JP2721431B2 - 導電性パスを具備した電気部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 本発明は、概略的には電気部品、電気部品を製造する
方法、および電気部品を使用する機械に関する。特に、
本発明は、電気絶縁性ポリマーマトリックスを含む三次
元電気部品に関し、該電気絶縁性ポリマーマトリックス
は導電性ポリマーマトリックスへの熱転化（heat conve
rsion）が可能であり、該導電性ポリマーマトリックス
には少くとも１つの導電性パスが元の位置においてポリ
マーマトリックスの第１の面と第２の面との間に形成さ
れる。より詳細には、三次元電気部品は、オフィスのコ
ピー機、複製機、プリンタを含む自動複写機のような機
械において、両面回路板あるいはフレームまたは構造部
材である。

典型的な静電複写機では、光導電性絶縁部材は一様に
帯電されるとともに光像に露光され、該光像は露光また
は背景領域を放電するとともに静電潜像を原稿文書に包
含する像に対応する部材に生成する。あるいは、レーザ
ビームのような光ビームを変調し光導電性表面の一部分
を選択的に放電し該光導電性表面上に所望情報を記録す
ることができる。静電潜像は、先行技術においてトナー
と呼ばれる現像剤パウダーで像を現像することにより目
に見えるように作成される。前記現像剤パウダーはその
後、紙のような支持表面に転写され、該支持表面には、
加熱圧力即ち熱と圧力をかけることにより永久的に定着
される。

かかる製品の商業用途においては、電力および／また
は論理信号を機械内部の種々の部位に分配する必要があ
る。従来、これは、各機械において普通の電線および配
線ハーネスを使用する形態を採用して電力および論理信
号を自動化機械の種々の機能要素に分配していた。従来
の方法は電気製品（convenience products）を製造する
上で非常に有効であったが、製造価格に関する要求およ
び自動化組立の要望が高まるにつれて別の方法を用意し
なければならない。例えば、個々の電線および配線ハー
ネスは本質的に非常に可撓性があるため、それら自体は
ロボットを使用するような自動化組立には役立たない。
さらに、かかるハーネスは、必要とするすべての接続を
行うために幾度も取扱いあるいは移動しなければならな
い。これは、幾つものハーネスを溝を通したり部品を回
したりする手順割当をしばしば必要とし高度の技量且つ
集中的な仕事であり、最終的な接続も手作業で行われそ
の結果組立には人間が誤る可能性が高い。人間が誤る可
能性は、自動化、特にロボットによる組立の使用で減少
する。ハーネスの構造および電気配線ハーネスの取付け
に関連したかなり高い工賃に加えて、それらの目的とす
る機能を果たす上で全体的に信頼性が低下することに十
分注目すべきである。さらに、かかる製品の能力の高等
化が高まるにつれて、複数の配線ハーネスが個々の機械
に必要となり、該機械は大きな空間容積を必要となりそ
れにより機械の全体サイズが大きくなる。従って、従来
の配線および配線ハーネスに代るものを提供しこれらの
障害を克服することが望まれる。

〔従来の技術〕

エプスタイン（Epstein）らに対する米国特許第4,84
1,099号において、機械に電気部品および支持部材を設
けることが新しく提案され、電気部品間の連続的な導電
性パスは電気絶縁構造のポリマーマトリックス内に保持
された電気絶縁繊維状フィラーの元の位置での熱転化に
より形成される。導電性パターンは、部品または支持部
材を、所望パターンを含むマスクを通してレーザビーム
に露光させることによっても形成できる。導電性トレー
ス即ちパスの成形に続いて、金属の伝導率を得たいと望
むならば、そのパターンを電気めっきすることができ
る。

リオンズ（Lyons）らに対する米国特許第4,691,091号
は、回路基板の製造に使用されるポリマー基板に導電性
パターンを製作することについて述べており、このもの
においてはレーザビームは基板を横切って移動して所望
パターンをトレースし、ポリマーが分解して導電性パタ
ーンを製作する。レーザが書くパスの伝導率は、導体金
属または合金をパスに電気めっきすることにより高める
ことができる。

