Fujii Shigeo

（花王株式會(huì)社電子材料營(yíng)業(yè)部，日本，999001）

1 花王公司的硬盤(pán)用研磨液、清洗劑系列

1.1 硬盤(pán)在信息化社會(huì)中的作用

信息化社會(huì)的概念最早出現(xiàn)于1960s前期，1990s后期人們開(kāi)始感受到個(gè)人電腦（PC）、互聯(lián)網(wǎng)等的普及對(duì)信息化社會(huì)帶來(lái)的沖擊。1956年硬盤(pán)（HD）首次用于商業(yè)記錄裝置，1990年中期HD被PC廣泛采用，之后，HD的使用范圍擴(kuò)展至錄像機(jī)等家庭電氣產(chǎn)品，成為日常生活的常用品。HD與信息化社會(huì)的發(fā)達(dá)有著密切的聯(lián)系。最近，有人提出物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things：IoT）社會(huì)已經(jīng)到來(lái)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)交換海量數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)）；利用數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)交通擁堵和天氣預(yù)報(bào)，在發(fā)生災(zāi)害時(shí)做出正確的處理及在醫(yī)療領(lǐng)域等大范圍內(nèi)創(chuàng)造了前所未有的嶄新價(jià)值，是對(duì)更加豐富的高度信息化社會(huì)的一次革新。HD是交換大數(shù)據(jù)的主要裝置。

1.2 HD裝置概述與研磨液、清洗劑的使用過(guò)程

HD是利用磁性記錄再生信息的裝置，它是由直徑在7～10cm的圓形碟片（HD基板）、磁頭和帶動(dòng)HD基板高速旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)組成的（圖1），圓形碟片表面是一層鐵磁性記錄涂層。HD基板材料主要有非晶態(tài)玻璃和鋁合金2種，非晶態(tài)玻璃主要用于移動(dòng)產(chǎn)品，除此以外的產(chǎn)品HD基板材料幾乎使用的都是鋁合金。鋁合金HD基板的制作如圖2所示，它是將鋁合金基板沖切成“甜甜圈形”，兩面表層鍍有10多m m的鎳磷合金鍍層，以增加HD表面硬度。然后，再對(duì)基板鋁合金兩面進(jìn)行粗研磨、細(xì)研磨加工，同時(shí)反復(fù)清洗基板，加工好的鋁合金基板是超平滑、超清潔的鏡面，表面沒(méi)有缺陷，灰塵等附著物極少，這就是制造好的磁性層形成前的基板。接著，經(jīng)過(guò)媒介化工序，在加工成鏡面的基板上形成鍍鈷合金磁性層和碳保護(hù)層、潤(rùn)滑層后，嵌入到HD驅(qū)動(dòng)裝置中。

圖1 HD內(nèi)部裝置的照片

圖2 HD基板制造的研磨、清洗工程圖

花王株式會(huì)社向HD市場(chǎng)提供了粗研磨及細(xì)研磨工序中使用的研磨液和清洗劑，以及用于磁性層形成前的精密清洗工序中使用的清洗劑。研磨液于2001年面世，清洗劑作為精密清洗劑品牌“clean through”的一部分使用。2007年，花王株式會(huì)社敏銳地捕捉到HD記錄方式的新變化（由水平記錄轉(zhuǎn)向垂直記錄方式），正式把“Memolead”作為一個(gè)系列展開(kāi)。

現(xiàn)在，為了拓展HD基板的使用范圍，滿足從常規(guī)用途到可靠性最為嚴(yán)苛的商業(yè)用各種HD基板的制造，花王株式會(huì)社電子材料營(yíng)業(yè)部研制的“Memolead”系列可以說(shuō)對(duì)現(xiàn)在的高度信息化社會(huì)發(fā)揮了重要作用，承擔(dān)了應(yīng)有的責(zé)任和義務(wù)。

1.3 花王株式會(huì)社的HD研磨液、清洗劑技術(shù)與特點(diǎn)

