JPH10509747A - ミルド炭素繊維強化されたポリマー組成物 - Google Patents
ミルド炭素繊維強化されたポリマー組成物Info
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Abstract
(57)【要約】
改良された耐磨耗特性を有するミルド炭素繊維強化されたポリマー。この強化されたポリマーはポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂を含む。ベース樹脂を所定量のミルド炭素繊維と組合せ、さらにポリテトラフルオロエチレンと組み合わせることもできる。得られる複合材料は優秀な摩擦および磨耗特性を有し、射出成形部品の製造に有用である。成形部品は高い衝撃強さを有し、寸法安定性を示し、耐磨耗性であると共に静電散逸性であり、この複合材料はある種の処理作用に際し半導体の支持固定具としての特定の用途を有する。
Description
【発明の詳細な説明】
ミルド炭素繊維強化されたポリマー組成物
I.発明の分野
本発明は一般に繊維強化されたポリマーおよびそれから加工された物品に関し
、より詳細には向上した耐磨耗性を有すると共に静電気をも散逸させるミルド炭
素繊維強化された高温熱可塑性ポリマーに関するものである。この組成物は卓越
した摩擦および磨耗に関する特性、並びに低いガス発生を含む望ましい機械的お
よび物理的性質を備え、したがってこの組成物をある種の射出成形部品の製造に
つき有用にする。
II.関連技術の説明
過去において、各種の耐磨耗性ポリマー組成物が射出成形部品の製造に使用さ
れている。耐磨耗性配合物の使用に関する1つの特定分野は半導体ウェファーの
加工に使用されるある種の装置を包含する。これら装置は半導体ウェファーカセ
ット、半導体ウェファー輸送用箱および他の関連装置を包含する。これら装置は
耐磨耗性ポリマー配合物から成形することができる。これら装置の表面は加工、
輸送および貯蔵の際に磨耗を受けるという理由からである。これら装置の1つの
表面が他の表面と接触すれば、磨耗を生ずるに至る。したがって、磨耗した表面
から微粒子が放出される可能性が増大する。
半導体ウェファーの製造はたとえば磨耗微粒子のような汚染物を含まない極め
て清浄な環境を必要とし、さらに低いガス発生を有し、それ故ウェファー表面に
対するフィルム蓄積を減少しうる材料の使用が必要である。環境における小粒子
、蒸気または静電気による放電の存在は、ウェファー自身を含め半導体の製造を
阻害する。空気を媒介とする粒子問題に対処し或いは減少させるために耐磨耗性
ポリマーが使用され、種々の作用に際し形成された磨耗微粒子の量を減少させる
。
半導体ウェファーを静電気帯電の蓄積に基づく損傷から保護すると共に静電気
帯電に基づく空気を媒介とする粒子の吸引を減少させるため、工業界は炭素粉末
充填ポリプロピレンからSEMI標準ウェファーキャリヤ、SMIFポッドおよ
びボックスを製造している。炭素粉末充填コポリマーの表面抵抗は典型的には1
05〜109オームであると共に、この抵抗値は空気を媒介とする微粒子の吸引を
減少させる。しかしながら、炭素粉末充填ポリプロピレンを用いて成形された装
置は、磨耗を受けると小粒子を発生することが判明している。これら磨耗粒子は
、処理途上において、処理装置および半導体ウェファーを損傷する危険性を示す
。したがって、SEMI基準に合致する装置および半導体ウェファー製造過程で
使用する他の装置を製造すべく使用しうる改良された耐磨耗性ポリマーにつきニ
ーズが存在する。
タナカ等による米国特許第5,162,157号は平面支持用もしくは自己潤
滑用物品を製造すべく利用される複合材料を開示している。タナカの材料は5〜
30容量%の金属鉛と5.5〜50容量%の充填材とを含有し、残部はポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)である。タナカは炭素繊維を好適な充填剤と認
めている。複合材料は、この材料から製造される装置の摩擦および磨耗特性を向
上させることが認められた。この複合材料を裏打金属に含浸させると共に、熱を
加えて裏打金属に摺動表面を形成させた。開示された複合材料は105〜109オ
ームの表面抵抗を持たない。したがって、磨耗から放出された微粒子はタナカの
複合材料から成形された装置に吸引される。その結果、複合材料は半導体ウェフ
ァーの加工に使用される半導体ウェファー装置に使用するには有利でない。さら
に、射出成形過程で使用する際、流動および収縮が一貫せずに生じて成形装置に
歪みを生ぜしめる。したがって、105〜109オームの表面抵抗を有して一貫し
た部品を製造する射出成形法に有用である複合材料につきニーズが存在する。
タケウチ等による米国特許第5,079,281号は、ポリプロピレンとカル
ボキシル基と塩水処理された強化用繊維と着色料とよりなる複合材料を開示して
いる。カルボキシル基はグラフト重合により組み合わせたポリプロピレンを含有
する。タケウチの複合材料は強度を増大させるべく炭素繊維を使用する。典型的
には、炭素繊維は射出成形過程に際し流動方向の部分の収縮を阻止する。しかし
ながら、流動方向に交差する方向では炭素繊維は収縮を阻止しない。したがって
、収縮の差は歪みを形成もしくは拡大させると共に、部品における寸法的一貫性
