提供一种SQUID芯片的封装结构装置与封装方法，包括SQUID芯片(1)与冷指(2)，冷指(2)与杜瓦连接，还包括粘贴在导热性金属垫片(3)上的FPC柔性电路板(4)，所述SQUID芯片(1)粘贴在FPC柔性电路板(4)上，所述FPC柔性电路板(4)及金属垫片(3)代替传统的PCB板电路板作为SQUID芯片(1)的底部封装；所述金属垫片(3)粘贴在冷指(2)上面，并与冷指(2)贴合；SQUID芯片(1)更换方便；FPC柔性电路板(4)厚度薄，制冷效果好。
1.一种SQUID芯片封装结构装置，包括SQUID芯片(1)与冷指(2)，冷指(2)与杜瓦连接，其特征在于，还包括粘贴在导热性金属垫片(3)上的FPC柔性电路板(4)，所述SQUID芯片(1)粘贴在FPC柔性电路板(4)上，所述FPC柔性电路板(4)及金属垫片(3)代替传统的PCB板电路板作为SQUID芯片(1)的底部封装；所述金属垫片(3)粘贴在冷指(2)上面，并与冷指(2)贴合。
2.如权利要求1所述的SQUID芯片封装结构装置，其特征在于，所述SQUID芯片(1)的电极与FPC柔性电路板(4)的电极通过Bonding线(5)连接，FPC柔性电路板(4)通过CNN连接器与杜瓦低温连接线连接；所述金属垫片(3)选用紫铜垫片。
3.如权利要求1所述的SQUID芯片封装结构装置，其特征在于，所述FPC柔性电路板(4)上开设用于容纳SQUID芯片(1)的容纳槽(6)，容纳槽(6)中加入低温胶(7)，将所述SQUID芯片(1)粘贴在FPC柔性电路板(4)上的容纳槽(6)上；金属垫片(3)与冷指(2)之间也用低温胶(7)粘接。
4.如权利要求1所述的SQUID芯片封装结构装置，其特征在于，所述FPC柔性电路板(4)开设第一过孔(9)，用于连接FPC柔性电路板(4)电极与低温线缆的插排(8)插入第一过孔(9)，并焊接在FPC柔性电路板(4)上，同时，所述插排(8)连接低温线缆与FPC柔性电路板(4)；所述金属垫片(3)也在对应位置开设第二过孔(10)，第二过孔(10)的孔径大于第一过孔(9)，所述插排(8)穿过第二过孔(10)。
5.如权利要求1所述的SQUID芯片封装结构装置，其特征在于，所述FPC柔性电路板(4)上方设置固定套件(11)，固定套件(11)在整个SQUID芯片(1)所在位置开设缺口(12)，固定套件(11)包括至少2个向下伸出的可拆卸的连接螺栓(13)，所述连接螺栓(13)穿过FPC柔性电路板(4)与金属垫片(3)并与冷指(2)固定连接。
6.一种SQUID芯片封装方法，包括SQUID芯片(1)与冷指(2)，冷指(2)与杜瓦连接，其特征在于，还包括粘贴在导热性金属垫片(3)上的FPC柔性电路板(4)，所述SQUID芯片(1)粘贴在FPC柔性电路板(4)上，所述FPC柔性电路板(4)及金属垫片(3)代替传统的PCB板电路板作为SQUID芯片(1)的底部封装；所述金属垫片(3)粘贴在冷指(2)上面，并与冷指(2)贴合。
7.如权利要求6所述的SQUID芯片封装方法，其特征在于，所述SQUID芯片(1)的电极与FPC柔性的电路板电极通过Bonding线(5)连接，FPC柔性电路板(4)通过CNN连接器与杜瓦低温连接线连接；所述金属垫片(3)选用紫铜垫片。
8.如权利要求6所述的SQUID芯片封装方法，其特征在于，所述FPC柔性电路板(4)上开设用于容纳SQUID芯片(1)的容纳槽(6)，容纳槽(6)中加入低温胶(7)，将所述SQUID芯片(1)粘贴在FPC柔性电路板(4)上的容纳槽(6)上；金属垫片(3)与冷指(2)之间也用低温胶(7)粘接。
9.如权利要求6所述的SQUID芯片封装方法，其特征在于，所述FPC柔性电路板(4)开设第一过孔(9)，用于连接FPC电极与低温线缆的插排(8)插入第一过孔(9)，并焊接在FPC柔性电路板(4)上，同时，所述插排(8)连接低温线缆与FPC柔性电路板(4)；所述金属垫片(3)也在对应位置开设第二过孔(10)，第二过孔(10)的孔径大于第二过孔(10)，所述插排(8)穿过第二过孔(10)。
