(57)【要約】【課題】大電力使用に対応した、放熱性に優れ、少ない工数で製造が容易な、パワーエレクトロニクス機器に適した配線基板及び製造方法を提供する。【解決手段】ベース基板上に配置された絶縁層の表面に開口する複数の孔を形成し、その後、加熱および加圧したガスにより粒状の金属材料を噴射して、絶縁層の複数の孔内に粒状の金属材料を配置するとともに、複数の孔の開口を覆うように粒状の金属材料を配置して、絶縁層の表面に金属配線パターンを形成して、配線基板を製造する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
ベース基板上に配置され、表面に開口する複数の孔が形成された絶縁層と、
絶縁層の表面に配置された金属配線パターンとを備え、
金属配線パターンは粒状の金属材料同士が接合されて形成され、絶縁層の表面に開口する複数の孔内に粒状の金属材料が配置されている、配線基板。
【請求項２】
絶縁層を貫通しないように複数の孔が形成されるとともに、隣接する孔同士が互いに独立して形成されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
絶縁層表面の垂線に対して同じ方向に傾斜するように複数の孔が形成されている、請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
絶縁層表面の垂線方向に複数の孔が形成されている、請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項５】
金属配線パターンの表面に配置された金属接合層をさらに備え、
金属接合層は、金属配線パターンを形成する粒状の金属材料よりも低い融点を有する粒状の金属材料同士が接合されて形成されている、請求項１から４のいずれか１つに記載の配線基板。
【請求項６】
ベース基板の絶縁層が配置されている面と反対側の面に、金属配線パターンより絶縁層およびベース基板を通じて伝熱される熱を放熱する放熱板が配置されている、請求項１から５のいずれか１つに記載の配線基板。
【請求項７】
ベース基板上に配置された絶縁層の表面に開口する複数の孔を形成する第１工程と、
加熱および加圧したガスにより粒状の金属材料を噴射して、絶縁層の複数の孔内に粒状の金属材料を配置するとともに、複数の孔の開口を覆うように粒状の金属材料を配置して、絶縁層の表面に金属配線パターンを形成する第２工程と、を含む、配線基板の製造方法。
【請求項８】
第２工程において、絶縁層表面の垂線に対して傾斜した方向より粒状の金属材料を噴射する、請求項７に記載の配線基板の製造方法。
【請求項９】
第１工程において、レーザ照射により絶縁層を貫通しないように複数の孔が形成されるとともに、隣接する孔同士が互いに独立して形成される、請求項７または８に記載の配線基板の製造方法。
【請求項１０】
第１工程において、絶縁層表面の垂線に対して同じ方向に傾斜するように複数の孔が形成され、
第２工程において、粒状の金属材料の噴射方向が複数の孔の傾斜方向と同じ方向である、請求項８に記載の配線基板の製造方法。
【請求項１１】
第１工程において、絶縁層表面の垂線方向に複数の孔が形成される、請求項７から９のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法。
【請求項１２】
第２工程において、粒状の金属材料同士が接合されて絶縁層の表面に形成された金属層の表面に、加熱および加圧したガスにより粒状の金属材料をさらに噴射することにより、金属層を積層して、所望の厚みを有する金属配線パターンを形成する、請求項７から１１のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法。
【請求項１３】
第２工程の後、金属配線パターンを形成する粒状の金属材料よりも低い融点を有する粒状の金属材料を、加熱および加圧したガスにより噴射して、金属配線パターンの表面に金属接合層を形成する第３工程を、さらに含む、請求項７から１２のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法。
【請求項１４】
