专利名称：用于减少粒子的涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及高纯度装置，例如硬磁盘驱动器，更具体地涉及用于在所述装置中减少粒子的涂层。
背景技术：
在磁盘驱动器和其它高纯度应用中，粒子污染会引起大量机械故障。在这些应用中，非常需要使制造和应用过程中存在的粒子最小化。磁盘驱动器通常包括多个尺寸精确的操作部件，例如衬垫、磁盘夹、e-blocks、盖板、底板、致动器、音圈、音圈板等。这些组件都可以成为粒子的潜在来源。在驱动操作过程中，磁头通常以约100的间距掠过介质。随着面密度的增加该间距减小，使得使产生的粒子减少和防止粒子产生变得更加关键。在磁头和磁盘界面处的粒子会造成热不均匀(thermal asperity)、飞高写入(high fly write)和磁头碰撞；任何这些情况对于磁盘驱动器都是有害的。
美国公开号2003/0223154A1(Yao)公开了通过用“由柔软且强韧的材料(例如金、铂、环氧树脂等)制成的”涂层封装而防止粒子产生。美国公开号2002/0093766A1(Wachtler)公开了使用粘合剂背衬的可热收缩保角膜(conformal films)来防止粒子产生。美国专利号6,671,132(Crane等)公开了使用金属或聚合物涂层。美国公开号2004/0070885A1(Kikkawa等)公开了使用树脂涂层。美国专利号6,903,861(Huha等)公开了使用某种聚合物涂层作为微致动装置组件的封装材料。
因此需要抑制在例如磁盘驱动器的装置中的粒子的改进涂层。
发明内容
本发明提供一种用于抑制例如从例如铝、铜等基底中产生的粒子的改进涂层。本发明的涂层可以用简单的技术施加(例如浸涂和热固化)，其表现出约175℃的热稳定性，可以在复杂形态的基底上形成基本均匀的薄层(例如约0.1～约5.0微米)。本发明的涂层是清洁的(例如低除气性、低可萃取离子释放)、对通常的清洁方法(例如用或不用超声处理的水溶液和溶剂基清洁溶液)具有耐受性、是环境友好的(即释放溶剂，例如析出的氢氟代醚或水)、具有良好的安全分布，以及与目前镍涂层的工艺方法相比提供相对较好的性价比。本发明的涂层还可以提供腐蚀保护。
本发明的涂层包括具有活性悬挂基团的薄聚合物涂层，该活性悬挂基团具有交联官能度和卓越的锚定到基底表面的性能以抑制粒子从基底表面脱落。这些粒子可以来自基底材料或在处理和/或不完全清洁中留下的材料。该涂层实际上在基底表面上形成了固定粒子的网状结构，否则所述粒子可从基底上脱落。此处所用的“悬挂基团(pendant)”是指端基和侧基(side group)。
简要地说，本发明的涂层包括如下化合物的反应产物，其中所述化合物包括含氟化合物部分和活性悬挂基团，其中所述涂层在基底上至少部分地原位固化。当至少部分地原位固化时，发现这种涂层作为在基底上减少粒子的涂层，提供意料之外的优良性能。
本发明的涂层可以用于多种高纯度应用，例如包括这类组件如衬垫、磁盘夹、e-block、盖板、底板、微致动器、滑板、音圈、音圈板等的硬盘驱动装置。这些组件均是在最终硬盘系统中所有潜在的粒子源。本发明的涂层也可以用于减少MEMS(微电机系统)、高纯度工艺(用于减少潜在污染的涂覆工艺装置)以及半导体加工装置(例如印刷电路板装置上的表面安装组件)中的粒子脱落。
具体实施例方式 简要地说，本发明的涂层包括含氟化合物部分(即作为主链或侧基)和活性悬挂基团。
在一些实施方式中，本发明的涂层包括选自全氟代聚醚和氟代丙烯酸酯共聚物的含氟化合物部分。
在一些实施方式中，活性悬挂基团部分选自活性硅烷基、活性环氧基和活性三聚氰胺基。
