JP2644885B2 - Multilayer circuit board - Google Patents

Multilayer circuit board

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JP2644885B2
JP2644885B2 JP1084830A JP8483089A JP2644885B2 JP 2644885 B2 JP2644885 B2 JP 2644885B2 JP 1084830 A JP1084830 A JP 1084830A JP 8483089 A JP8483089 A JP 8483089A JP 2644885 B2 JP2644885 B2 JP 2644885B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、新規な多層回路板に係り、特にセラミツク
系の超伝導体を用いた電子部品搭載用多層回路板に関す
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel multilayer circuit board, and more particularly to a multilayer circuit board for mounting electronic components using a ceramic superconductor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、Al2O3,MgO,ZrO2等のセラミツクスを絶縁材料と
し、セラミツク超電導材料(Y−Ba−Cu−O系等)を配
線導体としたセラミツク回路基板または集積回路は得ら
れている。また、セラミツク超電導体の粉末を有機物で
結合したような複合材料も得られている。特開昭63−26
3745号公報には超伝導材と常電導材との複合材からなる
配線材が開示されている。
Conventionally, a ceramic circuit board or an integrated circuit using a ceramic such as Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 as an insulating material and a ceramic superconducting material (Y-Ba-Cu-O system or the like) as a wiring conductor has been obtained. In addition, a composite material in which ceramic superconductor powder is combined with an organic substance has been obtained. JP-A-63-26
No. 3745 discloses a wiring member made of a composite material of a superconducting material and a normal conducting material.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来配線導体としてセラミツク超電導材料を適用し、
絶縁材料をセラミツクとした電子材料の問題点は、セラ
ミツク超電導体が非常に反応性に富み、容易に絶縁材料
のセラミツクと反応してセラミツク超電導体の超電導性
を失つてしまうことにある。特にセラミツク多層回路基
板を作製する時には、セラミツク超電導体の適正焼成温
度が1000℃付近にあるため、同時焼結のためには絶縁材
料も1000℃付近で焼結する必要がある。そして、この温
度付近で焼結可能なセラミツク絶縁材料としては、ホウ
ケイ酸ガラスを含んだものが多い。しかしこの系のガラ
スはセラミツク超電導材料と反応して、セラミツク超電
導体の超電導性を失わせやすい問題がある。つまり、セ
ラミツク超電導体を適用した電子部品に絶縁材料として
セラミツクを選んだのでは、セラミツク絶縁材料が非常
に制限され、セラミツク超電導体を適用した電子部品を
得る障害となつていた。
Conventionally, ceramic superconducting materials are applied as wiring conductors,
The problem of the electronic material using the insulating material as a ceramic is that the ceramic superconductor has a very high reactivity and easily reacts with the ceramic of the insulating material to lose the superconductivity of the ceramic superconductor. In particular, when manufacturing a ceramic multilayer circuit board, since the appropriate firing temperature of the ceramic superconductor is around 1000 ° C., the insulating material also needs to be sintered at around 1000 ° C. for simultaneous sintering. As a ceramic insulating material that can be sintered at around this temperature, many include borosilicate glass. However, this type of glass has a problem in that it reacts with the ceramic superconducting material and easily loses the superconductivity of the ceramic superconductor. In other words, when ceramic is selected as an insulating material for an electronic component to which a ceramic superconductor is applied, the ceramic insulating material is very limited, which is an obstacle to obtaining an electronic component to which a ceramic superconductor is applied.

本発明の目的は、絶縁基板との反応性の少ないセラミ
ツク超電導体を適用した電子部品搭載用多層回路基板を
提供するにある。
An object of the present invention is to provide a multilayer circuit board for mounting electronic components to which a ceramic superconductor having low reactivity with an insulating substrate is applied.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、導体として超電導体を、その超電導体に接
する絶縁体または保持体に有機物を適用した電子部品を
搭載する多層回路基板にある。
The present invention resides in a multilayer circuit board on which a superconductor is mounted as a conductor and an electronic component in which an organic substance is applied to an insulator or a holder in contact with the superconductor.

セラミツク超電導材料を電子部品に適用することを困
難にしている原因は、セラミツク超電導材料がセラミツ
クとの反応性が高く、反応して超電導性を失つてしまう
ことにある。そこでセラミツク超電導体を適用するため
のセラミツク超電導体に接する絶縁材として有機物を適
用した。
The reason that it is difficult to apply the ceramic superconducting material to an electronic component is that the ceramic superconducting material has high reactivity with the ceramic and reacts to lose the superconductivity. Therefore, an organic substance was applied as an insulating material in contact with the ceramic superconductor for applying the ceramic superconductor.

有機物は一般的に良質な絶縁体であり、セラミツクと
有機物は反応性はほとんどない。また有機物とセラミツ
クは比較的強固に接合できる。そして、セラミツク超電
導体はセラミツクス中では比較的熱膨張係数が大きい
が、この点に関しては有機物は一般に熱膨張係数が大き
く、セラミツク超電導体との適合性が良い。
Organic matter is generally a good insulator and ceramic and organic matter have little reactivity. Further, the organic material and the ceramic can be bonded relatively firmly. The ceramic superconductor has a relatively large coefficient of thermal expansion in ceramics, but in this regard, organic substances generally have a large coefficient of thermal expansion, and have good compatibility with the ceramic superconductor.

