微尺寸超导隧道结的热熔蜡二次加热的固定安装方法技术

微尺寸超导隧道结的热熔蜡二次加热的固定安装方法：（１）将超导ＳＩＳ芯片放到安装槽中，大致调整好位置；（２）芯片两端各放一点热熔蜡；（３）然后将混频器基座置于热板上，热板温度比蜡的熔点低１０～２０度；（４）待热熔蜡变软后，取下混频器基座，轻压和移动软化的蜡，使之较好覆盖芯片两端，并与安装槽底部较好的粘贴；（５）然后微调芯片位置，完成定位；（６）重新将混频器基座放回热板，热板温度升温至等同或略高于蜡的熔点，待蜡完全熔化为液态后，取下混频器基座，使之常温冷却；（７）将芯片的两端通过常规点焊实现接地及与中频微带线的连接。本发明专利技术安装成功率极大提高；固定更牢；更适合低温工作；不易对器件表面和安装槽造成污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仪器制备方法，具体涉及一种微尺寸超导隧道结的热熔 蜡二次加热的固定安装方法。
技术介绍
超导隧道结，也称作超导SIS芯片，是目前广泛应用于天文接收机的、 具有极高灵敏度的探测器件。超导SIS芯片的具体尺寸与工作频率有关，频 率越高，芯片尺寸越小(越窄、越薄)。在实际工作中，超导SIS芯片作为探测器，要安装到一个尺寸略大于芯片尺寸的安装槽中(该安装槽是超导混 频器基座的一部分)。超导隧道结的研发和应用最初是从低频(约O.lTHz)开始。较低频段下， 通常采用的超导材料是铌(Nb)，制备基板为单晶石英。因频率低，石英的 介电常数较小(4.45-4.65)，所以超导芯片尺寸较大，厚度可达100微米左 右。在这样的大尺寸下，利用显微镜进行器件的手工安装并不困难，所以最 初科研人员选用铟(Indium)压在芯片接地端， 一方面为了对其进行固定， 另一方面可以同时实现接地(称为压铟法固定安装)。并且是常温才喿作， 非常方便，成功率基本可达100%。当射电天文向越来越高的频率发展，器件尺寸也随着频率的增加而减 小。另外，由于超导材料本身具有能隙频率(铌的能隙频率约为0.67THz)， 能隙频率以上无法正常应用，人们也开始寻求具有更高能隙频率的超导材料，例如氮化铌(NbN，能隙频率约1.4THz)。因薄膜制备工艺的限制， 氮化铌无法沉积在石英基板上，而必须制备在具有更高介电常数(9.6)的氧 化镁基板上。因更高工作频率，和更高介电常数基板的共同影响，器件尺寸 急剧下降，到0.85THz厚度仅为不足30微米。目前该种芯片是将超导材料 以薄膜的形式制备在单晶石英或氧化镁等基板上，基板尺寸约为 20mmx20mm,厚度300 400微米。 一次工艺完成后，几十个超导隧道结同 时制备于同一基板上，再经研磨打薄和切割分离，最终芯片的宽度和厚度只 有几十微米。上述传统的压铟法超导隧道结固定安装方式是超导芯片长条结构，一 端为接地端， 一端为中频端(混频产生的中频信号从该端口输出)。压铟法 安装时，芯片的接地端用金属铟(Indium)紧紧压住，金属铟具有良好的延 展性和导电性，从而实现芯片的固定(单端固定)与接地，中频端则通过点焊方式与外部中频微带线连接。安装时，为了保证良好固定以及芯片与安装槽的良好接触(即良好接 地)，铟必须压的非常紧，否则会在芯片和安装槽之间产生接触电阻。 对如此薄的芯片，这种传统压铟法的种种弊端也就体现出来 1)操作低频(0.5THz以下)器件尚可，但到0.5THz以上的工作频率， 通常芯片尺寸只有宽度小于100微米，厚度小于为50微米。对于如此小尺 寸的器件，过度用力压铟往往会导致器件断裂。在0.5THz以上频率，这种铟 固定方式的成功概率只有不到50%。而一批超导芯片的制备成;M艮高(约几 万人民币)，加工、切割、研磨历时较长(约15 20天)，如果在成功实现 所有加工工艺的前提下，只在最后安装时毁坏器件，在人力、财力和时间上都是一种极大的浪费。2) 即使在不到50%的成功概率下能把铟压好，也只是芯片的单端固定， 器件的另一端则需要通过点焊的方式与中频微带线连接，实现中频信号的输 出。对于一个厚度不足50微米的芯片，当一端被紧紧固定后，另一端必然 会有所上翘，使得中频端的点焊极难实现。 一方面，可能由于点焊时器件的 抖动，针头的超声波振动直接将芯片压断；另一方面，由于针头抬起时与器 件表面薄膜粘附在一起，而芯片这一端并没有固定，会随之上翘，使得焊点 无法脱离甚至将薄膜剥离。3) 铟有极好的延展性，这是采用铟进行固定和接地的主要原因，但同 时也带来一个弊端，便是良好的粘附性导致铟会附着在安装槽的底部不易清 除。长期反复操作后，粘附的铟会使得槽的底部不够平坦，影响器件安装平 整度。