一种热屏蔽装置及约瑟夫森结阵芯片系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种热屏蔽装置及约瑟夫森结阵芯片系统，其中，热屏蔽装置包括低温恒温器

【技术实现步骤摘要】
一种热屏蔽装置及约瑟夫森结阵芯片系统


[0001]本专利技术属于芯片热屏蔽
，尤其涉及一种热屏蔽装置及约瑟夫森结阵芯片系统
。

技术介绍

[0002]约瑟夫森结是一种超导隧道结，其在预定条件下具有较好的超导性能
。
由约瑟夫森结形成的约瑟夫森结阵芯片，其需要在超导状态下实现芯片的正常工作
。
而要保持约瑟夫森结阵芯片的超导状态，需要保证约瑟夫森结阵芯片工作在
4K
的温度下
。
现有对于约瑟夫森结阵芯片的温度调节，仅仅通过冷源对约瑟夫森结阵芯片进行冷却来实现，但是，在约瑟夫森结阵芯片工作过程中，环境中的热辐射，以及约瑟夫森结阵芯片与其它器件的接线也会向约瑟夫森结阵芯片传递热量，从而导致约瑟夫森结阵芯片实际的工作温度要高于
4K
，不利于约瑟夫森结阵芯片保持其超导状态
。
如专利
CN104377299A
公开了一种无磁屏蔽环境下抑制磁场干扰的
SQUID
器件的结构，其特征在于在约瑟夫森结的周围制作一圈超导壁，超导壁包围了约瑟夫森结，超导壁起到一个微型磁屏蔽的作用，使外加磁场对约瑟夫森结的干扰得到抑制
。
超导壁的高度远大于约瑟夫森结的绝缘层厚度
。
虽然在
SQUID
的核心结构约瑟夫森结周围制作了一圈基于超导薄膜材料的超导壁，这圈超导壁具有屏蔽外界磁场进入到约瑟夫森结的效果，但是无法实现约瑟夫森结的热屏蔽
。
[0003]因此，如何提供一种可以屏蔽热辐射和接线热量，避免在约瑟夫森结阵芯片表面产生热负荷的屏蔽装置是本领域亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种热屏蔽装置及约瑟夫森结阵芯片系统
。
可以对约瑟夫森结阵芯片进行热屏蔽，减少净辐射转移
。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种约瑟夫森结阵芯片的热屏蔽装置，包括低温恒温器
、
传感器组
、
辐射屏蔽板
、
夹具组件和真空屏蔽罩组件；低温恒温器包括依次间隔设置的冷头
、
第一级底盘和第二级底盘；真空屏蔽罩组件包括第一真空屏蔽罩和第二真空屏蔽罩，第二真空屏蔽罩与第二级底盘固定，第一真空屏蔽罩与第一级底盘固定并位于第二真空屏蔽罩内，冷头位于第一真空屏蔽罩内；真空屏蔽罩组件还包括热屏蔽氧化铝层，所述热屏蔽氧化铝层涂覆于第一真空屏蔽罩和
/
或第二真空屏蔽罩表面；辐射屏蔽板固定于冷头上；波导组件与约瑟夫森结阵芯片的天线连接，包括刚性波导和与刚性波导连接的柔性波导，刚性波导位于第一真空屏蔽罩内，柔性波导延伸至第二真空屏蔽罩外；夹具组件设于辐射屏蔽板上并固定约瑟夫森结阵芯片；传感器组靠近约瑟夫森结阵芯片设于辐射屏蔽板上
。
[0006]进一步的，低温恒温器还包括低温恒温器主体，低温恒温器主体一端设有冷头，其
侧壁沿其轴向间隔设有第一级底盘和第二级底盘
。
[0007]进一步的，夹具组件包括夹具盖板
、
芯片底座和芯片指接板，芯片底座固定于辐射屏蔽板上，芯片指接板固定于芯片底座上，芯片指接板和夹具盖板围合固定约瑟夫森结阵芯片
。
[0008]进一步的，芯片指接板包括耐燃基板和铜铍合金指接板，耐燃基板固定于芯片底座上，铜铍合金指接板设于耐燃基板上，其与约瑟夫森结阵芯片连接
。
[0009]进一步的，第二真空屏蔽罩上固定有连接器，连接器通过铜线与铜铍合金指接板连接；所述铜线穿过第一级底盘并固定于低温恒温器主体上
。
[0010]进一步的，热屏蔽装置还包括抽真空底座
、
抽真空设备和抽真空罩体，低温恒温器固定于抽真空底座内，抽真空罩体套设于第二真空屏蔽罩外，并与抽真空底座可拆卸的密封固定；第一级底盘和第二级底盘上分别开设若干贯通的真空孔，使得第一真空屏蔽罩和第二真空屏蔽罩的内部屏蔽空间与抽真空罩体的内部空间连通，抽真空设备与抽真空底座固定连接，以将所述内部屏蔽空间和内部空间抽真空
。
[0011]进一步的，第一真空屏蔽罩和第二真空屏蔽罩的材料和厚度相同，每层热屏蔽氧化铝层的厚度相同；每层热屏蔽氧化铝层的厚度确定，包括：根据抽真空罩体的物理参数
、
