JPH04207403A

JPH04207403A - 超伝導デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04207403A
Application number: JP2330547A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Koshimoto; 越本　泰弘; Osamu Ishii; 修石井; Keiichiro Ito; 圭一郎伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-29
Anticipated expiration: 2014-04-19
Also published as: JP2883963B2

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】（発明の属する技術分野）本発明は超伝導デバイス及び祖の製造方法、さらに詳細
には高周波領域で使用する受動部品の構造及びその製造
方法に関する。

（従来の技術の説明及び問題点）従来、数百ＭＨｚ以上の高周波領域、いわゆるマイクロ
波帯で使用するアンテナ、インダクタ、フィルタなどの
受動部品では、導体の高周波抵抗損失が特性に影響を与
えることがら金、銅などの良導体を鏡面に仕上げて使用
していた。しかし、材料自体が持つ比抵抗や分散を低減
することは本質的に不可能であることから、デバイスの
設計が高周波はど困難となっていた。また、例えば従来
のアンテナの限界を越えるものとして期待されている超
利得アンテナ、超指向性アンテナなどではアンテナ自体
の抵抗損失が制限となることが知られており、実現が困
難であった。

一方、超伝導材料をこれらの高周波用途に用いた場合に
は、その高周波抵抗が本質的に低いことから、高性能な
マイクロ波帯の受動部品が構成できることが知られてお
り、特に近年発見されたＹＢＣＯ系などの高温超伝導材
料ではその高周波抵抗が従来のヘリウム温度で使用する
Ｎｂなどの金属系超伝導材料に比べ理論的に低くなるこ
とから、その高周波部品への応用が期待されている。

なかでもセラミックスの基板上に銀系合金膜を付着せし
め、その上に超伝導厚膜を形成したものでは高周波の表
面抵抗が著しく低く、高周波部品に適していることが知
られている（参考文献：石井ほかｒＡｇ添加による焼結
酸化物超伝導材料の表面抵抗低減機構、１９９０信学会
秋季全大、○ｌ５ｈｉｉ　ｅｔ　ａ！、、　Ｊｐｎ　Ｊ
、Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ、、　Ｖｏｌ　２９　Ｎｏ、７　
Ｌ１０７５−１０７８１９９０）。

一般的に言って、装置として使用する場合には他の部品
、例えばトランジスタや集積回路、コンデンサなどと有
機的に組み合わせて機能を実現する必要がある。しかし
、高温超伝導材料は本質的に酸化物であり、通常の電気
接続で使用される半田付けが行なえず、部品間の接続が
難しい欠点があった。他の部品と接合するために、銀微
粉を混練した導電ペーストを用いて電気的な接続を行な
うことは可能であるが、この場合、超伝導体との実行的
な接続面積が小さく、接続部の抵抗が大きくなって折角
の超伝導材料低抵抗性が活きなかった。また、機械的接
合も弱い難点があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高温超
伝導材料の特性を生かしつつ、デバイス化に不可欠な導
体との接続を容易とした超伝導デバイス及びその製造方
法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するため、本発明による超伝導デバイ
スは、セラミックス基板上に金属膜を介してパターン化
した超伝導厚膜を形成してなる超伝導デバイスにおいて
、他の部材と接合する部分に相当する超伝導厚膜の表面
に電流の流れるべき方向に沿ってファイバ状下地膜を形
成したことを特徴としたものである。

本発明は上記超伝導デバイスを製造する方法も提供する
ものであり、セラミック基板上に金属膜を形成し、さら
に超伝導厚膜を形成する超伝導デバイスの製造方法にお
いて、超伝導デバイスの他の部材と接合する部分に相当
する基板部分に電流の流れるべき方向に沿って微細な溝
を形成する工程、前記金属膜を均一の厚さに前記基板上
に形成する工程、超伝導膜を構成する材料の微粉末を含
むビヒクルを前記金属膜上に設け、焼結する工程を含む
ことを特徴とする（実施例）第１図は本発明を適用した超伝導インダクタの例であり
、１は超伝導厚膜で構成されたメアンダ線路（インダク
タ）、２は超伝導厚膜で構成されたコプレナ形線路、３
は接合部、４は基板、５は銀系合金下地膜、５ａはファ
イバー状下地膜、６はボンディングワイヤ、７はファイ
バ状超伝導膜、１１は金属コネクタを示す。例示のため
、コネクタを一方向にしか配置していない例で実際には
コネクタ１１はこの図に示すものに比べ大きくなる。

