空腔的横截面形状由所述空腔在所述芯片的热表面上的位置确定。9.如权利要求1所述的热化结构，其中，所述空腔的截面面积由所述LTD在所述芯片上的位置确定。10.如权利要求1所述的热化结构，其中，所述空腔的深度由所述LTD在所述芯片上的位置确定。11.如权利要求1所述的热化结构，其中所述空腔组中的第一空腔具有与所述空腔组中的第二空腔不同的横截面。12.如权利要求1所述的热化结构，其中所述空腔组中的第一空腔具有与所述空腔组中的第二空腔不同的深度。13.如权利要求1所述的热化结构，其中所述空腔组中的第一子组空腔具有与所述热表面上的所述空腔组中的第二子组空腔不同的所述芯片的热表面的每单位面积的空腔密度。14.如权利要求1所述的热化结构，其中所述空腔组中的第一空腔被配置成将所述芯片与所述盖上的指定表面对准，并且所述空腔组中的第二空腔被配置成将所述芯片与所述盖热化。
15.如权利要求1所述的热化结构，进一步包括：来自所述空腔组的空腔中的衬里，其中所述衬里包括作为在低温温度范围内比所述芯片的衬底材料更好的热导体的材料。...

【专利技术属性】
技术研发人员：O金卡，SB奥利瓦德塞，S哈特，NT布龙，J周，M布林克，P古曼，DF博戈林，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：