JP2650293B2 - Manufacturing method of ceramic superconductor paste - Google Patents

Manufacturing method of ceramic superconductor paste

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JP2650293B2 JP63014209A JP1420988A JP2650293B2 JP 2650293 B2 JP2650293 B2 JP 2650293B2 JP 63014209 A JP63014209 A JP 63014209A JP 1420988 A JP1420988 A JP 1420988A JP 2650293 B2 JP2650293 B2 JP 2650293B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は緻密でセラミックスとの接着強度が高く、且
つ環境安定性に優れたセラミックス高温超電導体ペース
トの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a ceramic high-temperature superconductor paste that is dense, has high adhesive strength to ceramics, and has excellent environmental stability.

半導体集積回路用基板、電子回路用基板(ハイブリッ
ドIC基板を含む)等に用いられるセラミックス基板の表
面に高い臨界温度で超電導性を示す微細な超電導体配線
回路を構成又は各種部品をとりつけるためには、セラミ
ックス基板との接着強度が高く、表面が緻密且つ平滑
で、めっき及び金属蒸着性や種々の環境安定性に優れた
配線回路導体の形成が必要である。
To configure a fine superconductor wiring circuit that exhibits superconductivity at a high critical temperature on the surface of a ceramic substrate used for a substrate for a semiconductor integrated circuit, a substrate for an electronic circuit (including a hybrid IC substrate), and to attach various components. In addition, it is necessary to form a wiring circuit conductor having a high adhesive strength to a ceramic substrate, a dense and smooth surface, and excellent in plating and metal deposition properties and various environmental stability.

〔従来技術とその問題点〕[Conventional technology and its problems]

このような超電導体配線回路導体の形成方法として
は、従来から炭酸バリウム、酸化イットリウム、酸化銅
からなる混合粉や蓚酸バリウム、蓚酸イットリウム、蓚
酸銅を構成成分とする混合粉をそのまま、又は、ガラス
粉とともに有機バインダーと混合した厚膜ペーストを用
いる厚膜法がある。一般に、従来からの厚膜法ではセラ
ミックス基板、ガラス基板あるいはこれらで被覆した金
属基板上に銀、パラジウム、金等の貴金属粉や銅、ニッ
ケル等の卑金属粉あるいはこれらの混合粉や合金粉とガ
ラス粉とを、有機バインダや溶剤と混合した厚膜ペース
トをスクリーン印刷等の方法で、印刷して配線回路を形
成し焼成する。
As a method of forming such a superconductor wiring circuit conductor, conventionally, a mixed powder composed of barium carbonate, yttrium oxide, copper oxide or a mixed powder composed of barium oxalate, yttrium oxalate, copper oxalate as it is, or glass There is a thick film method using a thick film paste mixed with an organic binder together with powder. In general, in the conventional thick film method, noble metal powders such as silver, palladium, and gold, base metal powders such as copper and nickel, or mixed powders and alloy powders of these materials are formed on a ceramic substrate, a glass substrate, or a metal substrate coated with them. A thick film paste obtained by mixing the powder with an organic binder or a solvent is printed by a method such as screen printing or the like to form a wiring circuit and then fired.

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

ところが最近では、電子機器の高性能化や小型化が著
しく、高密度実装を実現するためには、配線回路体を極
端に微細化する必要がある。また、回路導体のもつ抵抗
による損失をいかに低く抑制するかが大きな問題となっ
ている。したがって、回路導体の低抵抗化への期待は非
常に大きなものである。
However, recently, the performance and miniaturization of electronic devices have been remarkably improved, and in order to realize high-density mounting, it is necessary to extremely miniaturize a wiring circuit body. Another important problem is how to suppress the loss caused by the resistance of the circuit conductor. Therefore, expectations for lowering the resistance of circuit conductors are very high.