現(xiàn)在公認(rèn)的最先進(jìn)的模型是數(shù)百萬(wàn)兆（TB）容量的HD裝載有數(shù)枚約1TB的記錄容量的HD基板。數(shù)據(jù)的記錄再生，從時(shí)速100km的高速旋轉(zhuǎn)的HD基板表面，到僅上浮1nm的狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換（圖3）。假如基板上存在的異物超過(guò)該上浮高度，磁頭就會(huì)與異物以時(shí)速100km的速度發(fā)生撞擊。反復(fù)撞擊之下磁頭就會(huì)損壞，無(wú)法行使記錄再生機(jī)能。特別是商業(yè)服務(wù)器中使用的HD裝置，要求連續(xù)運(yùn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)數(shù)年也不能停止一次，因此，制造沒(méi)有缺陷的HD基板成為重中之重。此外，基板的平滑性（表面粗糙度）是保證數(shù)據(jù)高安全性的重要因素，基板的粗糙度必須控制在基板表面上浮高度的十分之一左右（0.1nm），見(jiàn)圖4。

HD用研磨液中的研磨顆粒越細(xì)小，基板平滑性就越高，但平滑化所需時(shí)間會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。花王株式會(huì)社電子材料的研究人員在自主開(kāi)發(fā)的納米尺寸研磨顆?；A(chǔ)上，結(jié)合了既考慮到被研磨面的表面特性，又很均一的蝕刻方法，成功研制出高生產(chǎn)率與世界最高水平平滑性（高品質(zhì)）兼具的細(xì)加工研磨液。粗研磨液的研磨顆粒通常為氧化鋁，最近幾年，人們考慮到氧化鋁研磨顆粒的殘留性/磁頭碰撞的危險(xiǎn)性，研發(fā)出使用微粒子硅的新型粗研磨液。在清洗劑方面，則利用研磨液開(kāi)發(fā)及精密清洗劑“clean through”的協(xié)同作用，與研磨液一樣，清洗劑的清潔性同樣達(dá)到了世界最高水平。

圖3 磁記錄的結(jié)構(gòu)與磁頭上浮量

圖4 用原子力顯微鏡（AFM）比較基板間的粗糙度

1.4 面向更新技術(shù)的開(kāi)發(fā)

今天，據(jù)說(shuō)全球必需信息記錄量約為1500EB，4年后的2020年預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)到目前的2倍多。今后，要繼續(xù)推進(jìn)、切磋研磨液、清洗劑的創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，為高度信息化社會(huì)作出貢獻(xiàn)，也希望該項(xiàng)技術(shù)能被用于其他領(lǐng)域。

2 日本三洋化成工業(yè)株式會(huì)社的水系清洗劑“Chemiclean”

智能手機(jī)、筆記本電腦、服務(wù)器等IT互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成設(shè)備中，都安裝有半導(dǎo)體和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等精密部件。本文就這些精密部件加工過(guò)程中不可或缺的精密清洗機(jī)能進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 “清潔”決定精密部件的可靠性

IT機(jī)器和通信網(wǎng)絡(luò)中都在使用半導(dǎo)體、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（HDD）等精密部件。構(gòu)成精密部件的零件非常小，因?yàn)楸仨毥?jīng)過(guò)高精度的精密加工，因此，少量灰塵和污垢就能引起致命缺陷。為了保證制品可靠性，“清潔”是一項(xiàng)不可缺少工序。為此，加工精密部件時(shí)，除了必須除去研磨過(guò)程中產(chǎn)生的研磨材料、研磨碎片外，還要徹底去除冷卻油（切削油等），以及來(lái)自空氣中漂浮的灰塵等環(huán)境異物。

半導(dǎo)體主要用于日常生活中的家電產(chǎn)品等電子設(shè)備，是IT網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中智能手機(jī)和電腦的核心部件，主要用于閃存卡等記憶媒介和CPU（運(yùn)算裝置）等。HDD大多數(shù)用于電腦的記憶媒介，最近，其用途正向云處理數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器轉(zhuǎn)移。