ベース基板上に絶縁材料を噴射して積層させることにより絶縁層が形成される、請求項７から１３のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板およびその製造方法に関し、特に大電力を用いる民生機器や産業機器、電気自動車などに搭載される電力制御機器など、パワーエレクトロニクス機器に適用できる配線基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用のエアコン、冷蔵庫などの民生機器や、インバータ、サーボコントローラなどの産業機器から電気自動車まで、大きな電力を使用する機器は、環境保護意識の高まりに伴う省エネ要請に応える必要がある。そのため、使用される電源装置および制御装置には高効率で制御が可能なパワー半導体素子、例えばＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を搭載した制御モジュールが広範囲にわたって適用されている。しかしながら、これらの制御モジュールは、配線回路上の金属配線や搭載する電子部品に大電流を流すと同時に多量の熱の発生を伴う。このような発熱に対処するため、厚手の金属箔や金属板により構成される金属配線パターンを形成した、セラミック配線基板が用いられている。
【０００３】
図１は、ＩＧＢＴなどのパワー半導体素子を使用した従来の制御モジュール１００の構造を示す断面図である。図１に示すように、配線基板１１０は、金属材料で形成されたベース基板１０１と、ベース基板１０１上に形成された絶縁層１０２と、絶縁層１０２の表面に形成された金属配線パターン（回路パターン）１０８との３層構造を有する。金属配線パターン１０８は、使用する電力（電流容量）に応じた厚みの金属材料として銅箔が用いられる。絶縁層１０２は、絶縁材料として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミック材料を用いて形成されている。ベース基板１０１は、放熱性に優れたアルミニウム板や銅板などの金属材料により形成されている。
【０００４】
配線基板１１０の金属配線パターン１０８上には、金属接合層１０７（例えば錫を主体としたハンダなど）を介して、パワー半導体素子１０３が接合されている。また、パワー半導体素子１０３の図示上面の電極は、金属ワイヤ線１０４を用いて金属配線パターン１０８に接合（ボンディング）されている。この金属配線パターン１０８には外部導通線１０５が接続されている。配線基板１１０において、絶縁層１０２は接合金属層１０９を介してベース基板１０１に接合されており、ベース基板１０１は放熱板１０６と接合されている。
【０００５】
上述した従来の配線基板１１０の構成において、パワー半導体素子１０３で制御する電力量が増加すると、配線抵抗を下げるために金属配線パターン１０８の面積を広くするか、厚みを厚くする必要がある。また、パワー半導体素子１０３の性能を最大限に引き出し、高い信頼性を確保するためには、パワー半導体素子１０３から発生する熱を、セラミック材料により形成された絶縁層１０２を介して、ベース基板１０１および放熱板１０６から速やかに放熱させる必要がある。
【０００６】
このため、発生した熱を絶縁層１０２の厚み方向に素早く伝導させると同時に、金属配線パターン１０８の面方向に広げて熱抵抗を下げることが放熱性能向上には有効である。金属配線パターン１０８の配線面積を拡大すると機器の大型化などに繋がるため、配線面積を拡大することよりも金属配線パターン１０８を厚手の金属材料で構成することが望まれている。一般的にこのような金属配線パターン１０８の厚みは数十から数百μｍであるが、金属配線パターン１０８を構成する銅箔の厚みを１ｍｍ以上、例えば３〜１０ｍｍの厚みにすれば、ヒートスプレッダ効果が発揮され、パワー半導体素子１０３で発生した熱は面方向へ広がり熱抵抗は大幅に低減されることになる。
【０００７】
そのため、絶縁層１０２上に所望する任意の厚み（肉厚）の金属配線パターン１０８を形成することで、大電力使用が可能で、高い放熱性が要求されるパワーエレクトロニクス機器に適した配線基板を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４５９５６６５号
【特許文献２】特開２００８−１２４１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
肉厚の金属配線パターン１０８を絶縁層１０２となるセラミック基板上に形成する方法として、例えば、図２（ａ）〜（ｇ）に示すような方法が用いられている。この方法では、セラミック基板を一度作成し、その両面に銅箔などの金属層を接合した後、回路パターン形成面にエッチング加工等で回路パターンを有する金属配線パターンを形成している。
【００１０】
