JPWO2008102804A1 - 射出成形用金型及び射出成形方法 - Google Patents

Abstract

成形品の肉厚のバラツキや金型の破損を抑制することのできる射出成形用金型及び射出成形方法を提供する。金型１を、凹部３を有するキャビティ型２と、キャビティ型２の凹部３にコア７が嵌入されるスライド可能なコア型６とから構成し、コア型６のコア７の先端部に予め成形したインサート部品１０を嵌入支持させる。そして、金型１にインサート部品１０をインサートして型締めし、この金型１に溶融した成形材料を射出してインサート部品１０により後部が形成された基板収納容器の容器本体を射出成形する。インサート部品１０をキャビティ型２の凹部３に接触させて先細りの平坦なコア７の振動を規制するので、例え成形材料に射出圧力差が生じても、コア型６のコア７が煽られたり、撓むことがない。

Description

本発明は、スモールフープ（ＳＭＡＬＬ ＦＯＵＰ）と呼ばれる基板収納容器の容器本体等からなる各種成形品の成形に適する射出成形用金型及び射出成形方法に関するものである。

φ２００ｍｍや３００ｍｍの大きさにスライスされた薄い半導体ウェーハには各種の加工処理が施されるが、この半導体ウェーハの加工処理時間は、画一的に定まったものではなく、ＩＣチップの性能、製品化の時期、製品の仕様等により少なからず変動する。

例えば、半導体ウェーハがメモリーデバイスメーカ等で加工処理される場合、特に加工処理対象が汎用製品の場合には、大量生産が要求されるので、多くの工程を通じ、長時間（例えば３０日〜４０日）かけて加工処理が施される。これに対し、ＬＳＩメーカ等で加工処理される場合には、多品種少量生産の要請、試作品の試作、少ロット品に対応する必要に迫られるので、短時間（例えば１４日〜２０日）のうちに加工処理される必要がある。

そこで、半導体ウェーハは、ＬＳＩメーカ等で加工処理される場合には、複数枚（例えば２５、２６枚）を収納可能な既存の基板収納容器ではなく、専用の基板収納容器に僅か数枚（例えば１枚〜３枚）が収納され、一枚当たりの加工時間の短縮が図られることが好ましい（特許文献１参照）。

この種の基板収納容器は、図示しない正面視横長の容器本体と、この容器本体の開口した正面を開閉する横長の蓋体とを備えた構成が検討されている。容器本体の製造方法としては、経済的な量産や高品質化を図る観点から、金型のキャビティ型とコア型とを型締めして溶融した成形材料を射出することにより容器本体を成形する射出成形法が考えられる（特許文献２参照）。
特開２００６‐１００７１２号公報 特開平１１‐１６８１３６号公報

しかしながら、金型のキャビティ型とコア型とを型締めして成形材料を単に射出すると、流入する成形材料の射出圧力差により、キャビティ型に嵌入したコア型のコアが煽られる（揺れ動く）ので、容器本体の上下左右の肉厚にバラツキが生じたり、コア型のコアが揺動して破損を招くという問題がある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、成形品の肉厚のバラツキや金型の破損を抑制することのできる射出成形用金型及び射出成形方法を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、金型にインサート部品をインサートして型締めし、この型締めした金型に成形材料を射出してインサート部品により少なくとも外形の一部が形成される中空の成形品を成形するものであって、
金型は、凹部を有する第一の型と、この第一の型の凹部にコアが嵌め入れられる第二の型とを含み、この第二の型のコアにインサート部品を支持させ、このインサート部品を第一の型の凹部に接触させることにより、成形材料の射出時に第二の型のコアが煽られるのを抑制するようにしたことを特徴としている。

なお、第一の型の凹部とインサート部品との接触領域に、嵌め合わせ可能なずれ防止部を形成することができる。
また、第二の型のコアとインサート部品との接触領域に、ずれ防止部を形成することができる。