当工作频率越来越高(尤其到0.85THz以上)，芯片尺寸越来越小(厚 度仅为二三十个^f敬米)，传统安装方式的成功率越来越低，其弊端也越来越 凸显。当高频下压铟法的成功率降4氐甚至无法4乘作时，人们也曾尝试过其他方 法。比如a)采用银胶由于银胶可导电，同样也只能进行单端固定，小 器件中频端上翘现象无法彻底解决，且银胶固化时间较长，需要几个小时， 效率太低；b)采用快干胶虽可实现双端固定，但快干胶不耐低温，超导 隧道结的工作温度只有4.2K (约零下270度)，在如此低温下快干胶会开裂 无法正常使用；c)较为凝稠的液态胶固定不好，器件位置会有微小移动， 且有时若胶流到波导中，直接导致探测器无法正常工作。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种微尺寸超导隧道结的热熔蜡二次加热的固定安装方法，新创安装方式可以克服现有技术中0.5THz 以上工作频率，芯片尺寸微小时，过度用力压铟导致器件断裂；芯片一端被 紧紧固定后，另一端上翘使中频点焊极难实现；以及安装槽里会粘住一些铟 难以清除等种种弊端。本专利技术还要为实现该方法选择到适当可行的热熔蜡。 完成上述专利技术任务的技术方案是， 一种微尺寸超导隧道结的热熔蜡二次 加热的固定安装方法，其特征在于，步骤如下，(1) 、将超导SIS芯片放到安装槽中，大致调整好位置；(2) 、芯片两端各放一点热熔蜡；此时蜡为固态，只要轻轻搭在芯片两端 的表面即可，蜡的用量与芯片大小有关，通常将蜡切成小粒，其宽度略大于 器件，与槽宽相当(因超导器件尺寸微小，通常蜡的质量不会超过一克)；(3) 、然后将混频器基座置于热板上，热板温度设定在比蜡的熔点略低 10~20度(例如，100度左右)；(4) 、待热熔腊变软后(此时尚未完全熔化)，从热板上取下混频器基座， 用削细的牙签轻压和移动软化的蜡，使之较好覆盖芯片两端，并与安装槽底 部较好的粘贴；(5) 、然后微调芯片位置，完成定位；(6) 、重新将混频器基座放回热板，热板温度升温至等同或略高于蜡的熔 点(例如，120~130度)，待蜡完全熔化为液态后，取下混频器基座，使之常 温冷却；(7) 、将芯片的两端通过常规点焊实现接地及与中频微带线的连接。以上所述的热熔蜡(wax;部分产品也称为"热熔胶，，)可以采用ALLIED公司的Hot Mounting Wax,为透明状固态热熔蜡，熔化温度为120度。该热熔蜡为本专利技术推荐采用的热熔蜡。或者采用BS-120N系列热熔胶软化点115~125°C，操作温度160 190°C。还可以釆用BL-58B系列热熔胶软化点88°C，操作温度160~180°C。 相对于前者，其粘附力强，韧性好，耐低温性能良好。本专利技术利用热熔蜡二次加热法进行微尺寸超导隧道结固定安装的方法 中，所采用的热熔蜡在120度左右高温即可熔化，温度冷却后常温下可快速 自然变硬，并能够工作于低达4.2K (约零下270度)的超导SIS芯片的工作温度。本专利技术的新方法优点在于1) 不再有用力压铟的环节，从而大大降低了芯片被压断的可能性，安 装成功率极大提高；2) 热熔腊的固定比铟更牢，并且因石蜡本身绝缘，可实现两端固定， 器件更平稳，使后期点焊更加容易，也提高了安装成功率；3) 相对于银胶等其他固定物，热熔蜡可工作于更低温度，更适合对〗氐 温工作的超导器件进行固定；4) 热熔蜡很容易用丙酮清洗，洗后无痕迹，不留污染，长期多次操作 后，依然可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微尺寸超导隧道结的热熔蜡二次加热的固定安装方法，其特征在于，步骤如下，　（１）、将超导ＳＩＳ芯片放到安装槽中，大致调整好位置；　（２）、芯片两端各放一点热熔蜡；　（３）、然后将混频器基座置于热板上，热板温度设定在比热熔蜡的熔点略低１０～２０度；　（４）、待热熔腊变软后，从热板上取下混频器基座，轻压和移动软化的热熔蜡，使之较好覆盖芯片两端，并与安装槽底部较好的粘贴；　（５）、然后微调芯片位置，完成定位；　（６）、重新将混频器基座放回热板，热板温度升温至等同或略高于热熔蜡的熔点，待热熔蜡完全熔化为液态后，取下混频器基座，使之常温冷却；　（７）、将芯片的两端通过常规点焊实现接地及与中频微带线的连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李婧，史生才，
申请(专利权)人：中国科学院紫金山天文台，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]