なお、銀系合金下地膜５としては例えば白金１％と銀か
らなる合金が適用できる。

超伝導厚膜で構成されたコプレナ形線路２の下には銀系
合金下地膜５が常に存在するから、接合すべき部分のみ
超伝導厚膜を剥離もしくは削り落とし、銀系合金下地膜
５を露出させれば容易に他の導体と半田付けもしくは超
音波ボンディングなどで接続できるから何等問題がない
ように考えられる。しかし、超伝導厚膜剥離作業を容易
にするため超伝導厚膜を極端に薄くした場合には、超伝
導特性そのものが劣化するため、がえっで不具合である
。

これを解決するため、第１図及び第２図の接合部３の断
面構成例で示すように接合部分で超伝導厚膜と銀系合金
下地膜をファイバ状に織り込んだファイバ状金属膜５′
とファイバ状超伝導膜７を形成する。

しかしながら、通常、接合部の幅は数十〜数百μｍであ
り、接続が充分平均化される程度に細かなピッチで第２
図に示すような微細なパターンを作製するのは厚膜工程
では極めて困難であり、また後加工で超伝導膜をエツチ
ング法などで削って銀系合金下地膜を露出させるために
は複雑な工程が必要となり、実用上問題がある。

そこで本発明による上記超伝導デバイスの製造方法にお
いては、まず最終的に求める形状となるよう基板となる
グリンシートの成形時に形押しなどで第３図（ａ）に示
すように最終的に電流が通電する方向に微細な溝を作製
した成形ダイの部分に所定の微細な溝を刻んでおく必要
があるが、ダイをエツチングなどで成形したとしても一
度作製すれば何度でも使用できることから、その作製コ
ストは問題にならない。この後、グリシジ−１・を焼成
すると第３図（ａ）に示すような表面に溝部４ａと畝部
４ｂからなる溝を形成した基板４が出来上がる。この焼
成過程は通常の厚膜回路用基板の作製と全く同様である
。

完成した基板４の上に、銀系合金９を蒸着などの手法で
均一の厚さに付着せしめ、その上から仮焼成した超伝導
微粉を有機バインダで混練したビヒクル８を塗布する。

このとき、溝４ａの上部には第３図（ｂ）に示すように
超伝導微粉が多く存在する。その後に上記厚膜を９００
度〜１１００度で焼結する。

焼結中に銀系合金は溶融して融合し、第３図（ｃ）に示
すように銀系合金下地膜５を形成するが、この場合、表
面張力により表面が平坦となるように流動する。そのと
き、銀系合金上に塗布されていた超伝導微粉も溝の上部
に銀系合金の移動にともなって凝集し、溝部の銀系合金
５上で粒成長する。この結果第３図（Ｃ）に示すように
超伝導粒子が溶融した銀系合金下地膜の上に浮かんで密
集する形となって細かいファイバ状の稠密なファイバ状
超伝導膜７を形成する。基板の畝４ｂとなっている部分
からは銀系合金が超伝導微粉を乗せて流出し、表面には
銀系合金が櫛歯状に露出する。すなわち表面から見ると
セラミックス基板４の溝部４ｂの上にファイバ状超伝導
膜７が存在し、それ以外のところにファイバ状銀系合金
膜５°が存在する形となる。

このような表面張力による流動効果を効率よく利用する
ためには溝の深さとピッチの比が１前後で、深さ自体が
下地膜と同程度である方がよい。

もちろんピッチが該下地膜の寸法より大きくても、また
、溝深さが小さくても流動効果はあるが、もともと溶融
金属の表面張力は有限であり、基板との濡れ性とのバラ
ンスで流動することから該流動効果を最大に利用するこ
とが好ましい。

この銀系合金部材５はもちろん通常の半田付けが可能で
ある。このようにして形成した超伝導デバイスは表面に
露出している金属部分の面積が数十％以上あれば容易に
他の部品と接合でき、その機械的強度、電気的接続も従
来の金属で形成した部品と何等変わらない。超伝導材料
が通電方向にファイバ状となっていることから、櫛歯状
の合金部分で融着した金属コネクタは電気的には超伝導
ファイバに圧着する形となり、金属接合と並列して超伝
導−金属の接合面積が増えるから接続部分の抵抗を下げ
ることができる。接続した後は従来の部品と全く変わり
なく、例えばケーブルをさらに接続したりしてシステム
の一部に組み込むことができる。