また、コアの先端部に、外部の給排気装置に連通する（気体の流れる状態にする）単数複数の流通口を形成し、この流通口を用いた気体の減圧により、インサート部品を支持することができる。
また、コアの先端部に、外部の給排気装置に連通する単数複数の流通口を形成し、この流通口を用いた気体の加圧供給により、成形品を脱型するようにしても良い。

また、成形品を、三枚以下の基板を収納可能なフロントオープンボックスタイプの容器本体とし、一部が透視可能な背面壁を含む容器本体の後部をインサート部品により形成しても良い。
また、インサート部品を、透明性の樹脂を含む成形材料により第二の型のコアに嵌め合わせ可能な形状に成形することができる。

また、本発明においては上記課題を解決するため、請求項１ないし５いずれかに記載の射出成形用金型を用い、インサート部品により少なくとも外形の一部が形成された中空の成形品を成形することを特徴としている。

ここで、特許請求の範囲における金型は、インサート成形や射出成形に適するタイプであれば、特に問うものではない。この金型は、縦型配置でも良いし、横型配置でも良い。インサート部品は、少なくとも断面略Ｃ字形、Ｕ字形、Ｖ字形等とすることができ、金属製や樹脂製を問うものではない。

中空の成形品は、少なくとも断面略口字形やＵ字形等とすることができる。この成形品としては、少数枚の基板を収納する容器本体の他、機械、電気、電子、通信、化学、医療、輸送機器の分野で使用される各種の部品、ケース、ハウジング、キャリア等があげられる。第二の型のコアは、略平坦なタイプが主ではあるが、必ずしも限定されるものではない。さらに、基板には、少なくとも各種の大きさを有するアルミディスク、半導体ウェーハ、石英ガラス、液晶ガラス等が含まれる。

本発明によれば、成形品を成形する際、第二の型のコアにインサート部品を支持させ、このインサート部品を第一の型の凹部に接触させてコアの撓み等を規制するので、例え成形材料に射出圧力差が生じても、第一の型に型締めされる第二の型のコアが煽られるのを抑制することができる。

本発明によれば、第二の型のコアにインサート部品を支持させ、このインサート部品を第一の型の凹部に接触させるので、成形品の肉厚のバラツキや金型の破損を抑制することができるという効果がある。

また、成形品を、三枚以下の基板を収納可能なフロントオープンボックスタイプの容器本体とし、一部が透視可能な背面壁を含む容器本体の後部をインサート部品により形成すれば、成形する容器本体の肉厚にバラツキが生じるのを防ぐことが可能になる。
さらに、インサート部品を第二の型のコアに嵌め合わせ可能な形状に成形すれば、成形時のインサート部品の姿勢を安定させることができるので、成形品を高品質に成形することが可能になる。

本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の実施形態を模式的に示す部分断面説明図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の実施形態におけるコア型を模式的に示す説明図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の実施形態における基板収納容器を模式的に示す全体斜視図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の実施形態における基板収納容器を模式的に示す分解斜視説明図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の実施形態における基板収納容器を模式的に示す断面平面説明図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の実施形態における基板収納容器を模式的に示す後部斜視図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の実施形態における基板収納容器の容器本体を模式的に示す正面斜視説明図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の第２の実施形態における基板収納容器の容器本体を模式的に示す断面平面説明図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の第２の実施形態における基板収納容器の容器本体を模式的に示す正面説明図である。 本発明に係る射出成形用金型及び射出成形方法の第３の実施形態における基板収納容器の容器本体を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ 金型
２ キャビティ型（第一の型）
３ 凹部
４ 対向壁
６ コア型（第二の型）
７ コア
１０ インサート部品
２０ 基板収納容器
２１ 容器本体（中空の成形品）
３４ 背面壁
３５ 覗き窓（透視可能な一部）
３６ 後部（外形の一部）
３７ ティース
４０ 蓋体
５０ ガスケット
６０ 連結片
７０ ずれ防止部
７０Ａ ずれ防止部
Ｗ 半導体ウェーハ（基板）

