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CISFLEX® Aufhängungen für Schaltungen von Festplatten

Von Seed Technology zum Produkt

Nitto Denkos CISFLEX® Aufhängungen für Schaltungen von Festplattenlaufwerken (HDDs) spielen eine wichtige Rolle bei der Übertragung von Daten von und auf Datenträger und dem Erhalt einer Arbeitshöhe pro Minute von 10 nm über dem Datenträger aufgrund feiner Federungseigenschaften.
Dieses Produkt wurde in unserem Unternehmen auf Basis der von Nitto Denko entwickelten lichtempfindlichen Polyimid-Seed-Technology, die in unseren Laboren mit anderen Technologien kombiniert wurde, entwickelt und kommerzialisiert.
CICFLEX

CISFLEX®

Kapitel 1: Junger Techniker erlernt die lichtempfindliche Polyimidtechnologie in der Universität

1988 wurde ein junger Techniker, der für Nitto Denko (damals noch unter dem Namen Nitto Electric Industrial Co., Ltd. bekannt) arbeitete, zur Universität Chiba geschickt. Obwohl dieser Schritt auf Wunsch des Technikers erfolgte, dem sein fehlendes Wissen bewusst war, wollte auch das Unternehmen neue erforderliche Technologien entwickeln. Während der dreijährigen Promotion entwickelte er eine neue lichtempfindliche Polyimidtechnologie unter Verwendung neuer Materialen und lichtempfindlicher Funktionen.
Polyimid kommt aufgrund seiner hohen Hitzebeständigkeit, Isolierung, Flachheit und α-Strahlungsabschirmung häufig im Elektronik-Bereich zum Einsatz. Durch Hinzufügen eines Photobase-Generators, einem Photosensibilisator, konnte per Kontakt mit Licht eine Basis geschaffen werden, die zur Förderung der Polyimid-Auflösung diente. Das wiederrum eröffnete uns viele neue Möglichkeiten.

Kapitel 2: Ein Glücksfall schafft negatives lichtempfindliches Polyimid

1991 führte der gleiche Techniker, der von der Universität Chiba wieder zurück zu Nitto Denko gekommen war, weitere Forschungen unter Verwendung dieser neuen lichtempfindlichen Polyimidtechnologie mit verschiedenen Produkten durch. Wie wir bereits am Ende von Kapitel 1 gesehen haben, verwendet diese Technologie ein positives Materialdesign, bei dem Polyimid nach Kontakt mit Licht aufgelöst wird. Die Entwicklung erwies sich jedoch als schwierig. Da eine Basis geschaffen wird, wenn der Photobase-Generator Licht ausgesetzt wird, wird ein Komplex zwischen einer Basis und einem Polyimidvorläufer gebildet, der Polyamidsäure. Wenn das Material anschließend in einer alkalischen Lösung entwickelt wird, löst sich das Polyimid auf und hinterlässt nur die Bereiche auf dem Substrat, die nicht belichtet wurden, um ein „positives“ Bild zu schaffen (siehe rechte Spalte von Abbildung 1).
Mit den damals verwendeten Materialien gab es jedoch keinen ausreichenden Unterschied in der Auflösegeschwindigkeit zwischen dem belichteten und dem unbelichteten Bereich, sodass ein durch dieses Phänomen erzieltes Muster kaum als ideal bezeichnet werden konnte. Aus diesem Grund konnte die Technologie nicht dazu genutzt werden, die feinen Muster zu bilden, die von Schutzfolien für elektronische Teile gefordert werden – einem der Bereiche, in dem wir hofften, diese Technologie zu kommerzialisieren. Es wurden wiederholte Experimente durchgeführt, um diesen Unterschied in der Auflösegeschwindigkeit zu schaffen, der zur Erzeugung der entsprechenden feinen Muster erforderlich ist.
Die Antwort wurde am 16. März 1992 gefunden. Der Techniker führte einmal mehr bis spät in die Nacht Experimente durch, immer noch mit der Frage, warum keine sauberen positiven Muster möglich waren. Er wollte schon nach Hause gehen und ließ eine belichtete Probe im Trockner liegen, um eine Zigarette zu rauchen. Als er zurückkam, nahm er die Probe zum Reinigen aus dem Trockner und entwickelte sie wie gehabt. Zu seiner Überraschung handelte es sich um ein negatives (der belichtete Bereich hatte sich nicht aufgelöst) statt um ein positives Bild.
Obwohl dieser Grundsatz in den folgenden Tagen deutlicher wurde, kam es durch das Belassen der Probe im Trockner für eine Stunde, im Vergleich zu den üblichen zehn Minuten, zu einer unerwarteten chemischen Nebenreaktion des lichtempfindlichen Materials. Diese Nebenreaktion erfolgte nach Abschluss der Photoreaktion (den Aminverbindungen, die durch die Photoreaktion des Photobase-Generators erzeugt werden), und die durch diese Reaktion produzierte Substanz war eine wärmebeständige, unlösliche Substanz. Darüber hinaus wurde theoretisch nachgewiesen, dass während die durch Belichtung produzierten Aminverbindungen als Imidisierungskatalysator agierten, nur die Polyamidsäure, die mit Licht in Kontakt gekommen ist, durch die basische Entwicklungslösung nicht aufgelöst werden kann. Natürlich wurde der Bereich, der nicht belichtet wurde, aufgrund der Kohlensäurerückstände der Polyamidsäure durch die basische Entwicklungslösung aufgelöst (siehe linke Spalte von Abbildung 1).
Auf diese Weise konnte ein „negatives“ lichtempfindliches Polyimid erzielt werden.

