CN1184616C - 磁头和磁头的制造方法及其所用的连接用毛细管 - Google Patents

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Abstract

本发明是将具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座固定在构成导电电路的金属板上，利用超声波焊接球形凸块，将上述连接端子和上述导电电路连接起来，并在上述球形凸块的表面上，形成在连接上述连接端子和上述导电电路的方向上延伸的凸部。另外，连接用的毛细管，在其具有可插入金属线的通孔的前端部分上做有槽，该槽横穿以上述通孔为中心的凹部和该凹部的中心，一直达到上述前端部分的外侧面。

Description

磁头和磁头的制造方法 及其所用的连接用毛细管
技术领域
本发明涉及一种磁头和磁头的制造方法及其所用的连接用毛细管。该磁头可以使电气上将薄膜磁头等的磁头元件的连接端子和向该磁头元件供给电气信号的导电电路连接起来的球形凸块的接合强度提高，并且稳定性好。
背景技术
以往，用于硬磁盘装置的薄膜磁头的整体结构如图9所示。它由一个陶瓷滑座1、挠性件2、加载梁3、支架4、导电电路8和与该导电电路连接的挠性配线基板5构成。该陶瓷滑座1的侧端面上做有用于在上述硬磁盘上记录和重现信息、由薄膜构成的磁头元件。该挠性件2具有挠性，用粘接剂固定在该滑座1的背面的前端上。该加载梁3具有弹性，用点焊等方法固定在该挠性件2的一端上，该梁由不锈钢制成。该支架4由不锈钢制成，它用点焊等方法固定在该加载梁3的后端。该导电电路8用于向上述磁头元件供给电气信号，它安装在该支架4上。
又，如图10～图12所示，在设有磁头元件6的滑座1的侧端面1a上，并排地设置了四个用于与磁头元件6电气上导通，在铜或镍表面上镀金的连接端子7(记录用和重现用)。另外，在上述挠性件2的表面上，通过由聚酰亚胺树脂制成的树脂层，做出四根铜制且在其表面上镀金的导电电路8。该导电电路8从挠性件2的后端引出，与上述挠性配线基板5导通。
另外，上述滑座1与设在挠性件2的前端上的舌片2a接触。这时，滑座1的侧端面1a与挠性件2的表面垂直，滑座1的4个上述连接端子7分别配置成与四个导电电路8的端部接近。这样，上述侧端面1a和挠性件2的表面形成一个相交的角度部分9，用超声波焊接的方法将由黄金等材料制成的球形凸块10焊接在连接端子7和导电电路8之间，使连接端子7与导电电路8导通。
又，设在加载梁3的前端的突起部分3a与挠性件2的舌片2a的背面接触，该挠性件2是依靠自身的弹性力产生的一定的压力通过在滑座1背面的突起部分3a被压紧的。
上述磁头的支架4安装在图中没有示出的硬磁盘装置的驱动臂上，使滑座1的表面与磁盘的磁性记录面相对。当上述磁头动作时，固定在挠性件2上的滑座1，以给定的间隔，在磁盘的磁性记录面上浮起，它一方面因为挠性件2的柔软性，而跟随空气的流动，一方面又通过磁头元件6，在磁盘上进行磁性记录和重现。
下面来说明上述磁头的制造方法，特别是由上述球形凸块10连接的连接端子7和导电电路8的连接方法。图13表示由红宝石或氧化铝(Al2O3)等高密度陶瓷制成的连接用毛细管的侧视图；图14表示毛细管前端的主要部分的放大截面图；图15表示毛细管的前端的端面图。该毛细管11由中心具有通孔11a的圆筒形管体11b，和一端做成尖细的前端部分11c构成。另外，在前端部分11c上，做有一个具有与通孔11a的开放端连通的、内表面为圆锥面形状的凹部11d。
其次，如图16所示，在上述毛细管11的通孔11a中，插入由黄金丝线制成的金属线12；利用放电的方法，使从前端部分11c的端面突出出来的金属线12的前端熔融，形成球体12a。该球体12a由前端部分11c的上述凹部11d夹持住。
