集成与封装

铟凸点键合

铟凸点键合是把两块量子芯片面对面物理连接在一起的工艺:在两块芯片之间压上一排排微小的铟凸点。每个凸点都是一颗柔软的金属小点,往往只有几十微米宽,沉积在两块芯片上彼此对应的焊盘上。当两块芯片被压合时,这些凸点会变形并焊接成一根金属柱,既把芯片固定住,又能跨越缝隙传递电信号。

选铟有一个具体的原因:即使被冷却到绝对零度以上仅几千分之一度(也就是超导量子比特工作的温度),铟仍然保持柔软和延展性。大多数金属在低温下会变脆,会在漫长的降温过程中开裂,而铟仍然能够继续形变,所以凸点不会损坏。低温下铟还会变成超导体,这意味着一个凸点可以以极低的损耗承载控制或读取信号,或者提供一条干净的接地连接。

在倒装芯片量子处理器中,这是支撑整个架构的实际连接。一块芯片承载量子比特,另一块承载布线和读取线路;铟凸点把这两层连接起来,同时在它们之间留出一道受控的空气间隙。要让数百个凸点高度一致、落在正确的位置上、并且全部可靠键合,是很困难的;在如今这些又小又嘈杂的器件上,凸点的均匀性、对准和良率都是正在攻关的工程难题。

two chips + bump array (~10-50 um pitch) -> press -> cold-welded columns: mechanical hold + superconducting signal path

示意流程:两块芯片上的凸点对准后压合成焊接柱,既固定芯片又传递信号。

铟的熔点相当低,质地又软到能在压力下冷焊,所以很多键合无需高温就能完成。正是这种让凸点能挺过降温的柔软,也让它们在装配时容易被压偏或错位,这也是良率成为真正挑战的原因之一。

又称
indium bumpsindium micro-bumpsindium flip-chip bonding