JPS63300594A - 多層セラミック配線基板およびその製造方法 - 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、多層セラミック配線基板、特に超伝導体酸化
物を導体として利用する多層セラミック配線基板および
その製造方法に関するものである。

（従来の技術） 半導体技術の飛躍的な進展によって、ＩＣ，ＬＳＩが産
業用、民需用に幅広く使用されるようになってきている
。特に集積密度の高い、高速作動のＬＳＩの実装用基板
として多層セラミック基板が注目されている。この多層
セラミック基板は直接ＬＳＩを実装することができ微細
多層配線が可能である。

一般にセラミック基板の材料としては、主にアルミナが
使用され、導体材料としては主に貴金属が使用されてい
るが、近年電器装置は一段と高速動作が強く要求され、
基板中の配線には数Ｍヘルツ以上の信号が伝達されるこ
とになる。信号の遅延速度は、導体の周りの絶縁体の誘
電率によって決められ、信号の波形の立ち上がり、立ち
下がりのなまりは導体の抵抗率と誘電率の積を時定数と
して決められてしまう。導体の貴金属は、白金、金、銀
−パラジウム合金等が用いられているがいずれも有限な
抵抗率を有しているため、理論的には信号の高周波化に
は限界がある。このことは、ＩＣ，ＬＳＩの配線につい
ても同じ事があてはまるため、金属の抵抗が低下する室
温以下の低温でこれらの素子を動作させる試みがみられ
てきた。しかしながら、これらの金属を導体として用い
ているかぎり、有限の抵抗値をもつため、信号の高周波
化には限界があった。

また、セラミック基板中の金属の導体が配線として用い
られる場合、その導体には少なくとも１０’Ａ／ａｍ２
以上の電流が流れるため、配線材料固有の抵抗値によっ
て発熱が起こるため、その熱の放散を行わなければなら
ず、高い熱伝導率を有するセラミック材料の開発が行わ
れてきた。

これらの導体の低抵抗化、あわせて貴金属導体を用いな
いで卑金属化することによりコストダウンをはかるため
、銅等の抵抗率が小さく価格の安い導体を用いる試みが
なされてきたが、焼成時の雰囲気の問題、焼成時の金属
の酸化による膨張収縮のためセラミック層と剥離が起こ
る等、一体焼成を行うには未だ解決されねばならない問
題が多く、卑金属導体の配線基板は実用化には至ってい
ない。

近年、液体窒素温度以上で超伝導を示す酸化物が見いだ
され、さまざまな分野から注目を集めている。しかしな
がら、この酸化物を厚膜印刷で配線パターンを作成する
方法は未だ報告が成されていない。

（発明が解決しようとする問題点） 従来、セラミック配線基板において導体として金属ペー
ストにて厚膜印刷し絶縁体セラミックと同時に焼成する
多層セラミック配線基板において導体の金属固有の抵抗
によって引き起こされる、信号を高周波化できない問題
、抵抗による発熱の問題、貴金属を用いることによるコ
ストアップの問題があった。

本発明はこれらの信号を高周波化できない問題、抵抗に
よる発熱の問題、貴金属を用いることによるコストアッ
プの問題を解決する超伝導体を配線材料として用いた多
層セラミック配線基板とその製造方法を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は多層セラミック配線基板において配線部がイツ
トリウム−バリウム−銅系の酸化物を主成分とする物質
からなり、この配線部が絶縁セラミック内部に形成され
ていることを特徴とする多層セラミック配線基板および
その製造方法である。本発明において多層セラミック配
線基板は以下の方法にて製造される。

まず多層セラミック基板を構成する絶縁セラミック材料
として、アルミナとホウケイ酸鉛系結晶化ガラスの混合
物を用いた。この材料は１０００°Ｃ付近の低温にて焼
結せしめることができる。有機バインダー等と混合し泥
漿化する工程においては、脱バインダーが起こり易い有
機物を適用した。製膜工程では、薄く・厚みの均質なグ
リーンシートを形成する。ここでいうグリーンシートと
は、セラミック粉末と有機バインダーとともに混合し、
スラリー化し、このスラリーをキャスティング製膜法に
より有機フィルム上に形成された１０〜４００ｐｍ程度
の厚みを有するシートのことをさすものである。このグ
リーンシートを所定の大きさに切断し、各層間の導通を
得るためのスルーホールを形成した後、上下層間の導通
を得るために導体ペーストを用いてビィアフィルし、各
グリーンシート上に厚膜印刷法により導体ペーストを用
いて所定の導体パターンに形成する。この導体ペースト
は、酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）、炭酸バリウム（Ｂ
ａＣＯ３）、酸化銅（Ｃｕｂ）を所定量秤量し、ボール
ミルにて混合、粉砕した後、８００°Ｃ〜１０００°Ｃ
の温度にて仮焼し、固相反応させた粉末（粒度が大きい
場合には再粉砕を行う）を有機バインダーとともに有機
溶媒で混練しペースト化したものである。これらの工程
を経て、スル“−ホールに導体ペーストをビイアフイル
され、導体パターンを形成されたグリーンシートを積層
プレスした後、グリーンシートおよび導体ペースト中の
バインダーを熱分解し、蒸発揮散せしめ、その後、８５
０°Ｃ〜１１００°Ｃの温度にて絶縁体と導体を同時に
焼成する。

これらの工程を経ることにより、配線部がイツトリウム
−バリウム−銅系の酸化物超伝導体を主成分とする物質
からなり、配線部が絶縁セラミック内部に形成されてい
ることを特徴とする多層セラミック配線基板を得ること
ができる。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。た
だし、本発明の範囲は下記実施例により同等限定される
ものではない。