然后，将固定在挠性件2上的滑座1倾斜45度，保持在夹具等(图中没有示出)中。移动毛细管11，在与滑座1的侧端面1a和挠性件2的表面相交的角度部分9相对的方向上，使上述毛细管11下降，并使球体12a分别与滑座1的连接端子7和挠性件2的导电电路8的表面接触。接着，使毛细管11与滑座1的侧端面1a和挠性件2的表面平行地(与图示垂直的方向)做超声波振动，使球体12a同时与连接端子7和导电电路8二者接合，形成球形凸块10。
最后，通过将金属线12从球形凸块10中引出，就完成了利用球形凸块10对连接端子7和导电电路8的连接。另外，引出的金属线12的一部分作为残部10a，将以在球形凸块10的表面上突出出来的状态残留下来。
发明内容
然而，在上述现有的球体12a的连接方法中，如图16所示那样，由于毛细管11的位置精度偏差等原因，使前端部分11c的最末端的降下位置相对于倾斜45度放置的滑座1的侧端面1a和挠性件2的表面相交的角度部分9，容易产生位置偏移。例如，在导电电路8一侧的位置偏移为t的情况下，由于球体12a的周围被前端部分11c的凹部11d保持着，因此，当用超声波焊接仍处在位置偏移状态的球体12a时，则球形凸块10将处在与连接端子7还未接触或接合强度不稳定的状态下，这成为一个问题。
另外，在现有的连接方法中，即使在球体12a高精度地在上述角度部分9中定位的情况下，由于球体12a与连接端子7和导电电路8的接触面的摩擦力各不同，所以当利用超声波振动使球体12a接合时，球体12a会在夹持它的上述凹部11d内回转，因此，存在着接合需要花费时间或接合强度弱等问题。
考虑到上述的问题，本发明之目的是要提供一种通过球形凸块与连接端子和导电电路接合的接合强度高、并且结构稳定的磁头及其制造方法，和用于该方法的连接用毛细管。
本发明的磁头为，它将具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座固定在构成导电电路的金属板上；并通过金属制的球形凸块，利用超声波焊接，将上述连接端子和上述导电电路连接起来；在上述球形凸块的表面上，形成残部和凸部，该残部因金属线的熔化而在金属线熔化方向上形成，该凸部在上述残部的两侧，因深入于与毛细管中间中心对称地形成的槽而产生，且在连接上述连接端子和上述导电电路的方向上延伸。因此，当该球形凸块焊接时，上述凸部具有防止球形凸块回转的功能。
本发明的磁头的制造方法为，它是由下列工序组成的：将具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座，固定在构成导电电路的金属板上的工序；在具有通孔的毛细管的前端，做出横穿该通孔中心的槽，将金属线插入上述通孔中，并将设在该金属线端部的球体放置在上述前端部分上的工序；移动上述毛细管的前端，使上述球体与上述连接端子和导电电路接触的工序；和使上述毛细管在与上述槽的方向垂直的方向上做超声波振动，使上述球体与上述连接端子和导电电路接合，由此形成球形凸块的工序，在该球形凸块的表面上，形成残部和在该残部的两侧、在连接上述连接端子和上述导电电路的方向上延伸的凸部。因此，即使在毛细管前端产生位置偏移的情况下，上述槽也可以使保持在前端部分中的球体，自动地在连接端子和导电电路的给定位置上定位。另外，焊接时，球体的一部分深入该槽中，使球体不能回转。
本发明的连接用毛细管为，用于利用超音波焊接球形凸块，连接具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座的上述连接端子，以及形成在固定有上述滑座的金属板上的导电电路，其特征为，上述连接用毛细管具有通孔，在上述连接用毛细管的前端部分形成有以该通孔为中心的凹部，横穿上述凹部的中心的槽一直达到上述前端部分的外侧面，插入于上述通孔的金属线的一端部熔化而形成的上述球形凸块，位于上述凹部。
