JP3756530B2

JP3756530B2 - Superconducting device mounting equipment

Info

Publication number: JP3756530B2
Application number: JP27580093A
Authority: JP
Inventors: 誠剛小谷; 泰晴上岡; 茂吉田
Original assignee: Fujitsu Ltd; Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd; Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: JPH07131078A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は超伝導素子の実装装置に係り、特に冷却を必要とする超伝導素子を実装する超伝導素子の実装装置に関する。
【０００２】
近年、Ｎｂジョセンフソン接続素子を用いた超伝導集積回路が数多く報告されている。ジョセフソン接合素子を用いた回路は高速で作動し、しかも低消費電力てあるため、高速プロセッサの実現が可能である。
【０００３】
この回路動作には、超伝導素子を極低温（Ｎｂ素子の場合には零下２６９℃程度）に保持する必要がある。
【０００４】
従って、超伝導素子を極低温状態で保持する実装装置が重要な因子となる。
【０００５】
【従来の技術】
通常、Ｎｂジョセンフソン接続素子を作動させるには、冷媒として液体ヘリウム（Ｈｅ）を用いることが多い。即ち、液体Ｈｅを収納したデューア瓶(Dewar vessel)内に超伝導回路チップを浸漬し、同軸ケーブル等を利用して室温雰囲気中にある他の機器と電気的に接続するよう構成されていた。
【０００６】
このような手段を採った場合、同軸ケーブルの長さとして、最短でも１ｍ程度は必要となり、伝播遅延時間としては１０ｎｓ程度になると見積もられ、これでは高速（例えば１ｎｓ以下）の超伝導回路の運転は不可能である。
【０００７】
そこで本発明者は、先に超伝導回路を高速で運転することを可能にするための超伝導素子の実装装置を提案した（特願昭６３−２７６０２３号）。
【０００８】
図７は、前記した本発明者が提案した超伝導素子の実装装置１を示している。同図に示す実装装置１は、Ｎｂジョセンフソン素子等の冷却集積回路チップ２を搭載する回路基板３と、室温動作回路チップ４を搭載する回路基板５との間を、冷媒となる液体ヘリウム（Ｈｅ）６を収納した冷却容器（デューア瓶）７の真空断熱層８を貫通する電気信号ケーブル９により電気的に接続した構成とされている。
【０００９】
この構成とすることにより、冷却集積回路チップ２と室温動作回路チップ４との間の電気信号ケーブル９による配線長は、従前における数十分の一程度となり、冷却集積回路チップ２と室温動作回路チップ４との高速同期動作を可能とすることができる。
【００１０】
また、冷却容器７の上部には冷凍機１０に接続された冷却ヘッド１１が配設されており、電気信号ケーブル９からの侵入熱及び冷却集積回路チップ２が発熱することにより気化したＨｅを冷却して再び液化する構成とされており、液体Ｈｅ６による冷却集積回路チップ２の冷却が維持されるよう構成されていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、図７に示される実装装置１により、冷却集積回路チップ２と室温動作回路チップ４とを近接配設でき高速動作が可能となる。
【００１２】
しかるに上記の実装装置１では、冷却容器７が一つの冷却領域より構成されていたため、冷却機１０及び冷却ヘッド１１の配設位置に自由度がなく、冷却機１０及び冷却ヘッド１１は冷却容器７の上部位置に配設されていた。冷却機１０及び冷却ヘッド１１を冷却容器７の上部位置に配設される必然性は以下の通りである。
【００１３】
冷却集積回路チップ２が安定動作を行うためには、冷却集積回路チップ２は液体Ｈｅ６内に浸漬されて動作温度を一定に保つ必要がある。液体Ｈｅ６は、冷却集積回路チップ２が発生する熱及び侵入熱によって気化するが、気化したＨｅを冷却ヘッド１１が冷却し再び液化することによって液体Ｈｅ６の液量を一定に保持している。
【００１４】
この際、冷却ヘッド１１が気化したＨｅを再液化するためには、冷却ヘッド１１の温度は液体Ｈｅ６の液温より低く保たれる必要がある。これは、その温度差によって気化したＨｅから熱を奪うことが可能となるためである。そして、当然のことながら液体は冷却容器７の下方に溜まるため、冷却機１０及び冷却ヘッド１１は気化したＨｅが溜まる冷却容器７の上方に配設する必要がある。
【００１５】
しかるに、一般にＮｂジョセンフソン素子等の冷却集積回路チップ２を冷却する冷却機１０は冷却効率があまり良好でないことが知られており、従って冷却機１０は大体積化，大重量化する傾向にある（本発明者が寄稿した、IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY Vol.1,No.4,December 1991 のFig.6 の写真を参照されたい）。
【００１６】
よって、従来構成の実装装置１では、冷却容器７の上部に大体積で大重量である冷却機１０を配設せねばならず、その結果冷却機１０を高い位置で支持するための支持機構を設ける必要があり、装置全体が大型化してしまうという問題点があった。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、小型化を図りうる超伝導素子の実装装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、超伝導素子の実装装置を下記の如く構成したことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１の発明に係る超伝導素子の実装装置では、
熱伝導性の良好な材料により形成されてなる第１の壁部と、該第１の壁部より熱伝導性が低い材料により形成されてなる第２の壁部とにより構成されており、該第１の壁部と第２の壁部が協働して密閉された断熱層を形成されると共に、該第１の壁部が形成する冷媒収納部に超伝導素子及び該超伝導素子を冷却する冷媒が実装される冷却容器と、
該冷却容器に形成された上部開口部を気密状態で封止する蓋体と、
該冷媒を液化する能力を有し、該第１の壁部を冷却することにより該冷媒を冷却し液化する冷却手段とを具備する超伝導素子の実装装置であって、
該冷却手段を複数段冷凍機により構成し、該第１の壁部を冷却し該冷媒収納部内の冷媒を液化しうる能力を有する第１の冷凍機を該第１の壁部下部に配設し、該第１の冷凍機よりも冷却能力が高い第２の冷凍機を該第１の冷凍機の鉛直方向下部に配設し、
かつ、該断熱層内において少なくとも該冷媒収納部を内包する第２の断熱層を形成するよう配設された第３の壁部を設け、
該第２の冷凍機が該第２の断熱層を冷却しうる構成としたことを特徴とするものである。
【００２５】
また、請求項２の発明に係る超伝導素子の実装装置では、
前記冷却手段を前記第１の壁部の鉛直方向下部に配設したことを特徴とするものである。
【００２６】
また、請求項３の発明に係る超伝導素子の実装装置では、
前記超伝導素子と接続される室温作動半導体素子を前記第２の壁部の外部に配設すると共に、前記超伝導素子と室温作動半導体素子とを電気的に接続する電気接続部材を前記第１及び第２の壁部を貫通して配設し、
