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HDD용 회로가 장착된 CISFLEX® 서스펜션

근원 기술에서 제품까지

HDD(하드 디스크 드라이브)용 회로가 장착된 Nitto Denko의 CISFLEX® 서스펜션은 기록 매체에서 데이터를 전송하고 섬세한 탄성 특성 덕분에 기록 매체 위 10nm에서 부상 높이를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
이 제품은 당사 연구소에서 개발한 다른 기술과 결합된, Nitto Denko에서 개발한 감광성 폴리이미드 근원 기술을 기반으로 개발되어 사내에서 상용화되었습니다.
CICFLEX

CISFLEX®

1장: 대학에서 감광성 폴리이미드 기술을 배우고 있는 젊은 엔지니어

1988년 Nitto Denko(당시에는 Nitto Electric Industrial Co., Ltd.라고 했음)의 젊은 엔지니어 한 명이 치바 대학교를 다니게 되었습니다. 능력의 부족을 느낀 엔지니어의 요청에 의한 것이긴 했지만 당사 역시 필요한 신기술 개발을 강하게 원하고 있기도 했습니다. 3년의 박사 과정 중 이 엔지니어는 완전히 새로운 물질과 감광성 기능을 사용하여 새로운 감광성 폴리이미드 기술을 개발했습니다.
폴리이미드는 내열성, 절연, 평탄성 및 α선 차폐 특성이 뛰어나 전자 공학에서 널리 사용됩니다. 감광화 작용제인 광염기 발생제를 첨가하면 빛에 노출될 때 염기가 발생합니다. 이는 폴리이미드가 더욱 잘 용해되도록 하기 위해 고안된 것입니다. 이는 여러 가지 새로운 가능성을 열어 주었습니다.

2장: 운 좋게 만들어진 음성 감광성 폴리이미드

1991년 치바 대학교에서 Nitto Denko로 돌아온 젊은 엔지니어는 다양한 제품에서 새로운 감광성 폴리이미드 기술의 사용에 대해 좀 더 연구하기 시작했습니다. 이미 1장 끝에서 본 것처럼 이 기술은 빛에 노출된 폴리이미드가 용해되는 양성 재료 설계에 사용되었습니다. 그러나 개발에 어려움이 있었습니다. 광염기 발생제가 빛에 노출되면 염기가 발생하므로 염기와 폴리이미드 전구체(폴리아미산) 간에 복잡성이 발생합니다. 이 물질이 알칼리 용액에서 현상되면 폴리이미드가 용해되고 기질에는 빛에 노출되지 않은 부분만 남아 "양성" 이미지가 생깁니다(그림 1의 오른쪽 열 참조).
그러나 당시에 사용된 물질에서는 노출된 부분과 노출되지 않은 부분 사이의 용해 속도에 큰 차이가 없었습니다. 즉, 이러한 현상으로 인한 패턴을 이상적이라고 거의 말할 수 없었습니다. 따라서 이 기술을 사용하여 전자 부품 보호 필름에 필요한 미세 패턴을 형성할 수 없었습니다. 이 분야는 이 기술의 상용화를 기대하는 분야였습니다. 필요한 미세 패턴을 만들기 위해 필요한 용해 속도에 차이가 생기도록 반복해서 실험했습니다.
마침내, 1992년 3월 16일 답이 보였습니다. 이 엔지니어는 늦은 밤 다시 실험했고 여전히 깨끗한 양성 패턴을 얻을 수 없는지 이유에 대해 고민하고 있었습니다. 그리고는 "이제 퇴근해야 겠군."이라고 혼잣말을 하고 밖에 나가 담배를 한 대 피는 동안 노출된 샘플을 건조기 안에 남겨 두었습니다. 다시 돌아와 정리하는 동안 건조기에서 샘플을 꺼내 평상시와 같이 현상했습니다. 그러나 놀랍게도 이 샘플은 양성이 아니라 음성(빛에 노출되지 않은 부분이 용해되지 않음) 이미지였습니다.
이후에 이 원리는 보다 분명해졌지만 당시에는 샘플은 건조기에 일상처럼 10분이 아니라 1시간 동안 넣어 둠으로써 광화학 반응이 이미 발생한 후 감광성 물질(광염기 발생제의 광화학 반응을 통해 생성된 아민 복합물)에서 예기치 않은 화학적 부반응이 일어났고 이러한 반응을 통해 생성된 물질이 열적으로 안정적인 불용성 물질이었습니다. 뿐만 아니라, 빛에 노출되어 생성된 아민 복합물이 아민화 촉매로 작용하므로 빛에 노출된 폴리이미드 산이 알칼리 현상액에 용해될 수 없다는 사실이 이론적으로 입증되었습니다. 물론, 빛에 노출되지 않은 부분은 폴리아미산의 탄산 잔여물 때문에 알칼리 현상액으로 용해되었습니다(그림 1의 왼쪽 열 참조).
이렇게 "음성" 감광성 폴리이미드를 얻을 수 있었습니다.

그림 1. 음성 및 양성 감광성 폴리이미드 처리 원리입니다.