如上所述，由于本发明的磁头是将具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座固定在构成导电电路的金属板上；利用超声波焊接金属制的球形凸块，将上述连接端子和上述导电电路连接；在上述球形凸块表面上形成残部和凸部，该残部因金属线的熔化而在金属线熔化方向上形成，该凸部在上述残部的两侧，因深入于与毛细管中间中心对称地形成的槽而产生，且在连接上述连接端子和上述导电电路的方向上延伸。因此，在焊接该球形凸块时，上述凸部具有防止该球形凸块回转的功能，这样，可以得到连接端子与导电电路的连接强度高、可靠性高的磁头。
另外，本发明的磁头的制造方法具有下列工序：在有通孔的毛细管前端做出横穿该通孔中心的槽，将金属线插入上述通孔中，将设在该金属线端部的球体放置在上述前端的工序；移动上述毛细管的前端，使上述球体与上述连接端子和导电电路接触的工序；和使上述毛细管在与上述槽的方向垂直的方向上做超声波振动，使上述球体与上述连接端子和导电电路接合，由此形成球形凸块的工序，在该球形凸块的表面上，形成残部和在该残部的两侧、在连接上述连接端子和上述导电电路的方向上延伸的凸部。因此，即使在毛细管前端有位置偏移的情况下，上述槽也可以使保持在前端的球体自动地处于连接端子和导电电路的给定位置上，使接合的位置精度提高。另外，接合时，该球体的一部分深入至上述的槽中，使球体不能回转，因此可以达到短时间内高效牢固接合的显著效果。
本发明制造方法的连接用毛细管，用于利用超音波焊接球形凸块，连接具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座的上述连接端子，以及形成在固定有上述滑座的金属板上的导电电路，其特征为，上述连接用毛细管具有通孔，在上述连接用毛细管的前端部分形成有以该通孔为中心的凹部，横穿上述凹部的中心的槽一直达到上述前端部分的外侧面，插入于上述通孔的金属线的一端部熔化而形成的上述球形凸块，位于上述凹部。因此，连接的接合强度和稳定性均提高。
附图说明
图1为表示本发明的磁头的主要部分的放大的立体图；
图2为本发明的毛细管的侧视图；
图3为本发明的毛细管的前端主要部分的放大的截面图；
图4为本发明的毛细管的前端的端面图；
图5为表示利用本发明的毛细管的连接方法的主要部分的侧视剖面图；
图6为表示本发明的球形凸块的连接状态的主要部分的侧视图；
图7(a)、图7(b)、图7(c)和图7(d)为分别表示连接实验用的四种毛细管前端形状的端面图；
图8为表示作为连接实验结果的毛细管各个前端形状的剪切强度的座标图；
图9为现有的磁头的立体图；
图10为表示现有的磁头的滑座与金属板的连接状态的立体图；
图11为图10所示磁头的平面图；
图12为图10所示磁头的侧视图；
图13为现有的毛细管的侧视图；
图14为现有的毛细管的前端主要部分的放大的截面图；
图15为现有的毛细管前端的端面图；
图16为表示利用现有的毛细管进行连接的方法的主要部分的侧视剖面图；
图17为表示现有的球形凸块的连接状态的主要部分的侧视图。
具体实施方式
以下，根据附图来说明本发明的实施例。图1表示本发明的磁头的主要部分的放大立体图。在表面上做出四根导电电路28、由不锈钢等制成的可挠性金属板(例如，挠性件)22的该表面上，利用环氧树脂等粘接陶瓷制滑座21；而在该滑座21的侧端面21a上设有磁头元件(图中没有示出)和与该磁头元件导通的四个连接端子27。在与上述导电电路28和连接端子27分别对应，滑座21的侧端面21a与金属板22的表面垂直相交的角度部分29上，通过超声波焊接球形凸块30，将各个连接端子27和导电电路28电气上连接起来。另外，在该球形凸块30的表面上，形成列出后述的金属线的痕迹的残部30a，和在该残部30a的两侧，在连接连接端子27和导电电路28的方向上延伸的凸部30b。
另外，图中没有示出，但与上述现有的例子同样，上述金属板焊接在一个加载梁上，利用固定在该加载梁上的支架，可以将整个磁头安装在磁盘装置中。
图2～图4表示本发明所使用的、由红宝石、氧化铝等高密度陶瓷制成的连接用毛细管31。与上述现有的例子相同，该毛细管由中心设有通孔31a的圆筒形管体31b和一端做成夹细形的前端部分31c构成。另外，在前端部分31c上，还设有具有和通孔31c的开放端连通的圆锥形内表面的凹部31d，和横穿该凹部31d的中心，一直达到前端部分31c的外侧面的直线形槽31e。上述槽31e的方向，预先做成与毛细管31的振动方向垂直的方向。