Abbildung 1. Der Grundsatz von negativer und positiver lichtempfindlicher Polyimidverarbeitung.

Kapitel 3: Für Festplattenaufhängungen

Lichtempfindliches Polyimid ermöglicht die Bildung von Mustern mit einem kürzeren Prozess.
Nach der Entwicklung dieses Materials, von dem wir glaubten, dass es die Erwartungen des Marktes erfüllen würde, führten wir eine ernsthafte Marktstudie durch. Einer unserer Vertriebsmitarbeiter, der gerade aus den USA zurückgekommen war, schloss sich mit dem Techniker zusammen und bereiste das Land, um mit Kunden zu sprechen. Sie sprachen nicht nur mit Kunden aus der Elektro- und Elektronik-Industrie, sondern auch mit Unternehmen aus dem medizinischen Bereich.
Obwohl das Material konstant gute Ergebnisse für die Kunden erzielte, entwickelten sich daraus keine speziellen Produkte für bestimmte Anwendungen. Obwohl der Techniker zuversichtlich in Bezug auf die Technologie war, wollte er nicht zu dem Unternehmen zurückkehren, das sein Studium bezahlt hatte, ohne ein kommerzialisierbares Produkt präsentieren zu können. Im Verlauf der Bemühungen besuchte das Duo auch einen bestimmten Computerproduzenten und war angesichts der großen Probenmenge überrascht, die dieser anforderte. Sie spürten, dass etwas Vielversprechendes in der Luft lag, und kehrten für weitere Informationen zum Unternehmen zurück, erhielten jedoch keinerlei Angaben über die Verwendung des Produktes. Der Vertriebsmitarbeiter, der gerade aus den USA zurückgekommen war und umfangreiches Wissen im Verkauf und Marketing besaß, ging jedoch davon aus, dass die Produktproben zur direkten Fertigung von Schaltungen auf Festplattenaufhängungen genutzt werden würden. Später fanden wir heraus, dass dies tatsächlich der Fall war, und konzentrierten uns vollständig auf diese Anwendung. Hätten wir nicht einen derart im Vertrieb und Marketing versierten Mitarbeiter gehabt, der mit allen Aspekten der Branche vertraut war, hätten wir diese Chance verpasst. Es war eine wichtige Lektion für uns und zeigte, dass Technologie allein noch keine Garantie zur Kommerzialisierung von Produkten ist.

Abbildung 2. Verarbeitung des Polyimidmusters Lichtempfindliches Polyimid ermöglicht die Bildung von Mustern mit einem kürzeren Prozess.