を減少させる。したがって、射出成形過程で使用しうる105〜109の表面抵抗
を有すると共に磨耗した際に微粒子を放出せず、成形に際し、歪まないような材
料につきニーズが存在する。
本発明は、低い磨耗特性を有すると共に加工された物品から発生するガスも低
い強化ポリマーを提供することにより関連する複合材料の欠点を解消するために
なされたものである。さらに複合材料は105〜109オームの範囲の高い表面抵
抗を有し、したがって半導体ウェファー製造過程で使用される装置の製造に際し
使用するのに適した材料を提供するためになされたものである。さらに、この独
特な複合材料は一貫した射出性頚部品を提供するためになされたものである。
発明の要約
本発明の主たる目的は、105〜109オームの表面抵抗を有する強化ポリマー
もしくは複合材料を提供することであり、これにより強化ポリマーが磨耗を受け
た際に微粒子は減少された状態でしか放出されない。このポリマーはポリオレフ
ィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂で構成される。ミル
ド炭素繊維(MCF)を強化用充填剤としてベース樹脂に添加する。他の強化用
充填剤でなくMCFを使用すれば、射出成形過程に際し流動方向および流動方向
に交差する両方向において一貫することのない部分的収縮を減少させるのに役立
つ。本発明の組成物をたとえば半導体ウェファーカセットおよび/またはウェフ
ァー輸送用箱の作成のような半導体加工分野で使用する場合、高純度のミルド炭
素繊維を使用するのが好適である。この種の繊維は容易に市場から入手しうるこ
とは勿論である。
MCFの添加は、耐磨耗性が増大した強化ポリマーをもたらす。磨耗微粒子の
放出量をさらに減少させるために、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉
末を複合材料に添加することができる。PTFE粉末は、その薬品耐性プラス潤
滑性および靭性のあることが知られている。複合材料にPTFEを含ませること
によりMCFは磨耗を受けた際に一層しっかり保持される。PTFE粉末(球体
もしくはビーズ)はさらに平滑なすべすべした表面を形成する。平滑なすべすべ
した表面は、磨耗微粒子の放出量をさらに減少させる。
本発明はベース樹脂としてポリオレフィンもしくはポリアミドを使用しうるが
、ポリプロピレン(PP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)およびポ
リフタラミド(PPA)が半導体ウェファーの加工に用いられる射出成形装置に
おいて使用するためのベース樹脂として特に有用であることを当業者であるなら
ば認識するであろう。本発明を半導体ウェファー加工装置を成形すべく使用され
るベース樹脂としてのPP、PEEKおよびPPAの利用に関して説明するが、
これに限定されるものではない。ある種の他のポリオレフィンおよびポリアミド
を、強化耐磨耗性ポリマーを必要とすると共に105〜109の誘電特性を有して
射出成形につき静電気を一定の収縮ファクターまで散逸させる装置に用いるべく
ベース樹脂として使用することができることは、当業者であるならば諒解するこ
とができよう。
したがって、本発明の主たる目的は、射出成形過程で使用して105〜109の
表面抵抗を有する一貫した、成形された装置を製造するために、静電気散逸を促
進すると共に静電気放電を最小化させうるMCF強化ポリマーを提供することに
ある。
本発明の他の目的は、磨耗を受けた際に発生する微粒子の量を最小にすること
が可能な強化複合材料を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、射出成形過程に際し最少量の歪みしか示さない強
化複合材料を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、半導体ウェファーを加工する際に使用される装置
を成形すべく使用しうる強化複合材料を提供することにあり、成形された装置は
105〜109オームの抵抗を有すると共に磨耗性表面にさらされた際に磨耗およ
び小粒子の発生の程度を減少させる。
これらの目的および他の目的、並びに本発明のこれらの特徴および利点は、以
下の好適な実施の形態に対する詳細な説明を鑑みれば当業者にとって容易に明ら
かとなるであろう。
好適な実施の形態の詳細な説明
本発明の強化ポリマーもしくは複合材料は所定量のホモポリマー ベース樹脂
と所定量の純粋なミルド炭素繊維(MCF)とで構成される。ベース樹脂はポリ
オレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択される。好適な実施の形態にお
いて、複合材料は66〜81容量%の量のベース樹脂を含有する。得られる強化
ポリマーは磨耗した際に他の強化ポリマーと比較してより少ない微粒子を放出す
る。さらに、強化ポリマーは射出成形に際し、流動方向および流動方向に交差す
る方向の両方において一貫した部分収縮を生じる。さらに複合材料は所定量のポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末を含むこともできる。PTFE粉末
を含ませれば、放出される磨耗微粒子の量がさらに減少する。好適な実施の形態
において、8〜10容量%の量のPTFEをベース樹脂およびMCFと組み合わ