2.2 原理相同、清洗水平各異

將污垢去除干凈是清洗的必要功能。對(duì)于油污清洗，精密部件的清洗原理與餐具、衣物的清洗并無(wú)二致，其原理都是清洗劑進(jìn)入污垢載體的縫隙剝離污垢，使污垢乳化、分散，并且防止污垢再次附著到污垢載體上。但是，精密部件所要求的清洗水平與餐具及衣物的清洗水平差別巨大。污垢和灰塵越小，越難清除，而且還容易再次附著在設(shè)備上，因此，對(duì)于精密部件的清洗精度要求會(huì)更高。

特別是HDD，要求清洗水平達(dá)到1個(gè)粒子也不能殘留的“清潔”水平。之所以要求如此嚴(yán)格，是因?yàn)镠DD的磁頭與碟片表面之間的間隙僅有區(qū)區(qū)10nm，該間隙中絕對(duì)不允許有污垢和異物殘留。如果將磁頭換作大型噴氣式客機(jī)的話，所要求清洗干凈的間隙如同客機(jī)在距離地面0.5mm的高度進(jìn)行超低空飛行一樣微小。

硬盤(pán)基板和半導(dǎo)體清洗使用的是水系清洗劑，隨著硬盤(pán)基板和半導(dǎo)體設(shè)備的小型化、高性能化，對(duì)于清洗劑的性能要求會(huì)越來(lái)越高。

表1 日本三洋化成工業(yè)株式會(huì)社主要的精密部件用水系清洗劑

2.3 硬盤(pán)基板清洗孕育出的高科技

水系清洗能夠去除加工油和研磨碎片等污垢，但同時(shí)帶來(lái)氧化導(dǎo)致的設(shè)備腐蝕和變色問(wèn)題，以及由清洗劑成分殘留導(dǎo)致的污垢等問(wèn)題。因此，需要開(kāi)發(fā)能防止氧化的pH調(diào)節(jié)、易溶于水且不會(huì)殘留等的清洗劑配方。水系清洗使用的水系清洗劑是由表面活性劑和酸、堿等成分構(gòu)成的，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)清洗對(duì)象和清洗工序，區(qū)別使用堿性清洗劑、中性清洗劑、酸性清洗劑等種類(lèi)。

隨著HDD的小型化、高機(jī)能化，硬盤(pán)基板的高密度化正在逐步推進(jìn)。日本三洋化成工業(yè)株式會(huì)社接受研磨粒子和研磨碎片的尺寸越來(lái)越小的事實(shí)，開(kāi)發(fā)了清洗性更高的清洗劑。在高清洗性清洗劑的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，日本三洋化成工業(yè)株式會(huì)社還確立了防止氧化和表面清潔化的高度表面控制技術(shù)，以及微小灰塵和污垢等的分析評(píng)價(jià)技術(shù)。

2.4 用途更廣的三洋化成精密部件清洗劑

日本三洋化成工業(yè)株式會(huì)社向市場(chǎng)提供的水系清洗劑“Chemiclean”（表1），是適合于精密部件加工的清洗劑系列。該公司提供的清洗劑具有優(yōu)異的潤(rùn)濕性、浸透性與抗再吸附性，客戶對(duì)該系列清洗劑的評(píng)價(jià)很高，市場(chǎng)反映強(qiáng)烈。由于這些產(chǎn)品專(zhuān)用于精密部件的清洗，因此，它是為具有等級(jí)1000的清潔設(shè)備的生產(chǎn)設(shè)備制造的。

近幾年來(lái)，為滿足不斷變化的市場(chǎng)需求，利用硬盤(pán)基板清洗過(guò)程中開(kāi)發(fā)的表面控制技術(shù)和評(píng)價(jià)技術(shù)，日本三洋化成工業(yè)株式會(huì)社進(jìn)一步研制出微細(xì)化的半導(dǎo)體制造工藝使用的抗剝離劑和金屬蝕刻劑。今后，將進(jìn)一步推動(dòng)精密清洗機(jī)能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，希望為IT網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展不斷做出貢獻(xiàn)。