これらの技術は慣用の配線および配線ハーネス構造に
対する経済的な代替技術を提供し、また自動化製造も容
易にして組立費用および人間の誤りを低減する。それら
の技術はさらに電気的および機械的な機能を同じピース
部品に統合できるという利点を有する。さらにレーザで
生成される回路は、回路基板の両面に、あるいは構造部
材またはかかる部材に結合または隣接した構造部材の両
面に配置できる。これは、回路基板または部材の両面に
ある回路を相互接続するために、回路基板または構造部
材に穴即ち経路（via）を形成する必要がでてくる。一
般的に、慣用の配線技術に関して既述した通り、これは
高度の仕事且つ集中的な方法で行われ、ロボット技術を
使用するというような自動化組立に容易には向かない。

回路または回路基板でしばしば遭遇するもう１つの障
害は、回路の一部分がコーナーを回ることである。これ
には、２つの障害、即ち、このようなコーナーのまわり
にある導電性パスにおいて金属めっきの均一の厚さを得
ることが困難であること、並びにこのような構造上の領
域は特色としてそれらの場所だけ摩損摩耗が増大し導電
性パスの劣化を早めることの２つの障害が存在する。

〔発明の概要〕

本発明は、電気部品、電気部品を製造する方法、並び
にかかる電気部品を使用する機械に向けられている。特
定の態様において、本発明は、第１の面と第２の面を有
する三次元電気部品に向けられており、該三次元電気部
品は、導電性ポリマーマトリックスへの熱転化が可能な
電気絶縁性ポリマーマトリックスから成り、第１の面か
ら第２の面に至る少くとも１つの通路を有し、該通路が
第１の面から通路を経て第２の面に一様に通路断面を変
化する先細りの壁形状と、電気絶縁性ポリマーマトリッ
クスにおいて通路の壁における元の位置での熱転化によ
って形成される第１の面と第２の面の間の導電性パスと
を有する。

本発明のさらに原理的な態様において、導電性パス
は、ポリマーマトリックスを導電性ポリマーマトリック
スに転化するのに十分な温度に加熱するためにレーザビ
ームを通路の壁に指し向けることにより、電気絶縁性ポ
リマーマトリックスの通路に形成される。

本発明の別の態様において、電気絶縁性ポリマーマト
リックスは、導電性繊維状フィラーへの熱転化が可能な
電気絶縁性繊維状フィラーで満たされるが、この電気絶
縁性繊維状フィラーは例えば熱的に安定したポリアクリ
ロニトリル繊維のように熱転化可能な炭素質繊維であ
る。

〔好適実施例の説明〕

次に、本発明による電気部品の好適実施例を参照しな
がら本発明につき説明する。

本発明によれば、電線の人手作業による回路基板の両
面に回路パターンを接続すること、および電線をコネク
タに締結することに代るものが提供され、かなりの度合
で自動化組立が可能である。本発明によれば、第１の面
と第２の面を有する三次元電気部品は、導電性ポリマー
マトリックスに熱転化できる電気絶縁性ポリマーマトリ
ックスで構成され、前記電気絶縁性ポリマーマトリック
スは第１の面から第２の面に至る少くとも１つの通路即
ち経路を有し、該通路は第１の面から通路を経て第２の
面に一様に通路断面を変化する先細りの壁形状と、電気
絶縁性ポリマーマトリックスにおいて通路の壁における
元の位置での熱転化によって形成される第１の面と第２
の面との間の導電性パスとを有する。

次に第１図および第２図を参照すれば、本発明の特徴
が即座に予想されよう。第１図において、ドライブモジ
ュール12およびプラテンドライブモジュール14と一体の
構造フレーム10が静電写真複写装置の部材として示され
ている。機械要素の詳細説明およびそれの操作方法につ
いては、米国特許第4,563,078号を参照されたい。また
導電性パス即ちトレース20が示されており、該トレース
は既述米国特許第4,841,099号に記述された方法で直接
に機械支持フレーム10内に形成することができる。さら
に経路24に至る導電性トレース21が示され、該経路につ
いては第２図を参照して詳細に説明する。