しかしながら、金属配線パターン１０８の厚みが１ｍｍ以上の肉厚となると、図２（ｃ）に示すような回路パターンを加工するためのエッチング工程において、加工精度が低下すると同時に、厚みに比例して加工時間が長くなる。そのため、金属配線パターン１０８を厚くすることが困難であるという課題がある。さらに次の工程では、金属配線パターン１０８が接合された状態のセラミック基板（絶縁層１０２）を、ベース基板１０１にハンダ等の接合材料で接合する工程を含むなど、数多くの製造工程（工数）が必要となる。
【００１１】
上述したエッチング工程を用いずに、金属配線パターン１０８の部分のみを厚手（肉厚）の銅箔や銅板などで作成する場合は、例えば銅板を予めプレス加工などで回路パターン形状に打ち抜いた後、絶縁層１０２となるセラミック基板上に金属拡散接合法により接合する方法などが用いられる。しかしながら、金属拡散接合法を用いて接合を行うためには１０００℃以上の高温プロセスが必要である。そのため、絶縁層１０２を構成するセラミック基板と厚手の銅板などで作成した金属配線パターン１０８との接合時に、熱膨張係数の違いや配線パターンの形状差により、セラミック基板に反りや歪が発生し（冷却時のバイメタル効果）、結果として安定した品質での生産が困難であるという課題がある。さらにこの方法によれば、銅板などを回路パターン形状に打ち抜くためのプレス加工等が必要であり、金型の準備等が必須であるばかりでなく、パターン形状の変更や、板厚を任意の厚みに変更することが困難となる。そのため、品質確保やエッチングによる工法と同じく、多くの工程（工数）が必要である。
【００１２】
従来の別の配線基板の製造方法の説明図を図３に示す（例えば、特許文献１参照）。図３に示す製造方法では、ベース基板２０１上に設けた絶縁層２０２となるセラミック基板上に、例えば精度確保が容易で加工時間も短縮できる薄手の銅箔などを用いて、エッチング加工法で金属配線（回路パターン）２０３を形成する。その後、金属配線パターン２０３の上部にコールドスプレ法により金属材料２０４を積層して、厚みを上積みした上積み回路パターンを形成している。このような構造の配線基板では、パワー半導体素子２０５から発生する熱を上積した金属材料２０４で拡散させて、熱抵抗を低減することができる。
【００１３】
従来のさらに別の配線基板の製造方法の説明図を図４に示す（例えば、特許文献２参照）。図４に示す製造方法では、ベース基板３０１上に設けた絶縁層３０２となるセラミック基板上に金属配線パターン３０３を形成し、この金属配線パターン３０３上に、ハンダなどの接合金属３０４を介して金属ブロック３０５を予め接合し、この金属ブロック３０５上にコールドスプレ法にて金属材料を積層している。
【００１４】
しかしながら、上述した２つ例の配線基板の製造方法においては、絶縁層２０２、３０２の面上に銅箔などの金属層を接合した後、回路パターン形成面にエッチング加工等で回路パターンを形成し、絶縁層２０２、３０２となるセラミック基板上に金属配線パターン２０３、３０３を形成するまでの工程はこれまでの従来技術と同じである。その上にさらに加えてコールドスプレ工程や金属ブロック３０５の接合工程を追加する必要がある。また、予め形成した金属配線パターン２０２、３０２上に、コールドスプレ法で上積み回路（金属材料）を積層するためには、上積み部分以外へのコールドスプレ法による金属材料２０４、３０６の付着を防止するためのマスク治具２０６、３０７が必要になる。そのため、パワーエレクトロニクス機器に適した配線基板を、少ない工程（低価格）で製造、提供することができないという課題がある。
【００１５】
従って、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、放熱性に優れ、少ない工数で製造が容易な、大電力使用に対応したパワーエレクトロニクス機器に適した配線基板およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１７】
本発明の第１態様によれば、ベース基板と、ベース基板上に配置され、表面に開口する複数の孔が形成された絶縁層と、絶縁層の表面に配置された金属配線パターンとを備え、金属配線パターンは粒状の金属材料同士が接合されて形成され、絶縁層の表面に開口する複数の孔内に粒状の金属材料が配置されている、配線基板を提供する。
【００１８】
本発明の第２態様によれば、絶縁層を貫通しないように複数の孔が形成されるとともに、隣接する孔同士が互いに独立して形成されている、第１態様に記載の配線基板を提供する。
【００１９】
本発明の第３態様によれば、絶縁層表面の垂線に対して同じ方向に傾斜するように複数の孔が形成されている、第１態様または第２態様に記載の配線基板を提供する。
