IT精密機械清洗劑的清洗機能

Fujii Shigeo

（花王株式會社電子材料營業部，日本，999001）

1 花王公司的硬盤用研磨液、清洗劑系列

1.1 硬盤在信息化社會中的作用

信息化社會的概念最早出現于1960s前期，1990s后期人們開始感受到個人電腦（PC）、互聯網等的普及對信息化社會帶來的沖擊。1956年硬盤（HD）首次用于商業記錄裝置，1990年中期HD被PC廣泛采用，之后，HD的使用范圍擴展至錄像機等家庭電氣產品，成為日常生活的常用品。HD與信息化社會的發達有著密切的聯系。最近，有人提出物聯網（Internet of Things：IoT）社會已經到來，通過互聯網交換海量數據（大數據）；利用數據分析預測交通擁堵和天氣預報，在發生災害時做出正確的處理及在醫療領域等大范圍內創造了前所未有的嶄新價值，是對更加豐富的高度信息化社會的一次革新。HD是交換大數據的主要裝置。

1.2 HD裝置概述與研磨液、清洗劑的使用過程

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HD基板高速旋轉的馬達組成的（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玻璃和鋁合金2種，非晶態玻璃主要用于移動產品，除此以外的產品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，再對基板鋁合金兩面進行粗研磨、細研磨加工，同時反復清洗基板，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，經過媒介化工序，在加工成鏡面的基板上形成鍍鈷合金磁性層和碳保護層、潤滑層后，嵌入到HD驅動裝置中。

圖1 HD內部裝置的照片

圖2 HD基板制造的研磨、清洗工程圖

花王株式會社向HD市場提供了粗研磨及細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，花王株式會社敏銳地捕捉到HD記錄方式的新變化（由水平記錄轉向垂直記錄方式），正式把“Memolead”作為一個系列展開。

現在，為了拓展HD基板的使用范圍，滿足從常規用途到可靠性最為嚴苛的商業用各種HD基板的制造，花王株式會社電子材料營業部研制的“Memolead”系列可以說對現在的高度信息化社會發揮了重要作用，承擔了應有的責任和義務。

1.3 花王株式會社的HD研磨液、清洗劑技術與特點

現在公認的最先進的模型是數百萬兆（TB）容量的HD裝載有數枚約1TB的記錄容量的HD基板。數據的記錄再生，從時速100km的高速旋轉的HD基板表面，到僅上浮1nm的狀態，進行數據的交換（圖3）。假如基板上存在的異物超過該上浮高度，磁頭就會與異物以時速100km的速度發生撞擊。反復撞擊之下磁頭就會損壞，無法行使記錄再生機能。特別是商業服務器中使用的HD裝置，要求連續運行數據讀寫數年也不能停止一次，因此，制造沒有缺陷的HD基板成為重中之重。此外，基板的平滑性（表面粗糙度）是保證數據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），見圖4。

HD用研磨液中的研磨顆粒越細小，基板平滑性就越高，但平滑化所需時間會導致生產率降低。花王株式會社電子材料的研究人員在自主開發的納米尺寸研磨顆粒基礎上，結合了既考慮到被研磨面的表面特性，又很均一的蝕刻方法，成功研制出高生產率與世界最高水平平滑性（高品質）兼具的細加工研磨液。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/磁頭碰撞的危險性，研發出使用微粒子硅的新型粗研磨液。在清洗劑方面，則利用研磨液開發及精密清洗劑“clean through”的協同作用，與研磨液一樣，清洗劑的清潔性同樣達到了世界最高水平。

圖3 磁記錄的結構與磁頭上浮量

圖4 用原子力顯微鏡（AFM）比較基板間的粗糙度

1.4 面向更新技術的開發

今天，據說全球必需信息記錄量約為1500EB，4年后的2020年預計將會達到目前的2倍多。今后，要繼續推進、切磋研磨液、清洗劑的創新技術研發，為高度信息化社會作出貢獻，也希望該項技術能被用于其他領域。

2 日本三洋化成工業株式會社的水系清洗劑“Chemiclean”

智能手機、筆記本電腦、服務器等IT互聯網的構成設備中，都安裝有半導體和硬盤驅動器等精密部件。本文就這些精密部件加工過程中不可或缺的精密清洗機能進行說明。

2.1 “清潔”決定精密部件的可靠性

IT機器和通信網絡中都在使用半導體、硬盤驅動器（HDD）等精密部件。構成精密部件的零件非常小，因為必須經過高精度的精密加工，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”是一項不可缺少工序。為此，加工精密部件時，除了必須除去研磨過程中產生的研磨材料、研磨碎片外，還要徹底去除冷卻油（切削油等），以及來自空氣中漂浮的灰塵等環境異物。

半導體主要用于日常生活中的家電產品等電子設備，是IT網絡領域中智能手機和電腦的核心部件，主要用于閃存卡等記憶媒介和CPU（運算裝置）等。HDD大多數用于電腦的記憶媒介，最近，其用途正向云處理數據庫服務器轉移。

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。對于油污清洗，精密部件的清洗原理與餐具、衣物的清洗并無二致，其原理都是清洗劑進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備上，因此，對于精密部件的清洗精度要求會更高。

特別是HDD，要求清洗水平達到1個粒子也不能殘留的“清潔”水平。之所以要求如此嚴格，是因為HDD的磁頭與碟片表面之間的間隙僅有區區10nm，該間隙中絕對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的話，所要求清洗干凈的間隙如同客機在距離地面0.5mm的高度進行超低空飛行一樣微小。

硬盤基板和半導體清洗使用的是水系清洗劑，隨著硬盤基板和半導體設備的小型化、高性能化，對于清洗劑的性能要求會越來越高。

表1 日本三洋化成工業株式會社主要的精密部件用水系清洗劑

2.3 硬盤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，但同時帶來氧化導致的設備腐蝕和變色問題，以及由清洗劑成分殘留導致的污垢等問題。因此，需要開發能防止氧化的pH調節、易溶于水且不會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、堿等成分構成的，使用時應根據清洗對象和清洗工序，區別使用堿性清洗劑、中性清洗劑、酸性清洗劑等種類。

隨著HDD的小型化、高機能化，硬盤基板的高密度化正在逐步推進。日本三洋化成工業株式會社接受研磨粒子和研磨碎片的尺寸越來越小的事實，開發了清洗性更高的清洗劑。在高清洗性清洗劑的開發過程中，日本三洋化成工業株式會社還確立了防止氧化和表面清潔化的高度表面控制技術，以及微小灰塵和污垢等的分析評價技術。

2.4 用途更廣的三洋化成精密部件清洗劑

日本三洋化成工業株式會社向市場提供的水系清洗劑“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異的潤濕性、浸透性與抗再吸附性，客戶對該系列清洗劑的評價很高，市場反映強烈。由于這些產品專用于精密部件的清洗，因此，它是為具有等級1000的清潔設備的生產設備制造的。

近幾年來，為滿足不斷變化的市場需求，利用硬盤基板清洗過程中開發的表面控制技術和評價技術，日本三洋化成工業株式會社進一步研制出微細化的半導體制造工藝使用的抗剝離劑和金屬蝕刻劑。今后，將進一步推動精密清洗機能產品的開發，希望為IT網絡的發展不斷做出貢獻。