このような要求に適した材料として、超電導体物質を
用いた超電導体配線回路板が考えられている。超電導体
物質とは、特定の温度以下になると電気抵抗が零にな
る、いわゆる超電導体臨界温度を有する物質であり、セ
ラミックス超電導体物質としては、ランタン−バリウム
−銅酸化物、ランタン−ストロンチウム−銅酸化物(臨
界温度30〜40K)や、イットリウム−バリウム−銅酸化
物、イットリウム−ストロンチウム−銅酸化物、ホルミ
ウム−バリウム−銅酸化物、ホリミウム−ストロンチウ
ム−銅酸化物(臨界温度;80〜104K)のようなアルカリ
土類元素−イットリウム及び/又はランタニド元素−銅
酸化物等が良く知られている。これらの超電導体物質を
配線回路導体として使用すれば、現在問題となっている
配線回路導体の微細化はもちろん、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
が可能である。
As a material suitable for such a demand, a superconductor wiring circuit board using a superconductor substance has been considered. The superconductor material is a material having a so-called superconductor critical temperature, in which the electrical resistance becomes zero when the temperature falls below a specific temperature. Examples of the ceramic superconductor material include lanthanum-barium-copper oxide and lanthanum-strontium-copper. Oxides (critical temperature 30-40K), yttrium-barium-copper oxide, yttrium-strontium-copper oxide, holmium-barium-copper oxide, holmium-strontium-copper oxide (critical temperature; 80-104K) Such alkaline earth elements-yttrium and / or lanthanide elements-copper oxide are well known. If these superconductor materials are used as wiring circuit conductors, it is possible to solve various problems caused by signal current loss due to electric resistance and heat generation, as well as miniaturization of the wiring circuit conductor, which is currently a problem. .

このような超電導体配線回路を基板上に形成するには
前記したように、セラミックス等の基板表面に、超電導
体原粉末あるいは、超電導体物質粉と有機バインダをガ
ラス粉とともに、又はガラス粉添加なしに混合した厚膜
ペーストを用いて、スクリーン印刷等により印刷して配
線回路パターンを形成し、焼成する方法が考えられる。
セラミックス超電導体原料粉末としては、バリウム、ス
トロンチウム等のようなアルカリ土類金属の炭酸塩、あ
るいは蓚酸塩イットリウム又はランタニド元素の酸化
物、あるいは蓚酸塩及び酸化銅もしくは蓚酸銅を構成成
分とする混合粉が用いられる。超電導体物質粉として
は、上記原料粉を焼成後再粉砕したものが用いられる。
超電導体配線回路は、上記した粉体を厚膜ペーストとし
印刷・焼成して形成する。しかしながら、このような方
法では、焼成工程を経るため超電導体配線回路には予測
し得ない種々の問題が生じる。まず第1は、900℃以上
の高温で焼成するため、焼成工程において基板と反応
し、例えば臨界温度93Kを示すセラミックス超電導体物
質では80K付近から抵抗は減少しはじめるが、電気抵抗
が零を示す臨界温度は50Kに低温化してしまうなど、超
電導性が劣化することである。このため、焼成時の温
度、時間を正確に管理しなければないことである。第2
は、良く知られているように、超電導体は緻密な焼結体
になりにくく、このため基板との接着強さは5Mpa以下程
度になり、強い接着が得られないことがある。また、こ
の対策としてガラス粉を混合すると、例えば臨界温度が
93Kの物質でも30〜50Kに低温化してしまい、セラミック
ス超電導体の超電導性が著しく劣化することである。第
3は、これ迄のセラミックス超電導体は常態に放置する
だけで、例えば104Kのものが90日経過すると87Kまで臨
界温度が低温下するなど、超電導性が大きく劣化するこ
とである。更に大きな問題は、超伝導体厚膜基板を製造
したり、実際に液体窒素などの極低温状態にさらした時
に、容易に剥離が起こり、信頼性にも問題が生じるた
め、実用に供せられないことである。
In order to form such a superconductor wiring circuit on a substrate, as described above, a superconductor raw powder or a superconductor substance powder and an organic binder are added together with a glass powder to a substrate surface of a ceramic or the like, or no glass powder is added. A method of printing by screen printing or the like using a thick film paste mixed with the above to form a wiring circuit pattern and baking it is conceivable.
Ceramic superconductor raw material powders include carbonates of alkaline earth metals such as barium and strontium, or oxides of yttrium oxalate or lanthanide elements, or mixed powders containing oxalate and copper oxide or copper oxalate as constituents. Is used. As the superconductor substance powder, a powder obtained by firing the above-mentioned raw material powder and then re-pulverized is used.
