CN101075438B

CN101075438B - 磁头组件的焊锡接合方法

Info

Publication number: CN101075438B
Application number: CN2007101021772A
Authority: CN
Inventors: 山口巨树; 灰野孝雄; 长谷川勇; 阿部秀昭; 南场克彦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2007-04-29
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2027-04-29
Also published as: JP2007310968A; CN101075438A

Abstract

本发明提供一种磁头组件的焊锡接合方法，既可以使返工作业变得容易，又可以实现焊锡接合的高精确度。一种将磁头滑块的电极焊盘和接合焊盘焊锡接合到悬架上所对应的电极焊盘和接合焊盘上的方法，首先，将焊锡球临时固定在磁头滑块的各个焊盘片上，此时该焊锡球的至少一部分突出在滑块底面的下侧；其次，在临时固定的焊锡球接触悬架的各个焊盘片的状态下，通过熔化接合焊盘上的焊锡球，将磁头滑块和悬架加以粘结固定；接着，在临时固定的焊锡球接触悬架的电极焊盘的状态下将其熔化，使磁头滑块以及悬架的电极焊盘得到接合。

Description

磁头组件的焊锡接合方法

技术领域

本发明涉及一种磁头组件的焊锡接合方法，其不仅将磁头滑块和悬架予以焊锡接合，并且还将磁头滑块的电极焊盘和悬架的电极焊盘予以焊锡接合。

背景技术

硬盘驱动器(HDD)所使用的磁头组件包括装入有磁头的磁头滑块和通过热固性粘合剂粘结固定该磁头滑块的悬架。悬架具有以弹性的方式支承磁头滑块的挠性构件，并且用于电性连接磁头和外部电路的挠性电路板粘结在该挠性构件的表面。为了适应焊接领域(电极焊盘(pad)的大小以及电极焊盘的间隔)变得狭小，以焊锡球焊方式将磁头滑块以及悬架(挠性电路板)的电极焊盘予以接合，而在该焊锡球焊方式中采用了能够比金球更小的球径形成的焊锡球。

对该种类磁头组件，在发货之前要实施动态特性检查。在悬架上粘结磁头滑块的状态下被安装到旋转台等，并转动硬盘的状态下实施动态特性检查。该动态特性检查一般被当做最后的特性检查，如果动态特性的检查结果达不到标准，就被判断为不良。这时，从悬架上剥离被判断为特性不良的磁头滑块，并将其作废，而该悬架会被再利用。因为挠性构件作为悬架的一部分非常脆弱，且易于变形，所以实施该返工(rework)作业时要多加小心。

以往，以再熔化焊锡接合部的方式解除了磁头滑块和悬架的焊锡接合，并且通过加热等方法事先减弱磁头滑块和悬架之间的热固性粘合剂的粘结强度之后强行剥离了磁头滑块。但是，剥离滑块之后热固性粘合剂仍然残留在悬架的情况很多，因此如果不清除残留的热固性粘合剂就无法再利用悬架。热固性粘合剂的清除将使用溶剂强行进行，有可能造成第二次弊病，因此并不可取。

于是近几年来，不使用热固性粘合剂而仅靠焊锡接合粘结磁头滑块和悬架的方法被提出。

专利文献1：(日本)特开昭63-113917号公报

专利文献2：(日本)特开2002-367132号公报

专利文献3：(日本)特开2004-283911号公报

然而，如果仅靠焊锡接合来粘结固定磁头滑块和悬架，就很难确保接合精确度，因为焊锡凝固时所发生的收缩变形会引起磁头滑块的姿势错位或者焊锡球的供给位置出现偏差等。在不使用热固性粘合剂的情况下如何进行精确度好的焊锡接合，就成为课题。

发明内容

本发明是鉴于上述以往的课题而提出的，其目的在于提供一种磁头组件的焊锡接合方法，使返工作业变得容易并实现精确度好的焊锡接合。

本发明将着眼处放在以下的情况而完成的，即：如果事先在磁头滑块上临时固定焊锡球，就能够防止焊锡球供给位置的偏差；如果使焊锡球的一部分突出在滑块底面的下侧来临时固定，就可以确保在磁头滑块和悬架之间形成焊锡角焊缝；及如果先粘结固定磁头滑块和悬架之后再焊锡接合电极焊盘和电极焊盘，就能够防止焊锡接合之后滑块姿势变化。