【００２０】
本発明の第４態様によれば、絶縁層表面の垂線方向に複数の孔が形成されている、第１態様または第２態様に記載の配線基板を提供する。
【００２１】
本発明の第５態様によれば、金属配線パターンの表面に配置された金属接合層をさらに備え、金属接合層は、金属配線パターンを形成する粒状の金属材料よりも低い融点を有する粒状の金属材料同士が接合されて形成されている、第１態様から第４態様のいずれか１つに記載の配線基板を提供する。
【００２２】
本発明の第６態様によれば、ベース基板の絶縁層が配置されている面と反対側の面に、金属配線パターンより絶縁層およびベース基板を通じて伝熱される熱を放熱する放熱板が配置されている、第１態様から第５態様のいずれか１つに記載の配線基板を提供する。
【００２３】
本発明の第７態様によれば、ベース基板上に配置された絶縁層の表面に開口する複数の孔を形成する第１工程と、加熱および加圧したガスにより粒状の金属材料を噴射して、絶縁層の複数の孔内に粒状の金属材料を配置するとともに、複数の孔の開口を覆うように粒状の金属材料を配置して、絶縁層の表面に金属配線パターンを形成する第２工程と、を含む、配線基板の製造方法を提供する。
【００２４】
本発明の第８態様によれば、第２工程において、絶縁層表面の垂線に対して傾斜した方向より粒状の金属材料を噴射する、第７態様に記載の配線基板の製造方法を提供する。
【００２５】
本発明の第９態様によれば、第１工程において、レーザ照射により絶縁層を貫通しないように複数の孔が形成されるとともに、隣接する孔同士が互いに独立して形成される、第７態様または第８態様に記載の配線基板の製造方法を提供する。
【００２６】
本発明の第１０態様によれば、第１工程において、絶縁層表面の垂線に対して同じ方向に傾斜するように複数の孔が形成され、第２工程において、粒状の金属材料の噴射方向が複数の孔の傾斜方向と同じ方向である、第８態様に記載の配線基板の製造方法を提供する。
【００２７】
本発明の第１１態様によれば、第１工程において、絶縁層表面の垂線方向に複数の孔が形成される、第７態様から第９態様のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法を提供する。
【００２８】
本発明の第１２態様によれば、第２工程において、粒状の金属材料同士が接合されて絶縁層の表面に形成された金属層の表面に、加熱および加圧したガスにより粒状の金属材料をさらに噴射することにより、金属層を積層して、所望の厚みを有する金属配線パターンを形成する、第７態様から第１１態様のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法を提供する。
【００２９】
本発明の第１３態様によれば、第２工程の後、金属配線パターンを形成する粒状の金属材料よりも低い融点を有する粒状の金属材料を、加熱および加圧したガスにより噴射して、金属配線パターンの表面に金属接合層を形成する第３工程を、さらに含む、第７態様から第１２態様のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法を提供する。
【００３０】
本発明の第１４態様によれば、ベース基板上に絶縁材料を噴射して積層させることにより絶縁層が形成される、第７態様から第１３態様のいずれか１つに記載の配線基板の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ベース基板上に配置された絶縁層の表面に開口する複数の孔内に、粒状の金属材料を配置させるとともに、複数の孔を覆うように粒状の金属材料を配置して、絶縁層の表面に金属配線パターンを形成している。そのため、粒状の金属材料の噴射量などを制御することにより、所望の厚み（肉厚）の金属配線パターンを簡単に製作できる。また、絶縁層に形成された複数の孔内に粒状の金属材料を配置させることで、金属配線パターンと絶縁層とを簡単に接合することができる。このため、大電力用途にも対応できヒートスプレッダ効果による放熱性に優れた、パワーエレクトロニクス機器に適した配線基板を提供することができる。それとともに、このような配線基板を少ない工数（低価格）で製作できる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の配線基板を用いた制御モジュールの構成を示す断面図
【図２】従来の配線基板の製造方法の説明図
【図３】従来の配線基板の製造方法の説明図
【図４】従来の配線基板の製造方法の説明図
