JPH04289177A - 電気部品 - Google Patents
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- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
- C23C18/18—Pretreatment of the material to be coated
- C23C18/20—Pretreatment of the material to be coated of organic surfaces, e.g. resins
- C23C18/28—Sensitising or activating
- C23C18/30—Activating or accelerating or sensitising with palladium or other noble metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
- C23C18/31—Coating with metals
- C23C18/38—Coating with copper
- C23C18/40—Coating with copper using reducing agents
- C23C18/405—Formaldehyde
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】〔関連出願のクロスリファレンス〕１９８
９年１２月４日にトーマス・イー・オーロウスキ （Ｔ
ｈｏｍａｓ Ｅ．Ｏｒｌｏｗｓｋｉ）らの名義で「導電
性経路を有する電気部品 （Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃ
ｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ
Ｐａｔｈ）」の発明の名称で出願され、一般譲渡された
米国特許出願第０７／４４７，２３０号に注目されたい
。 【０００２】〔発明の背景〕この発明は電気部品類，電
気部品類の製造方法および電気部品類を使用する装置類
に関するものである。詳しくは、触媒の核生成サイトか
ら成る経路もしくはパターン上に導電性金属無電解メッ
キ膜を施して熱可塑性基板中に導電性金属無電解メッキ
膜を固定させて製造した、熱可塑性基板中に電気導電性
経路を有する電気部品類に関するものである。さらに詳
しくは、この発明の電気部品類は事務用複写機，複製機
およびプリンタを包含する自動リプログラフ装置に使用
するプレーナ部材，両面回路盤，またはフレームもしく
は構造部材である。典型的な静電複写機では、光導電絶
縁部材を均一に帯電してから光像露光し、露光領域もし
くはバックグラウンド領域を放電して最初の文書中に含
まれる画像に対応する部材上に静電潜像を形成させる。 別法では、レーザビームなどの光ビームを変調し、光導
電面部分を選択的に放電して所望の情報をその上に記録
する。業界でトナーと呼称する現像粉を用いて該画像を
現像し、次いで紙などの支持体面に転写して加熱および
加圧して紙面に永久固着させることにより静電潜像を可
視化することができる。 【０００３】このような製品を商業的に応用する場合に
は、装置内の各種の場所にパワーおよび／または論理信
号を分布させる必要がある。従来は、それぞれの装置内
の公知ワイヤ類およびワイヤリングハーネス類を利用し
て自動装置中の種々の機能部材にパワーおよび／または
論理信号を分布させる方法が採用されてきた。従来のア
プローチは通常の商品の製造には極めて有効であったが
、製造コスト低減に対する要求の増加や自動アセンブル
に対する要望から、異なったアプローチの出現が望まれ
ている。例えば、個々のワイヤ類およびワイヤリングハ
ーネス類は元来が極めてフレキシブルなので、ロボット
工学を使用するような自動化アセンブルには向かない。 その上、このようなハーネス類は必要とする全ての接合
点を作るために、何回も操作したり移動させたりする必
要がある。このような操作は多くの人手を要し、チヤネ
ルを通したり構成部分周りに種々のハーネスを手動で配
送する必要が頻繁に起きるので、アセンブル中に人手に
よるエラーが発生する恐れがある。人手によるエラー発
生の恐れは、自動化および特にロボットアセンブルを採
用することにより低減できる。ハーネスの組み立ておよ
び電気ワイヤリングハーネスの据付に伴う人件費が比較
的高価なのに加えて、所望の機能を発揮させうる点にお
いて確実に信頼できるものとは決してえない。さらにま
た、このような製品の能力が益々複雑精巧になるにつれ
て、いずれの装置にも大きなスペースを要する一群のワ
イヤリングハーネスが必要となり、その結果装置全体の
サイズが大型化する。したがって、これら三種の困難性
を克服するためには、従来のワイヤおよびワイヤリング
ハーネスに代わる代替品の提供が望まれる。 【０００４】〔先行技術〕エプスタイン（Ｅｐｓｔｅｉ
ｎ）らによる最近の米国特許第４，８４１，０９９号で
は、電気絶縁構造のポリマーマトリックス中に保持した
電気絶縁性繊維状フイラー物質をその場で熱転化させて
形成した電気部品間に連続的な電気導電経路を有する装
置に使用する電気部品類および支持部材の提供が提案さ
れている。この電気導電パターンは、部品もしくは支持
部材を所望のパターンを含むマスクを通したレーザビー
ムで露光するか、またはこのレーザビームもしくは支持
部材を適当に移動させて所望のパターンに仕上げる。電
気導電トレースもしくは経路の形成後、所望によりパタ