例如，我们已经发现，由具有硅烷端基的全氟聚醚制成的涂层能有效减少例如来自例如铝和铜的粒子脱落。物质的通式结构为 (RO)3Si-(CH2)b-NHC(O)CXF-(O(CFR1)a)p(O(CFR1CF2)a)q-OCFXC(O)NH-(CH2)b-Si(OR)3 其中R可以为甲基或乙基，R1为F或CF3，X为F或CF3，a为1～4的整数，b为1～10的整数，p为1～145的整数，q为0～145的整数，该聚合物的数均分子量可以在约500～约10,000的范围内。下标p和q的基团可以在链中任意分布。
在其它的一些实施方式中，物质的通式结构为 (RO)3Si-(CH2)b-NHC(O)CXF(OC3F6)yO(CF2)zO(C3F6O)xCFXC(O)NH-(CH2)b-Si(OR)3 其中R可以为甲基或乙基，X为F或CF3，x和y可以相同或不同，各自为0～10的整数，条件是其中至少之一不为0，z为2～10的整数。
如果最终涂层的分子量太低，所形成的涂层容易过于易碎。通常优选该涂层表现出一定程度的柔性，以使得该涂层保持固定，并避免在装置的操作过程中随着涂覆设备的弯曲、膨胀和或收缩而产生脆性破裂。
在本发明其它的一些实施方式中，该涂覆材料的通式结构为 (RO)3Si-(CH2)3-NHC(O)CX1F-(O(CFR1)a)p(O(CFR2CF2)a)q-OCFX2C(O)NH-(CH2)3-Si(OR)3 其中R可以为甲基或乙基，R1和R2可以相同或不同地为F或CF3，X1和X2可以相同或不同地为F或CF3，a为1～4的整数，b为1～10的整数，p为1～145的整数，q为0～145的整数，该聚合物的数均分子量可以在约500～约10,000的范围内。下标p和q的基团可以在链中任意分布。
一种适宜材料的示例性实例如下
其可作为3MTM Easy Clean Coating ECC-1000获自3M Company。下标x和y的基团可以在链中任意分布。在美国专利6,613,860(Dams等)中公开了这些材料，其整体引入此处作为参考。
优选该基底和涂层的选择使得该涂层可通过共价键固定到基底表面上。分子中的活性悬挂基团，即在该例中的硅烷基有助于该所需的键合性能。此外，尽管我们不希望被该理论限制，但据认为由于所述硅烷基与所述基底上的键合位发生反应，从而该涂层可以提供卓越的防腐蚀性，否则所述基底容易受到腐蚀反应的影响。
所述涂层的厚度可以约为或基本小于固定在基底中的粒子尺寸，例如与约0.1～大于5μm范围内的平均粒径相比，涂层厚度在0.01～1.0μm范围内。
在存在水的情况下，OR基将在聚合物上进行反应形成硅烷醇基。该硅烷醇基将与其它硅烷醇基反应，由此使该聚合物交联，在氧化物表面(例如铝、铜、硅和陶瓷材料)的情况下，将该聚合物共价键合到所述表面上。
根据活性基团、基底参数、所需的加工条件等，可以通过添加有效量的适当催化剂而提高涂覆材料的固化速度。例如，对于使用全氟聚醚硅烷制成的涂层，可以使用例如获自DuPont的KRYTOXTM 157FSL的试剂来催化。
在其它实施方式中，其中所述聚合物具有活性羟基或羧酸基悬挂基团，并与三聚氰胺进行交联，可以添加酸催化剂(例如NACURETM2558，一种嵌段酸催化剂)。
在一些实施方式中，优选使用两段固化方法。在第一段中，该涂覆组合物部分地固化到第一状态，在该第一状态下其不再具有粘性，但在组合物中仍有活性悬挂基团，例如游离硅烷基。在该状态下，所述涂覆的制品便于操作。在随后的制品(例如“原位形成的衬垫”，如可固化的环氧基组合物)放置之后，将该涂层和制品接触固化并实现良好的粘合。
同样观察到，如果通过在相对较低的温度下加热较长的时间进行固化比在较高的温度下加热较短时间进行固化通常会实现更好的效果，例如在120℃而不是150℃。
