JPH01209790A - 超電導プリント配線板の製造方法 - 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、超電導性を示す回路を有する新規なプリント
配線板の製造方法に関する。

（従来の技術） 超電導体は、最近特に注目を浴び、その開発は内外で盛
んに行われている。特に超電導体の電気抵抗がゼロにな
る臨界温度は急激に開発により上昇しており、以前は３
０〜４０ＫＴ：液体ヘリウム（沸点４Ｋ）等の高価な冷
媒中でのみ超電導性を示すのみであったが、最近では８
０〜９０にの臨界温度を示すものが開発されている。こ
のような超電導体は安価な液体窒素（沸点７７Ｋ）が使
用できることから実用°化が盛んに検討されている。

このような中で、最近では電子機器の高性能化の進歩が
著しく、特に部品の高密度実装を可能にするために、部
品から発生する熱をいかに放散するか、あるいは導体回
路のもつ電気抵抗による発熱をいかに低く押さえるかが
大きな問題となってきている。また、コンピュータでは
信号伝送の高速化の要求が強く、特に導体回路のもつ電
気抵抗による信号遅延の占める割合が大きい。従って導
体層の低抵抗化への期待は非常に大きなものである。

このようなことから、超電導体により回路を形成したプ
リント配線板は興味深いものである。特に従来のガラス
布基材エポキシ樹脂積層板、ガラス布基材ポリイミド積
層板などのプラスチック基板に超電導体の回路を形成で
きればセラミックス基板では現在不可能な基板の大型化
が容易であり、汎用性が非常に大きくなる。

ところが、現在超電導体の薄膜化法として最も多く検討
されているＣＶＤ法、ＰＶＤ法などでは基板の温度も非
常な高温下にさらさなければならず、プラスチック基板
上への回路形成は困難である。また、超電導体をプラズ
マ溶射することにより超電導膜を形成する方法があるが
、この場合、基板の温度は１５０℃程度と低温で成膜可
能であるが、密着性は超電導体が無機物、基板が有機物
と異種材料であるために低いものである。また、溶射し
たままでは超電導性を示さないことが多く、超電導性を
得るには高温で熱処理する工程を経なければならない、
従ってここでもプラスチック基板は耐熱性の点からこの
ような熱処理には耐えられないのである。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の方法では一般にプリント配線板として
使用されているプラスチック基板の上に超電導体からな
る回路パターンを形成することは困難である。

本発明は、この点を改良し従来のプラスチック基板の表
面に密着性に優れた超電導体からなる回路を形成する方
法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） すなわち、本発明は、金属箔にセラミックス系超電導体
を溶射して回路パターンを形成し、さらにその上に電気
絶縁性のセラミックスを溶射する、次にこの金属箔を高
温で熱処理後、電気絶縁性セラミックス溶射層側と接す
るようにプリプレグを積層し熱圧成形、一体化する６次
いで表面の金属箔をエツチング処理して除去することを
特徴とするものである。

セラミックス系超電導体を溶射により成膜するのは、溶
射法が、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などに比べて成膜速度が非
常に大きく、生産性に優れるためである。溶射法として
は、一般のセラミックス溶射に使用されるプラズマ溶射
法、ガス溶射法、減圧プラズマ溶射法、水プラズマ溶射
法などが適用できる。

被溶射体として金属箔を選んだのは後の工程での熱処理
、及び除去を容易にするためである。溶射後の高温での
熱処理は溶射したセラミックス系超電導体の超電導性を
確保するためである。セラミックス系超電導体の臨界温
度、臨界電流密度などのＭｉ電導性はその焼結条件（温
度、雰囲気、昇温・降温速度）により大きな影響を受け
る。セラミックス系超電導体を溶射すると、溶射時にセ
ラミックス系超電導体は急激に昇温しで溶融し、低温の
被溶射体への衝突によりまた急激に冷却固化する。この
ような熱処理は溶射条件により若干変化はするものの超
電導体を示す結晶構造とは異なった結晶構造となりやす
く、そのままでは充分な超電導性を示さない、そこで高
温で熱処理することによって再び結晶構造が変化し、超
電導性を示すものが得られるのである。熱処理の温度は
５００℃〜１０００℃の範囲であることが好ましい。

５００℃未満では温度が低いために結晶構造の変化が起
こりにりく、逆に１０００℃を超えると高温になりすぎ
てセラミックス系超電導体の完全溶融が起こりやすく、
回路パターンがくずれたりして好ましくない。

このような熱処理に対して被溶射体はそれだけの耐熱性
を有する必要があり、フィルムなどのプラスチック材料
は不適であり、金属が好ましいのである。また、被溶射
体はプリプレグと熱圧成形、一体化後に除去することが
必要である。従って被溶射体が厚さの薄い金属箔であれ
ば、一般の銅張プリント配線板で用いられているエツチ
ング法により容易に除去することができるのである。厚
さの厚い金属板となるとエツチングは容易ではない。