ーンをメッキして金属性導電率を付与させる。 【０００５】もう一つの最近の発表によると、ポリイミ
ド上にパラジウムの触媒的有効量をメッキにより選択的
に析出させるために、有機金属パラジウム化合物をアル
ゴンレーザにより照射する。次いで照射後の試料を無電
解銅メッキ浴中に浸漬して銅メッキを析出させる。無電
解銅メッキに対する触媒としては極く僅かなパラジウム
単分子層があれば充分なので、１秒当たり数ｃｍの高速
でレーザを走らすことができる。 【０００６】この方法の一つの利点は、ポリイミドが４
００℃以上の高温まで熱的に安定であり、パラジウム化
合物は約２２５℃で分解するので、大きな窓領域を設け
ても下地のポリイミドに損傷を与える恐れなしにパラジ
ウム金属の分解が起きることである。 【０００７】この方法に伴う特に困難な点は、金属とポ
リイミド間の接着性が劣ることである。この接着性の強
弱は接着テープ試験により簡単に判断ができ、該試験法
ではプラスチックのメッキ領域を接着テープの一片と接
触させ、剥離してプラスチックから金属を剥がす。これ
により導電経路の連続性が妨げられる。この欠点を除く
ために通常行なう方法は、プラスチック表面のサンドブ
ラストまたはガラスビーズブラストによる機械的ラフ仕
上げ、表面のプラズマエッチングもしくはプラスチック
面をあらく仕上げるためのクロム酸等による加熱化学処
理である。これらの方法の殆どは最終仕上げ製品を得る
までに数工程を必要とする。 【０００８】〔発明の概要〕この発明は電気部品類，電
気部品類の製造方法および電気部品類を使用する装置類
を指向するものである。この発明の具体的な一提案によ
れば、熱可塑性基板の表面を変性して基板に対する金属
の接着を促進させる。さらに詳しくは、熱可塑性基板面
を加熱して表面の触媒前駆体を触媒に分解すると共に熱
可塑性表面を充分に軟化させて該触媒を軟化プラスチッ
ク面中に浸透させ、熱可塑性プラスチックで該触媒をそ
の場に固定する。 【０００９】この発明の基本的な提案によれば、融点３
２５℃以下の熱可塑性基板を導電性金属の無電解メッキ
用触媒の前駆体で被覆し、この際の前駆体の分解温度が
該熱可塑性材料の融点以下であって該材料の軟化温度範
囲以内にあるものを選択し、次いで導電経路に対応する
被覆済み熱可塑性基板の一部を充分に加熱して触媒前駆
体を触媒に分解すると同時に実質体分解なしに熱可塑性
基板を軟化させて部分的に溶融することにより該触媒を
基板中に固着させ、これにより導電性金属の無電解メッ
キ用核生成サイトを提供させることにより導電経路を形
成させる。 【００１０】この発明の他の特徴については次の記載お
よび図面を参照することにより、一層明瞭になるはずで
ある。 【００１１】〔図面の簡単な説明〕図１はこの発明の実
施に従って形成した回路パターンを包含する静電印刷装
置フレーム部の一部を示す部分分解等角図である。 【００１２】図２のＡ乃至Ｅは導電経路形成方法におけ
る、異なる工程での熱可塑性基板の断面図である。 【００１３】図３は両側でバイアに連結する溝を示す拡
大切取図Ａおよび溝中の無電解メッキパターンを示す拡
大切取図Ｂを包含する三次元部分の等角図である。 【００１４】図４は構造部材中の電気導電経路の露光を
行なうシステムを説明するための略図である。 【００１５】〔好適な実施態様の説明〕以下、この発明
に従った電気部品の好ましい一実施態様を参照しながら
説明する。 【００１６】この発明によれば、基板に対する導電経路
，パターンもしくは回路の接着が著しく改良された電気
部品が提供される。この部品の製造は、３２５℃以下の
融点を有する熱可塑性基板であって導電性金属の無電解
メッキ用触媒前駆体で既に被覆済みの熱可塑性基板を一
定温度に加熱して触媒前駆体を触媒に分解し、基板を軟
化させると同時に実質的分解なしに少なくとも一部を溶
融し、該触媒を基板の表面に浸透させて、プラスチック
の冷却に際して触媒をその場で強固に固着させることに
より行なわれる。この電気部品は構造部材もしくは非構
造部材であってもよく、導電経路は単一でも回路であっ
てもよい。 【００１７】図１および図２を参照すると、この発明の
意味が一層明瞭になる。図１では、装置支持フレーム１
０が駆動モジユール１２および圧盤駆動モジユール１４
と共に静電複写装置の部品として示されている。この装
置の部材および操作方法は米国特許第４，６５３，０７
８号に詳しく記載されている。装置支持フレーム１０中
には、この発明の方法にしたがって直接形成させること
ができる電気導電経路もしくはトレース２０が示されて
いる。バイア２４に通じる導電経路２１も示されている
。 【００１８】図２のＡ乃至Ｅは、この発明の方法による
各製造段階における電気部品の拡大断面図であり、図２
Ａでは基板２６の片側が触媒前駆体２８で被覆されてい
る。 【００１９】図２のＢは、例えばレーザビーム露光によ
る熱パターンに露出された後の基板の状態を示し、レー
ザビーム露光により触媒前駆体は揮発性ガスと触媒粒子
３０とに分解し、触媒は熱可塑性基板の表面に浸透して
、冷却に際して基板に固着する。 【００２０】図２のＣは触媒前駆体２８が熱可塑性基板
の非加熱部分から除去されている態様を示す。 【００２１】図２のＤはプラスチック基板２６に熱接着
している露出触媒３０上に無電解メッキによる導電性金
属３２が析出した構造を示す。 【００２２】図２のＥは触媒前駆体２８が非加熱領域か
ら除去されていない場合の、他の実施態様を示す。 【００２３】この発明で使用する基板は、融点が３２５
℃以下、好ましくは３００℃以下の熱可塑性基板であれ
ばその種類は問わない。この発明で使用する触媒前駆体
