JP4193472B2 - ウェーハ容器緩衝体 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハが複数枚収納されたプラスチック製のウェーハ容器を搬送する時に、輸送中の衝撃や振動から起こるウェーハの破損を防止するため、ダンボールケース等の外装箱内で、該容器の上下に配置する1組の発泡樹脂製緩衝体に関し、特に、容器の上下に配置された1組の発泡樹脂製緩衝体の外装箱内で外装箱の上下に当接する緩衝突起の形状に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、複数枚の半導体ウェーハを収納したプラスチック製のウェーハ容器を搬送する方法として、ダンボールケース等の箱体が外装箱に使用され、該外装箱内で容器の上下に1組の樹脂製あるいは発泡樹脂製の緩衝材を挿入して、搬送中の衝撃や振動を緩和させ、容器内に収納されている高価な半導体ウェーハの割れや損傷を防ぐ搬送方法が良く知られている。
【0003】
前記プラスチック製のウェーハ容器で現行使用されている代表例は、直径が6インチ(約150mm)、8インチ(約200mm)のシリコンウェーハ用のポリプロピレン製などのウェーハ容器であるが、最近12インチ(約300mm)用も開発されており、容器は大型化しているが形状は類似した方形の箱体である(特許文献1参照。)。
【0004】
樹脂製の緩衝体としては、ポリプロピレンなどポリオレフィン系樹脂からなる厚さ1mm前後の樹脂シートの加熱・真空成形法により製造されものが使用されており、緩衝性能は成形された樹脂シートの凹凸部が衝撃時に撓むあるいは凹むことにより発揮される(例えば、特許文献2,3参照。)。
【0005】
また、発泡樹脂製の緩衝体としては、発泡スチロールや発泡ポリプロピレンからなるものや、発泡ポリウレタンからなるものが知られている(例えば、特許文献4,5参照。)。
【0006】
シリコンウェーハは直径が6インチサイズから8インチサイズと大型化し、近年さらに12インチへと移行しつつある。この様な傾向から、収納するウェーハ容器のサイズが大きくかつ重くなり、ウェーハ1枚当たりの重量も重くなっているので、例えば、12インチウェーハ25枚入り(125g/枚)とすると、ウェーハを収納したウェーハ容器の総重量は8kgにも及ぶ。また、航空貨物としての搬送が一般的であるので、貨物室の高さ制限から積載効率が要望され、緩衝材の厚み低減や緩衝性能の向上がますます必要となって来た。
【0007】
これまで、6インチや8インチのシリコンウェーハ容器の上下に配置される発泡樹脂製の緩衝材としては、図1に示す緩衝材100のように、ウェーハ容器に外嵌する嵌合凹部101を有する方形状のベース部102を設け、ベース部102の嵌合凹部101の開口側とは反対側の面の4つの角部付近に4つの緩衝突起103を持ち、ベース部102の4つの側面に2つの緩衝突起104をそれぞれ持つ形状が一般的である。また、図2に示す緩衝材110のように、4つのウェーハ容器の嵌合凹部111を有する方形状のベース部112を設け、ベース部112に各ウェーハ容器に対応させてその中央部に開口部113を形成し、この開口部113の周囲に4つの緩衝突起114を形成するとともに、ベース部112の外縁部付近に複数の緩衝突起115を形成したものが知られている。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−308171号公報
【特許文献2】
特開平7−307378号公報
【特許文献3】
特開2002−160769号公報
【特許文献4】
米国特許第613739号明細書
【特許文献5】
特開2000−20862号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に、シリコンウェーハの口径が大型化すると、樹脂製の緩衝材では掛かる荷重だけでも持ち支えられなくなることと、元々緩衝性能は発泡樹脂製と比較して悪いため、集中的衝撃荷重を受けるとウェーハが容易に破損してしまい、もはや大型のウェーハ輸送容器の緩衝材としては適さなくなっている。
【0010】