かつ、少なくとも前記電気接続部材が前記第１の壁部を貫通する位置に、前記第１の壁部の材料及び電気接続部材の材料に共に親和性を有する材料により構成されるホルダを設けたことを特徴とするものである。
【００２８】
更に、請求項４の発明に係る超伝導素子の実装装置では、
前記第２及び第３の壁部、及び第１と第２の冷凍機の接続部分に、第２の冷凍機で発生する振動が前記冷媒収納部に伝達するのを防止する防振機構を設けたことを特徴とするものである。
【００２９】
【作用】
上記の各手段は下記のように作用する。
【００３５】
請求項１の発明によれば、
第１の壁部と第２の壁部が協働して密閉された断熱層を形成するため、超伝導素子の設置及び交換時に蓋体を外しても、断熱層は外気にさらされることはなくなるため、断熱層の断熱効果を維持することができる。
また、断熱層内において少なくとも冷媒収納部を内包する第２の断熱層を形成するよう配設された第３の壁部を設けると共に、第２の冷凍機が前記第２の断熱層を冷却しうる構成したことにより、外部から冷媒収納部内への熱流入を確実に遮蔽することができ、第１の壁部（即ち冷媒）の冷却に要する時間を短縮することができる。
【００３６】
また、請求項２の発明によれば、
前記冷却手段を前記第１の壁部の鉛直方向下部に配設したことにより、断熱層の断熱効果を維持しつつ実装装置の小型化を図ることができる。
【００３７】
また、請求項３の発明によれば、
第１の壁部の材料及び電気接続部材の材料に共に親和性を有する材料により構成されるホルダを設けたことにより、第１の壁部と電気接続部材の接合性を向上させることができ、上記貫通位置における冷媒の漏れ防止及び断熱層のリーク防止を図ることができる。
【００３９】
更に、請求項４の発明によれば、
前記第２及び第３の壁部、及び第１と第２の冷凍機の接続部分に防振機構を設け、第２の冷凍機で発生する振動が前記冷媒収納部に伝達するのを防止する構成としたため、超伝導素子の振動に起因する誤動作を防止することができる。
【００４０】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面と共に説明する。
【００４１】
図１は本発明の第１実施例である超伝導素子の実装装置２０（以下、単に実装装置という）の構成図である。同図において、２１は冷却容器であり、第１の容器２２（図中、梨地で示す）と第２の容器２３とにより構成されている。
【００４２】
この第１及び第２の容器２２，２３共に中空の有底四角柱形状を有した本体部２２ａ，２３ａと、この本体部２２ａ，２３ａの鉛直方向（図における上下方向）に対する上端に形成された開口部に配設された蓋体部２２ｂ，２３ｂとにより構成されている。図２に示されるように、蓋体部２２ｂ，２３ｂは本体部２２ａ，２３ａに対して着脱自在の構成となっており、後述する冷却集積回路チップ２５の第１の容器２２に対する設置及び交換を容易に行い得るよう構成されている。尚、蓋体部２２ｂ，２３ｂを本体部２２ａ，２３ａに固定する方法としては、例えばインジウムのリボン等の軽金属を開口部に配設し蓋体部２２ｂ，２３ｂで押し潰すことにより密閉する方法が考えられる。
【００４３】
また、各容器２２，２３の材質としては、第１の容器２２は熱伝導性良好な金属材（例えば銅）により構成されており、また第２の容器２３は、例えばＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastic:繊維強化プラスチック）により形成されている。
更に、第１の容器２２に対して第２の容器２３はその形状が大きく、第１の容器２２は第２の容器２３内に内包された構成とされている。この構成とすることにより、第１の容器２２と第２の容器２３との離間部分には断熱層３１が形成される。この断熱層３１は、図示しない真空装置により略真空となるよう構成されている。
【００４４】
一方、第１の容器２２にはその内部にＮｂジョセンフソン素子等の冷却集積回路チップ２５及び冷媒２４が収納され、冷媒２４により冷却集積回路チップ２５を冷却する構成とされている。冷媒２４としては液体ヘリウム（Ｈｅ）が用いられており、この冷媒２４内に浸漬されることにより冷却集積回路チップ２５は極低温（例えば零下２６９℃程度）に冷却される。
【００４５】
冷却集積回路チップ２５は例えばセラミック製の回路基板２６に搭載されており、この回路基板２６と室温動作回路チップ２７を搭載する回路基板２８（例えばセラミック製）とは、第１の容器２２の真空断熱層を貫通する電気信号ケーブル３６により電気的に接続されている。
【００４６】
よって、本実施例に係る実装装置２０においても、従来と同様に冷却集積回路チップ２５と室温動作回路チップ２７との間の配線長を短くすることができ、冷却集積回路チップ２５と室温動作回路チップ２７との高速同期動作を可能とすることができる。
【００４７】
図３は、電気信号ケーブル３６が第１の容器２２を貫通する位置を拡大して示す図である。前記したように、第１の容器２２は銅等の導電性金属により構成されており、また電気信号ケーブル３６は例えばポリイミドフィルムに配線パターンが被覆形成された構成とされている。このポリイミドフィルムケーブルは高速信号伝播性及び低熱伝導性を有しており、電気信号ケーブル３６として用いるのに良好な特性を有している。
【００４８】
しかるに、一般にポリイミドと銅との接着は、接着剤の選択によっては不可能ではないが容易ではない。この第１の容器２２と電気信号ケーブル３６との接合が確実に行われないと、第１の容器２２に充填されている冷媒２４が断熱層３１に漏洩したり、また断熱層３１がリークしてしまうおそれがある。従って、第１の容器２２と電気信号ケーブル３６との接合を確実に行う必要がある。
【００４９】
そこで、図３に示されるようにＦＲＰよりなるホルダ３２を設け（図１には図示を省略してある）、このホルダ３２を第１の容器２２に装着すると共にその内部を電気信号ケーブル３６が貫通するよう構成した。ＦＲＰは、銅に対しても、またポリイミドに対しても親和性を有する。このため、第１の容器２２とホルダ３２との接着、及び電気信号ケーブル３６とホルダ３２との接着を共に良好な状態で行うことができ、よって冷媒２４の漏洩や断熱層３１のリークを確実に防止することができる。
【００５０】
再び図１に戻り実装装置２０の構成の説明を続ける。
【００５１】
第１の容器２２は、その下部に第２の冷凍機２９が配設された構成とされている。この第２の冷凍機２９は冷媒供給配管３５により第１の冷凍機３０と接続されている。このように、一般に実装装置２０の冷却手段は、例えばＧＭ冷凍機とＪＴ冷凍機とを複数段連設した複合構造を有する。
【００５２】
そして、第１の冷凍機３０で冷却されたヘリウム（Ｈｅ）ガスは冷媒供給配管３５を通り第２の冷凍機２９に送られ、第２の冷凍機２９で更に冷却された上で第１の容器２２を冷却する構成とされている。尚、この第１及び第２の冷凍機２９，３０で構成される冷却手段は大体積で大重量であることは前記した通りである。
【００５３】
ここで、第１の容器２２に対する第２の冷凍機２９の配設位置に注目し説明する。前記したとおり、第１の容器２２の内部には液体ヘリウム等の冷媒２４が充填されており、この冷媒２４は冷却集積回路チップ２５が発熱することにより気化するため、冷却集積回路チップ２５を常に所定温度に冷却し安定動作させるためには気化したヘリウムガスを冷却して液化する必要がある。