3장: HDD 서스펜션 타겟팅

감광성 폴리이미드를 사용하여 단축된 공정으로 패턴을 형성할 수 있었습니다.
시장의 기대를 충족할 수 있는 물질 개발 후 당사는 중요한 마케팅 조사를 실시했습니다. 미국에서 방금 돌아온 당사 영업 사원 중 한 명이 이 엔지니어와 협력하여 전국을 돌아다니며 고객과 대화를 나누었습니다. 이들은 전기 및 전자 산업 고객 뿐만 아니라 의료 관련 업계의 고객과도 대화를 나누었습니다.
이 물질이 계속해서 고객에게 좋은 결과를 얻고 있었지만 아직 특정 적용 분야의 특정 제품에는 이렇다할 결과가 없었습니다. 이 엔지니어는 이 기술에 완벽한 확신을 가지고 있었지만 상용화에 성공할 수 있는 제품이 나오지 않으면 자신을 다시 대학에 보내준 회사에 면목이 없다고 생각했습니다. 이처럼 노력하는 와중에 한 컴퓨터 제조업체를 방문하게 되었고 이들이 요청한 많은 양의 샘플에 놀랐습니다. 무슨 일이 생길 것 같은 조짐을 안고 회사로 다시 돌아와 샘플을 살펴보았지만 어디에 사용된 것인지 알 수 없었습니다. 그러나 미국에서 영업 및 마케팅 분야에 대한 많은 경험이 있는 영업 직원이 이 회사에서는 HDD 서스펜션의 회로를 구성하는데 이러한 샘플을 직접 사용하지 않았을까 미심쩍어 했습니다. 우리는 나중에 사실 이 영업 직원의 말이 맞았음을 알게 되었고 여기에 적용하는 데 역량을 집중하기로 결정했습니다. 만약 업계를 속속들이 아는 영업 및 마케팅 분야의 숙련된 직원이 없었다면 우리는 이 기회를 놓쳤을 것입니다. 이 일을 통해 당사는 기술만으로는 제품 상용화를 실현할 수 없다는 교훈을 배웠습니다.

그림 2. 폴리이미드 패턴 처리 감광성 폴리이미드를 사용하여 단축된 공정으로 패턴을 형성할 수 있었습니다.

그림 3. 전형적인 HDD의 내부

당시에는 HDD 서스펜션의 역할이 자기 헤드를 고정시키는 데에만 머물러 있었고 데이터는 별도의 전선을 통해 전송되었습니다. 그러나 HDD가 더 커지고, 더 빨라지고, 더 소형화되면서 전선을 사용한 수동 조립의 한계가 빠르게 드러나게 되었습니다. 자기 헤드를 고정하는 서스펜션에 직접 회로를 형성할 수 있는 가능성이 있었으며 감광성 폴리이미드를 절연층으로 사용하여 이 문제를 해결할 수 있었습니다(그림 2 및 3 참조).

4장: 기술 결합을 위한 회사 차원의 R&D 프로젝트

물론, 감광선 폴리이미드 자체가 핵심이긴 했지만 다른 기술을 사용하지 않고는 이 제품의 상용화는 여전히 불가능했습니다. 이 제품을 성공적으로 상용화하기 위해 스퍼터링 및 코팅과 같은 다른 기술이 필요했으며 기본 기술과 결합하기 위해서는 모든 그룹 회사가 협력해야 했습니다. 프로젝트 시작 시 회사 내 모든 부서의 엔지니어가 협력하여 상용화에 필요한 기술을 알아냈습니다. 많은 어려움이 발생했고 프로젝트가 예상보다 1년이나 길어지긴 했지만 1998년에 상용화할 수 있었습니다. 이후 3년 이상 이 제품은 시장을 강타했고 기존의 와이어 서스펜션에서 회로형 서스펜션으로 100% 이전했습니다. 이 기간 중 당사는 많은 재료, 장비 및 부품 공급업체의 전폭적인 지원을 받았으며 이 분야를 독립 사업체로 분할할 수 있었습니다.

5장: 입증된 기술과 끈기로 선순환 구조 구축

한 개념을 기술에서 새로운 제품으로 탄생시키기는 것은 연구자의 몫이고 현실에서는 위험과 싸워야 하는 과정입니다. 그러나 재료 기술 개발에서 상용화까지 이러한 개념을 감독하는 엔지니어는 전체 과정에서 불확신을 갖지 않아야 합니다.
"저는 기술에 대한 확신과 끈기가 있었지만 문제가 생길 때마다 다른 사람들이 재빨리 도와주었습니다."
계속된 고된 작업과 야근과 관련해서는 "제가 원하는 일이었기 때문에 재미 있었습니다"라고 말했습니다.
당시 고객들은 상당히 비판적이었음에도 이 엔지니어는 실망을 긍정적인 에너지로 돌리고 계속해서 나아갔습니다. 그 결과 10년이 지나서까지도 이러한 고객들과 계속해서 연락하고 있습니다.
한 사람이 확신을 가진 기술을 개발하고 지속적으로 노력한다면 긍정적인 방향으로 이어질 것이 분명합니다.
임원진의 전폭적인 지지와 젊은 연구자들이 자신의 잠재성을 충족하기 위해 노력하는 데 도움이 되는 환경을 제공할 수 있었던 것 역시 도움이 되었습니다.
그 후 CISFLEX®에 관한 연구에는 많은 사람들이 매일 계속해서 참여하고 있으며 앞으로 새로운 기술을 더해 계속해서 진화함으로써 변화하는 시장의 요구를 충족해 나갈 것입니다.

연락처

영업시간 (한국시간) 09:00-17:00(토∙일 공휴일 제외)

한국닛또덴꼬

한국옵티칼하이테크

한국니토옵티칼(코레노)

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