一方、発泡樹脂製の緩衝材においても種々の課題を抱え、発泡スチロールにおいては、一般的に衝撃に弱い緩衝突起を緩衝体のベース部の外方に突出させる緩衝包装設計はせず、内側の商品の方向に緩衝突起を設置し、ダンボールケースとの接触は緩衝体全面とし、しかも安全性を考慮して内側に向いた緩衝突起を長くすることが多く、今回のように厚みの制限がある場合には採用は難しい。また、図3に示すように、2回目落下において急激な緩衝性能の低下があり、航空機への積み荷、積み下ろしが必ずしも丁寧であるとは限らないので、高価なウェーハを損傷させる心配がある。さらに、発泡スチロールは衝撃や摩擦で細かく砕けるので、ウェーハ収納容器に直接、ないしはアルミ袋などの容器保護カバーに付着してクリーンルーム内に侵入し、汚染の原因になる。尚、図3は、発泡スチロール(EPS)と発泡ポリプロピレン(EPP)と発泡ポリエチレン(EPE)の落下回数と緩衝係数の推移を示すグラフで、割れ性に関する記号は、「×」が悪く、「△」はやや悪く、「◎」は大変良好であることを示す。
【0011】
発泡ポリウレタンは低耐荷重性の欠点があり、軽量物用の緩衝材であって、しかも包装厚みを必要とする素材であり、本発明の目的にははじめから合致しない。
【0012】
発泡ポリプロピレンや発泡ポリエチレンなどの発泡ポリオレフィン系は、発泡スチロールに比較して柔軟性、復元性が優れ、しかも緩衝材の割れ、破砕の問題も解決され、塵埃の発生もないので、繰り返し衝撃を受けると破損し易い商品や高価で安全性を重視する商品あるいは輸出包装では広く使用されている素材である。
【0013】
しかし、最近のウェーハの大型化によるウェーハ容器総重量のアップ、航空貨物室の高さ制限からくる緩衝材厚みの低減、落下高さを50cmから100cm(通常この場合、緩衝材厚み2倍を必要とする。)に引き上げたいなどの要求から極めて厳しい緩衝包装設計が要望されており、発泡ポリオレフィン製の緩衝体であっても通常の緩衝包装設計では困難であることが判明した。
【0014】
次世代の12インチウェーハに対して、日本のシリコンウェーハ製造メーカー数社からなる工業会である新金属協会のシリコン委員会から、2000年6月に図4のごとく外装箱5の外寸法が提案されたが、これが緩衝包装設計上問題となるのは、水平2方向の幅ではなく、外装箱の外寸高さ460mmにおいてである。即ち、高さ460mmの中に、ウェーハ容器(例えば、信越ポリマー製MW300FG;高さ361mm)、1組の緩衝材高さ、上下のダンボール紙厚みを含ませる必要があり、緩衝材の厚みは約5cm前後となり、ウェーハを含む総重量8kgの容器の内容物を保護するには、厚みにおいて非常に厳しい条件となっている。
【0015】
即ち、次式の緩衝包装設計における緩衝材の厚さの計算式から、
T=C・H/G
緩衝材厚みTと落下高さHが規制されてしまうと、ビーズ法発泡樹脂緩衝体の緩衝係数Cもほとんど差がないためG値(商品が受ける衝撃の大きさ)も変更できない。ここに、今回の緩衝包装設計条件、T=5cm,C=2.7(ビーズ法発泡ポリエチレンを適用)、H=100cmを代入すると、G値=54G(一定値)となり、このG値にウェーハ容器内のシリコンウェーハが1枚たりとも損傷しないかは疑問である。
【0016】
一方、外装箱の側面方向からの外力にたいする包装設計は、上述した図4の新金属協会シリコン委員会の設定値は外装箱の水平2方向の幅が500×580mmであるので、ウェーハ容器(例えば、信越ポリマー製MW300FG)の側面方向の最大外寸は容器の蓋のサイズで、338×389mmであることから、左右に約80mm以上の緩衝材厚みが許容されるので、前式でG値を求めると、G値=34Gとなり、低G値となり図1のような従来法による緩衝突起形状が利用できる。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述のように緩衝材の厚みを多く取れず、しかも落下高さを100cmとする厳しい条件においては、残された解決手段は緩衝突起の形状について検討するしかないと判断し、各種の形状を持った緩衝突起について検討を重ね、緩衝突起を閉じた環状とすることにより大幅な緩衝特性の向上が可能となることを発見し、本発明を完成するに至った。
【0018】
本発明に係るウェーハ容器緩衝体は、複数枚の半導体ウェーハを収納したウェーハ容器を外装箱内に収容するに際して、外装箱とウェーハ容器間においてウェーハ容器の上下に配置される1組の発泡樹脂製の緩衝体であって、これら1組の発泡樹脂製緩衝体のベース部に外装箱内で外装箱の底および天井に当接する緩衝突起を突出状に設け、この緩衝突起を閉じた環状に形成するとともに、前記1組の発泡樹脂製緩衝体のベース部にウェーハ容器を支持する突起部を設け、前記緩衝突起をその中心線が前記突起部の中心線上に位置するように配置したものである。