Abbildung 3. Das Innere einer typischen Festplatte

Bis dahin dienten Festplattenaufhängungen ausschließlich der Halterung des Magnetkopfes. Daten wurden über separate Kabel übertragen. Mit zunehmender Größe, Geschwindigkeit und Kompaktheit der Festplatten wurden jedoch schnell die Grenzen der manuellen Montage mit Kabeln deutlich. Es bestand die Möglichkeit, dass die Entwicklung von Schaltungen direkt auf den Aufhängungen, die die Magnetköpfe halten, zusammen mit der Verwendung von lichtempfindlichem Polyimid als Dämmungsschicht das Problem lösen könnte (siehe Abbildungen 2 und 3).

Kapitel 4: Unternehmensweites F&E-Projekt zur Kombination der Technologie

Obwohl das lichtempfindliche Polyimid selbst natürlich wesentlich war, wäre die Kommerzialisierung dieses Produktes ohne die Verwendung anderer Technologien nicht möglich gewesen. Für eine erfolgreiche Kommerzialisierung des Produktes war die Kombination mit einer anderen Technologie, wie zur Zerstäubung und Beschichtung, mit der Grundtechnologie erforderlich. An diesem Ansatz arbeiteten alle Unternehmen der Gruppe zusammen. Zu Beginn des Projektes kamen Techniker aus allen Abteilungen des Unternehmens zusammen, um die Technologie zu bestimmen, die zur Kommerzialisierung verwendet wird. Obwohl wir auf die verschiedensten Schwierigkeiten stießen und das Projekt über ein Jahr länger als erwartet dauerte, wurde die Kommerzialisierung 1998 erzielt. Über den Verlauf der nächsten drei Jahre eroberte das Produkt den Markt im Sturm und führte zu einem 100%igen Umstieg von konventionellen Kabelaufhängungen zu Schaltungsaufhängungen. Während dieser Zeit genossen wir die begeisterte Unterstützung vieler Material-, Geräte- und Teilehersteller und konnten das Geschäft als unabhängiges Unternehmen ausgliedern.

Kapitel 5: Bewährte Technologie und Beharrlichkeit führen zu einem positiven Kreislauf

Die Umsetzung eines Konzepts von der Technologie bis zum neuen Produkt ist die Aufgabe aller Forscher und ein Prozess, der mit vielen Risiken verbunden ist. Der Techniker, der bei diesem Konzept für die Entwicklung der Materialtechnologie bis hin zur Kommerzialisierung zuständig war, bleibt jedoch dabei, dass er zu keinem Zeitpunkt des Prozesses Zweifel am letztendlichen Erfolg hatte.
„Ich glaubte an die Technologie und ließ mich nicht abbringen; und wenn ich doch mal auf Probleme stieß, hatte ich sofort Hilfe zur Seite.“
In Bezug auf die kontinuierliche harte Arbeit und die langen Schichten sagte er: „Ich hatte Spaß daran, da es etwas war, das ich machen wollte.“
Obwohl Kunden zeitweise extrem kritisch waren, wandelte er diese Enttäuschung in positive Energie um und machte weiter. Tatsächlich hat er den Kontakt mit vielen dieser Personen auch noch zehn Jahre später aufrechterhalten können.
Wenn jemand mit großer Überzeugung eine Technologie entwickelt und beharrlich an der Umsetzung arbeitet, sollte dies zu positiven Ergebnissen führen.
Aber auch die nachhaltige Unterstützung der Geschäftsführung und die Tatsache, dass ein förderliches Umfeld geschaffen werden konnte, in dem junge Wissenschaftler ihr Potenzial ausschöpfen konnten, waren entscheidende Faktoren für den Erfolg.
Seitdem wurde die Forschung in Bezug auf CISFLEX® unter Beteiligung vieler Personen auf täglicher Basis fortgeführt. Wir gehen davon aus, dass durch die Entwicklung einer weiteren Technologie das Produkt auch in Zukunft ausgebaut wird, um den wandelnden Anforderungen des Marktes gerecht zu werden.

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