一种量子芯片封装方法和系统、量子芯片单元与流程

本发明涉及量子芯片处理，特别涉及一种量子芯片封装方法和系统、量子芯片单元。

背景技术：

1、超导量子芯片是量子计算机的关键器件，超导量子芯片在使用时一般需要进行封装处理，例如公开号cn118900621a中国发明专利公开了一种超导量子芯片的封装方法，其采用倒装焊工艺利用封装衬底对超导量子芯片进行封装。现有技术中也有一些其他类似的封装方式。

2、现有的超导量子芯片封装采用的封装方法都属于常规的封装方法，本申请发明人发现，常规的封装方法封装后的超导量子芯片在低温性能和可靠性方面存在核心缺陷。其中：

3、低温性能缺陷主要体现在氧化层导致界面电阻剧增和湿气渗透引发低温结霜、分层等方面。

4、可靠性缺陷主要体现在引线键合强度衰减、电磁屏蔽效能不足、热管理能力弱和长期气密性失效等方面。

5、这些方面的缺陷导致封装后的超导量子芯片不能很好的满足超导量子计算的应用要求。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种量子芯片封装方法和系统、量子芯片单元。

2、本发明实施例提供一种量子芯片封装方法，包括：

3、将量子芯片放入缓冲氧化物蚀刻液中浸泡，去除量子芯片表面的氧化层；

4、对去除氧化层后的量子芯片进行超纯水漂洗去除量子芯片表面的残余物质，所述超纯水漂洗包括：去离子水漂洗、在超纯水中进行兆声波清洗和臭氧水清洗中的至少一种；

5、在超纯水漂洗后第一时长内，将量子芯片转移至氧气含量不超过设定阈值的低氧环境的引线键合机中，将量子芯片与封装盒进行引线键合；

6、在引线键合后第二时长内，将封装盒及其中的量子芯片转移至低氧环境的手套箱中，在手套箱中对封装盒底壳和盖板进行缝焊封盖，完成对量子芯片的封装。

7、在一些可选的实施例中，所述将量子芯片放入缓冲氧化物蚀刻液中浸泡，包括：

8、将量子芯片放入缓冲氧化物蚀刻液中浸泡第三时长，浸泡过程中对蚀刻液进行惰性气体鼓泡搅拌；所述第三时长为30-60秒，浸泡温度为20-25℃；所述缓冲氧化物蚀刻液为nh4f和hf混合溶液，其中nh4f:hf的配比为4:1-7:1。

9、在一些可选的实施例中，所述对去除氧化层后的量子芯片进行超纯水漂洗去除量子芯片表面的残余物质，包括：

10、执行以下超纯水漂洗步骤中的至少一个，以去除量子芯片表面的残余物质：

11、将去除氧化层后的量子芯片放入去离子水中浸泡第四时长，所述去离子水的导电率大于18.2mω·cm，所述第四时长为1-3分钟；

12、将去除氧化层后的量子芯片放入超纯水中进行兆声波清洗第五时长，所述兆声波的频率大于1mhz，所述第五时长为3-5分钟；

13、将去除氧化层后的量子芯片放入臭氧水浸泡第六时长，所述臭氧水的浓度大于5ppm，所述第六时长为1-3分钟。

14、在一些可选的实施例中，在超纯水漂洗后第一时长内，将量子芯片转移到引线键合机中之前，还包括：

15、对量子芯片进行惰性气体吹干处理。

16、在一些可选的实施例中，低氧环境是指氧气含量<1ppm，惰性气体纯度≥99.999％，湿度<0.1ppm的环境。

17、在一些可选的实施例中，所述第一时长≤1分钟；所述第二时长≤1分钟。

18、在一些可选的实施例中，通过引线键合机的提供的惰性气体吹扫功能为量子芯片和封装盒提供低氧环境，采用热超声球焊或楔焊方式，使用直径25-50μm的金线(au)材料或直径30-75μm的超导铝线(al)材料进行引线键合。

