一种超导量子芯片的三维封装结构及封装方法技术

本发明专利技术公开了一种超导量子芯片的三维封装结构及封装方法。所述三维封装结构包括：量子芯片、控制电路芯片、第一连接部和第二连接部；所述量子芯片的第一面面向所述控制电路芯片的第一面并且通过超导材料与所述控制电路芯片的第一面键合；所述第一连接部支撑于所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面之间，在所述键合的过程中，所述第一连接部于键合压力方向上的尺寸保持不变；以及，所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面中的任一者与所述第一连接部的一端固定连接，另一者与所述第二连接部的一端固定连接，并且所述第一连接部还与第二连接部配合形成嵌合结构。本发明专利技术提供的超导量子芯片的三维封装结构，能够精确控制量子芯片与控制电路芯片的间距，且键合强度高。且键合强度高。且键合强度高。

【技术实现步骤摘要】
一种超导量子芯片的三维封装结构及封装方法


[0001]本专利技术属于超导量子芯片封装
，具体涉及一种超导量子芯片的三维封装结构及封装方法。

技术介绍

[0002]随着量子计算的应用逐渐加深，更多比特的量子芯片受到关注，二维芯片已不能满足比特阵列与控制线排布的需求，三维封装则可以突破二维空间的限制，将量子比特与控制电路分别放置在两芯片，利用倒装焊把对应的焊接点焊接起来形成通路，实现超导量子芯片的高密度集成，促进量子计算技术快速发展。此过程中需要精确控制两芯片的间距，并且需要较高的键合强度。
[0003]现有技术中，一般在底部芯片上刻蚀形成硅柱凸点，之后将项部芯片和底部芯片键合于一起，并通过硅柱凸点控制两芯片的间距。此种方法具有一定的缺陷，一个缺点是其只能在硅衬底上实现，使用上具有局限性；另一个缺点是在使用干法刻蚀形成硅柱凸点的过程中会对硅衬底本身造成损伤，影响芯片性能。
[0004]因此，如何提供一种既能够精确控制芯片间距、同时又不对芯片自身性能造成影响的三维封装结构及封装方法，是一个急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种超导量子芯片的三维封装结构及封装方法，以克服现有技术的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种超导量子芯片的三维封装结构，其包括：量子芯片、控制电路芯片、第一连接部和第二连接部；
[0008]所述量子芯片的第一面面向所述控制电路芯片的第一面并且通过超导材料与所述控制电路芯片的第一面键合；
[0009]所述第一连接部支撑于所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面之间，在所述键合的过程中，所述第一连接部于键合压力方向上的尺寸保持不变；
[0010]以及，所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面中的任一者与所述第一连接部的一端固定连接，另一者与所述第二连接部的一端固定连接，并且所述第一连接部还与第二连接部配合形成嵌合结构。
[0011]本专利技术实施例还提供了一种超导量子芯片的三维封装方法，其包括：
[0012]在量子芯片的第一面和控制电路芯片的第一面中的任一者上制作第一连接部，另一者上制作第二连接部；
[0013]使所述量子芯片的第一面与所述控制电路芯片的第一面相对，并使每一第一连接部与相应的一个第二连接部对应设置；
[0014]在所述量子芯片与所述控制电路芯片之间施加压力，使所述量子芯片与控制电路
芯片通过超导材料键合，并使所述第一连接部支撑于所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面之间，且使每一第一连接部还与相应的一个第二连接部配合形成嵌合结构；
[0015]在所述键合的过程中，所述第一连接部于所述压力方向上的尺寸保持不变。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0017](1)提供的超导量子芯片的三维封装结构，通过在量子芯片与控制电路芯片两者中的任一者上设置硬度较超导材料大的第一连接部，在另一者上设置第二连接部，一方面能够通过控制第一连接部的尺寸精确控制量子芯片与控制电路芯片的间距，另一方面通过第一连接部与第二连接部形成紧密牢固的嵌合结构，进而加强量子芯片与控制电路芯片之间的键和强度，提高封装结构的稳定性和可靠性。
[0018](2)提供的超导量子芯片的三维封装方法，不需对芯片或控制电路芯片的衬底进行刻蚀，对整个超导量子芯片的性能不造成影响。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术实施例1中提供的一种超导量子芯片的三维封装结构示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例1中的超导量子芯片的三维封装结构在键合前的结构示意图；
[0022]图3A至图3E是本专利技术实施例1中的超导量子芯片的三维封装结构的第二连接部的制作流程示意图；
[0023]图4A至图4E是本专利技术实施例1中的超导量子芯片的三维封装结构的第一连接部的制作流程示意图；
[0024]图5A至图5C分别是本专利技术实施例1中的超导量子芯片三维封装结构在不同位置处的芯片间距实际测量图；