【図５】本発明の実施の形態に係る配線基板を用いた制御モジュールの構成を示す断面図
【図６】図５の配線基板における絶縁層の部分拡大断面図
【図７】図５の配線基板における金属配線パターンの製作工程を示す断面図
【図８】図５の配線基板における金属配線パターンの製作工程を示す平面図
【図９】本発明の変形例に係る配線基板の金属配線パターンの製作工程を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態に係る配線基板において、粒状の金属材料の挙動を説明する断面図
【図１１】本発明の変形例に係る配線基板の製作工程を示す断面図
【図１２】本発明の実施の形態に係る配線基板において、粒状の金属材料の接合状態を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
以下の図面においては、説明の簡潔化のために、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００３５】
図５は、本発明の一の実施の形態に係る配線基板１０を用いた制御モジュール１の構成を示す断面図である。本実施の形態の配線基板１０は、ベース基板１１と、ベース基板１１上に配置された絶縁層１２と、絶縁層１２の表面に配置された金属配線パターン１３との三層構造を有している。配線基板１０の金属配線パターン１３上には半導体素子１５などの電子部品が接合層１６（金属接合層）や、金属ワイヤ線１７を介して搭載されている。外部導通端子１８は、金属ワイヤ線１７を接合した金属配線パターン１３上に設けられている。また、ベース基板１１には、絶縁層１２を介して伝達された熱を放熱するための放熱板（ヒートシンクなど）１９に接合されている。
【００３６】
ベース基板１１には、配線基板１０に搭載された半導体素子１５などの電子部品の発熱を速やかに拡散放熱させるために、放熱性に優れた材料が用いられる。例えば、比較的安価で放熱性に優れたアルミニュウムや銅などの金属材料が用いられている。更なる放熱性能の向上のために、高熱伝導グラファファイト材や、ダイヤモンドライクカーボンなどの熱伝導に優れた材料、さらにこれらの材料と各種の金属材料などを組合せた複合材を、ベース基板１１の形成材料に用いても良い。
【００３７】
ベース基板１１に接合された絶縁層１２は、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどのセラミック材料により形成されたセラミック層や、セラミックフィラーを混練したエポキシなどの耐熱性樹脂基板で構成される。絶縁層１２は、ベース基板１１上に必要に応じて下地処理を施した後、高温ガスやプラズマで溶融させたセラミック材料を、高圧で直接吹き付けて成膜する溶射工法や、セラミック粒子などを粒子状態のまま高速で衝突させ積層する方法や本明細書に示すコールドスプレ法などにより、接合金属を介さずに直接ベース基板１１上に形成される。
【００３８】
このような方法によれば、セラミック基板を個別に作成する工程や、絶縁層１２を構成するセラミック基板と放熱器である金属のベース基板１１との接合工程などの、多くの複雑な工程（工数）を省くことができる。また、後述する配線基板の製造プロセスを共用できるため、工程の簡素化が可能になる利点を有する。
【００３９】
ここで、絶縁層１２の表面の部分拡大断面を図６（ａ）および（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すように、絶縁層１２の表面には複数の孔１４が開口するように形成されている（第１工程）。それぞれの孔１４は、絶縁層１２の表面の垂線Ａに対して平行な方向（すなわち、垂線方向）に形成されている。このように絶縁層１２の表面の垂線Ａに対して平行な方向に形成されるような場合に代えて、図６（ｂ）に示すように、垂線Ａに対して傾斜角θにて傾斜した方向にそれぞれの孔１４が形成されていても良い。図６（ｂ）に示す例では、それぞれの孔１４が同じ方向に傾斜して形成されている。これらの孔１４は、例えばＮＣドリル加工機や、ヤグレーザやＣＯ２レーザ加工機により穿孔加工して形成される。穿孔された開口を有する孔１４は、例えば、図８に示すように、隣接する孔１４同士が独立して形成されるような場合、あるいは隣接する孔１４の壁の一部が除去されて隣接する孔１４同士が一部連通して形成されるような場合（それぞれの孔１４が連なって溝が形成される場合を含む）のいずれであっても良い。ただし、後述する孔１４によるアンカー効果を好適に得るという観点からは、それぞれの孔１４が独立して形成されていることが好ましい。また、それぞれの孔１４は、絶縁層１２を貫通しないように形成されており、後述するように粒状の金属材料が孔１４内に充填されても、絶縁層１２による厚み方向の電気的絶縁性が確保される。