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における射出成形用金型は、図１ないし図７に示すように、金型１を、キャビティ型２と、このキャビティ型２に嵌入されるスライド可能なコア型６とから構成し、このコア型６のコア７にインサート部品１０を支持させ、金型１にインサート部品１０をインサートして型締めし、その後、金型１に所定の成形材料を射出してインサート部品１０により外形の一部が形成される基板収納容器２０の容器本体２１を射出成形するようにしている。

金型１のキャビティ型２とコア型６とは、図示しない射出成形用の成形機に対向した状態で連結され、キャビティ型２に対してコア型６が水平に接離可能に進退動する。この金型１のキャビティ型２とコア型６とには、温度調整用の冷却水路がそれぞれ形成され、この冷却水路が一定温度の水を循環させるよう機能する。

キャビティ型２は、図１に示すように、基板収納容器２０の容器本体２１の外形を成形する凹部３を備えた雌型に形成され、成形機の固定側にアダプタプレートを介して連結される。このキャビティ型２は、割型式と一体式のいずれでも良い。また、キャビティ型２には、成形機のノズルに直接接触するスプル５が断面略円錐形に設けられ、このスプル５には、鏡面加工された凹部３に溶融した成形材料をバランス良く分岐して導く複数本（例えば４本）のランナが接続されており、各ランナの下流部には、凹部３に溶融した成形材料を注入するゲートが接続される。

コア型６は、図１や図２に示すように、キャビティ型２の凹部３に嵌入して容器本体２１の内面を成形する鏡面加工のコア７を備えた雄型に形成され、成形機の移動側にアダプタプレートを介して連結される。コア７は、各種の鋼材を使用して基本的には先細りの細長い平板に形成され、先端部のインサート部品取り付け位置には、インサート部品１０を位置決め支持する段落としが形成されており、コア型６に締結具を介して螺着固定される。

なお、コア７の先端部のインサート部品取り付け位置に、外部の給排気装置である負圧源に連通する流通口を形成し、この流通口を用いたエアの減圧吸着により、インサート部品１０の支持を確実化することができる。また、容器本体２１の脱型の際、コア７の流通口にエアを加圧供給することにより、容器本体２１の離型性を向上させることもできる。

インサート部品１０は、同図に示すように、透明性の樹脂を含む成形材料によりコア型６に螺着されたコア７の先端部に嵌合可能な形、例えば断面略Ｕ字形に予め成形され、容器本体２１の成形時に凹部３の対向壁４に接触して一部が透視可能な背面壁３４を含む容器本体２１の後部３６を形成する。このインサート部品１０の成形材料としては、例えば透明性、耐熱性、耐衝撃性に優れるポリカーボネートに、カーボン、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、金属酸化物、導電性高分子等の添加された材料があげられる。

基板収納容器２０は、図３ないし図７に示すように、オープンボックスタイプで正面視横長の容器本体２１と、この容器本体２１の開口した正面を着脱自在に開閉する横長の蓋体４０と、これら容器本体２１と蓋体４０との間に介在される弾性のガスケット５０とを備え、例えば口径３００ｍｍの半導体ウェーハＷを２枚整列収納する。

容器本体２１や蓋体４０は、例えばポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン等に、カーボン、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属繊維、金属酸化物、導電性高分子等の添加された成形材料により成形される。

容器本体２１は、所定の成形材料を用いた射出成形により不透明のフロントオープンボックスタイプに形成され、正面の長辺と短辺との長さの比が１．６〜２５の範囲とされており、２枚の半導体ウェーハＷの整列収納に足るだけの空間を有している。この容器本体２１は、図３ないし図７に示すように、底面に水平外方向に張り出すボトムプレート２２が一体形成され、このボトムプレート２２の周縁端部が上方に屈曲起立して補強機能を発揮する。

ボトムプレート２２の後部中央と両側部前方には同図に示すように、図示しない半導体の加工装置に対する位置決め用の位置決め溝２３がそれぞれ断面略Ｕ字形あるいは略Ｖ字形に屈曲形成される。また、ボトムプレート２２の後部両側には図３、図５、図６に示すように、蓋体４０のカウンターウェイトやバランサーとして機能するウェイト２４がそれぞれ内蔵される。