超電導体に接している部分に有機物があればよいので
あつて、素子または基板等の電子材料全体を有機物で構
成する必要はない。つまり、ほとんどすべてをセラミツ
クスまたは金属で構成し、接触部を有機物としてもよ
い。
It is sufficient that an organic substance is present in a portion in contact with the superconductor, and it is not necessary to constitute the entire electronic material such as an element or a substrate with the organic substance. That is, almost all may be made of ceramics or metal, and the contact portion may be made of an organic substance.

またジヨセフソン接合部の作製は、絶縁層に有機物を
適用する以外に、セラミツク超電導体の超電導性を失わ
せるような物質、例えばSiO2,B2O3を含んだガラスを数
Å程度ジヨセフソン接合部に塗布し、セラミツク超電導
体のジヨセフソン接合部付近のみの超電導性を失わせる
ような方法で作製してもよい。
In addition, in addition to applying an organic material to the insulating layer, the Josephson junction is made of a material that causes the superconductivity of the ceramic superconductor to be lost, for example, a glass containing SiO 2 and B 2 O 3 for about several millimeters. And the superconductivity only in the vicinity of the Josephson junction of the ceramic superconductor may be lost.

ジヨセフソン素子のジヨセフソン接合部の絶縁体とし
ての有機薄膜の形成法としてLB法(ラングミユア・ブロ
ジエツト法)またはプラズマ重合法が適用され、ジヨセ
フソン素子のジヨセフソン接合部の有機薄膜は、単分子
膜または単分子を複数積層したジヨセフソン素子とする
のが好ましい。
The LB method (Langmiure-Blodgett method) or the plasma polymerization method is applied as a method of forming an organic thin film as an insulator at the Josephson junction of the Josephson device. The organic thin film of the Josephson junction of the Josephson device is a monomolecular film or a monomolecular film. It is preferable to use a Josephson element in which a plurality of are stacked.

更に、ジヨセフソン素子のジヨセフソン接合部の有機
薄膜の厚さが5〜100Åであるのが好ましい。
Further, it is preferable that the thickness of the organic thin film at the Josephson junction of the Josephson element is 5 to 100 °.

またセラミツク超電導体と有機物を接合すると一般に
有機物の法が熱膨張係数が大きいため、接合した後に液
体窒素中で冷却すると、セラミツクに圧縮応力が、有機
物に引張応力が働く。このことは、引張りに強い有機物
に引張りが、圧縮に強いセラミツクに圧縮が働くことに
なり信頼性上好ましいことである。ここで使用する有機
物は、有機物単独であつても、ガラスクロスまたはセラ
ミツク粉末等のフイラを含んだ有機複合材であつてもよ
いが、この有機複合材も含めた有機物とセラミツク超電
導体の熱膨張係数差は、接着性等の熱サイクルでの信頼
性から考えて約1×10-5/℃以下に抑えた方がよい。
In general, when a ceramic superconductor and an organic material are joined, the method of using an organic material has a large thermal expansion coefficient. Therefore, when the ceramic superconductor is cooled in liquid nitrogen after joining, a compressive stress acts on the ceramic and a tensile stress acts on the organic material. This means that tension is applied to an organic substance having high tensile strength and compression is applied to a ceramic having high compression strength, which is preferable in terms of reliability. The organic substance used here may be an organic substance alone or an organic composite material containing a filler such as glass cloth or ceramic powder, and the thermal expansion of the organic substance including this organic composite material and the ceramic superconductor is also included. The coefficient difference is preferably suppressed to about 1 × 10 −5 / ° C. or less in consideration of reliability in a heat cycle such as adhesiveness.

なお、本発明に適用可能なペロブスカイト型超電導体
は、Y−Ba−Cu−O系,Bi−Sr−Ca−Cu−O系,Tl−Ba−
Ca−Cu−O系を基本組成とするが、その他5モル%以下
程度の少量のアルカリ金属酸化物(Li2O,Na2O,K2O),
アルカリ土類金属酸化物(BeO,MgO,CaO,BaO,SrO),希
土類元素酸化物及びSi,B,Al等のその他の元素が含まれ
ていてもよい。超伝導材料の臨界温度は液体窒素の沸点
以上又はその電気抵抗率は1μΩcm以下がよい。
The perovskite-type superconductor applicable to the present invention includes Y-Ba-Cu-O-based, Bi-Sr-Ca-Cu-O-based, and Tl-Ba-
Although the Ca-Cu-O system a basic composition, a small amount of alkali metal oxide to the extent other than 5 mol% (Li 2 O, Na 2 O , K 2 O),
Alkaline earth metal oxides (BeO, MgO, CaO, BaO, SrO), rare earth element oxides, and other elements such as Si, B, Al may be contained. The critical temperature of the superconducting material is preferably higher than the boiling point of liquid nitrogen or its electric resistivity is lower than 1 μΩcm.