【００４０】
開口を有する複数の孔１４の大きさや深さは、形成したい所望の金属配線パターンの幅や厚みにより任意に選択できる。例えば、配線幅および厚みが共に１〜３ｍｍ程度であれば、孔１４の孔径は５０〜５００μｍ、深さは０．０５〜１ｍｍ程度である。また、孔１４の配列は、図８に示すように、例えばマトリクス配置や市松配置など任意の配置を選択することができる。なお、孔１４は、上述したように例えばＮＣドリル加工機や、ヤグレーザやＣＯ２レーザ加工機を用いて加工するため、孔径や、深さ、配列・配置等は、加工機の加工条件（プログラムなど）を調整することにより、簡単に設定することや変更することが可能である。
【００４１】
次に、金属配線パターン１３の形成方法について、図７〜図１０を用いて説明する。絶縁層１２上の金属配線パターン１３は、加熱・加圧したガス噴流２２により粒状の金属材料２３を絶縁層１２上に噴射して積層することにより形成される（第２工程）。以下に詳細を説明する。
【００４２】
図７に示すように、ヒータ２５により加熱（約３００〜５００℃程度）した噴射ノズル２０内に、加圧（約２〜１０バール程度）した空気、窒素ガス、またはアルゴンガスなどのガスをガス供給源２１より供給して加熱噴流２２を形成する。この加熱噴流２２の中に金属配線パターン１３を構成する粒状の金属材料２３（例えば銅、銀、アルミニウム、ニッケル、金、錫の何れか一種もしくはこれらの合金による金属粒子や、これら金属粒子にビスマス、チタン，モリブデンなどの金属を加えた合金または混合物などからなる金属粒子）をホッパ２４から供給する。粒状の金属材料２３は加熱噴流２２により加熱され、表層のごく一部が加熱溶融（あるいは軟化）した状態で、ガス圧により噴射ノズル２０より噴射飛翔し、絶縁層１２上に付着する。なお、粒状の金属材料２３の大きさは、５〜５０μｍ程度が望ましいが、必要に応じて任意に選択することができる。
【００４３】
例えば、図１に示す従来の配線基板１１０のように平滑な絶縁層１０２（すなわち、孔１４が形成されていない絶縁層１０２）を用いて、粒状の金属粒子２３を噴射するような場合にあっては、平滑な絶縁層１０２の表面と粒状の金属材料２３との密着性が悪いため、粒状の金属材料２３が付着せず剥離しやすくなることが考えられる。本実施の形態の配線基板１０では、上述したように絶縁層１２上に機械加工やレーザ照射により穿った複数の非貫通の孔１４を形成している。そのため、複数の孔１４内には噴射された粒状の金属材料２３が充填され、さらに孔１４の開口部分を覆うように粒状の金属材料２３が積層される。このような孔１４を用いた構造では、孔１４内に充填された粒状の金属材料２３が積層された金属材料２３と絶縁層１２との間の連結部材としての役割を担うため、絶縁層１２と粒状の金属材料２３とを強く接合させるアンカー効果をもたせることができる。
【００４４】
特に、絶縁層１２の表面の垂線Ａに対して傾斜した方向（傾斜角度θ：例えば約１０〜８０度）に傾けて複数の孔１４を形成すると共に、噴射ノズル２０を孔１４の傾斜角度θと同じ角度傾けた状態で粒状の金属材料２３を噴射することで、それぞれの孔１４への粒状の金属材料２３の充填をより安定して確実に行うことができる。そのため、剥離しにくい金属配線パターン１３を製作することができる。なお、それぞれの孔１４内には、上述したアンカー効果を発揮できる程度に粒状の金属材料２３が充填（すなわち一部充填）されていればよく、完全に充填されている場合のみに限られない。
【００４５】
また、絶縁層１２の表面に複数の孔１４を形成して、それぞれの孔１４内に粒状の金属材料２３を充填させた状態にて金属配線パターン１３を形成することにより、金属配線パターン１３と絶縁層１２との間の接合界面の表面積を増加することができる。したがって、金属配線パターン１３から絶縁層１２へと厚み方向の熱伝達性を高めることができ、ヒートスプレッド効果に加えて配線基板１０における放熱機能を高めることができる。
【００４６】