ボトムプレート２２の後部中央から側部にかけては、移動体識別装置であるＲＦＩＤシステムを構築するＩＣタグ２５が選択的に装着されるとともに、容器本体２１の洗浄時に機能する複数の水切り孔２６が所定の間隔をおいて穿孔される（図５、図６参照）。これらＩＣタグ２５や水切り孔２６は、必要に応じ、ボトムプレート２２の前部、後部、側部に必要数が配設される。

容器本体２１の天井は、図３、図４、図６、図７に示すように、複数の段差を備えた平面略多角形に形成され、半導体ウェーハＷの後部周縁に対応するよう後部両側がそれぞれ内方向に傾斜形成される。この容器本体２１の天井中心部には、円筒形の被取付リブ２７が立設され、この被取付リブ２７の外周面から略板形の補強リブ２８が起立した状態で半径外方向に複数伸長されるとともに、各補強リブ２８の円柱形を呈した先端部には螺子穴２９が穿孔されており、これら被取付リブ２７と複数の螺子穴２９とには、搬送用の吊持フランジ３０が螺子等の締結具を介し水平に螺着される。

吊持フランジ３０は、平面略三角形の平板に形成され、図示しない搬送機構に上方から着脱自在に把持される。そして、半導体の加工装置のスライド可能な吊持板に嵌合保持されることにより、基板収納容器２０が吊持された状態で加工装置にセットされる。

容器本体２１の正面は、図４、図６、図７に示すように、横長の矩形に開口形成され、内周面の両側部には蓋体４０用の施錠溝３１がそれぞれ縦長に切り欠かれる。この容器本体２１の正面の両側部には、丸い複数の識別孔３２が上下方向に並んだ状態でそれぞれ穿孔され、この複数の識別孔３２に着脱自在の識別体３３が選択的に挿入されることにより、基板収納容器２０のタイプ、半導体ウェーハＷの有無や枚数等が加工装置に識別されることとなる。

識別体３３は、図４に示すように、ポリカーボネート等の所定の合成樹脂を使用してピン形、割りピン形、螺子形、キャップ形等に形成され、加工装置の検出手段、例えば透過式や反射式の光電センサ、フォトセンサ、タッチセンサ等により検出される。

容器本体２１の背面壁３４の一部、例えば背面壁３４の中央部には図５〜図７に示すように、透明の覗き窓３５が略横長の矩形に形成され、この覗き窓３５が看者に活用されることにより、収納された半導体ウェーハＷの有無やその状態が観察される。覗き窓３５は、必要に応じ、円形、楕円形、多角形等に形成される。

容器本体２１の両側壁内面には、半導体ウェーハＷを水平に支持する左右一対のティース３７がそれぞれ形成され、この左右一対のティース３７が上下方向に所定の間隔で複数配列されており、これら複数対のティース３７に半導体ウェーハＷが上下方向に整列して収納される。

各ティース３７は、例えば半導体ウェーハＷの周縁部に沿う平面略半円弧形の平板と、この平板の湾曲した前部内側上に形成される前部中肉領域と、平板の前部外側上に形成されて前部中肉領域の外側、換言すれば、容器本体２１の側壁寄りに位置する前部厚肉領域と、平板の後部上に形成される後部中肉領域とから一体形成される。

このようなティース３７は、前部中肉領域と前部厚肉領域との間に半導体ウェーハ接触用の段差が僅かに形成され、前部中肉領域と後部中肉領域とが半導体ウェーハＷを略水平に支持するとともに、前部厚肉領域が収納された半導体ウェーハＷの飛び出しを防止するストッパとして機能する。係るティース３７の採用により、半導体ウェーハＷの支持搭載位置の精度を向上させ、支持時に半導体ウェーハＷが上下方向に斜めに傾斜するのを有効に防ぐことができる。

