晶片支架的制作方法

专利名称：晶片支架的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体晶片及存储磁盘的加工、装运及贮藏。具体地说，本发明涉及一种用于晶片和/或磁盘的抗粒子产生的尺寸稳定的支架。
支架是在磁盘或晶片的加工之前、加工期间及加工之后用来运送及贮藏成批硅晶片或磁盘的。晶片被加工成集成电路，磁盘则被加工成计算机用的存储磁盘。支架经常会再使用好几次，然后废弃。每次使用之前支架一般都要在热水和/或化学液中清洗，然后用热空气干燥。最重要的是使支架在经受与清洗、干燥、运输及加工相关的较高温度时保持其形状。
支架的结构通常是沿轴向将晶片或磁盘排列在槽中，用槽的周缘支承晶片或磁盘。晶片或磁盘一般是可沿径向向上或横向从支架取出的。支架可以有辅助顶盖、底盖、或外壳密封晶片或磁盘。支架通常是由诸如聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、及聚醚醚基酮(PEEK)的注模塑料所组成的。
在晶片或磁盘的加工过程中，粒子存在和产生会出现很重要的污染问题。在半导体工业中，污染是产品损耗的一个重大原因。由于集成电路的尺寸持续减小，所以可能污染集成电路的粒子的大小也变成较小，从而使将污染物减至最少变得要求更为严格。
以粒子形式的污染物可能是由于例如支架与晶片或磁盘、与支架盖或外壳、与贮藏架、与其它支架、或与加工设备的摩擦或刮削的磨损而产生的。因此支架最理想的特性是在塑料模制材料磨蚀、摩擦或刮削时抗粒子产生的。
支架还应该具有挥发组分的最低释气特性，由于这些挥发组分可能留下薄膜，这些薄膜也构成可能损坏晶片及磁盘的污染物。
当支架被装载时，必须有足够的尺寸稳定性、即刚性。为了防止损坏晶片或磁盘以及为了将晶片或磁盘在支架内的移动至减最小，尺寸稳定性是必需的。容纳晶片和磁盘的槽的容差一般是相当小的，当晶片或磁盘放入支架、从支架取出或者在支架内移动时，支架的任何变形都可能直接损坏非常脆的晶片或增加磨损，因而产生了粒子。当支架沿某个方向装载时，例如支架在装运过程中堆叠起来，或者当支架与加工设备结合在一起时，尺寸稳定性也是极其重要的。在贮藏或清洁过程可能遇到的高温下，支架也应该保持其尺寸稳定性。
在半导体工业中所使用的传统的支架可能产生及保持静电荷。当带电的塑料零件与电子器件或加工设备相接触时，塑料零件可能会以所谓静电放电(ESD)的破坏现象放电。另外，带静电的支架会吸引或保持粒子，尤其是气载(airborne)粒子。最理想的是使支架具有静电耗散特性，以消除静电放电及避免吸引粒子。
为了静电耗散而已经加入注模塑料的填充剂包括碳粉或纤维、金属纤维、涂金属的石墨、以及有机(胺为基本组分)添加剂。就申请人所知，静电耗散的聚对苯二酸丁酯(PBT)以前从来没有用于晶片或磁盘支架。
本发明的目的是提供一种用于半导体晶片或存储磁盘的尺寸稳定及静电耗散的支架，这种支架具有特别低的粒子产生特性。支架具有相对的侧壁和连接壁，侧壁上具有限定槽的肋，用以沿轴向排列磁盘或晶片。侧壁、肋、及端壁都是一体的，是由含12％至25％重量的碳纤维填充剂的的注模聚对苯二酸丁酯(PBT)所组成的。最佳实施例使用标准的切断的碳纤维，这种碳纤维在配料以前通常具有比100∶1大得多的纵横比。
本发明的优点是当用支架一般碰到的材料摩擦或磨蚀时，支架具有很高的抗磨蚀能力，并且产生的粒子很少。
本发明的特征和优点是支架的表面电阻率处在105至1012欧/平方的范围内，形成一种静电耗散支架，从而安全耗散任何静电荷。这种耗散使静电放电的电位减至最低，以及消除和减弱了支架吸引粒子的倾向。