【0019】
ここで言う閉じた環状とは、図1や図2のような従来法のように緩衝突起が分散したものではなく、本発明のごとくその分散した緩衝突起の先端の集計面積(受圧面積)相当分を閉じた環状に1周させた形状を指し、丸でも、楕円でも、方形でもその形状は問わない。また、環状がわずかに途切れている程度ならば、本発明は緩衝突起を連続的にしたことから効果が得られているので、必ずしも完全に閉じた形状でなくても良い。
【0020】
ただし、どのような緩衝突起の形状であっても、緩衝体がウェーハ容器を落下時に接触して支持する位置との関連は極めて重要であり、緩衝体全体がウェーハ容器の底面あるいは天面全域を当接支持する場合もあるが、突出部で支持させる場合が多く、この場合突出部の面の中心線と、閉じた環状の緩衝突起が外装箱と当接する面の中心線の位置を一致させ、衝撃時に受ける応力が一直線に伝達するよう設計することが好ましい。一般的に、緩衝体がウェーハ容器を支持する位置の中心線は、容器底面の形状の外縁部からやや内側の位置させ、付加的に中央部を線又は点の広がりで支持することもあるが、閉じた環状の緩衝突起の配置もウェーハ容器底面の形状の外縁部からやや内側の位置に設置し、ウェーハ容器が緩衝体の突出部に伝達する応力と緩衝突起が外装箱に伝達する応力とが衝撃を受ける方向に一直線に伝達する位置に配置させるのが望ましい。
【0021】
シリコンウェーハ収納容器は円柱状のものもあるが、一般的には概ね立方形の容器であり、緩衝体が容器を支持する位置の中心線は、容器底面の方形の外縁部からやや内側に設置される。従って、本発明の緩衝突起は閉じた方形環状であることが好ましい。
【0022】
また、緩衝突起を閉じた方形の環状とした上で、緩衝突起の少なくとも4角部を4辺部よりも幅広に構成すると、落下衝撃時の応力を4角部で集約的に吸収でき、緩衝性能を一段と向上できる。
【0023】
さらに、緩衝体がウェーハ容器を支持する位置の中心線を容器底面の形状の外縁部からやや内側の位置とし、これに付加的に中央部を線又は点の広がりで支持した場合、緩衝突起の方にも環状内を区画する区画緩衝突起、ないしは環状内に島状に配置した島状緩衝突起を緩衝突起と略同高に形成し、衝突時の応力分散をスムーズに行うことが、緩衝性能の向上にも繋がることが分かった。
【0024】
本発明に使用できる発泡樹脂製緩衝体としては、ビーズ法にて成形したポリオレフィン系樹脂製の発泡体を好適に利用できる。ビーズ法とは、ビーズ法発泡ポリスチレン(発泡スチロール)の製造方法に代表されるが、予め発泡した粒子状の予備発泡粒子を、所定の形状の金型に充填し、加熱して2回目の発泡膨張を起こさせ、粒子どうしが空間をなくして相互融着し、冷却して金型形状どおりの成形体を得る発泡体製造方法のことである。加熱媒体は普通加圧蒸気が使用される。また、ポリオレフィン系樹脂の発泡体とは、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン/エチレンの複合ポリマーなどの発泡体などであって、発泡スチレンと比較すると柔軟性、耐久性のある発泡体である。また、その発泡倍率に関しては、ポリプロピレン製の発泡体では市販されている30倍品、45倍品(例えば、鐘淵化学工業(株)製;エペランPP−45)やビーズ法発泡ポリエチレン製で市販の20倍、38倍(例えば、鐘淵化学工業(株)製;エペランAXL38)が好適に使用される。緩衝体自身の割れにくさはビーズ法発泡ポリオレフィン系の中では、発泡ポリエチレンが最も優れる。
【0025】
本発明は、通常の直径6インチや8インチのシリコンウェーハが12インチと大型化し、ウェーハ容器総重量のアップ、航空貨物室の高さ制限からくる緩衝材厚みの低減、落下高さを50cmから100cmに引き上げるなどの要求から発明されたもので、直径12インチのシリコンウェーハの搬送に好適に利用できるが、直径が6インチや8インチのシリコンウェーハにおいても適用が可能である。
前記緩衝突起を緩衝体の外縁に対して間隔をあけてその内側に閉じた環状に形成することも好ましい実施の形態である。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図4、図5に示すように、ウェーハ容器緩衝体1、2は、複数枚の半導体ウェーハ3を収納したウェーハ容器4を外装箱5内に収容するに際して、外装箱5とウェーハ容器4間においてウェーハ容器4の上下に配置されるものである。