蓋体４０は、図３〜図７に示すように、容器本体２１の開口した正面に着脱自在に嵌合される断面略皿形で横長の筐体４１と、この筐体４１の開口した正面を着脱自在に覆う横長の表面プレート４３と、筐体４１に内蔵されて表面プレート４３に被覆される施錠機構とを備えて構成される。筐体４１の裏面には、複数枚の半導体ウェーハＷの前部周縁を弾発的に保持する弾性のフロントリテーナ４２が着脱自在に装着される。

施錠機構は、図示しないが、例えば筐体４１の内部両側に支持片を介し支持されて内外方向にスライドする一対の駆動軸と、各駆動軸の先端部に装着されて容器本体２１の施錠溝３１に干渉する出没可能な係止爪と、各駆動軸の末端部に装着されてその過剰なスライドを規制するストッパと、各駆動軸に嵌通されて係止爪を筐体４１の周壁側部から貫通露出させるコイルバネとを備え、容器本体２１の正面に嵌合した蓋体４０を強固に施錠する。各係止爪の先端部には、容器本体２１の施錠溝３１内に摺接するローラを回転可能に軸支させ、係止爪の接触に伴うパーティクルの発生を防止することができる。

ガスケット５０は、図４に示すように、例えばフッ素ゴムやシリコーンゴム等を使用して弾性変形可能なエンドレスの枠形に成形され、容器本体２１の正面内周部と蓋体４０を構成する筐体４１の周縁部とに挟持され、かつ圧接変形することにより気密機能を発揮し、半導体ウェーハＷの汚染やパーティクルの発生を防止する。

半導体ウェーハＷは、図５に示すように、例えばＩＣチップを効率良く製造することができるよう１２インチの大きさの円板に薄くスライスされ、表面に酸化膜等の膜が選択的に積層形成される。

上記において、基板収納容器２０の容器本体２１を成形する場合には、先ず、容器本体２１の後部３６を形成するインサート部品１０を予め成形して型開きしたコア型６のコア７の先端部に嵌入支持させ、キャビティ型２の凹部３にコア型６を嵌入してインサート部品１０をインサートするとともに、対向壁４の奥にインサート部品１０を接触させ、金型１を型締めする。

こうして金型１を型締めしたら、金型１に溶融した成形材料を射出してインサート部品１０により後部３６が一体形成された中空の容器本体２１を射出成形し、金型１を型締めした状態で保圧・冷却する。そして、金型１のキャビティ型２とコア型６とを型開きした後、容器本体２１を突き出しピンや突き出し板により突き出して落下させたり、専用のロボットで移送すれば、容器本体２１を得ることができる。

上記構成によれば、コア型６のコア７の先端部に支持させたインサート部品１０をキャビティ型２の凹部３に接触させて平坦なコア７の自由な先端部の振動を規制するので、例え流動性の成形材料に射出圧力差が生じても、キャビティ型２に嵌入するコア型６のコア７が煽られたり、撓むことがない。

したがって、成形する容器本体２１の上下左右の肉厚にバラツキの生じることがなく、しかも、コア型６のコア７が揺動して破損するのをきわめて有効に防止することができる。さらに、コア７の先端部にインサート部品１０を単に支持させるのではなく、インサート部品１０を嵌入してその成形時の位置や姿勢を安定させるので、容器本体２１を高品質に成形することができる。

次に、図８、図９は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、中空の容器本体２１と複数対のティース３７とを一体化するのではなく別体とし、成形した容器本体２１に複数対の弾性のティース３７を後から嵌合して組み立てるようにしている。

容器本体２１の内底面の背面側と両側壁内面とには、複数対のティース３７の嵌合用の嵌合溝が連続して凹み形成される。また、複数対のティース３７は、嵌合溝に嵌合して半導体ウェーハＷの側部周縁に沿う左右一対のティース３７が上下に複数配列され、後部同士が嵌合溝に嵌合して覗き窓３５や半導体ウェーハＷの後部周縁との干渉を回避する細長い傾斜した連結片６０により連結されており、平面略Ｕ字形に形成される。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、容器本体２１とティース３７とを別構造にするので、金型１の構成の複雑化を回避したり、各ティース３７の形状の自由度を著しく向上させることができるのは明らかである。