即，本发明为将分别露出于磁头滑块的尾面和引导面的、用于磁头通电的电极焊盘和用于焊锡接合的接合焊盘分别焊锡接合到对应的悬架的电极焊盘以及接合焊盘的方法，本发明的特征在于，包括：以使焊锡球的至少一部分突出在滑块底面的下侧的状态，将该焊锡球临时固定到各个磁头滑块的电极焊盘以及焊锡接合焊盘上的工序；将该临时固定后的磁头滑块移动到悬架上的工序；在使临时固定后的磁头滑块的焊锡球接触到悬架的电极焊盘以及接合焊盘的状态下，通过激光照射将接合焊盘上的焊锡球完全熔化的工序；等到被熔化的焊锡球凝固之后，将临时固定后的磁头滑块和悬架粘结固定的工序；及在使该粘结固定后的磁头滑块的焊锡球接触到悬架的电极焊盘的状态下，通过激光照射将该电极焊盘上的焊锡球完全熔化的工序。

在焊锡球的临时固定工序中，最好具有以下阶段，即：准备托架的阶段，该托架具有滑块设置面和球供给面，并且其剖面形状为凸形，该滑块设置面放置磁头滑块，而该球供给面位于该滑块设置面的两侧，并且比该滑块设置面低一段；在上述滑块设置面上放置磁头滑块的阶段，此时尾面和引导面分别面向球供给面；向球供给面供给焊锡球，并在该球供给面上将该焊锡球分别临时固定到各个磁头滑块的电极焊盘以及接合焊盘的阶段。

托架的至少球供给面由WC、Mo、Cr及不锈钢当中的任意一种形成时最为理想。上述材料具有熔融焊锡难以附着的性质，因此在球供给面上融化的焊锡不附着于球供给面而与磁头滑块的电极焊盘以及接合焊盘接合。

临时固定焊锡球采取通过激光照射或者超声波振动来进行局部加热焊锡球的方法较为实际。

在移动临时固定后的磁头滑块的工序中，最好是将磁头滑块的没有形成电极焊盘及接合焊盘的侧面以夹具(clamper)夹住后滑移到悬架上。而夹具最好是在接合焊盘上的熔化焊锡凝固之后再撤走。

使焊锡球完全熔化时，最好是根据由图像处理检测到的焊锡球的位置来设定激光照射位置。依此，不仅确保使焊锡球熔化，还可以在磁头滑块和悬架之间形成焊锡角焊缝。

使接合焊盘上的焊锡球完全熔化时，最好是从磁头滑块的没有形成电极焊盘以及接合焊盘的侧面侧进行激光照射。另外，使电极焊盘上的焊锡球完全融化时，最好是从相对于磁头滑块的电极焊盘和悬架的电极焊盘倾斜了规定角度的位置进行激光照射。

根据本发明就能够获得一种磁头组件的焊锡接合方法，使返工作业变得容易，并且可以进行精确度好的焊锡接合。

附图说明

图1为平面图，表示本发明方法之适用对象的、磁头组件(完成状态)的整体结构。

图2为平面图，以单体表示图1的磁头滑块。

图3为平面图，以单体表示图1的悬架(滑块设置面)。

图4中(a)为平面图、(b)为剖面图，分别表示图1之磁头滑块和悬架的焊锡接合部。

图5为剖面图，说明本发明之焊锡接合方法的一个工序。

图6为平面图，说明图5所示工序的下一道工序。

图7为剖面图，说明图6所示工序的下一道工序。

图8为剖面图，说明图7所示工序的下一道工序。

图中：

1磁头组件，11磁头滑块，11a尾面，11b引导面，11c底面，11d侧面，12磁头，13、23电极焊盘，14、24接合焊盘，21悬架，40托架，40a滑块设置面，40b球供给面，41毛细管，42焊锡球，43T、43R焊锡角焊缝，44夹具(clamper)