本发明的涂层的另一优点在于其在简短接触过程中表现出较小的吸收或“获得(pick up)”有机物质的倾向，例如在清洁过程中的污染物和其它试剂，因此本发明的涂层与很多替代材料相比更不容易除气。
通过在即将粘结前用含氟化合物溶剂擦拭，可以改进本发明的涂层与制品随后的粘附。
实施例 将通过以下的非限制性实施例对本发明进行说明。用于测试的基底是由指明的材料制成的试样。从原材料上剪切出试样，在接近角落处钻孔，使在测试过程中可以悬挂该试样。
清洁方法1 在涂覆之前，通过用3MTM NOVECTM HFE-72DA(可获自3M Co.，St.Paul，MN)进行蒸汽脱脂而清洁基底。在获自Branson UltrasonicsCorporation of Danbury，Connecticut的型号为B452R的双池蒸汽脱脂器中进行清洁，使用以下的操作参数 30秒初始蒸汽冲洗， 在冲洗池中操作3分钟(无超声)，和 30秒最后蒸汽冲洗。
清洁方法2 在涂覆之前通过在丙酮中浸渍10分钟而清洁基底。然后将基底放平，用2-丙醇(对于20个基底使用约100mL)进行喷射。然后通过擦拭除去剩余的2-丙醇，使基底干燥过夜。
清洁方法3 在涂覆之前通过用CMOS级2-丙醇(可获自JT Baker，Phillipsburg，New Jersey)和VWR Spec-Wipe 4擦拭器(可获自VWR International ofWest Chester，Pennsylvania)擦拭清洁基底。然后将试样(coupon)浸渍在18.2MΩ的水中，并用40瓦特每加仑电能的68kHz超声波超声90秒钟，所述18.2MΩ的水经0.2微米(绝对)过滤器过滤。用VWRSpec-Wipe4擦拭器擦拭使试样干燥。
涂覆方法 通过浸渍涂覆施加所有涂层。用于这些研究的拉伸速率范围为1.7～3.6mm/s(4～8.5in/min)。通过基底上的孔使用纸夹将基底悬挂起来并在浸渍涂覆过程中完全浸渍。固化条件根据聚合物而改变，下面讨论了各聚合物的具体情形。
化格法粘附(crosshatch adhesion) 利用ASTM D3359-95a、测试方法B使用两种变体测定化格法粘附或横切带(cross-cut tape)粘附。首先，与推荐的11×11切不同，使用4×4切用于使涂层小于2密耳。第二，除目测之外，使用Sharpie标记物指示涂层的存在。含氟化合物涂层排斥该标记物。如果去除涂层，可以容易地标记基底。
萃取 使用基于IDEMA Microcontamination Standards M9-98的方法进行LPC萃取。将基底完全浸渍在18.3MΩ的水中，并暴露于超声(40瓦特/加仑，40或68kHz)30秒。用液体粒子计数器分析水中的粒子水平。
在1000级净化室环境中进行LPC萃取。过滤到0.1微米的18.3MΩ水用于本测试的所有部分。测试装置由固定在超声池中的1000ml的KIMAXTM烧杯(获自VWR International)构成。使用28规格的可软焊的聚氨酯定子线(获自MWS Wire Industries of Westlake Village，CA；零件号28 SSPN)将待测试的部分浸渍在烧杯中。使用HIACROYCOTM，Micro Count 100(获自Hach Ultra Analytics，Grants Pass，OR)测定液体中的粒子水平。
在各测试取样之前，运行空白测试来测定烧杯和水的清洁度。用水冲洗烧杯，然后充满1000ml的水。
一旦确定了良好的空白，将试样浸入水中。悬挂试样使其完全浸没且不接触烧杯壁。使用超声30秒。去除50ml的液体样品用于LPC分析。如下计算试样单位表面积的粒子数