第2A〜2D図は、本発明によるレーザパターン化経路の
好適実施例を示す。第2A図には回路基板11の断面が示さ
れ、該回路基板は第１の面15と第２の面16との間に接続
用通路17を有する。接続用通路の断面は円錐形状の穴を
示し、該穴は中央または中央付近で合流する。第2B図に
おいて、円錐状穴の一部分は、電気絶縁性ポリマーマト
リックスを導電性ポリマーマトリックスに転化するのに
十分な温度に絶縁性ポリマーマトリックス18を加熱する
ために、レーザビームに露光される。第2C図は、第２の
部分の円錐状穴をレーザビームに露光した状態の概略を
示し、第２の部分の円錐状穴を、電気絶縁性ポリマーマ
トリックスを導電性ポリマーマトリックスに転化するの
に十分な温度に加熱する。第２の露光が回路基板の第１
の面から第２の面への連続的な導電性トレースを発生す
る。第2D図は、通路の導電性壁が導電性金属で電気めっ
きされて金属の伝導率をもつ経路を生成する実施例を示
す。

電気絶縁性ポリマーマトリックスは、電気絶縁性であ
れば任意の適当なホストポリマーで形成してもよい。ポ
リマーは、鋳造（molding）あるいは例えば注入（casti
ng）、押出（extrusion）、プルトルージョン（pultrus
ion）そして移送（transfer）成形のようなその他の成
形方法に適する広範囲の市販材料から選択できる。疎水
性であって低い吸水性を示すポリマーは高い比較湿度で
より一層安定した体質低抗率があるため好ましい。勿
論、無毒であり且つ無毒の熱分解生成物を有するポリマ
ーが好ましい。ポリマーは、例えば、熱可塑性ポリマ
ー、熱硬化性ポリマー、並びにこれらの材料の構造発泡
材の広範囲のものから選ぶことができる。代表的な材料
は、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポ
リエステル、フェノールエポキシ、ビニルエステル等を
含む。さらに、例えばシリコン、ウレタン、ハイパロン
（Hypalons）、EPDM、およびこれらの発泡材のような適
当なエラストマーが使用できる。構造部材として使用す
るときは、普通の工学用（engineering）構造ポリマー
を使用するのが当然好ましい。かかる熱可塑性ポリマー
の代表的なものはABS樹脂アクリロニトリル・ブタジエ
ン・スチレンコポリマーであり、このコポリマーは３つ
のすべてのモノマーまたはコポリマーの混合物またはポ
リブタジエンに枝状に化合結合されたスチレンおよびア
クリロニトリルのようなグラフトポリマーから製造され
たブレンドでよい。また、ポリスルホン、ポリフェニレ
ンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリ（アミド−
イミド）およびフルオロプラスチックのようなその他の
高温工学用プラスチックを使用できる。

電気絶縁性ポリマーは特に回路基板や構造用部材を成
形するのに使用でき、あるいはその代りに、それは適当
な重合体繊維材料を装填または充填してよく、あるいは
それは重合体マトリックス内部で導電性繊維状カーボン
に熱転化可能な基板上における適当なコーティングとす
ることができる。導電性ポリマーマトリックスに熱転化
可能な適当な基板材料は、フェノールフォルムアルデヒ
ドのようなフェノール系材料を含む。イーアイデュポン
デニモアス社（E.I.Dupont de Nemours）から調達でき
るカプトン（Kapton）のようなポリアミドも適当であ
る。あるいは、電気絶縁性ポリマーは、ポリマーマトリ
ックス内部で導電性繊維状材料に熱転化可能なものであ
ればどのような適当なポリマー繊維状材料を装填しても
よい。かかる繊維状フィラーの代表的なものは、セルロ
ース（レーヨン）と石油ピッチをベースとした炭素繊維
であり、これらは熱転化可能な炭素質の繊維である。特
に好ましい炭素質繊維即ちフィラーは熱的に安定したポ
リアクリロニトリル繊維であり、これは熱転化で導電性
繊維を提供する。これらの繊維は、酸素の存在の下でし
かも通常24時間までの長時間引張った状態で300℃のオ
ーダーの温度にポリアクリロニトリル繊維を加熱するこ
とにより熱的に安定とされ、この場合ポリアクリロニト
リルはその電気絶縁特性を維持しつつ白から黒の繊維に
変化する。これらの熱的に安定した繊維は、プレオクス
繊維としても知られ、その後不活性雰囲気で2000℃のオ
ーダーの温度に熱処理することにより導電性をもたせる
ことができる。