The superconductor wiring circuit is formed by printing and baking the above powder as a thick film paste. However, in such a method, various unpredictable problems occur in the superconductor wiring circuit due to the firing step. Firstly, since it fires at a high temperature of 900 ° C or higher, it reacts with the substrate in the firing step. For example, in a ceramic superconductor material showing a critical temperature of 93K, the resistance starts to decrease from around 80K, but the electrical resistance shows zero. The superconductivity deteriorates, for example, the critical temperature drops to 50K. Therefore, it is necessary to accurately control the temperature and time during firing. Second
As is well known, superconductors are not easily formed into a dense sintered body, so that the bonding strength with a substrate becomes about 5 MPa or less, and strong bonding may not be obtained. When glass powder is mixed as a countermeasure, for example, the critical temperature
Even with a substance of 93 K, the temperature is lowered to 30 to 50 K, and the superconductivity of the ceramic superconductor is significantly deteriorated. Third, the superconductivity is greatly degraded, for example, the superconductivity of the conventional ceramic superconductor is simply left as it is, and the critical temperature is lowered to 87K after 104 days of, for example, 104K. An even bigger problem is that when a superconductor thick film substrate is manufactured or exposed to an extremely low temperature state such as liquid nitrogen, it easily peels off, causing a problem in reliability. That is not.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明者らは、超電導体厚膜配線回路基板の焼成につ
いて広範な研究を重ねた結果、これらの現象を引き起こ
すのはセラミックス超電導体が緻密な焼結体を作りにく
く、また基板との界面に接着層が形成されないためであ
り、超電導体物質粉と有機バインダを混合した厚膜ペー
スト自信に前述したような問題が発生する原因があるこ
とを見出した。そこで、本発明者らは、かかる問題を解
決するために、鋭意研究した結果、セラミックス超電導
体原料粉あるいはセラミックス超電導体物質粉に高温で
酸素を離脱し、且つ、液相となり接着層を形成するある
種の金属酸化物を混合して厚膜ペーストとすると、750
〜950℃の広い焼成温度域でも密着性が優れ、緻密で信
頼性の高いセラミックス超電導体配線回路導体が形成で
きることを見出し、本発明に至ったものである。
The present inventors have conducted extensive research on firing of a superconductor thick film wiring circuit board, and as a result, it is difficult for ceramic superconductors to produce a dense sintered body, This is because the adhesive layer is not formed, and it has been found that the above-mentioned problem occurs in the thick film paste in which the superconductor material powder and the organic binder are mixed. Then, the present inventors, in order to solve such a problem, as a result of intensive research, desorbed oxygen at a high temperature to the ceramic superconductor raw material powder or ceramic superconductor material powder, and formed a liquid phase to form an adhesive layer. When certain metal oxides are mixed into a thick film paste, 750
The present inventors have found that a ceramic superconductor wiring circuit conductor having excellent adhesion even in a wide firing temperature range of up to 950 ° C. and having high density and high reliability can be formed, and the present invention has been accomplished.