【００５４】
本実施例に係る実装装置２０では、被冷却体となる第１の容器２２は、銅等の熱伝導性の良好な材質により構成されているため、第２の冷凍機２９を第１の容器２２のいずれの位置に配設しても、第１の容器２２全体を冷媒２４を液化しうる温度に冷却することができる。よって、第１の容器２２を熱伝導性の良好な材質により構成することにより、第１の容器２２に対する第２の冷凍機２９の配設位置に自由度を持たせることができる。
【００５５】
一方、図１において３３は冷媒導入配管であり、上端部が第１の容器２２内の上部位置に開口すると共に、冷却容器２１を上下に貫通してその他端部は圧力制御手段となる冷媒供給装置３４に接続されている。この冷媒導入配管３３は、例えば強化プラスチック等の低熱伝導性材料により構成されており、冷媒導入配管３３を介して第１の容器２２と第２の容器２３との間で熱交換が容易に行われないよう構成されている。
【００５６】
また冷媒供給装置３４は、冷媒導入配管３３を介して冷媒２４を第１の容器２２内に供給するものである。第１の容器２２に冷媒２４を供給することにより第１の容器２２の内圧は上昇する。よって、冷媒供給装置３４は第１の容器２２に供給する冷媒２４の量を制御することにより第１の容器２２内の圧力制御を行うことが可能となり、第１の容器２２（特にホルダ３２）に印加される負荷を軽減することができる。
【００５７】
上記してきたように、本実施例に係る実装装置２０では、第１の容器２２を熱伝導性の良好な材料により構成することにより、第１の容器２２を冷却する第２の冷凍機２９の配設位置に自由度を持たせることができる。このため、第２の冷凍機２９を第１の容器２２の鉛直方向下部に配設することが可能となる。また、第２の冷凍機２９を第１の容器２２の下部に配設することにより、第２の冷凍機２９と接続される第１の冷凍機３０も第１の容器２２の下部に配設される。
【００５８】
このように、大体積で大重量の冷却手段２９，３０を実装装置２０の最下部位置に配設することにより、従来各冷凍機を高い位置に支持するために必要とされた支持機構を不要とすることが可能となり、実装装置２０の小型化を図ることができる。
【００５９】
一方、冷却手段２９，３０を第１の容器２２の下部に配設することにより、第１の容器２２の上部には構成物が配設されない構造となる。従って、前記したように第１及び第２の容器２２，２３の上部に蓋体部２２ｂ，２３ｂを開閉可能な構成で設けることが可能となり（図２に参照）、装着時及びメンテナンス時の作業性の向上を図ることができる。
【００６０】
図４は本発明の第２実施例である実装装置４０を示している。尚、同図において図１に示した第１実施例に係る実装装置２０と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
第２実施例に係る実装装置４０は、冷却容器４１を例えば銅等の熱伝導性の良好な材料により形成されてなる第１の壁部４２（梨地で示す）と、この第１の壁部４２より熱伝導性が低い例えばＦＲＰ等により形成された第２の壁部４３とにより構成したことを特徴とするものである。
【００６２】
この第１の壁部４２と第２の壁部４３とは図中に参照符号４５（以下、接合部４５という）で示す位置において接合されており、両壁部４２，４３は協働して密閉された断熱層４４を形成する。また、冷却容器４１の上部に形成された開口部には、この開口部を気密状態で封止する蓋体４６が配設されている。
【００６３】
冷媒２４は第１の壁部４２が形成する有底四角柱状の冷媒収納部４７に収納され、また冷却集積回路チップ２５は冷媒収納部４７に収納された冷媒２４内に浸漬される。
【００６４】
上記構成とされた実装装置４０では、第１の壁部４２と第２の壁部４３とが接合部４５で接合され、協働して断熱層４４を形成しているため、例えばメンテナンス時等において蓋体４６を冷却容器４１から取り外しても、断熱層４４は真空状態を維持することができる。よって、メンテナンス終了時に改めて断熱層４４の真空引きを行う必要がなくなり、メンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００６５】
ここで、冷却容器４１の具体的寸法の一例を述べ、これに基づき冷却容器４１の構造について説明する。
【００６６】
本実施例に係る冷却容器４１では、冷却容器４１の鉛直方向（上下方向）の長さをＬ１（例えば２０cmとする）とすると、第１の壁部４２の上下方向長さＬ２が例えば４cm，第２の壁部４３の上下方向長さＬ３が１６cmとされている（図４では図示の便宜上、第１の壁部４２の長さをと第２の壁部４３の長さに対して長く描いている）。この構成では、冷媒収納部４７が第２の壁部４３及び蓋体４６を介して外部と接続されているため、冷却容器４１の外部からこの第２の壁部４３及び蓋体４６を介しての熱流入を抑制する必要がある。
【００６７】
このため、本実施例では熱伝導性が悪いＦＲＰよりなる第２の壁部４３の長さＬ３をある程度長く設定することにより、冷却容器４１の外部の熱が冷媒収納部４７に熱流入しないよう構成した。前記した第１実施例のように第１の容器２２が閉鎖され、その全外周部分に断熱層３１により囲繞される構成であれば、断熱層３１の幅寸法は３cm程度で充分であったが、本実施例の構成では第２の壁部４３の長さＬ３の長さはその５倍程度（１５cm程度）の長さが必要となる。
【００６８】
また、前記した第１実施例の構成では、第１の容器２２の内部はほとんど液化した冷媒２４で満たされるが、第２実施例に係る実装装置４０においては、冷媒２４は接合部４５の位置より下部のみに溜まる。その理由は次の通りである。
【００６９】
ガス状の冷媒は熱伝導性金属よりなり第２の冷凍機２９で冷却されている第１の壁部４２と接触することにより熱を奪われ液化する。第１の壁部４２はその良好な熱伝導性から略均一な温度分布となっているが、接合部４５より上部の樹脂（ＦＲＰ）よりなる第２の壁部４３では、その低熱伝導性より急激な温度勾配が形成されており冷媒２４を液化するのは不可能である。このため、冷媒２４は第１の壁部４２により形成された冷媒収納部４７内で液化する。従って、本願構成の実装装置４０では、冷却集積回路チップ２５を接合部４５よりも下方に設置する必要がある。
【００７０】
図５は本発明の第３実施例である実装装置５０を示している。尚、同図において図４に示した第２実施例に係る実装装置４０と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
第３実施例に係る実装装置５０は、断熱層４４内に第３の壁部５１を設け、断熱層４４と同一真空で結ばれた冷凍機２９，３０用の冷却用断熱層５２を形成したことを特徴とするものである。この第３の壁部５１は、熱伝導性の良好な金属材料（例えば銅）等により構成されている。この構成とすることにより、断熱層４４及び冷却用断熱層５２の真空引きを一括的に行うことが可能となり、真空引き作業の容易化を図ることができる。
【００７２】
また、前記したように冷却手段は一般に複数段の冷凍機（本実施例では第１及び第２の冷凍機２９，３０による２段）を組み合わせて構成される。しかるに、各段の冷凍機による冷却のエネルギー効率は、冷凍機が生成する温度が低い程悪く、例えば４Ｋの生成能力を有する冷凍機のエネルギー効率は約１／２０００であり、また５０Ｋの生成能力を有する冷凍機のエネルギー効率は約１／５０である。
【００７３】
