JPH0269994A - セラミック超伝導体多層配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は混成集積回路に利用する。特に、セラミック超
伝導体を使用した多層配線基板に関する。

〔概　要〕

本発明は、セラミック超伝導体を用いた多層配線基板に
おいて、 基板をセラミック超伝導体の接着性を利用して接合し積
層することにより、 セラミック超伝導体を配線回路の導体として使用するに
適した多層配線基板の構造およびその製造方法を提供す
るものである。

〔従来の技術〕

電子機器の小型化にともなって配線基板の小型化、高密
度化が進み、基板内の配線密度を高めるだけでなく、多
数の配線を積層した多層配線基板が開発されている。

このような状況において、多層配線基板の配線をさらに
高密度化するために、配線回路導体を極端に微細化する
ことが必要となっている。この場合に、回路導体のもつ
抵抗による損失および熱の発生をいかに低く抑えるかが
大きな問題となっている。

このような問題を解決するために、超伝導物質を用いた
多層配線基板が考えられている。超伝導物質とは、特定
の温度で電気抵抗が零となる物質である。電気抵抗が零
となる温度を超伝導臨界温度という。特に、液体窒素温
度で超伝導特性を示すセラミック超伝導体の利用が期待
されている。

セラミック超伝導体としては、アルカリ土類元素、イツ
トリウムとランタニド元素との一方または双方、および
銅を構成成分とする酸化物；ビスマスと鉛との一方また
は双方、ストロンチウム、カルシウムおよび銅を構成成
分とする酸化物；タリウム、バリウム、カルシウムおよ
び銅を構成成分とする酸化物；バリウム、カリウムと鉛
との一方または双方、およびビスマスを構成成分とする
酸化物などが知られている。これらの超伝導体を多層配
線回路の導体として使用すれば、現在問題となっている
配線回路導体を微細化できるとともに、電気抵抗による
信号電流損や発熱によって生じる種々の問題を解決する
ことができると期待されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

多層配線基板を製造する方法として、従来から、グリー
ンシート積層法、印刷積層法および厚膜多層法が用いら
れている。

グリーンシート積層法および印刷積層法は、基板となる
セラミックの焼成と導体の焼き付けを同時に行うため、
１５００〜１６００℃前後で焼成する必要がある。これ
に対して、セラミック超伝導物質は１０００℃以上の温
度で溶融してしまう。このため、これらの方法では、セ
ラミック超伝導体多層配線基板を製造することはできな
い。

また、厚膜多層法では、誘電体ペーストにより絶縁層を
形成するが、セラミック超伝導体ペーストと誘電体ペー
ストとを同時に焼成すると、これらが反応してしまい、
超伝導特性が失われてしまう欠点があった。この反応を
避けるため、セラミック超伝導体ペーストと誘電体ペー
ストとを別々に印刷および焼成することも考えられる。

しかし、セラミック超伝導体の焼成温度が８５０℃以上
と誘電体の焼成温度に比べて高く、これを積層させるこ
とは困難である。

本発明は、セラミック超伝導体を配線回路の導体として
使用するに適した多層配線基板の構造およびその製造方
法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するた於の手段〕

本発明のセラミック超伝導体多層配線基板は、積層構造
内で互いに隣接する基板がセラミック超伝導体配線を接
合層として接合されたことを特徴とする。

基板の間の空隙に無機物質または有機物質の充填物質を
含むことが望ましく、表面が無機物質または有機物質に
より被覆されていることが望ましい。これにより、基板
相互の接着強度を高め、水分や炭酸水との反応による超
伝導体の劣化を防止することができ、環境に対する安定
性を向上させることができる。ただし、機械的な強度や
基板内の誘電率の関係で、基板の間に空隙を残すことが
望ましい場合もある。

このようなセラミック超伝導体多層配線基板を製造する
には、基板の表面および貫通孔にセラミック超伝導体ペ
ーストをスクリーン印刷し、この工程により得られた複
数の基板をそれぞれの表面に印刷されたセラミック超伝
導ペーストが他の基板に接触する状態に積み重ねて熱処
理する。基板としては焼結後のセラミック基板を用いる
。焼成中にセラミック超伝導体と反応しなければ、セラ
ミック基板としてグリーンシートを用いてもよい。