従って、本発明はこれ迄のセラミックス超電導体厚膜
配線回路基板の欠点を改良し、超電導特性に優れ、基板
との高い接着強度が得られるセラミックス超電導体厚膜
ペーストの製造方法を提供するものである。すなわち本
発明は、セラミックス超電導体物質粉との間で、反応性
が低く、且つ、焼成工程において酸素を放出し、しかも
液相を形成してセラミックス超電導体の緻密化を促進す
るような金属酸化物を混合して、セラミックス超電導体
厚膜ペーストとすることを特徴とするものである。
Accordingly, the present invention is to provide a method for producing a ceramic superconductor thick film paste which improves the conventional disadvantages of the ceramic superconductor thick film wiring circuit board, has excellent superconducting properties, and provides a high adhesive strength to the substrate. is there. That is, the present invention provides a metal oxide which has low reactivity with ceramic superconductor material powder, releases oxygen in the firing step, and forms a liquid phase to promote the densification of the ceramic superconductor. A ceramic superconductor thick film paste by mixing materials.

セラミックス超電導体物質粉は、アルカリ土類元素と
イットリウム及び/又はランタニド元素の酸化物、又は
炭酸塩を有機溶剤からなる分散媒中に分散させた後、蓚
酸銅を上記分散媒中で生成させ、次いで固形分若しくは
共沈澱を分散媒より分離して、超電導体原料粉とし、次
いでこれを950℃以下の温度で焼成したものを用いた。
尚、蓚酸銅を共沈澱として含有する超電導体原料粉は、
アルカリ土類元素とイットリウム及び/又はランタニド
元素の酸化物又は炭酸塩の粉末を、有機溶剤からなる分
散媒中に分散させ、その場で蓚酸銅を生成させると製造
できる。すなわち、あらかじめ上記酸化物又は、炭酸塩
の粉末を所定のモル比で分散媒中に分散させてスラリと
し、このスラリに用いる銅に対して、当量以上の蓚酸を
加え更にこれに所定量の銅塩を加えて分散媒中で硝酸を
銅塩を反応させれば容易に製造できる。また、別の方法
として、アルカリ土類元素の炭酸塩とイットリウム及び
/又はランタニド元素の酸化物及び酸化銅を所定のモル
比で混合し、これを950℃の大気中で焼成すると得られ
る。なお、本発明の方法においては、超電導体原料粉は
超電導性に有害な影響を与えない限り、前述以外の方法
で製造したものであっても、何ら差しつかえない。
Ceramic superconductor material powder, after dispersing an alkaline earth element and yttrium and / or a lanthanide element oxide or carbonate in a dispersion medium composed of an organic solvent, copper oxalate is generated in the dispersion medium, Next, the solid content or coprecipitate was separated from the dispersion medium to obtain a superconductor raw material powder, which was then fired at a temperature of 950 ° C. or lower.
Incidentally, the superconductor raw material powder containing copper oxalate as a coprecipitate,
It can be produced by dispersing a powder of an oxide or carbonate of an alkaline earth element and yttrium and / or a lanthanide element in a dispersion medium composed of an organic solvent and generating copper oxalate in situ. That is, the above oxide or carbonate powder is dispersed in a dispersion medium in a predetermined molar ratio in advance into a slurry, and an equivalent amount or more of oxalic acid is added to copper used in the slurry, and a predetermined amount of copper is further added thereto. It can be easily produced by adding a salt and reacting nitric acid with a copper salt in a dispersion medium. As another method, a carbonate of an alkaline earth element, an oxide of an yttrium and / or a lanthanide element, and copper oxide are mixed at a predetermined molar ratio, and the mixture is fired in the air at 950 ° C. In addition, in the method of the present invention, as long as the superconductor raw material powder does not adversely affect the superconductivity, there is no problem even if it is manufactured by a method other than the above.

〔作用〕[Action]

本発明において、セラミックス超電導体厚膜ペースト
には、ある種の金属酸化物が添加混合される。この金属
酸化物は焼成過程において、酸素を離脱し、高温で液相
を生成するようなものであり、通常は酸化銀が好ましく
用いられる。すなわち酸化銀は、超電導体物質粉と均一
に混合して厚膜ペーストとし焼成すると、簡単に酸素を
離脱して金属銀を生成する。
In the present invention, a certain metal oxide is added to and mixed with the ceramic superconductor thick film paste. This metal oxide releases oxygen in the firing step and generates a liquid phase at a high temperature. Usually, silver oxide is preferably used. That is, when silver oxide is uniformly mixed with the superconductor material powder and baked as a thick film paste, oxygen is easily released to form metallic silver.

この時、生成した金属銀はセラミックス超電導体とは
反応せず、セラミックス超電導体の緻密化を促進するだ
けで焼成終期には、セラミックス超電導体の粒界多重結
合点に偏析することがわかった。尚、本発明の方法にお
いて、超電導体ペースト中の高温で酸素を離脱する金属
酸化物は焼成過程において、セラミックス超電導体の内
部で酸素を離脱するので、セラミックス超電導体の超電
導性を向上すると考えられる。また、特に酸化銀は酸素
を放出した後で、液相を形成し焼結体を緻密化するばか
りでなく、基板とも良く濡れることにより、接着性を向
上させるものと考えられる。このことは焼結中に酸素を
離脱して、液相を形成し基板とも良く濡れるものであれ
ば、同様な作用を有するものと考えられるので、特に酸
化銀に限定するものではなく、他の金属酸化物あるい
は、酸化銀を含有若しくは非含有の複数の金属酸化物の
混合体であっても良い。
At this time, it was found that the generated metallic silver did not react with the ceramic superconductor, but segregated at the grain boundary multiple bonding point of the ceramic superconductor at the end of firing only by accelerating the densification of the ceramic superconductor. In the method of the present invention, the metal oxide that releases oxygen at a high temperature in the superconductor paste releases oxygen inside the ceramic superconductor during the firing process, and thus is considered to improve the superconductivity of the ceramic superconductor. . In particular, it is considered that silver oxide not only forms a liquid phase after releasing oxygen and densifies the sintered body, but also improves the adhesiveness by well wetting the substrate. This is considered to have the same effect as long as oxygen is released during sintering and a liquid phase is formed and the substrate is well wetted. It may be a metal oxide or a mixture of a plurality of metal oxides containing or not containing silver oxide.