従って、多段構成の冷却手段の場合には、最後の段に対してそれより前の段の冷却機の方が冷却能力が高くなるよう構成されている。この理由より、本実施例の場合においても第２の冷凍機２９よりも第１の冷凍機３０の方が冷却能力は高く設定されている。
【００７４】
そこで、図５に示される如く、第３の壁部５１の下端部５１ａを冷却能力の高い第１の冷凍機３０に接続すると共に、第３の壁部５１の上端部５１ｂを接合部４５よりも上部の第２の壁部４３に接続することにより、外部より冷媒収納部４７内に侵入してくる熱流入を遮蔽することができる。また、このように外部からの熱流入を遮蔽することができることにより、冷媒収納部４７内の冷却に要する時間の短縮を図ることができる。
【００７５】
図６は本発明の第４実施例である実装装置６０を示している。尚、同図において図５に示した第２実施例に係る実装装置５０と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
第４実施例に係る実装装置６０は、第１の冷凍機３０の支持構造に特徴を有するものである。このため、図６には第１の冷凍機３０の配設位置近傍のみを拡大して示している。
【００７７】
一般に冷凍機は膨張機等の振動を発生する構成が内設されているため運転時に振動を発生する。しかるに、図５に示されるように第１の冷凍機３０が第３の壁部５１及び冷媒供給配管３５により第１及び第２の壁部４２，４３に直接接続された構成では、回路基板２６に振動が印加されてしまい冷却集積回路チップ２５の動作に悪影響を与えたり、電気信号ケーブル３６が第１及び第２の壁部４２，４３を貫通する位置において経時劣化が生じるおそれがあり望ましくない。
【００７８】
そこで本実施例においては、実装装置６０の最外周の壁部となる第２の壁部４３は床面６１に固定された支持部材６２により固定すると共に、この支持部材６２よる支持位置よりも下部位置において、冷媒供給配管３５，第２の壁部４３，第３の壁部４１に夫々ベローズ等からなる柔軟構造部６３〜６５を設けた。更に、第１の冷凍機３０の振動は第２の壁部４３の底面部４３ａと床面６１との間に配設されたスプリング６６により吸収する構成とした。
【００７９】
上記構成とすることにより、第１の冷凍機３０の振動はスプリング６６により減衰され、更に第１の冷凍機３０で発生した振動は柔軟構造部６３〜６５によりそれより上部に伝達することを防止される。よって、第１の冷凍機３０の振動が回路基板２６や、電気信号ケーブル３６が第１及び第２の壁部４２，４３を貫通する部分に印加するのを防止でき、これにより冷却集積回路チップ２５の確実な動作を担保でき、また実装装置６０の信頼性を向上させることができる。
【００８０】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、下記のような効果を奏することができる。
【００８６】
請求項１の発明によれば、第１の壁部と第２の壁部が協働して密閉された断熱層を形成するため、超伝導素子の設置及び交換時に蓋体を外しても、断熱層は外気にさらされることはなくなるため、断熱層の断熱効果を維持することができる。
また、断熱層内において少なくとも冷媒収納部を内包する第２の断熱層を形成するよう配設された第３の壁部を設けると共に、第２の冷凍機が前記第２の断熱層を冷却しうる構成したことにより、外部から冷媒収納部内への熱流入を確実に遮蔽することができ、第１の壁部（即ち冷媒）の冷却に要する時間を短縮することができる。
【００８７】
また、請求項２の発明によれば、冷却手段を第１の壁部の鉛直方向下部に配設したことにより、断熱層の断熱効果を維持しつつ実装装置の小型化を図ることができる。
【００８８】
また、請求項３の発明によれば、第１の壁部の材料及び電気接続部材の材料に共に親和性を有する材料により構成されるホルダを設けたことにより、第１の壁部と電気接続部材の接合性を向上させることができ、上記貫通位置における冷媒の漏れ防止及び断熱層のリーク防止を図ることができる。
【００９０】
更に、請求項４の発明によれば、前記第２及び第３の壁部、及び第１と第２の冷凍機の接続部分に防振機構を設け、第２の冷凍機で発生する振動が前記冷媒収納部に伝達するのを防止する構成としたため、超伝導素子の振動に起因する誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である実装装置の縦断面図である。
【図２】開閉蓋を取り外した状態の実装装置を示す要部縦断面図である。
【図３】電気信号ケーブルが第１の容器を貫通する位置を拡大して示す図である。
【図４】本発明の第２実施例である実装装置の縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施例である実装装置の縦断面図である。
【図６】本発明の第４実施例である実装装置の部分拡大図である。
【図７】従来の実装装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２０，４０，５０，６０実装装置
２１，４１冷却容器
２２第１の容器
２３第２の容器
２２ａ，２３ａ本体部
２２ｂ，２３ｂ蓋体部
２４冷媒
２５冷却集積回路チップ
２６，２８回路基板
２７室温動作回路チップ
２９第２の冷凍機
３０第１の冷凍機
３１，４４断熱層
３２ホルダ
３３冷媒導入配管
３４冷媒供給装置
３５冷媒供給配管
３６電気信号ケーブル
４２第１の壁部
４３第２の壁部
４５接合部
４６蓋体
４７冷媒収納部
５１第３の壁部
５２冷却用断熱層
６１床面
６２支持部材
６３〜６５柔軟構造部
６６スプリング[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a superconducting element mounting apparatus, and more particularly to a superconducting element mounting apparatus for mounting a superconducting element that requires cooling.
[0002]
In recent years, many superconducting integrated circuits using Nb Josephsen connection elements have been reported. Since a circuit using a Josephson junction element operates at high speed and consumes low power, a high-speed processor can be realized.
[0003]
For this circuit operation, it is necessary to keep the superconducting element at an extremely low temperature (in the case of an Nb element, about 269 ° C. below zero).
[0004]
Therefore, a mounting apparatus that holds the superconducting element at an extremely low temperature is an important factor.