ここで使用する場合、電気絶縁の用語は約10¹⁴オーム
センチメートルより大きい抵抗率をもつ材料を指すもの
とし、また導電の用語は約10⁹オームセンチメートル以
下の抵抗率をもつ材料を指すものとする。ポリマーマト
リックスに繊維を混合する度合は、繊維の熱転化に際し
転化された繊維が電気的に接触してポリマーマトリック
スに導電性パスを与えるようなものである。典型的に
は、繊維は、総充填ポリマーマトリックスの約５重量％
から70重量％の量でポリマーマトリックスに含ませるこ
とができる。しかしながら、好ましくはポリマーマトリ
ックスの約10〜30重量％が繊維で構成される。繊維の価
格はポリマーの価格より実質上高いため、この範囲は一
般的に導電性パスを提供するのに加えて価格とフィラー
機能との間で良好なバランスを提供する。繊維の混合が
多くなるところで、より大きな補強および強度が組成物
に達せられる。さらに、繊維の混合が少ないことは、繊
維をポリマーに分散する上で多少の困難を伴なうことに
なる。望むならば、繊維にポリビニルアルコール、ポリ
塩化ビニル、あるいはエポキシモノマーのような接着促
進剤を塗布することができ、それにより流体状態のポリ
マーが加熱されるとき容易に繊維に接着することが可能
となる。また、ガラス繊維のようなその他の添加剤ある
いはハロゲン化炭化水素のような難燃剤を、それぞれ付
加的な補強および難燃性のためにポリマーマトリックス
に付加することができる。典型的には、繊維は直径より
はるかに長い長さをもち、その長さは約１〜約12ミリメ
ートルであり、直径は約５×10^-3〜約５×10^-2ミリメー
トルである。重要なことは繊維が十分な長さをもつもの
であることであり、熱分解に際して繊維がその領域を熱
分解ポリマーマトリックスから非熱分解ポリマーマトリ
ックスの大部分に架橋することができ、最終製品に耐久
性を与える。従って、繊維が化合操作の間それらの繊維
質の性状を維持することが重要であり、繊維がポリマー
マトリックス全体に均一に分散する結果となる。繊維が
熱転化により導電性パスを提供することに加え、繊維は
ホストポリマーに対しそれを強化し剛性をもたせる作用
を行う組織を付加する。幾つかの適用例において、例え
ば繊維を優先的に表面に移動させる２ショット鋳造のよ
うな化合および成形技術が好ましい。

充填ポリマーマトリックスは、慣用の成形または押出
し技術により電気部品の中に形成することができる。特
に好ましい技術は射出成形であり、この射出成形におい
ては、三次元部品を非常に短時間で製造でき、穿孔や手
順割当のようないかなる後機械加工も必要としない。電
気部品が構造用フレーム部材やコーナーのような支持部
材として使用されるのであれば、使用されるポリマーは
上述の構造用ポリマーの１つとすべきである。

