DE69030057T2

DE69030057T2 - Elektrisches Bauelement mit Leiterbahnen

Info

Publication number: DE69030057T2
Application number: DE69030057T
Authority: DE
Inventors: Thomas E Orlowski; Joseph A Swift
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1990-11-07
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2010-11-08
Also published as: US4970553A; EP0431334B1; CA2025903A1; JP2721431B2; EP0431334A3; DE69030057D1; JPH03188696A; EP0431334A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Komponenten und Geräte, welche elektrische Komponenten verwenden, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, 15 bzw. 28. Insbesondere betrifft sie dreidimensionale elektrische Komponenten, welche eine elektrisch isolierende Polymermatrix enthalten, die ein Material umfaßt, welches in der Lage ist, durch Hitze in ein elektrisch leitendes Material umgewandelt zu werden, wobei wenigstens ein elektrisch leitfähiger Pfad an Ort und Stelle zwischen der ersten und zweiten Seite der Polymermatrix gebildet wird. Spezieller kann die dreidimensionale elektrische Komponente eine zweiseitige Leiterkarte oder ein Rahmen- oder Strukturteil in einem Gerät, wie z.B. einer automatischen Reproduktionsvorrichtung, einschließlich Bürokopierer, Duplizierer und Printer, sein.
In einer typischen elektrostatischen Reproduktionsvorrichtung wird ein photoleitfähiges isolierendes Teil gleichmäßig aufgeladen und ein Lichtbild aufbelichtet, welches die exponierten Bereiche oder Hintergrundbereiche entlädt und ein elektrostatisches latentes Bild auf dem Teil erzeugt, das dem Bild entspricht, welches in dem Originaldokument enthalten ist. Alternativ kann ein Lichtstrahl, wie z.B. ein Laserstrahl, moduliert werden und verwendet werden, um selektiv Teile der photoleitfähigen Oberfläche zu entladen, um die gewünschte Information darauf aufzuzeichnen. Das elektrostatische latente Bild wird durch Entwickeln des Bildes mit einem Entwicklungspulver sichtbar gemacht, welches auf dem Fachgebiet als Toner bezeichnet wird und nachfolgend auf eine Trägeroberfläche, wie z.B. ein Papier, übertragen werden kann, an welcher es permanent durch Heizungsdruck oder Anwendung von Wärme und Druck befestigt wird.
Bei kommerziellen Anwendungen solcher Produkte ist es notwendig, elektrische Leistung und/oder Logiksignale auf verschiedene Stellen innerhalb der Vorrichtung zu verteilen. Traditionell ist dies in der Form der Verwendung herkömmlicher Drähte und Kabelbäume in der jeweiligen Vorrichtung durchgeführt worden, um Leistung und Logiksignale auf die verschiedenen Funktionselemente in einer automatisierten Maschine zu übertragen. Während die herkömmliche Lösung sehr effektiv bei der Herstellung von alltäglichen Produkten gewesen ist, müssen mit ansteigenden Forderungen bezüglich der Herstellungskosten und dem Wunsch nach einer automatischen Herstellung verschiedene Schritte unternommen werden. Da z.B. einzelne Drähte und Kabelbäume als solche sehr flexibel sind, eignen sie sich nicht zu einer automatischen Montage, wie sie z.B. unter Verwendung von Robotern durchgeführt wird. Darüber hinaus kann es sein, daß solche Kabelbäume mehrere Male gehandhabt oder bewegt werden müssen, um alle erforderlichen Verbindungen herzustellen. Dies ist ein sehr arbeitsintensiver Vorgang, welcher häufig eine manuelle Verlegung der verschiedenen Kabelbäume durch Kanäle und um Komponenten herum erfordert, wobei die Endanschlüsse auch manuell hergestellt werden, woraus potentiell menschliche Fehler bei der Montage resultieren. Das Potential für menschliche Fehler wird reduziert, indem eine automatische Montage und insbesondere Montage durch Roboter erfolgt. Zusätzlich zu den verhältnismäßig hohen Arbeitskosten, die mit einer Kabelbaumkonstruktion und einer Installation elektrischer Kabelbäume verbunden ist, kann man feststellen, daß diese ihre gewünschte Funktion nicht immer zuverlässig ausführen. Darüber hinaus kann mit wachsenden Ansprüchen an die Fähigkeiten solcher Produkte eine Vielzahl von Kabelbäumen in jeder einzelnen Maschine erforderlich sein, welche ein großes Raumvolumen einnehmen und daher das Gesamtformat der Vorrichtung vergrößern. Entsprechend besteht ein Bedarf, eine Alternative zu den herkömmlichen Verdrahtungen und Kabelbäumen zu schaffen, welche diese Schwierigkeiten überwindet.