セラミツク超電導体に接する有機薄膜の作製法として
は、マスクし、又はマスクなしでラングミユア・ブロジ
エツト法の他に熱蒸着,分子ビームエピタキシ,液相エ
ピタキシ,融液エピタキシ,イオンプレーテイング,イ
オン打込み、クラスタイオンビーム,レーザスパツタリ
ング,CVD,蒸着,電解重合法等がある。また、このよう
にして得られた有機物シートを展伸して結晶性を向上さ
せておくことが、超電導材料の特性を向上する上で特に
望ましい。
As a method for producing an organic thin film in contact with a ceramic superconductor, there are methods such as thermal evaporation, molecular beam epitaxy, liquid phase epitaxy, melt epitaxy, ion plating, ion implantation, clustering, in addition to the masking or maskless Langmuir-broetet method. Examples include ion beam, laser sputtering, CVD, vapor deposition, and electrolytic polymerization. It is particularly desirable to expand the organic sheet obtained in this way to improve the crystallinity in order to improve the properties of the superconducting material.

電源基板の臨界電流密度は1万A/cm2以上がよい。The critical current density of the power supply substrate is preferably 10,000 A / cm 2 or more.

〔作用〕[Action]

導体としてセラミツク系超電導体または有機系超電導
体を、その超電導体に接する絶縁体または、保持体とし
て有機物を適用した。有機物とセラミツク系超電導体ま
たは有機系超電導体は、反応して超電導性を失わせるこ
とはない。また有機物とセラミツク超電導体,有機物と
有機系超電導体は、比較的強固に接着できるため、セラ
ミツク超電導体または有機系超電導体を適用した多層回
路板を得ることができる。
A ceramic-based superconductor or an organic-based superconductor was used as a conductor, and an organic substance was used as an insulator or a holder in contact with the superconductor. The organic substance does not react with the ceramic-based superconductor or the organic-based superconductor to lose superconductivity. Further, since the organic substance and the ceramic superconductor, and the organic substance and the organic superconductor can be bonded relatively firmly, a multilayer circuit board to which the ceramic superconductor or the organic superconductor is applied can be obtained.

〔実施例〕 (実施例1) 成分としてMgO,CaO,Al2O3,B2O3,SiO2等からなるガラ
スクロスに硬化前のエポキシ樹脂のワニスを含浸させ、
恒温槽中で乾燥し、プリプレグシートを得た。得られた
プリプレグを所定枚数重ね加圧加熱下でプレスにより積
層,接着してエポキシ系有機基板を作製した。なお、本
実施例ではフイラとしてガラスクロスを適用したが、そ
の他にもAl2O3またはSiO2等の粉末や繊維であつてもよ
い。
EXAMPLES (Example 1) component as MgO, CaO, Al 2 O 3 , B 2 O 3, glass cloth made of SiO 2 or the like is impregnated with a varnish of uncured epoxy resin,
It was dried in a thermostat to obtain a prepreg sheet. A predetermined number of the obtained prepregs were stacked and bonded by pressing under pressure and heating to produce an epoxy-based organic substrate. In this embodiment, glass cloth is used as the filler, but powder or fiber such as Al 2 O 3 or SiO 2 may be used.

次にこの有機基板の両面に一部マスクをし、レーザー
スパツタ法を用いて、Bi2Sr2CaCu2Ox(x≒8)の組成
を有するBi−Sr−Ca−Cu−O系のペロブスカイト型セラ
ミツク超電導体層を形成した。厚さは、約5μmであ
る。本実施例では、Bi−Sr−Ca−Cu−O系のセラミツク
超電導体を適用したが、その他にもY−Ba−Cu−O系や
Tl−Ba−Ca−Cu−O系のペロブスカイト型超電導体も適
用が可能である。第1図にこのようにして作製したエポ
キシ系有機基板の概要を示す。次に上記で作製したエポ
キシ系有機基板と硬化前のエポキシ樹脂からなるプリプ
レグを交互にはさんで圧着して積層した。さらにドリル
で穴あけをし、銅メツキをしてスルーホールを形成し
た。このようにして作製した多層基板をLSIチツプへ給
電するために用いられる電源基板とした。なお、この電
源基板は液体窒素で冷却されている。セラミツク超電導
体は、有機物との反応もなく超電導特性を失うこともな
かつた。超電導体部分は、電気抵抗が零であるため発熱
がない。なお電源層を流れる電流は約1000Aであつた。
また電源基板へのモジユール外からの給電は、Cu導体に
よつて行われる。セラミツク超電導体とCuとの接合部
は、直接接合したのでは熱膨張係数差に伴う熱応力が発
生して信頼性を損なうため、熱応力を緩和する目的で、
セラミツク超電導体の粉末とCuの粉末を1:1の割合で混
合し、焼結して複合化したものを作製した。さらにこの
複合材を応力緩和材としてCuとセラミツク超電導体の間
にはさんで接合した。熱応力緩和材としてはその他の材
料も適用が可能であるが、このような構成とすること
で、信頼性の高い接続が可能となる。第2図に本実施例
で作製した電源基板の概要を示す。
Then partially masked on both surfaces of the organic substrate, using a laser spa ivy method, Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x (x ≒ 8) Bi-Sr-CaCu-O -based with a composition of A perovskite-type ceramic superconductor layer was formed. The thickness is about 5 μm. In this example, a Bi-Sr-Ca-Cu-O-based ceramic superconductor was applied, but in addition, a Y-Ba-Cu-O-based or
A Tl-Ba-Ca-Cu-O-based perovskite superconductor is also applicable. FIG. 1 shows an outline of the epoxy-based organic substrate thus produced. Next, the epoxy-based organic substrate prepared above and a prepreg made of an epoxy resin before curing were alternately pressed and laminated. Further, drilling was performed, and copper plating was performed to form through holes. The multilayer substrate manufactured in this manner was used as a power supply substrate used to supply power to the LSI chip. The power supply board is cooled by liquid nitrogen. Ceramic superconductors did not react with organic substances and did not lose their superconducting properties. The superconductor does not generate heat because the electric resistance is zero. The current flowing through the power supply layer was about 1000A.
The power supply to the power supply board from outside the module is performed by the Cu conductor. The joint between the ceramic superconductor and Cu, if directly joined, generates thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient and impairs reliability, so for the purpose of relaxing thermal stress,
Ceramic superconductor powder and Cu powder were mixed at a ratio of 1: 1 and sintered to produce a composite. Furthermore, this composite was used as a stress relieving material and sandwiched between Cu and the ceramic superconductor. Other materials can be used as the thermal stress relieving material, but such a configuration enables highly reliable connection. FIG. 2 shows an outline of the power supply board manufactured in this embodiment.