熱処理の工程では、酸素雲囲気中で焼成および熱処理す
ることが望ましい。

スクリーン印刷するとき、互いに隣接して積み重ねられ
る基板の向き合う面には、セラミック超伝導体ペースト
を同一パターンに印刷することが望ましい。

セラミック超伝導体ペーストは、セラミック超伝導体物
質の粉末、金属またはその酸化物の粉末、有機結合材お
よび溶剤を混合して製造される。金属またはその酸化物
の粉末とは、金、銀、白金、パラジウムからなる群より
選択される一以上の金属またはその酸化物を含み、セラ
ミック超伝導体物質１００に対して０．１〜５０重量部
の割合で混合される。

セラミック超伝導体ペーストに用いられるセラミック超
伝導体物質の粉末としては、 ■　アルカリ土類元素、イツトリウムとランタニド元素
との一方または双方、および銅を構成成分とする酸化物
、 ■　ビスマスと鉛との一方または双方、ストロンチウム
、カルシウムおよび銅を構成成分とする酸化物、 ■　タリウム、バリウム、カルシウムおよび銅を構成成
分とする酸化物、 ■　バリウム、カリウムと鉛との一方または双方、およ
びビスマスを構成成分とする酸化物などが適する。

基板としては、セラミック超伝導体ペーストに含まれる
超伝導体との反応性が小さいもの、例えは酸化ジルコニ
ウム、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウムから
選ばれる少なくともひとつのセラミック材料を主成分と
するものが望ましい。

また、アルミナその他のセラミック基板や金属基板の表
面に、超伝導体との反応を抑える材料、例えば上述のセ
ラミック材料の皮膜や、金、銀、白金その他の金属皮膜
を一部または前面に形成したものが望ましい。

セラミック超伝導体ペーストを製造するための有機結合
材としては、エチルセルローズ、二）０セルローズその
他のセルローズ系樹脂、ポリメチルメタクリレートその
他のアクリル系樹脂、アルキッドフェノール系樹脂、ビ
ニール系樹脂、エポキシ系樹脂その他の焼成雰囲気中で
容易に熱分解が進行するものであれば、どのような材料
を使用してもよい。

ペースト化に用いる溶剤については、印刷性に優れたも
のが適し、通常はカルピトールアセテート、テルピネオ
ールその他が使用される。ただし、印刷性を有するもの
であればどのような溶剤を用いてもよい。

基板の間の空隙を埋める充填物質、および表面の被覆の
材料としては、硼ケイ酸ガラス、結晶化ガラスその他の
ガラス材料、金、銀、白金、パラジウムその他の金属お
よびこれらを含む合金、ワックス、フェス、ポリエステ
ル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、フッ素樹脂その他の有機材料など、超伝導体物質と
の反応が小さく、気密性があり、液体窒素温度と室温と
の温度変化に対してクラックが生じない材料が適してい
る。被覆する膜の厚さとしては１〜１００μｍ程度が適
しているが、クラックなどが生じなければ、それより厚
くてもよい。

〔作　用〕

セラミック超伝導体ペーストは、焼成により、基板に対
して接着性に優れた超伝導体配線を形成する。特に、金
属またはその酸化物を混入したセラミック超伝導体ペー
ストは、接着強度の大きな超伝導体配線を形成すること
ができる。そこで、このセラミック超伝導体ペーストに
より得られた超伝導配線を基板間の接合層として利用す
る。

基板そのものにより各層を接合するわけではないので、
基板を焼成する必要はなく、基板として焼成後のセラミ
ック基板を使用でき、セラミック超伝導体ペーストに含
まれる超伝導体物質と基板との反応を防止できる。さら
に、焼成後のセラミック基板を使用することから、多層
配線のパターンの位置合わせに必要なマージンを小さく
でき、配線間隔の小さい高密度実装が可能となる。