前端部分31c的通孔31a的直径因金属线的形状不同而不同，大约为40～50微米。凹部31d向着其开口端，以大约90度的开口角度扩宽，其深度尺寸因球体30的直径不同而不同，大约为10～40微米。槽31e的宽度约为30～50微米。前端部分31c最末端的外周边缘为曲面形状，根据需要，也可以做成锥面形状。
现在利用图5来说明使用上述毛细管31的滑座21的连接端子27和金属板22的导电电路28的连接方法(接合方法)。首先，将黄金等细丝制成的金属线32插入毛细管31的通孔31a中，利用放电等的热能使金属线32的一个端部熔化，形成球体32a。然后，利用设在毛细管31的前端部分31c中的凹部31d夹持着该球体32a。
其次，将设置了滑座21的金属板22，以45度角度放置在夹具等(图中没有示出)上，将毛细管31放置在该滑座21的侧端面21a和金属板22的表面垂直相交的角度部分29上，使球体32a定位，并使毛细管31对着该角度部分29下降。这时，做在前端部分31c上的槽31e的方向，正好为与连接端子27和导电电路28的各自的表面相对的方向。
再使毛细管31的前端部分31c面对着连接端子27和导电电路28的各自的表面，沿着平行方向(与图面垂直的方向)，即与前端部分31c的槽31e的方向垂直的方向，做超声波振动，将球体32a与连接端子27和导电电路28的接触表面超声波焊接在一起，形成球形凸块30，使连接端子27和导电电路28电气上连接起来。
在接合时，即使在由于位置精度的偏差，使前端部分31c的最末端的下降位置相对于上述角度部分29产生位置偏移t的情况下，由于该球体32a是夹持在前端部分31c的凹部31d中的，通过设在前端部分31c上的上述槽31e，使得与连接端子27和导电电路28的表面相对的方向的球体32a的夹持力变弱，因此，球体32a可以沿着连接端子27和导电电路28的表面，自动地在角度部分29中定位，结果，如图6所示，能以高的位置精度可靠地接合，形成球形凸块30。
另外，球体32a的表面还可以因为超声波能量的作用而变形，使其一部分深入前端部分31c的槽31e中，结果，球体32a不能回转，可以高效稳定地与上述接触表面接合。
最后，使毛细管31上升，使其前端部分31c离开所形成的球形凸块30，与此同时，通过将金属线32从球形凸块30中引出，即完成了连接端子27和导电电路28的电气连接。又如图1所示，在该球形凸块30的表面上，形成引出的金属线32的残部30a，和因深入槽31e而产生的凸部30b。该凸部形成在连接连接端子和导电电路的方向上延伸的形状。
下面，有关在该毛细管的前端部分上做出槽的效果，将根据实施例和比较例，来说明其实验结果。图7(a)表示没有作出槽的现有例子的毛细管前端部分形状的端面图；图7(b)为在与毛细管31的振动方向垂直的方向上做出槽31e的本发明实施例的毛细管前端部分形状的端面图；图7(c)为在毛细管31的振动方向及其垂直方向上都做有十字形槽31f的比较例1的毛细管前端部分形状的端面图；图7(d)为在毛细管37的振动方向上做出槽31g的比较例2的毛细管前端部分形状的端面图。毛细管11、31的通孔11a、31a的直径为46微米，槽31e、31f、31g的宽度为30微米。
使用上述各种形状的毛细管，将球体夹持在毛细管的前端部分中，不从外部加热，沿着箭头方向(纸的上下方向)，即与连接端子和导电电路平行的方向，使图7(a)～图7(d)所示的毛细管做超声波振动，在连接端子和导电电路之间进行连接。对各种毛细管中的每一种，分别制作30个样品，利用这些样品，比较其连接性能，结果表示在表1中。
                表1  槽的形状和连接性能
槽的形状   防止球体转动 剪切强度 连接位置重合的容易性    连接的位置精度
现有例子     ×     △     △     ○