(実施例2) 実施例1と同様にしてエポキシ系有機基板を作製し
た。次に電源端子をもつたCu板の一部をエツチングで取
り除きピンを差し込むための穴をあけた。そして、実施
例1と同様にしてレーザースパツタ法を用いて、Cu板上
にペロブスカイト型セラミツク超電導体層を形成した。
そして実施例1と同様にして、プリプレグを交互にはさ
んで積層し、さらに有機基板にスルーホールを形成し
た。このようにして作製した電源基板とモジユールをは
んだで接続した。なお電源基板は、液体窒素で冷却され
ている。セラミツク超電導体は、有機物との反応もなく
超電導特性を失わなかつた。また電源層の電流は、電気
抵抗が零の超電導体部分を流れるため発熱がない。電源
層の電流は約1000Aである。このようにCu板上にセラミ
ツク超電導層を形成すると機械的な信頼性を向上させる
ことができる。第3図に本実施例で作製した電源基板の
概要を示す。
(Example 2) An epoxy-based organic substrate was produced in the same manner as in Example 1. Next, a part of the Cu plate having the power supply terminal was removed by etching, and a hole for inserting a pin was formed. Then, a perovskite-type ceramic superconductor layer was formed on the Cu plate using the laser spatter method in the same manner as in Example 1.
Then, in the same manner as in Example 1, prepregs were alternately stacked, and through holes were formed in the organic substrate. The power supply substrate thus manufactured and the module were connected with solder. The power supply board is cooled with liquid nitrogen. The ceramic superconductor did not lose its superconducting properties without reacting with organic substances. Further, the current in the power supply layer does not generate heat because it flows through the superconductor portion having zero electrical resistance. The current in the power supply layer is about 1000A. When the ceramic superconducting layer is formed on the Cu plate as described above, mechanical reliability can be improved. FIG. 3 shows an outline of the power supply board manufactured in this embodiment.

(実施例3) 実施例1と同様にしてエポキシ系有機基板を作製し
た。次にこの基板の両面に一部を除いてほぼ全面に厚さ
約5μmのCuメツキをした。さらにCVD法により両面のC
u膜の上にBi−Sr−Ca−Cu−O系のセラミツク超電導体
をCVD法により厚さ約10μmの膜を形成した。セラミツ
ク超電導体の構造は、Bi2Sr2CaCu2Ox(x≒8)また
は、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox(x≒10)のものである。次に実施
例1と同様にして電源基板を作製した。セラミツク超電
導体は、脆い材料であるため衝撃等で機械的引張応力が
加わつた場合には、断線等の問題が発生する可能性があ
る。しかし、本実施例のようにセラミツク超電導体の保
護膜としてCuを用いると断線や特性の安定化などに対す
る信頼性が向上する。
(Example 3) An epoxy-based organic substrate was produced in the same manner as in Example 1. Next, a Cu plating with a thickness of about 5 μm was formed on almost the entire surface except for a part of both surfaces of the substrate. Furthermore, C on both sides by CVD method
A Bi-Sr-Ca-Cu-O-based ceramic superconductor was formed on the u film to a thickness of about 10 µm by a CVD method. The structure of the ceramic superconductor is that of Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x (x ≒ 8) or Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x (x ≒ 10). Next, a power supply substrate was manufactured in the same manner as in Example 1. Since a ceramic superconductor is a brittle material, when a mechanical tensile stress is applied due to an impact or the like, a problem such as disconnection may occur. However, when Cu is used as the protective film of the ceramic superconductor as in the present embodiment, the reliability against disconnection and stabilization of characteristics is improved.