本发明的优点是成本显著低于具有可比较的尺寸稳定性、抗磨蚀性及静电耗散特性的唯一的其它支架。据申请人所知，这种具有类似抗磨蚀性、低粒子产生特性、及类似尺寸稳定性的唯一可比较的支架是一种由填充有碳纤维的PEEK所组成的支架。这种PEEK支架贵达本发明的造价的若干倍。
本发明的优点是尤其当与最常用的例如聚丙烯的支架材料比较时，支架具有显著提高的温度容量(Capabilities)。亦即是，支架在显著高于由未填充的PBT所组成的或由含碳纤维的PP所组成的支架的温度下仍然保持其良好的尺寸稳定性特性。


图1表示用于半导体晶片的支架。
图2表示适用于装运磁盘的三部件运送支架。
图3示出了容纳例如图1所示的主体部分的、作为支架一部分的外壳。
图4是通过空气粒子计数示出了各种支架的粒子产生的图表。
图5是表示各种支架的耐磨性的图表。
图6是通过对各种支架的照相计数(Photo counts)表示粒子产生的图表。
图7是表示由把晶片插入各种支架及从中收回所得出的、通过照相计数测得粒子产生的图表。
图8表示各种支架的尺寸稳定性。
参阅图1和2，示出了晶片和/或磁盘支架的两个不同的实施例。图1中所示的支架10是结构上相当典型的支架，支架包括侧壁11、12以及连接壁13、14。侧壁11、12上有槽15，槽15的尺寸取成可以容纳和嵌入晶片16。
图2是三件式运送支架，这种支架通常用于加工成计算机用的存储磁盘的磁盘。这种三件式运送支架的结构在授予Dale Maenke的美国专利No.5,253,755中已有介绍。支架包括具有敞口顶22和敞口体底24的主体部分20。盖26啮合主体部分20，以封闭敞口顶22。底盖28啮合主体部分20且封闭敞口底24。主体部分20具有侧壁30、32以及与侧壁30、32相连的连接壁38、40，侧壁30、32具有由肋35所限定的槽34，用以容纳磁盘36。这种类型的运送支架主要用于磁盘加工工序之间的装运磁盘以及从加工到硬磁盘制造厂家的装运。本文中所采用的“晶片”一词，除了半导体晶片外，还定义为包括用于计算机存储器驱动器用的磁盘以及类似的基片。
图3示出了用于封闭例如图1中所示的支架主体部分的可打开外壳42。
在半导体晶片工业和磁盘工业中为了装运和加工还采用了支架的其它各种结构。支架的各种各样的结构就不作个别的鉴别和描述，然而，由于本申请的目的，“支架”定义为包括任何用于装运、加工或贮存的这些支架，支架具有侧壁以及连接侧壁的端壁，侧壁开有槽，用于限制及嵌入晶片。如本文中所限定的，“支架”也可以如图2中所示具有顶盖和底盖，或者用于插入物的全部外壳以及主体部分总的外壳。因此“支架”就包括顶盖、底盖及各外壳。
用于制造诸如上述各种支架的各种塑料是公知的。已经用于支架的公知的塑料包括聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚醚醚基酮(PEEK)、以及聚对苯二酸丁酯(PBT)。
随着集成电路变得越来越小以及磁盘的存储量变得越来越大，晶片及磁盘易于受粒子和静电放电损坏的可能性也成比例地增加，最重要的是将任何可能污染晶片或磁盘的粒子的产生减至最低。粒子的产生不是一种对各种粒子已作了标准化测试或出版了数据表的特性。工业界一般认为，就粒子产生及尺寸稳定性而言，通常很耐用及耐磨的塑料同样具备晶片支架的最佳特性。例如，尼龙、有关塑料及乙缩醛就具有这些特性。然而，用这些材料制成的支架具有不能令人满意吸水特性，这会有害地影响尺寸稳定性。聚对苯二酸丁酯(PBT)通常认为不是一种最佳的耐磨塑料，看来不是一种产生粒子最少的塑料。