せる。
MCFは平均して約0.010インチ未満の繊維長さと0.0007〜0.0
009インチの直径とを有する。MCFの寸法および長さは、ベース樹脂が射出
成形過程において、MCFの周囲で自由に流動することを許容する。MCFは、
射出成形過程において、流動軸線および流動軸線に交差する方向の両方に沿って
一貫して部分的収縮を阻止する。したがって、成形された部品は寸法的に一貫し
、歪みが拡大することはない。
ある種のMCFの製造に際し、典型的には汚染物がMCFに混入しうる。純粋
なMCFの使用が成形部品の寸法一貫性を増大させることは当業者であれば容易
に理解できよう。MCFは、樹脂材料との編込みによって選択ベースされた樹脂
を強化させる。編込み樹脂から成形された部品の表面は、その表面が磨耗された
際に大して微粒子を放出しない。さらにMCFの量は複合材料の表面抵抗にも影
響を及ぼす。予想通り、含ませるMCFの量が増加するにつれて表面抵抗が減少
する。好適な実施の形態において、MCFの量は19〜34容量%である。
本発明はベース樹脂としてポリオレフィンもしくはポリアミドを使用しうるが
、半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置に使用するにはポリプロピ
レン(PP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)およびポリフタラミド
(PPA)がベース樹脂として特に有用であることは当業者であれば認識できよ
う。MCFと組み合わせるベース樹脂としてのPP、PPAもしくはPEEKの
使用は、105〜109オームの表面抵抗を有すると共に表面磨耗に対し耐性のあ
る複合材料を生成する。PPAは高温度かつ高性能の半結晶質熱可塑性ポリマー
である。PPAは生産され、米国 イリノイ州 シカゴ所在のアモコ・パーフォ
ーマンス・プロダクツ社で商品名「Amode1」として生産され、市場から入
手しうる。PEEKも高温度かつ高性能の熱可塑性ポリマーであって、米国デラ
ウェア州 ウィルミントン所在のイー・アイ・デュポン・デ・メモアス・アンド
・カンパニー社から入手しうる。
ポリアミドおよびポリオレフィンの群から選択されるベース樹脂PP、PPA
およびPEEKは全て次の特性を示すことが当業者であれば諒解されよう。すな
わち、高温安定性、良好な寸法安定性、良好な磨耗および摩擦特性、射出成形の
ための良好な流動特性がそれである。これらの一般的な性質は、これらホモポリ
マーを、半導体ウェファーの加工に使用するために射出成形部品に利用するベー
ス樹脂に適する。
実施例
以下、本発明の実施例につき説明する。
所定量のベース樹脂PP、PPAおよびPEEKを個々に所定量のMCFと組
み合わせた。さらに所定量のベース樹脂PP、PPAおよびPEEKを個々に所
定量のMCFおよび所定量のPTFEと組み合わせた。一般に、ポリプロピレン
ホモポリマー(PPHP)を用いる。この種の材料は市販されている。これら
複合材料の特質を詳述するデータを第1表および第2表に示す。全ての特質デー
タに関する試験方法はアメリカン・ソサエティ・フォー・テステング・マテリア
ルス(ASTM)に従っている。ASTMは、標準化された試験を確立すること
により試験された組成物につき示された特質データが均一となるようにする科学
的かつ工学的機関である。
複合材料の流動特性は、これら材料が高温安定性を有するかどうかを示す。流
動特性は射出成形部品の寸法安定性に影響を及ぼす。少ないバリと寸法安定性と
を有する肉薄部分を成形する能力も複合材料の流動特性により影響を受ける。各
複合材料の溶融流動性が第1表および第2表に含まれている。第3表および第4
表は複合材料の熱特性を示す。複合材料の熱特性は射出成形過程にも重要である
。DSC試験は各複合材料の熱特性を示す。各複合材料のピーク最大、ピーク開
始および融解熱も第3表および第4表に含まれている。
これら複合材料を半導体製造用途に使用する場合、成形に先立ちバルク材料に
つき典型的なガス抜き操作を行うことが望ましい。ガス抜きは硬化後の操作とし
ても行うことができる。通常の条件および操作パラメータがこのガス抜き操作に
用いられる。
実施例I
ポリプロピレンのベース樹脂を高純度のMCF繊維と配合し、繊維が30容量
%を占め、残部70%をポリプロピレンとした。このMCF材料は平均して約0
.01インチの繊維長さと0.0008インチの繊維直径とを有した。配合の後
、複合材料を成形作用にかけて複合部品試料を作成した。配合された複合材料は
成形に際し良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するための異常もしく
は特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。
強化ポリマーは増大した耐磨耗性を有することが判明した。実施例Iに記載し
た種類の各種複合材料に関する磨耗試験からのデータを第5表および第6表に詳
細に記載する。1kgの重錘を厚さ1cmの複合材料片の上に置いた。全磨耗表
面は約0.8cm2であった。次いで複合材料をステンレス鋼テーブルの上で2
.5フィートの外周において回転させた。500回の回転サイクルの後、ステン
レス鋼テーブルを清浄し、複合材料を秤量した。各複合材料につき全部で5,0
