JPH05299708A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】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。 【構成】絶縁基体１上に、超電導素子Ａの電極が接続さ
れる回路配線２を被着接合させた配線基板であって、前
記絶縁基体１は単位体積当たりの酸素含有量が5.0 重量
％以下の電気絶縁材料から成り、且つ回路配線２がニオ
ブから成る。

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お
り、酸素を多量に含んで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させ
た配線基板であって、前記絶縁基体は単位体積当たりの
酸素含有量が5.0 重量％以下の電気絶縁材料から成り、
且つ回路配線がニオブから成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絶縁基体を単位体積
当たりの酸素含有量が5.0 重量％以下の電気絶縁材料で
形成したことから回路配線のニオブが絶縁基体に含まれ
る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 は単位体積当たりの酸素含
有量が5.0 重量％以下の電気絶縁材料、具体的には窒化
アルミニウム質焼結体や炭化珪素質焼結体等で形成され
る。

【００１３】前記絶縁基体１はその単位体積当たりの酸
素含有量が5.0 重量％以下で、含有酸素の量が少ないこ
とから絶縁基体１の上面に後述するニオブから成る回路
配線2 を被着接合させたとしても、回路配線2 を構成す
るニオブが絶縁基体1 中に含まれる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殆どなく、これによ
って回路配線3 の超電導性を維持することが可能とな
る。

【００１４】尚、前記絶縁基体1 は例えば、窒化アルミ
ニウム質焼結体から成る場合、窒化アルミニウム(AlN)
粉末に焼結助剤としてのイットリア(Y₂ O ₃ ) 等と適当
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1800℃) で焼成すること
によって、或いは窒化アルミニウム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1800℃の温度で焼成することによって製作され
る。

【００１５】また前記絶縁基体1 の上面にはニオブ(Nb)
から成る回路配線2 が被着されており、該回路配線2 は
超電導素子A に電気信号を出し入れする作用を為す。

【００１６】前記ニオブから成る回路配線2 は従来周知
の薄膜形成技術を採用することによって絶縁基体2 の上
面に被着形成され、具体的には絶縁基体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。

【００１７】前記回路配線2 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2 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。

【００１８】また前記回路配線2 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2 に電気信号が伝達
したとしても回路配線2 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。

【００１９】尚、前記ニオブから成る回路配線2 はその
厚みが1.0 μm 未満であると絶縁基体1 の表面粗さに起
因して回路配線2 中に厚みが極めて薄い部分が形成され
て回路配線2 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2 内に該回路配
線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 と回路配線2 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2 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。

【００２０】また前記回路配線2 はその上面に第１金属
層3 と第２金属層4 より構成される被覆層5 が被着され
ている。

【００２１】前記被覆層5 を構成する第1 金属層3 は例
えば、銅(Cu)から成り、該銅から成る第1 金属層3 は回
路配線2 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2との接合を強固なものとす
る作用を為す。

【００２２】前記銅から成る第1 金属層3 は回路配線2
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2 の表面に被着される。

【００２３】尚、前記第1 金属層3 を形成する銅は非磁
性材料であり、第1 金属層3 に電気信号が伝達したとし
ても第1 金属層3 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。

【００２４】また前記銅から成る第1 金属層3 はその厚
みが3.0 μm 未満であると回路配線2 にジョセフソン素
子等の超電導素子A を半田6 を介して接続する際、第1
金属層3 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2 に直接接触することとなって超電導素子A
の回路配線2 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3 内に該第1 金属層3 を形成
する際に発生する大きな応力が内在し、第1 金属層3 と
回路配線2 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3 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。

【００２５】前記銅から成る第1 金属層3 は更にその表
面に第2 金属層4 が被着されており、該第2 の金属層4
は例えば、錫もしくは錫ー鉛より形成されている。

【００２６】前記錫もしくは錫ー鉛より成る第2 の金属
層4 は第1 金属層3 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2 上に半田6 を介して超電導素
子Aを載置するとともに前記半田6 を超音波を用いて低
温溶融させ回路配線2 と超電導素子A の電極とを接続さ
せた場合、半田6 は回路配線2(実際には回路配線2 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2に確実、強固に接続させることが
できる。

【００２７】尚、前記錫もしくは錫ー鉛より成る第2 の
金属層4 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3 表面に被着される。

【００２８】また前記錫もしくは錫ー鉛より成る第2 の
金属層4 はその厚みは0.1 μm 未満であると回路配線2
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て回路配線2
に接続する際、半田が玉状となって両者の接続面積が狭
く、接続の信頼性が低いものとなるため0.1 乃至3.0μm
の厚みに被着しておくことが好ましい。

【００２９】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2 にジョセフソン素子等の超電導素子
A を半田6 を介して電気的に接続し、回路配線2 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。

【００３０】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2 に被着させ
た被覆層5 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、
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
2 に半田6 を介して接続する際、半田6 が回路配線2 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2 との接続をより強固なものとなす。従って、回路
配線2 に被着させた被覆層5 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、
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。

【００３１】また前記実施例では絶縁基体1 の上面に回
路配線2 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2
とを順次、多層に積層して成る多層の配線基板にも適用
し得る。

【００３２】

【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。

【００３３】また本発明の配線基板によれば絶縁基体を
単位体積当たりの酸素含有量が5.0重量％以下の電気絶
縁材料で形成したことから絶縁基体の上面にニオブから
成る回路配線を被着接合させたとしても、回路配線を構
成するニオブが絶縁基体中に含まれる酸素と反応して超
電導性のない酸化物を生成することは殆どなく、これに
よって回路配線の超電導性を維持することが可能とな
り、回路配線を介して超電導素子に電気信号を高速で出
し入れすることができる。

【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・・・・・・回路配線 ３・・・・・・第1 の金属層 ４・・・・・・第2 の金属層 ５・・・・・・被覆層 ６・・・・・・半田 Ａ・・・・・・超電導素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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させた配線基板であって、前記
   絶縁基体は単位体積当たりの酸素含有量が5.0 重量％以
   下の電気絶縁材料から成り、且つ回路配線がニオブから
   成ることを特徴とする配線基板。