对各涂覆条件分别测试三个单独的试样。其平均结果示于表中。在大多数情况中，对各试样进行多组萃取，通常为三组。
涂覆材料 用ECC-1000(一种具有硅氧烷端基的全氟聚醚，获自3M Co.of St.Paul，MN)涂覆实施例1和2，FCI的通式结构为
该聚合物是从3MTM NOVECTM Hydrofluoroether HFE-7100中获得的。以总聚合物固体2％添加获自Dupont of Wilmington，Delaware的全氟聚烷基醚羧酸混合物KRYTOXTM 157 FSL(即在90g HFE-7100中的0.2g的KRYTOXTM 157 FSL和9.8g的ECC-1000)。
用包含活性含氟化合物共聚物(如下所述合成)、UD350W(获自King Industries of Norwalk，CT的聚氨基甲酸酯二醇)、RESIMENETM747(获自Solutia，Inc.of St.Louis，MO的甲基化三聚氰胺)、NACURETM2558(获自King Industries of Norwalk，CT的嵌段酸催化剂)和SILWETTTM L-77(获自Helena Chemical Co.of Fresno，CA的硅酮聚醚共聚物)的水溶液涂覆实施例3～5。
(氨基甲酸酯二醇)UD350W 使用以下组分合成活性含氟共聚物FC II 60gHFPOMA(六氟环氧丙烷甲基丙烯酸酯) 27gHEMA(甲基丙烯酸羟乙酯) 10gMAA(甲基丙烯酸) 3g ME(丙烯酸甲酯) 300g IPA(2-丙醇) 1g VAZOTM 67(可获自DuPont的自由基引发剂) 10.3g DMEA(二甲基氨基乙醇) 233g 去离子水。
将HFPOMA、HEMA、MAA、ME和IPA加到烧瓶中，然后添加VAZOTM 67。搅拌该材料形成溶液。用氮气净化该溶液7分钟。将该溶液加热到65℃保持18小时。在此之后，添加DMEA。将形成的溶液搅拌3分钟，添加去离子水。反应混合物变成泡沫状，在约2分钟之后形成溶液。在低压下从溶液中蒸馏出IPA，得到水溶液。
按照如下方法制备表1中所列的组合物，在搅拌下将UD350W添加到包含去离子水的烧杯中。在UD350W溶解之后，添加RESIMENETM747。在所形成的溶液中添加NACURETM 2558，并在2分钟后添加活性FC II，然后添加SilwetTM L-77。
没有实施例6。
用带有硅氧烷端基的六氟环氧丙烷聚合物涂覆实施例7。
对于实施例7，如下制备硅烷(C2H5O)3SiC3H6NHCOCF(CF3)[OCF(CF3)CF2O]nC4F8O[CF(CF3)CF2O]mCF(CF3)CONHC3H6Si(OC2H5)3的涂层。
通过在氟化铯(15.5g)存在下，于-20℃使全氟琥珀酰氟(FCOC2F4COF；24g，51％纯度；0.064摩尔)和六氟环氧丙烷(109g；0.65摩尔)在四乙二醇二甲基醚溶剂(341g；在约40小时内添加)中发生反应，制备硅烷产物的甲酯前体。在该反应完成后，用大量过量的甲醇在环境温度下处理形成的二酰基氟混合物，将酰基氟转化为下式的标称结构的二甲基酯(m+n约为5～7)，将下部的产物相与上部的甲醇/四乙二醇二甲醚相分离，用水洗涤下部的相，得到111g酯产物MeO2CCF(CF3)[OCF(CF3)CF2O]nC4F8O[CF(CF3)CF2O]mCF(CF3)CO2Me(122g)。
将该酯与以类似方式制备的物质相结合，蒸馏两次，将范围为38℃～198℃/0.7mm Hg的蒸馏馏分除去，将剩余的蒸馏余液用于硅烷的合成。通过气液色谱法得到最终产物中m+n的平均和为7.6。
用不含溶剂的氨基丙基三乙氧基硅烷(4.5g，0.02摩尔)处理该
