JPH01162398A

JPH01162398A - 超電導セラミツク基板

Info

Publication number: JPH01162398A
Application number: JP62322011A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Yoshiara; 喜市吉新; Tsutomu Hiroki; 広木　勉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-06-26

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〕この発明は、高速信号伝送、微小信号伝送可能で発熱の
防止された超電導セラミック基板に関する。

〔従来の技術〕

従来のセラミック基板には、アＩレミナグリーンシート
丘にＷ、Ｍｏ−Ｍｎ等の高融点導体ペーストを印刷し湿
潤水素雰囲気中で焼成した従来例Ａがある。これは、高
融点金属のＷ、Ｍｏ−Ｍｎを使用し、９０％〜９６％ア
ルミナグリーンシートＬに回路形成し、湿潤水素雰囲気
中で１５００〜１６００℃の温度で焼成する。この従来
例の利点は、グリーンシートの積属による信頼性の高い
多層化であり、多くの入出力端子を必要とするＬＳＩ回
路基板の小型化に利用される。一方、Ｗ　＋　Ｍｏ　−
Ｍｎ　ｔ！、Ｎ気抵抗が高く配線の微細化には適さない
ため、実装密度をＬげる事がでへない。又、焼結したア
ルミナ基板丘にＡｕ　、　Ａｇ　、　Ａｇ　−Ｐｄ　、
　Ｃｕ等の導体ペーストを印刷し大気中又は窒素雰囲気
中で焼成した従来例Ｂがあり、これは、焼結した９６９
６アルミナ基板に、Ａｕ　、　Ａｇ　、　Ａｇ−Ｐｄ　
、　Ｃｕ　ペーストを印刷し、大気中又は窒素雰囲気中
で８５０〜９００℃の温度で焼成するものである。焼成
温度が低く抵抗体誘Ｎ体も使用できるため、焼成−印刷
−焼成をくり返す事により、導体・抵抗体・誘電体をも
つ５〜６層の多層ハイブリッド回路基板を作製する事が
できる。しかし、印刷多層のため多層化限界が低く、又
２次元的な配線の引き□回わししができないため、実装
密度がＬらないという欠点がある。

従来例Ｂの欠点を補うものとして、ガラス−セラミック
複合系グリーンシートＬにＡｕ　、　Ａｇ　、　Ａｇｐ
ｄ＋　Ｃｕ等の導体ペーストを印刷し大気中又は湿潤窒
素雰囲気中で焼成した従来例Ｃがあり、これは８００〜
１０００℃で焼結する材料でグリーンシートを作り、Ａ
ｕ　、　Ａｇ　、　Ａｇ−Ｐｄ　、　Ｃｕペーストをそ
の丘に印刷し積層後、大気中又は窒素雰囲気中で焼成す
るものである。必要に応じて、抵抗の焼成も可能でハイ
ブリット化ができる。しかも、グリーンシート積層のた
め、配線の三次元的引き回わしが可能で実装密度を高く
できる。又、セラミック層の誘電率が５〜７とアルミナ
に比べて低く高速信号伝送に適している。

しかし、従来例Ａ−Ｃは、いづれも有限の抵抗側を持つ
導体を配線材料に使用するため、高速動作素子（ＧａＡ
ｓ　）、や超電導素子を搭載した場合、基板での信号伝
搬遅延、信号の反射、伝送損失等が大きな問題となる。

そこで、電波新聞（昭和６２年５月１２日付）には酸化
物系超電導材料（イツトリウム、バリウム。

銅、酸素）をペースト化し、アＩレミナ製ＦＧＡ（Ｆｉ
ｎｅ　ＧｒａｉｎｅｒＩ　Ａｌｕｍｉｎａ　）　　基板
に印刷、焼成し超電導セラミック基板を形成する従来例
りがある。

これは、Ｙ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０系からなる超電導セ
ラミック粉末を有機バインダーと混練してペースト状に
し、アルミナ基板辷に焼成して超電導配線とし、上記の
問題を解決できるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、例えばＹ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０系の超電導材
料を、通常のアルミナ基板りで焼成すると、Ｃｕ＋Ｂａ
とＡＩが相互拡散し超電導構造が容易に破壊され、超電
導層が半導体又は絶Ｒ体に転移してしまったり、微細配
線ができないという問題点がある。

これらのことから、従来例りに用いた表面平滑性の高い
ＦＧＡ基板では超電導層を形成できるが、基板と超電導
層に組成りの類似性が無いため、両者間に反応が生じる
可能性があったり、熱膨張によりクラックが生じるとい
う問題点がある。