00サイクルを行った。次いで、500サイクルにわたる複合材料の重量変化を
全試験につき標準化した。
実施例II
ポリフタラミド樹脂をMCF繊維と配合し、繊維が30容量%を占め、残部7
0%をポリフタラミドとした。このMCF材料は平均して約0.01インチの繊
維長さと0.0008インチの繊維直径とを有した。配合の後、複合材料が成形
作用に付され複合部品からなる試料を作成した。配合された複合材料は成形の間
良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するための異常もしくは特殊また
は例外的な工程もしくは装置を必要としない。
実施例III
ポリエーテルエーテルケトンベース樹脂をMCF繊維と配合し、繊維が22容
量%を占め、残部78%をポリエーテルエーテルケトンとした。このMCF材料
は平均して約0.01インチの繊維長さと0.0008インチの繊維直径とを有
した。配合の後、複合材料に成形作用を施し、複合部品試料を作成した。配合さ
れた複合材料は成形の間に良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するた
め異常もしくは特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。
実施例I、IIおよびIIIにしたがって作成した試験試料の特質はその結果
が一般的に以下に示す第1表〜第6表に述べられているように、有望な結果であ
った。さらに、成形に先立ちガス抜きにかけた際に、この複合材料から成形され
た物品が優秀な特質を有することを示した。
特質データ
DSC試験
磨耗試験
第1表〜第6表から明らかなように、MCFとPPHP、PPAもしくはPE
EKを包含するPPとの組合せは、改良された耐磨耗特性と105〜109オーム
の表面抵抗とを有すると共に一貫した部品を製造する射出成形に使用しうる複合
材料を生成する。
以上、本発明を説明したが、これを多くの方法で改変しうることは明らかであ
る。この種の改変は本発明の精神および範囲から逸脱するものでなく、この種の
全ての改変も本発明の範囲に包含されることは当業者にとって明らかであろう。
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1996年11月12日
【補正内容】
34条に基づく補正
半導体ウェファーを静電気帯電の蓄積に基づく損傷から保護すると共に静電気
帯電に基づく空気を媒介とする粒子の吸引を減少させるため、工業界は炭素粉末
充填ポリプロピレンからSEMI標準ウェファーキャリヤ、SMIFポッドおよ
びボックスを製造する。炭素粉末充填コポリマーの表面抵抗は典型的には105
〜109オーム/cm2であると共に、この抵抗力は空気を媒介とする微粒子の吸
引を減少させる。しかしながら、炭素粉末充填ポリプロピレンを用いて成形され
た装置は、磨耗を受けると小粒子を発生することが判明している。これら磨耗に
よって生じた粒子は、処理中に加工装置および半導体ウェファーを損傷する危険
性を生じる。したがって、SEMIの基準に合致する装置および半導体ウェファ
ー製造過程で使用する他の装置を製造すべく使用可能な改良された耐磨耗性ポリ
マーにつきニーズが存在する。
タナカ等による米国特許第5,162,157号は平面支持用もしくは自己潤
滑用物品を製造すべく利用される複合材料を開示している。タナカの材料は5〜
30容量%の金属鉛と5.5〜50容量%の充填材とを含有し、残部はポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)である。タナカは炭素繊維を好適な充填剤と認
めている。複合材料は、この材料から製造される装置の摩擦および磨耗特性を向
上させることが認められた。この複合材料を裏打金属に含浸させると共に、熱を
加えて裏打金属に摺動表面を形成させた。開示された複合材料は105〜109オ
ーム/cm2の表面抵抗を持たない。したがって、磨耗から放出された微粒子は
タナカの複合材料から成形された装置に吸引される。その結果、複合材料は半導
体ウェファーの加工に使用される半導体ウェファー装置に使用するには有利でな
い。さらに射出成形過程で使用する際、流動および収縮が一貫せずに生じて成形
装置において歪みを生ぜしめる。したがって、105〜109オーム/cm2の表
面抵抗を有して一貫した部品を製造する射出成形法に有用である複合材料につき
ニーズが存在する。
タケウチ等による米国特許第5,079,281号は、ポリプロピレンとカル
ボキシル基と塩水処理された強化用繊維と着色料とよりなる複合材料を開示して
いる。カルボキシル基はグラフト重合により組み合わせたポリプロピレンを含有
する。タケウチの複合材料は強度を増大させるべく炭素繊維を使用する。典型的
には、炭素繊維は射出成形過程に際し流動方向の部分の収縮を阻止する。しかし
ながら、流動方向に交差する方向において炭素繊維は収縮を阻止しない。したが
って、収縮の差は歪みを形成もしくは拡大させると共に、部品における寸法的一
貫性を減少させる。したがって、射出成形過程で使用しうる105〜109オーム
/cm2の表面抵抗を有すると共に磨耗した際に微粒子を放出せず、成形に際し
歪まないような材料につきニーズが存在する。
本発明は、低い磨耗特性を有すると共に加工された物品から発生するガス発生