[0005]
[Prior art]
Usually, in order to operate the Nb Josephson connection element, liquid helium (He) is often used as a refrigerant. That is, a superconducting circuit chip is immersed in a Dewar vessel containing liquid He and is electrically connected to other devices in a room temperature atmosphere using a coaxial cable or the like.
[0006]
When such a means is adopted, the length of the coaxial cable is required to be about 1 m at the shortest, and the propagation delay time is estimated to be about 10 ns. In this case, a high-speed (for example, 1 ns or less) superconducting circuit is estimated. Driving is impossible.
[0007]
Therefore, the present inventor previously proposed a superconducting element mounting apparatus for enabling a superconducting circuit to operate at high speed (Japanese Patent Application No. 63-276023).
[0008]
FIG. 7 shows a superconducting element mounting apparatus 1 proposed by the present inventors. A mounting apparatus 1 shown in the figure includes a liquid helium (He) serving as a refrigerant between a circuit board 3 on which a cooling integrated circuit chip 2 such as an Nb Josephson element is mounted and a circuit board 5 on which a room temperature operation circuit chip 4 is mounted. ) It is set as the structure electrically connected by the electric signal cable 9 which penetrates the vacuum heat insulation layer 8 of the cooling container (dewar bottle) 7 which accommodated 6).
[0009]
With this configuration, the wiring length of the electric signal cable 9 between the cooling integrated circuit chip 2 and the room temperature operation circuit chip 4 is about one-tenth of that in the past, and the cooling integrated circuit chip 2 and the room temperature operation circuit High-speed synchronous operation with the chip 4 can be enabled.
[0010]
In addition, a cooling head 11 connected to the refrigerator 10 is disposed above the cooling container 7, and cools He that has vaporized due to intrusion heat from the electric signal cable 9 and heat generated by the cooling integrated circuit chip 2. Then, the liquid is again liquefied, and the cooling integrated circuit chip 2 is cooled by the liquid He6.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, with the mounting apparatus 1 shown in FIG. 7, the cooling integrated circuit chip 2 and the room temperature operation circuit chip 4 can be disposed close to each other, and high-speed operation is possible.
[0012]
However, in the mounting apparatus 1 described above, since the cooling container 7 is configured by one cooling region, there is no degree of freedom in the arrangement positions of the cooling machine 10 and the cooling head 11, and the cooling machine 10 and the cooling head 11 are not in the cooling container 7. It was arranged in the upper position of. The necessity of disposing the cooler 10 and the cooling head 11 at the upper position of the cooling container 7 is as follows.
[0013]
In order for the cooling integrated circuit chip 2 to perform a stable operation, the cooling integrated circuit chip 2 needs to be immersed in the liquid He6 to keep the operation temperature constant. The liquid He6 is vaporized by the heat generated by the cooling integrated circuit chip 2 and the intrusion heat, but the vaporized He is cooled by the cooling head 11 and liquefied again, so that the liquid amount of the liquid He6 is kept constant.
[0014]
At this time, in order to re-liquefy He vaporized by the cooling head 11, the temperature of the cooling head 11 needs to be kept lower than the liquid temperature of the liquid He6. This is because it is possible to take heat away from the vaporized He due to the temperature difference. As a matter of course, since the liquid is accumulated below the cooling container 7, the cooler 10 and the cooling head 11 need to be disposed above the cooling container 7 where vaporized He accumulates.
[0015]
However, it is generally known that the cooling device 10 that cools the cooling integrated circuit chip 2 such as the Nb Josephson element is not very good in cooling efficiency, and therefore the cooling device 10 tends to increase in volume and weight ( (See the photograph in Fig. 6 of IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY Vol.1, No.4, December 1991, contributed by the present inventor).
[0016]
Therefore, in the mounting device 1 having the conventional configuration, the cooler 10 having a large volume and a large weight has to be disposed on the upper portion of the cooling container 7, and as a result, a support mechanism for supporting the cooler 10 at a high position is provided. There is a problem that the entire apparatus is increased in size.
[0017]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a superconducting element mounting apparatus that can be miniaturized.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that a superconducting element mounting apparatus is configured as follows.
[0024]
In the superconducting element mounting apparatus according to the invention of claim 1 ,
A first wall portion formed of a material having good thermal conductivity, and a second wall portion formed of a material having a lower thermal conductivity than the first wall portion, The first wall portion and the second wall portion cooperate to form a sealed heat insulating layer, and the superconducting element and the superconducting element are cooled in the refrigerant storage portion formed by the first wall portion. A cooling container in which a refrigerant to be mounted is mounted;
A lid that seals the upper opening formed in the cooling container in an airtight state;
A superconducting element mounting apparatus comprising a cooling means that has a capability of liquefying the refrigerant and that cools and liquefies the refrigerant by cooling the first wall;
The cooling means is composed of a multi-stage refrigerator, and a first refrigerator having the ability to cool the first wall portion and liquefy the refrigerant in the refrigerant storage portion is disposed below the first wall portion. A second refrigerator having a higher cooling capacity than the first refrigerator is arranged at a lower portion in the vertical direction of the first refrigerator,
And the 3rd wall part arranged so that the 2nd heat insulation layer which includes at least this refrigerant storage part in the heat insulation layer may be provided,
The second refrigerator is configured to be able to cool the second heat insulating layer.
[0025]
In the superconducting element mounting apparatus according to the invention of claim 2 ,
The cooling means is arranged in a vertically lower portion of the first wall portion.
[0026]
In the superconducting element mounting apparatus according to the invention of claim 3 ,
A room temperature operating semiconductor element connected to the superconducting element is disposed outside the second wall, and an electrical connecting member for electrically connecting the superconducting element and the room temperature operating semiconductor element is the first member. And penetrating through the second wall,
And the holder comprised with the material which has both affinity to the material of the said 1st wall part and the material of an electrical connection member was provided in the position where the said electrical connection member penetrates the said 1st wall part at least. It is characterized by.
[0028]
Furthermore, in the superconducting element mounting apparatus according to the invention of claim 4 ,
An anti-vibration mechanism for preventing vibration generated in the second refrigerator from being transmitted to the refrigerant storage portion is provided in the second and third wall portions and the connection portion between the first and second refrigerators. It is characterized by that.
[0029]
[Action]
Each of the above means operates as follows.
[0035]
According to the invention of claim 1 ,
Since the first wall portion and the second wall portion cooperate to form a sealed heat insulating layer, the heat insulating layer is not exposed to the outside air even if the lid is removed during installation and replacement of the superconducting element. Therefore, the heat insulating effect of the heat insulating layer can be maintained.
In addition, a third wall portion is provided in the heat insulating layer so as to form a second heat insulating layer that includes at least the refrigerant storage portion, and the second refrigerator cools the second heat insulating layer. By being configured, heat inflow from the outside into the refrigerant storage portion can be reliably shielded, and the time required for cooling the first wall portion (that is, the refrigerant) can be shortened.