の分解温度は約２６０℃以下、一般には２００乃至２６
０℃である。最高の接着が得られるのは、熱可塑性材料
の融点と触媒前駆体の分解温度との差が５０℃以下、好
ましくは３０℃以下の場合であることが判明した。この
場合、触媒前駆体が揮発性ガスと触媒とに分解する温度
で熱可塑性材料が同時に軟化し、一部は溶融するが実質
的大半の材料は溶融もしくは分解しない。かくして触媒
粒子は熱可塑性基板の表面に浸透し、基板が冷却すると
触媒はその場所に固着する。熱可塑性材料の代表例とし
ては、ポリビニルクロライド，商品名ノリル「Ｎｏｒｙ
ｌ」のようなポリフエニレンオキシド，ポリカーボネー
ト類，ＡＢＳ，ＡＢＳとポリカーボネート他とのブレン
ド，およびポリアミドのようなエンジニアリングプラス
チックが挙げられる。ナイロン６６およびナイロン６の
ようなポリアミド類は優れた接着性を示すので特に好ま
しい。所望であれば、この熱可塑性プラスチックはガラ
ス繊維、クレーのような通常のフイラーで充填してもよ
く、軽量化のために発泡してもよく、また純粋形態での
使用も差し支えない。他の態様として、熱硬化性プラス
チックから作った基板類を適当な可塑性材料層で予備被
覆したものを採用することもできる。 【００２４】触媒は、導電性金属に対する核生成サイト
を提供することにより導電性金属の無電解メッキに関与
させる目的で選択する。分解温度が２００乃至２６０℃
の触媒前駆体の典型例としては、酢酸銅，修酸銅，炭酸
銅，サリチル酸銅，酪酸銅，パラジウムジアミンヒドロ
キシド，パラジウムアセテート，パラジウムアセチルア
セテート，パラジウムヘキサフルオロアセチルアセテー
ト，ビス（アセトニトリル）パラジウム（ＩＩ）クロラ
イド，ビス（ベンゾニトリル）パラジウム（ＩＩ）クロ
ライド，アリルパラジウムクロライドダイマ，および上
記パラジウム化合物のプラチナ相似物が挙げられる。パ
ラジウムアセテートは特に好ましく、このものは２２０
℃の低温で炭酸ガスと酢酸とに明瞭に分解し、かつ予見
可能な分解を行ない、熱可塑性材料に対して無害なアセ
トンやアルコール類のような溶剤に可溶である。 【００２５】熱可塑性基板上への触媒前駆体の被覆方法
は特に限定されないが、基板の全表面に亙って被覆する
か、または所望する最終導電経路に対応するパターンを
被覆するかのいずれかである。典型的には、１乃至５％
水溶液またはアセトン，メチルエチルケトン，エチルア
ルコール，メチルアルコール，イソプロピルアルコール
，ブチルアルコール，メチルイソプロピルケトン，トル
エン，アンモニア，クロロベンゼンおよびメチレンクロ
ライドのような有機溶剤の１乃至５％溶液として被覆す
る。この溶剤の選択は、触媒前駆体は溶解するが熱可塑
性基板は溶解しないか、または粘着させる程度のものを
選択する。はけ塗り、ろくろ塗り、浸し塗りにより溶剤
溶液を施して熱可塑性基板の表面上に実質的均一な被膜
を形成させる。この被膜が分解して生成する触媒は、軟
化基板面に固着し、引き続く金属メッキ用の核生成サイ
トを形成する。溶剤溶液の施工後、溶剤は加熱すること
なく蒸発させる。 【００２６】被覆済みプラスチック基板はレーザビーム
の露光により所望の導電トレースに対応するパターンに
従って加熱される。このレーザ光は熱可塑性基板が吸収
できる波長を有するように選択する。二酸化炭素レーザ
が特に好ましく、上記の全ての標準エンジニアリング熱
可塑性材料はレーザ光を１０．６ミクロン波長において
吸収する。典型的には、２０乃至２５ワット／ｃｍ２
の低パワーで集束スポット直径１ｍｍの二酸化炭素レー
ザを０．５ｍｍ乃至５ｃｍ／秒の速度でプラスチック表
面を走査して、触媒前駆体を分解温度以上に加熱するこ
とができ、これにより該前駆体はガスを伴って揮発する
と同時に金属触媒を残し、該触媒は軟化して部分的に溶
融した熱可塑性材料表面に浸透し、冷却に際して熱可塑
性基板表面中に固着する。前記のように、最高の接着性
は、熱可塑性材料の融点と触媒前駆体の分解温度との差
が５０℃以下、好ましくは３０℃以下である場合に達成
できる。レーザビームで露光して熱可塑性基板表面に触
媒経路を固着させた後、触媒前駆体を溶解したと同じ溶
剤を用いて非露出領域もしくは非加熱領域を除去する。 【００２７】この発明の電気部品製造の最終工程は、熱
可塑性基板中に固着した核生成サイト上に銅、ニッケル
等の導電性金属を無電解メッキする工程である。 【００２８】例えば、触媒化した経路を銅メッキするた
めの硫酸銅浴からの標準無電解メッキは一般に容認され
ている次の機構に従って進行する： 【００２９】 【化１】 【００３０】ＣｕＳＯ４ ・５Ｈ２ Ｏ ２
５ｇ／ｌナトリウムグルコネート ６０ｇ／ｌＮ
ａＯＨ ２０ｇ／
ｌホルムアルデヒド １５ｍ／ｌ（
３７％溶液） 温度 ２
４℃（７５°Ｆ）【００３１】約２０分で３０マイクロ
インチ（０．７６μｍ）厚さの銅メッキ膜が形成される
。低パワーでの使用にはこれで充分であるが、多くの用
途では厚さ１０００マイクロインチ（２５．４μｍ）ま
でが必要になる。 この追加の銅メッキは次の条件で硫酸銅酸性浴を使用し
てさらに電気メッキすることにより容易に達成できる：
ＣｕＳＯ４ ・５Ｈ２ Ｏ ２５０ｇ／ｌＨ
２ ＳＯ４ ７
５ｇ／ｌＣｌ−
４０ｐｐｍゼラチン
４０ｐｐｍ温度
５５℃（１３０°Ｆ）
電流密度 １乃至
１０Ａ／ｄｍ２ 【００３２】図３および図４を説明す
る。図３は３５および３６で示すコーナを越えて示すた
めの多面上に連続無電解メッキパターンを有する３次元
部分の説明図である。このトレースは下方に連続し、二
つの垂直壁を通って通過し、一つの壁はバイア３４を示