金属箔としては、銅、鉄、ステンレス、ニッケル、アル
ミニウム、銀、亜鉛、タンタル、４２合金、ニクロム、
パーマロイなど金属単体あるいは合金を用いることがで
き、その厚みはエツチングを容易にするために１００μ
ｍ以下であることが望ましい。

金属箔へのセラミックス系超電導体の溶射にあたっては
、金属箔に形成する超電導体からなる回路パターン以外
の部分にマスキングを施して後、溶射するのが好適であ
る。マスキングを施して回路パターンとなる部分のみに
溶射すれば、最後の工程で金属箔をエツチングして除去
したときにすぐに回路パターンを得ることができる。従
って工程が短くなり、コスト的に有利である。ところが
マスキングなしに金属箔の全面に超電導体を溶射すると
、金属箔のエツチング後にさらに超電導体をエツチング
して回路パターンを形成しなければならない、エツチン
グに当たってはセラミックス系超電導体は多成分からな
るためにウェー／　）方式ではそのエツチング液の選定
が難しく、ドライエツチング法ではコストが高くなる。

マスキングの方法は、ステンレス、アルミニウム、銅、
鉄などの金属板に回路パターンと同形状のパターンの穴
をあけたものを溶射する金属箔の表面に当接する方法、
あるいは一般の銅張プリント配線板の製造に用いられる
フォトレジストマスクなどを金属箔の表面に形成する方
法などが適用できる。

また、溶射するセラミックス系超電導体としては、イン
ドリウム−バリウム−銅酸化物、イツトリウム−ストロ
ンチウム−銅酸化物、ランタン−バリウム−銅酸化物、
チタン酸リチウム、バリウム−鉛−ビスマス酸化物など
のある温度以下で超電導性を示す物質が用いられる。そ
の中でもインドリウム−バリウム−銅酸化物あるいはイ
ツトリウム−ストロンチウム−銅酸化物は、臨界温度（
その温度以下で超電導性を示す温度）が８０〜９０にと
冷媒として安価な液体窒素が使用できるために実用性が
高く、好適である。

なお、溶射したセラミックス系超電導体層の上に電気絶
縁性のセラミックスを溶射するのは、超電導体よりなる
回路パターンとプラスチック基板との密着性をさらに向
上するためである。すなわち、セラミックス系超電導体
とプラスチック基板とでは熱膨張係数の差が大きく、温
度の急激な変化により剥離、クランク等の欠陥が発生し
やすい。

そこでセラミックス系超電導体層とプラスチック基板と
の間に電気絶縁性のセラミックス層を設けることによっ
てこれを緩和することを目的とするものである。電気絶
縁性のセラミックスとしては、アルミナ、シリカ、ジル
コニア、ムライト、スピネル、窒化アルミニウムなどが
用いられ、特にアルミナはセラミックス基板として最も
一般的に用いられており基板として実績があり、しかも
溶射材料としての安価であり最も好ましい。

次にセラミックス系超電導体及び電気絶縁性セラミック
スをを溶射した金属箔とともに熱圧成形するプリプレグ
は、ガラス繊維、ケブラー繊維、クォーツ繊維、紙など
の！ｆｉ！Ｉｔ基材にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、
フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸して
Ｂステージ化したものである。

（作用） 本発明のごとく、プラスチック基板上に超電導体の回路
パターンを形成するのに溶射法を採用し、しかもプラス
チック基板の表面に直接溶射するのではなく最初に金属
箔にセラミックス系超電導体を溶射し、さらにその上に
電気絶縁性セラミックスを溶射したものプラスチック基
板成形時に同時に熱圧成形する方法によれば次のような
利点がある。

まず、密着性が格段に向上する点である。プラスチック
基板に直接セラミックス系超電導体及び電気絶縁性セラ
ミックスを溶射した場合、プラスチック基板は有機材料
、セラミックスは無機材料であるために親和性がない、
また、溶射における密着力は、溶射ガンから高温で溶融
した溶射材料が高速で被溶射材に衝突したときの投錨効
果によるものが大部分であり、プリント配線板としての
熱衝撃等に耐えるだけの密着性は得られにくい。

ところが本発明のように、最初に金属箔に溶射し、これ
をプラスチック基板の成形時に同時に一体化すると、成
形時に溶融あるいは低粘度化したプリプレグの樹脂が溶
射層の粗面あるいは空げきに浸透して接着剤として作用
するために大きな密着性が得られるのである。

さらに、セラミックス系超電導体の溶射層とプラスチッ
ク基板との間に電気絶縁性のセラミックス溶射層を設け
ることによりセラミックス系超電導体層とプラスチック
基板との熱膨張係数差による応力の発生を緩和し、熱衝
撃による剥離、クラック等の欠陥の発生を防止すること
に大きな効果がある。