材料(14.9g)。在约24小时之后添加少量硅烷，以将剩余的酯官能团转化为产物硅烷。氨基硅烷的IR波段出现在1709cm-1。
用含氟氨基甲酸酯硅烷醇，FCIV分散体的水溶液涂覆实施例8。如下制备FCIV
将30g ODA(丙烯酸辛基癸酯)、30g UMA、20g A-174(获自OSi Specialties，Inc.，Danbury CT)、10g KF-2001(巯基硅酮)、10gMPTS(巯基丙基三甲氧基硅烷)，以及9.5g甲基异丁基酮(MIBK)和0.5g VAZOTM 67的预混物(当放置在热帽水浴中为清澈溶液)在具有Teflon衬垫帽的玻璃罐中化合。用氮气向该混合物喷射，密封，在65℃的耐洗试验器中翻滚24小时。将所形成的MIBK溶液在60℃下搅拌，同时用声波处理，在60℃时还添加去离子水/TWEEN 20(总固含量为5％)溶液。将所形成的乳状液用声波处理3分钟。通过减压蒸馏除去MIBK，得到稳定的含水乳状液。添加SILWETTTM L-77以改善成膜性能。
用如下通式的含氟丙烯酸酯共聚物涂覆实施例9
其是从HFE-7200(可获自3M Company of St.Paul，MN)中得到(delivered)的。通过将47.6g低聚甲基丙烯酸六氟环氧丙烷氨基乙酯(其通式为C3F7O(CF(CF3)CF2O)nCF(CF3)CONHC2H4OCOC(CH3)＝CH2，其中n为3或更大)、0.95g A174(甲基丙烯酸3-三甲氧基硅烷丙酯)、1.4g MPTS(3-巯基丙基三甲氧基硅烷)和220g HFE 7200添加到1升的烧瓶中合成所述共聚物。该烧瓶装配有机械搅拌器，并在搅拌下置于N2吹扫下10分钟。在此阶段之后，添加2克LUPEROXTM 26M50引发剂(获自Arkema，Inc.，of Philadelphia，Pennsylvania)的溶液(含1克固体)，将该反应混合物加热到70℃并保持18小时。
用具有下述通式的含氟丙烯酸酯共聚物涂覆实施例10
其是从HFE-7200中得到的。通过将40g低聚甲基丙烯酸六氟环氧丙烷氨基乙酯(其通式为C3F7O(CF(CF3)CF2O)nCF(CF3)CONHC2H4OCOC(CH3)＝CH2，其中n为3或更大)、5g甲基丙烯酸3-缩水甘油氧丙酯、5g甲基-3-巯基丙酸酯和230g HFE 7200添加到1升的烧瓶中。该烧瓶装配有机械搅拌器，在搅拌下置于N2吹扫下10分钟。在此阶段之后，添加2克LUPEROXTM 26M50引发剂的溶液(含1克固体)，并将该反应混合物加热到70℃并保持18小时。从共聚物溶液中过滤出痕量的不溶沉淀。
实施例1和2 对于实施例1，所有的试样都用清洁方法1清洁。将四个试样涂覆，将三个试样保持未涂覆作为对照样。使用横切带实验方法测试一个涂覆的试样。没有观察到涂层除去。通过LPC萃取测试剩余三个涂覆和未涂覆的试样。结果示于表3。表中的各数据均为各条件下三个试样的平均值。
对于实施例2，所有的试样都用清洁方法2清洁。将两个试样涂覆，将两个试样保持未涂覆作为对照样。通过LPC萃取测试这些试样。结果示于表4。各点均为各条件下两个试样的平均值。
实施例3、4和5 对于实施例3，所有的试样都用清洁方法1清洁。将四个试样涂覆，将三个试样保持未涂覆作为对照样。使用横切带测试方法测试其中一个涂覆的试样。没有观察到涂层除去。用LPC萃取测试剩余三个涂覆和未涂覆的试样。结果示于表6。表中的各数据均为各条件下的三个试样的平均值。
对于实施例4，将三个试样涂覆，将三个试样保持未涂覆作为对照样。使用LPC萃取测试所有涂覆和未涂覆的试样。结果示于表7。表中的各数据点均为各条件下的三个试样的平均值。