Stand der Technik

In dem US-Patent Nr. 4,841,099 von Epstein et al. ist kürzlich vorgeschlagen worden, elektrische Komponenten und Trägerteile für eine Vorrichtung mit kontinuierlichen, elektrisch leitenden Pfaden, welche durch die Wärmeumwandlung an Ort und Stelle von elektrisch isolierendem, faserigem Füllermaterial, das innerhalb einer elektrisch isolierenden strukturellen Polymermatrix gehalten ist, gebildet werden, zwischen elektrischen Komponenten vorzusehen. Die elektrisch leitfähigen Muster können durch Exponieren der Komponente oder des Trägerteils mit einem Laserstrahl durch eine das gewünschte Muster enthaltende Maske hindurch hergestellt werden. Nachträglich zu der Bildung der elektrisch leitfähigen Spur oder des leitfähigen Pfades kann das Muster, wenn gewünscht, galvanisch überzogen werden, um eine metallische Leitfähigkeit zu erreichen.
Das US-Patent Nr. 4,691,091 von Lyons et al. beschreibt die Erzeugung von leitfähigen Mustern in einem Polymersubstrat, welches bei der Herstellung von Leiterkarten verwendet werden kann, wobei ein Laserstrahl über das Substrat bewegt wird, um ein gewünschtes Muster zu zeichnen, und das Polymermaterial zersetzt sich, um ein leitfähiges Muster zu erzeugen. Ferner kann die Leitfähigkeit des Laserschreibpfades durch galvanisches Überziehen des Pfads mit einem leitfähigen Metall oder einer Legierung verbessert werden.
Diese Methoden liefern eine ökonomische Alternative zu einer herkömmlichen Verdrahtung und Kabelbaumkonstruktion und erleichtern auch die automatische Herstellung, wodurch Montagekosten und menschliche Fehler reduziert werden.
Sie haben ferner den Vorteil, daß sie in der Lage sind, elektrische und mechanische Funktionen in dem gleichen Bauteil zu integrieren. Ferner kann eine durch einen Laserstrahl erzeugte Schaltung auf zwei Seiten einer Leiterkarte oder zwei Seiten eines Strukturteils oder in Verbindung mit oder angrenzend an solche Teile angeordnet werden. Dies kann die Bildung eines Loches oder Durchgangs in der Leiterkarte oder dem Strukturteil erfordern, um die Schaltung auf den zwei Seiten der Karte oder des Teils zu verbinden. Wie vorangehend diskutiert ist, wird dies im allgemeinen bei herkömmlichen Verdrahtungstechniken auf sehr arbeitsintensive Weise durchgeführt, welche sich nicht leicht für eine automatische Montage z.B. unter Verwendung von Robotern eignen.
Das Westdeutsche Patent Nr. 2,647,796 von Zink ist auf eine Leiterkarte gerichtet, die als der Boden eines Gehäuses konstruiert ist, welches durch Spritzgießen von thermoplastischem Material hergestellt wird, so daß die gegossene Sektion Kanäle auf der Seite für die gedruckte Verdrahtung aufweist. Das thermoplastische Materials wird dann aktiviert und elektrisch leitfähig gemacht und in einem galvanischen Bad mit einer Beschichtung aus einem leitfähigen Material versehen, welches die Verdrahtungswege bildet. Der Prozeß ermöglicht einen hohen Automatisierungsgrad, ein dreidimensionales Profil und die Eliminierung von Verdrahtungsvorgängen. Die Leiterkarte ist als ein Gußteil mit konischen Durchgangslöchern, um die Einführung von Verbindungsdrähten zu erleichtern, konstruiert.
Das IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 9, No. 11, April 1967, S. 1474, Titel "Metal Plating of Pyrolyzate Circuitry" von T.F. Saunders et al. ist auf die Herstellung von gedruckten Schaltungen durch die Strahlungsenergiepyrolysation von einer organischen Polymerbeschichtung auf einem Substrat und die Erzeugung eines leitfähigen kohlenstoffhaltigen Musters gerichtet, welches nachfolgend zur Sensibilisierung in ein stromloses Kupfergalvanikbad getaucht wird, um einen Kupferfilm auf dem leitfähigen Muster zu bilden. Die Filmdicke kann durch Galvanisierung vergrößert werden.
Das US-Patent Nr. 4,149,414 von Suh et al. ist auf die Bildung von elektrisch leitenden Pfaden auf dreidimensionalen Substraten durch Exponierung einer Polymerzusammensetzung, die eine Metallverbindung, vorzugsweise ein Metalloxid, enthält, mit einem hochintensiven Laserstrahl, um die Metallverbindung zu ihrem Elementzustand zu reduzieren, um dadurch einen elektrisch leitenden Weg herzustellen, gerichtet.
Das US-Patent Nr. 4,286,250 von Sacchetti ist auf ein durch einen Laser gebildetes Widerstandselement gerichtet, wobei man auf ein Isolatorsubstrat Wärme wirken läßt, z.B. durch Richten eines Laserstrahls auf einen vorbestimmten Abschnitt, um einen carburierten leitfähigen Widerstandsabschnitt zu bilden.
Eine weitere Schwierigkeit, die häufig bei Schaltungen oder Leiterkarten auftritt, ist die Umwindung einer Ecke mit einem Teil der Schaltung. Zwei Probleme treten auf insofern, daß es schwierig ist, eine gleichmäßige Dicke des den Leitungsweg bildenden Metallüberzugs um eine solche Ecke herum zu erreichen, und solche Strukturbereiche neigen typischerweise zu Abrieb allein durch ihre Lokalisierung, was zu einer erhöhten Abnutzung und vorzeitiger Verschlechterung des leitfähigen Pfades führt.
Eine elektrische Komponente entsprechend dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1, 17 und 31 ist aus der DD-A-221903 bekannt. Diese Komponente enthält Löcher, welche durch einen Laserstrahl hergestellt sind, und der Laserstrahl wird ferner verwendet, um die Wände der Löcher zu pyrolysieren, um dabei eine leitende Schicht zu bilden. Die leitfähige Schicht wird verwendet, um eine metallische Schicht auf der Wand der Durchgangslöcher durch ein elektrolytisches Verfahren abzulagern.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue verbesserte elektrische Komponente zu schaffen, welche Leitungslöcher enthält, die durch Wärmeumwandlung des Materials der Komponente gebildet sind, ein Verfahren zur Bildung einer solchen Komponente und eine Vorrichtung, die eine solche Komponente enthält, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, 17 bzw. 31 angegebenen Merkmale gelöst.
Gemäß einem weiteren grundsätzlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der elektrisch leitende Pfad in einem Durchgangsweg der elektrisch isolierenden Polymermatrix durch Richten eines Laserstrahls auf die Wände des Durchgangswegs, um die Polymermatrix auf eine Temperatur aufzuheizen, die genügend groß ist, um sie in ein elektrisch leitfähiges Material umzuwandeln, gebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die elektrisch isolierende Polymermatrix mit einem elektrisch isolierenden faserigen Füllermaterial gefüllt, welches zu einer Umwandlung in ein elektrisch leitendes faseriges Füllermaterial durch Wärme in der Lage ist, wie z.B. eine durch Wärme umwandelbare kohlenstoffhaltige Faser, wie z.B. thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern, gefüllt ist.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzen die Wände des Durchgangsweges eine anhaftende durchgehende Beschichtung aus einem leitfähigen Metall.