も低い強化ポリマーを提供することにより関連する複合材料の欠点を解消するた
めになされたものである。さらに複合材料は105〜109オーム/cm2の範囲
の高い表面抵抗を有し、したがって、半導体ウェファー製造過程で使用される装
置の製造に際し使用するのに適した材料を提供するためになされたものである。
さらに、この独特な複合材料は一貫した射出性成形品を提供するためになされた
ものである。
発明の要約
本発明の主たる目的は105〜109オーム/cm2の表面抵抗を有する強化ポ
リマーもしくは複合材料を提供することであり、これにより強化ポリマーが磨耗
を受けた際に微粒子は減少した量しか放出しない。このポリマーはポリオレフィ
ンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂で構成される。ミルド
炭素繊維(MCF)を強化用充填剤としてベース樹脂に添加する。他の強化用充
填剤でなくMCFを使用すれば、射出成形過程中に、流動方向および流動方向に
交差する方向の両者において一貫することのない部分的収縮を減少させるのに役
立つ。本発明の組成物をたとえば半導体ウェファーカセットおよび/またはウェ
ファー輸送用箱の作成のような半導体加工分野で用いる場合、高純度のミルド炭
素繊維を使用するのが好適である。この種の繊維は、市場から容易に入手しう
ることは勿論である。
MCFの添加は、耐磨耗性が増大した強化ポリマーをもたらす。磨耗微粒子の
放出量をさらに減少させるために、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉
末を複合材料に添加することができる。PTFE粉末は、その薬品耐性プラス潤
滑性および靭性のあることが知られている。複合材料にPTFEを含ませること
によりMCFは磨耗を受けた際に一層しっかり保持される。PTFE粉末(球体
もしくはビーズ)はさらに平滑なすべすべした表面を形成する。平滑なすべすべ
した表面は、磨耗微粒子の放出される量をさらに減少させる。
本発明はベース樹脂としてポリオレフィンもしくはポリアミドを使用しうるが
、ポリプロピレン(PP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)およびポ
リフタラミド(PPA)が半導体ウェファーの加工に用いられる射出成形装置に
おいて使用するためのベース樹脂として特に有用であることが当業者であるなら
ば認識するであろう。本発明を半導体ウェファー加工装置を成形すべく使用され
るベース樹脂としてPP、PEEKおよびPPAの利用に関して説明するが、こ
れは限定的ではない。ある種の他のポリオレフィンおよびポリアミドを、強化耐
磨耗性ポリマーを必要とすると共に105〜109オーム/cm2の誘電特性を有
して射出成形につき静電気を一定の収縮ファクターまで散逸させる装置に使用す
べくベース樹脂として使用することができることは当業者であれば、諒解されよ
う。
したがって、本発明の主たる目的は、射出成形過程で使用して105〜109オ
ーム/cm2の表面抵抗を有する一貫した、成形された装置を製造するために、
静電気散逸を促進すると共に静電気放電を最小化させうるMCF強化ポリマーを
提供することにある。
本発明の他の目的は、磨耗を受けた際に発生する微粒子の量を最小にすること
が可能な強化複合材料を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、射出成形過程に際し最少量の歪みしか示さない強
化複合材料を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、半導体ウェファーを加工する際に使用される装置
を成形すべく使用しうる強化複合材料を提供することにあり、成形された装置は
105〜109オーム/cm2の抵抗を有すると共に磨耗性表面にさらされた際に
磨耗および小粒子の発生の程度を減少させる。
これらの目的および他の目的、並びに本発明のこれらの特徴、利点および他の
特徴および利点は、好適な実施の形態に係る以下の詳細な説明に鑑み、当業者に
は容易に明瞭となるであろう。
好適な実施の形態の詳細な説明
本発明の強化ポリマーもしくは複合材料は所定量のホモポリマー ベース樹脂
と所定量の純粋なミルド炭素繊維(MCF)とで構成される。ベース樹脂はポリ
オレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択される。好適な実施の形態にお
いて、複合材料は66〜81重量%の量のベース樹脂を含有する。得られる強化
ポリマーは磨耗した際に他の強化ポリマーと比較して微粒子をより少なく放出す
る。さらに強化ポリマーは射出成形に際し流動方向および流動方向と交差する方
向の両方において一貫した部分収縮を生じる。さらに複合材料は所定量のポリテ
トラフルオロエチレン(PTFE)粉末を含むこともできる。PTFE粉末を含
ませれば、放出される磨耗微粒子の量がさらに減少する。好適な実施の形態にお
いて、8〜10重量%の量のPTFEをベース樹脂およびMCFと組み合わせる
。
MCFは平均して約0.010インチ未満の繊維長さと0.0007〜0.0
009インチの直径とを有する。MCFの寸法および長さは、ベース樹脂が射出
成形過程において、MCFの周囲で自由に流動することを許容する。MCFは、