ここで、粒状の金属材料２３同士の接合状態について、図１２の模式図を用いて説明する。図１２に示すように、粒状の金属材料２３が加熱されると、表層のみが溶融された状態となる。このような状態にてガス圧により噴射されて絶縁層１２の表面あるいは孔１４の内面などに付着すると、隣接する粒状の金属材料２３同士が溶融された表層を介して接合されることになる。また、全体ではなく表層のみが溶融された状態にあるため、接合された粒状の金属材料２３同士が低抵抗にて電気的に導通された状態となる。また、このように接合された粒状の金属材料２３は、表層の一部にて互いに接合された状態にあるが、表層を除く部分では粒状の形態が保持されているため、隣接する粒状の金属材料２３の間には一部空隙が存在した状態となっている。
【００４７】
図８に示すように、絶縁層１２上に金属配線パターン１３を形成するため、金属配線による所望の回路パターンに沿って絶縁層１２上に複数の孔１４を配列・配置して形成する。その後、所望の回路パターンに沿って粒状の金属材料２３を噴射する噴射ノズル２０を、絶縁層１２の表面沿いの互いに直交する方向であるＸ方向およびＹ方向に移動させて、複数の孔１４を配列・配置した部分のみに粒状の金属材料２３を付着、積層させて所望の金属配線パターン１３のパターン形状を得る。また、噴射ノズル２０の移動に合わせて、噴射ノズル２０に供給するガスをオンデマンドで供給（すなわち、必要に応じてＯＮ−ＯＦＦ）することにより、金属配線パターンの１３の厚みを任意に変えることも可能である。
【００４８】
上述した金属配線パターン１３形成の工程において、絶縁層１２上に孔１４を形成していない領域、すなわち金属配線パターン１３を形成しない領域の一部にも、噴射ノズル２０をから噴射された粒状の金属材料２３が付着することが懸念される。しかしながら、絶縁層１２に設けた孔１４と略同じ角度（例えば約１０〜８０度）に傾けて粒状の金属粒子２３を噴射することにより、絶縁層１２の表面において孔１４を形成していない部分への粒状の金属材料２３の付着量を抑制することができる。それとともに、付着した粒状の金属材料２３を絶縁層１２の表面からより簡単に剥離・除去することができる。
【００４９】
これは、絶縁層１２の表面に対して傾斜方向の位置から粒状の金属材料２３が噴射される際に、図１０に示すように絶縁層１２上の孔１４が形成されていない部分では、粒状の金属材料２３は絶縁層１２の表面で軽く付着した状態になるが、このように付着した粒状の金属材料２３は孔１４によるアンカー効果を有さない。さらに、粒状の金属材料２３が絶縁層１２の表面上を矢印Ｂ方向に滑空しながら移動するため、粒状の金属粒子２３が絶縁層１２の表面に付着しにくくなる。また、僅かに付着した場合においても、噴射される粒状の金属材料２３が後から後から連続して滑空してくる、いわゆるショットブラスト効果により、付着した粒状の金属材料２３を剥離することができる。特に絶縁層１２がセラミック材料などにより形成されている場合、表面の硬度が金属材料２３に比して高いため、滑空してきた粒状の金属材料２３は絶縁層１２の表面で弾き飛ばされ、表面に付着しにくくなる。したがって、付着した不要な粒状の金属材料２３を除去するためのブラストや加振などの工程を、削減または簡素化することができる。
【００５０】
なお、噴射される粒状の金属材料２３は飛翔状態では粒状の形態を保っているが、絶縁層１２上の孔１４内に付着した後は、次々に噴射、飛翔してくる粒状の金属材料２３の衝突圧力と、表層が僅かに溶融（軟化）している粒状の金属材料２３同士の溶融接合により、金属配線に適した、緻密な金属配線層（金属配線パターン１３）を形成する。また、傾斜させて設けた孔１４のアンカー効果と相まって、繰り返し低温〜高温までの温度サイクルかけた際に発生する配線基板のたわみ応力を受けても剥離しにくくなる。
【００５１】
絶縁層１２上に連続する金属配線パターン１３を形成すると同時に、ヒートスプレッダ効果をもたせるために任意の厚み（肉厚）の金属配線パターン１３を形成するためには、次のような方法により実現できる。具体的には、粒状の金属粒子２３の定量噴射を複数回に分けて行う方法や、噴射ノズル２０から噴射する粒状の金属材料２３の供給量を増やす方法や、噴射ノズル２０の送り速度を可変するなどの噴射および加工条件（ガスの圧力、温度、ノズル径やノズルと絶縁層までの距離などの調整可能な条件）を調整する方法等により、粒状の金属材料２３の積層厚みを容易に制御することができる。特に、粒状の金属材料２３により形成された金属層の表面は、粒状の大きさに応じた微小な凹凸面とされているため、その上に粒状の金属材料２３をさらに噴射することにより、さらに金属層を効果的に積層することができる。したがって、１ｍｍ以上、例えば３〜１０ｍｍ程度の肉厚の金属配線パターン１３をより簡単な方法にて製作することができ、所望の厚みを有する金属配線パターン１３を用いてヒートスプレッド効果を得ることができる。また、金属配線パターン１３の一部分のみを他の部分と異なる厚みに形成することも可能である。