通路を形成する穴即ち経路は、穿孔、中ぐり、鋳造の
ような慣用技術で電気部品に形成できる。あるいは、ポ
リマーマトリックスにスパッタリング成膜することによ
り経路を形成するのにレーザビームを使用することがで
きる。典型的には、エキシマ（Eximer）レーザ、紫外線
レーザ、あるいはポリマーマトリックスを切除してポリ
マーマトリックスを変形することなくきれいな穴を形成
し１cm²当り１ジュールの典型的なパルスエネルギー密
度のもつレーザが使用される。重要なことは、通路が電
気部品の一面から他面に向って先細りの壁形状を有し、
壁面を加熱レーザビームに完全に露光することを容易に
することである。穴即ち経路における先細りの壁形状
は、エキシマレーザで、電気部品に対しレーザの移動を
制御することにより形成できる。レーザはコリメート光
源であるため、露光させたい物体が筒状であったり、あ
るいは第６図に示すように互いに実質上平行な壁面をも
つ場合、電気絶縁性ポリマーマトリックスを導電性ポリ
マーマトリックスに転化するために全表面を十分に露光
させることを確保する上で困難がある。従って、第２図
および第４図に示すように先細り壁面をもって、レーザ
ビームは常に経路のポリマーマトリックス壁面を見る。
レーザビームで筒状形構造の内部を露光するには、構造
用部材をレーザビームに相対して移動しなければなら
ず、それの長さによっては、全表面の十分な熱転化を確
保するのが困難になることがある。かかる相対移動およ
び延長された露光に加えて、穴即ち経路の変形による電
気部品の劣化の恐れがある。従って、壁面が互いに平行
で管形状を形成するように穴即ち経路の直線状あるいは
平行な壁部分をもたないことが重要である。さらに第２
図および第４図に示すように、経路即ち通路の断面は、
第１の面から第２の面に移動するにつれて一様に変化し
ている。したがって、第4A図に示した実施例において、
通路の壁は、電気部品の第１の面における最大断面から
第２の面における最小の断面に至るまで先細りとなって
いる。この実施例では、導電性パスはレーザビームに対
する単一の露光で形成されるものと理解されよう。別の
実施例を第4B図と第2A〜2D図に示す。これらの別実施例
において、円錐断面の２つの穴が結合され、通路の壁は
第１および第２の面における最大部から第１および第２
の面間における最小部に至り先細りとなっている。第５
図に例示したように、第2A図に示した線１〜１に沿った
経路即ち通路の断面は実質上形状に制限されない。即ち
前記断面はその形状が全体の壁面をレーザビームに露光
することを可能とする先細り壁の傾斜形状を提供する限
り楕円、円形、三角形、矩形等であってよく、このこと
に留意することが重要である。一般に、円錐の壁は製作
するのに最も容易であるため、好ましい。通路の壁の十
分な露光が行われることを保証するためには、壁は典型
的には電気部品の片面に対する垂直に関して第８図に角
度θで示した通り少くとも10°の傾斜を有し、好ましく
は20°より大きい傾斜を有する。実際の事項として穴の
最大サイズに何ら制限はないが、チップソケットと集積
回路の標準サイズは典型的には50ミルのオーダーであ
る。

好適実施例において、穴即ち経路の断面サイズは第2B
図および第2C図に例示したようにレーザのスポットサイ
ズより僅かに小さいように選択されて通路の先細り壁の
均一の露光を確保する。何故ならば、穴の開口のサイズ
がレーザのスポットサイズより大きいと、それらは電気
部品とレーザとの間に幾らかの相対移動を伴うことにな
って通路の先細り壁の不均一な加熱あるいは通路のその
他の変形を生じる恐れがあるからである。

電気部品の成形に続いて、先細り壁形状に対応する絶
縁性ポリマーマトリックスの一部分はレーザビームに露
光されて絶縁性ポリマーマトリックスを導電性ポリマー
マトリックスに転化するのに十分な温度に加熱する。好
適実施例では、電気絶縁性ポリマーマトリックスは、導
電性繊維質フィラーに熱転化可能な電気絶縁性繊維質フ
ィラーで充填される。レーザが通路の先細り形状に指し
向けられると、レーザはポリマーマトリックスの一部分
を熱分解してポリマーを分解し、電気絶縁性繊維を導電
性繊維に熱転化して導電性パスを形成する。連続波や脈
動レーザを含めいかなる適当なレーザも使用できる。た
だ必要なことは、レーザが十分な時間且つ十分な出力で
ポリマーマトリックスを衝撃してポリマーマトリックス
および／または繊維質フィラーの温度を、このポリマー
マトリックスおよび／または繊維質フィラーに導電性を
与えるのに十分な温度に上昇させることである。アルゴ
ンレーザと炭酸がスレーザがこれに関して有効である。
先に述べたエキシマレーザは消耗形レーザであるため使
用できない。消耗形レーザはポリマーマトリックスとそ
れに含まれるいかなるフィラーも両方とも除去し、それ
に対しアルゴンレーザや炭酸ガスレーザはポリマーマト
リックスを転化しまたはポリマーマトリックスの一部分
を除去し、そして電気絶縁性フィラーを導電性フィラー
に転化するのに有効である。

