IT精密机械清洗剂的清洗机能

Fujii Shigeo

（花王株式会社电子材料营业部，日本，999001）

1 花王公司的硬盘用研磨液、清洗剂系列

1.1 硬盘在信息化社会中的作用

信息化社会的概念最早出现于1960s前期，1990s后期人们开始感受到个人电脑（PC）、互联网等的普及对信息化社会带来的冲击。1956年硬盘（HD）首次用于商业记录装置，1990年中期HD被PC广泛采用，之后，HD的使用范围扩展至录像机等家庭电气产品，成为日常生活的常用品。HD与信息化社会的发达有着密切的联系。最近，有人提出物联网（Internet of Things：IoT）社会已经到来，通过互联网交换海量数据（大数据）；利用数据分析预测交通拥堵和天气预报，在发生灾害时做出正确的处理及在医疗领域等大范围内创造了前所未有的崭新价值，是对更加丰富的高度信息化社会的一次革新。HD是交换大数据的主要装置。

1.2 HD装置概述与研磨液、清洗剂的使用过程

HD是利用磁性记录再生信息的装置，它是由直径在7～10cm的圆形碟片（HD基板）、磁头和带动HD基板高速旋转的马达组成的（图1），圆形碟片表面是一层铁磁性记录涂层。HD基板材料主要有非晶态玻璃和铝合金2种，非晶态玻璃主要用于移动产品，除此以外的产品HD基板材料几乎使用的都是铝合金。铝合金HD基板的制作如图2所示，它是将铝合金基板冲切成“甜甜圈形”，两面表层镀有10多m m的镍磷合金镀层，以增加HD表面硬度。然后，再对基板铝合金两面进行粗研磨、细研磨加工，同时反复清洗基板，加工好的铝合金基板是超平滑、超清洁的镜面，表面没有缺陷，灰尘等附着物极少，这就是制造好的磁性层形成前的基板。接着，经过媒介化工序，在加工成镜面的基板上形成镀钴合金磁性层和碳保护层、润滑层后，嵌入到HD驱动装置中。

图1 HD内部装置的照片

图2 HD基板制造的研磨、清洗工程图

花王株式会社向HD市场提供了粗研磨及细研磨工序中使用的研磨液和清洗剂，以及用于磁性层形成前的精密清洗工序中使用的清洗剂。研磨液于2001年面世，清洗剂作为精密清洗剂品牌“clean through”的一部分使用。2007年，花王株式会社敏锐地捕捉到HD记录方式的新变化（由水平记录转向垂直记录方式），正式把“Memolead”作为一个系列展开。

现在，为了拓展HD基板的使用范围，满足从常规用途到可靠性最为严苛的商业用各种HD基板的制造，花王株式会社电子材料营业部研制的“Memolead”系列可以说对现在的高度信息化社会发挥了重要作用，承担了应有的责任和义务。

1.3 花王株式会社的HD研磨液、清洗剂技术与特点

现在公认的最先进的模型是数百万兆（TB）容量的HD装载有数枚约1TB的记录容量的HD基板。数据的记录再生，从时速100km的高速旋转的HD基板表面，到仅上浮1nm的状态，进行数据的交换（图3）。假如基板上存在的异物超过该上浮高度，磁头就会与异物以时速100km的速度发生撞击。反复撞击之下磁头就会损坏，无法行使记录再生机能。特别是商业服务器中使用的HD装置，要求连续运行数据读写数年也不能停止一次，因此，制造没有缺陷的HD基板成为重中之重。此外，基板的平滑性（表面粗糙度）是保证数据高安全性的重要因素，基板的粗糙度必须控制在基板表面上浮高度的十分之一左右（0.1nm），见图4。

HD用研磨液中的研磨颗粒越细小，基板平滑性就越高，但平滑化所需时间会导致生产率降低。花王株式会社电子材料的研究人员在自主开发的纳米尺寸研磨颗粒基础上，结合了既考虑到被研磨面的表面特性，又很均一的蚀刻方法，成功研制出高生产率与世界最高水平平滑性（高品质）兼具的细加工研磨液。粗研磨液的研磨颗粒通常为氧化铝，最近几年，人们考虑到氧化铝研磨颗粒的残留性/磁头碰撞的危险性，研发出使用微粒子硅的新型粗研磨液。在清洗剂方面，则利用研磨液开发及精密清洗剂“clean through”的协同作用，与研磨液一样，清洗剂的清洁性同样达到了世界最高水平。