具体实施方式

图1为平面图，表示了成为本发明之适用对象的、硬盘驱动器所使用的磁头组件(完成状态)的整体结构。磁头组件1包括磁头滑块11和悬架21，该磁头滑块11装入有磁头12，该悬架21通过焊锡粘结固定该磁头滑块11。悬架21具有负载梁(load beam)21a和挠性构件21b，该挠性构件21b在相对于该负载梁21a弹性地悬浮支承磁头滑块11的状态下，被安装在上述负载梁21a的顶端部。挠性构件21b为板簧状的、具有挠性的薄金属板，并通过粘结剂将挠性电路板21c粘贴在挠性构件的表面上，该挠性电路板用于导通连接磁头12和外部电路(搭载磁头组件1的硬盘装置之电路系统)。

图2以及图3为平面图，分别以单体表示了磁头滑块11以及悬架21(滑块设置面)。在磁头滑块11上设置多个电极焊盘13和多个接合焊盘14，而该多个电极焊盘13露出于尾面11a，该多个接合焊盘14露出于与处在尾面11a相反一侧的引导面11b。多个电极焊盘13电性连接于磁头12，并按照规定的间隔安装在尾面11a上。多个接合焊盘14为没有电性连接的虚拟焊盘(dummy pad)，其安装目的在于使磁头滑块11焊锡接合到悬架21。在本实施方式中，设有4个电极焊盘13和2个接合焊盘14。另外，悬架21上形成了电极焊盘23和接合焊盘24，该电极焊盘23和接合焊盘24与磁头滑块11的各电极焊盘13和各接合焊盘14一一对应。电极焊盘13、23以及接合焊盘14、24，由例如Cu、Cu/Ni等电极材料来构成，并且用提高焊锡浸润性的镀Au膜覆盖其表面(焊锡接触面)。磁头滑块11的电极焊盘13以及接合焊盘14和悬架21的电极焊盘23以及结合焊盘24，以相互垂直的位置关系配置，并且分别通过不含铅的、主要成分为锡的Sn焊锡(焊锡角焊缝43T、43R)接合。图4(a)(b)为平面图以及剖面图，表示磁头滑块11和悬架21的焊锡接合部。

参照图5至图9，说明本发明之焊锡接合方法的一种实施方式。图5至图9为表示焊锡接合方法之各个工序的剖面图或者平面图。

首先，准备图5所示的托架40以及毛细管41。

托架40具有滑块设置面40a和两个球供给面40b，其剖面为凸形状，该滑块设置面40a放置磁头滑块11，而该球供给面40b位于该滑块设置面40a的两侧、并且比该滑块设置面40a低一段。滑块设置面40a为平面，并以图示的左右方向对应滑块尺寸(从磁头滑块11的尾面11a到引导面11b的尺寸)而形成。两个球供给面40b是用于在磁头滑块11的电极焊盘13以及接合焊盘14上设置(供给、定位以及临时固定)焊锡球的面，并且以焊料难以附着的材料例如WC、Mo、Cr、不锈钢等来构成该球供给面40b。球供给面40b也和滑块设置面40a一样，由平整面来形成。将根据所使用的焊锡球的直径，设定该滑块设置面40a和球供给面40b之间的高度差距d，并且该高度差距d至少要比焊锡球的直径小。

毛细管41为一个个地接合焊锡球的单发(single action)毛细管，具有圆形输出口41a和输送通道41b，该圆形输出口41a用于输出焊锡球，而该输送通道41b沿着该毛细管41的轴线方向延伸，并且将焊锡球以及氮气流N₂输送到输出口41a。毛细管41的周围备有激光热源，而且从与毛细管41轴线不同的方向照射激光热源的激光。虽然图中没有表示，但是毛细管41还具有将焊锡球以及氮气流N₂引入输送通道41b的导入口。具体在本实施方式中，将使用直径为以下(包括100μm)的焊锡球42，而构成该焊锡球的焊料的主要成分为锡(不含铅)，而且规定了所使用的激光的有效光点直径为

其次，如图5所示，在托架40的滑块设置面40a上，使尾面11a和引导面11b分别面对球供给面40b来放置磁头滑块11。依此，磁头滑块11的各电极焊盘13以及各接合焊盘14可以保持住从滑块设置面40a向球供给面40b一侧突出的状态。