す拡大切取図Ａに示してある。図Ａのバイアは一方から
他方側へ先細になった壁形状で通路の断面は絶えず変わ
り、通路が一方の最大断面から他方側の最小断面へと下
方に向けて先細になるか、または両側の最大断面から第
１および第２側の間の最小断面に向けて下方に先細にす
ることができる。 このような配置を採用することにより、最大断面を有す
る側または両側からバイア壁を被覆して一方から他方側
に触媒経路を形成することが可能になり、これにより引
き続く無電解メッキ中に導電性金属が該バイア中にメッ
キされる。同様に拡大切取図Ｂは溝３７を熱可塑性基板
中に取り入れて該基板中の導電性経路の位置としたもの
で、これらはレーザビームに露光される触媒前駆体で被
覆された後、無電解メッキされて連続無電解パターンが
形成され、これにより摩擦損傷からのメッキ済みパター
ンの保護が一層強化される。 【００３３】図４は、回路パターンを表わす一群の導電
性経路が作られる態様を示す略図である。部材４０はモ
ータボックス４４中のモータシヤフト（図示せず）の中
心軸４３のまわりに回転可能なテーブル４２に取り付け
る。さらに、このテーブルはモータボックス４４中の他
のモータ（図示せず）により駆動されるウオームギヤ４
６に連動してＸＹ平面中を移動できる。レーザ走査運び
台４８は三つのレーザポート５０，５２，５４を有し，
ウオームギヤ５６とモータ５８により垂直に、ウオーム
ギヤ６０とモータ６２により水平に移動可能な運び台に
より各々の方向を指向する。テーブル４２の移動および
走査運び台４８の移動はプログラマブルコントローラ６
４で制御して部材４０中に予め決められたパターンの導
電性トレースを形成させる。所望であれば、予め決めら
れたパターンを有するマスク６６を該部材に配設しても
よい。このレーザ走査操作は該部材４０を窒素等の不活
性ガス雰囲気または減圧室中に包み込むために入力ダク
ト中で実施してもよい。別法もしくは追加の手段として
、加熱により生ずる全ての有害な物質を除去するために
、マークされる該部材４０近辺に排気ホースを配設して
もよい。 【００３４】実施例１ 触媒前駆体としてパラジウム（ＩＩ）アセテートのアセ
トン溶液（５０ｍｇ／ｍｌ以下）を用いてポリビニルク
ロライド製熱可塑性基板を薄く被覆した。被覆後、アセ
トンを蒸発させた。集束スポット直径１ｍｍ、２０乃至
２５ワット／ｃｍ２ パワーの二酸化炭素レーザビーム
を用いて０．５ｍｍ／秒の速度で被覆済み基板を走査し
、熱可塑性基板をパラジウムアセテートの熱分解点２２
０℃以上に加熱し、これにより二酸化炭素と酢酸ガスを
発生させると同時に、軟化したプラスチック表面に還元
パラジウム金属を生成させた。次いで熱可塑性基板をア
セトンでリンスして非露光領域のパラジウムアセテート
を除去した。引き続いてこのプラスチックを無電解銅メ
ッキ浴中に浸漬したところ、僅か１５時間でレーザ露光
領域に２５ミクロン厚の堅牢な銅メッキが形成された。 得られた導線パターンをＩＰＣ−Ｌ−１０８試験法に準
拠して接着テープによる剥離試験を行なった。１／２イ
ンチ×２インチ（幅１．２７×長さ５．０８ｃｍ）の感
圧テープ（Ｆ．Ｓ．Ａ−Ａ−１１３）を導線パターンの
表面を横切ってしっかりと接着させた。回路パターンに
対してほぼ垂直に人手により素早くテープを剥離した。 この試験を２回繰り返した。回路およびテープ試験片の
両方を肉視により検査したところ、メッキ済み回路の熱
可塑性基板に対する接着は良好であり、接着不良の形跡
は見られなかった。 【００３５】実施例２および３ ナイロン６６およびナイロン６を基板として用い、レー
ザパワーが３０ワット／ｃｍ２ である以外は実施例１
と同じ操作を繰り返した。ナイロン６６およびナイロン
６のいずれも上記の剥離試験に合格した。基板が若干剥
がれる場合を除いては、両試料共無電解メッキトレース
を金属エッジと共に物理的に剥離するのは困難であった
。 【００３６】実施例４ ポリイミド基板を用い、レーザパワーが４０乃至４５ワ
ット／ｃｍ２ の条件を用いた以外は実施例１と同じ操
作を繰り返した。無電解トレースはポリイミド上に形成
されたが、上記剥離試験に合格しなかった。接着テープ
を剥離する際にトレースは基板から離れた。このポリイ
ミドは８００℃以上で分解するので、レーザ露光が充分
ではなく、基板が軟化して触媒が表面に浸透して固着す
るのには露光がなお不十分であった。 【００３７】ここに引用した特許および他の文献ならび
に出願中の特許は参考文献として本明細書中に含める。 【００３８】この発明は静電複写装置およびプリンタを
対象に記載してきたが、電気部品を内蔵する一連の装置
にも適用が可能であることは明瞭である。したがって、
この発明は添付請求の範囲において限定した以外は、種
々に変更することができるものである。 【００３９】以上から明らかなように、この発明は従来
のワイヤリングおよび電気部品の製造に対する簡便で経
済的な代替方法を提供するものである。さらに、この発
明は基板と無電解メッキ金属経路間の接着性を改良する
方法を提供する。この発明による電気部品は数工程によ
る極めて簡単な方法で製作でき、かつ経済的であり、基
板上の非露光領域中の触媒前駆体は回収し再使用に供さ
れる。さらに、簡単な表面処理以外の表面処理は必要と
せず、かつトレース幅はレーザスポットサイズもしくは
マスクの形状を制御することにより容易に制御できる。 また、この製法は自動化が可能であり、プログラム化さ
れた制御プロセスに使用可能である。
９年１２月４日にトーマス・イー・オーロウスキ （Ｔ
ｈｏｍａｓ Ｅ．Ｏｒｌｏｗｓｋｉ）らの名義で「導電