下地となるセラミックスは、高温の超伝導材料の高温焼
成に変化がなく、かつ超伝導特性に悪い影響を与えない
ものでなければならない。ジルコニアは厚膜作製基板と
して使用しても超伝導特性や機械特性に影響がないが、
超高周波での誘電損失は残念ながら大きいため、アンテ
ナなどの高周波立体部品の形状には不向きである。しか
し、この場合でも芯材にジルコニアを用い、これを完全
に覆うように超伝導厚膜を付着すれば、高周波の電磁界
は超伝導厚膜の表面より内部には侵入せず、あたかも全
体が超伝導材料であるかのように動作するから問題ない
。この場合、所定のデバイス形状となるようにセラミッ
クスを加工する必要があるが、グリンシート上で行なえ
ば溝加工も同時に行なえるから、本発明を適用するのに
何等工程が増えることはない。この場合、機械的には非
常に硬いセラミックスの芯材の強度が現われることから
、純粋の超伝導材料よりも取り扱いが容易である。

接合部の抵抗は、常伝導金属を用いることからゼロには
なり得ないが、超伝導材料も高周波領域ではゼロ抵抗で
はないこと、実用的には接合部の抵抗が小さければ問題
がないことから、例えば第１図の超伝導材で構成したメ
アンダインダクタ１と別途構成したコプレナ線路のよう
な超伝導部品同士を接合する際にも本発明は有効である
。

本発明の説明例では基板のグリンシート状での成形にプ
レスして溝を形成するような雌型ダイを使用しているが
、ポンチに同上の加工をしてもよく、また、連続成形が
必要であればプレスローラーに所定の畝加工を施して用
いてもよいことは言うまでもない。

また、以上の説明では金属下地膜に銀系合金を用いて説
明したが、本発明で用いるところの下地膜は超伝導材料
の焼結温度より融点の低い合金であって超伝導材料と反
応して特性劣化を起こさないものであればよく、純銀（
融点９６２度）、純金（融点１０６４度）や金銀合金、
ユーロピウムなどのランタノイドでもよい。ただし、工
業的には存在％が大きい銀を主体とした合金が安価であ
ることは言うまでもない。なお、超伝導材料の構成主体
である銅（融点１０８３度）は超伝導体中の酸素成分比
を変化させて超伝導特性を大幅に劣化させるため、本発
明には使用できないことがわかっている。また、亜鉛な
ども融点は低いが超伝導体表面の状態を変化させるため
、本発明の目的には合致しない。

（発明の効果）以上述べたように、本発明によれば、高温超伝導材料を
用いた高周波部品を他の部品と容易に接続できるから、
高温超伝導材料のもつ高周波領域で損失の少ない特性を
生かした高性能で、かつ機械的にも剛性の高い受動部品
が構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した超伝導インダクタの例の斜視
図、第２図は第１図の接合部の構成例の斜視図、第３図
は本発明の工程例を示す説明図である。１・・・超伝導厚膜で構成されたメアンダ線路（インダ
クタ）、２・・・超伝導厚膜で構成されたコプレナ線路
、３・・・接合部、４・・・基板、５・・・銀系下地膜
、５°　・・・ファイバ状下地膜、６・・・ボンディン
グワイヤ、７・・・ファイバ状超伝導膜、１１・・・金
属コネクタ、４ａ・・・基板に設けられた溝部、４ｂ・
・・畝部。第３図（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックス基板上に金属膜を介してパターン化
した超伝導厚膜を形成してなる超伝導デバイスにおいて
、他の部材と接合する部分に相当する超伝導厚膜の表面
に電流の流れるべき方向に沿ってファイバ状下地膜を形
成したことを特徴とした超伝導デバイス。
（２）セラミック基板上に金属膜を形成し、さらに超伝
導厚膜を形成する超伝導デバイスの製造方法において、
超伝導デバイスの他の部材と接合する部分に相当する基
板部分に電流の流れるべき方向に沿って微細な溝を形成
する工程、前記金属膜を均一の厚さに前記基板上に形成
する工程、超伝導膜を構成する材料の微粉末を含むビヒ
クルを前記金属膜上に設け、焼結する工程を含むことを
特徴とする超伝導デバイスの製造方法。
（３）前記金属膜が銀系の合金であり、かつその厚さと
同程度の溝のピッチを有することを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の超伝導デバイスの製造方法。