[0036]
According to the invention of claim 2 ,
By disposing the cooling means in the lower part in the vertical direction of the first wall portion, it is possible to reduce the size of the mounting apparatus while maintaining the heat insulating effect of the heat insulating layer.
[0037]
According to the invention of claim 3 ,
By providing a holder made of a material having affinity for both the material of the first wall and the material of the electrical connection member, the bondability between the first wall and the electrical connection member can be improved, It is possible to prevent the refrigerant from leaking and the heat insulation layer from leaking at the penetrating position.
[0039]
Furthermore, according to the invention of claim 4 ,
An anti-vibration mechanism is provided at the connection portion between the second and third walls and the first and second refrigerators to prevent vibrations generated by the second refrigerator from being transmitted to the refrigerant storage unit. Due to the configuration, malfunction caused by vibration of the superconducting element can be prevented.
[0040]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0041]
FIG. 1 is a configuration diagram of a superconducting element mounting apparatus 20 (hereinafter simply referred to as a mounting apparatus) according to a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 21 denotes a cooling container, which is composed of a first container 22 (shown as satin in the figure) and a second container 23.
[0042]
Both the first and second containers 22 and 23 are formed at the upper ends with respect to the vertical direction (vertical direction in the figure) of the main body portions 22a and 23a having a hollow bottomed quadrangular prism shape. It is comprised by the cover body parts 22b and 23b arrange | positioned by the opening part. As shown in FIG. 2, the lid portions 22b and 23b are detachable from the main body portions 22a and 23a, and the cooling integrated circuit chip 25 to be described later can be installed and replaced with respect to the first container 22. It is configured to be easily performed. As a method of fixing the lid portions 22b and 23b to the main body portions 22a and 23a, for example, a light metal such as an indium ribbon is disposed in the opening and sealed by crushing with the lid portions 22b and 23b. Conceivable.
[0043]
As the materials of the containers 22 and 23, the first container 22 is made of a metal material (for example, copper) having good thermal conductivity, and the second container 23 is made of, for example, FRP (Fiber Reinforced Plastic: Fiber reinforced plastic).
Further, the second container 23 has a larger shape than the first container 22, and the first container 22 is included in the second container 23. By adopting this configuration, the heat insulating layer 31 is formed in the space between the first container 22 and the second container 23. The heat insulation layer 31 is configured to be substantially vacuumed by a vacuum device (not shown).
[0044]
On the other hand, a cooling integrated circuit chip 25 such as an Nb Josephson element and a refrigerant 24 are accommodated in the first container 22, and the cooling integrated circuit chip 25 is cooled by the refrigerant 24. Liquid helium (He) is used as the refrigerant 24, and the cooling integrated circuit chip 25 is cooled to an extremely low temperature (for example, about 269 ° C. below zero) by being immersed in the refrigerant 24.
[0045]
The cooling integrated circuit chip 25 is mounted on, for example, a ceramic circuit board 26, and the circuit board 26 and the circuit board 28 (for example, made of ceramic) on which the room temperature operation circuit chip 27 is mounted are in a vacuum of the first container 22. They are electrically connected by an electric signal cable 36 penetrating the heat insulating layer.
[0046]
Therefore, also in the mounting apparatus 20 according to the present embodiment, the wiring length between the cooling integrated circuit chip 25 and the room temperature operation circuit chip 27 can be shortened as in the conventional case, and the cooling integrated circuit chip 25 and the room temperature operation circuit are reduced. High-speed synchronous operation with the chip 27 can be enabled.
[0047]
FIG. 3 is an enlarged view showing a position where the electric signal cable 36 penetrates the first container 22. As described above, the first container 22 is made of a conductive metal such as copper, and the electric signal cable 36 has a structure in which, for example, a polyimide film is covered with a wiring pattern. This polyimide film cable has high-speed signal propagation and low thermal conductivity, and has good characteristics for use as the electrical signal cable 36.
[0048]
However, in general, adhesion between polyimide and copper is not easy, though not impossible depending on the choice of adhesive. If the first container 22 and the electric signal cable 36 are not reliably joined, the refrigerant 24 filled in the first container 22 leaks into the heat insulating layer 31 or the heat insulating layer 31 leaks. There is a risk that. Therefore, it is necessary to reliably join the first container 22 and the electric signal cable 36.
[0049]
Therefore, as shown in FIG. 3, a holder 32 made of FRP is provided (not shown in FIG. 1), and the holder 32 is mounted on the first container 22 and an electric signal cable 36 is provided inside thereof. It was configured to penetrate. FRP has an affinity for copper as well as for polyimide. Therefore, the first container 22 and the holder 32 can be bonded together and the electric signal cable 36 and the holder 32 can be bonded together in a good state, so that the refrigerant 24 and the heat insulating layer 31 can be surely leaked. Can be prevented.
[0050]
Returning to FIG. 1 again, the description of the configuration of the mounting apparatus 20 will be continued.
[0051]
The 1st container 22 is set as the structure by which the 2nd refrigerator 29 was arrange | positioned in the lower part. The second refrigerator 29 is connected to the first refrigerator 30 by a refrigerant supply pipe 35. Thus, the cooling means of the mounting apparatus 20 generally has a composite structure in which, for example, a GM refrigerator and a JT refrigerator are connected in a plurality of stages.
[0052]
Then, the helium (He) gas cooled by the first refrigerator 30 is sent to the second refrigerator 29 through the refrigerant supply pipe 35 and further cooled by the second refrigerator 29, and then the first refrigerator 30 is cooled. The container 22 is cooled. As described above, the cooling means including the first and second refrigerators 29 and 30 has a large volume and a large weight.
[0053]
Here, a description will be given by paying attention to the arrangement position of the second refrigerator 29 with respect to the first container 22. As described above, the first container 22 is filled with the refrigerant 24 such as liquid helium, and the refrigerant 24 is vaporized when the cooling integrated circuit chip 25 generates heat. In order to cool to a predetermined temperature and operate stably, it is necessary to cool and liquefy the vaporized helium gas.
[0054]
In the mounting apparatus 20 according to the present embodiment, since the first container 22 serving as the object to be cooled is made of a material having good thermal conductivity such as copper, the second refrigerator 29 is used as the first container. Even if it arrange | positions in any position of 22, the 1st container 22 whole can be cooled to the temperature which can liquefy the refrigerant | coolant 24. FIG. Therefore, by configuring the first container 22 with a material having good thermal conductivity, the arrangement position of the second refrigerator 29 with respect to the first container 22 can have a degree of freedom.
[0055]
On the other hand, in FIG. 1, reference numeral 33 denotes a refrigerant introduction pipe, whose upper end opens to the upper position in the first container 22, passes through the cooling container 21 vertically, and the other end serves as a pressure control means. It is connected to the device 34. The refrigerant introduction pipe 33 is made of, for example, a low thermal conductivity material such as reinforced plastic, and heat exchange is easily performed between the first container 22 and the second container 23 via the refrigerant introduction pipe 33. It is configured not to be broken.