性経路を有する電気部品 （Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃ
ｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｗｉｔｈ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ
Ｐａｔｈ）」の発明の名称で出願され、一般譲渡された
米国特許出願第０７／４４７，２３０号に注目されたい
。 【０００２】〔発明の背景〕この発明は電気部品類，電
気部品類の製造方法および電気部品類を使用する装置類
に関するものである。詳しくは、触媒の核生成サイトか
ら成る経路もしくはパターン上に導電性金属無電解メッ
キ膜を施して熱可塑性基板中に導電性金属無電解メッキ
膜を固定させて製造した、熱可塑性基板中に電気導電性
経路を有する電気部品類に関するものである。さらに詳
しくは、この発明の電気部品類は事務用複写機，複製機
およびプリンタを包含する自動リプログラフ装置に使用
するプレーナ部材，両面回路盤，またはフレームもしく
は構造部材である。典型的な静電複写機では、光導電絶
縁部材を均一に帯電してから光像露光し、露光領域もし
くはバックグラウンド領域を放電して最初の文書中に含
まれる画像に対応する部材上に静電潜像を形成させる。 別法では、レーザビームなどの光ビームを変調し、光導
電面部分を選択的に放電して所望の情報をその上に記録
する。業界でトナーと呼称する現像粉を用いて該画像を
現像し、次いで紙などの支持体面に転写して加熱および
加圧して紙面に永久固着させることにより静電潜像を可
視化することができる。 【０００３】このような製品を商業的に応用する場合に
は、装置内の各種の場所にパワーおよび／または論理信
号を分布させる必要がある。従来は、それぞれの装置内
の公知ワイヤ類およびワイヤリングハーネス類を利用し
て自動装置中の種々の機能部材にパワーおよび／または
論理信号を分布させる方法が採用されてきた。従来のア
プローチは通常の商品の製造には極めて有効であったが
、製造コスト低減に対する要求の増加や自動アセンブル
に対する要望から、異なったアプローチの出現が望まれ
ている。例えば、個々のワイヤ類およびワイヤリングハ
ーネス類は元来が極めてフレキシブルなので、ロボット
工学を使用するような自動化アセンブルには向かない。 その上、このようなハーネス類は必要とする全ての接合
点を作るために、何回も操作したり移動させたりする必
要がある。このような操作は多くの人手を要し、チヤネ
ルを通したり構成部分周りに種々のハーネスを手動で配
送する必要が頻繁に起きるので、アセンブル中に人手に
よるエラーが発生する恐れがある。人手によるエラー発
生の恐れは、自動化および特にロボットアセンブルを採
用することにより低減できる。ハーネスの組み立ておよ
び電気ワイヤリングハーネスの据付に伴う人件費が比較
的高価なのに加えて、所望の機能を発揮させうる点にお
いて確実に信頼できるものとは決してえない。さらにま
た、このような製品の能力が益々複雑精巧になるにつれ
て、いずれの装置にも大きなスペースを要する一群のワ
イヤリングハーネスが必要となり、その結果装置全体の
サイズが大型化する。したがって、これら三種の困難性
を克服するためには、従来のワイヤおよびワイヤリング
ハーネスに代わる代替品の提供が望まれる。 【０００４】〔先行技術〕エプスタイン（Ｅｐｓｔｅｉ
ｎ）らによる最近の米国特許第４，８４１，０９９号で
は、電気絶縁構造のポリマーマトリックス中に保持した
電気絶縁性繊維状フイラー物質をその場で熱転化させて
形成した電気部品間に連続的な電気導電経路を有する装
置に使用する電気部品類および支持部材の提供が提案さ
れている。この電気導電パターンは、部品もしくは支持
部材を所望のパターンを含むマスクを通したレーザビー
ムで露光するか、またはこのレーザビームもしくは支持
部材を適当に移動させて所望のパターンに仕上げる。電
気導電トレースもしくは経路の形成後、所望によりパタ
ーンをメッキして金属性導電率を付与させる。 【０００５】もう一つの最近の発表によると、ポリイミ
ド上にパラジウムの触媒的有効量をメッキにより選択的
に析出させるために、有機金属パラジウム化合物をアル
ゴンレーザにより照射する。次いで照射後の試料を無電
解銅メッキ浴中に浸漬して銅メッキを析出させる。無電
解銅メッキに対する触媒としては極く僅かなパラジウム
単分子層があれば充分なので、１秒当たり数ｃｍの高速
でレーザを走らすことができる。 【０００６】この方法の一つの利点は、ポリイミドが４
００℃以上の高温まで熱的に安定であり、パラジウム化
合物は約２２５℃で分解するので、大きな窓領域を設け
ても下地のポリイミドに損傷を与える恐れなしにパラジ
ウム金属の分解が起きることである。 【０００７】この方法に伴う特に困難な点は、金属とポ
リイミド間の接着性が劣ることである。この接着性の強
弱は接着テープ試験により簡単に判断ができ、該試験法
ではプラスチックのメッキ領域を接着テープの一片と接
触させ、剥離してプラスチックから金属を剥がす。これ
により導電経路の連続性が妨げられる。この欠点を除く
ために通常行なう方法は、プラスチック表面のサンドブ
ラストまたはガラスビーズブラストによる機械的ラフ仕
上げ、表面のプラズマエッチングもしくはプラスチック
面をあらく仕上げるためのクロム酸等による加熱化学処
理である。これらの方法の殆どは最終仕上げ製品を得る
までに数工程を必要とする。 【０００８】〔発明の概要〕この発明は電気部品類，電
気部品類の製造方法および電気部品類を使用する装置類
