运输箱 本发明涉及一种半导体晶片的运输载体，特别是关于一种存贮和运输晶片的可密封的容器。
多年来，在半导体制造行业广泛采用称为运输箱的可密封的附件，来实现在各生产阶段之间和／或各设施之间半导体晶片的存贮和运输。众所周知，半导体晶片特别容易受到污染物例如微粒的损害。因此，在半导体晶片被存贮和加工装入电路的保洁室和其他环境条件下，为了消除污染物的损害需要采取特别的防护措施。
目前一般采用SMIF(标准化机械接合面)式箱来为200MM或更小尺寸的晶片提供清洁密封的微环境。这种公知箱的结构实例参见US-4，532，970和4，534，389。这种SMIF箱通常具有透明的箱式外壳，外壳的下部带有门框或限定一个敞开的底面的边缘和一个可锁住的门。所述门框夹紧在加工设备上，该加工设备上的一个门和关闭敞开的底面的下部SMIF箱门从外壳同时向下，进入所述加工设备内地密封的加工环境。在SMIF箱门内侧的顶表面上形成有独立的带有晶片的H-条运输载体，它与箱门同时向下，用于所述晶片的进入和加工。在这种小箱中，当存贮和运输晶片时，晶片的重量直接作用在门上。
当前半导体制造行业越来越致力于利用较大和较重的晶片，特别是300MM的晶片。根据新的工业标准，用于运输这种晶片的载体不是从箱体下面开门，而是从前面开门，通过前门放入和取出晶片。晶片的重量不再由门支撑，而是由包括透明塑料外壳(例如聚碳酸酯)和其他组件形成的容器支撑，容器是用产生低粒子的塑料(例如聚醚酮醚(POLYETHERETHERKETONE))注塑制成的。这种容器通常是由多个部件共同安装在一起构成的。
在处理和加工半导体晶片过程中，产生的静电是一直需要关注的问题，静态放电会损害和毁坏半导体晶片。因此，必须采取措施使任何可能导致静态放电的电位差尽可能小。常规的H-条运输载体是由普通的静态消散材料制成的，例如充填有聚醚酮醚(PEEK)和聚碳酸酯(PC)的碳。
用于300MM组件的新的工业标准要求机器界面，例如运动偶合在该组件的底面上，以便使该组件能够重复性地和精确地与相关的加工设备对齐。这样就允许机械手装置将门安装到该组件的前面、打开门和以一定精确度放入和取出水平放置的晶片。特别关键的是将晶片放置到特定的高度上和相应于设备机器界面定位，使晶片不会在机械手取出和放入晶片时遭到损害。
由于注塑中的不一致性，这些组装的塑料散件存在不一致性，导致在这些部件之间存在开缝，每个单独的部件的公差累积使组装的组件的临界尺寸可能产生不希望的变化。
公知的前面开门的300MM运输箱由多个部件组成，包括在机器接合面和晶片支撑体之间的多个部件。这导致在制造运输箱过程中很难保证在晶片平面和机器接合面之间具有可容许的公差。另外，这种组件具有一条接地的通路，从晶片架到机器接合面，途经几个带有螺钉的不同的部件。
300MM晶片在尺寸上和重量上都大于200MM晶片，因此需要利用结构更结实的运输箱成批运输晶片。一般对于200MM晶片的SMIF箱组件，通过抓住外壳上门框和门的接缝处的下边缘，能够人工运输。为此，对于底部开口的运输箱，在外壳的顶部设置了操作手柄。为了运输300MM晶片的更大、更重的庞大组件，最好还提供侧面手柄。对于特定的用途，可以利用机械手装置移动300MM组件，无需安装任何手动操作箱体的手柄等装置，这时用自动提升凸缘代替人工的操作手柄。
此外，由于晶片易于受潮或受到粒子和其他污物的污染，应使进入箱体内部的入口数量尽可能少。尽量避免在塑料箱体的内部和外部之间存在通道或开裂，例如在固定件之处或在分立部件接缝之处。任何必要的通道必须被充分地密封。
而且，在半导体晶片容器或箱内的任何位置不希望采用金属的固定件或其他金属部件。当金属部件磨损或擦伤时，非常容易产生破坏性的微粒。在安装组件时采用固定件容易引起磨损或擦伤。因此应避免使用金属固定件或金属部件组装晶片运输箱。