真空屏蔽罩组件的物理参数和热屏蔽装置外的环境温度，得到热屏蔽氧化铝层内外侧的温度差，再根据热屏蔽氧化铝层内外侧的温度差和热屏蔽氧化铝层的物理参数，得到每层热屏蔽氧化铝层的厚度
。
[0012]进一步的，抽真空罩体的物理参数包括抽真空罩体外侧面的换热系数
、
抽真空罩体的导热系数
、
厚度和热流密度，真空屏蔽罩组件的物理参数包括导热系数
、
厚度和热流密度，热屏蔽氧化铝层的物理参数包括热屏蔽氧化铝层的数量
、
导热系数和热流密度
。
[0013]进一步的，每层热屏蔽氧化铝层的厚度确定，包括：根据抽真空罩体外侧面的换热系数和抽真空罩体的热流密度，得到环境温度和抽真空罩体外侧面的第一温度差；根据抽真空罩体的导热系数
、
厚度和热流密度，得到抽真空罩体外侧面和内侧面的第二温度差；根据第一真空屏蔽罩和第二真空屏蔽罩的导热系数
、
厚度和热流密度，得到第一真空屏蔽罩外侧面和内侧面的第三温度差，以及第二真空屏蔽罩外侧面和内侧面的第四温度差；根据第一温度差
、
第二温度差
、
第三温度差
、
第四温度差和第五温度差，得到热屏蔽氧化铝层外侧面和内侧面的第五温度差；根据热屏蔽氧化铝层外侧面和内侧面的第五温度差，以及热屏蔽氧化铝层的数量
、
导热系数和热流密度，给出每层热屏蔽氧化铝层的厚度
。
[0014]进一步的，每层热屏蔽氧化铝层的厚度确定，具体为：
[0015]式中，
T1为热屏蔽装置外的环境温度，
T0为约瑟夫森结阵芯片的临界温度，
d1为抽
真空罩体的厚度，
d2为第一真空屏蔽罩或第二真空屏蔽罩的厚度，
d3为热屏蔽氧化铝层的厚度，
m
为热屏蔽氧化铝层的层数，
α1、
α2、
α3分别为抽真空罩体
、
真空屏蔽罩组件（第一真空屏蔽罩或第二真空屏蔽罩）和热屏蔽氧化铝层的热流密度，
β1、
β2、
β3分别为抽真空罩体
、
真空屏蔽罩组件（第一真空屏蔽罩或第二真空屏蔽罩）和热屏蔽氧化铝层的导热系数，
γ
为抽真空罩体外侧面的换热系数
。
[0016]进一步的，传感器组包括温度传感器和磁场传感器，温度传感器和磁场传感器均通过传感器电缆与连接器，传感器电缆穿过第一级底盘并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种约瑟夫森结阵芯片的热屏蔽装置，其特征在于，包括低温恒温器
、
传感器组
、
辐射屏蔽板
、
波导组件
、
夹具组件和真空屏蔽罩组件；低温恒温器包括依次间隔设置的冷头
、
第一级底盘和第二级底盘；真空屏蔽罩组件包括第一真空屏蔽罩和第二真空屏蔽罩，第二真空屏蔽罩与第二级底盘固定，第一真空屏蔽罩与第一级底盘固定并位于第二真空屏蔽罩内，冷头位于第一真空屏蔽罩内；真空屏蔽罩组件还包括热屏蔽氧化铝层，所述热屏蔽氧化铝层涂覆于第一真空屏蔽罩和
/
或第二真空屏蔽罩表面；辐射屏蔽板固定于冷头上；波导组件与约瑟夫森结阵芯片的天线连接，包括刚性波导和与刚性波导连接的柔性波导，刚性波导位于第一真空屏蔽罩内，柔性波导延伸至第二真空屏蔽罩外；夹具组件设于辐射屏蔽板上并固定约瑟夫森结阵芯片；传感器组靠近约瑟夫森结阵芯片设于辐射屏蔽板上
。2.
如权利要求1所述的热屏蔽装置，其特征在于，低温恒温器还包括低温恒温器主体，低温恒温器主体一端连接所述冷头，且侧壁沿其轴向间隔设置所述第一级底盘和第二级底盘
。3.
如权利要求2所述的热屏蔽装置，其特征在于，夹具组件包括夹具盖板
、
芯片底座和芯片指接板，芯片底座固定于辐射屏蔽板上，芯片指接板固定于芯片底座上，芯片指接板和夹具盖板围合固定约瑟夫森结阵芯片
。4.
如权利要求3所述的热屏蔽装置，其特征在于，芯片指接板包括耐燃基板和铜铍合金指接板，耐燃基板固定于芯片底座上，铜铍合金指接板设于耐燃基板上并与约瑟夫森结阵芯片连接
。5.
如权利要求4所述的热屏蔽装置，其特征在于，第二真空屏蔽罩上固定有连接器，连接器通过铜线与铜铍合金指接板连接；所述铜线穿过第一级底盘并固定于低温恒温器主体上
。6.
如权利要求5所述的热屏蔽装置，其特征在于，刚性波导与耐燃基板固定，并通过铜铍合金指接板与约瑟夫森结阵芯片的天线连接，柔性波导一端与刚性波导连接，另一端穿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王思云，徐晴，黄奇峰，李志新，陈霄，王忠东，陈铭明，易永仙，夏国芳，鲍进，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司营销服务中心，
类型：发明
国别省市：