纯塑料一般都是绝缘的，电阻大于1012欧/平方。有关表面电阻率的分类法及解释，请参阅可从美国测试和材料学会(1916 RaceStreet，Philadelphia，Pennsylvania 19103)所获得的ASTM标准D257-78。静电耗散范围一般认为为105-1012欧/平方。含静电耗散添加剂的已经制成的公知先有技术支架是聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚醚醚基酮(PEEK)。虽然在支架中采用PBT是公知的，就申请人所知，一直没有采用含添加剂的PBT支架，以形成静电耗散支架。
耗散添加剂的百分比对成品品种的静电耗散特性有直接关系。通常可用来减低塑料表面电阻率的添加剂主要是碳粉、碳纤维、陶瓷材料及胺。碳添加剂可以呈碳粉或碳纤维的形式。碳纤维可以磨细的碳纤维或标准的切断的碳纤维的形式作为填充剂添加。磨细的碳纤维具有各种长度及纵横比(长度∶直径)，切断的碳纤维则具有较高比例的、测量的纵横比一般为50∶1-100∶1的纤维。无论是以纤维还是以碳粉的形式，碳的比例对由PBT制成的、尤其是用切断的碳纤维的支架的粒子产生特性具有重大的影响。
本发明包括诸如图1和2中所示的支架，原材料为含12-25％ PBT重量比例的切断碳纤维的添加剂的PBT。采用这种比例的碳纤维会使表面电阻处于静电耗散范围内。正如空气粒子计数及晶片照相粒子计数所表明的那样，这种特定的设计已经证明了出乎意料的特别低的粒子产生，异常低的磨损特性，以及优越的尺寸稳定性。以下的实例及相关的附图证明了本发明令人惊奇及出乎意料的特性。这些实例论证了支架所经受的各种条件的类型的模拟试验。各种实例采用了下列图表中所示的各种塑料模制的支架。
支 架 表支架名称填 充 剂原 料PP 50％ ″50％抗静电陶瓷 聚丙烯PP 15％ MF ″15％磨细的碳纤维 聚丙烯PEEK 15％ MF ″15％磨细的碳纤维 聚醚醚基酮PBT 15％ CCF ″15％标准的切断的碳纤维 聚对苯二酸丁酯PBT 15％ MCF ″15％磨细的碳纤维 聚对苯二酸丁酯PP 15％ MCF ″15％磨细的碳纤维 聚丙烯均聚物PP 28％ MCF ″28％磨细的碳纤维 聚丙烯无则共聚物PP 15％ CCF ″15％标准的切断的碳纤维 聚丙烯均聚物PI ％ C ″未知碳 聚酰亚胺PEKK 15％ MCF″15％磨细的碳纤维 聚醚酮基酮PEEK 15％″15％磨细的碳纤维 聚醚醚基酮MCF w/PTFE /？％PTFEPBT 15％ MCF ″15％磨细的碳纤维 聚对苯二酸丁烯酯PE 15％ MCF ″15％磨细的碳纤维 聚乙烯PC 15％ CCF ″15％标准的切断的碳纤维 聚碳酸酯PP ″无填充剂 聚丙烯PBT 19％ CCF ″19％标准的切断的碳纤维 聚对苯二酸丁烯酯PFA 全氟烷氧基聚四氟乙烯共聚物实例1参阅图4，这幅柱形图表示各种测试过的支架、通过支架材料和锐利物体之间经受动接触而确定粒子的产生。1/16英寸具有45°锥度至1/64英寸半径的不锈钢锁被允许贴靠在从试验的支架切割成的旋转圆盘上。圆盘以近乎70转/分的转速旋转，从0至5分钟及5至10分钟进行粒子计数。通常从每种不同的支架切割3-7个样品。已被证实总的说来具有最低空气粒子计数的支架为含有15％切断的碳纤维的PBT，含有15％磨细的碳纤维的PBT、含有15％磨细的碳纤维的聚乙烯、含有50％导电陶瓷材料的聚丙烯、以及含有15％磨细的碳纤维的PEEK。含15％切断的碳纤维的聚丙烯支架性能良好，但远不如要求保护的本发明含15％切断的碳纤维的PBT支架那么好。
在这次测试中性能最佳的材料是含15％磨细的碳纤维的PEEK支架。如下文所述，PEEK支架贵达任何包括含碳纤维的PBT支架在内的其它支架若干倍。