熱分解の間、ポリマーマトリックスは局部的に加熱さ
れ、熱による溶解および分解を受け、最高高温領域が分
解するが、この場合、幾らかの揮発性分解生成物が隣接
領域に接触しそれからその隣接領域で凝縮する可能性が
ある。熱分解の間、経路即ち通路には幾つかの溶融プラ
スチックの流れがあり、ポリマーマトリックスにおいて
露光された繊維は導電性繊維に転化され、通路における
繊維の熱転化導電性部分とみられ、また残りの絶縁性部
分は非分解ポリマーマトリックスにある。ポリマーマト
リックスにおける繊維充填密度は、連続的な導電性繊維
パスを製造するために繊維間で複数の接触点を確保する
のに十分なものとすべきである。

露光即ち熱転化は好ましくは無酸素大気中で行われる
が、これは酸素がそれ自体繊維組成物に入り込むことに
より高い伝導率を達成するのを阻害する傾向があるため
である。ポリマー／繊維組成物はレーザエネルギーを吸
収可能でなければならず、また吸収した物はポリマーを
溶融即ち蒸発させ繊維を熱転化するために必要な温度上
昇がなければならない。言い換えると、繊維充填のポリ
マーマトリックスは、レーザのライディング即ちマーキ
ングを波長で光を吸収し、その結果として必要な温度上
昇を生じなければならない。

もし、単一部材で複数の導電性パスまたは経路あるい
は通路を生成したいのであれば、レーザビームを電気部
品に相対して移動させて所望の導電性パスを生成するた
めに、プログラマブルベッドまたはロボットをレーザと
一体に連結するとよい。これは、レーザビームまたはワ
ークピースを固定して保持し他方を固定アイテムに相対
して移動することにより、あるいはレーザと電気部品の
両方を制御する方法で移動することにより行われる。電
気部品に対するレーザビームの相対運動を制御すること
により、導電性パスは三次元物体に容易に製作される。

さらに、かかるプログラマブルベッドの使用は、上記
に引用した米国特許第4,841,099号に記載された技術と
の組合わせを可能とし、この場合、複数の導電性パスが
絶縁性ポリマーマトリックスに形成され、同時に本発明
の経路即ち通路を具備した回路を形成する。従って、回
路パターンは、例えば所定導電性パターンをもつマスク
を介して電気部品をレーザにランダムにあるいは連続的
に露光しそれによりマスクのパターンを介し基板のその
部分を熱分解し同時にレーザを経路即ち通路の壁に指し
向けてそれらに導電性をもたせることも可能となること
によって、電気部品の表面に形成できる。これは、必要
な経路即ち通路が回路基板の両面を相互接続するととも
に回路基板の両方に回路パターンを形成できるという顕
著な利益を有する。

第９図に注目すれば、この第９図は、回路パターンを
表わす複数の導電性パスを１つの部材に設けることがで
きる方法を概略的に例示する。部材40はテーブル42に固
定され、該テーブルはモータボックス44にあるモータシ
ャフト（図示せず）の中心軸線43のまわりに回転可能に
取付けられている。また、テーブルは、モータボックス
44にあるもう１つのモータ（図示せず）によるウォーム
ギア46の移動によってXY平面で移動可能である。レーザ
走査用キャリッジ48は各方向に指し向けられた３つのレ
ーザポート50,52,54を有し、そしてキャリッジはウォー
ムギア56とモータ58により垂直方向に移動可能であり、
またウォームギア60とモータ62により水平方向に移動可
能である。テーブル42と走査用キャリッジ48の移動は、
導電性トレースの所定パターンを部材40に形成するため
にプログラマブルコントローラ64により制御される。望
むならば、所定パターンを有するマスク66をポートに配
置することができる。レーザ走査操作は、窒素のような
不活性ガスにポートを浴びせるための導入ダクトを使用
して行うことができる。さらに不活性雰囲気や真空室で
も行われる。それに代えて、あるいはそれに付加して、
排気ホースがマークされるべき部材の付近に配置されて
熱分解によって発生するいかなる有毒物質も除去する。

上述プロセスは、電流または電圧を印加するのに十分
に導電する導電性経路および通路を製造するのに有効で
あり、大電流を必要としないものであればいかなる用途
にも使用できる。典型的には、導電性パスは、約10⁹オ
ームセンチメートル以下の抵抗率を有し、好ましくは約
10³オームセンチメートル以下の抵抗率を有し導電性を
さらによくする。場合によっては金属の伝導率が経路即
ち通路に要求されることがあり、導電性パスの物理的一
体を改良することにより、大電流が使用されあるいは用
意される適用例において長期間に亘る信頼性を高めるこ
とができる。