また、基板の向き合う面にセラミック超伝導体ペースト
を同一パターンに印刷すると、基板間の接合がより強化
される。

〔実施例〕

図は本発明実施例セラミック超伝導体配線基板の断面図
である。

この配線基板は、互いに積層された複数（この実施例で
は３枚）のセラミック基板１と、この複数のセラミック
基板１のそれぞれの表面および貫通孔２．３に形成され
たセラミック超伝導体配線、すなわち層内配線４、貫通
孔配線５および６とを備え、積層構造内で互いに隣接す
るセラミック基板１が層内配線４を接合層として接合さ
れている。

セラミック基板１の間の空隙は充填物質９により埋めら
れ、セラミック超伝導体多層配線基板の表面には被覆層
８が設けられている。さらに両表面には、電極７が設け
られている。

このセラミック超伝導体配線基板を製造するには、セラ
ミック基板１の表面および貫通孔２．３にセラミック超
伝導体ペーストをスクリーン印刷し、これにより得られ
た複数のセラミック基板１をそれぞれの表面に印刷され
たセラミック超伝導ペーストが他のセラミック基板１に
接触する状態に積み重ねて熱処理する。

この製造方法をさらに詳しく説明する。

まず、所望の位置に貫通孔２．３が設けられた焼成後の
セラミック基板ｌを用意し、その両面に、セラミック超
伝導体ペーストにより配線パターンを印刷する。このと
き、貫通孔２．３をセラミック超伝導体ペーストで埋め
ておく。ここで、貫通孔２の位置はセラミック基板ｌ毎
に異なり、貫通孔３の位置はすべてのセラミック基板１
に対して同一である。

次に、配線パターンの一致する面が互いに向き合うよう
にセラミック基板１を積み重ね、互いのセラミック超伝
導体ペーストが接触している状態で炉に入れて焼成する
。これにより超伝導体が焼結し、層内配線４、貫通孔配
線５．６が形成されるとともに、セラミック基板１の間
が層内配線４により接合される。貫通孔配線５は層間を
接続し、貫通孔配線６はすべての層を接続する。

続いて、セラミック超伝導体配線基板の両側表面に電極
７および被覆層８を設け、焼結時に生じた間隙を充填物
質９で埋める。被覆層８および充填物質９は、ガラスそ
の他の無機材料や樹脂その他の有機材料を用い、印刷、
デツプ成形その他の方法で形成する。その材料によって
は、低温で焼成する。被覆層８および充填物質９により
、セラミンク基板Ｉの接着力が増加し、表面が水分や炭
酸水から保護されろ。

次に、具体的な製造データの一例を示す。

（１）　　セラミック超伝導体ペースト出発原料として
炭酸バリウムＢａＣＯ３、三酸化二イツトリウムＹ２Ｏ
３および酸化第二銅Ｃｕ口を用い、これらを混合し、通
常のセラミックス製造の手順、すなわち仮焼、粉砕、造
粒・成形および焼成を行ってセラミック超伝導体を得た
。仮焼および焼成は大気中で行い、９２５℃で２０時間
加熱した後に、５０℃／時の速度で冷却した。

このようにして得られたセラミック超伝導体について、
ジルコニアボールを用い、乾燥窒素ガス雰囲気下のエタ
ノール中で１０時時間式粉砕して平均粒径が１μｍのセ
ラミック超伝導体物質の粉末を得た。この粉末に対して
、酸化銀粉（粒径０．５μｍ）を３０重量部混合した。

この混合粉末にエチルセルローズ、ブチルベンジルフタ
レートおよびテルピネオールを混合し、儒潰機で混合し
た。

（２）　　セラミック基板 セラミック基板１としては、ジルコニア製、厚さ０．５
ｍｍのものを用いた。

（３）焼成 （１）のセラミック超伝導体ペーストにより配線パター
ンが印刷されたセラミック基板１を積み重ね、炉に入れ
て９８５℃で３分間、酸素中で加熱処理した。これによ
り、超伝導体が焼結し、層内配線４、貫通孔配線５．６
が形成されるとともに、セラミック基板１の間が層内配
線４により接合された。