〔実施例〕〔Example〕

平均粒径1.0μm、純度99.5%の炭酸バリウムと平均
粒径1.2μm、純度99.9%の酸化イットリウムとをBa/Y
モル比が2/1となるように秤量混合し、ボールミルにて1
0時間湿式混合し、乾燥して混合粉末を得た。次いで、
上記混合粉末にBa/Y/蓚酸のモル比が2/1/3となるように
蓚酸を加え、スリーワンモータにて攪拌混合してスラリ
を作成した。別に99.3%の硝酸銅1モルをエタノール10
00mlに加え溶液とした。
Ba / Y is composed of barium carbonate with an average particle size of 1.0 μm and a purity of 99.5% and yttrium oxide with an average particle size of 1.2 μm and a purity of 99.9%.
Weigh and mix so that the molar ratio is 2/1, and mix in a ball mill.
The mixture was wet-mixed for 0 hour and dried to obtain a mixed powder. Then
Oxalic acid was added to the mixed powder so that the molar ratio of Ba / Y / oxalic acid was 2/1/3, and the mixture was stirred and mixed with a three-one motor to prepare a slurry. Separately, 1 mol of 99.3% copper nitrate is added to ethanol 10
A solution was added to 00 ml.

前記スラリにBa/Y/蓚酸/Cuのモル比が2/1/3/3となる
ように、上記硝酸銅のエタノール溶液を毎分150mlの割
合で滴下して沈澱を生成させた。
The above-mentioned ethanol solution of copper nitrate was dropped at a rate of 150 ml / min to the slurry so that the molar ratio of Ba / Y / oxalic acid / Cu was 2/1/3/3, thereby producing a precipitate.

沈澱を熟成するために、約12時間放置した後、過剰の
エタノールにて固形分を洗浄し、次いでジルコニアボー
ルを用いて3時間粉砕混合して平均粒径1.0μmのバリ
ウム、イットリウム及び蓚酸銅を含む混合粉末を得た。
この混合粉末にアクリル樹脂をバインダとして、3重量
%加えて混合した後、乾燥し顆粒とした。
After standing for about 12 hours to age the precipitate, the solid content was washed with excess ethanol, and then ground and mixed for 3 hours using zirconia balls to remove barium, yttrium and copper oxalate having an average particle size of 1.0 μm. Containing mixed powder was obtained.
3% by weight of an acrylic resin as a binder was added to the mixed powder, mixed, and then dried to obtain granules.

次いで上記顆粒を100℃/時の速度で加熱昇温し、720
〜950℃の温度で2〜10時間大気中で焼成してセラミッ
クス超電導体を得た。尚、得られたセラミックス超電導
体は、結晶状態を観察し結晶組織がBa2Y1Cu3O7−α
斜方晶構造体であるかどうか、及び室温から液体窒素温
度までの電気抵抗を測定して評価確認した。次いで、こ
のようにして得られたセラミックス超電導体をジルコニ
アボールを用いてエタノール中で1〜10時間湿式粉砕し
て平均粒径1μmのセラミックス超電導体物質粉とし
た。このセラミックス超電導体物質粉に対して酸化銀粉
(粒径0.5μm)を0.1〜50重量部混合して混合粉とし
た。次いでこの混合粉100重量部に対しエチルセルロー
ズ(米国ハーキュリーズ社製、品番N−7)を5重量部
添加し、テルビネオール−エチレングコールモノブチル
エーテルの等量混合溶剤を加え、らいかい機で1〜10時
間混合して、セラミックス超電導体厚膜ペーストとし
た。次いでこの厚膜ペーストをジルコニアセラミックス
基板(厚さ:1mm)上にスクリーン印刷し、750〜950℃の
範囲で0.1〜6時間、大気中で焼成してセラミックス超
電導厚膜配線回路基板を製造した。
Then, the granules were heated and heated at a rate of 100 ° C./hour,
It was fired in the air at a temperature of 950950 ° C. for 2 to 10 hours to obtain a ceramic superconductor. The obtained ceramic superconductor was observed for its crystal state to determine whether the crystal structure was an orthorhombic structure of Ba 2 Y 1 Cu 3 O 7-α , and the electrical resistance from room temperature to liquid nitrogen temperature. It was measured and evaluated. Next, the thus obtained ceramic superconductor was wet-pulverized in ethanol for 1 to 10 hours using zirconia balls to obtain a ceramic superconductor material powder having an average particle diameter of 1 μm. The ceramic superconductor material powder was mixed with 0.1 to 50 parts by weight of silver oxide powder (particle size: 0.5 μm) to obtain a mixed powder. Next, 5 parts by weight of ethyl cellulose (manufactured by Hercules, Inc., product number N-7) was added to 100 parts by weight of the mixed powder, and a mixed solvent of an equal amount of terbineol-ethylene glycol monobutyl ether was added. After mixing for 10 hours, a ceramic superconductor thick film paste was obtained. Next, this thick film paste was screen-printed on a zirconia ceramic substrate (thickness: 1 mm) and fired in the air at a temperature of 750 to 950 ° C. for 0.1 to 6 hours to produce a ceramic superconducting thick film wiring circuit board.