【0027】
外装箱5は、段ボールなどからなる直方体状の周知の構成のもので、収容する半導体ウェーハ3の直径に応じたサイズに設定されたものである。例えば、直径12インチのシリコンウェーハ用の外装箱5では、高さ460mm、前後幅が500mm、左右幅が580mmのものを採用することになる。
【0028】
ウェーハ容器4は、複数の半導体ウェーハ3を収納できるものであれば、任意の構成のものを採用できる。ここでは、信越ポリマー製MW300FG;高さ361mmのウェーハ容器を例に、本発明と関連する部分についてのみ説明する。ウェーハ容器4の下端部には左右1対の脚部10が前後方向に略全長にわたって形成され、左右の脚部10間には部分円筒状の底面を有する膨出部11が前後方向に略全長にわたって形成されている。ウェーハ容器4の上部には外縁部に上方へ延びる外壁部を形成した蓋部材12が設けられ、この蓋部材12には前後方向に延びる1対のリブ部13が左右に間隔をあけて形成されている。
【0029】
上下の緩衝体1、2は、前述したように、ポリオレフィン系樹脂製の予備発泡粒子を用いてビーズ法にて製作した発泡成形体から構成されている。ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン/エチレンの複合ポリマーなどを採用可能で、ポリエチレンからなる発泡成形体は割れにくいので好適である。
【0030】
上側の緩衝体1について説明すると、図4〜図9に示すように、ウェーハ容器4の上部に外嵌する嵌合凹部20を形成した方形状のベース部21が設けられ、ベース部21の上壁部の中央部には方形状の開口部22が形成され、ベース部21の前後左右の側壁部には相互に間隔をあけて1対の側部緩衝突起23が突出状にそれぞれ形成され、ベース部21の左右の側壁部には嵌合凹部20側へ突出する4つの保持突起24が側部緩衝突起23に対応させて形成されている。ベース部21の上壁部の下面にはウェーハ容器4の蓋部材12の左部及び右部に当接される前後方向に延びる左右1対の左右押さえ部25が下方へ突出状に形成されるとともに、ウェーハ容器4の蓋部材12の中央部に当接される前後1対の中央押さえ部26が下方へ突出状に形成されている。ベース部21の上壁部の上面側には、開口部22を取り囲むように形成された平面視略方形枠状の環状緩衝突起27と、環状緩衝突起27の前後2辺の途中部から内側へ延びる補助緩衝突起28とを備えた上緩衝突起29が上方へ突出状に形成されている。
【0031】
そして、ウェーハ容器4に上下の緩衝体1、2を取り付けてこれを外装箱5に装填した状態で、ベース部21の前後の側壁部と保持突起24がウェーハ容器4の側面上部に当接されるとともに、左右押さえ部25及び中央押さえ部26がウェーハ容器4の蓋部材12の上面に当接されて、ウェーハ容器4の上部が上側の緩衝体1に保持され、また側部緩衝突起23が外装箱5の側壁部の内面に当接されるとともに、上緩衝突起29が外装箱5の天井に当接されて、上側の緩衝体1を介してウェーハ容器4が外装箱5に緩衝保持される。但し、上側の緩衝体1のうち上緩衝突起29以外の構成は、ウェーハ容器4の構成等に応じてその配設位置や形状を任意に設定してもよい。
【0032】
環状緩衝突起27と補助緩衝突起28とは断面台形状に形成され、その上面には外装箱5の天井に当接する当接面30が連続的に連なって形成されている。環状緩衝突起27の4角部と環状緩衝突起27と補助緩衝突起28との合流部は環状緩衝突起27の4辺部よりも幅広な略円形の幅広部31が形成され、落下衝撃時の荷重を幅広部31により集約的に吸収して、緩衝性能を向上できるように構成されている。但し、幅広部31及び補助緩衝時は、緩衝性能を向上させる上で設けることが好ましいが必ずしも必要なものではなく省略してもよい。
【0033】
環状緩衝突起27及び補助緩衝突起28は、その中心線L1が左右押さえ部25の中心線L2と中央押さえ部26の中心線L3上に位置するように配置され、左右押さえ部25及び中央押さえ部26に作用するウェーハ容器4からの上方への荷重を環状緩衝突起27及び補助緩衝突起28で効率的に受け止めることができるように構成されている。
【0034】