实例2参阅图5，根据工业常规以及参考可从ASTM所获得的ASTM标准1044，利用标准的坦柏(Taber)磨损装置使各种支架经受坦柏磨损试验。试验样品是从各种支架切割成的，这些测试样品用CS-100磨轮及1000克负载经历1000转。磨轮接合旋转的测试样品，磨轮斜交于(Skewed to)测试圆盘的旋转而在圆盘上产生摩擦或磨损。从支架切割的测试样品的磨损的倾向如由体积损耗所表明的那样是通过测量样品的重量损耗所决定的，这种试验并不是证明所产生的粒子数，而是在假定测试样品体积的损耗是由于样品的粒子磨损掉所引起的情况下证明所产生的粒子的体积量。证实具有最小体积损耗量的七种支架是由含15％切断的碳纤维的PBT所组成的支架、含15％磨细的碳纤维的聚乙烯所组成的支架、含15％磨细的碳纤维的聚丙烯所组成的支架、含15％磨细的碳纤维的PEEK支架、含19％切断的纤维的PBT支架、含15％磨细的碳纤维连同低百分比PTEE的PEEK支架、含15％磨细的碳纤维的PEEK支架、以及含15％切断的碳纤维的聚碳酸酯支架。
实例3参照图6，这是一幅图表，表示如通过对在各种支架内转动的磁盘的表面上照相计数所证明的粒子产生的结果。支架是以槽垂直地放置的，因而晶片也是垂直的。这种旋转模仿晶片加工过程中为了使晶片适当对齐所发生的晶片在支架内的旋转。如由所计数的粒子数所表示的，证明性能最佳的支架是由含15％磨细的碳纤维的PEEK所组成的支架、含15％磨细的碳纤维的聚丙烯支架、含15％切断的碳纤维的PBT支架、含15％磨细的碳纤维的PEEK支架、含15％磨细的碳纤维连同低百分比PTFE的PEEK支架。以及含15％抗静电陶瓷材料的聚丙烯支架。对于这种试验，在至少两种独立的支架内测试了两种磁盘，四种照相计数是对各晶片而作的，形成了各种支架的十六种最小样品尺寸。含15％陶瓷材料的聚丙烯另外测试了很多次，解释了图表上八个统计外围点(out-lying point)。这是一种非常逼真的试验，因为它如实际使用时那样，包含了在支架内部旋转的晶片。另外照相计数是在污染可能是重要问题的磁盘表面上进行的。
实例4参照7，这幅图表示证明各种支架测试结果的图表，测试时，将支架定位成使槽和磁盘处于水平，机器人重复地在支架的某一特定槽中插入及移走磁盘。在晶片的顶面上则进行粒子的照相计数。在这种测试中本发明具有最佳的性能，最接近的竞争者是由不具备静电耗散特性的全氟烷氧基聚四氟乙烯共聚物(PFA)所组成的支架。这是一种重要的测验，因为它模仿在加工过程中所发生的晶片实际插入支架及从中取出。传统的聚丙烯以及甚至昂贵得多的材料PEEK的静电损耗支架在这种测试中其性能远不如本发明。
实例5参照图8，这幅图表表示测试结果，这种测试设计用来证明经受一段持续时间(具体地说21天)的加载后各种支架的尺寸稳定性。用例如图1中所示的支架进行测试，支架在一平面上成斜角地放置，在以斜角朝上的那个侧壁上压有重物。性能最佳的两个都是本发明，即含15％切断的碳纤维的支架以及由含15％磨细的碳纤维的PEEK所组成的支架。有重要意义的是，最差的支架是聚丙烯为基础组分的支架。
含切断的碳纤维的PBT支架的优点要强调的是与其它支架的成本比较。具有如图1中所示的总体结构的200毫米支架的估计价如下不合碳纤维的聚丙烯及含13％碳纤维的聚丙烯，估计的造价为 20-30。对于含15％磨细的碳纤细的聚丙烯、含28％磨细的碳纤维的聚丙烯、以及含15％切断的碳纤维的聚丙烯的相同支架的估计的制造成本都在每支架 80-90的范围内。由含15％磨细的碳纤维的PEEK所组成的支架，每个支架的原料和制造成本估计超过 320。含15-25％碳纤维的本发明的支架的估计价为 80-90，这与聚丙烯静电耗散支架不相上下。
