JP2813094B2 - 配線基板 - Google Patents

配線基板

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JP2813094B2
JP2813094B2 JP4100863A JP10086392A JP2813094B2 JP 2813094 B2 JP2813094 B2 JP 2813094B2 JP 4100863 A JP4100863 A JP 4100863A JP 10086392 A JP10086392 A JP 10086392A JP 2813094 B2 JP2813094 B2 JP 2813094B2
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は配線基板に関し、より詳
細にはジョセフソン素子等の超電導素子が載置、収容さ
れる回路基板やパッケージ等に使用される配線基板に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、回路基板や半導体素子を収容する
パッケージ等に用いられる配線基板はその回路配線がM
oーMn法等の厚膜形成技術によって形成されている。
【0003】このMoーMn法は通常、タングステン、
モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に有機溶剤、
溶媒を添加混合し、ペースト状となした金属ペーストを
生もしくは焼結セラミック体の外表面にスクリーン印刷
法により所定パターンに印刷塗布し、次にこれを還元雰
囲気中で焼成し、高融点金属粉末とセラミック体とを焼
結一体化させる方法である。
【0004】しかしながら、このMoーMn法を用いて
回路配線を形成した配線基板は、回路配線がタングステ
ンやモリブデン、マンガン等から成り、該タングステン
等はその電気抵抗値が高く、電気信号の高速伝達が不可
であることから信号の伝達速度が高速であるジョセフソ
ン素子等の超電導素子を接続した場合、超電導素子本来
の高速駆動の機能を充分発揮させることができないとい
う欠点を有していた。
【0005】そこで上記欠点を解消するために回路配線
を超電導性材料であるニオブで形成した配線基板が提案
されている。
【0006】かかる配線基板によれば回路配線が超電導
性材料から成り、電気信号の高速伝達が可能であること
から回路配線に信号の伝達速度が高速であるジョセフソ
ン素子等の超電導素子を接続したとしても回路配線が超
電導素子の高速駆動の機能を阻害することはなく、超電
導素子に回路配線を介して電気信号を高速で出し入れす
ることが可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この配
線基板においてはセラミック体が酸化アルミニウム質焼
結体やムライト質焼結体等の金属酸化物から成っている
こと及び回路配線を形成するニオブが極めて酸化され易
い材料であること等からセラミック体の表面に回路配線
を被着接合させた場合、回路配線のニオブがセラミック
体中に含まれる酸素と反応して酸化物を生成するととも
に超電導性を喪失し、その結果、回路配線を介して超電
導素子に電気信号を高速で出し入れすることが不可とな
る欠点を有していた。
【0008】
【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は回路配線の超電導性を維持し、該回路配
線に接続される超電導素子を長期間にわたり正常、且つ
安定に作動させることができる配線基板を提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は金属酸化物から
成る絶縁基体上に、超電導素子の電極が接続される回路
配線を被着接合して成る配線基板であって、前記回路配
線はニオブから成り、且つ回路配線と絶縁基体との接合
界面にチタン、モリブデン、タングステン、アルミニウ
ム、タンタル、チタンータングステン、窒化タンタルの
少なくとも一種から成るバリア層が介在されていること
を特徴とするものである。
【0010】
【作用】本発明の配線基板によれば金属酸化物から成る
絶縁基体とニオブから成る回路配線との間にチタン、モ
リブデン、タングステン、アルミニウム、タンタル、チ
タンータングステン、窒化タンタルの少なくとも一種か
ら成るバリア層を介在させたことから回路配線のニオブ
が絶縁基体の酸素と反応して超電導性のない酸化物を生
成することは一切なく、これによって回路配線の超電導
性を維持し、回路配線を介して超電導素子に電気信号を
高速で出し入れすることが可能となる。
【0011】
【実施例】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図1は本発明の配線基板の一実施例を示す断面図で
あり、1 は絶縁基体、2 は回路配線である。
【0012】前記絶縁基体1 は酸化アルミニウム質焼結
体、ムライト質焼結体等の電気絶縁性の金属酸化物から
成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合に
はアルミナ(Al 2 O 3 ) 、シリカ(SiO2 ) 、カルシア(C
aO) 、マグネシア(MgO) 等の原料粉末に適当な有機溶
剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従
来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採
用することによってセラミックグリーンシート( セラミ
ック生シート) を形成し、しかる後、前記セラミックグ
リーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状と
なすとともに高温( 約1600℃) で焼成することによっ
て、或いはアルミナ等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶
媒を添加混合するとともに該原料粉末をプレス成形機に
よって所定形状に成形し、次に前記成形体を約1600℃の
温度で焼成することによって製作される。
【0013】また前記絶縁基体1 の上面にはバリア層2
が被着されており、該バリア層2 の上面にはニオブから
成る回路配線3 が被着形成されている。
【0014】前記バリア層2 はチタン、モリブデン、タ
ングステン、アルミニウム、タンタル、チタンータング
ステン、窒化タンタルの少なくとも一種から成り、該バ
リア層2 は回路配線3 を構成するニオブと絶縁基体1 中
に含まれる酸素とが反応し、回路配線3 のニオブが超電
導性のない酸化物となるのを防止する作用を為す。
【0015】前記バリア層2 はチタン、モリブデン、ア
ルミニウム等を従来周知のスパッタリング法や蒸着法、
イオンプレーティング法等の薄膜形成技術を採用するこ
とによって絶縁基体1 の上面に被着され、この場合、チ
タン、モリブデン、アルミニウム等は金属酸化物と接合
性が良いことから絶縁基体1の上面に強固に被着接合す
る。
【0016】尚、前記バリア層2 はその厚みが0.1 μm
未満であると回路配線3 のニオブと絶縁基体1 に含まれ
る酸素との反応を有効に防止するのが困難となり、また
1.0μm を越えるとバリア層2 内に該バリア層2 を形成
する際に発生する大きな応力が内在し、絶縁基体1 とバ
リア層2 との接合強度が低下する傾向にある。従って、
前記バリア層2 はその厚みを0.1 乃至1.0 μm の範囲と
しておくことが好ましい。
【0017】また前記バリア層2 の上面にはニオブ(Nb)
から成る回路配線3 が被着されている。
【0018】前記ニオブから成る回路配線3 は従来周知
の薄膜形成技術を採用することによってバリア層2 の上
面に被着形成され、具体的にはバリア層2 の上面にニオ
ブをスパッタリング法やイオンプレーティング法により
層着するとともにこれをフォトリソグラフィー技術によ
り所定パターンに加工することによって形成される。
【0019】また前記回路配線3 を構成するニオブは超
電導性材料であり、電気信号の高速伝達を可能とするこ
とから回路配線3 に電気信号の伝達速度が高速であるジ
ョセフソン素子等の超電導素子A を接続することができ
る。
【0020】更に前記回路配線3 を構成するニオブは非
磁性材料であり、そのため回路配線3 に電気信号が伝達
したとしても回路配線3 内に磁場が残留することはな
く、その結果、前記残留磁場によって電気信号にノイズ
が入り込むのを皆無としてジョセフソン素子等の超電導
素子A を正常、且つ安定に作動させることも可能とな
る。
【0021】尚、前記ニオブから成る回路配線3 はその
厚みが1.0 μm 未満であるとバリア層2 の表面粗さに起
因して回路配線3 中に厚みが極めて薄い部分が形成され
て回路配線3 に電気信号を正常に伝達させるのが困難と
なり、また5.0 μm を越えると回路配線3 内に該回路配
線3 を形成する際に発生する大きな応力が内在し、バリ
ア層2 と回路配線3 との接合強度が低下する傾向にあ
る。従って、前記ニオブから成る回路配線3 はその厚み
を1.0 乃至5.0 μm の範囲としておくことが好ましい。
【0022】また前記回路配線3 はその上面に第1金属
層4 と第2金属層5 より構成される被覆層6 が被着され
ている。
【0023】前記被覆層6 を構成する第1 金属層4 は例
えば、銅(Cu)から成り、該銅から成る第1 金属層4 は回
路配線3 が酸化し酸化物を生成して超電導性を喪失する
のを防止するとともに超電導素子A を半田を介して接続
させる際、半田と回路配線3との接合を強固なものとす
る作用を為す。
【0024】前記銅から成る第1 金属層4 は回路配線3
上に従来周知のスパッタリング法やイオンプレーティン
グ法により層着するとともにこれをフォトリソグラフィ
ー技術により所定パターンに加工することによって回路
配線3 の表面に被着される。
【0025】尚、前記第1 金属層4 を形成する銅は非磁
性材料であり、第1 金属層4 に電気信号が伝達したとし
ても第1 金属層4 内には磁場が残留することはなく、該
残留磁場によって電気信号にノイズが入り込むこともな
い。
【0026】また前記銅から成る第1 金属層4 はその厚
みが3.0 μm 未満であると回路配線3 にジョセフソン素
子等の超電導素子A を半田7 を介して接続する際、第1
金属層4 が半田中に拡散し、半田がロウ材と濡れ性の悪
い回路配線3 に直接接触することとなって超電導素子A
