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公開番号2024141409
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-10
出願番号2023053031
出願日2023-03-29
発明の名称超伝導回路装置とその製造方法
出願人日本電気株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 25/07 20060101AFI20241003BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】量子デバイスと第1の回路基板と第2の回路基板を積層した超伝導回路装置において、量子デバイスの非接触結合回路と結合する第1の回路基板と第2の回路基板間の電気的接合を高い品質で実現可能とする。
【解決手段】第2の回路基板と、前記第2の回路基板に実装された第1の回路基板と、前記第1の回路基板に実装された量子デバイスとを備え、前記量子デバイスは、非接触結合回路を備え、前記第1の回路基板は、前記量子デバイスの前記非接触結合回路と離間して対向配置された非接触結合回路用伝送部と、基板を貫通する貫通ビアと、を備え、前記第2の回路基板より前記量子デバイスへの信号の入力及び又は出力用の第1の伝送回路部を構成する、前記第2の回路基板と前記第1の回路基板の接合部と、前記第1の回路基板の前記貫通ビアと、前記量子デバイスの前記非接触結合回路および前記第1の回路基板の前記非接触結合回路用伝送部とは、複数の前記第1の伝送回路部間でレイアウトが統一されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第２の回路基板と、
前記第２の回路基板に実装された第１の回路基板と、
前記第１の回路基板に実装された量子デバイスと、
を備え、
前記量子デバイスは、非接触結合回路を備え、
前記第１の回路基板は、
前記量子デバイスの前記非接触結合回路と離間して対向配置された非接触結合回路用伝送部と、
基板を貫通する貫通ビアと、
を備え、
前記第２の回路基板より前記量子デバイスへの信号の入力及び／又は出力用の第１の伝送回路部を構成する、
前記第２の回路基板と前記第１の回路基板との接合部と、
前記第１の回路基板の前記貫通ビアと、
前記量子デバイスの前記非接触結合回路及び前記第１の回路基板の前記非接触結合回路用伝送部と、
は、複数の前記第１の伝送回路部間でレイアウトが統一されている、ことを特徴とする超伝導回路装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第２の回路基板と前記第１の回路基板との前記接合部の直上に、前記第１の回路基板と前記量子デバイスとの接合部を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の超伝導回路装置。
【請求項３】
前記第１の回路基板と前記量子デバイスとの接合部を備え、
前記第２の回路基板より前記量子デバイスへの信号の入力及び／又は出力用の第２の伝送回路部を構成する、
前記第２の回路基板と前記第１の回路基板との前記接合部と、
前記第１の回路基板の前記貫通ビアと、
前記第１の回路基板と前記量子デバイスとの前記接合部と、
は、複数の前記第２の伝送回路部間でレイアウトが統一されている、ことを特徴とする請求項１記載の超伝導回路装置。
【請求項４】
前記第２の回路基板と前記第１の回路基板との前記接合部の直上に配置された前記第１の回路基板と前記量子デバイスとの前記接合部は、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板の少なくともいずれかにおいて他の配線や回路から孤立した浮島として配置されているか、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板の少なくともいずれかに配設されたグランド回路に接続されている、ことを特徴とする請求項２記載の超伝導回路装置。
【請求項５】
前記第２の回路基板と前記第１の回路基板との前記接合部を構成する第２の接合バンプは、前記第１の回路基板と前記量子デバイスとの接合部を構成する第１の接合バンプよりも、融点が低く、且つ、展延性が高いか又は同等の材料を含む、ことを特徴とする請求項１記載の超伝導回路装置。
【請求項６】
１つ又は複数の前記第１の回路基板が、前記第２の回路基板上に実装されている、ことを特徴とする請求項１記載の超伝導回路装置。
【請求項７】
１つ又は複数の前記量子デバイスが、前記第１の回路基板上に実装されている、ことを特徴とする請求項１又は６記載の超伝導回路装置。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の超伝導回路装置の製造方法であって、
前記第２の回路基板上に配置され、前記第２の回路基板と前記第１の回路基板との前記接合部を構成する第２の接合バンプと、前記量子デバイスを実装した前記第１の回路基板上に配置された第２の電極とを互いの接合面が対向する向きでチャンバー内に配置して真空引きを行う工程と、
前記第２の回路基板上に配置された前記第２の接合バンプと、前記第１の回路基板上に配置された前記第２の電極の接合表面を活性化させる工程と、
前記第２の回路基板上に配置された前記第２の接合バンプと、前記第１の回路基板上に配置された前記第２の電極の位置合わせを行い、
真空度を維持した状態で、常温又は所定温度以下の低温にて、前記第２の接合バンプと前記第２の電極を当接させ加圧する、又は、
大気下で低温にて、前記第２の接合バンプと前記第２の電極を当接した後、超音波を印加した状態で加圧する、
工程を含む、ことを特徴とする、超伝導回路装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２の接合バンプは、前記第１の回路基板と前記量子デバイスとの前記接合部を構成する第１の接合バンプよりも、融点が低く、且つ、展延性が高いか又は同等の材料を含む、ことを特徴とする請求項８記載の超伝導回路装置の製造方法。