次に、図１０は本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、キャビティ型２の凹部３とインサート部品１０との接触領域に、嵌合可能な複数のずれ防止部７０を形成するとともに、コア７の先端部とインサート部品１０との接触領域に、複数のずれ防止部７０Ａを形成するようにしている。

嵌合可能な複数のずれ防止部７０は、鏡面加工された凹部３に所定の間隔をおいて配列形成される一対の凹部７１と、インサート部品１０に所定の間隔をおいて配列形成される一対の凸部７２とを備え、これら一対の凹部７１と凸部７２とが相互に対向して金型１の型締め時に嵌合するよう機能する。

複数のずれ防止部７０Ａは、コア７の先端部の取り付け位置に所定の間隔をおいて配列形成される一対の凸部７３と、インサート部品１０に所定の間隔をおいて配列形成される一対の凹部７４とを備え、これら一対の凸部７３と凹部７４とが相互に対向して嵌合する。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、相互に嵌合可能な複数のずれ防止部７０・７０Ａを用いるので、断面略Ｕ字形のインサート部品１０のみならず、例え断面略Ｉ字形や板形等の他形状のインサート部品１０を使用しても、コア型６のコア７が煽られたり、撓むのを抑制防止することができるのは明らかである。また、一対の凹部７１と凸部７２との嵌合により、成形材料の射出圧力差に伴うインサート部品１０の揺動を効果的に防止することができるのは明らかである。さらに、一対の凸部７３と凹部７４との嵌合により、インサート部品１０のずれを防いで安定した支持を実現することができる。

なお、上記実施形態ではインサート部品１０により後部３６が形成された容器本体２１を示したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、同様の作用効果を得ることができるのであれば、インサート部品１０により前部や側部等が形成された成形品を成形するようにしても良い。また、インサート部品１０を、容器本体２１の後部３６中央に設けるのではなく、後部３６の二箇所に間隔を空けて設けても良い。また、インサート部品１０を、不透明や半透明の樹脂を含む成形材料によりコア型６のコア７に嵌合可能な形に成形しても良い。

また、容器本体２１に半導体ウェーハＷを１枚あるいは３枚のみ収納するようにしても良い。また、容器本体２１とボトムプレート２２とを一体化しても良いが、別体とすることもできる。また、吊持フランジ３０を平面円形や多角形等に形成したり、容器本体２１の両側部等に着脱自在に装着することもできる。さらに、蓋体４０の施錠機構の係止爪を筐体４１の周壁上部あるいは下部から露出させ、容器本体２１の正面に嵌合した蓋体４０を強固に施錠することもできる。

Claims (6)

1. 金型にインサート部品をインサートして型締めし、この型締めした金型に成形材料を射出してインサート部品により少なくとも外形の一部が形成される中空の成形品を成形する射出成形用金型であって、
   金型は、凹部を有する第一の型と、この第一の型の凹部にコアが嵌め入れられる第二の型とを含み、この第二の型のコアにインサート部品を支持させ、このインサート部品を第一の型の凹部に接触させることにより、成形材料の射出時に第二の型のコアが煽られるのを抑制するようにしたことを特徴とする射出成形用金型。
2. 第一の型の凹部とインサート部品との接触領域に、嵌め合わせ可能なずれ防止部を形成した請求項１記載の射出成形用金型。
3. 第二の型のコアとインサート部品との接触領域に、ずれ防止部を形成した請求項１又は２記載の射出成形用金型。
4. 成形品を、三枚以下の基板を収納可能なフロントオープンボックスタイプの容器本体とし、一部が透視可能な背面壁を含む容器本体の後部をインサート部品により形成するようにした請求項１、２、又は３記載の射出成形用金型。
5. インサート部品を、透明性の樹脂を含む成形材料により第二の型のコアに嵌め合わせ可能な形状に成形した請求項１ないし４いずれかに記載の射出成形用金型。
6. 請求項１ないし５いずれかに記載の射出成形用金型を用い、インサート部品により少なくとも外形の一部が形成された中空の成形品を成形することを特徴とする射出成形方法。
   

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