10.如权利要求6所述的SQUID芯片封装方法，其特征在于，所述FPC柔性电路板(4)上方设置固定套件(11)，固定套件(11)在整个SQUID芯片(1)所在位置开设缺口(12)，固定套件(11)包括至少2个向下伸出的可拆卸的连接螺栓(13)，所述连接螺栓(13)穿过FPC柔性电路板(4)与金属垫片(3)并与冷指(2)固定连接。
一种SQUID芯片封装结构装置与封装方法
技术领域：
[0001] 本发明涉及一种超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，简称SQUID)芯片封装结构装置与封装方法，尤其是一种用作磁显微镜(Magnetic Microscope)探头的SQUID芯片封装结构装置与封装方法。背景技术：
[0002] 近年来由于超导量子干涉器件极好的空间、磁场分辨率和被动性无损检测的先天优势，同时随着集成电路技术的发展，使用SQUID检测样品磁性的磁扫描SQUID显微镜(MSSM)技术吸引了越来越多研究者的兴趣。
[0003] 根据待测样品是否与制冷剂直接接触，SSM主要分成冷指式和浸泡式两种。其中冷指式，受杜瓦内部气压及制冷液面变化影响较小，相对浸泡式更适用于低速移动平台，但是其芯片与冷指连接处热传导的好坏是影响系统运行的难点之一。因为现有SQUID封装大多是将芯片通过胶水粘到PCB板上，再用胶水将PCB与冷指粘接。其优势是冷指设计简单，方便测试多种不同构型的器件，但是不足是PCB较厚，热传导较差，制冷剂损耗快，严重时期间可能无法工作。另一种封装方式是直接将SQUID芯片用胶水与冷指粘贴。这种方式热传导好，但是芯片与外部电路链接复杂，后期维护成本高。因此设计一种热传导好，芯片与外部电路连接方便的方案一直是SSM技术发展的方向之一。发明内容：
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种SQUID芯片封装结构装置与封装方法，尤其是一种用作磁显微镜探头的SQUID的封装结构装置与封装方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明一种SQUID芯片封装结构装置,尤其是一种用作磁显微镜探头的SQUID的封装结构装置,的技术方案为：
[0006] 一种用于制作磁显微镜探头的SQUID芯片封装结构装置，包括SQUID芯片与冷指，冷指与杜瓦连接，其特征在于，还包括粘贴在导热性金属垫片上的FPC柔性电路板，所述SQUID芯片粘贴在FPC柔性电路板上，所述FPC柔性电路板及金属垫片代替传统的PCB板电路板作为SQUID芯片的底部封装；所述金属垫片粘贴在冷指上面，并与冷指贴合。
[0007] 以下为本发明本发明一种SQUID芯片封装结构装置,尤其是一种用作磁显微镜探头的SQUID的封装结构装置进一步的方案：
[0008] 所述SQUID芯片的电极与FPC柔性的电路板电极通过Bonding线连接，FPC柔性电路板通过CNN连接器与杜瓦低温连接线连接；所述金属垫片选用紫铜垫片。
[0009] 所述FPC柔性电路板上开设用于容纳SQUID芯片的容纳槽，容纳槽中加入低温胶，将所述SQUID芯片粘贴在FPC柔性电路板上的容纳槽上；金属垫片与冷指之间也用低温胶粘接。
[0010] 所述FPC柔性电路板开设第一过孔，用于连接FPC电极与低温线缆的插排插入第一过孔，并焊接在FPC柔性电路板上，同时，所述插排连接低温线缆与FPC柔性电路板；所述金属垫片也在对应位置开设第二过孔，第二过孔的孔径大于第二过孔，所述插排穿过第二过孔。