第1図から第5図は、顆粒を900℃で3時間焼成後、
5時間ボールミル粉砕して作成した超電導体物質粉を用
い、上記した方法で厚膜ペーストとし、ジルコニア基板
上にスクリーン印刷、次いで印刷基板を900℃で1時間
焼成したセラミックス超電導体厚膜配線回路基板の電気
抵抗の温度特性を示す。
Figures 1 to 5 show that the granules are fired at 900 ° C for 3 hours,
A ceramic superconductor thick film wiring circuit board obtained by using a superconductor material powder prepared by ball milling for 5 hours to form a thick film paste by the method described above, screen printing on a zirconia substrate, and then firing the printed substrate at 900 ° C. for 1 hour. 4 shows the temperature characteristics of the electric resistance of the sample.

図6は、酸化銀を添加しないペーストを厚さが1mmの
シートとし、900℃で1時間焼成して作成したセラミッ
クス超電導体の電気抵抗の温度特性であり、図7は酸化
銀を30重量部混合した場合の結果である。尚、図8は酸
化銀添加なしの超電導体ペーストを上記と同じ方法で、
ジルコニア基板上に印刷焼成した場合の電気抵抗の温度
特性の測定例を示した。酸化銀を添加した超電導体配線
回路基板は、電気抵抗が零になる臨界温度は100〜105K
であり、酸化銀の添加割合が4.5及び10重量部では105K
であり18,27,36の重部のものは100Kであった。尚、図示
しないが添加量が50重量部以上では97Kになることが確
認された。また、酸化銀を添加しないセラミックス超電
導体は80〜104Kで、ジルコニア基板に焼付けたものは93
Kであった。尚、酸化銀を添加し、750〜970℃で焼成し
たものはいずれもBa2Y1Cu3O7−αの斜方晶の結晶組織
を持った緻密なセラミックス体であった。
FIG. 6 shows the temperature characteristics of the electrical resistance of a ceramic superconductor prepared by forming a paste having no silver oxide into a sheet having a thickness of 1 mm and firing at 900 ° C. for 1 hour, and FIG. 7 shows 30 parts by weight of silver oxide. This is the result of mixing. FIG. 8 shows a superconductor paste without silver oxide added in the same manner as described above.
The measurement example of the temperature characteristic of the electric resistance when printing and firing on a zirconia substrate was shown. The critical temperature at which the electrical resistance becomes zero is 100 to 105 K for the superconductor wiring circuit board to which silver oxide is added.
105K at 4.5 and 10 parts by weight of silver oxide
The weight of 18,27,36 was 100K. Although not shown, it was confirmed that when the addition amount was 50 parts by weight or more, the temperature became 97K. The ceramic superconductor without added silver oxide was 80 to 104K, and the one baked on a zirconia substrate was 93
It was K. In addition, all of the samples to which silver oxide was added and fired at 750 to 970 ° C. were dense ceramic bodies having an orthorhombic crystal structure of Ba 2 Y 1 Cu 3 O 7-α .