前开口式晶片运输箱包括一个具有透明外壳的容器，和一个中央支撑结构，它带有一个位于运输箱底面上的机器接合面和在所述容器内向上延伸的用于支撑晶片的整体式晶片支撑柱。另外，上述外壳的侧壁带有凹进部分，其上具有与可拆卸手柄上的配合件相配合的配合件。这个手柄采用棘爪在箱体的侧壁上的凹进部分内锁定就位。将手柄附着在侧壁上无需打通该箱体的内外壁。
本发明的特点和优点在于：各部件不存在相对于机器接合面高度和晶片架上的晶片高度的公差累积现象。一般由多个部件形成上述的机器接合面高度和晶片高度，每个部件各带有加工公差，当这些部件组装成晶片运输箱时，这些公差累积。这种现象将导致单个部件的较高的报废率和／或组装箱的平面的较高的报废率。而本发明采用单个的集成部件形成机器接合面和晶片支撑件。
本发明的另一个优点是提供了无间断的接地通道，从每个晶片支撑架延伸到所述的机器接合面。
本发明的又一个优点是承载晶片的中央支撑结构通过下开口安装在外壳上，并且该中央支撑结构相对于所述外壳旋转固定就位。这种固定不需用金属固定件。
另外，中央支撑结构通过顶部并锁定在外壳上，该顶部具有一个伸入外壳顶部开口内的安装环和与中央支撑结构的顶部滑动配合并因此将中央支撑结构非旋转地锁定到外壳上的自动提升凸缘。这里同样无需金属固定件。
本发明的又一个目的和优点是箱体内外之间的缝隙或开口采用例如高弹密封材料进行密封。这些缝隙或开口不象前门的形状，由于它们是圆环形的，因此密封环为O形环。
本发明的另一目的和优点是在箱体上可以增加和卸下手柄，而且无需金属安装件或其他分立的固定件，也无需在箱体侧壁上开口或留缝隙。
本发明的另一目的和优点是当需要清扫和／或维修更换部件时，易于拆卸零部件。
图1是本发明的运输箱体的透视图，
图2是本发明的一个运输箱实施例的容器箱体的透视图，
图3是本发明的运输箱门的内面板的实施例的透视图，
图4是表示运输箱各个组件的分解视图，
图5是该运输箱的容器部分的透视图，
图6是引入结构的透视图，
图7是容器部分的外壳的底视图，
图8是中央支撑结构的顶部平面视图，
图9是沿图8的剖线9-9剖开的剖视图，
图10是沿图7的剖线10-10剖开的剖视图，
图11是中央支撑结构的顶部的前立面视图，
图12是包括机械手凸缘的第二连接件的前立面视图，
图13是沿图8的剖线13-13剖开的剖视图，
图14是手柄的前立面视图，
图15是手柄的侧立面视图，
图16是具有容纳手柄的凹进部分的外壳的侧立面视图，
图17是沿图16的剖线17-17剖开的剖视图，
图18是本发明又一实施例的立面视图，集中表示手柄和容纳手柄的凹进部分，
图19是沿图18的剖线19-19剖开的剖视图，
图20是沿图18的剖线20-20剖开的剖视图，
图21是手柄的又一实施例的箱体部分的侧立面视图，
图22是该手柄的侧立面视图，
图23是沿图21的剖线23-23剖开的剖视图，
图24是沿图21的剖线24-24剖开的剖视图。
现参照图1、2和3，图中晶片运输箱用标号20表示，它主要包括一个容器部分22和一个门24。容器部分包括一个自动提升凸缘26和手动提升手柄28。门24上带有手动打开的手柄30和一个钥匙孔32，通过它自动操纵装置能够打开门。图2表示容器部分和其敞开的内部36，在所述敞开的内部成批支撑和存放着多个晶片38。图3表示门的侧表面40。这种门带有一对晶片减震器42，当门就位后，起到固定晶片和减震作用。晶片减震器由弹性注塑材料制成的柔性齿44。门24安装在容器22上的门框46上，插销48从门板50上伸缩，与门框46上的凹坑54相互啮合。门24带有图中未示出的一对内部锁定机构，它们各自独立通过手动门手柄30或钥匙孔32操作。图3也表示一个加工设备55，它的自动操纵接合面56与晶片运输箱20相互配合。
参见图4，这是运输箱详细结构和各种组件的立面视图。容器部分22主要由外壳58和中央支撑结构60构成。