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt die elektrische Komponente eine Vielzahl von Durchgangswegen, die eine Vielzahl von elektrisch leitenden Pfaden zwischen der ersten und zweiten Seite ermöglichen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung laufen die Wände des Durchgangsweges von einem maximalen Querschnitt auf der ersten Seite zu einem minimalen Querschnitt auf der zweiten Seite zusammen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung laufen die Wände des Durchgangsweges von einem maximalen Querschnitt sowohl auf der ersten als auch zweiten Seite zu einem Minimum an einem Punkt zwischen der ersten und zweiten Seite zusammen, und ein Laserstrahl wird auf die Wände des Durchgangsweges von der ersten und der zweiten Seite aus gerichtet, um den leitfähigen Pfad zu bilden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung kommen die erste und zweite Seite zusammen, um eine Winkelecke zu bilden, welche wenigstens einen Durchgangsweg aufweist, der einen elektrisch leitenden Pfad durch das Innere der Ecke von der ersten Seite zu der zweiten Seite bildet.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung sind elektrische Schaltungen sowohl auf der ersten als auch zweiten Seite der elektrischen Komponente vorgesehen und sind durch einen leitfähigen Pfad verbunden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die isolierende Polymermatrix einen spezifischen Widerstand größer als etwa 10¹&sup4; Ohm-cm auf, und der elektrisch leitende Pfad weist einen spezifischen Widerstand geringer als etwa 10&sup9; Ohm-cm auf und vorzugsweise geringer als Ohm-cm.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und durch Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine isometrische, teilweise in Einzelteile aufgelöste Darstellung eines Teils der Rahmensektion einer elektrophotographischen Printervorrichtung mit einer repräsentativen Darstellung von einem Schaltungsmuster, das an Ort und Stelle durch Erzeugen leitfähiger Pfade und eines Loches oder Weges, welches bzw. welcher einen leitfähigen Durchgangsweg von einer Seite zu der anderen Seite eines Strukturteils bildet, gebildet ist.
Figur 2A-2D sind Querschnittsansichten eines durch einen Laser erzeugten Weges durch eine isolierende Polymermatrix zu vier verschiedenen Zeiten in der Folge eines Herstellungsvorgangs. Figur 2A erläutert verbundene Löcher mit konischem Querschnitt. Figur 2B erläutert eine Belichtung von einem konischen Loch durch einen Laserstrahl, welcher es leitfähig macht. Fig. 2C erläutert die zweite Belichtung des zweiten konischen Loches, wobei eine kontinuierliche leitfähige Spur gebildet wird. Figur 2D repräsentiert einen galvanisch hergestellten Weg.
Figur 3A und 3B sind vergrößerte Ansichten des elektrisch leitenden Pfades gemäß Schnitt 1:1 von Fig. 2A bzw. Schnitt 2:2 von Fig. 2D.
Figur 4A und 4B erläutern zwei alternative Querschnittsausführungsformen von einer Seite zu der anderen Seite der elektrischen Komponente, welche ein Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung enthalten.
Figur 5 erläutert alternative Querschnittskonfigurationen entlang einer Linie 1:1, wie sie in Figur 2A dargestellt ist.
Figur 6 ist eine Vergleichsfigur, welche die Schwierigkeiten bei der Belichtung auf der Oberfläche eines röhrenförmigen Weges oder anderen Weges mit parallelen Seiten im Vergleich zu den Figuren 2A bis 2D erläutert.
Figur 7 erläutert die Verwendung eines Weges entsprechend der vorliegenden Erfindung bei einer Anwendung an einer Ecke.
Figur 8 erläutert den minimalen Winkel oder die Neigung zwischen der zusammenlaufenden Wand und der Senkrechten auf die Oberfläche.
Figur 9 ist eine schematische Darstellung eines Systems zum Bilden der elektrisch leitenden Spuren in einem Strukturteil.
Figur 10 ist eine Querschnittsansicht einer Leiterkarte mit einem Loch oder Weg und einer weiteren darauf montierten und damit verbundenen Komponenten.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Komponente entsprechend der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Alternative zu der Verbindung von Schaltungsmustern auf beiden Seiten einer Leiterkarte durch die manuelle Manipulation von Drähten und Befestigung von Drähten an Anschlüssen vorgesehen, welche in wesentlichem Umfang eine automatische Montage ermöglicht. Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist eine dreidimensionale elektrische Komponente mit einer ersten und zweiten Seite, welche eine elektrisch isolierende Polymermatrix umfaßt, die durch Wärmeumwandlung in eine elektrisch leitende Polymermatrix umwandelbar ist, wenigstens einen Durchgang oder Weg von der ersten Seite zu ihrer zweiten Seite mit einer konischen Wandkonfiguration von der ersten Seite zu der zweiten Seite bei konstanter Änderung des Querschnitts des Durchgangsweges von der ersten Seite zur zweiten Seite auf, wobei der Durchgangsweg einen elektrisch leitenden Pfad zwischen der ersten und zweiten Seite aufweist, der durch die Umwandlung der Wand des Durchgangswegs in der elektrisch isolierenden Polymermatrix an Ort und Stelle gebildet ist.
Es wird nun auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, wo die Bedeutung der vorliegenden Erfindung unmittelbar erkennbar ist. In Fig. 1 sind ein Strukturrahmen 10 zusammen mit einem Antriebsmodul 12 und einem Plattenantriebsmodul 14 als Teile einer elektrophotographischen Reproduktionsvorrichtung dargestellt. Zur weiteren Beschreibung der Maschinenelemente und ihrer Betriebsweise wird auf das US-Patent 4,563,078 verwiesen. Auch dargestellt sind elektrisch leitende Pfade oder Spuren 20, welche direkt in dem Maschinenträgerrahmen 10 in der Art und Weise, wie sie in dem oben angeführten US-Patent 4,841,099 beschrieben ist, gebildet sind. Auch sind leitfähige Spuren 21 zu Wegen 24 dargestellt, welche vollständiger unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben sind.
Figur 2A bis 2D erläutert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines durch einen Laser hergestellten Weges entsprechend der vorliegenden Erfindung. In Figur 2A ist ein Querschnitt einer Leiterkarte 11 mit einem Verbindungsdurchgangsweg 17 zwischen einer ersten Seite 15 und einer zweiten Seite 16 dargestellt. Der Querschnitt des Verbindungsdurchgangsweges zeigt konisch geformte Löcher, welche bei oder nahe dem Zentrum verbunden sind. In Figur 2B ist ein Teil des konischen Lochs einem Laserstrahl ausgesetzt, um die isolierende Polymermatrix auf eine Temperatur aufzuheizen, die ausreicht, um die elektrisch isolierende Polymermatrix in eine elektrisch leitende Polymermatrix umzuwandeln. Fig. 2C zeigt schematisch die Exponierung des zweiten Abschnitts des konischen Loches mit dem Laserstrahl, um es auf eine Temperatur aufzuheizen, die ausreicht, um die elektrisch isolierende Polymermatrix in eine elektrisch leitende Polymermatrix umzuwandeln. Die zweite Exponierung erzeugt eine kontinuierliche leitende Spur von der ersten Seite zu der zweiten Seite der Leiterkarte. Figur 2D erläutert das Ausführungsbeispiel, wobei die leitenden Wände des Durchgangsweges galvanisch mit einem leitfähigen Metall überzogen sind, um einen Weg mit einer metallischen Leitfähigkeit zu erzeugen.