(実施例4) 実施例1と同様にしてフツ素を含んだ有機物であるフ
ツ素樹脂とSiO2ガラスクロスからなる有機系基板を作製
した。次にこの樹脂の表面を金属ナトリウム等のアルカ
リ金属で処理しCuメツキをした。さらにエツチングによ
り所定の配線パターンにCu配線を形成した。次にこの基
板の両面にマスクをしてスパツタ法によつて、Y−Ba−
Cu−O系セラミツク超電導体の膜を約1μm形成した。
セラミツク超電導体の構造は、YBa2Cu3O7_8(0<δ<
0.3)のものである。さらにドリルまたはレーザで穴あ
けをし、穴の内部をアルカリ金属で表面処理した後にCu
メツキをした。次にこのようにして作製した有機系基板
を積層して380℃で圧着し多層化した。さらにドリルで
穴あけをし、穴の内部を表面処理した後にCuメツキをし
てスルーホールを形成した。そしてこの有機系多層基板
を液体窒素で冷却した。特性を測定したところセラミツ
ク超電導体の電気抵抗は零であつた。電気信号は、セラ
ミツク超電導体が電気抵抗が零のためほとんど損失なく
伝播した。
(Example 4) In the same manner as in Example 1, an organic substrate composed of a fluorine resin containing fluorine and an SiO 2 glass cloth was produced. Next, the surface of this resin was treated with an alkali metal such as sodium metal to obtain Cu plating. Further, a Cu wiring was formed in a predetermined wiring pattern by etching. Next, masks are applied to both sides of the substrate, and Y-Ba-
A Cu-O-based ceramic superconductor film was formed to a thickness of about 1 μm.
The structure of the ceramic superconductor is YBa 2 Cu 3 O 7_8 (0 <δ <
0.3). After drilling with a drill or laser and treating the inside of the hole with an alkali metal,
I got a hit. Next, the organic substrates thus produced were laminated and pressure-bonded at 380 ° C. to form a multilayer. Further, a hole was drilled, and after the inside of the hole was surface-treated, Cu plating was performed to form a through hole. Then, the organic multilayer substrate was cooled with liquid nitrogen. When the characteristics were measured, the electric resistance of the ceramic superconductor was zero. The electric signal propagated almost without loss because the ceramic superconductor had zero electric resistance.

また同様にして有機物としてイソメラミン系樹脂及び
ポリイミド系樹脂を用いて有機系多層回路基板を作製し
た。さらにこの基板を液体窒素で冷却したところ、どち
らの場合もセラミツク超電導体は超電導性を示した。ま
た電気信号はほとんど損失なく伝播した。
Similarly, an organic multilayer circuit board was produced using an isomeramine-based resin and a polyimide-based resin as organic substances. When this substrate was further cooled with liquid nitrogen, the ceramic superconductor showed superconductivity in both cases. The electric signal propagated with almost no loss.

(実施例5) ポリイミド樹脂を絶縁材とし、セラミツク超電導体を
配線導体として適用した薄膜多層回路基板を作製した。
まずグレージングして平坦化したガラスセラミツク系多
層回路基板の上にポリイミド層を塗布し、さらにリフト
オフ層を塗布し、さらにドライエツチングマスクを形成
した後にドライエツチングによりポリイミドに配線パタ
ーンを形成した。さらにレーザースパツタ法によりBi−
Sr−Ca−Cu−O系のセラミツク超電導体配線を形成し
た。セラミツク超電導体の構造はBi2Sr2CaCu2Ox(x≒
8)または、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox(x≒10)のものである。
さらにリフトオフ層を除去した。そして、この層の上に
上記と同様の方法を用いてスルーホールを形成した。次
にこのような操作を複数回繰り返して多層化した。ポリ
イミド絶縁体の熱膨張係数は5×10-6/℃であつた。配
線幅は20μmであり、配線高さは1μm、配線ピツチは
60μmであつた。このようにして作製した基板を液体窒
素中で冷却したところ、配線の電気抵抗は零であり超電
導性を示した。電気抵抗が零であるため、電気信号はほ
とんど損失なく伝播した。第4図に本実施例で作製した
薄膜多層回路基板の概要を示す。
(Example 5) A thin-film multilayer circuit board using a polyimide resin as an insulating material and a ceramic superconductor as a wiring conductor was produced.
First, a polyimide layer was applied on the glass ceramic multilayer circuit board which was flattened by glazing, a lift-off layer was applied, a dry etching mask was formed, and then a wiring pattern was formed on the polyimide by dry etching. Furthermore, Bi-
An Sr-Ca-Cu-O-based ceramic superconductor wiring was formed. The structure of the ceramic superconductor is Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x (x ≒
8) Or Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x (x ≒ 10).
Further, the lift-off layer was removed. Then, a through hole was formed on this layer using the same method as described above. Next, such an operation was repeated a plurality of times to form a multilayer. The coefficient of thermal expansion of the polyimide insulator was 5.times.10.sup.- 6 / .degree. The wiring width is 20 μm, the wiring height is 1 μm, and the wiring pitch is
It was 60 μm. When the substrate thus produced was cooled in liquid nitrogen, the electric resistance of the wiring was zero, indicating superconductivity. Since the electrical resistance was zero, the electrical signal propagated with little loss. FIG. 4 shows an outline of the thin-film multilayer circuit board manufactured in this embodiment.