（４）電極、被覆層および充填物質 導体ペースト、ガラスペーストを用いて印刷法により電
極７、被覆層８を形成し、さらに、多層配線基板の端部
をガラスペーストに浸して充填物質９を充填した。これ
を５００℃の酸素中で焼成した。

（５）層内配線の接合強度 （１）のセラミック超伝導体ペーストを（３）と同等の
条件でジルコニア製セラミック基板に印刷して焼成し、
得られた厚膜の付着強度を測定したところ、５　ｋｇ・
ｆ／ｍｍ２以上という高い値が得られた。この値は厚膜
接着強度規格の１．５ｋｇ−ｆ／ｍｍ２に比較して十分
に大きく、セラミック基板１を十分に強固に接合するこ
とができる。ただし、セラミック超伝導体ペースト中に
金属またはその酸化物を混入しない場合には、このよう
な付着強度は得られなかった。

以上の製造データによりセラミック超伝導体多層配線基
板を作製し、液体窒素温度と室温とに間で繰り返し温度
を変化させたが、表面の塗布状態、ひび割れ、クラック
その他の変化は目視では観測されなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、セラミック超伝導体を
用いた多層配線基板の製造が可能となる効果がある。

また、セラミック超伝導体配線により各層の基板を互い
に接合し、基板そのものにより各層を接合するわけでは
ないので、基板を焼成する必要はない。したがって、製
造時には、セラミック超伏導体が焼結するような比較的
低温で製造できる効果がある。また、焼成後のセラミッ
ク基板を使用できることから、セラミック超伝導体ペー
ストに含まれる超伝導体物質と基板との反応を防止でき
、優れた超伝導特性を得ることができる効果がある。

さらに、焼成後のセラミック基板を使用することから、
多層配線のパターンの位置合わせに必要なマージンを小
さくでき、配線間隔の小さい高密度実装が可能となる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明実施例セラミック超伝導体多層配線基板の断
面図。 １・・・セラミック基板、２．３・・・貫通孔、４・・
・層内配線、５．６・・・貫通孔配線、７・・・電極、
訃・・被覆層、９・・・充填物質。 特許出願人　三菱鉱業セメント株式会社代理人　弁理士
　井　出　直　孝

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．互いに積層された複数の基板と、 この複数の基板のそれぞれの表面および貫通孔に形成さ
   れたセラミック超伝導体配線と を備えたセラミック超伝導体多層配線基板において、 積層構造内で互いに隣接する基板が上記セラミック超伝
   導体配線を接合層として接合されたことを特徴とするセ
   ラミック超伝導体多層配線基板。
2. ２．表面が被覆された請求項１記載のセラミック超伝導
   体多層配線基板。
3. ３．基板の表面および貫通孔にセラミック超伝導体ペー
   ストをスクリーン印刷する工程と、 この工程により得られた複数の基板をそれぞれの表面に
   印刷されたセラミック超伝導ペーストが他の基板に接触
   する状態に積み重ねて熱処理する工程と を含むセラミック超伝導体多層配線基板の製造方法。
4. ４．熱処理する工程は、酸素雰囲気中で焼成および熱処
   理を行う工程を含む請求項３記載のセラミック超伝導体
   多層配線基板の製造方法。
5. ５．基板は焼結後のセラミック基板である請求項３記載
   のセラミック超伝導体多層配線基板の製造方法。
6. ６．セラミック超伝導体ペーストは、セラミック超伝導
   体物質の粉末、金属またはその酸化物の粉末、有機結合
   材および溶剤を混合して製造される請求項３記載のセラ
   ミック超伝導体多層配線基板の製造方法。
7. ７．金属またはその酸化物の粉末は、 金、銀、白金、パラジウムからなる群より選択される一
   以上の金属またはその酸化物を含み、セラミック超伝導
   体物質１００に対して０．１〜５０重量部の割合で混合
   される 請求項６記載のセラミック超伝導体多層配線基板の製造
   方法。