この発明はＦ記のような問題点を解消するためなされた
もので、■□反射が防止されひずみの防止された高速信
号の伝播が可能となる。■微小信号の伝播が可能となる
。■電力損失が防止されＶ源うインの配線密度がとげら
れる。■導体と基板との反応が少なく微細配線が可能で
ある。■クラックが生じ難い。等の利点を持つ超電導セ
ラミック基板を得る事を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の超電導セラミック基板は、酸素欠損型ペロブ
スカイト構造を有するＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系超電導セラ
ミックの少なくとも一種の元素の一部をＬａ、　Ｓｍ＋
　Ｅｕ＋　Ｇｄ、　Ｄｙ＋　Ｈｏ＋　Ｅｒ＋　Ｔｍ＋Ｙ
ｂ　、　Ｌｕ　、　Ｓｒ　、　Ｓｃ　、　ＦおよびＣ１
の内生なくとも一種の元素で置換した超電導セラミック
材料で形成された電気要素、並びにＹ　−Ｂａ　−Ｃｕ
　−０系セラミックを主成分とする絶縁材料で形成され
、Ｅ記電気要素に接して設けられている絶縁層を備えた
ものである。

〔作　用〕

この発明において、絶縁層と電気要素がセラミック同士
であるため、両者間に反応が従来と同稈度に生じた場合
、電気要素の超電導セラミック材料の組成変化が従来よ
り少ないのけ明らかである。

即ち、電気素子の超電導セラミック材料から拡散により
消失する成分を少なくする。又、絶縁層と電気要素が安
定に存在するため、両者を接して焼成することができる
。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例の超電導セラミック基板
の断面図を示す。図において、（１）は例えばＹ　Ｂａ
　Ｃｕｓ　Ｏｔ−ｓの酸素欠損型ペロブスカイト構造を
有する超電導セラミック材料で形成された電気要素で導
線、端子および能動素子などがあり、（２）は斜方晶’
１’２　Ｂ　ａ　Ｃｕ　Ｏｓを主成分とする絶縁材料で
形成された絶縁層となる基板である。

第２図は、この発明の一実施例の超電導セラミック基板
を得るための製造工程図である。

実施例１第２図に示すように、電気要素の超電導ペーストは、Ｂ
ａＣＯ３、Ｙ２Ｏ３、Ｃｕ　Ｏを原料とし、表１に示す
組成で乾式混合した後、溶剤（３セトン）を加えボーｆ
レミルで、２４時間混合する。その後、溶剤を完全に乾
燥させ、９５０℃で２４時間仮焼し７、粉砕して平均粒
径が数μｍの粉体とし、有機結合剤・有機ビークルを加
え、混練してペーストとする。

また、絶縁層となる基板は表２に示す組成で乾式混合し
、溶剤（３セトン）を加えボーｒレミ？しで２４時間混
合する。その後、溶剤を完全に乾燥させ、１０００℃で
１６時間仮焼し、粉砕して平均粒径が数μｍの粉体とし
、有機結合剤・溶剤等を加え再びボールｉ＋し混合し、
スラリーとしてドクターブレード法により、厚さ０．３
〜Ｑ、４１ｆｆのグリーンシートを作製する。このグリ
ーンシートを数枚積層し、５０酊×５０酊Ｘ１ｆｌの大
きさの基板に切断する。

その基板を大気中で１０００℃以、１１１３００℃以下
の温度で焼結させて、Ｙ２ＢａＣｕＯ５の結晶を析出さ
せる１、この段階で基板をＸ線回折にかけ、析出してい
る結晶をみると斜方晶で、格子定数がａ＝７．１３Ａ”
。

ｂ＝１２．１８Ａ７　、　ｃ＝５．６６Ａ’のＹ２　Ｂ
ａ　Ｃｕ　Ｏｓとなる。

Ｙ２　Ｂａ　Ｃｕ　０５には立方晶の高温相が存在する
が、この相は絶縁抵抗が低いため、取り除いた方が良い
。

大気中９５０℃から１１００℃の範囲で熱処理する事に
より、低温相である斜方晶に相転移するため、焼成後ア
ニール処理をし、高温相を除く。

表１　電気要素用超電導セラミック材料配合組成りａＣ
Ｏ，、５２，９ｗｔ　９６Ｙ２０３　　　　１５．１　　　ｗｔ　９６ＣｕＯ３２
，Ｏｗｔ９６表２　絶縁層用セラミックス配合組成りａＣＯ３３９，３ｗｔ％Ｙ２Ｏ３４４，９ｗｔ％ＣｕＯ１５，８ｗｔ％次に、前もって作製していた超電導ペーストをスクリー
ン印刷し、９００〜９５０℃の温度で焼きっけ、この発
明の一実施例の超電導セラミック基板する。

第３図に、上記のようにして得られたこの発明の一実施
例の超電導セラミック基板の電気抵抗（Ω、ＣＭ）の温
度変化を示す特性図を表わす。

図中、横軸は温度（Ｋ）、縦軸は電気抵抗を示す。

図から、９０にで電気抵抗が下がり始め、８４にでゼロ
になり、超電導状態に転移する事がわかる。

実施例２電気素子用超電導セラミック材料原料を、ＢａＣＯ５゜
Ｙｂ２０３　、　ＣｕＯとし、表３に示す組成で乾式混
合した後、溶剤（３セトン）を加えボー！レミ？しで、
２４時間混合する。その後、溶剤を完全に乾燥させて、
１０００℃で１６時間仮焼し、粉砕して平均粒径が数μ
ｍの粉体とし、有機結合剤、有機ビークルを加え、混練
してペーストとする。