（実施例） まず、高純度アルミナ５０−７０重量％、ホウケイ酸鉛
系結晶化ガラス５０−３０重量％となるように各々の粉
末を秤量する。この秤量した粉末をボールミルにより水
またはアルコールを用い湿式混合した。

この十分に混合した粉末と有機バインダーと有機系可塑
剤と有機溶剤とともに撹拌機例えばホモミキサー等で混
合し泥漿化した。

次に適当な粘度に調整した泥漿をポリエステル系有機フ
ィルム上にキャスティング製膜法により１０ｐｍ〜４０
０ｐｍ程度の均一な厚みになるようにシートを形成する
。この薄いグリーンシートを有機フィルムから剥離し、
第１図（ａ）、（ｂ）に示すように各層間を電気的に接
続するためのスルーホール１を形成する。ここで第１図
（ａ）は平面図、第１図（ｂ）は断面図である。スルー
ホールの形成は、機械的方法でポンチおよびダイを用い
て行ったが他にレーザー加工等の方法によっても開ける
ことが可能である。

スルーホールの形成されたグリーンシート上へ第２図（
ａ）、（ｂ）に示すように導体ペーストをスクリーン印
刷法により所定の導体パターン２を厚膜印刷する。

本発明においては、導体ペーストとして焼結後液体窒素
温度以上で超伝導を示す材料としてイツトリウム−バリ
ウム−銅系の酸化物を利用した。イツトリウム−バリウ
ム−銅系の酸化物のうち、Ｂａ２ＹＣｕ３Ｏ□の組成を
もつものが超伝導転移温度がおよそ９０Ｋをしめす。本
発明においては、イツトリウム−バリウム−銅系の酸化
物のある組成範囲においては、Ｂａ２ＹＣｕ３Ｏ７と同
じ超伝導転移温度を示し、焼結性、ペースト性において
は勝るものもあった。導体ペーストの作成においてはビ
ヒクルとしてエチルセルロース系のバインダーと有機溶
媒としてテルピネオールをそれぞれ適量加え、混練しペ
ースト化した。この印刷工程においては、層間の電気接
続を行うためのスルーホール内に同様の導体ペーストを
埋め込む工程を含んでいる。

こうして導体を印刷および埋め込んだ各パターンのグリ
ーンシートを第３図に示すように所望の枚数積層し、熱
圧着を行った。第３図には導体パターン２を形成した絶
縁体グリーンシート３が多数枚重なっている構造をもつ
生積層体の断面図を示す。

熱圧着工程は、配線パターンおよびスルーホールが微細
に形成されている各グリーンシートを位置ずれなく高精
度に積層しなければならない。

次に積層され一体化した生基板を酸化性もしくは中性雰
囲気で脱バインダーを行い、さらに酸化性雰囲気で焼成
する。焼成する温度から室温まで降温速度を１時間当り
１００６Ｃ以下となるようにコントロールした。これは
、導体としてのイツトリウム−バリウム−銅系の酸化物
が超伝導を示すためには、酸素欠陥を少なくしてやる必
要があるため、降温を遅くし導体の酸化物に酸素を入れ
るためである。

このように作成した配線部に液体窒素温度以上で超伝導
を示す酸化物を用いた多層セラミック配線基板の電気的
特性を測定した結果、実施例の範囲ではおよそ９０にで
超伝導状態に転移し、電気抵抗がＯとなった。本実施例
において作成した多層セラミック基板の配線部の超伝導
体酸化物の組成、印刷性、超伝導転移温度等の結果を第
１表にまとめこの他、基板材料の絶縁セラミックとして
、アルミナ−ホウケイ酸ガラス、アルミナ−アルミノ、
カルシウムホウケイ酸ガラス、石英−アルミノ、マグネ
シウムホウケイ酸ガラス、コージライト−ｐ−スポージ
ュメン、石英がラス−アルミノケイ酸バリウムガラス、
ホウ酸スズ酸バリウムマグネシアーホウケイ酸ガラス、
フォルステライト−ホウケイ酸ガラス、ステアタイト−
ホウケイ酸ガラス、ムライト−ホウケイ酸ガラス等の酸
化雰囲気中、８００−１０５０°Ｃにて焼成することが
できる材料を用いて本発明による超伝導体を配線部に用
いた多層セラミック配線基板を試作したところ、実施例
にて詳細に説明したのと同様な結果が得られた。

（発明の効果） 実施例からも明らかなように、本発明の多層セラミック
配線基板は液体窒素温度以上で配線部が超伝導状態に転
移し電気抵抗が０となる。従来用いられている金属配線
の多層セラミック配線基板では、液体窒素温度において
も有限の抵抗を有していたことに対して、本発明による
多層セラミック配線基板では、液体窒素温度以上で電気
抵抗が０となり、信号の高周波化に対応できることが期
待されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、第２図（ａ）、（ｂ）、第３図
は、本発明の実施例による多層セラミック基板の各製造
工程を示す図。 １・・・スルーホール、２・・・導体、３・・・絶縁体
グリーン第１図 （ａ）　　　　（ｂ） 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、多層セラミック配線基板において、配線部がイ
   ットリウム−バリウム−銅系の酸化物を主成分とする物
   質からなり、該配線部が絶縁セラミック内部および表面
   の両方または一方に形成されていることを特徴とする多
   層セラミック配線基板。
2. （２）、無機粉末のグリーンシートを作成する工程と該
   グリーンシートに上下導通をもたせるためのスルーホー
   ルを形成する工程と該グリーンシートに前記第１項記載
   の酸化物からなる超伝導体をビヒクルとともに混練しペ
   ースト状にし、印刷するとともに、スルーホールに該導
   体をビィアフィルする工程と該グリーンシートを積層プ
   レスした後一体化された絶縁体と導体を同時焼成する工
   程を含むことを特徴とする多層セラミック配線基板の製
   造方法。