を指向するものである。この発明の具体的な一提案によ
れば、熱可塑性基板の表面を変性して基板に対する金属
の接着を促進させる。さらに詳しくは、熱可塑性基板面
を加熱して表面の触媒前駆体を触媒に分解すると共に熱
可塑性表面を充分に軟化させて該触媒を軟化プラスチッ
ク面中に浸透させ、熱可塑性プラスチックで該触媒をそ
の場に固定する。 【０００９】この発明の基本的な提案によれば、融点３
２５℃以下の熱可塑性基板を導電性金属の無電解メッキ
用触媒の前駆体で被覆し、この際の前駆体の分解温度が
該熱可塑性材料の融点以下であって該材料の軟化温度範
囲以内にあるものを選択し、次いで導電経路に対応する
被覆済み熱可塑性基板の一部を充分に加熱して触媒前駆
体を触媒に分解すると同時に実質体分解なしに熱可塑性
基板を軟化させて部分的に溶融することにより該触媒を
基板中に固着させ、これにより導電性金属の無電解メッ
キ用核生成サイトを提供させることにより導電経路を形
成させる。 【００１０】この発明の他の特徴については次の記載お
よび図面を参照することにより、一層明瞭になるはずで
ある。 【００１１】〔図面の簡単な説明〕図１はこの発明の実
施に従って形成した回路パターンを包含する静電印刷装
置フレーム部の一部を示す部分分解等角図である。 【００１２】図２のＡ乃至Ｅは導電経路形成方法におけ
る、異なる工程での熱可塑性基板の断面図である。 【００１３】図３は両側でバイアに連結する溝を示す拡
大切取図Ａおよび溝中の無電解メッキパターンを示す拡
大切取図Ｂを包含する三次元部分の等角図である。 【００１４】図４は構造部材中の電気導電経路の露光を
行なうシステムを説明するための略図である。 【００１５】〔好適な実施態様の説明〕以下、この発明
に従った電気部品の好ましい一実施態様を参照しながら
説明する。 【００１６】この発明によれば、基板に対する導電経路
，パターンもしくは回路の接着が著しく改良された電気
部品が提供される。この部品の製造は、３２５℃以下の
融点を有する熱可塑性基板であって導電性金属の無電解
メッキ用触媒前駆体で既に被覆済みの熱可塑性基板を一
定温度に加熱して触媒前駆体を触媒に分解し、基板を軟
化させると同時に実質的分解なしに少なくとも一部を溶
融し、該触媒を基板の表面に浸透させて、プラスチック
の冷却に際して触媒をその場で強固に固着させることに
より行なわれる。この電気部品は構造部材もしくは非構
造部材であってもよく、導電経路は単一でも回路であっ
てもよい。 【００１７】図１および図２を参照すると、この発明の
意味が一層明瞭になる。図１では、装置支持フレーム１
０が駆動モジユール１２および圧盤駆動モジユール１４
と共に静電複写装置の部品として示されている。この装
置の部材および操作方法は米国特許第４，６５３，０７
８号に詳しく記載されている。装置支持フレーム１０中
には、この発明の方法にしたがって直接形成させること
ができる電気導電経路もしくはトレース２０が示されて
いる。バイア２４に通じる導電経路２１も示されている
。 【００１８】図２のＡ乃至Ｅは、この発明の方法による
各製造段階における電気部品の拡大断面図であり、図２
Ａでは基板２６の片側が触媒前駆体２８で被覆されてい
る。 【００１９】図２のＢは、例えばレーザビーム露光によ
る熱パターンに露出された後の基板の状態を示し、レー
ザビーム露光により触媒前駆体は揮発性ガスと触媒粒子
３０とに分解し、触媒は熱可塑性基板の表面に浸透して
、冷却に際して基板に固着する。 【００２０】図２のＣは触媒前駆体２８が熱可塑性基板
の非加熱部分から除去されている態様を示す。 【００２１】図２のＤはプラスチック基板２６に熱接着
している露出触媒３０上に無電解メッキによる導電性金
属３２が析出した構造を示す。 【００２２】図２のＥは触媒前駆体２８が非加熱領域か
ら除去されていない場合の、他の実施態様を示す。 【００２３】この発明で使用する基板は、融点が３２５
℃以下、好ましくは３００℃以下の熱可塑性基板であれ
ばその種類は問わない。この発明で使用する触媒前駆体
の分解温度は約２６０℃以下、一般には２００乃至２６
０℃である。最高の接着が得られるのは、熱可塑性材料
の融点と触媒前駆体の分解温度との差が５０℃以下、好
ましくは３０℃以下の場合であることが判明した。この
場合、触媒前駆体が揮発性ガスと触媒とに分解する温度
で熱可塑性材料が同時に軟化し、一部は溶融するが実質
的大半の材料は溶融もしくは分解しない。かくして触媒
粒子は熱可塑性基板の表面に浸透し、基板が冷却すると
触媒はその場所に固着する。熱可塑性材料の代表例とし
ては、ポリビニルクロライド，商品名ノリル「Ｎｏｒｙ
ｌ」のようなポリフエニレンオキシド，ポリカーボネー
ト類，ＡＢＳ，ＡＢＳとポリカーボネート他とのブレン
ド，およびポリアミドのようなエンジニアリングプラス
チックが挙げられる。ナイロン６６およびナイロン６の
ようなポリアミド類は優れた接着性を示すので特に好ま
しい。所望であれば、この熱可塑性プラスチックはガラ
ス繊維、クレーのような通常のフイラーで充填してもよ
く、軽量化のために発泡してもよく、また純粋形態での
使用も差し支えない。他の態様として、熱硬化性プラス
チックから作った基板類を適当な可塑性材料層で予備被
覆したものを採用することもできる。 【００２４】触媒は、導電性金属に対する核生成サイト
を提供することにより導電性金属の無電解メッキに関与
させる目的で選択する。分解温度が２００乃至２６０℃
の触媒前駆体の典型例としては、酢酸銅，修酸銅，炭酸
銅，サリチル酸銅，酪酸銅，パラジウムジアミンヒドロ
キシド，パラジウムアセテート，パラジウムアセチルア