实施例     ○     ○     ○     ○
比较例1     ○     ×     ×     ×
比较例2     △     ×     ×     ×
表1中，○表示好，△表示普通，×表示不好。另外，评价项目的“防止球体转动”是通过目视来评价连接时的球体的运动状况。“剪切强度”是平行地对球形凸块的接合面施加力，测定取下该球形凸块时的力(克力)(剪切强度)。测定结果如图8中将每个槽的形状的剪切强度的平均值连接起来的座标图所示那样，本实施例的剪切强度平均值为170克力，达到现有例子的大约1.7倍，是最高的。
比较例1、2，由于槽做在毛细管的振动方向上，球体可以在振动方向，即与连接端子和导电电路平行的方向上活动，因此，连接的强度、位置重合的容易性和位置精度都变坏了。
其次，在将槽做在与上述实施例的毛细管振动方向垂直的方向上的图7(b)的形状中，当改变槽宽尺寸时，对连接性能进行了实验研究。结果如下述表2所示。实验中所用的球体的球径为120微米，准备了槽宽尺寸在10微米～60微米范围内，每隔10微米变化一次的6种槽。
              表2  槽宽尺寸与连接性能
槽宽尺寸  防止球体转动 剪切强度 连接位置重合的容易性    连接的位置精度
 10微米     ×     △     △     ○
 20微米     △     △     △     ○
 30微米     ○     ○     ○     ○
 40微米     ◎     ◎     ○     ○
 50微米     ○     ○     ○     ○
 60微米     ○     △     ○     ×
在表2中，◎表示非常好，○表示好，△表示普通，×表示不好。对于槽宽为10微米的“防止球体转动”，因槽宽过分狭窄，与现有没有槽的情况完全没有变化。对于槽宽为60微米的“连接的位置精度”，因槽宽过宽，球体可在槽方向上活动，因此位置精度变差。从上述的结果可知，槽宽尺寸被球体直径除后所得的值在比1/6大，比1/2小的范围内时，可得到良好的结果。

Claims (3)

1.一种磁头，其特征为，将具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座固定在构成导电电路的金属板上；利用超声波焊接金属制的球形凸块，将上述连接端子和上述导电电路连接起来；在上述球形凸块的表面上，形成残部和凸部，该残部因金属线的熔化而在金属线熔化方向上形成，该凸部在上述残部的两侧，因深入于与毛细管中间中心对称地形成的槽而产生，且在连接上述连接端子和上述导电电路的方向上延伸。
2.一种磁头的制造方法，其特征为，它由下列工序组成：将具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座固定在构成导电电路的金属板上的工序；在具有通孔的毛细管的前端，做出横穿该通孔中心的槽，将金属线插入上述通孔中，将做在该金属线端部上的球体放置在上述前端部分上的工序；移动上述毛细管的前端部，使上述球体与上述连接端子和导电电路接触的工序；和使上述毛细管在与上述槽的方向垂直的方向上做超声波振动，使上述球体与上述连接端子和导电电路接合，由此形成球形凸块的工序，在该球形凸块的表面上，形成残部和在该残部的两侧、在连接上述连接端子和上述导电电路的方向上延伸的凸部。
3.一种连接用毛细管，用于利用超音波焊接球形凸块，连接具有磁头元件和与该磁头元件导通的连接端子的滑座的上述连接端子，以及形成在固定有上述滑座的金属板上的导电电路，其特征为，上述连接用毛细管具有通孔，在上述连接用毛细管的前端部分形成有以该通孔为中心的凹部，横穿上述凹部的中心的槽一直达到上述前端部分的外侧面，插入于上述通孔的金属线的一端部熔化而形成的上述球形凸块，位于上述凹部。
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