直径12インチのシリコンウェーハ用の緩衝体においては、例えば環状緩衝突起27及び補助緩衝突起28の高さを22mm、ベース部21側の基部の幅を25mm、緩衝突起27、28における当接面30の幅を15mm、幅広部31の基部の半径を25mm、幅広部31における当接面30の半径を20mmに設定することになる。また、ベース部21の上壁部の厚さを15mm、押さえ部25、26の高さを17mmに設定することになる。但し、これらの寸法は、半導体ウェーハ3のサイズによって適宜に設定することになる。
【0035】
下側の緩衝体2について説明すると、図4、図5、図10〜図13に示すように、ウェーハ容器4の下部に外嵌する嵌合凹部40を形成した方形状のベース部41が設けられ、ベース部41の前後左右の側壁部には相互に間隔をあけて1対の側部緩衝突起43が突出状にそれぞれ形成され、ベース部41の前後左右の側壁部には嵌合凹部40側へ突出する4つの保持突起44が側部緩衝突起43に対応させて形成されている。ベース部41の下壁部の上側にはウェーハ容器4の脚部10を載置する左右1対の載置面45が形成されるとともに、左右の載置面45間にはウェーハ容器4の膨出部11を受け止める3つの受け部46が上方へ突出状に形成されている。ベース部21の下壁部の下面側には、ベース部41の外縁部からやや中央部側部位に平面視略方形枠状の環状緩衝突起47と、環状緩衝突起47の前後2辺の途中部に連なり、環状緩衝突起47の内側を2つに区画する区画緩衝突起48とを備えた下緩衝突起49が下方へ突出状に形成されている。尚、符号42は、外装箱5の下側のフラップを閉じた時に、左右のフラップ間に形成される隙間を埋める為の突起である。
【0036】
そして、ウェーハ容器4に上下の緩衝体1、2を取り付けてこれを外装箱5に装填した状態で、保持突起44がウェーハ容器4の脚部10の側面及び前後面に当接されるとともに、ウェーハ容器4の脚部10が載置面45に載置され且つウェーハ容器4の膨出部11が受け部46に載置されて、ウェーハ容器4の下部が下側の緩衝体2に保持され、また側部緩衝突起43が外装箱5の側壁部の内面に当接されるとともに、下緩衝突起49が外装箱5の底面に当接されて、下側の緩衝体2を介してウェーハ容器4が外装箱5に緩衝保持される。但し、下側の緩衝体2のうち下緩衝突起49以外の構成は、ウェーハ容器4の構成等に応じてその配設位置や形状を任意に設定してもよい。
【0037】
環状緩衝突起47と区画緩衝突起48とは断面台形状に形成され、その下面には外装箱5の底面に当接する当接面50が連続的に連なって形成されている。環状緩衝突起47の4角部と環状緩衝突起47と区画緩衝突起48との合流部は環状緩衝突起47の4辺部よりも幅広な略円形の幅広部51が形成され、落下衝撃時の荷重を幅広部51により集約的に吸収して、緩衝性能を向上できるように構成されている。但し、区画緩衝突起48は省略してもよいし、複数本形成してもよい。また、幅広部51は省略してもよい。また、区画緩衝突起48に代えて、環状緩衝突起47の内側に環状緩衝突起47と切り離した島状の島状緩衝突起を形成してもよい。
【0038】
環状緩衝突起47及び区画緩衝突起48は、その中心線L4が左右の載置面45の中心線L5と受け部46の中心線L6上に位置するように配置され、載置面45及び受け部46に作用するウェーハ容器4からの下方への荷重を環状緩衝突起47及び区画緩衝突起48で効率的に受け止めることができるように構成されている。
【0039】
直径12インチのシリコンウェーハ用の緩衝体においては、例えば環状緩衝突起47及び区画緩衝突起48の高さを22mm、基部の幅を25mm、緩衝突起47、48における当接面50の幅を15mm、幅広部51の基部の半径を25mm、幅広部51における当接面50の半径を20mmに設定することになる。また、ベース部41の下壁部の厚さを15mm、受け部46の最も低い位置での高さを8mmに設定することになる。但し、これらの寸法は、半導体ウェーハ3のサイズによって適宜に設定することになる。
【0040】
尚、環状緩衝突起27、47は、連続した環状に形成することが好ましいが、その一部が欠損した形状のものも本発明の範疇である。また、必ずしも方形状に形成する必要はなく、ウェーハ容器4との当接面の形状に応じて円形や楕円形等の任意の形状に構成できる。
【0041】
次に本発明を完成するに至った経緯について説明する。