これらの例から、ペーストを印刷後焼成することは、
超電導体を得る為の必須の方法ではなく、ペーストをシ
ート等の形状に加工した後、焼成する方法でも、同様の
超電導体が得られることがわかった。
From these examples, baking after printing the paste,
It has been found that a similar superconductor can be obtained not only by an essential method for obtaining a superconductor but also by a method in which a paste is processed into a sheet or the like and then fired.

従来、バリウム、イットリウム及び銅を含むセラミッ
クス超電導体は、超電導性の経時劣化が大きいとされて
いるのに対して、本発明によるセラミックス超電導体は
湿度60%の室温空気に90日間放置しても、超電導性を示
す臨界温度の変化率は5%以下であり、接着強さも全く
変わらないことがわかった。
Conventionally, ceramic superconductors containing barium, yttrium, and copper have been described as having a large deterioration in superconductivity with time, whereas the ceramic superconductor according to the present invention has been left in air at room temperature of 60% humidity for 90 days. It was found that the rate of change of the critical temperature indicating superconductivity was 5% or less, and the adhesive strength was not changed at all.

このように、極めて安定で経時劣化が少ない理由は、
セラミックス超電導体が緻密で均一な組織を有している
ためと考えられる。そこで、これを確認するために実施
例と同じ方法で製造したセラミックス超電導体物質粉を
用い、これに酸化銀を添加したものと添加しないセラミ
ックス超電導体ペーストを作成し、これをジルコニア基
板にスクリーン印刷し、750〜950℃の範囲で、大気中で
3時間焼成してセラミックス超電導体厚膜配線回路基板
とし、接着強さを測定した。
Thus, the reason that it is extremely stable and has little deterioration over time is as follows.
This is probably because the ceramic superconductor has a dense and uniform structure. Therefore, in order to confirm this, using ceramic superconductor material powder manufactured in the same manner as in the example, a ceramic superconductor paste with and without silver oxide was prepared, and this was screen-printed on a zirconia substrate. Then, it was baked in the air at 750 to 950 ° C. for 3 hours to obtain a ceramic superconductor thick film wiring circuit board, and the adhesive strength was measured.

第1表は、その結果の一例を示したものである。酸化
銀を添加したものは、いずれも15Mpa以上の接着強さを
示しているが、酸化銀を添加しなかったものは5Mpa以下
であり液体窒素温度にさらしたところ簡単に剥離して脱
落した。この剥離脱落したセラミックス超電導体の焼結
状態は、図示していないが多孔質であり、剥離面には接
着層は全くみられなかった。このころから、セラミック
ス超電導体は焼結終期において、熱的性質が基板の熱的
性質を不整合なため、焼結は進んでいても緻密化が抑制
されること、また、基板との界面に接着を促進するよう
な液相が偏析しないため、接着力が殆ど得られないもの
と考察された。これに対して、酸化銀を添加したもので
は、焼成過程において、セラミックス超電導体の形成に
必須と する酸素を、焼結体の内部で生成し、且つ、発生期の金
属銀がセラミックス超電導体の液相焼結を促進して緻密
化を向上するとともに、焼結終期には、セラミックス超
電導体の粒界三重結合点や、表面層及び基板との界面に
偏析して、緻密化や耐環境劣化性の改善と、接着強さの
向上をもたらしたものと考えられる。
Table 1 shows an example of the results. All of the samples to which silver oxide was added exhibited an adhesive strength of 15 Mpa or more, while those to which no silver oxide was added had a bond strength of 5 Mpa or less, and easily peeled off when exposed to liquid nitrogen temperature. The sintering state of the separated and dropped ceramic superconductor was not shown, but was porous, and no adhesive layer was observed on the separated surface. From this time, at the end of sintering, ceramic superconductors have thermal properties that are inconsistent with the thermal properties of the substrate, so that densification is suppressed even if sintering is in progress. It was considered that almost no adhesive strength could be obtained because the liquid phase that promotes adhesion was not segregated. On the other hand, those containing silver oxide are indispensable for the formation of ceramic superconductors during the firing process. Oxygen is generated inside the sintered body, and the nascent metallic silver promotes the liquid phase sintering of the ceramic superconductor to improve the densification. It is considered that segregation occurs at the grain boundary triple bond point and at the interface between the surface layer and the substrate, resulting in improvement in densification, resistance to environmental degradation, and improvement in adhesive strength.