射出成形過程において、流動軸線および流動軸線に交差する軸線の両者に沿って
一貫して部品の収縮を阻止する。したがって、成形された部品は寸法的に一貫し
、歪みが拡大することはない。
ある種のMCFの製造に際し、典型的には汚染物がMCFに混入しうる。純粋
なMCFの使用は成形部品の寸法一貫性を増大させることは当業者であれば理解
できよう。MCFは、樹脂材料との編込みによって選択されたベース樹脂を強化
させる。編込み樹脂から成形された部品の表面は、その表面が磨耗された際に大
して微粒子を放出しない。さらにMCFの量は複合材料の表面抵抗にも影響を及
ぼす。予想通り、含ませるMCFの量が増加するにつれて表面抵抗が減少する。
好適な実施の形態において、MCFの量は19〜34重量%である。
本発明はベース樹脂としてポリオレフィンもしくはポリアミドを使用しうるが
、半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置に使用するにはポリプロピ
レン(PP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)およびポリフタラミド
(PPA)がベース樹脂として特に有用であることは当業者であれば認識できよ
う。MCFと組み合わせるベース樹脂としてのPP、PPAもしくはPEEKの
使用は、105〜109オーム/cm2の表面抵抗を有すると共に表面磨耗に対し
耐性のある複合材料を生成する。PPAは高温度かつ高性能の半結晶質熱可塑性
ポリマーである。PPAは米国 イリノイ州 シカゴ所在のアモコ・パーフォー
マンス・プロダクツ社から商品名「アモデル」として生産され、市場から入社可
能である。PEEKも高温度かつ高性能の熱可塑性ポリマーであって、デラウェ
ア州、ウィルミントン所在のイー・アイ・デュポン・デ・メモアス・アンド・カ
ンパニー社から入手しうる。
ポリアミドおよびポリオレフィンの群から選択されるベース樹脂PP、PPA
およびPEEKは全て次の特性を示すことが当業者であれば諒解される。すなわ
ち、高温安定性、良好な寸法安定性、良好な磨耗および摩擦特性、射出成形のた
めの良好な流動特性がそれである。これら一般的な性質は、これらのホモポリマ
ーを、半導体ウェファーの加工に使用するために射出成形部品に利用するベース
樹脂に適する。
実施例
以下、本発明の実施例につき説明する。
所定量のベース樹脂PP、PPAおよびPEEKを個々に所定量のMCFと組
み合わせた。さらに所定量のベース樹脂PP、PPAおよびPEEKを個々に所
定量のMCFおよび所定量のPTFEと組み合わせた。一般に、ポリプロピレン
ホモポリマー(PPHP)を用いる。この種の材料は市販されている。これら複
合材料の特質を詳述するデータを第1表および第2表に示す。全ての特質データ
に関する試験方法はアメリカン・ソサエティ・フォー・テステング・マテリアル
ス(ASTM)にしたがう。ASTMは、標準化された試験を確立することによ
り、試験された組成物につき示された特質データが均一となるようにする科学的
かつ工学的機関である。
複合材料の流動特性は、これら材料が高温安定性を有するかどうかを示す。流
動特性は射出成形部品の寸法安定性に影響を及ぼす。少ないバリと寸法安定性と
を有する肉薄部分を成形する能力も複合材料の流動特性により影響を受ける。各
複合材料の溶融流動性が第1表および第2表に含まれている。第3表および第4
表は複合材料の熱特性を示す。複合材料の熱特性は射出成形過程にも重要である
。DSC試験は各複合材料の熱特性を示す。各複合材料のピーク最大、ピーク開
始および融解熱も第3表および第4表に含まれている。
これら複合材料を半導体製造用途に使用する場合、成形に先立ちバルク材料に
つき典型的なガス抜き操作を行うことが望ましい。ガス抜きは硬化後の操作とし
ても行うことができる。通常の条件および操作パラメータがこのガス抜き操作に
用いられる。
実施例I
ポリプロピレンのベース樹脂を高純度のMCF繊維と配合し、繊維が30重量
%を占め、残部70%をポリプロピレンとした。このMCF材料は平均して約0
.01インチの繊維長さと0.0008インチの繊維直径とを有した。配合の後
、複合材料を成形作用にかけて複合部品試料を作成した。配合された複合材料は
成形の間良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するための異常もしくは
特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。
強化ポリマーは増大した耐磨耗性を有することが判明した。実施例Iに記載し
た種類の各種複合材料に関する磨耗試験からのデータを第5表および第6表に詳
細に記載する。1kgの重錘を厚さ1cmの複合材料片の上に置いた。全磨耗表
面は約0.8cm2であった。次いで、複合材料をステンレス鋼テーブルの上で
2.5フィートの外周において回転させた。500回の回転サイクルの後、ステ
ンレス鋼テーブルを清浄し、複合材料を秤量した。各複合材料につき全部で5,
000サイクルを行った。次いで500サイクルにわたる複合材料の重量変化を
全試験につき標準化した。
実施例II
ポリフタラミド樹脂をMCF繊維と配合し、繊維が30重量%を占め、残部7
0%をポリフタラミドとした。このMCF材料は平均して約0.01インチの繊