[0056]
The refrigerant supply device 34 supplies the refrigerant 24 into the first container 22 through the refrigerant introduction pipe 33. By supplying the coolant 24 to the first container 22, the internal pressure of the first container 22 increases. Therefore, the refrigerant supply device 34 can control the pressure in the first container 22 by controlling the amount of the refrigerant 24 supplied to the first container 22, and the first container 22 (particularly the holder 32). The load applied to can be reduced.
[0057]
As described above, in the mounting apparatus 20 according to the present embodiment, the first container 22 is made of a material having good thermal conductivity, so that the second refrigerator 29 that cools the first container 22 can be used. A degree of freedom can be given to the arrangement position. For this reason, it becomes possible to arrange | position the 2nd refrigerator 29 to the perpendicular direction lower part of the 1st container 22. FIG. Further, by disposing the second refrigerator 29 under the first container 22, the first refrigerator 30 connected to the second refrigerator 29 is also disposed under the first container 22. Is done.
[0058]
Thus, by disposing the large volume and heavy weight cooling means 29 and 30 at the lowermost position of the mounting apparatus 20, a support mechanism conventionally required to support each refrigerator at a high position is unnecessary. Thus, the mounting device 20 can be reduced in size.
[0059]
On the other hand, by disposing the cooling means 29 and 30 in the lower part of the first container 22, the structure is not provided in the upper part of the first container 22. Accordingly, as described above, the lid portions 22b and 23b can be provided on the upper portions of the first and second containers 22 and 23 in a configuration that can be opened and closed (see FIG. 2). It is possible to improve the performance.
[0060]
FIG. 4 shows a mounting apparatus 40 according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those of the mounting apparatus 20 according to the first embodiment shown in FIG.
[0061]
The mounting apparatus 40 according to the second embodiment includes a first wall portion 42 (shown with a satin surface) in which the cooling container 41 is formed of a material having good thermal conductivity such as copper, and the first wall portion. The second wall portion 43 is formed of, for example, FRP having a lower thermal conductivity than that of 42, for example.
[0062]
The first wall portion 42 and the second wall portion 43 are joined at a position indicated by reference numeral 45 (hereinafter referred to as a joining portion 45) in the drawing, and both the wall portions 42 and 43 cooperate with each other. A sealed heat insulating layer 44 is formed. In addition, a lid 46 that seals the opening in an airtight state is disposed in the opening formed in the upper portion of the cooling container 41.
[0063]
The refrigerant 24 is stored in a bottomed quadrangular columnar refrigerant storage portion 47 formed by the first wall portion 42, and the cooling integrated circuit chip 25 is immersed in the refrigerant 24 stored in the refrigerant storage portion 47.
[0064]
In the mounting device 40 configured as described above, the first wall portion 42 and the second wall portion 43 are joined by the joining portion 45 and cooperate to form the heat insulating layer 44. Even if the lid 46 is removed from the cooling container 41, the heat insulating layer 44 can maintain the vacuum state. Therefore, it is not necessary to evacuate the heat insulating layer 44 again at the end of the maintenance, and the maintenance work can be easily performed.
[0065]
Here, an example of specific dimensions of the cooling container 41 will be described, and the structure of the cooling container 41 will be described based on this.
[0066]
In the cooling container 41 according to the present embodiment, when the length of the cooling container 41 in the vertical direction (vertical direction) is L1 (for example, 20 cm), the vertical length L2 of the first wall portion 42 is 4 cm, for example. The vertical length L3 of the second wall portion 43 is set to 16 cm (in FIG. 4, the length of the first wall portion 42 is longer than the length of the second wall portion 43 for convenience of illustration. Drawing). In this configuration, since the refrigerant storage portion 47 is connected to the outside via the second wall portion 43 and the lid body 46, the refrigerant storage portion 47 is connected from the outside of the cooling container 41 via the second wall portion 43 and the lid body 46. It is necessary to suppress the heat inflow.
[0067]
For this reason, in this embodiment, by setting the length L3 of the second wall portion 43 made of FRP having poor thermal conductivity to a certain extent, heat outside the cooling container 41 does not flow into the refrigerant storage portion 47. Configured. If the first container 22 is closed as in the first embodiment described above and the entire outer peripheral portion thereof is surrounded by the heat insulating layer 31, the width of the heat insulating layer 31 is about 3 cm. In the configuration of the present embodiment, the length L3 of the second wall portion 43 is required to be about five times (about 15 cm).
[0068]
In the configuration of the first embodiment described above, the inside of the first container 22 is almost filled with the liquefied refrigerant 24. In the mounting apparatus 40 according to the second embodiment, the refrigerant 24 is positioned at the position of the joint 45. It collects only in the lower part. The reason is as follows.
[0069]
The gaseous refrigerant is made of a heat conductive metal and comes into contact with the first wall portion 42 which is cooled by the second refrigerator 29, thereby removing heat and liquefying. The first wall portion 42 has a substantially uniform temperature distribution due to its good thermal conductivity, but the second wall portion 43 made of resin (FRP) above the bonding portion 45 has a lower thermal conductivity. A steep temperature gradient is formed, and it is impossible to liquefy the refrigerant 24. For this reason, the refrigerant 24 is liquefied in the refrigerant storage part 47 formed by the first wall part 42. Therefore, in the mounting apparatus 40 having the configuration of the present application, it is necessary to install the cooling integrated circuit chip 25 below the joint portion 45.
[0070]
FIG. 5 shows a mounting apparatus 50 according to a third embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those of the mounting apparatus 40 according to the second embodiment shown in FIG.
[0071]
The mounting apparatus 50 according to the third example provided the third wall portion 51 in the heat insulating layer 44 and formed the cooling heat insulating layer 52 for the refrigerators 29 and 30 connected in the same vacuum as the heat insulating layer 44. It is characterized by this. The third wall 51 is made of a metal material (for example, copper) having good thermal conductivity. With this configuration, the heat insulation layer 44 and the cooling heat insulation layer 52 can be evacuated collectively, and the evacuation work can be facilitated.
[0072]
Further, as described above, the cooling means is generally configured by combining a plurality of stages of refrigerators (in this embodiment, two stages of the first and second refrigerators 29 and 30). However, the cooling energy efficiency of each stage of the refrigerator is worse as the temperature generated by the refrigerator is lower, for example, the energy efficiency of a refrigerator having a 4K generation capacity is about 1/2000, and the generation capacity of 50K. The energy efficiency of the refrigerator having is approximately 1/50.
[0073]
Therefore, in the case of the cooling means having a multi-stage configuration, the cooling capacity of the cooler in the stage before that is higher than that of the last stage. For this reason, the cooling capacity of the first refrigerator 30 is set higher than that of the second refrigerator 29 even in the present embodiment.