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

図1〜5は、本発明によるセラミックス超電導体厚膜配
線回路基板の、電気抵抗の温度変化の一例を示すグラフ
であり、図6は酸化銀を添加しないペーストを焼結した
セラミックス超電導体の電気抵抗の温度変化の測定例、
図7は30重量部添加したペーストの焼結体の電気抵抗の
温度変化の測定例であり、図8は図6で用いたペースト
をジルコニア基板に印刷・焼成した時の電気抵抗の温度
特性を示すグラフである。
1 to 5 are graphs showing an example of a temperature change of electric resistance of a ceramic superconductor thick film wiring circuit board according to the present invention, and FIG. 6 shows an electric power of a ceramic superconductor obtained by sintering a paste without adding silver oxide. Measurement example of temperature change of resistance,
FIG. 7 is a measurement example of the temperature change of the electric resistance of the sintered body of the paste added with 30 parts by weight, and FIG. 8 shows the temperature characteristic of the electric resistance when the paste used in FIG. 6 is printed and fired on a zirconia substrate. It is a graph shown.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/24 ZAA H01L 39/24 ZAAZ (72)発明者 越村 正己 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270 三菱 鉱業セメント株式会社セラミックス研究 所内 (72)発明者 伊東 清次 神奈川県厚木市飯山字台の岡2453―21 田中マッセイ株式会社厚木工場内 (56)参考文献 特開 昭64−65060(JP,A) 特開 平1−133924(JP,A) Jan.J.Appl.Phys., Vol.26,No.5(1987),P.L 832−L833──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical indication location H01L 39/24 ZAA H01L 39/24 ZAAZ (72) Inventor Masami Koshimura Yokoze, Yokoze-cho, Chichibu-gun, Saitama 2270 Mitsubishi Mining Cement Co., Ltd. Ceramics Research Laboratory (72) Inventor Seiji Ito 2453-21 Iiyama Odaika, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Tanaka Massey Co., Ltd. Atsugi Plant (56) References JP-A 64-65060 (JP, A) JP-A-1-133924 (JP, A) Jan. J. Appl. Phys. , Vol. 26, No. 5 (1987), p. L832-L833

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】セラミックス超電導体物質粉を有機結合材
及び溶剤と混合するセラミックス超電導体ぺーストの製
造方法において、焼成過程で酸素を離脱する金属酸化物
物質粉を超電導体物質粉に対して0.1〜50重量部の範囲
で混合することを特徴とするセラミックス超電導体ぺー
ストの製造方法。
1. A method for producing a ceramic superconductor paste in which a ceramic superconductor material powder is mixed with an organic binder and a solvent, wherein a metal oxide material powder capable of releasing oxygen during the firing step is added to the superconductor material powder in an amount of 0.1%. A method for producing a ceramic superconductor paste, wherein the paste is mixed in an amount of from 50 to 50 parts by weight.
【請求項2】混合する金属酸化物物質粉が酸化銀、酸化
パラジウム及び/又はこれを含む混合物か合金酸化物で
あることを特徴とする請求項1記載のセラミックス超電
導体ペーストの製造方法。
2. The method for producing a ceramic superconductor paste according to claim 1, wherein the metal oxide material powder to be mixed is silver oxide, palladium oxide, and / or a mixture or alloy oxide containing these.
【請求項3】超電導体物質粉がアルカリ土類元素、イッ
トリウム及び/又はランタニド元素及び銅を構成成分と
する酸化物からなるものであることを特徴とする請求項
1記載の超電導体ペーストの製造方法。
3. The method for producing a superconductor paste according to claim 1, wherein the superconductor material powder is composed of an oxide containing alkaline earth element, yttrium and / or lanthanide element and copper as constituents. Method.
【請求項4】アルカリ土類元素とイットリウム及び/又
はランタニド元素の酸化物又は炭酸塩を含んでなる超電
導体物質粉を有機溶剤からなる分散媒中に分散させた
後、蓚酸銅を上記分散媒中で生成させ、次いで固形分又
は共沈澱を分散媒より分離・熱処理したものであること
を特徴とする請求項1記載の超電導体ペーストの製造方
法。
4. A superconductor material powder containing an oxide or a carbonate of an alkaline earth element and yttrium and / or a lanthanide element is dispersed in a dispersion medium composed of an organic solvent, and then copper oxalate is dispersed in the dispersion medium. 2. The method for producing a superconductor paste according to claim 1, wherein the solid content or the coprecipitate is separated and heat-treated from a dispersion medium.
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