19、在一些可选的实施例中，所述在手套箱中对封装盒底壳和盖板进行缝焊封盖，包括：

20、对封装盒表面进行污染物清洗和氧化层去除；

21、在充满惰性气体的手套箱中，对盖板与封装盒底壳的抵接边进行焊接。

22、本发明实施例提供一种量子芯片单元，包括：封装盒和位于封装盒中的量子芯片，所述封装盒包括底壳和盖板；

23、所述量子芯片采用上述的方法封装入封装盒中。

24、本发明实施例提供一种量子芯片封装系统，包括：第一浸泡容器、第二浸泡容器、引线键合机和手套箱；

25、第一浸泡容器，用于盛放缓冲氧化物蚀刻液，以对量子芯片进行浸泡，去除量子芯片表面的氧化层；

26、第二浸泡容器，用于盛放超纯水，以对去除氧化层后的量子芯片进行浸泡去除量子芯片表面的残余物质；所述超纯水包括去离子水和臭氧水中的至少一种；

27、引线键合机，用于提供氧气含量不超过设定阈值的低氧环境，并对超纯水漂洗后第一时长内转移过来的量子芯片与封装盒进行引线键合；

28、手套箱，用于提供低氧环境，并对引线键合后第二时长内转移过来的封装盒及其中的量子芯片进行缝焊封盖，完成对量子芯片的封装。

29、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

30、将量子芯片在缓冲氧化物蚀刻液中去除表面氧化层，通过氟离子与芯片表面氧化层的反应清除表面氧化层，可以减少芯片表面缺陷，降低芯片表面粗糙度，进而减少量子比特退相干时间的损耗；去除表面氧化层后再进行超纯水漂洗去除量子芯片表面的残余物质，超纯水漂洗可以选择去离子水漂洗、在超纯水中进行兆声波清洗和臭氧水清洗中的一种或几种结合，可以有效去除芯片表面残余的氟化物和颗粒污染物，避免芯片低温环境使用时出现结晶或释放气体，提高芯片表面的化学稳定性，有效防止二次氧化的发生；去除残余物质后，在一定时长内将芯片迅速转移到低氧环境的引线键合机中进行量子芯片与封装盒的引线键合，在低氧环境中进行引线键合可以有效减少键合表面的氧化脆化问题，提高焊点导电性和抗疲劳强度；引线键合后在一定时长内将芯片和封装盒迅速转移到低氧环境的手套箱中对封装盒底壳和盖板进行缝焊封盖，在低氧环境中进行缝焊封盖，可以有效提高封装后的量子芯片和封装盒的密封性，避免量子芯片低温结霜和湿气渗透导致的界面分层；该方法可以有效提升量子芯片封装的可靠性和低温性能。

31、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

32、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种量子芯片封装方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将量子芯片放入缓冲氧化物蚀刻液中浸泡，包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对去除氧化层后的量子芯片进行超纯水漂洗去除量子芯片表面的残余物质，包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在超纯水漂洗后第一时长内，将量子芯片转移到引线键合机中之前，还包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，低氧环境是指氧气含量<1ppm，惰性气体纯度≥99.999％，湿度<0.1ppm的环境。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一时长≤1分钟；所述第二时长≤1分钟。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过引线键合机的提供的惰性气体吹扫功能为量子芯片和封装盒提供低氧环境，采用热超声球焊或楔焊方式，使用直径25-50μm的金线(au)材料或直径30-75μm的超导铝线(al)材料进行引线键合。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在手套箱中对封装盒底壳和盖板进行缝焊封盖，包括：

9.一种量子芯片单元，其特征在于，包括：封装盒和位于封装盒中的量子芯片，所述封装盒包括底壳和盖板；

10.一种量子芯片封装系统，其特征在于，包括：第一浸泡容器、第二浸泡容器、引线键合机和手套箱；