[0011] 所述FPC柔性电路板上方设置固定套件，固定套件在整个SQUID芯片所在位置开设缺口，固定套件包括至少2个向下伸出的可拆卸的连接螺栓，所述连接螺栓穿过FPC柔性电路板与金属垫片并与冷指固定连接。
[0012] 为了解决上述技术问题，本发明一种SQUID芯片的封装方法,尤其是一种用作磁显微镜探头的SQUID的封装方法的技术方案为：
[0013] 一种用于制作磁显微镜探头的SQUID芯片的封装方法，包括SQUID芯片与冷指，冷指与杜瓦连接，其特征在于，还包括粘贴在导热性金属垫片上的FPC柔性电路板，所述SQUID芯片粘贴在FPC柔性电路板上，所述FPC柔性电路板及金属垫片代替传统的PCB板电路板作为SQUID芯片的底部封装；所述金属垫片粘贴在冷指上面，并与冷指贴合。
[0014] 以下为本发明本发明一种SQUID芯片的封装方法,尤其是一种用作磁显微镜探头的SQUID的封装方法进一步的方案：
[0015] 所述SQUID芯片的电极与FPC柔性的电路板电极通过Bonding线连接，FPC柔性电路板通过CNN连接器与杜瓦低温连接线连接；所述金属垫片选用紫铜垫片。
[0016] 所述FPC柔性电路板上开设用于容纳SQUID芯片的容纳槽，容纳槽中加入低温胶，将所述SQUID芯片粘贴在FPC柔性电路板上的容纳槽上；金属垫片与冷指之间也用低温胶粘接。
[0017] 所述FPC柔性电路板开设第一过孔，用于连接FPC电极与低温线缆的插排插入第一过孔，并焊接在FPC柔性电路板上，同时，所述插排连接低温线缆与FPC柔性电路板；所述金属垫片也在对应位置开设第二过孔，第二过孔的孔径大于第二过孔，所述插排穿过第二过孔。
[0018] 所述FPC柔性电路板上方设置固定套件，固定套件在整个SQUID芯片所在位置开设缺口，固定套件包括至少2个向下伸出的可拆卸的连接螺栓，所述连接螺栓穿过FPC柔性电路板与金属垫片并与冷指固定连接。
[0019] 本发明提供一种SQUID芯片封装结构装置与封装方法，尤其是一种用作磁显微镜探头的SQUID的封装结构装置与封装方法。本发明最突出的优势是：1)更换芯片方便；2)FPC厚度薄，制冷效果好。本发明能够在减少引线的基础上提高热传导率，从而实现导热均匀，制作简单，提高芯片测试准确性与稳定性等优势。同时此设计使用小型杜瓦，减少低温液体的消耗，也使芯片的测试更加便利。对于超导电子学在磁场检测方面的应用提供了更加优良的条件，是一种在芯片检测方面值得推广的技术。
[0020] 因为FPC柔性线路板厚度仅为几十um，而PCB线路板厚度一般为几个mm，二者厚度相差百倍左右，所以FPC柔性线路板的热传导效率比PCB线路板高得多。避免低温线与SQUID的高温焊接动作，保护器件，改善使用压接方案造成的SQUID与低温线的欧姆接触不良。同时FPC底部紫铜板的设计，降低了FPC因为厚度太小，柔性太大，多次冷热循环之后FPC与SQUID之间粘贴出现缝隙，最后引起封装失效的可能性。并且导热性金属垫片,尤其是紫铜垫片，与冷指具有很好的热导率，不会因为增加垫片降低了SQUID的制冷效果。有利于后期多通道系统的集成，测试，更换配件及后期维护。插排设计，避免了低温线在接头处的缠绕，减少走线长度。FPC上方的固定套件，增加了FPC与冷指的机械和热连接；对于侧面开窗和底部开窗的杜瓦设计，此套件避免了因为FPC重量导致FPC从冷指滑落。
附图说明
[0021] 图1为本发明SQUID芯片封装结构装置示意图；
[0022] 图2为FPC柔性的电路板与金属垫片示意图；
[0023] 图3为设置有固定套件的SQUID芯片封装结构装置示意图；
[0024] 图4为设置有固定套件的SQUID芯片封装结构装置及外部电路示意图；
[0025] 以上各附图均是示意性的，并不与实际比例相对应。