【００５２】
これまで本発明の一の実施の形態である、絶縁層１２に予め穿孔して複数の孔１４を形成した後に、粒状の金属材料２３を噴射、積層させる方法を説明したが、このような方法以外の方法を採用することもできる。例えば、図９に示すように、絶縁層１２上に形成される複数の孔１４の加工条件（第１工程）と、粒状の金属材料２３を噴射する加工条件（第２工程）を調整することにより、例えばヤグレーザやＣＯ２等のレーザ加工機３０などを用い、レーザ光照射による熱エネルギを用いて絶縁層１２を穿孔加工して孔１４を形成するのと並行して、すかさず粒状の金属材料２３を噴射して、連続して金属配線パターン１３を形成しても良い。
【００５３】
このような方法では、レーザ光で穿孔する際の熱により絶縁層１２が余熱状態となり、直後に粒状の金属材料２３が噴射、積層されることになる。そのため、絶縁層１２と粒状の金属材料２３との間の接合力が高まるなどの効果を得ることができる。
【００５４】
次に、上記実施の形態の変形例について、図１１を用いて説明する。
【００５５】
図１１に示すように、ベース基板１１上に配置された絶縁層１２の表面には、粒状の金属材料２３で形成された金属配線パターン１３が形成されている。さらに金属配線パターン１３上には半導体素子などの電子部品を接合搭載するための金属接合層４０が配置されている。金属接合層４０は、粒状の金属材料２３よりも低融点な粒状の金属材料４１同士が互いに接合されて構成されている。低融点な粒状の金属材料４１としては、例えば金属配線パターン１３が銅の場合、錫を主体とした金属粒子や、これらにビスマスなどの金属粒子を混合または、合金化した金属材料が用いられる。また、図１１に示すように、噴射ノズル２０から、金属接合層４０となる粒状の金属材料４１を加熱・加圧したガスにより金属配線パターン１３上に噴射すると、低融点の粒状の金属材料４１は表層の一部が僅かに溶融しているため、予め形成した金属配線パターン１３上に金属接合により低融点の粒状の金属材料４１が付着、積層して、金属接合層４０が形成される（第３工程）。特に、金属配線パターン１３は、粒状の金属材料２３同士が接合して形成されているため、その表面は微小な凹凸面となっている。したがって、このような凹凸面に表層が溶融した粒状の金属材料４１を噴射することで、効果的に金属接合層４０を積層形成することができる。
【００５６】
電子部品を搭載する金属接合層４０は、電子部品の種類や位置に応じて必要部分のみに形成することを要求されるが、このような方法によれば、噴射ノズル２０の位置制御と、粒状の金属材料４１の噴射タイミング、および、時間をオンデマンド制御することにより、所望する位置でかつ部分的に金属接合層４０を形成することができる。したがって、専用のマスクや位置決め治具を使用せずに任意の厚みの金属接合層４０を、簡単に製作することが可能である。
【００５７】
以上説明したように、本発明の配線基板の製造方法では、各種の絶縁材料上に直接金属配線パターンを形成する低温プロセスが採用されているため、配線基板製作時にプロセスに起因する配線基板の反りや歪の発生を少なくできる。そのため、品質確保が容易であり、さらに金属配線パターン形成と仕様変更を簡単に行うことができる。よって、所望の厚さを有する金属配線パターンの製作が容易となり、さらに部分的に任意の厚みに設定することも可能である。また、異なる材質の金属材料を層別に簡単に積層することができるため、金属配線パターン上に電子部品を搭載するための金属接合層などを簡単に形成することが可能である。
【００５８】
なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、大電力使用が可能な、放熱性に優れた金属配線パターンを形成したパワーエレクトロニクス機器に適した配線基板、および少ない工数（低価格）で製造が容易な配線基板の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０  配線基板
１１  ベース基板
１２  絶縁層
１３  金属配線基板
１４  孔
１９  放熱板
２０  噴射ノズル
２１  ガス供給源
２３  粒状の金属材料
２４  ホッパ
２５  ヒータ
３０  レーザ加工機
４０  金属接合層
４１  粒状の金属材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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