の回路配線3 への接続が弱くなる傾向にあり、また10.0
μm を越えると第1 金属層4 内に該第1 金属層4 を形成
する際に発生する大等来な応力が内在し、第1 金属層4
と回路配線3 との接合強度が低下する傾向にある。従っ
て、前記銅から成る第1 金属層4 はその厚みを3.0 乃至
10.0μm の範囲としておくことが好ましい。
【0027】前記銅から成る第1 金属層4 は更にその表
面に第2 金属層5 が被着されており、該第2 の金属層5
は例えば、錫もしくは錫ー鉛より形成されている。
【0028】前記錫もしくは錫ー鉛より成る第2 の金属
層5 は第1 金属層4 と低温溶融半田との濡れ性を改善す
る作用を為し、回路配線3 上に半田7 を介して超電導素
子Aを載置するとともに前記半田7 を超音波を用いて低
温溶融させ回路配線3 と超電導素子A の電極とを接続さ
せた場合、半田7 は回路配線3(実際には回路配線3 の表
面に被着させた銅)に強固に接合し、これによって超電
導素子A を回路配線3に確実、強固に接続させることが
できる。
【0029】尚、前記錫もしくは錫ー鉛より成る第2 の
金属層5 は例えば、無電解メッキ法を採用することによ
って第1 の金属層4 表面に被着される。
【0030】また前記錫もしくは錫ー鉛より成る第2 の
金属層5 はその厚みは0.1 μm 未満であると回路配線3
と半田との濡れ性が充分に改善されず、また3.0 μm を
越えると超電導素子A の電極を半田を介し回路配線3 に
接続する際、半田が球状となって両者の接続面積が狭く
なり、接続の信頼性が低下する傾向にあるため0.1 乃至
3.0 μm の厚みに被着しておくことが好ましい。
【0031】かくして本発明の配線基板によれば絶縁基
体1 上の回路配線3 にジョセフソン素子等の超電導素子
A を半田7 を介して電気的に接続し、回路配線3 を介し
て超電導素子A に電気信号を出し入れすることによって
回路基板やパッケージとして機能する。
【0032】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば回路配線3 に被着させ
た被覆層6 のうち超電導素子A の電極が接続される領域
を除く表面に半田と濡れ性の悪いニオブ、モリブデン、
タングステン、チタン、タンタル、タングステン、アル
ミニウム、レニウム等を0.05乃至2.0 μm の厚みに被着
させておけば該ニオブ、モリブデン等が超電導素子A の
電極を回路配線3 に半田7 を介して接続する際、半田7
が回路配線3 上に不要に広がるのを有効に防止し、超電
導素子A と回路配線3 との接続をより強固なものとな
す。従って、回路配線3 に被着させた被覆層6 のうち超
電導素子A の電極が接続される領域を除く表面にはニオ
ブ、モリブデン、タングステン、チタン、タンタル、タ
ングステン、アルミニウム、レニウム等を0.05乃至2.0
μm の厚みに被着させておくことが好ましい。
【0033】また前記実施例では絶縁基体1 の上面に回
路配線3 を一層形成した配線基板で説明したが絶縁基体
1 の上面にポリイミド樹脂から成る絶縁膜と回路配線3
とを順次、多層に積層して成る多層の配線基板にも適用
しえる。
【0034】
【発明の効果】本発明の配線基板によれば回路配線が超
電導性材料であるニオブにより形成されており、電気信
号の高速伝達を可能とすることから回路配線に電気信号
の伝達速度が高速であるジョセフソン素子等の超電導素
子を接続したとしても回路配線が超電導素子の高速駆動
の機能を阻害することはなく、超電導素子に回路配線を
介して電気信号を高速で出し入れすることが可能とな
る。
【0035】また本発明の配線基板によれば金属酸化物
から成る絶縁基体とニオブから成る回路配線との間にバ
リア層を介在させたことから回路配線のニオブが絶縁基
体の酸素と反応して超電導性のない酸化物を生成するこ
とは一切なく、これによって回路配線の超電導性を維持
し、回路配線を介して超電導素子に電気信号を高速で出
し入れすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1・・・・・・絶縁基体 2・・・・・・バリア層 3・・・・・・回路配線 4・・・・・・第1 の金属層 5・・・・・・第2 の金属層 6・・・・・・被覆層 7・・・・・・半田 A・・・・・・超電導素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 39/00 H01L 39/02 - 39/04 H01L 39/22 - 39/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属酸化物から成る絶縁基体上に、超電導
    素子の電極が接続される回路配線を被着接合して成る配
    線基板であって、前記回路配線はニオブから成り、且つ
    回路配線と絶縁基体との接合界面にチタン、モリブデ
    ン、タングステン、アルミニウム、タンタル、チタンー
    タングステン、窒化タンタルの少なくとも一種から成る
    バリア層が介在されていることを特徴とする配線基板。
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