[0026] 各图中标号所指示的部分为：1、SQUID芯片；2、冷指；3、金属垫片；4、FPC柔性电路板；5、Bonding线；6、容纳槽；7、低温胶；8、插排；9、第一过孔；10、第二过孔；11、固定套件；12、缺口；13、连接螺栓；14.外部电路。
具体实施方式
[0027] 以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0028] 如图1至图3所示,本发明用于制作磁显微镜探头的SQUID芯片1封装结构装置，包括SQUID芯片1与冷指2，冷指2与杜瓦连接，还包括粘贴在导热性金属垫片3上的FPC柔性电路板4，SQUID芯片1粘贴在FPC柔性电路板4上，FPC柔性电路板4及金属垫片3代替传统的PCB板电路板作为SQUID芯片1的底部封装；金属垫片3粘贴在冷指2上面，并与冷指2贴合。SQUID芯片1的电极与FPC柔性电路板4的电极通过Bonding线5连接，FPC柔性电路板4通过CNN连接器与杜瓦低温连接线连接。由于FPC柔性电路板4刚度不够，柔软易产生形变；解决方案：通过在SQUID芯片1底面粘贴导热性金属垫片3来补偿其强度，且金属垫片3进一步提高热传导效果。金属垫片3的材质以紫铜为佳，所以可优先选用紫铜垫片。
[0029] 本发明所涉及的磁显微镜按其不同的成像方式，主要包括扫描式、阵列式两种，扫描式磁显微镜也简称为磁扫描显微镜。虽然扫描式、阵列式两种磁显微镜的具体结构有所不同，但其SQUID芯片的封装结构与封装方法均可采用本发明的方案。
[0030] 如图1、图2所示,FPC柔性电路板4上开设用于容纳SQUID芯片1的容纳槽6，容纳槽6中加入低温胶7，将SQUID芯片1粘贴在FPC柔性电路板4上的容纳槽6上。金属垫片3与冷指2之间也用低温胶7粘接。FPC柔性电路板4开设第一过孔9，用于连接FPC柔性电路板4r电极与低温线缆的插排8插入第一过孔9，并焊接在FPC柔性电路板4上，同时，插排8连接低温线缆与FPC柔性电路板4。金属垫片3也在对应位置开设第二过孔10，第二过孔10的孔径大于第一过孔9，插排8穿过第二过孔10，就可连接外部电路14,可对照图4所示。
[0031] 另外，为了固定FPC柔性电路板4，尤其是，对于侧面开窗和底部开窗的杜瓦，避免FPC柔性电路板4从冷指2处滑落，如图3所示,FPC柔性电路板4上方可设置固定套件11，固定套件11在整个SQUID芯片1所在位置开设缺口12，固定套件11包括至少2个向下伸出的可拆卸的连接螺栓13，连接螺栓13穿过FPC柔性电路板4与金属垫片3并与冷指2固定连接。如图4所示,插排8穿过第二过孔10，连接外部电路14。
[0032] 具体制作步骤为：(1)首先，设计SQUID芯片1版图与适配的FPC柔性电路板4，其中FPC柔性电路板4厚度设计为60um，SQUID芯片1采用SQUID磁强计(梯度计)。过孔直径设计为孔0.7mm，外延扩展0.2mm。采用0.6mm圆形镀金形式的排针。紫铜垫板的厚度设计为0.2mm。紫铜垫片按照FPC过孔设计，过孔位置相同，直径为过孔设计为孔直径1mm。(2)取0.5g型号为LakeShore IMI 7031Varnish低温胶，均匀涂抹在FPC上，将芯片粘贴牢固，并烘烤。(3)将插排8与FPC柔性电路板4焊接牢固。(4)使用型号为WEST‑BOND 7476E的Bonding机将SQUID Bias/Feedback/Heating等功能PAD与FPC Bonding，并做电信号连通测试。(5)使用低温胶
7，将FPC柔性电路板4与冷指2粘接牢固。(6)使用固定套件，将FPC柔性电路板4与冷指2连接牢固，增加机械稳定性。(7)将低温线缆与FPC柔性电路板4排针连接，并测试与杜瓦外围接口导通性。(8)将杜瓦Insert等其他套件按照指定顺序组装完成。将整个小系统用支架悬空固定，在其下方放置一个10匝的通电线圈，其材料为铜。线圈通入电流大小为100mA。使用设计并封装好的芯片检测通电线圈产生的磁场。