Die elektrisch isolierende Polymermatrix kann aus irgendeinem geeigneten Grundpolymer gebildet sein, welches elektrisch isolierend ist. Das Polymer kann aus einem weiten Bereich kommerziell verfügbarer Materialien ausgewählt sein, welche zum Spritzgießen oder anderen Formungsmethoden geeignet sind, wie z.B. Gießen, Extrudieren, Pultrusion und Transferpressen. Polymere, welche hydrophob sind und geringe Feuchtigkeitsaufnahme zeigen, werden wegen ihres stabileren Volumenwiderstandes bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit bevorzugt. Natürlich werden Polymere bevorzugt, welche nicht toxisch sind und keine toxischen thermischen Zersetzungsprodukte bilden. Das Polymer kann z.B. aus einem weiten Bereich thermoplastischer und wärmehärtbarer Polymere sowie Strukturschäumen dieser Materialien ausgewählt sein. Typische Materialien enthalten Polystyrol, Polycarbonat, Polyamide, Polyester, Phenole, Epoxidharze, Vinylester und dergleichen. Darüber hinaus können geeignete Elastomere wie z.B. Silikone, Urethane, Hypalone, EPDMs und ihre Schäume verwendet werden. Bei Verwendung als Bauteil wird, wird es natürlich bevorzugt, herkömmliche Konstruktionspolymere zu verwenden. Typisch für solche plastischen Polymere sind das ABS-Harz-Acrylonitrilbutadienstyrol-Copolymer, welches eine Mischung sein kann, die aus allen drei Monomeren oder Mischungen von Copolymeren oder veredelten Polymeren, wie z.B. Styrol und Acrylonitril, das durch Polybutadien veredelt ist, erzeugt wird. Darüber hinaus können andere Hochtemperaturkonstruktionsplastikmaterialien wie z.B. Polysulfone, Polyphenylensulfide, Polyetherimide, Poly(amidimide) und Fluoroplastikmaterialien verwendet werden.
Das elektrisch isolierende Polymermaterial kann allein verwendet werden, um die Leiterkarte oder das Strukturteil zu bilden, oder alternativ kann es mit einem geeigneten Polymerfasermaterial geladen oder gefüllt sein, oder es kann eine geeignete Beschichtung auf einem Substrat sein, die zur Wärmeumwandlung in einen leitenden faserigen Kohlenstoff innerhalb der Polymermatrix geeignet ist. Geeignete Substratmaterialien, die zur Wärmeumwandlung in eine elektrisch leitende Polymermatrix fähig sind, enthalten Phenolmaterialien, wie z.B. Phenolformaldehyd. Auch geeignet sind Polyamide, wie z.B. Kapton, das von E.I. Dupont de Nemours bezogen werden kann. Alternativ kann das elektrisch isolierende Polymer mit irgendeinem geeigneten Polymerfasermaterial geladen werden, welches zur Wärmeumwandlung in leitendes Fasermaterial innerhalb der Polymermatrix geeignet ist. Typisch für solche Faserfüllermaterialien sind Cellulose (Rayon) und auf Bitumen basierende Kohlenstoffasern, welche in kohlenstoffhaltige Fasern durch Wärme umwandelbar sind. Eine besonders bevorzugte kohlenstoffhaltige Faser oder ein besonders bevorzugtes Füllermaterial sind thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern, welche bei Wärmeumwandlung elektrisch leitende Fasern bilden. Die Fasern werden thermisch stabilisiert durch Aufheizen von Polyacrylnitrilfasern auf Temperaturen in der Größenordnung von 300ºC in Anwesenheit von Sauerstoff und gewöhnlich unter Zugspannung über eine lange Zeitperiode von bis zu 24 Stunden, wobei das Polyacrylnitril von einer weißen in eine schwarze Faser umgewandelt wird, während es seine elektrisch isolierenden Eigenschaften beibehält. Diese thermisch stabilisierten Fasern sind auch als Preox-Fasern bekannt und können elektrisch leitend durch nachfolgende Wärmebehandlung bei Temperaturen in der Größenordnung von 2000ºC in einer Inertgasatmosphäre gemacht werden.
Mit dem hier verwendeten Ausdruck "elektrisch isolierend" ist beabsichtigt, Materialien zu definieren, die einen Volumenwiderstand größer als etwa 10¹&sup4; Ohm-cm aufweisen, und der Ausdruck "elektrisch leitend" soll Materialien mit einem Volumenwiderstand kleiner als etwa 10&sup9; Ohm-cm definieren. Der Grad der Beladung der Polymermatrix mit den Fasern ist derart, daß nach der Wärmeumwandlung der Fasern die umgewandelten Fasern im elektrischen Kontakt miteinander sind, wodurch ein elektrisch leitender Pfad in der Polymermatrix gebildet ist. Typischerweise können die Fasern in der Polymermatrix in einer Menge von etwa 5 bis 70 Gew.% der gesamten gefüllten Polymermatrix enthalten sein. Vorzugsweise jedoch bestehen etwa 10 bis 30% des Gewichts der Polymermatrix aus den Fasern. Da die Kosten für die Fasern wesentlich höher als die Kosten für das Polymer sind, führt dieser Bereich im allgemeinen zu einem guten Ausgleich zwischen Kosten und Füllfunktion zusätzlich zu der Bildung des leitenden Pfades. Bei höheren Faserbeladungen wird eine größere Verstärkung und Festigkeit in dem Verbundmaterial erreicht. Darüber hinaus können geringere Faserbeladungen weniger Schwierigkeiten bei der Verteilung der Faser in dem Polymer hervorrufen. Wenn es gewünscht wird, können die Fasern einen Adhäsionsverstärker, wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid oder Epoxydmonomere darauf aufweisen, welcher dem Polymer in dem flüssigen Zustand, wenn es aufgeheizt wird, ermöglicht, leicht an den Fasern anzuhaften. Darüber hinaus können weitere Additive, wie z.B. Glasfaser oder Flammenverzögerer, wie z.B. halogenisierte Hydrocarbone, der Polymermatrix zur weiteren Verstärkung und Flammenfestigkeit zugesetzt werden. Typischerweise haben die Fasern eine Länge wesentlich größer als der Durchmesser, wobei die Länge von etwa 1 bis 12 mm und der Durchmesser 5x10&supmin;³ bis 5x10&supmin;² mm beträgt. Es ist wichtig, daß die Fasern genügend lang sind, so daß sie bei der Pyrolyse in der Lage sind, die Bereiche der pyrolysierten Polymermatrix zum Volumen der unpyrolysierten Polymermatrix zu überbrücken, um dem Endprodukt Dauerhaftigkeit zu verleihen. Es ist daher wichtig, daß die Fasern ihre Fasernatur während des Verbindungsvorgangs beibehalten, was zu einer gleichmäßigen Verteilung von Fasern über die Polymermatrix führt. Über die Bildung des leitfähigen Pfades infolge Wärmeumwandlung hinaus bewirken die Fasern auch eine Veränderung der Struktur des Grundpolymers, die zu seiner Verfestigung und Versteifung dient. Bei einigen Anwendungen können Verbindungs- und Formungstechniken, wie z.B. Zweifachspritzgießen, welches die Fasern veranlaßt, sich vorrangig zu der Oberfläche zu bewegen, vorzugsweise verwendet werden.
Die gefüllte Polymermatrix kann zu einer elektrischen Komponente durch herkömmliche Guß- oder Extrusionstechniken verformt werden. Ein besonders bevorzugtes Verfahren ist das Spritzgießen, wobei dreidimensionale Teile in sehr kurzer Zeit hergestellt werden können, welche keiner Nachbearbeitung, wie Bohren oder Fräsen, bedürfen. Wenn die elektrische Komponente als ein Trägerteil zu verwenden ist, wie z.B. der Strukturrahmenteil oder Eckteil, sollte das Polymer eines der oben erwähnten Konstruktionspolymere sein.