まず、図4に示されるように、新金属協会シリコン委員会からのダンボールケースの外装箱5の外寸で高さ方向の設定値は460mmと決められており、図5に示すように、上下のダンボール紙が1枚だけの単層部分と左右のフラップが重ね合わされた2層部分とがあり、単層部分の厚みの合計を10mmとし、2層部分の厚みの合計を26mmとすると、外装箱5内の空間の高さは434〜450mmとなる。この中での緩衝包装設計となり、ウェーハ容器4の高さを引いた寸法が1組の緩衝体1、2に与えられた厚みであり、片方で最低37mm〜最高65mmの間にあり、概ね50mm厚が緩衝体1、2に与えられている。
発泡樹脂製緩衝材の材質は、柔軟性と繰り返しの落下で緩衝係数が大きく低下しないポリオレフィン系のビーズ法発泡ポリエチレンとビーズ法発泡ポリプロピレンを選定した。
【0042】
まず、緩衝包装設計の基本である、落下時に衝撃を受ける緩衝体1、2の緩衝突起の面積(受圧面積)を求める。受圧面積Aは、次式から与えられ、
A=G・W/σmax
上述したG値=54G、W(商品総重量)=8kg、σmax(緩衝体1、2の最大応力)=2.8kg/cm2(発泡ポリエチレン38倍発泡品)、(発泡ポリプロピレン45倍品=2.7kg/cm2)を代入して155cm2(160cm2)を得た。ここから緩衝包装設計を開始した。側面方向の緩衝包装設計については上述したように緩衝体1、2厚みに余裕があるため通常の緩衝包装設計が可能で低G値で落下時の衝撃受けることができるためその設計内容は省略する。
【0043】
受圧面積と落下高さが決められてしまったので、基本的にG値は変えることができないため、緩衝突起形状の検討で緩衝性能の向上が見られないか種々の形状について検討する。まず、図1の従来法で緩衝包装設計して、100cm落下(以下の落下試験は全て100cm)させ、ウェーハ容器4に収納されたシリコンウェーハ3に変化がないか確認したところ、ウェーハ3がウェーハ容器4内のサポートから外れたり、回転したり、ウェーハ3自身が損傷したりする現象が発生し、従来法では緩衝効果が期待できないことが分かった。
【0044】
その後、緩衝体におけるウェーハ容器4の支持面の中心線と緩衝突起の中心線の位置を上下に一致させることが好ましいことが分かり、緩衝突起の総受圧面積を数本の細長い帯状に分割して、緩衝体におけるウェーハ容器4の支持面の中心線に緩衝突起の中心線を合わせて落下試験した結果、緩衝性能の改良が見られた。しかし、ウェーハ3の衝撃からの保護にはまだ不充分であった。
【0045】
次に、緩衝体がウェーハ容器を支持する位置の中心線と緩衝突起の中心線の位置を一致させ(以下の緩衝突起はこの方法を取り入れている。)、緩衝突起の形状を閉じた環状として、落下試験を行ったところ、緩衝性能は大幅に向上した。これは、G値が変えられないケースでも、緩衝突起が閉じた環状であったために、落下時の衝撃応力を均等に分散させ、落下時の振動のぶれを抑制したためではないかと思われる。
【0046】
さらに、閉じた環状の衝突突起の内側を区画したり、中心部に島を形成させる方法も緩衝性能を向上させる方向にある落下試験結果が得られている。
【0047】
最後に本発明がその目的を達成するに至ったのは、緩衝突起を閉じた方形の環状として、内側が区画された形状や中心部に島のある形状であっても良いが、閉じた方形の環状の4角部を4辺部よりも幅広にして、落下衝撃時の応力を4角部に集約的に吸収させる方法を講じたことである。本形状で落下試験した結果、シリコンウェーハ3のウェーハ容器4内での動きが止まり、破損に至る可能性が低下し、薄肉でも緩衝突起形状設計で要求された厳しい緩衝要求性能を満足させられることを証明した。
【0048】
次に、比較試験について説明する。
(比較例1)
図14に示す緩衝体61、62は、図1のごとく従来法に基づく包装設計により製作したもので、上下の緩衝体61、62は共に外装箱5の天面と底面の接する緩衝突起64が4角部に配置されており、側面4方向に各辺2つの緩衝突起63を持つ形状である。上の緩衝体61に開口部65があるのは、ウェーハ容器に貼られた内容物の識別表示を見るためのものである。本設計通りに、発泡ポリエチレン38倍発泡品および発泡ポリプロピレン45倍品を切削加工して緩衝体61、62を作製した。次に、図4のダンボールケースに12インチのシリコンウェーハ325枚入りのウェーハ容器4を、その上下に緩衝体61、62を挿入配置させてなる包装体を製作した。そして、この包装体を10個用いて1角3稜6面のそれぞれについて高さ100cmからの落下試験を実施したところ、表1(落下試験1、2)(ただし、底面と天面以外の1角3稜4側面は全て合格となったので表記しないものとする。)