従って、普通の電極なしの即ち電気めっき技術および
サウンダース（Saunders）らの文献（「ピロリゼート回
路の金属めっき（Metal Plating of Pyrolizate Circui
try）」と題したIBMテクニカルディスクロージャーブル
テン Vol.9,No.11 1967年４月,1474頁）に記載されて
いるような材料が使用でき、金属の導電率を導電性パス
に与え、穴即ち経路内に、経路を介し他の面の外に導電
性金属のめっきを施すことが可能となる。採用される代
表的な金属は、銅、ニッケル、金、銀、錫、鉛、および
白金である。また金属めっきは、ピース部材間の機械的
な相互接続の信頼性を保証するという利点がある。めっ
き工程において、導電性繊維は、めっきのためのみにあ
るばかりでなく、基板へのめっきの接着を促進する。こ
の工程において、形成された溝は機械的接合にも役立
つ。

第10図は回路基板70を概略的に例示し、該回路基板は
片面から他面に延びる穴72を有し、該穴には抵抗器やコ
ンデンサ等74のような別の電気部品が配置され取付けら
れ接続され、そしてリード線76は半田78によって穴に固
着される。

第７図は特定の実施例を示し、本発明によるこの実施
例は、電気部品のコーナーにおけるめっきされた金属回
路の劣化の問題を解決し、コーナーは２つの外面からコ
ーナーの内部を通る導電性経路即ち通路を設けることに
より交差される。

第3Aおよび3B図は、ポリマーマトリックス18に形成さ
れた穴即ち経路30と、レーザビームに露光されるのに応
じたポリマーマトリックスの溶解およびポリマーの局部
的な分解を示す。溶解および分解の結果として、個々の
繊維32の一部分がレーザビームに露光され、絶縁性から
導電性に熱転化された。好ましくは、この露光転化は、
酸素の無い雰囲気で行う。個々の繊維の一部分34はポリ
マーマトリックス18内に延び続け、熱転化されず、繊維
をポリマーマトリックスの所定位置に留める役目を果た
すことに注目すべきである。繊維32,34の２つの部分は
本質的に同じサイズであり、第3A,3B図におけるいかな
るサイズの差異も例示および区別を目的とするだけであ
る。それらはまた第3B図に例示したようにその後電気部
品に施されるいかなる金属めっき33に対しても強力な接
着を図る役目を果たす。

〔試験例〕 ２″×２″で0.124″の厚さの試験正方形材は、射出
成形されたポリフェニレンオキサイド（ゼネラルエレク
トリック社，ノリル（Noryl）樹脂）でできており、総
重量の30重量％が熱安定とされたプレオックス・ポリア
クリロニトリル繊維であり、この繊維は約10ミクロンの
直径をもつ約６ミリメートルの長さに切断された。各正
方形材は、直径0.050インチに穿孔されテーパ付穴とす
るために両面を孔ぐりされた３〜４個の穴を有してい
た。両面における孔ぐり直径は約0.150インチであっ
た。試験正方形材は、真空室内のプログラマブルサンプ
ルテーブル上に載置された。前記真空室は持続波レーザ
ビームの通過用の移送窓を有し、50×10^-3トールの圧力
にある真空室にはアルゴンガサンプル上に連続的に流さ
れた。試験プラークの穴即ち経路の先細り壁は、300ミ
クロンのスポットサイズをもち集束された連続波CO₂レ
ーザに露光された。さらに、クロスの導電性パターンが
２ワットの電力で操作する同じレーザによって試験プラ
ークの両面に形成され、その間にテーブルが毎分約１″
の速度で移動された。レーザ熱分解に続いて、硫酸銅と
硫酸の浴槽を用いた標準的な電気めっき技術によって、
１ミル厚さの銅めっきが穴即ち経路および導電性パター
ンに形成され、めっきは導電パスおよび経路のみに施さ
れた。金属伝導率が経路即ち通路並びに導電パターン上
のめっきに得られた。