Die Löcher oder Wege, die die Durchgangswege bilden, können in der elektrischen Komponente durch herkömmliche Verfahren wie Bohren, Senken oder ein Formungsverfahren hergestellt werden. Alternativ kann ein Laserstrahl verwendet werden, um die Wege durch Zerstäuben der Polymermatrix zu bilden. Typischerweise wird ein Laser, wie z.B. ein Eximer-Laser, ein Ultraviolettlaser oder einer, welcher die Polymermatrix unter Bildung eines sauberen Loches ohne Verformung schmilzt und eine typische Impulsenergiedichte von 1 Joule pro cm² aufweist, verwendet werden. Es ist wichtig, daß die Durchgangswege eine konische Wandkonfiguration von einer Seite in Richtung zu der anderen Seite der elektrischen Komponente aufweisen, um eine vollständig hinreichende Belichtung der Wandoberflächen durch den aufheizenden Laserstrahl zu erleichtern. Die konische Wandkonfiguration in dem Loch oder Weg kann mit dem Eximer-Laser durch gesteuerte Bewegung des Lasers relativ zu der elektrischen Komponente gebildet werden. Da ein Laser eine kollimierte Lichtquelle ist, treten, wenn das Objekt, welches belichtet werden soll, zylindrisch ist oder Wandoberflächen aufweist, die im wesentlichen parallel zueinander sind, wie in Fig. 6 erläutert ist, Schwierigkeiten auf, wenn zu sichern ist, daß eine hinreichende Belichtung aller Oberflächen stattfindet, um die elektrisch isolierende Polymermatrix in die elektrisch leitende Polymermatrix umzuwandeln. Entsprechend sieht bei einer konischen Wandoberfläche, wie in den Figuren 2 und 4 erläutert ist, der Laserstrahl immer die Polymermatrixwandoberfläche des Weges. Um das Innere einer zylindrischen Struktur mit einem Laserstrahl zu exponieren, müßte das Strukturteil relativ zu dem Laserstrahl bewegt werden, und abhängig von seiner Länge würde es schwierig sein, eine hinreichende Wärmeumwandlung auf der gesamten Oberfläche zu sichern. Darüber hinaus ist bei einer solchen Relativbewegung und verlängerten Belichtung eine Verschlechterung der elektrischen Komponente durch Deformation des Loches oder Weges möglich. Entsprechend ist es wichtig, daß keine geraden oder parallelen Wandabschnitte des Loches oder Weges existieren, wobei die Wandoberflächen zueinander unter Bildung einer Röhrenkonfiguration parallel sind. Wie in den Figuren 2 und 4 erläutert ist, ändert sich darüber hinaus der Querschnitt des Weges oder Durchgangsweges konstant im Verlauf von der ersten zu der zweiten Seite. So laufen in dem in Fig. 4A erläuterten Ausführungsbeispiel die Wände des Durchgangswegs nach unten von dem maximalen Querschnitt auf der ersten Seite der elektrischen Komponente zu einem minimalen Querschnitt auf der zweiten Seite zusammen. Anhand dieses Ausführungsbeispiels ist zu verstehen, daß der leitfähige Pfad bei einer einzigen Belichtung durch den Laserstrahl gebildet werden kann. Ausführungsbeispiele entsprechend der vorliegen Erfindung sind in der Figur 4B und den Figuren 2A bis 2D erläutert, wobei zwei Löcher mit konischem Querschnitt verbunden sind und die Wände des Durchgangsweges von maximalen Querschnitten an der ersten und zweiten Seite zu einem minimalen Querschnitt zwischen der ersten und zweiten Seite zusammenlaufen. Es ist wichtig, zu beachten, daß, wie in Fig. 5 gezeigt ist, der Querschnitt über den Weg oder Durchgangsweg entlang der Linie 1-1, die in Fig. 2A gezeigt ist, in seinem Aufbau faktisch unbeschränkt ist, und er kann elliptisch, kreisförmig, dreieckig, rechteckig usw. sein, solange der Aufbau eine Neigungskonfiguration mit einer zusammenlaufenden Wand bildet, um die Belichtung der gesamten Wandoberfläche durch den Laser zu ermöglichen. Im allgemeinen werden konische Wände bevorzugt, da sie am leichtesten herzustellen sind. Um zu sichern, daß eine hinreichende Belichtung der Wände der Durchgangswege stattfindet, besitzen die Wände typischerweise eine Neigung von wenigstens 10º, wie durch den Winkel Θ in Figur 8 angezeigt ist, in bezug auf die Senkrechte auf eine Seite der elektrischen Komponente und vorzugsweise eine Neigung größer als 20º. Während es keine Beschränkung für die Maximalgröße der Löcher aus praktischer Sicht gibt, liegen die Standardformate für Chip-Steckeinheiten und integrierte Schaltungen typischerweise in der Größenordnung von 50 mil.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Querschnittsgröße des Lochs oder Weges ausgewählt, so daß sie geringfügig kleiner als der Lichtfleck des Lasers ist, wie in den Figuren 2B und 2C dargestellt ist, um eine gleichmäßige Belichtung der konischen Wände des Durchgangsweges zu sichern, da sonst, wenn die Größe der Lochöffnung größer als das Lichtfleckformat des Lasers wäre, man die gleiche relative Bewegung zwischen der elektrischen Komponente und dem Laser haben müßte, was potentiell zu einer nicht gleichmäßigen Aufheizung der konischen Wand des Durchgangswegs oder einer anderen Deformation des Durchgangsweges führt.
Nachfolgend zu der Bildung der elektrischen Komponente wird ein Teil der isolierenden Polymermatrix, welcher der konischen Wandkonfiguration entspricht, mit einem Laserstrahl exponiert, um die isolierende Polymermatrix auf eine Temperatur aufzuheizen, welche ausreicht, um sie in eine elektrisch leitende Polymermatrix umzuwandeln. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die elektrisch isolierende Polymermatrix mit einem elektrisch isolierenden Faserfüllermaterial gefüllt, welches in der Lage ist, durch Wärmeumwandlung in ein elektrisch leitendes Faserfüllermaterial umgewandelt zu werden. Wenn der Laser auf die konische Konfiguration des Durchgangsweges gerichtet wird, wird ein Teil der Polymermatrix pyrolysiert, wobei eine Zersetzung des Polymers und eine Wärmeumwandlung der elektrisch isolierenden Fasern in elektrisch leitende Fasern erfolgt, um den leitfähigen Pfad zu bilden. Jeder geeignete Laser kann verwendet werden, einschließlich kontinuierlicher oder gepulster Laser, wobei es nur erforderlich ist, daß er auf die Polymermatrix über eine ausreichende Zeit und mit ausreichender Leistung auftrifft, um die Temperatur der Polymermatrix und/oder des Faserfüllermaterials auf eine Temperatur anzuheben, die ausreichend ist, um sie/es elektrisch leitend zu machen. Sowohl Argon- als auch Kohlendioxid-Laser sind in dieser Beziehung wirksam. Der vorangehend erwähnte Eximer-Laser kann nicht verwendet werden, da er ein abschmelzender Laser ist, welcher sowohl die Polymermatrix als auch jedes darin anwesende Füllermaterial beseitigen würde, wohingegen ein Argon- oder Kohlendioxid-Laser bei der Umwandlung der Polymermatrix oder beim Entfernen eines Teils der Polymermatrix und beim Umwandeln des elektrisch isolierenden Füllers in einen leitenden Füller wirksam ist.
Während der Pyrolyse wird die Polymermatrix lokal aufgeheizt und unterliegt einem thermischen Schmelzen und einer thermischen Zersetzung, wobei die heißesten Bereiche sich unter Bildung von flüchtigen Zersetzungsprodukten zersetzen, die sich im Kontakt mit den angrenzenden Bereichen sich abkühlen und dann auf den angrenzenden Bereichen kondensieren. Während der Pyrolyse kann ein beträchlicher Strom geschmolzener Plastik in dem Weg oder Durchgangsweg auftreten, und die exponierten Fasern in der Polymermatrix werden in elektrisch leitende Fasern umgewandelt und können mit dem durch Wärme umgewandelten leitenden Abschnitt der Faser in dem Durchgangsweg und dem verbleibenden isolierenden Abschnitt in der unpyrolysierten Polymermatrix beobachtet werden. Die Faserfülldichte in der Polymermatrix sollte ausreichend sein, um eine Vielzahl von Kontaktpunkten zwischen Fasern zu sichern, um einen kontinuierlichen leitenden Faserweg zu erzeugen.
Die Belichtung oder Wärmeumwandlung wird vorzugsweise in einer sauerstofffreien Atmosphäre durchgeführt, da Sauerstoff dazu tendiert, das Erreichen einer hohen Leitfähigkeit zu behindern, indem er selbst in die Faserverbindungen inkorporiert wird. Die Polymer-/Faserzusammensetzung muß in der Lage sein, die Laserenergie zu absorbieren und das Ergebnis der Absorption muß die notwendige Erhöhung der Temperatur sein, um das Polymer zu schmelzen oder zu verdampfen und die Fasern durch Wärme umzuwandeln. Mit anderen Worten, die mit Faser gefüllte Polymermatrix muß Licht bei der Schreib- oder Zeichenwellenlänge des Lasers absorbieren, so daß die notwendige Temperaturerhöhung erfolgt.