のごとくで、2種の発泡ポリエチレン38倍発泡品および発泡ポリプロピレン45倍品製の緩衝体61、62でウェーハ3の回転、外れ、割れが発生した。なお、発泡ポリプロピレン45倍品製緩衝体62は落下1回目で自らも破損した。尚、評価項目における「回転」は、ウェーハ3にマーキングを施して、ウェーハ3のマーキング位置が移動しているか否かを目視にて確認し、移動している場合には「×」、移動していない場合には「○」とした。「外れ」は、ウェーハ容器4に形成したウェーハ装填用レールからウェーハ3が外れているか否かを目視にて確認し、外れている場合には「×」、外れていない場合には「○」とした。「割れ」は、ウェーハ3に割れ或いはクラックが入っているか否かを目視にて確認し、割れ或いはクラックが発生している場合には「×」、割れ或いはクラックが発生していない場合には「○」とした。また、以下に説明する、比較例2、本発明例1、2、3に関しても、その落下試験は比較例1と同様の方法で行った。
【0049】
【表1】
Figure 0004193472
【0050】
(比較例2)
図15に示す緩衝体71、72は、図14に示す緩衝体61、62の緩衝突起63と同一受圧面積を持つ緩衝突起73の中心線の位置を緩衝体71、72におけるウェーハ容器4の支持面の中心線に一致させ、その形状を上緩衝体71の緩衝突起73は2本の長い短冊形状とし、下緩衝体72の緩衝突起73は3本の長い短冊形状として、衝撃時の応力を中心部から分散させようと試みた。試作は発泡ポリエチレン38倍発泡品のみとした。緩衝体71、72を用いた落下試験結果は表2(落下試験3)のごとく落下1回目でのウェーハ3の割れは防止でき改良は見られるが、まだシリコンウェーハ3の回転や外れがある。
【0051】
【表2】
Figure 0004193472
【0052】
(本発明例1)
図16に示す緩衝体81、82は、図15に示す緩衝体71、72の緩衝突起73と同一受圧面積を持つが、図14に示す緩衝体61、62と同じく緩衝突起83の中心線の位置を緩衝体81、82におけるウェーハ容器4の支持面の中心線に一致させ、その形状を閉じた方形の環状とした。試作は発泡ポリエチレン38倍発泡品のみとした。緩衝体81、82を用いた落下試験結果は表3(落下試験4)のごとくで大幅に改良され、落下2回目で天面でウェーハ3の回転が見られたものの、ウェーハ3の破損は天面落下3回目ではじめて割れが発生したのみである。
【0053】
【表3】
Figure 0004193472
【0054】
(本発明例2)
図17に示す緩衝体91、92は、図16に示す緩衝体81、82の緩衝突起83と同一受圧面積を持ち、緩衝突起83と同じく緩衝突起93の中心線の位置を緩衝体91、92におけるウェーハ容器4の支持面の中心線に一致させ、その形状を閉じた方形の環状とし、さらに方形の中央に、緩衝突起93における前後辺を連結する1本の区画緩衝突起94を追加し(上緩衝体91は開口部95があるため途切れた形状となった)応力分散を図った。試作は発泡ポリエチレン38倍発泡品のみで行い、落下試験に供した。緩衝体91、92を用いた落下試験結果は表4(落下試験5)のごとくで、天面落下3回目でウェーハ3の回転が見られた。シリコンウェーハ3の割れは落下3回でも起こらなかった。3回以上の落下は現実には起こりそうにないのでほぼ合格と言える。
【0055】
【表4】
Figure 0004193472
【0056】
(本発明例3)
図6〜図13に示す緩衝体1、2は、図17に示す緩衝体91、92の緩衝突起93、94と同一受圧面積を持つが、図16に示す緩衝体81、82と同じく緩衝突起83の中心線の位置を緩衝体1、2におけるウェーハ容器4の支持面の中心線に一致させ、その形状を閉じた方形の環状とし、さらに方形の中央に、区画緩衝突起48を追加して応力分散を図ると共に、方形の角部の幅を4辺部の幅よりも広げた形状とした。試作は発泡ポリエチレン38倍発泡品と発泡ポリプロピレン45倍品の両方を行い、落下試験に供した。緩衝体1、2を用いた落下試験結果は表5(落下試験6,7)のごとくで落下3回の試験においてウェーハ3の異常は全く見られなかった。ただし、発泡ポリプロピレン45倍品は落下3回目で緩衝体2自らが破損した。
【0057】
【表5】
Figure 0004193472
【0058】
【発明の効果】