(実施例6) セラミツク系超電導材料を利用して、ジヨセフソン接
合を形成した。超電導材料は、本実施例では、実施例2
で使用したBi−Sr−Ca−Cu−O系を使用したが、YBa2Cu
3O7_8(0<δ<0.3)のものやTl2Ba2CaCu2Ox(x≒
8)やTl2Ba2Ca2Cu3Ox(x=10)のようなTl−Ba−Ca−
Cu−O系を基本組成としたセラミツク超電導材料は適用
可能である。まず、セラミツク超電導材料の基板上にLB
法(ラングミユア・ブロジエツト法)により厚さ数10Å
の有機薄膜を形成した。有機薄膜の作製法としては、非
常に薄くて均質な膜が必要なためLB法による薄膜形成法
が好ましい。次に有機薄膜の上に、上記で使用したセラ
ミツク超電導体の膜をレーザースパツタ法で形成した。
本実施例では有機薄膜として、ハドデセニルカルボキシ
ナトリウムを適用したが、この他にも例えばハドデシニ
ルリン酸ナトリウムのように親水基と疎水基をもつた有
機物であれば適用可能である。
Example 6 A Josephson junction was formed using a ceramic superconducting material. In this embodiment, the superconducting material is the same as that of Embodiment 2.
In was using Bi-Sr-Ca-Cu- O system used, YBa 2 Cu
3 O 7_8 (0 <δ <0.3) or Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O x (x ≒
8) or Tl-Ba-Ca- such as Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x (x = 10)
A ceramic superconducting material having a Cu-O-based basic composition is applicable. First, LB is placed on the substrate of ceramic superconducting material.
Tens of meters thick by the method (Langmiure-Blodgett method)
Was formed. As a method for producing an organic thin film, a very thin and uniform film is required, and therefore a thin film forming method by the LB method is preferable. Next, the ceramic superconductor film used above was formed on the organic thin film by a laser sputtering method.
In this embodiment, sodium hadecenylcarboxylate is used as the organic thin film. However, other organic materials having a hydrophilic group and a hydrophobic group such as sodium hadedecynyl phosphate can be applied.

このようにして作製した素子を液体窒素中で冷却し
た。セラミツク超電導体は、有機物と反応して超電導特
性を失うことはなく電気抵抗は零であつた。また電流電
圧特性を測定したところある電流値までは接合体の両端
に電圧は発生せず、ある電流値以上では、電圧が発生し
た。つまりいわゆるジヨセフソン効果を示した。次にこ
の素子を利用して電磁波センサ,微小電位センサ,ジヨ
セフソン接合とリング状配線から磁気センサを作製し
た。原理は、現在得られている金属系超電導体と同様で
ある。つまり磁気,電磁波によつて接合部に発生するジ
ヨセフソン効果による電位を測定することによつて検出
するものである。第5図にセンサの原理を示す。電磁波
の検出は、マイクロ波から光波長帯までの検出が可能と
なる。
The device thus manufactured was cooled in liquid nitrogen. The ceramic superconductor did not lose its superconducting properties by reacting with organic substances and had an electric resistance of zero. When the current-voltage characteristics were measured, no voltage was generated at both ends of the joined body up to a certain current value, and a voltage was generated at a certain current value or more. That is, a so-called Josephson effect was exhibited. Next, using this element, a magnetic sensor was fabricated from an electromagnetic wave sensor, a minute potential sensor, a Josephson junction, and a ring-shaped wiring. The principle is the same as that of currently available metallic superconductors. That is, it is detected by measuring the electric potential due to the Josephson effect generated at the junction due to magnetism and electromagnetic waves. FIG. 5 shows the principle of the sensor. Electromagnetic waves can be detected from microwaves to optical wavelength bands.

(実施例7) 実施例6で作製した方法と同様にして、実施例6で使
用したセラミツク超電導体と有機薄膜からなるジヨセフ
ソン接合素子を形成した。第6図にこの素子の概要を示
す。さらにこのジヨセフソン接合素子を応用した論理素
子を形成した。超電導体を絶縁するための有機物として
は、ポリイミド系樹脂を適用した。次にN型半導体に相
当するテトラシアノキノジメタン系有機物とP型半導体
に相当するテトラチアフルバレン系有機物を真空蒸着を
用いて接合した。さらにこの接合体の両面にセラミツク
超電導体をCVD法によつて形成し、ダイオードを作製し
た。また、有機物の上にセラミツク超電導体配線を形成
し、超電導電流を利用した記憶素子を作製した。さらに
上記のような素子を多数集積してLSIを形成した。さら
に液体窒素中で冷却して動作を確認したところジヨセフ
ソン接合を形成している部分の有機薄膜に、フツ素樹
脂,ポリイミド等を適用した場合には、有機物の比誘電
率が今までの無機物に比較して小さいため、スイツチン
グ速度は今までのジヨセフソン素子より高速になつた。
さらにセラミツク超電導体は、有機物と接合されている
ため反応等によつて超電導性を失うことがなく特性の安
定化が可能になつた。なお素子以外のLSI内の配線部分
は、論理素子等に使用したものと同じセラミツク超電導
材料による配線が形成されている。配線を絶縁している
絶縁体は、ポリイミド等の有機物であるため、超電導性
を失うことがなかつた。第7図にLSI内の配線部分の概
要を示す。有機物は低誘電率であるため、配線を伝播す
る信号の高速化が可能である。ジヨセフソン接合部は、
本実施例のLB法以外にも、フツ素樹脂またはポリイミド
等有機物のスパツタ,CVD,蒸着等によつても形成可能で
ある。またC2F6ガスによるプラズマ重合によるフツ素樹
脂膜の形成も可能である。
(Example 7) A Josephson junction device including the ceramic superconductor and the organic thin film used in Example 6 was formed in the same manner as in the method manufactured in Example 6. FIG. 6 shows an outline of this element. Further, a logic element using the Josephson junction element was formed. As an organic material for insulating the superconductor, a polyimide resin was used. Next, a tetracyanoquinodimethane-based organic material corresponding to an N-type semiconductor and a tetrathiafulvalene-based organic material corresponding to a P-type semiconductor were joined by vacuum evaporation. Further, a ceramic superconductor was formed on both surfaces of the joined body by a CVD method to produce a diode. In addition, a ceramic superconductor wiring was formed on an organic material, and a storage element utilizing superconducting current was manufactured. Furthermore, an LSI was formed by integrating a large number of the above elements. Furthermore, the operation was confirmed by cooling in liquid nitrogen. When fluorocarbon resin, polyimide, etc. were applied to the organic thin film where the Josephson junction was formed, the relative permittivity of the organic material was changed to that of the conventional inorganic material. Because of the small size, the switching speed is higher than that of the conventional Josephson device.
Further, since the ceramic superconductor is bonded to an organic substance, the characteristics can be stabilized without losing superconductivity due to a reaction or the like. The wiring portions in the LSI other than the elements are formed of the same ceramic superconducting material as that used for the logic elements and the like. Since the insulator that insulates the wiring is an organic material such as polyimide, it has not lost superconductivity. FIG. 7 shows an outline of a wiring portion in the LSI. Since an organic substance has a low dielectric constant, the speed of a signal propagating through a wiring can be increased. The Josephson junction is
In addition to the LB method of this embodiment, it can also be formed by spattering, CVD, vapor deposition or the like of an organic substance such as fluorine resin or polyimide. It is also possible to form a fluorine resin film by plasma polymerization using C 2 F 6 gas.