Wenn es gewünscht wird, eine Vielzahl von leitenden Pfaden oder Wegen oder Durchgangswegen in einem einzelnen Bauteil zu bilden, kann ein programmierbares Bett oder ein Roboter mit dem Laser gekoppelt werden, um den Laserstrahl relativ zu der elektrischen Komponente zu bewegen, um die gewünschten leitfähigen Pfade zu erzeugen. Dies kann durch Halten des Laserstrahls oder des Werkstücks stationär, während das andere Teil relativ zu dem stationären Teil bewegt wird, durchgeführt werden, oder durch Bewegen sowohl des Lasers als auch der elektrischen Komponente in einer gesteuerten Weise. Durch Steuern der Relativbewegung des Laserstrahls relativ zu der elektrischen Komponente können die leitfähigen Pfade leicht in dreidimensionalen Objekten erzeugt werden.
Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung eines solchen programmierbaren Bettes die Kombination mit dem Verfahren, das in dem oben angeführten US-Patent 4,841,099 beschrieben ist, wobei eine Vielzahl von leitfähigen Pfaden in einer isolierenden Polymermatrix gebildet werden kann, welche eine Schaltung in diesem Fall mit den Wegen oder Durchgangswegen nach der vorliegenden Erfindung bilden. Entsprechend kann ein Schaltungsmuster auf der Oberfläche der elektrischen Komponente durch z.B. unregelmäßige oder kontinuierliche Exponierung der elektrischen Komponente mit dem Laser über eine Maske mit einem vorbestimmten leitfähigen Muster gebildet werden, wobei diejenigen Abschnitte des Substrats durch das Muster in der Maske hindurch pyrolysiert werden, und gleichzeitig dem Laser ermöglicht wird, auf die Wände der Wege oder Durchgangswege gerichtet zu werden, um sie auch leitfähig zu machen. Dies hat den deutlichen Vorteil, daß die Bildung von Schaltungsmustern auf zwei Seiten einer Leiterkarte zusammen mit den notwendigen Wegen oder Durchgangswegen, die die zwei Seiten der Leiterkarte verbindet, möglich ist.
Es wird nun auf die Figur 9 aufmerksam gemacht, wo schematisch eine Art und Weise erläutert ist, in welcher eine Vielzahl von leitfähigen Pfaden, welche Schaltungsmuster repräsentieren, in einem Teil hergestellt werden kann. Das Teil 40 ist an einem Tisch 42 befestigt, welcher drehbar auf der Mittelachse 43 einer Motorwelle (nicht gezeigt) in der Motorbox 44 montiert ist. Darüber hinaus ist der Tisch in der XY-Ebene durch Bewegung einer Kugelspindel 46 über einen weiteren Motor (nicht gezeigt) in der Motorbox 44 bewegbar. Der Laserabtastschlitten 48 weist drei Laserports 50, 52, 54 auf, von denen in jede Richtung einer gerichtet ist, wobei der Schlitten vertikal durch eine Kugelspindel 56 und einen Motor 58 und horizontal durch eine Kugelspindel 60 und einen Motor 62 bewegbar ist. Die Bewegung des Tisches 42 und des Abtastschlittens 48 wird durch eine programmierbare Steuereinrichtung 64 gesteuert, um das vorausgewählte Muster leitfähiger Spuren in dem Teil 40 zu bilden. Wenn es gewünscht wird, kann eine Maske 66 mit einem vorbestimmten Muster auf dem Port angeordnet werden. Der Laserabtastvorgang kann in einem Eingangskanal, um den Port einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff, auszusetzen, verwendet werden. Ferner kann eine Kammer für eine Inertgasatmosphäre oder eine Vakuumkammer verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Absaugschlauch angrenzend an den Teil, welches markiert wird, angeordnet werden, um irgendwelche durch Pyrolyse gebildeten schädlichen Materialien zu entfernen.
Der oben beschriebene Prozeß ist wirksam beim Erzeugen von Leitungswegen und Durchgangswegen, welche genügend leitend sind, um einen Stromfluß oder eine Spannung zu gewährleisten, und kann in allen Anwendungsfällen eingesetzt werden, welche keinen großen Strombedarf erfordern. Typischerweise weist der elektrisch leitende Pfad einen spezifischen Widerstand kleiner als etwa 10&sup9; Ohm-cm auf und ist vorzugsweise noch leitfähiger mit einem Widerstand kleiner als etwa 10³ Ohm-cm. Es können Situationen auftreten, in welchen eine metallische Leitfähigkeit in den Wegen oder Durchgangswegen gewünscht ist, um Anwendungen zu ermöglichen, bei denen größere Ströme verwendet werden, oder um eine erhöhte Zuverlässigkeit über längere Zeit durch Verbessern der körperlichen Unversehrtheit des leitfähigen Pfades zu gewährleisten.
Entsprechend können herkömmliche stromlose oder galvanische Verfahren und Materialien, wie sie in der oben angeführten Publikation von Saunders beschrieben sind, verwendet werden, um metallische Leitfähigkeit für die leitfähigen Pfade zu gewährleisten und um das galvanische Überziehen mit leitendem Metall in das Loch oder den Weg hinein, durch den Weg hindurch und auf der anderen Seite heraus, zu ermöglichen. Typische Metalle, die verwendet werden können, enthalten Kupfer, Nickel, Gold, Silber, Zinn, Blei und Platin. Das Überziehen mit einem Metall hat auch den Vorteil, daß es die Zuverlässigkeit der mechanischen Verbindung zwischen den Bauteilen gewährleistet. Bei dem galvanischen Prozeß bilden die leitfähigen Fasern nicht nur Stellen für den galvanischen Überzug, sondern verbessern auch die Adhäsion des Überzugs an die Substrate. Bei diesem Prozeß können auch die gebildeten Rillen die mechanische Bindung unterstützen.
Figur 10 zeigt schematisch eine Leiterkarte 70 mit einem Loch 72, das sich von einer Seite zu der anderen Seite erstreckt und an dem eine weitere elektrische Komponente, wie z.B. ein Widerstand, Kondensator usw. 74 mit dem durch Lötmaterial 78 in dem Loch befestigten Anschluß 76 angeordnet, angebracht und damit verbunden ist.
Figur 7 erläutert ein bestimmtes Ausführungsbeispiel, wobei durch Anwendung der vorliegenden Erfindung das Problem gelöst wird, daß sich eine Schaltung mit einem galvanischen Metallüberzug an einer Ecke einer elektrischen Komponente verschlechtert, wobei die Ecke durch Vorsehen eines Leitungsweges oder Durchgangsweges durch das Innere der Ecke von den zwei äußeren Seiten durchquert wird.
Figur 3A und 3B erläutern ein Loch oder einen Weg 30, der in der Polymermatrix 18 gebildet ist, und das Schmelzen der Polymermatrix und eine Zersetzung des Polymers lokal in Reaktion auf die Belichtung durch den Laserstrahl. Als Ergebnis des Schmelzens und der Zersetzung ist ein Teil der einzelnen Fasern 32 dem Laserstrahl ausgesetzt gewesen und von dem isolierenden Material in leitendes Material durch Wärme umgewandelt worden. Vorzugsweise findet diese Belichtungsumwandlung in einer sauerstofffreien Atmosphäre statt. Während der Abschnitt 32 der einzelnen Fasern durch Wärme umgewandelt worden ist, sollte beachtet werden, daß ein Teil 34 der einzelnen Fasern sich weiter in die Polymermatrix 18 erstreckt und nicht umgewandelt worden ist und als Verankerung der Fasern an Ort und Stelle in der Polymermatrix dient. Es ist einzusehen, daß die zwei Abschnitte der Fasern 32 und 34 im wesentlichen dieselbe Größe haben, irgendeine sichtbare Differenz in der Größe in Fig. 3A, 3B dient nur zum Zweck der Erläuterung und Unterscheidung. Sie dienen auch dazu, für eine verbesserte Adhäsion irgendeines metallischen Überzugs 33 zu sorgen, der nachfolgend auf der elektrischen Komponente, wie in Figur 3B gezeigt ist, gebildet werden kann.