従って、本発明は、両面電気部品の構造物および三次
元回路網における従来の配線に対し簡単且つ経済的な代
替を提供する。さらに本発明は、電気部品の両面間にあ
る経路に対し非常に簡単なめっきを可能とする。本発明
はさらに電気部品の１つ以上の面における導電性パター
ンの形成並びにそれらの導電性パターン間の接続を可能
とする。それにより、本発明は、極めて簡単且つ経済的
な製造技術を提供し、回路密度を高める可能性を有し、
電気部品の小形化を可能とする。先細り壁の形状による
のに加えて、均一且つ十分な加熱を保証するためにレー
ザビームに壁の露光を行うことは、非常に簡単であり、
直線的な穴や平行な壁面をもつその他の開口の露光を必
要としない。先細り壁形状はさらに穴に挿入されるべき
要素に対し案内パスを設けることにより穴即ち経路内へ
の部品の装填を容易とする。先細り壁形状はさらに普通
の構造の回路基板における小形部品の配置を可能とす
る。また製造工程は比較的低い電力要件であるとともに
加工費が安い。

ここに引用した特許およびその他の参考文献の開示
は、ここでは特別に且つ総合的に参考としてここに組込
まれている。

本発明は特定の実施例について述べたが、多くの代
替、変更、および変形を施すことが可能であることは当
業者に明らかである。本発明は、静電写真複写機および
印刷機を特別に引用して述べたが、電気部品を具備する
多種多様の機械に適用されるものである。従って、特許
請求の範囲の精神および範囲に入るようなすべての代替
および変更を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は静電複写印刷装置のフレームセクションの一部
切欠斜視図であり、導電性パスを与える位置で形成され
た回路パターンと構造部材の片面から他面への導電性通
路を与える穴即ち経路を代表的に例示している。 第2A〜2D図は絶縁性ポリマーマトリックスにおけるレー
ザパターン形成経路の断面図を示し、これらは製造工程
の順序で４つの異なる時点におけるものである。第2A図
は円錐断面をもつ結合された穴を示す。第2B図はレーザ
ビームによる一方の円錐穴の露光を示し、レーザビーム
はこの円錐穴に導電性を与える。第2C図は連続的な導電
性トレースを形成する第２の円錐穴の第２の露光を示
す。第2D図は電気めっきされた経路を示す。 第3A図と第3B図はそれぞれ第2A図の断面１−１および第
2D図の断面２−２における導電性パスの拡大図である。 第４図のＡと第４図のＢは電気部品の片面から他面に至
る２つの別の断面の態様を示す説明図である。 第５図は第2A図に示した線１−１に沿った別の断面形状
を示す説明図である。 第６図は第2A図〜第2D図と比較したとき、管状経路また
は平行な側面をもつその他の経路の全表面を露光する上
での困難性を例示する比較図である。 第７図はコーナーの適用例における本発明による経路の
使用を示す説明図である。 第８図は先細り壁と表面に対する直角との間における最
小角度即ち傾斜を示す説明図である。 第９図は構造部材に導電性トレースを形成するための装
置の概略図である。 第10図は穴即ち経路を有する回路基板と、この回路基板
に取付けられ接続された別の電気部品の断面図である。 10:構造フレーム、11:回路基板 12:ドライブモジュール 14:プラテンドライブモジュール 15:第１の面、16:第２の面 17:接続用通路、20:トレース 21:導電性トレース、24:経路 30:経路、32:繊維 33:金属めっき、34:繊維の一部分 40:部材、42:テーブル 43:中心軸線、44:モータボックス 46:ウォームギア、48:キャリッジ 50,52,54:レーザポート 56:ウォームギア、58:モータ 60:ウオームギア、62:モータ 64:プログラマブルコントローラ 66:マスク 70:回路基板、72:穴 74:コンデンサ、76:リード線 78:半田

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の面と第２の面を有する三次元電気部
   品であって、導電性ポリマーマトリックスへの熱転化が
   可能な電気絶縁性ポリマーマトリックスと、前記第１の
   面から第２の面に先細りの壁形状を有し前記第１の面か
   ら第２の面に至る少くとも１つの通路であって通路の断
   面が前記第１の面から通路を経て第２の面まで一様に変
   化する通路と、前記電気絶縁性ポリマーマトリックスに
   おいて前記通路の壁の元の位置での熱転化により形成さ
   れた前記第１の面と前記第２の面との間における導電性
   パスとから成ることを特徴とする、三次元電気部品。