外壳58的顶部64具有一个开口70、一个带有下开口70的底面68、一个敞开的前侧72、一个左侧壁74、一个右侧壁76，它们都带有朝内凹进的凹坑78式的手柄接收部分。这个凹坑朝内突出，但是在容器的内部74和外部之间没有裂缝、开口或开孔。这些侧壁是连续的和牢固的。手柄接收部分包括形成在侧壁上的内凹平面区80。
中央支撑结构60包括一底面，它构形成板状的设备配合面并具有三个包括运动偶合联接的接合结构88。一对晶片支撑柱92与设备配合面86整体形成，每个柱包括多个支架94，这对支架限定了一个晶片接收区95。每个支架带有晶片存放部分96。晶片支撑柱92与顶部100也整体形成，顶部100上的横跨件101在支撑柱92的顶部98之间延伸，其上包括一个第一连接件104。
中央支撑结构60向上伸入外壳58的下开口70内部，第一连接件向上穿过外壳58顶部64上的开口66。第二连接件106滑入第一连接件104，将中央支撑结构60保持在外壳内。第二连接件106为凸缘形状，与自动提升手柄108整体形成。外壳还包括第一啮合件112，它是支撑结构啮合区113的一部分，与在中央支撑结构60上的外壳啮合区115的第二啮合件114相互啮合。这些相互啮合件也起到将中央支撑结构固定到外壳内部的作用。第一O形环118在中央支撑结构的顶部100和外壳的顶部64之间啮合形成密封。类似地，第二O形环120实现在设备配合面86和架子底面68之间的密封。参见图5，图中示出拆去了门24的运输箱20敞开的内部36和各种内部结构。这个特定的实施例采用引入结构122，该引入结构与在侧壁74、76上的内表面130上的导轨124、126相互啮合形成整体。如图6所示，每个引入结构采用窄长的啮合件136安装在导轨124、126内。引入结构122带有齿138，由这些齿形成了槽140，它们基本上与晶片支撑柱92的架子94上形成的槽142平行并且相关。当手动插入晶片(而不是自动插入)时，一般需要用引入结构引导，当将多个晶片逐一送入和从运输箱取出时，引入结构122也可以展开支撑每个晶片。
从图4、5和图8可以清楚看出，中央支撑结构的下部包括一个设备配合面86，它具有一个平坦的顶部表面170和一个过渡到较低平面176的台阶174。应注意，这个较低平面面对外壳58底部68上的朝内延伸的部分180，这个朝内延伸的部分180并不象弦那样均匀地延伸经过下面的公用环形开口70；一个嵌入部分184允许中央支撑结构60滑动旋转调整位置，脱离其完全校直的位置，以便将第二啮合件插入在架子上的第一啮合件112的中间位置。中央支撑结构60可以部分地旋转到图5所示的位置。
参见图4、8、11和12，图中示出了在中央支撑结构60的顶部100和外壳58之间连接的一些部件和组件的细节。顶部100带有一对第一连接件104，它的横截面为T形，这从图11可看出。第一连接件104与第二连接件106中的同样具有T形横截面的槽186相互啮合，并插入其中，第二连接件106是自动提升凸缘108的一部分。当中央支撑结构60插入外壳58就位并旋转到适当的校直的位置上后，顶部100的套环或轴颈环188延伸经过开口66，并且面对着限定所述开口的内边缘190。较小的O形环118嵌入所述轴颈环188上的O形槽194内，并在内边缘190处与外壳形成密封。图11中的点划线表示外壳58的顶部64面对着中央支撑结构60的顶部的轴颈环188的关系。因此，当第二连接件106与第一连接件104相互啮合时，外壳58的顶部64被夹在所述第一连接件106和中央支撑结构的顶部之间。通过图4所示的在外壳58顶部的顶表面203上的定位器或定位螺母202，可将第二连接件106锁定到第一连接件104上。此外，螺钉206穿过自动升降凸缘108和第二连接件106，然后套入第一连接件上的螺孔208内。这种螺钉不采用金属材料，可选用适当的尼龙材料。