維長さと0.0008インチの繊維直径とを有した。配合の後、複合材料が成形
作用に付されて複合部品からなる試料を作成した。配合された複合材料は成形の
間良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するための異常もしくは特殊ま
たは例外的な工程もしくは装置を必要としない。
実施例III
ポリエーテルエーテルケトンのベース樹脂をMCF繊維と配合し、繊維が22
重量%を占め、残部78%をポリエーテルエーテルケトンとした。このMCF材
料は約0.01インチの平均繊維長さと0.0008インチの平均繊維直径とを
有した。配合の後、複合材料を成形作用に付して複合部品試料を作成した。配合
された複合材料は成形の間に良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結する
ため異常もしくは特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。
実施例I、IIおよびIIIにしたがって作成した試験試料の特質はその結果
が一般的に以下に示す第1表〜第6表に述べられているように有望な結果であっ
た。さらに、この複合材料から成形された物品が成形に先立ちガス抜きにかけた
際に優秀な特質を有することを示した。
請求の範囲
1. ポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂と
、約0.010インチ未満の平均繊維長さおよび0.0007〜0.0009イ
ンチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、複合材料が約6
6〜81重量%の量のベース樹脂を含有すると共に残部がミルド炭素繊維充填剤
であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。
2. ベース樹脂が66〜75重量%の量のポリプロピレンよりなる請求項1記
載の複合材料。
3. ベース樹脂が68〜74重量%の量のポリフタラミドよりなる請求項1記
載の複合材料。
4. ベース樹脂が75〜81重量%の量のポリエーテルエーテルケトンよりな
る請求項1記載の複合材料。
5. ベース樹脂がポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択される
ホモポリマーからなる請求項1記載の複合材料。
6. 所定量のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末をさらに含み、複
合材料がこの複合材料の全容積に対し54〜72重量%の量のベース樹脂と20
〜34重量%の量のミルド炭素繊維充填剤と8〜12重量%の量のPTFE粉末
とを含有する請求項1記載の複合材料。
7. 半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置において使用するため
の強化された耐磨耗性複合材料において、
ポリプロピレンのホモポリマーと約0.010インチ未満の平均繊維長さおよ
び0.0007〜0.0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充
填剤とからなり、前記材料が105〜109オーム/cm2の表面電気抵抗を有し
、複合材料が66〜75重量%の量のポリプロピレンを含有すると共に残部がミ
ルド炭素繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。
8. 所定量のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末をさらに含み、ポ
リプロピレンが54〜67重量%の量で存在し、ミルド炭素繊維充填剤が25〜
34重量%の量で存在し、さらにPTFE粉末が8〜12重量%の量で存在する
請求項7記載の複合材料。
9. 半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置において使用するため
の強化された耐磨耗性複合材料において、
ポリフラタミドのホモポリマーと約0.010インチ未満の平均繊維長さおよ
び0.0007〜0.0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充
填剤とからなり、前記材料が105〜109オーム/cm2の表面電気抵抗を有し
、複合材料が68〜74重量%の量のポリフタラミドを含有すると共に残部がミ
ルド炭素繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。
10. 所定量のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末をさらに含み、
複合材料がこの複合材料の全重量に対し56〜66重量%の量のポリフタラミド
と26〜32重量%の量のミルド炭素繊維充填剤と8〜12重量%の量のPTF
E粉末とを含有する請求項9記載の複合材料。
11. 加工の際に半導体を搬送するためのキャリヤにおいて、
強化された耐磨耗性複合材料がポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のホ
モポリマーと約0.010インチ未満の平均繊維長さおよび0.0007〜0.