[0025]图6是本专利技术实施例2中提供的一种超导量子芯片的三维封装结构示意图；
[0026]图7是本专利技术实施例2中的超导量子芯片的三维封装结构在键合前的结构示意图；
[0027]图8A至图8E是本专利技术实施例2中的超导量子芯片的三维封装结构的第一连接部的一种制作流程示意图；
[0028]图9A至图9E是本专利技术实施例2中的超导量子芯片的三维封装结构的第一连接部的另一种制作流程示意图；
[0029]图10是本专利技术实施例2中的超导量子芯片三维封装结构的第一连接部的实物图；
[0030]图11是本专利技术实施例2中的超导量子芯片三维封装结构的另一种第一连接部的实物图。
具体实施方式
[0031]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，通过在芯片的外围区域(如芯片的四角)制作比焊接材料质地硬的固定高度的支撑
结构，能够在芯片键合的过程中精确控制两芯片的间距，同时能够增强芯片间的键合强度，并不对芯片自身性能造成影响。如下将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]本专利技术实施例的一个方面提供了一种超导量子芯片的三维封装结构，其包括：量子芯片、控制电路芯片、第一连接部和第二连接部；
[0033]所述量子芯片的第一面面向所述控制电路芯片的第一面并且通过超导材料与所述控制电路芯片的第一面键合；
[0034]所述第一连接部支撑于所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面之间，在所述键合的过程中，所述第一连接部于键合压力方向上的尺寸保持不变；
[0035]以及，所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面中的任一者与所述第一连接部的一端固定连接，另一者与所述第二连接部的一端固定连接，并且所述第一连接部还与第二连接部配合形成嵌合结构。
[0036]进一步的，所述第一连接部一端固定于所述量子芯片的第一面，另一端与所述控制电路芯片的第一面相抵触，所述第二连接部的一端固定于所述控制电路芯片的第一面；或者，所述第一连接部一端固定于所述控制电路芯片的第一面，另一端与所述量子芯片的第一面相抵触，所述第二连接部的一端固定于所述量子芯片的第一面。
[0037]进一步的，所述第二连接部的一端固定于所述控制电路芯片的第一面，另一端与所述量子芯片的第一面相接触；或者，所述第二连接部的一端固定于所述量子芯片的第一面，另一端与所述控制电路芯片的第一面相接触。
[0038]进一步的，所述第一连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导量子芯片的三维封装结构，其特征在于包括量子芯片、控制电路芯片、第一连接部和第二连接部；所述量子芯片的第一面面向所述控制电路芯片的第一面并且通过超导材料与所述控制电路芯片的第一面键合；所述第一连接部支撑于所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面之间，在所述键合的过程中，所述第一连接部于键合压力方向上的尺寸保持不变；以及，所述量子芯片的第一面和所述控制电路芯片的第一面中的任一者与所述第一连接部的一端固定连接，另一者与所述第二连接部的一端固定连接，并且所述第一连接部还与第二连接部配合形成嵌合结构。2.根据权利要求1所述的超导量子芯片的三维封装结构，其特征在于，所述第一连接部一端固定于所述量子芯片的第一面，另一端与所述控制电路芯片的第一面相抵触，所述第二连接部的一端固定于所述控制电路芯片的第一面；或者，所述第一连接部一端固定于所述控制电路芯片的第一面，另一端与所述量子芯片的第一面相抵触，所述第二连接部的一端固定于所述量子芯片的第一面。3.根据权利要求2所述的超导量子芯片的三维封装结构，其特征在于，所述第二连接部的一端固定于所述控制电路芯片的第一面，另一端与所述量子芯片的第一面相接触；或者，所述第二连接部的一端固定于所述量子芯片的第一面，另一端与所述控制电路芯片的第一面相接触。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的超导量子芯片的三维封装结构，其特征在于，所述第一连接部和第二连接部均为多个且围绕所述超导材料设置，每一第一连接部与相应的一个第二连接部配合。5.根据权利要求4所述的超导量子芯片的三维封装结构，其特征在于，所述第一连接部包括设置于所述量子芯片第一面和所述控制电路芯片第一面中任一者的硬质材料凸起部，所述第二连接部包括设置于所述量子芯片第一面和所述控制电路芯片第一面中另一者的延展性材料凸起部。6.根据权利要求5所述的超导量子芯片的三维封装结构，其特征在于，所述硬质材料包括钽、铜、铝中的任一种或多种的组合；和/或，所述延展性材料包括铟、锡中的任一种或多种的组合。7.根据权利要求4所述的超导量子芯片的三维封装结构，其特征在于，一个第一连接部的部分或整体嵌入相应的一个第二连接部，或者，一个第二连接部的部分或整体嵌入相应的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓伟，郑伟文，熊康林，冯加贵，
申请(专利权)人：材料科学姑苏实验室，
类型：发明
国别省市：