Beispiel

Testquadrate 2" x 2" und 0,124" dick wurden durch Spritzgießen von Polyphenyloxid, General Electric Noryl-Harz, wobei 30% des Gewichts vom Gesamtgewicht wärmestabilisiert sind, voroxidierten Polyacrylnitrilfasern, die auf eine Länge von ungefähr 6 mm mit einem Durchmesser von ungefähr 10 Mikrometer geschnitten waren. Jedes Quadrat hatte 3 bis 4 Löcher von 0,5 Inch im Durchmesser, die auf beiden Seiten gebohrt und abgeschrägt sind, um konische Löcher zu erzeugen. Der Konusdurchmesser auf beiden Seiten betrug 0,150 Inch. Die Testquadrate wurden auf einem programmierbaren Probentisch in einer Vakuumkammer mit einem durchsichtigen Fenster für den Durchtritt eines kontinuierlichen Laserstrahls angeordnet, während Argon kontinuierlich über die Proben in der Kammer unter einem Druck von 5x10&supmin;³ Torr strömte. Die konischen Wände der Löcher oder Durchgänge in der Testplatte wurden mit einem fokussierten kontinuierlichen CO&sub2;-Laser mit einem Brennfleck von 300 µm belichtet. Darüber hinaus wurde ein leitfähiges Muster aus Kreuzen auf beiden Seiten der Testplatte durch denselben Laservorgang bei einer Leistung von 2 Watt gebildet, während der Tisch mit einer Geschwindigkeit von etwa 1" pro Minute bewegt wurde. Nach der Laserpyrolyse wurde ein 1 mil dicker Kupferüberzug in den Löchern oder Durchgängen gebildet, und das leitende Muster wurde durch Standardgalvanikverfahren in einem Bad aus Kupfersulfat und Schwefelsäure gebildet, wobei der Überzug nur in den Leitungspfaden und Wegen gebildet wurde. Metallische Leitfähigkeit wurde sowohl auf dem Durchgangsweg als auch dem leitfähigen Muster erreicht.
Entsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine einfache und ökonomische Alternative zur herkömmlichen Verdrahtung bei der Konstruktion von doppelseitigen elektrischen Komponenten und dreidimensionalen Schaltungen. Ferner ermöglicht sie eine sehr einfache Plattierung des Weges zwischen den zwei Seiten der elektrischen Komponente. Sie ermöglicht ferner die Bildung von leitfähigen Mustern auf einer oder mehreren Seiten einer elektrischen Komponente wie auch die Verbindung dazwischen. Sie schafft dadurch sehr einfache und ökonomische Herstellungsverfahren und besitzt die Fähigkeit zur Erhöhung der Schaltungsdichte und ermöglicht eine Miniaturisierung elektrischer Komponenten. Darüber hinaus ist kraft der konischen Wandkonfiguration die Belichtung der Wand mit dem Laserstrahl, um eine hinreichende Aufheizung zu sichern, viel einfacher und erfordert keine Belichtung eines geraden Loches oder einer anderen Öffnung mit parallelen Wandoberflächen. Die konische Wandkonfiguration erleichtert ferner die Anordnung von Komponenten in dem Loch oder Durchgang durch Bildung eines Führungsweges für ein in das Loch eingeführtes Element. Sie ermöglicht ferner die Anordnung von Miniaturkomponenten in individuell konstruierten Leiterkarten. Der Herstellungsprozeß ist auch mit verhältnismäßig niedrigem Arbeitsaufwand und niedrigen Werkzeugkosten verbunden.
Die Offenbarung des Patents und anderer Druckschriften, auf die hierin Bezug genommen wird, sind dadurch spezifisch und insgesamt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen.

Claims

1. Eine dreidimensionale elektrische Komponente (11) mit einer ersten Seite (15) und einer zweiten Seite (16), welche eine elektrisch isolierende Polymermatrix (18), die ein elektrisch isolierendes Polymermaterial, das durch Wärme in ein elektrisch leitendes Material umgewandelt werden kann, umfaßt oder damit gefüllt ist, wenigstens einen Durchgangsweg (17) von der ersten Seite (15) zu der zweiten Seite (16) und einen elektrisch leitenden Pfad zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite enthält, welcher an Ort und Stelle durch Wärmeumwandlung der Wände des Durchgangsweges in der elektrisch isolierenden Polymermatrix gebildet ist, wobei der Durchgangsweg (17) eine konische Wandkonfiguration von der ersten Seite zu der zweiten Seite mit sich konstant änderndem Querschnitt des Durchgangsweges (17) von der ersten Seite durch den Durchgangsweg zu der zweiten Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsweg einen minimalen Querschnitt zwischen der ersten und zweiten Seite aufweist.

2. Die elektrische Komponente nach Anspruch 1, wobei die elektrisch isolierende Polymermatrix (18) mit einem elektrisch isolierenden Faserfüllermaterial gefüllt ist.

3. Die elektrische Komponente nach Anspruch 1, wobei die Wände des Durchgangsweges eine anhaftende kontinuierliche Beschichtung aus einem darauf plattierten leitfähigen Metall aufweist.

4. Die elektrische Komponente nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Durchgangsweg eine Vielzahl von solchen Durchgangswegen umfaßt, welche eine Vielzahl von elektrisch leitenden Pfaden zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite bilden.

5. Die elektrische Komponente nach Anspruch 2, wobei das elektrisch isolierende Faserfüllermaterial aus durch Wärme umwandelbaren kohlenstoffhaltigen Fasern besteht und der elektrisch leitende Pfad an Ort und Stelle durch Wärme umgewandelte, kohlenstoffhaltige, carburierte Füllermaterialien umfaßt.

6. Die elektrische Komponente nach Anspruch 5, wobei die durch Wärme umwandelbaren kohlenstoffhaltigen Fasern thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern sind, und der an Ort und Stelle durch Wärme umgewandelte leitfähige Pfad thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern umfaßt.

7. Die elektrische Komponente nach Anspruch 2, wobei die Polymermatrix aus etwa 5 bis 70 Gew.% Faserfüllermaterial besteht.

8. Die elektrische Komponente nach Anspruch 7, wobei die Polymermatrix aus etwa 10 bis 30 Gew.% Faserfüllermaterial besteht.

9. Die elektrische Komponente nach Anspruch 1, wobei die isolierende Polymermatrix einen spezifischen Widerstand größer als 10¹&sup4; Ohm-cm und der elektrisch leitende Pfad einen spezifischen Widerstand kleiner als 10&sup9; Ohm-cm aufweist.

10. Die elektrische Komponente nach Anspruch 9, wobei der elektrisch leitende Pfad einen spezifischen Widerstand kleiner als etwa 10³ Ohm-cm aufweist.

11. Die elektrische Komponente nach Anspruch 6, wobei die durch Wärme umgewandelten Fasern eine Länge von etwa 1 bis 12 mm und einen Durchmesser von etwa 5x10&supmin;³ bis 5x10&supmin;² mm aufweisen.

12. Die elektrische Komponente nach Anspruch 1, wobei die erste Seite und die zweite Seite zusammenlaufen, um eine gewinkelte Ecke zu bilden, und wobei der wenigstens eine Durchgangsweg einen elektrisch leitenden Pfad durch das Innere der Ecke von der ersten Seite zu der zweiten Seite bildet.

13. Die elektrische Komponente nach Anspruch 4, welche wenigstens eine elektrische Schaltung sowohl auf der ersten Seite und der zweiten Seite enthält, welche durch den wenigstens einen elektrisch leitenden Pfad verbunden sind.

14. Die elektrische Komponente nach Anspruch 1, welche wenigstens eine weitere elektrische Komponente enthält, die darauf angebracht und/oder damit verbunden ist.