从图4、5和图8可以清楚地看出设备配合面86的形态，它包括一个由设备啮合区88形成的运动偶合90。参见图13，这是关于这种结构的横截面图，下表面220包括一对形成一凹槽225的斜面222和224，它与图中未示出的设备的部分球形的表面相互啮合。或者，中央支撑结构60的配合面部分包括三个部分球形的表面，共同工作的设备包括由斜面形成的槽。或者，设备配合面86包括能够与相关的设备相配合的另外的造形和特征。
参见图2、14、15、16和17，图中展示了可拆卸的手动提升手柄28的结构和组件的细节。该手柄包括把手240和外壳啮合部件242。这种外壳啮合部件的弹性部分244上带有卡销246和制动块248。卡销246的楔形部分250便于将手柄安装到凹槽78中，并且能够在外壳58上的第二啮合结构254下面旋转。所述的第二啮合结构254包括一对形状如导向条的朝内延伸的部件255，当所述的手柄处于在凹槽78内的锁定位置时，导向条与手柄啮合部件242上的延伸件258相对应。在这个锁定位置，卡销246和制动块248是处于导向条255的相对端上。凹槽78由一个平坦的表面262和与该表面整体构成的圆环形凹槽的环形壁264及外壳表面所围成。这个导向件255与所述的环形壁264形成一个整体，并且从所述环形壁264伸出。这种结构为简易安装放置手柄28到凹槽78内的操作提供了便利条件，如图16所示，首先将导向件255的向外延伸部分过渡性定位，然后沿着顺时针方向转动带有第一啮合结构的手柄，带有卡销246的延伸件258在导向件带动下转动，直到卡销246卡入其静止位置269为止，在该位置上制动器248也处于其相关的静止位置270。
显然，当需要清扫或存取时，或者选择自动操作无需使用手柄时，这种特殊结构设计非常易于拆卸和安装手柄。另外这种设计不影响运输箱内外之间的组件的整体性。换句话说，无需采用侧壁上开口、开缝或紧固措施来实现手柄到所述外壳的连接。
下面参照图18，啮合结构275如图所示可以采用另一个可拆卸手柄的实施例形式。这个实施例也利用一个在侧壁上朝内延伸的凹槽78，在所述凹槽的底部具有一个平坦的部分262。一个槽壁或边缘274围绕着该凹槽，它与平坦的部分262和侧壁274共同形成所述的凹槽。四个调整片构成的第一啮合件276从凹槽壁274朝内延伸。手动提升手柄28包括把手240和啮合部分254，后者由平坦部分277和带有卡销284的弹性柔韧件组成。手柄28插入凹槽78内，于是弹性件280处于四个调整片276的中间位置，然后手柄滑动到左边，促使卡销在调整片作用下滑动，直到达到其如图18所示的锁定位置。同样，这种结构设计不破坏运输箱侧壁的整体性，即不会分离箱体内外形成薄弱点。还可以利用其他结构设计达到同样的目的，例如手柄带有卡销式啮合件。卡销的采用提高了放置和拆卸手柄操作的灵活性，例如根据操作人的需要，允许改变不同尺寸的手柄。
外壳的材料最好采用聚醚酮醚(POLYETHERIMIDE)或聚碳酸酯等经过注塑制成。中央支撑结构也最好整体注塑制成，可以在碳纤维中填入PEEK或类似材料，最好具有静态耗散特性。手柄可以采用聚碳酸酯或聚醚酮醚注塑制成。包括自动提升手柄的顶部第二连接件也可以由填入PEEK的碳纤维或其他静态耗散的注塑材料制成。
将门安装定位的机构可以有多种选择，例如美国Anthony C．Bonora等人的US-4，995，430专利中所示的机构或其他类似的机构。
参见图19和20，这是图18的外壳和手柄部件的截面视图。这里卡销284包括斜坡形的部件250，起协助啮合件276插入的作用。参见图21、22、23和24，表示手柄和外壳上与手柄相互适配部件的结构的补充实施例。在这个特定实施例中，卡销300是由外壳的侧壁上的凹平面304伸出，这个卡销一般包括一对带有角度的或斜坡形的部件308，它们的大小必须与相关的带有圆形开孔314的第二啮合件312相互匹配。
本发明还可以在不脱离本发明的基本原理或发明主题的前提下以各种不同形式实施；因此，可认为本发明并不局限于上面结合附图所描述的实施例，也就是说，本发明的保护范围不取决于上面的实施例描述，而是由后面所附的权利要求书确定。