0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とよりなり、前記
材料が105〜109オーム/cm2の表面電気抵抗を有し、材料が75〜81重
量%の量のPEEKを含有すると共に、残部がミルド炭素繊維充填剤であること
を特徴とするキャリヤ。
12. 所定量のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末をさらに含み、
複合材料がこの複合材料の全重量に対し64〜72重量%の量のPEEKと20
〜24重量%の量のミルド炭素繊維充填剤と8〜12重量%の量のPTFE粉末
とを含有する請求項11記載の複合材料。
13. ポリオレフィン、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリアミドよりな
る群から選択されるベース樹脂と、約0.010インチ未満の平均繊維長さおよ
び0.0007〜0.0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充
填剤とからなり、ベース樹脂とミルド炭素繊維充填剤とを耐表面磨耗性を有する
と共に105〜109オーム/cm2の表面抵抗を有する複合材料を形成するのに
充分な量にて組み合せたことを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。
14. ベース樹脂がポリプロピレンよりなる請求項13記載の複合材料。
15. ベース樹脂がポリフタラミドよりなる請求項13記載の複合材料。
16. ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)をさらに含む請求項13記載
の複合材料。
17. 半導体ウェファーの加工に使用される装置の射出成形において使用する
ための強化された耐磨耗性複合材料において、
ポリプロピレンのホモポリマーと約0.010インチ未満の平均繊維長さおよ
び0.0007〜0.0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充
填剤とからなり、前記ポリプロピレンと前記ミルド炭素繊維充填剤とを耐表面磨
耗性を有すると共に105〜109オーム/cm2の表面抵抗を有する複合材料を
形成するのに充分な量にて組み合わせたことを特徴とする強化された耐磨耗性複
合材料。
18. 半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置にて使用するための
強化された耐磨耗性複合材料において、
ポリフタラミドのホモポリマーと約0.010インチ未満の平均繊維長さおよ
び0.0007〜0.0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充
填剤とからなり、前記ポリフタラミドとミルド炭素繊維充填剤とを耐表面磨耗性
を有すると共に105〜109オーム/cm2の表面抵抗を有する複合材料を形成
させるのに充分な量にて組み合わせたことを特徴とする強化された耐磨耗性複合
材料。
19. (2回補正)ポリテトラフルオロエチレン(PTEF)をさらに含む請
求項18記載の複合材料。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
H01L 21/68 H01L 21/68 T
23/00 23/00 Z
// B29K 105:06
(72)発明者 ダール、チャールズ
アメリカ合衆国、コロラド州 80863、ウ
ッドランド パーク、クレストウッド ド
ライブ 150
(72)発明者 グレガーソン、バリー
アメリカ合衆国、コロラド州 80906、コ
ロラド スプリングス、カブルストーン
ドライブ 386
(72)発明者 バックマン、ボニー
アメリカ合衆国、コロラド州 80302、ボ
ウルダー、マウンテン リッジ プレイス
9627
(72)発明者 オエステール、トーマス
アメリカ合衆国、コロラド州 80915、コ
ロラド スプリングス、ヒーサークレスト
ドライブ 2055
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. ポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂と 、約0.010インチ未満の平均繊維長さおよび0.0007〜0.0009イ ンチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、複合材料が約6 6〜81容量%の量のベース樹脂を含有すると共に残部がミルド炭素繊維充填剤 であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。 2. ベース樹脂が66〜75容量%の量のポリプロピレンよりなる請求項1記 載の複合材料。 3. ベース樹脂が68〜74容量%の量のポリフタラミドよりなる請求項1記 載の複合材料。 4. ベース樹脂が75〜81容量%の量のポリエーテルエーテルケトンよりな る請求項1記載の複合材料。 5. ベース樹脂がポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択される ホモポリマーからなる請求項1記載の複合材料。 6. 所定量のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末をさらに含み、複 合材料がこの複合材料の全容積に対し54〜72容量%の量のベース樹脂と20 〜34容量%の量のミルド炭素繊維充填剤と8〜12容量%の量のPTFE粉末 とを含有する請求項1記載の複合材料。 7. 半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置において使用するため の強化された耐磨耗性複合材料において、 ポリプロピレンのホモポリマーと約0.010インチ未満の平均繊維長さおよ び0.0007〜0.0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充 填剤とからなり、前記材料が105〜109オームの表面電気抵抗を有し、複合材 料が66〜75容量%の量のポリプロピレンを含有すると共に残部がミルド炭素 繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。 8. 所定量のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末をさらに含み、ポ リプロピレンが54〜67容量%の量で存在し、ミルド炭素繊維充填剤が25〜 34容量%の量で存在し、さらにPTFE粉末が8〜12容量%の量で存在する 請求項7記載の複合材料。 9. 半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置において使用するため の強化された耐磨耗性複合材料において、 ポリフラタミドのホモポリマーと約0.010インチ未満の平均繊維長さおよ び0.0007〜0.0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充 填剤とからなり、前記材料が105〜109オームの表面電気抵抗を有し、複合材 料が68〜74容量%の量のポリフタラミドを含有すると共に残部がミルド炭素 繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。 10. 所定量のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末をさらに含み、 複合材料がこの複合材料の全容積に対し56〜66容量%の量のポリフタラミド と26〜32容量%の量のミルド炭素繊維充填剤と8〜12容量%の量のPTF E粉末とを含有する請求項9記載の複合材料。 11. 加工の際に半導体を搬送するためのキャリヤにおいて、 強化された耐磨耗性複合材料がポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のホ モポリマーと約0.010インチ未満の平均繊維長さおよび0.0007〜0. 0009インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とよりなり、前記 材料が105〜109オームの表面電気抵抗を有し、材料が75〜81容量%の量 のPEEKを含有すると共に、残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴と するキャリヤ。 12. 所定量のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末をさらに含み、 複合材料がこの複合材料の全容積に対し64〜72容量%の量のPEEKと20 〜24容量%の量のミルド炭素繊維充填剤と8〜12容量%の量のPTFE粉末 とを含有する請求項11記載の複合材料。
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1996
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