图3 磁记录的结构与磁头上浮量

图4 用原子力显微镜（AFM）比较基板间的粗糙度

1.4 面向更新技术的开发

今天，据说全球必需信息记录量约为1500EB，4年后的2020年预计将会达到目前的2倍多。今后，要继续推进、切磋研磨液、清洗剂的创新技术研发，为高度信息化社会作出贡献，也希望该项技术能被用于其他领域。

2 日本三洋化成工业株式会社的水系清洗剂“Chemiclean”

智能手机、笔记本电脑、服务器等IT互联网的构成设备中，都安装有半导体和硬盘驱动器等精密部件。本文就这些精密部件加工过程中不可或缺的精密清洗机能进行说明。

2.1 “清洁”决定精密部件的可靠性

IT机器和通信网络中都在使用半导体、硬盘驱动器（HDD）等精密部件。构成精密部件的零件非常小，因为必须经过高精度的精密加工，因此，少量灰尘和污垢就能引起致命缺陷。为了保证制品可靠性，“清洁”是一项不可缺少工序。为此，加工精密部件时，除了必须除去研磨过程中产生的研磨材料、研磨碎片外，还要彻底去除冷却油（切削油等），以及来自空气中漂浮的灰尘等环境异物。

半导体主要用于日常生活中的家电产品等电子设备，是IT网络领域中智能手机和电脑的核心部件，主要用于闪存卡等记忆媒介和CPU（运算装置）等。HDD大多数用于电脑的记忆媒介，最近，其用途正向云处理数据库服务器转移。

2.2 原理相同、清洗水平各异

将污垢去除干净是清洗的必要功能。对于油污清洗，精密部件的清洗原理与餐具、衣物的清洗并无二致，其原理都是清洗剂进入污垢载体的缝隙剥离污垢，使污垢乳化、分散，并且防止污垢再次附着到污垢载体上。但是，精密部件所要求的清洗水平与餐具及衣物的清洗水平差别巨大。污垢和灰尘越小，越难清除，而且还容易再次附着在设备上，因此，对于精密部件的清洗精度要求会更高。

特别是HDD，要求清洗水平达到1个粒子也不能残留的“清洁”水平。之所以要求如此严格，是因为HDD的磁头与碟片表面之间的间隙仅有区区10nm，该间隙中绝对不允许有污垢和异物残留。如果将磁头换作大型喷气式客机的话，所要求清洗干净的间隙如同客机在距离地面0.5mm的高度进行超低空飞行一样微小。

硬盘基板和半导体清洗使用的是水系清洗剂，随着硬盘基板和半导体设备的小型化、高性能化，对于清洗剂的性能要求会越来越高。

表1 日本三洋化成工业株式会社主要的精密部件用水系清洗剂

2.3 硬盘基板清洗孕育出的高科技

水系清洗能够去除加工油和研磨碎片等污垢，但同时带来氧化导致的设备腐蚀和变色问题，以及由清洗剂成分残留导致的污垢等问题。因此，需要开发能防止氧化的pH调节、易溶于水且不会残留等的清洗剂配方。水系清洗使用的水系清洗剂是由表面活性剂和酸、碱等成分构成的，使用时应根据清洗对象和清洗工序，区别使用碱性清洗剂、中性清洗剂、酸性清洗剂等种类。

随着HDD的小型化、高机能化，硬盘基板的高密度化正在逐步推进。日本三洋化成工业株式会社接受研磨粒子和研磨碎片的尺寸越来越小的事实，开发了清洗性更高的清洗剂。在高清洗性清洗剂的开发过程中，日本三洋化成工业株式会社还确立了防止氧化和表面清洁化的高度表面控制技术，以及微小灰尘和污垢等的分析评价技术。

2.4 用途更广的三洋化成精密部件清洗剂

日本三洋化成工业株式会社向市场提供的水系清洗剂“Chemiclean”（表1），是适合于精密部件加工的清洗剂系列。该公司提供的清洗剂具有优异的润湿性、浸透性与抗再吸附性，客户对该系列清洗剂的评价很高，市场反映强烈。由于这些产品专用于精密部件的清洗，因此，它是为具有等级1000的清洁设备的生产设备制造的。

近几年来，为满足不断变化的市场需求，利用硬盘基板清洗过程中开发的表面控制技术和评价技术，日本三洋化成工业株式会社进一步研制出微细化的半导体制造工艺使用的抗剥离剂和金属蚀刻剂。今后，将进一步推动精密清洗机能产品的开发，希望为IT网络的发展不断做出贡献。