シリコンウェーハの口径が12インチまで大型化すると、収納した容器総重量が増し、航空貨物室の高さから緩衝体に与えられた厚みが減じられ、かつ落下高さの要望が従来の50cmから100cmまで引き上げられ、従来の緩衝包装設計では対応がつかない状態であった。本発明はこのような状況に鑑み、緩衝体のベース部から突き出す緩衝突起の形状を閉じた環状とすること、方形の容器では閉じた方形の環状に、また環状内を区画するか中央に島部を設けること、閉じた方形の環状の4角部を4辺部の幅より広くすることにより緩衝性能を大幅に向上させることができ、シリコン委員会で決められた外寸のダンボールケースでも、ウェーハ容器内のシリコンウェーハを輸送中の振動や衝撃から破損を防止できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は従来法の緩衝包装設計による緩衝体の正面図、(b)は同緩衝体の底面図。
【図2】 (a)は米国特許に見られる緩衝体の平面図、(b)は(a)のA−A線断面図。
【図3】 落下回数と緩衝係数Cの関係を示すグラフ。
【図4】 外装箱に対するウェーハ容器の収納状態を示す分解斜視図。
【図5】 外装箱に対するウェーハ容器の収納状態を示す縦断面図。
【図6】 本発明例3に係る上緩衝体の平面図
【図7】 同緩衝体の底面図
【図8】 図6のA−A線断面図
【図9】 図6のB−B線断面図
【図10】 本発明例3に係る下緩衝体の平面図
【図11】 同緩衝体の底面図
【図12】 図10のA−A線断面図
【図13】 図10のB−B線断面図
【図14】 (a)は比較例1の下緩衝体の底面図、(b)は比較例1の上緩衝体の平面図
【図15】 (a)は比較例2の下緩衝体の底面図、(b)は比較例2の上緩衝体の平面図
【図16】 (a)は本発明例1の下緩衝体の底面図、(b)は本発明例1の上緩衝体の平面図
【図17】 (a)は本発明例2の下緩衝体の底面図、(b)は本発明例2の上緩衝体の平面図
【符号の説明】
1 上緩衝体 2 下緩衝体
3 ウェーハ 4 ウェーハ容器
5 外装箱
10 脚部 11 膨出部
12 蓋部材 13 リブ部
20 嵌合凹部 21 ベース部
22 開口部 23 側部緩衝突起
24 保持突起 25 左右押さえ部
26 中央押さえ部 27 環状緩衝突起
28 補助緩衝突起 29 上緩衝突起
30 当接面 31 幅広部
40 嵌合凹部 41 ベース部
42 突起 43 側部緩衝突起
44 保持突起 45 載置面
46 受け部 47 環状緩衝突起
48 区画緩衝突起 49 下緩衝突起
50 当接面 51 幅広部
61 上緩衝体 62 下緩衝体
63 緩衝突起 64 緩衝突起
65 開口部
71 上緩衝体 72 下緩衝体
73 緩衝突起
81 上緩衝体 82 下緩衝体
83 緩衝突起
91 上緩衝体 92 下緩衝体
93 緩衝突起 94 区画緩衝突起
95 開口部

Claims (8)

  1. 複数枚の半導体ウェーハを収納したウェーハ容器を外装箱内に収容するに際して、外装箱とウェーハ容器間においてウェーハ容器の上下に配置される1組の発泡樹脂製の緩衝体であって、これら1組の発泡樹脂製緩衝体のベース部に外装箱内で外装箱の底および天井に当接する緩衝突起を突出状に設け、この緩衝突起を閉じた環状に形成するとともに、前記1組の発泡樹脂製緩衝体のベース部にウェーハ容器を支持する突起部を設け、前記緩衝突起をその中心線が前記突起部の中心線上に位置するように配置したことを特徴するウェーハ容器緩衝体。
  2. 前記緩衝突起を閉じた方形環状に形成した請求項1記載のウェーハ容器緩衝体。
  3. 前記緩衝突起の少なくとも4角部を4辺部よりも幅広に構成した請求項2記載のウェーハ容器緩衝体。
  4. 前記緩衝突起の環状内を区画する区画緩衝突起、ないしは環状内に島状に配置した島状緩衝突起を緩衝突起と略同高に形成した請求項1〜3いずれか1項記載のウェーハ容器緩衝体。
  5. 前記1組の緩衝体がビーズ法にて成形したポリオレフィン系樹脂製の発泡体からなる請求項1〜4いずれか1項記載のウェーハ容器緩衝体。
  6. 前記ポリオレフィン系樹脂がポリエチレンである請求項5記載のウェーハ容器緩衝体。
  7. 前記半導体ウェーハが直径12インチのシリコンウェーハである請求項1〜6いずれか1項記載のウェーハ容器緩衝体。
  8. 前記緩衝突起を緩衝体の外縁に対して間隔をあけてその内側に閉じた環状に形成した請求項1〜7のいずれか1項記載のウェーハ容器緩衝体。
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