【請求項１０】
１つ又は複数の前記量子デバイスを前記第１の回路基板上に実装する工程と、
１つ又は複数の前記第１の回路基板を前記第２の回路基板と接合する工程の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項８記載の超伝導回路装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は超伝導回路装置とその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
超伝導量子回路の高集積化を図るために、量子デバイスを第１の回路基板（インターポーザ）上にフリップチップ実装した構造（ベアチップを反転(フリップ)して実装した構造）を用いることが検討されている。特に、量子特性等の劣化を防ぎ、配線収容率を高めるために、第１の回路基板（インターポーザ）の構成を第２の回路基板（パッケージ基板）に分配する構造が有望視されている。具体的な構造として、例えば、第１の回路基板は、量子回路との中継基板を担い、第２の回路基板は、配線ルーティングとしての基板を担う構造とすることができる。上記の要求に対し、例えば特許文献１には、積層される各基板(cap wafer/circuit wafer等)の裏面に、高さ制御用の接合バンプ（standoff bump）と、容易に塑性変形するインジウム(In)などの材料からなる接合バンプ（In Bump）の2種類が形成されており、各基板の表面の電極と接合する構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第９８３６６９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、量子デバイスと第１の回路基板と第２の回路基板を積層した超伝導回路装置において、量子デバイスの非接触結合回路と結合する第１の回路基板と第２の回路基板間の電気的接合を高い品質で実現できる超伝導回路装置、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態の超伝導回路装置によれば、第２の回路基板と、前記第２の回路基板に実装された第１の回路基板と、前記第１の回路基板に実装された量子デバイスと、を備え、前記量子デバイスは、非接触結合回路を備え、前記第１の回路基板は、前記量子デバイスの前記非接触結合回路と離間して対向配置された非接触結合回路用伝送部と、基板を貫通する貫通ビアと、を備えている。前記第２の回路基板より前記量子デバイスへの信号の入力及び／又は出力用の第１の伝送回路部を構成する、前記第２の回路基板と前記第１の回路基板との接合部と、前記第１の回路基板の前記貫通ビアと、前記量子デバイスの前記非接触結合回路及び前記第１の回路基板の前記非接触結合回路用伝送部と、は、複数の前記第１の伝送回路部間でレイアウトが統一されている。
【０００６】
本開示の別の一形態によれば、上記一形態の超伝導回路装置を製造する製造方法が、
前記第２の回路基板上に配置され、前記第２の回路基板と前記第１の回路基板との前記接合部を構成する第２の接合バンプと、前記量子デバイスを実装した前記第１の回路基板上に配置された第２の電極とを互いの接合面が対向する向きでチャンバー内に配置して真空引きを行う工程と、
前記第２の回路基板上に配置された前記第２の接合バンプと、前記第１の回路基板上に配置された前記第２の電極の接合表面を活性化させる工程と、
前記第２の回路基板上に配置された前記第２の接合バンプと、前記第１の回路基板上に配置された前記第２の電極の位置合わせを行い、
真空度を維持した状態で、常温又は所定温度以下の低温にて、前記第２の接合バンプと前記第２の電極を当接させ加圧する、又は、
大気下で低温にて、前記第２の接合バンプと前記第２の電極を当接した後、超音波を印加した状態で加圧する、工程を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、量子デバイスと第１の回路基板と第２の回路基板を積層した超伝導回路装置において、量子デバイスの非接触結合回路と結合する第１の回路基板と第２の回路基板間の電気的接合を高い品質で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の実施形態を説明する模式断面図である。
本開示の実施形態の量子デバイスを説明する模式平面図である。
（Ａ）、（Ｂ）は本開示の実施形態の第１の回路基板を説明する模式平面図である。
本開示の実施形態の第２の回路基板を説明する模式平面図である。
本開示の実施形態を説明する模式断面図である。
（Ａ）乃至（Ｃ）は本開示の実施形態の製造工程を説明する模式断面図、（Ｄ）は表面活性化を説明する模式図である。
本開示の実施形態の変形例を説明する模式断面図である。
本開示の実施形態の別の変形例を説明する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
量子デバイスが実装される第１の回路基板（インターポーザ）を含む複数の回路基板からなる３次元実装のパッケージにおいて、特許文献１の構造では、基板間を任意の間隔に制御し、バンプと電極を接合できる。しかしながら、この構造では、各基板間の接合状態の均一性を保つことができない。これは、各基板の接合レイアウトに統一性がないことから、接合時に印加される加熱や荷重、及び超音波などのエネルギーが各接合部間で不均一となるためである。従って、基板間の接合品質を確保できず、安定的な信号伝送が困難となる。
【００１０】
上記の課題は一つの例であるが、本発明は上記に限らず、量子デバイスと第１の回路基板と第２の回路基板とを積層してなる超伝導回路装置において、量子デバイスの非接触結合回路と結合する第１の回路基板と第２の回路基板間の電気的接合を高い品質で実現することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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