(実施例8) 展伸などの方法により一方向に結晶を配向させたポリ
エチレンの表面を有機チタン化合物等により処理しCVD
法により、セラミツク系超電導膜を作製した。配向して
いる結晶の上にセラミツク超電導膜を形成するセラミツ
ク系超電導体の結晶の方向がそろい、臨界電流密度の高
いセラミツク超電導体を得ることができた。
(Example 8) The surface of polyethylene having crystals oriented in one direction by a method such as spreading is treated with an organotitanium compound or the like and CVD is performed.
By the method, a ceramic-based superconducting film was produced. The direction of the crystal of the ceramic-based superconductor forming the ceramic superconducting film on the oriented crystal was uniform, and a ceramic superconductor having a high critical current density was obtained.

(実施例9) 実施例4と同様にしてポリイミド樹脂とSiO2ガラスク
ロスからなる有機系基板を作製した。次にこの基板上に
テトラシアノキノジメタン(TCNQ)を塗布し、フオトリ
ソグラフイ技術を用いて配線パターンを形成した。さら
にドリルまたはレーザで穴あけをし、穴の内部を表面処
理した後にPbメツキをした。次にこのようにして作製し
た有機系基板を積層して230℃で圧着し多層化した。さ
らにドリルで穴あけをし、穴の内部を表面処理した後に
Pbメツキをしてスルーホールを形成した。そしてこの有
機系多層基板を液体ヘリウムで冷却した。特性を測定し
たところテトラシアノキノジメタンは、超電導性を示し
電気抵抗は零であつた。有機系超電導体であるテトラシ
アノキノジメタンが電気抵抗が零のため、電気信号はほ
とんど損失なく伝播した。配線と絶縁体はともに有機物
であるため接着性及び機械的衝撃に対する信頼性が向上
した。
Example 9 An organic substrate made of a polyimide resin and SiO 2 glass cloth was produced in the same manner as in Example 4. Next, tetracyanoquinodimethane (TCNQ) was applied on the substrate, and a wiring pattern was formed using photolithography. Drilling or laser drilling was performed, and the inside of the hole was surface-treated, followed by Pb plating. Next, the organic substrates thus produced were laminated and pressed at 230 ° C. to form a multilayer. After drilling and surface treating the inside of the hole
Pb plating was performed to form through holes. Then, the organic multilayer substrate was cooled with liquid helium. When the properties were measured, tetracyanoquinodimethane showed superconductivity and had zero electrical resistance. Since the electric resistance of tetracyanoquinodimethane, which is an organic superconductor, is zero, the electric signal propagated with almost no loss. Since both the wiring and the insulator are organic substances, the adhesiveness and the reliability against mechanical shock are improved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

有機物を絶縁材とし、液体窒素温度で超電導性を示す
セラミツク超電導体を適用することにより、超電導体を
適用した製造容易な電子部品搭載用の多層回路基板が得
られる。
By using an organic material as an insulating material and applying a ceramic superconductor which exhibits superconductivity at the temperature of liquid nitrogen, a multilayer circuit board for mounting electronic components which is easy to manufacture and which uses the superconductor can be obtained.