对于实施例5，所有的试样都用清洁方法1清洁。将四个试样涂覆，将三个试样保持未涂覆作为对照样。使用横切带测试方法测定一个涂覆的试样。没有观察到涂层除去。用LPC萃取测试剩余三个涂覆和未涂覆的试样。结果示于表8。表中的各数据均为各条件下的三个试样的平均值。
实施例7 对于实施例7，所有的试样都用清洁方法1清洁。将四个试样涂覆，将三个试样保持未涂覆作为对照样。使用横切带测试方法测定一个涂覆的试样。没有观察到涂层除去。用LPC萃取测试剩余三个涂覆和未涂覆的试样。结果示于表10。表中的各数据点均为各条件下的三个试样的平均值。
实施例8 对于实施例8，所有的试样都用清洁方法1清洁。将四个试样涂覆，将三个试样保持未涂覆作为对照样。使用横切带测试方法测定一个涂覆的试样。没有观察到涂层除去。用LPC萃取测试剩余三个涂覆和未涂覆的试样。结果示于表12。表中的各数据点均为各条件下的三个试样的平均值。
实施例9 对于实施例9，所有的试样都用清洁方法3清洁。将四个试样涂覆，将三个试样保持未涂覆作为对照样。使用横切粘附测试方法测定一个涂覆的试样。没有观察到涂层除去。用LPC萃取测试剩余三个涂覆和未涂覆的试样。结果示于表14。表中的各数据点均为各条件下的三个试样的平均值。
实施例10 对于实施例10，所有的试样都用清洁方法3清洁。将四个试样涂覆，将三个试样保持未涂覆作为对照样。使用横切粘附测试方法测定一个涂覆的试样。没有观察到涂层除去。用LPC萃取测试剩余三个涂覆和未涂覆的试样。结果示于表16。表中的各数据点均为各条件下的三个试样的平均值。
权利要求
1.一种基底，包括在所述基底的至少一部分上的涂层，其中所述涂层包括含有含氟化合物部分和活性悬挂基团的物质的反应产物。
2.如权利要求1所述的基底，其中所述涂层包括具有如下通式结构的物质的反应产物
(RO)3Si-(CH2)b-NHC(O)CX1F-(O(CFR1)a)p(O(CFR2CF2)a)q-OCFX2C(O)NH-(CH2)b-Si(OR)3
其中R为甲基或乙基，R1和R2可以相同或不同，为F或CF3，X1和X2可以相同或不同，为F或CF3，其中a为1～4的整数，b为1～10的整数，p为1～145的整数，q为0～145的整数，其数均分子量为约500～约10,000。
3.如权利要求1所述的基底，其中所述涂层包括具有如下通式结构的物质的反应产物
其中x为0～150的整数，y为0～85的整数，条件是x和y不都为0。
4.如权利要求1所述的基底，其中所述涂层包括具有如下通式结构的物质的反应产物
(RO)3Si-(CH2)b-NHC(O)CXF(OC3F6)yO(CF2)zO(C3F6O)xCFXC(O)NH-(CH2)b-Si(OR)3
其中R可以为甲基或乙基，X为F或CF3，x和y可以相同或不同，各自为0～10的整数，条件是其中至少一个不为0，z为2～10的整数。
5.如权利要求1所述的基底，其中所述涂层包括选自具有如下通式结构的物质的反应产物
和
6.如权利要求1所述的基底，其中所述活性悬挂基团选自活性硅烷、活性环氧化物、活性羧酸和活性羟基。
7.如权利要求1所述的基底，其中所述基底为硬盘驱动器组件，其包括至少一个用于在所述盘上磁存储计算机数据的、与盘表面相连的磁头。
全文摘要
本发明提供了用于抑制粒子的涂层。这种涂层包括含氟化合物部分和活性悬挂基团。
文档编号G11B5/62GK101133099SQ200580048847
公开日2008年2月27日 申请日期2005年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者贾森·M·克伦, 格利高里·D·克拉克, 迈克尔·A·洛基特, 理查德·M·弗林 申请人:3M创新有限公司