次に、セラミックス系超電導体をプラスチック基板に直
接溶射するのではなく、最初に金属箔に溶射すると、超
電導性を確保するための熱処理が容易になる利点がある
。セラミックス系超電導体を溶射するとセラミックス系
超電導体は溶射ガン内で急激に加熱されて溶融し、金属
箔に衝突して付着し、急激に冷却固化する。従って、こ
のような熱処理によりその結晶構造は、超電導性を示す
結晶構造とは異なっていることが多く、超電導性を示さ
ないことが多い、これは５００℃〜１０００℃の高温で
再び熱処理することによって超電導性を示す結晶構造に
変化させることができる。ところが、プラスチック基板
に直接、超電導体を溶射した場合には、プラスチック基
板の耐熱性がないためこのような高温での熱処理は不可
能である。

ところが本発明のように金属箔゛に超電導体を溶射した
ものは高温での熱処理が可能であり、プラスチック基板
との熱圧成形に先立って熱処理しておけば超を導性を確
保することができる。プラスチック基板の熱圧成形は通
常１００℃〜２００℃で行われるが、この程度の温度で
は超電導体の結晶構造が変化することはな（、超電導性
が損なわれることはない。

さらに、セラミックス系超電導体を溶射する被溶射体と
して厚みの薄い金属箔を用いることによって熱圧成形し
て、プラスチック基板とセラミックス系超電導体よりな
る回路パターンとを一体化したのち、表面の金属を除去
する方法にエツチング法を適用できるために工程が非常
に簡素化される。

また、溶射する際に金属箔に回路パターン以外の部分に
マスキングを施して溶射すれば、溶射によりそのまま回
路パターンを得ることができ、溶射後に超電導体をエツ
チングする等により回路パターンを形成する工程を省略
することができ、大幅な工数低減となる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明する。

（実施例） 厚さ３５μｍのニッケル箔の片面を＃２００のアルミナ
プラスト粉でプラスト処理して粗化した。

このニッケル箔の粗化面に回路パターンとなる部分に穴
をあけた厚さ０．５１のステンレス板を当接し、その上
からプラズマダイン社製プラズマ溶射装置プラズマダイ
ン３６００−８０Ｒ型により電圧３２Ｖ、電流５００Ａ
、アークガス（アルゴン）流量２．８ｒｒｒ／ｈ、溶射
距離Ｌｏｏｍの条件でインドリウム−バリウム−銅酸化
物を溶射して厚さ１００μｍのイットリウム−バリウム
−銅酸化物の溶射層を形成し、その後ステンレス性のマ
スクを取り外した。

次にこのようにして得た金属箔のイットリウム−バリウ
ム−銅酸化物の溶射した面に同様の条件でアルミナを溶
射して厚さ１００μｍのアルミナ層を形成した。これを
マツフル炉に投入して９００℃で１時間、さらに６００
℃で２時間熱処理後、炉内に放置除冷した。　次に、こ
のニッケル箔のアルミナ溶射層側にガラス布基材エポキ
シ樹脂プリプレグを積層し、温度１７０℃、成形圧力５
０ｋｇ／ｅｔａ、成形時間９０分の条件で熱圧成形して
一体化した。次いで表面のニッケル箔をエツチングして
除去し、第２図に示すごとく、ガラス布基材エポキシ樹
脂積層板５の表面にアルミナ溶射層３を介してインドリ
ウム−バリウム−銅酸化物の回路パターン２を有する基
板を得た。

この基板の回路部の臨界温度は８２にで、イットリウム
−バリウム−銅酸化物よりなる回路、アルミナ溶射層及
びガラス布基材エポキシ樹脂層との密着性は大きく、耐
熱衝撃性も十分であった。

（発明の効果） 以下、本発明の方法によれば従来のガラス布基材エポキ
シ樹脂積層板、ガラス布基材ポリイミド樹脂積層板など
のいわゆるプラスチック基板の表面に超電導体を示す回
路を有するプリント配線板を容易に得ることができる。

この方法によれば基板としてプラスチック基板を使用で
きるのでコスト的にも有利でしかも大型の基板も容易に
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の積層構造を示す積層構造図
、第２図は得られた超電導プリント配線板の断面模式図
である。 符号の説明 １　ニッケル箔 ２　イットリウム−バリウム−銅酸化物溶射層３　アル
ミナ溶射層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミックス系超電導体を金属箔に溶射して回路パ
   ターンを形成する第１工程、該金属箔のセラミックス系
   超電導体を溶射した面にさらに電気絶縁性のセラミック
   スを溶射する第２工程、該金属箔を５００℃〜１０００
   ℃の温度で熱処理する第３工程、該金属箔の電気絶縁性
   セラミックス溶射層側と接するようにプリプレグを載置
   して熱圧成形一体化する第４工程、金属箔をエッチング
   して除去する第５工程からなることを特徴とする超電導
   プリント配線板の製造方法。
2. ２．セラミックス系超電導体が、イットリウム−バリウ
   ム−銅酸化物又はイットリウム−ストロンチウム−銅酸
   化物又はバリウム−ストロンチウム−銅酸化物からなる
   ものであることを特徴とする請求項１記載の超電導プリ
   ント配線板の製造方法。
3. ３．電気絶縁性のセラミックスが、アルミナを主成分と
   するものであることを特徴とする請求項１記載の超電導
   プリント配線板の製造方法。