この超電導ペーストを実施例１で作製したＹ２ＢａＣｕ
Ｏ５基板りにスクリーン印刷して、配線回路を形成し９
００〜９５０℃の湿度で焼成し、３００〜６５０℃の温
度で酸素中アニール処理して超電導セラミック基板を作
製する。

第４図に、このようにして得られた超電導セラミック基
板の電気抵抗の温度変化を示す。図中、横軸は温度（Ｋ
）、縦軸は電気抵抗（Ω、ＣＭ）を表わす。図から、９
２にで電気抵抗が下がり始め、８８にでゼロになる事が
わかる。

表３　電気要素用超電導セラミック材料配合組成りａＣ
Ｏ３４７，５５ｗｔ４ｙｂ２ｏ、　　　　２３．７４　　ｗｔ％ＣｕＯ２Ｂ、
７１　　　ｗｔ＊実施例３実施例１と同様に、基板ＥにＹＢａ２　Ｃｕ３０７−ｓ
の超電導セラミック配線とＹ２ＢａＣｕＯ５の絶縁層を
多層構造で形成し、実装密度の高い超電導セラミック多
層基板を作製する。さらに、第５図のこの発明のさらに
他の実施例の超電導セラミック基板の断面図に示すよう
に、この基板の最、Ｉ：層を絶縁層でコートし、焼結し
て緻密化することにより、超電導特性の経時変化を抑え
る事もできる。経時変化は、主に空気中の水分等により
超電導相であるＹＢａＣｕｓ０７８が分解し、ＣｕＯ、
Ｙ２ＢａＣｕＯ５、等になるためであり、臨界電流Ｊｃ
も１ゲ月〜２′ｆ月で１７１０に減少したり、臨界温度
Ｔｃも２〜５℃程低下するなどの経時変化を生じる。

しかし、超電導配線の周囲をＹ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０
系の絶縁材料で、囲み、シー？し性良く焼結させると経
時変化は生じない。

なお、丘記実施例では酸素欠損型ペロブスカイト構造を
有する超電導セラミック材料として、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−
０系の超電導セラミック材料を主体に実施例を説明して
きたが、Ｙ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０系のＹを他の希土類
元素、例えばＬａ　、　Ｓｍ　＋　Ｅｕ・Ｇｄ　、　Ｄ
ｙ　＊　［（ｏ　＊　Ｅｒ　＋　Ｔｍ　＋　Ｙｂ　、　
Ｌｕ　で置換した系や加えて四元以Ｆにした系、Ｏを他
の元素、例えばＦ、Ｃ１で置換した系の超電導セラミッ
クス材料を使用しても、所期目的を達成することができ
る。

又、上記実施例では、ＣｕＯおよびＢａＦ等の焼結助剤
を添加した絶縁材料の場合を示したが、助剤が無い場合
でも、焼成温度が高くなるが、絶縁基板を作製すること
はできる。

さらに、Ｙ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０系の他の絶縁相、例
えばＹ２　Ｃｕ２Ｏ３などを利用しても間隙の効果が期
待できる。

〔発明の効果〕

以と説明したとおり、この発明は酸素欠損型ペロブスカ
イト構造を有するＹ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０系超電導セ
ラミックの少なくとも一種の元素の一部をＬａ、　Ｓｍ
、　Ｅｕ、　Ｇｒｌ、　Ｄｙ＋　Ｈｏ、　Ｅｒａ　Ｔｍ
＋　Ｙｂ＋Ｌｕ　＋　Ｓｒ　、　Ｓｃ　、　ＦおよびＣ
６の内の少なくとも一種の元素で置換した超電導セラミ
ック材料で形成された電気要素、並びにＹ　−Ｂａ　−
Ｃｕ　−０系セラミックを主成分とする絶縁材料で形成
され、辷記電気要素に接して設けられている絶縁層を備
えたものを用いることにより、高速信号伝送、微小信号
伝送が可能で、発熱が防止され、高密度実装が可能な超
電導セラミック基板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の超電導セラミック基板
の断面図、第２図は、この発明の一実施例の超電導セラ
ミック基板を得るための製造工程図、ｖ３図は、この発
明の一実施例の超電導セラミック基板の基板温度（°Ｋ
）による電気抵抗（Ωα）変化を示す特性図、第４図は
、この発明の他の実施例の超電導セラミック基板の基板
温度（°Ｋ）による電気抵抗（Ω１）変化を示す特性図
、１５図は、この発明のさらに他の実施例の超電導セラ
ミック基板の断面図である。図において、（１］は電気要素、（２）は絶縁層である
。なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

　酸素欠損型ペロブスカイト構造を有するＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導セラミックの少なくとも一種の元素の一
部をＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ
，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｒ，Ｓｃ，ＦおよびＣｌの内の少なく
とも一種の元素で置換した超電導セラミック材料で形成
された電気要素、並びにＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系セラミッ
クを主成分とする絶縁材料で形成され、上記電気要素に
接して設けられている絶縁層を備えた超電導セラミック
基板。