[0074]
Therefore, as shown in FIG. 5, the lower end portion 51 a of the third wall portion 51 is connected to the first refrigerator 30 having a high cooling capacity, and the upper end portion 51 b of the third wall portion 51 is connected to the joint portion 45. Further, by connecting to the upper second wall portion 43, it is possible to shield the heat inflow that enters the refrigerant storage portion 47 from the outside. In addition, since the heat inflow from the outside can be shielded in this way, the time required for cooling in the refrigerant storage portion 47 can be shortened.
[0075]
FIG. 6 shows a mounting apparatus 60 according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those of the mounting apparatus 50 according to the second embodiment shown in FIG.
[0076]
The mounting device 60 according to the fourth embodiment is characterized by the support structure of the first refrigerator 30. For this reason, FIG. 6 shows only the vicinity of the position where the first refrigerator 30 is disposed in an enlarged manner.
[0077]
Generally, a refrigerator generates vibration during operation because it has a built-in configuration that generates vibration such as an expander. However, in the configuration in which the first refrigerator 30 is directly connected to the first and second wall portions 42 and 43 by the third wall portion 51 and the refrigerant supply pipe 35 as shown in FIG. Vibration may be applied to the cooling integrated circuit chip 25, which may adversely affect the operation of the cooling integrated circuit chip 25, or may deteriorate over time at the position where the electric signal cable 36 penetrates the first and second wall portions 42 and 43. .
[0078]
Therefore, in the present embodiment, the second wall portion 43 serving as the outermost peripheral wall portion of the mounting apparatus 60 is fixed by the support member 62 fixed to the floor surface 61, and lower than the support position by the support member 62. In the position, flexible structure parts 63 to 65 made of bellows or the like are provided on the refrigerant supply pipe 35, the second wall part 43, and the third wall part 41, respectively. Further, the vibration of the first refrigerator 30 is configured to be absorbed by a spring 66 disposed between the bottom surface portion 43 a of the second wall portion 43 and the floor surface 61.
[0079]
With the above configuration, the vibration of the first refrigerator 30 is attenuated by the spring 66, and further, the vibration generated in the first refrigerator 30 is prevented from being transmitted upward by the flexible structure parts 63 to 65. Is done. Therefore, the vibration of the first refrigerator 30 can be prevented from being applied to the circuit board 26 and the electric signal cable 36 to the portions penetrating the first and second wall portions 42 and 43, thereby cooling the integrated circuit chip. 25 reliable operations can be secured, and the reliability of the mounting apparatus 60 can be improved.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0086]
According to the invention of claim 1 , since the first wall portion and the second wall portion cooperate to form a sealed heat insulating layer, even if the lid is removed during installation and replacement of the superconducting element, Since the heat insulating layer is not exposed to the outside air, the heat insulating effect of the heat insulating layer can be maintained.
In addition, a third wall portion is provided in the heat insulating layer so as to form a second heat insulating layer that includes at least the refrigerant storage portion, and the second refrigerator cools the second heat insulating layer. By being configured, heat inflow from the outside into the refrigerant storage portion can be reliably shielded, and the time required for cooling the first wall portion (that is, the refrigerant) can be shortened.
[0087]
According to the second aspect of the present invention, the cooling device is disposed in the lower part of the first wall portion in the vertical direction, so that the mounting apparatus can be reduced in size while maintaining the heat insulating effect of the heat insulating layer.
[0088]
According to the invention of claim 3 , the first wall portion is electrically connected to the first wall portion by providing the holder made of a material having an affinity for the material of the first wall portion and the material of the electrical connection member. The joining property of the members can be improved, and the leakage of the refrigerant and the heat insulation layer can be prevented from leaking at the penetrating position.
[0090]
According to a fourth aspect of the present invention, a vibration isolating mechanism is provided in the second and third wall portions and a connection portion between the first and second refrigerators, and vibrations generated in the second refrigerator are generated. Since it is configured to prevent transmission to the refrigerant storage unit, it is possible to prevent malfunction caused by vibration of the superconducting element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a mounting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part showing the mounting device with the opening / closing lid removed.
FIG. 3 is an enlarged view showing a position where an electric signal cable passes through a first container.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a mounting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a mounting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partially enlarged view of a mounting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional mounting apparatus.
[Explanation of symbols]
20, 40, 50, 60 Mounting device 21, 41 Cooling container 22 First container 23 Second container 22a, 23a Main body part 22b, 23b Cover body part 24 Refrigerant 25 Cooling integrated circuit chip 26, 28 Circuit board 27 Room temperature operation Circuit chip 29 Second refrigerator 30 First refrigerator 31, 44 Heat insulation layer 32 Holder 33 Refrigerant introduction pipe 34 Refrigerant supply device 35 Refrigerant supply pipe 36 Electric signal cable 42 First wall portion 43 Second wall portion 45 Joint 46 Lid 47 Refrigerant storage 51 Third wall 52 Cooling heat insulation layer 61 Floor 62 Support members 63-65 Flexible structure 66 Spring

Claims

A first wall portion formed of a material having good thermal conductivity, and a second wall portion formed of a material having a lower thermal conductivity than the first wall portion, The first wall portion and the second wall portion cooperate to form a sealed heat insulating layer, and the superconducting element and the superconducting element are cooled in the refrigerant storage portion formed by the first wall portion. A cooling container in which a refrigerant to be mounted is mounted;
A lid that seals the upper opening formed in the cooling container in an airtight state;
A superconducting element mounting apparatus comprising a cooling means that has a capability of liquefying the refrigerant and that cools and liquefies the refrigerant by cooling the first wall;
The cooling means is composed of a multi-stage refrigerator, and a first refrigerator having the ability to cool the first wall portion and liquefy the refrigerant in the refrigerant storage portion is disposed below the first wall portion. A second refrigerator having a higher cooling capacity than the first refrigerator is arranged at a lower portion in the vertical direction of the first refrigerator,
And the 3rd wall part arranged so that the 2nd heat insulation layer which includes at least this refrigerant storage part in the heat insulation layer may be provided,
The superconducting element mounting apparatus, wherein the second refrigerator is configured to cool the second heat insulating layer .

2. The apparatus for mounting a superconducting element according to claim 1, wherein the cooling means is disposed in a vertically lower portion of the first wall portion .

A room temperature operating semiconductor element connected to the superconducting element is disposed outside the second wall, and an electrical connection member for electrically connecting the superconducting element and the room temperature operating semiconductor element is provided in the first wall. Through the first and second walls,
And at least in a position where the electrical connection member penetrates the first wall portion, a holder made of a material having affinity for both the material of the first wall portion and the material of the electrical connection member is provided. The superconducting device mounting apparatus according to claim 1, wherein the superconducting device is mounted.

An anti-vibration mechanism for preventing vibration generated in the second refrigerator from being transmitted to the refrigerant storage portion at the second and third wall portions and the connection portion between the first and second refrigerators. The superconducting element mounting apparatus according to claim 1 , wherein the superconducting element mounting apparatus is provided.