15. Ein Verfahren zum Bilden wenigstens eines elektrisch leitenden Pfades (17) in einer dreidimensionalen elektrischen Komponente (11) mit einer ersten Seite (15) und einer zweiten Seite (16), welche eine elektrisch isolierende Polymermatrix (18), die ein elektrisch isolierendes Polymermaterial, das durch Wärme in ein elektrisch leitendes Material umgewandelt werden kann, umfaßt und/oder damit gefüllt ist, wobei das Verfahren das Vorsehen eines Durchgangsweges in der Polymermatrix (18), welcher die erste und zweite Seite verbindet, das Richten eines Laserstrahls auf die Wände des Durchgangsweges (17) in der Polymermatrix (18), um die Polymermatrix auf eine Temperatur aufzuheizen, die ausreicht, um die elektrisch isolierende Polymermatrix in ein elektrisch leitendes Material umzuwandeln, umfaßt, wobei der wenigstens eine elektrisch leitende Pfad erzeugt wird, und wobei der Durchgangsweg eine konische Wandkonfiguration durch die Matrix von der ersten Seite zu der zweiten Seite mit sich konstant änderndem Querschnitt des Durchgangsweges von der ersten Seite durch den Durchgangsweg zu der zweiten Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsweg so geformt wird, daß er einen minimalen Querschnitt zwischen der ersten und zweiten Seite aufweist.

16. Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei die elektrisch isolierende Polymermatrix ein elektrisch isolierendes Polymermaterial umfaßt, das in der Lage ist, durch Wärme in ein elektrisch leitendes Material umgewandelt zu werden.

17. Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei die elektrisch isolierende Polymermatrix mit einem elektrisch isolierenden Faserfüllermaterial gefüllt ist, welches in der Lage ist, durch Wärme in ein elektrisch leitendes Faserfüllermaterial umgewandelt zu werden.

18. Das Verfahren nach Anspruch 15, welches den Schritt der Aufbringung einer anhaftenden kontinuierlichen Beschichtung aus einem leitenden Metall an dem Durchgangsweg enthält.

19. Das Verfahren nach Anspruch 15, welches den Schritt der Bildung einer Vielzahl von dem wenigstens einen Durchgangsweg enthält, wobei eine Vielzahl von elektrisch leitenden Pfaden zwischen der ersten und zweiten Seite erzeugt wird.

20. Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei das elektrisch isolierende Faserfüllermaterial aus durch Wärme umwandelbaren kohlenstoffhaltigen Fasern besteht, und der elektrisch leitende Pfad an Ort und Stelle umgewandelte kohlenstoffhaltige carburierte Fasern umfaßt.

21. Das Verfahren nach Anspruch 20, wobei die durch Wärme umwandelbaren kohlenstoffhaltigen Fasern thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern sind, und der an Ort und Stelle durch Wärme umgewandelte leitfähige Pfad thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern umfaßt.

22. Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Polymermatrix aus etwa 5 bis etwa 70 Gew.% Faserfüllermaterial besteht.

23. Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Polymermatrix aus etwa 10 bis 30 Gew.% Faserfüllermaterial besteht.

24. Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei die isolierende Polymermatrix einen spezifischen Widerstand größer als 10¹&sup4; Ohm-cm und der elektrisch leitende Pfad einen spezifischen Widerstand kleiner als 10&sup9; Ohm-cm aufweist.

25. Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei der elektrisch leitende Pfad einen spezifischen Widerstand kleiner als etwa 10³ Ohm-cm aufweist.

26. Das Verfahren nach Anspruch 15, welches den Schritt des Richtens des Laserstrahls auf die Wand des Durchgangsweges von der ersten Seite und von der zweiten Seite, um den leitfähigen Pfad zu bilden, enthält.

27. Das Verfahren nach Anspruch 15, welches den Schritt der Anbringung und Verbindung von wenigstens einer weiteren elektrischen Komponente an/mit der dreidimensionalen elektrischen Komponente enthält.

28. Eine Vorrichtung, welche eine Vielzahl von elektrischen Komponenten enthält, wobei jede die Zuführung von elektrischem Strom für eine geeignete Funktion erfordert, wobei die Vorrichtung wenigstens eine dreidimensionale elektrische Komponente (11) enthält, die eine erste Seite (15) und eine zweite Seite (16) und eine elektrisch isolierende Polymermatrix aufweist, die ein Polymermaterial, das zur Wärmeumwandlung in ein elektrisch leitendes Material in der Lage ist, umfaßt oder damit gefüllt ist, wenigstens einen Durchgangsweg von der ersten Seite zu der zweiten Seite und einen elektrisch leitenden Pfad zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite, der an Ort und Stelle durch Wärmeumwandlung der Wände des Durchgangsweges in der elektrisch isolierenden Polymermatrix gebildet ist, enthält, wobei der Durchgangsweg eine konische Wandkonfiguration von der ersten Seite zu der zweiten Seite mit sich konstant änderndem Querschnitt des Durchgangsweges von der ersten Seite durch den Durchgangsweg zu der zweiten Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsweg derart gebildet ist, daß er einen minimalen Querschnitt zwischen der ersten und zweiten Seite aufweist.

29. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die elektrisch isolierende Polymermatrix ein elektrisch isolierendes Polymermaterial umfaßt, welches in der Lage ist, durch Wärme in ein elektrisch leitendes Material umgewandelt zu werden.

30. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die elektrisch isolierende Polymermatrix mit einem elektrisch isolierenden Faserfüllermaterial gefüllt ist, welches in der Lage ist, durch Wärme in ein elektrisch leitendes Faserfüllermaterial umgewandelt zu werden.

31. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Wände des Durchgangsweges eine anhaftende kontinuierliche Beschichtung aus einem darauf plattierten leitfähigen Metall aufweisen.

32. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der wenigstens eine Durchgangsweg eine Vielzahl von solchen Durchgangswegen umfaßt, welche eine Vielzahl von elektrisch leitenden Pfaden zwischen der ersten und der zweiten Seite bilden.

33. Die Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei das elektrisch isolierende Faserfüllermaterial aus durch Wärme umwandelbaren kohlenstoffhaltigen Fasern besteht, und der elektrisch leitende Pfad an Ort und Stelle durch Wärme umgewandelte kohlenstoffhaltige carburierte Fasern umfaßt.

34. Die Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die durch Wärme umwandelbaren kohlenstoffhaltigen Fasern thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern sind, und der an Ort und Stelle wärmeumgewandelte leitfähige Pfad thermisch stabilisierte Polyacrylnitrilfasern umfaßt.

35. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die isolierende Polymermatrix einen spezifischen Widerstand größer als etwa 10¹&sup4; Ohm-cm und der elektrisch leitende Pfad einen spezifischen Widerstand kleiner als 10&sup9; Ohm-cm aufweist.

36. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der elektrisch leitende Pfad einen spezifischen Widerstand kleiner als etwa 10³ Ohm-cm aufweist.

37. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die erste Seite und die zweite Seite zusammenlaufen, um eine gewinkelte Ecke zu bilden, und wobei der wenigstens eine Durchgangsweg einen elektrisch leitenden Pfad quer durch das Innere der Ecke bildet.

38. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Komponente ein Konstruktionsmaschinenteil ist.

39. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Komponente eine Leiterkarte mit wenigstens einer elektrischen Schaltung sowohl auf der ersten als auch der zweiten Seite ist, wobei die elektrischen Schaltungen durch den wenigstens einen elektrisch leitenden Pfad verbunden sind.

40. Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Komponente eine Leiterkarte ist, welche wenigstens eine weitere elektrische Komponente darauf angebracht und/oder damit verbunden enthält.