[发明专利]一种SQUID芯片与磁显微镜探头及其封装方法

说明书

提供一种SQUID芯片与磁显微镜探头及其封装方法，SQUID芯片1衬底层2外表面设置焊盘5，衬底层2打孔，从磁通感应结区引出导电连接线6经衬底层2的孔与焊盘5电连接；磁显微镜探头包括杜瓦、冷指9与芯片1，冷指9顶端开设非贯穿槽12，铜引脚13以其导电面14朝上方式分别嵌入非贯穿槽12中，外端设置导电连接线6连接排插引脚11，焊盘5朝下分别对应铜引脚13的导电面14，由导电胶16电连接；导电胶16加热至近200度后粘贴在冷指9顶端，将芯片1压焊在冷指9顶端的对应位置，并达到设定的压力和时间；本发明能减少芯片到被测样品的距离，较大幅度提升磁显微镜的分辨率，并提升了效率，降低了维护难度。

本发明属于磁检测技术领域，涉及一种超导量子干涉器件（SuperconductingQuantum Interference Device ，简称为SQUID芯片，尤其是一种用作磁显微镜（MagneticMicroscope）探头核心元件的SQUID芯片，同时涉及以SQUID芯片为核心元件的磁显微镜探头及其封装结构装置与封装方法。

背景技术

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芯片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。

在目前的磁显微镜中，扫描SQUID显微镜因其具有较高的空间分辨率和磁场分辨率，是最灵敏的；其探头的设计精度要求是极其高的。SQUID芯片包括衬底层、绝缘层与夹在衬底层、绝缘层之间的磁通感应结区，SQUID芯片的磁通感应结区是磁显微镜的敏感源。检测时，SQUID芯片的磁通感应结区至待测样品之间的距离对磁显微镜空间分辨率和磁场分辨率具有显著的影响，可以说，磁显微镜空间分辨率和磁场分辨率在很大程度上取决于SQUID芯片的磁通感应结区至待测样品之间的距离H，二者距离越近，磁显微镜空间分辨率和磁场分辨率越高。

现有SQUID芯片根据其所适用的环境温度要求区间分为高温SQUID芯片与低温SQUID芯片。其中，高温SQUID芯片的适用环境温度要求为77K，约为零下196摄氏度左右。低温SQUID芯片的适用环境温度要求为4.2K，约为零下269摄氏度左右。二者基本结构均包括衬底层2、绝缘层3与夹在衬底层2、绝缘层3之间磁通感应结区。二者的外表没什么区别，均如图2、图3所示，绝缘层3外表面设置焊盘5，绝缘层3打孔，从磁通感应结区引出导电连接线6经绝缘层3的孔与焊盘5电连接。通常，焊盘5设置为4至6个。但二者的磁通感应结区结构有较大区别。

现有磁显微镜探头基本结构如图5、图6所示，包括杜瓦、冷指9与SQUID芯片1，冷指9材料为紫铜，具有优良导电性。杜瓦包括杜瓦外胆7与杜瓦内胆8，冷指9与杜瓦内胆8连接，杜瓦外胆7顶端设置开口，开口上设置有蓝宝石玻璃窗10，杜瓦外胆7及蓝宝石玻璃窗10形成密封容器，杜瓦内胆8上设置有排插引脚11, SQUID芯片1用低温胶19粘贴在冷指9顶端，SQUID芯片1的焊盘5与排插引脚11之间用导电连接线6连接。由于焊盘5很薄，只能从其上表面接线，焊盘5与排插引脚11之间的导电连接线6必定会产生一定的弯曲高度，芯片到样品18的总距离H=Ha+Hb+Hc+Hd。Ha为SQUID芯片1与排插引脚11之间的导电连接线6最高点到芯片敏感源的距离，Hb为导电连接线到蓝宝石玻璃窗10的距离，Hc为蓝宝石玻璃窗10的厚度，Hd为样品18到蓝宝石玻璃窗10的距离。Hd可以通过调节样品18位置来尽可能的减小。杜瓦工作时，内部处于真空，蓝宝石玻璃窗10会被大气压压弯，所以Hc和Hb有最小值，量级在百um以上。对于扫描SQUID显微镜，即使是几十um的距离缩短，对空间分辨率和磁场分辨率也有显著的影响。