除了利用以上实例举例说明的特性以外，应该指出的是聚乙烯和乙缩醛具有不良的释气特性。含或不含碳填充剂的PBT据知具有良好(很低)的释气特性。含碳填充剂的PBT在高温下具有很好的尺寸稳定性。如以前用于支架的不含碳填充剂的PBT明显地在高温下具有较差的尺寸稳定性。含或不含碳填充剂的聚乙烯在装运或加工中可能遇到的高温下具有相当差的尺寸稳定性。
因此，由含碳纤维填充剂的PBT所组成的本发明的静电耗散晶片支架具备特别及出乎意料良好的粒子产生特性、尺寸稳定性、温度稳定性及低释气。唯一公知的可比较的支架是由含磨细的碳纤维的PEEK所组成的支架，其成本近乎本发明的造价的四倍。
本发明可以其它具体形式实施，只要不脱离本发明的精神及基本属性，因此，希望把本发明的所有方面都看作例示而不是限制，为了表明本发明的范围，应参照所附的权利要求而不应参照上文说明。
权利要求
1.一种用于晶片之类的支架，具有至少一个用以容纳晶片之类的的槽，该支架是由填充有碳纤维的聚对苯二酸丁酯所组成的。
2.根据权利要求1的支架，其特征在于该聚对苯二酸丁酯中的碳纤维的比例处于12％-25％重量的范围内。
3.根据权利要求2的晶片支架，其特征在于所述碳纤维及大部分纤维在配料前具有大于100∶1的纵横比。
4.根据权利要求1的支架，其特征在于还包括一对含有肋的侧壁，一对连接壁，该肋限定多个槽，其中该侧壁、端壁、以及肋都是成一体的。
5.根据权利要求4的支架，其特征在于该侧壁、连接壁以及肋是主体部分的一部分，该主体部分有敞口顶，该晶片支架还包括该敞口顶的盖。
6.根据权利要求4的支架，其特征在于该侧壁、连接壁以及肋是主体部分的一部分，该主体部分有敞口底，该晶片支架还包括该敞口底的底盖。
7.根据权利要求1的支架，其特征在于该聚对苯二酸丁酯还包括弹性聚酯。
8.根据权利要求4的支架，其特征在于该侧壁和端壁是主体部分的一部分，该支架还包括一个可打开的外壳，该外壳是由含碳纤维的表面电阻率足以达到105-1012欧/平方的聚对苯二酸丁酯所组成的，该外壳的尺寸能容纳该主体部分。
9.一种用于晶片之类的注模支架，具有至少一个用以容纳晶片之类的槽，该支架是由含有碳纤维、表面电阻率足以达到105-1012欧/平方范围内的聚对苯乙酸丁酯所组成的。
10.根据权利要求9的支架，其特征在于该碳纤维是切断的碳纤维。
11.根据权利要求9的支架，其特征在于还包括一对侧壁、一对连接该侧壁的端壁、多个形成于该侧壁内的槽，该侧壁和端壁都是一体的。
12.根据权利要求11的支架，其特征在于该侧壁和端壁是主体部分的一部分，该主体部分有一个敞口顶，该支架还包括该敞口顶的盖。
13.根据权利要求11的支架，其特征在于该侧壁、连接壁以及肋是主体部分的一部分，该主体部分一个敞口底，该支架还包括一个该敞口底的盖。
14.根据权利要求11的支架，特特征在于该侧壁和端壁是主体部分的一部分，该支架还包括一个可打开的外壳，该外壳是由含碳纤维、表面电阻率足以达到105-1012欧/平方的聚对苯二酸丁酯所组成的，该外壳的尺寸能容纳该主体部分。
15.根据权利要求11的支架，其特征在于该聚对苯二酸丁烯酯具有弹性聚酯添加剂。
全文摘要
半导体晶片或存储磁盘用的尺寸稳定及静电耗散的支架具有特别低的粒子产生特性。支架有相对侧壁及连接壁，侧壁有限定槽的肋，以便沿轴向放置磁盘或晶片。侧壁、肋及端壁都是一体的，是由含12-25％重量的碳纤维填充剂的注模聚对苯二酸丁酯(PBT)所组成的。
文档编号H01L21/673GK1121645SQ9510648
公开日1996年5月1日 申请日期1995年7月14日 优先权日1994年7月15日
发明者K·J·米克尔森 申请人:氟器皿有限公司