セテート，パラジウムヘキサフルオロアセチルアセテー
ト，ビス（アセトニトリル）パラジウム（ＩＩ）クロラ
イド，ビス（ベンゾニトリル）パラジウム（ＩＩ）クロ
ライド，アリルパラジウムクロライドダイマ，および上
記パラジウム化合物のプラチナ相似物が挙げられる。パ
ラジウムアセテートは特に好ましく、このものは２２０
℃の低温で炭酸ガスと酢酸とに明瞭に分解し、かつ予見
可能な分解を行ない、熱可塑性材料に対して無害なアセ
トンやアルコール類のような溶剤に可溶である。 【００２５】熱可塑性基板上への触媒前駆体の被覆方法
は特に限定されないが、基板の全表面に亙って被覆する
か、または所望する最終導電経路に対応するパターンを
被覆するかのいずれかである。典型的には、１乃至５％
水溶液またはアセトン，メチルエチルケトン，エチルア
ルコール，メチルアルコール，イソプロピルアルコール
，ブチルアルコール，メチルイソプロピルケトン，トル
エン，アンモニア，クロロベンゼンおよびメチレンクロ
ライドのような有機溶剤の１乃至５％溶液として被覆す
る。この溶剤の選択は、触媒前駆体は溶解するが熱可塑
性基板は溶解しないか、または粘着させる程度のものを
選択する。はけ塗り、ろくろ塗り、浸し塗りにより溶剤
溶液を施して熱可塑性基板の表面上に実質的均一な被膜
を形成させる。この被膜が分解して生成する触媒は、軟
化基板面に固着し、引き続く金属メッキ用の核生成サイ
トを形成する。溶剤溶液の施工後、溶剤は加熱すること
なく蒸発させる。 【００２６】被覆済みプラスチック基板はレーザビーム
の露光により所望の導電トレースに対応するパターンに
従って加熱される。このレーザ光は熱可塑性基板が吸収
できる波長を有するように選択する。二酸化炭素レーザ
が特に好ましく、上記の全ての標準エンジニアリング熱
可塑性材料はレーザ光を１０．６ミクロン波長において
吸収する。典型的には、２０乃至２５ワット／ｃｍ２
の低パワーで集束スポット直径１ｍｍの二酸化炭素レー
ザを０．５ｍｍ乃至５ｃｍ／秒の速度でプラスチック表
面を走査して、触媒前駆体を分解温度以上に加熱するこ
とができ、これにより該前駆体はガスを伴って揮発する
と同時に金属触媒を残し、該触媒は軟化して部分的に溶
融した熱可塑性材料表面に浸透し、冷却に際して熱可塑
性基板表面中に固着する。前記のように、最高の接着性
は、熱可塑性材料の融点と触媒前駆体の分解温度との差
が５０℃以下、好ましくは３０℃以下である場合に達成
できる。レーザビームで露光して熱可塑性基板表面に触
媒経路を固着させた後、触媒前駆体を溶解したと同じ溶
剤を用いて非露出領域もしくは非加熱領域を除去する。 【００２７】この発明の電気部品製造の最終工程は、熱
可塑性基板中に固着した核生成サイト上に銅、ニッケル
等の導電性金属を無電解メッキする工程である。 【００２８】例えば、触媒化した経路を銅メッキするた
めの硫酸銅浴からの標準無電解メッキは一般に容認され
ている次の機構に従って進行する： 【００２９】 【化１】 【００３０】ＣｕＳＯ４ ・５Ｈ２ Ｏ ２
５ｇ／ｌナトリウムグルコネート ６０ｇ／ｌＮ
ａＯＨ ２０ｇ／
ｌホルムアルデヒド １５ｍ／ｌ（
３７％溶液） 温度 ２
４℃（７５°Ｆ）【００３１】約２０分で３０マイクロ
インチ（０．７６μｍ）厚さの銅メッキ膜が形成される
。低パワーでの使用にはこれで充分であるが、多くの用
途では厚さ１０００マイクロインチ（２５．４μｍ）ま
でが必要になる。 この追加の銅メッキは次の条件で硫酸銅酸性浴を使用し
てさらに電気メッキすることにより容易に達成できる：
ＣｕＳＯ４ ・５Ｈ２ Ｏ ２５０ｇ／ｌＨ
２ ＳＯ４ ７
５ｇ／ｌＣｌ−
４０ｐｐｍゼラチン
４０ｐｐｍ温度
５５℃（１３０°Ｆ）
電流密度 １乃至
１０Ａ／ｄｍ２ 【００３２】図３および図４を説明す
る。図３は３５および３６で示すコーナを越えて示すた
めの多面上に連続無電解メッキパターンを有する３次元
部分の説明図である。このトレースは下方に連続し、二
つの垂直壁を通って通過し、一つの壁はバイア３４を示
す拡大切取図Ａに示してある。図Ａのバイアは一方から
他方側へ先細になった壁形状で通路の断面は絶えず変わ
り、通路が一方の最大断面から他方側の最小断面へと下
方に向けて先細になるか、または両側の最大断面から第
１および第２側の間の最小断面に向けて下方に先細にす
ることができる。 このような配置を採用することにより、最大断面を有す
る側または両側からバイア壁を被覆して一方から他方側
に触媒経路を形成することが可能になり、これにより引
き続く無電解メッキ中に導電性金属が該バイア中にメッ
キされる。同様に拡大切取図Ｂは溝３７を熱可塑性基板
中に取り入れて該基板中の導電性経路の位置としたもの
で、これらはレーザビームに露光される触媒前駆体で被
覆された後、無電解メッキされて連続無電解パターンが
形成され、これにより摩擦損傷からのメッキ済みパター
ンの保護が一層強化される。 【００３３】図４は、回路パターンを表わす一群の導電
性経路が作られる態様を示す略図である。部材４０はモ
ータボックス４４中のモータシヤフト（図示せず）の中
心軸４３のまわりに回転可能なテーブル４２に取り付け
る。さらに、このテーブルはモータボックス４４中の他
のモータ（図示せず）により駆動されるウオームギヤ４
６に連動してＸＹ平面中を移動できる。レーザ走査運び
台４８は三つのレーザポート５０，５２，５４を有し，
ウオームギヤ５６とモータ５８により垂直に、ウオーム
ギヤ６０とモータ６２により水平に移動可能な運び台に
より各々の方向を指向する。テーブル４２の移動および