また液体窒素で超電導性を示す超電導体を適用できる
ため、従来のように液体ヘリウム等を使用する必要がな
く、より高温で使用可能である。
In addition, since a superconductor which exhibits superconductivity with liquid nitrogen can be applied, it is not necessary to use liquid helium or the like as in the related art, and it can be used at a higher temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、ガラスクロスを含む有機系基板の両面にセラ
ミツク超電導体層を形成した基板の断面図、第2図及び
第3図は、電源基板の導体層に超電導体を適用した多層
回路板の断面図、第4図は、セラミツク超電導体を配線
導体として適用したポリイミド薄膜多層基板をセラミツ
ク基板の上に形成したものの断面図、第5図は、センサ
の原理を示した回路図、第6図は、ジヨセフソン接合部
に有機物を適用したものの断面図、第7図は、シリコン
の上にポリイミドを絶縁材とし、セラミツク超電導体を
多層配線したLSIの断面図、第8図は、本発明の多層基
板,電源基板を適用した大型電子計算機用モジユールの
断面図である。 1……セラミツク超電導体層、2……有機物、3……ガ
ラスクロス、4……セラミツク多層回路基板、5……
銅、6……応力緩和材、7……はんだ、8……ピン、9
……ビアホール、10……グレーズ層、11……ガラスセラ
ミツクス、12……銅配線、13……ポリイミド、14……Al
Nキヤツプ、15……LSIチツプ、16……セラミツク超電導
体配線、17……Al配線、18……SiO2絶縁膜、19……シリ
コン半導体、20……液体窒素、21……放熱体。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate in which a ceramic superconductor layer is formed on both sides of an organic substrate including a glass cloth. FIGS. 2 and 3 are multilayer circuit boards in which a superconductor is applied to a conductor layer of a power supply substrate. FIG. 4 is a cross-sectional view of a polyimide thin-film multilayer substrate formed by applying a ceramic superconductor as a wiring conductor on a ceramic substrate. FIG. 5 is a circuit diagram showing the principle of the sensor. FIG. 7 is a cross-sectional view of an organic substance applied to a Josephson junction, FIG. 7 is a cross-sectional view of an LSI in which polyimide is used as an insulating material on silicon, and a ceramic superconductor is multilayer-wired, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a module for a large-sized computer to which a multilayer board and a power board are applied. 1 ... ceramic superconductor layer, 2 ... organic material, 3 ... glass cloth, 4 ... ceramic multilayer circuit board, 5 ...
Copper, 6 Stress relief material, 7 Solder, 8 Pin, 9
… Via hole, 10… Glaze layer, 11… Glass ceramics, 12… Copper wiring, 13… Polyimide, 14… Al
N cap, 15… LSI chip, 16… Ceramic superconductor wiring, 17… Al wiring, 18… SiO 2 insulating film, 19… Silicon semiconductor, 20… Liquid nitrogen, 21… Heat radiator.

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 秀夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 児玉 弘則 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 岡本 正英 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 平2−113937(JP,A)Continued on the front page (72) Inventor Hideo Suzuki 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hironori Kodama 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72 ) Inventor Masahide Okamoto 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-2-113937

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】有機絶縁基板に有機物又は金属酸化物超伝
導配線が形成されていることを特徴とする多層回路基
板。
1. A multilayer circuit board comprising an organic insulating substrate and an organic or metal oxide superconducting wiring formed thereon.
【請求項2】フツ素樹脂,フエノール樹脂,エポキシ樹
脂,ポリイミド樹脂,イソメラミン系樹脂,ポリエステ
ル,ポリエチレン,ポリブタジエン,メタクリル酸系樹
脂,アクリル系樹脂,マレイミド材,ポリ塩化ビニル,
ポリプロピレン,スチレン系樹脂,シリコーンゴム,ジ
アリルフタレイト樹脂,ポリフエニレンオキサイド樹
脂,ポリスルフオン,ポリエーテルスルフオン,ビスマ
レイミドトリアジン及びポリエーテルイミドから選ばれ
た有機絶縁基板に有機物結晶又はYBa2Cu2O7_8(0<δ
<0.3),Bi2Sr2CaCu2Ox,Bi2Sr2Ca2Cu3Ox,Tl2Ba2CaCu
2Ox,Tl2Ba2Ca2Cu3Oxから選ばれた金属酸化物からなる超
伝導配線が形成されていることを特徴とする多層回路基
板。
2. A fluororesin, phenolic resin, epoxy resin, polyimide resin, isomeramine resin, polyester, polyethylene, polybutadiene, methacrylic resin, acrylic resin, maleimide material, polyvinyl chloride,
Organic crystal or YBa 2 Cu 2 O on an organic insulating substrate selected from polypropylene, styrene resin, silicone rubber, diallyl phthalate resin, polyphenylene oxide resin, polysulfone, polyethersulfone, bismaleimide triazine and polyetherimide 7_8 (0 <δ
<0.3), Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x , Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x , Tl 2 Ba 2 CaCu
A multilayer circuit board, wherein a superconducting wiring made of a metal oxide selected from 2 O x and Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x is formed.
【請求項3】モジユールの電源として使用する電源基
板,論理素子,記憶素子,ダイオード,LSI,磁気セン
サ,電磁波センサ,微小電位センサ,磁石適用部品,電
磁波発生装置及び起電力発生装置から選ばれた電子装置
が特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の多層回路基
板を備えている電子装置。
3. A power supply board, a logic element, a storage element, a diode, an LSI, a magnetic sensor, an electromagnetic wave sensor, a minute potential sensor, a magnet-applied part, an electromagnetic wave generator, and an electromotive force generator used as a module power supply. An electronic device comprising the multilayer circuit board according to claim 1 or 2.
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