走査運び台４８の移動はプログラマブルコントローラ６
４で制御して部材４０中に予め決められたパターンの導
電性トレースを形成させる。所望であれば、予め決めら
れたパターンを有するマスク６６を該部材に配設しても
よい。このレーザ走査操作は該部材４０を窒素等の不活
性ガス雰囲気または減圧室中に包み込むために入力ダク
ト中で実施してもよい。別法もしくは追加の手段として
、加熱により生ずる全ての有害な物質を除去するために
、マークされる該部材４０近辺に排気ホースを配設して
もよい。 【００３４】実施例１ 触媒前駆体としてパラジウム（ＩＩ）アセテートのアセ
トン溶液（５０ｍｇ／ｍｌ以下）を用いてポリビニルク
ロライド製熱可塑性基板を薄く被覆した。被覆後、アセ
トンを蒸発させた。集束スポット直径１ｍｍ、２０乃至
２５ワット／ｃｍ２ パワーの二酸化炭素レーザビーム
を用いて０．５ｍｍ／秒の速度で被覆済み基板を走査し
、熱可塑性基板をパラジウムアセテートの熱分解点２２
０℃以上に加熱し、これにより二酸化炭素と酢酸ガスを
発生させると同時に、軟化したプラスチック表面に還元
パラジウム金属を生成させた。次いで熱可塑性基板をア
セトンでリンスして非露光領域のパラジウムアセテート
を除去した。引き続いてこのプラスチックを無電解銅メ
ッキ浴中に浸漬したところ、僅か１５時間でレーザ露光
領域に２５ミクロン厚の堅牢な銅メッキが形成された。 得られた導線パターンをＩＰＣ−Ｌ−１０８試験法に準
拠して接着テープによる剥離試験を行なった。１／２イ
ンチ×２インチ（幅１．２７×長さ５．０８ｃｍ）の感
圧テープ（Ｆ．Ｓ．Ａ−Ａ−１１３）を導線パターンの
表面を横切ってしっかりと接着させた。回路パターンに
対してほぼ垂直に人手により素早くテープを剥離した。 この試験を２回繰り返した。回路およびテープ試験片の
両方を肉視により検査したところ、メッキ済み回路の熱
可塑性基板に対する接着は良好であり、接着不良の形跡
は見られなかった。 【００３５】実施例２および３ ナイロン６６およびナイロン６を基板として用い、レー
ザパワーが３０ワット／ｃｍ２ である以外は実施例１
と同じ操作を繰り返した。ナイロン６６およびナイロン
６のいずれも上記の剥離試験に合格した。基板が若干剥
がれる場合を除いては、両試料共無電解メッキトレース
を金属エッジと共に物理的に剥離するのは困難であった
。 【００３６】実施例４ ポリイミド基板を用い、レーザパワーが４０乃至４５ワ
ット／ｃｍ２ の条件を用いた以外は実施例１と同じ操
作を繰り返した。無電解トレースはポリイミド上に形成
されたが、上記剥離試験に合格しなかった。接着テープ
を剥離する際にトレースは基板から離れた。このポリイ
ミドは８００℃以上で分解するので、レーザ露光が充分
ではなく、基板が軟化して触媒が表面に浸透して固着す
るのには露光がなお不十分であった。 【００３７】ここに引用した特許および他の文献ならび
に出願中の特許は参考文献として本明細書中に含める。 【００３８】この発明は静電複写装置およびプリンタを
対象に記載してきたが、電気部品を内蔵する一連の装置
にも適用が可能であることは明瞭である。したがって、
この発明は添付請求の範囲において限定した以外は、種
々に変更することができるものである。 【００３９】以上から明らかなように、この発明は従来
のワイヤリングおよび電気部品の製造に対する簡便で経
済的な代替方法を提供するものである。さらに、この発
明は基板と無電解メッキ金属経路間の接着性を改良する
方法を提供する。この発明による電気部品は数工程によ
る極めて簡単な方法で製作でき、かつ経済的であり、基
板上の非露光領域中の触媒前駆体は回収し再使用に供さ
れる。さらに、簡単な表面処理以外の表面処理は必要と
せず、かつトレース幅はレーザスポットサイズもしくは
マスクの形状を制御することにより容易に制御できる。 また、この製法は自動化が可能であり、プログラム化さ
れた制御プロセスに使用可能である。
【図１】 この発明の実施に従って形成した回路パタ
ーンを包含する静電印刷装置フレーム部の一部を示す部
分分解等角図である。
ーンを包含する静電印刷装置フレーム部の一部を示す部
分分解等角図である。
【図２】 導電経路形成方法における、異なる工程で
の熱可塑性基板の断面図である。
の熱可塑性基板の断面図である。
【図３】 両側でバイアに連結する溝を示す拡大切取
図Ａおよび溝中の無電解メッキパターンをす拡大切取図
Ｂを包含する三次元部分の等角図である。
図Ａおよび溝中の無電解メッキパターンをす拡大切取図
Ｂを包含する三次元部分の等角図である。
【図４】 構造部材中の電気導電経路の露光を行なう
システムを説明するための略図である。
システムを説明するための略図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 融点３２５℃以下の熱可塑性基板、お
よび該熱可塑性基板中で強力に固着している無電解メッ
キ用触媒核生成サイトに密着して連続する無電解メッキ
導電性金属経路を含む電気部品であって、前記触媒は、
前記熱可塑性材料の融点以下で該熱可塑性材料が軟化す
る温度範囲以内の分解温度を有する触媒前駆体から成る
基板上被膜を加熱することにより得られるものであり、
前記基板，触媒前駆体および温度を選択することにより
触媒前駆体を該温度に加熱した際に該前駆体が触媒に分
解し、かつ熱可塑性材料が軟化すると共に実質的分解な
しに部分溶融することにより触媒が基板中に固着して無
電解メッキ用核生成サイトが形成されるものである電気
部品。
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