接着，如图5所示，使用毛细管41向各个磁头滑块11的电极焊盘13以及接合焊盘14供给焊锡球42，并将其临时固定。具体方法为如下。首先，在磁头滑块11的电极焊盘13(或者接合焊盘14)和球供给面40b之间设置毛细管41之后，向毛细管41的输送通道41b引入焊锡球42和氮气流N₂，并通过在该输送通道41b流动的氮气流N₂，从输出口41a将焊锡球42提供到(使其自然降落)磁头滑块11的电极焊盘13(或者接合焊盘14)和球供给面40b之间；接着，通过从输出口41a喷出的氮气流N₂的推压力，将焊锡球42移动到最合适的接合位置上，并进行定位；然后，仍旧通过氮气流的推压力保持焊锡球42，以加热的方式熔化焊锡球42的一部分。在本实施方式中，一边以大约100℃的温度加热托架40，一边通过激光照射熔化焊锡球42的一部分，而该激光从与毛细管41的轴线不同的方向进行照射。对焊锡球42的加热温度，最好是达到可以局部地熔化焊锡球42而不能形成焊锡角焊缝的程度，具体地讲，达到227(200～240)℃左右就可以。当焊锡球42在该球供给面40b上被熔化时，因为如上所述球供给面40b由焊锡难以附着的材料来构成，所以焊锡球42的熔融部分也不会附着于球供给面40b上，而只附着到磁头滑块11的电极焊盘13(或者接合焊盘14)一侧，并且凝固。因此，焊锡球42会临时固定在磁头滑块11的电极焊盘13(或者接合焊盘14)。对磁头滑块11的电极焊盘13以及接合焊盘14，一个个进行上述的焊锡球42的供给、定位以及临时固定，而且在全部的焊盘板13、14上临时固定焊锡球42。因为球供给面40b形成为比滑块设置面40a低一段，所以临时固定在该球供给面40b上的焊锡球42，至少其一部分突出在磁头滑块11的底面11c的下侧。换句话来讲，通过利用托架40，可以使焊锡球42的至少一部分突出在磁头滑块11的底面11c的下侧，并在该状态下对该焊锡球42进行既简单精确度又好的临时固定。

临时固定焊锡球42之后，如图6及图7所示，用夹具44夹住在磁头滑块11的没有临时固定焊锡球42的两侧面11d，并将其滑移到悬架21上。通过使用夹具44，能够使在磁头滑块11上临时固定的焊锡球42既不受到损伤又不脱离地移动临时固定后的磁头滑块11。

接着，如图7所示，在临时固定在该磁头滑块11的焊锡球42和悬架21的电极焊盘23以及接合焊盘24互相接触的状态下，通过夹具44保持已移动到悬架21上的、被临时固定后的磁头滑块11。在该保持状态中，磁头滑块11的底面11c与悬架21不相接触。

接着，如图7所示，保持临时固定在磁头滑块11的焊锡球42和悬架21的电极焊盘23以及接合焊盘24接触，分别通过激光照射使磁头滑块11的引导面11b一侧的焊锡球42R完全熔化。在这里，根据由图像处理检测到的焊锡球42R的位置来设定激光照射位置，并从磁头滑块11的没有固定焊锡球42的两个侧面面11d一侧(在图7中与纸面相垂直的一侧)照射激光。在图7中用黑圆点表示了激光照射位置。如果以250℃～300℃左右的温度来完全融化焊锡球42R，该熔融焊锡就扩展到磁头滑块11的接合焊盘14和悬架21的接合焊盘24之间，并且凝固，会形成焊锡角焊缝43R(图8)。磁头滑块11和悬架21通过该焊锡角焊缝43R和接合焊盘14、24接合。夹具44所保持的磁头滑块11，受到由焊锡球42R的凝固所引起的收缩变形后被拉到悬架21一侧，从而其底面11c与悬架21接触。在本实施方式中，焊锡球42R在与磁头滑块11的接合焊盘14和悬架21的接合焊盘24这两者接触的状态下被回流(Reflow)处理，所以可以确保焊锡角焊缝43R的形成，还能够保证很高的接合强度。夹具44在磁头滑块11和悬架21接合之后再被撤走。

接着，如图8所示，保持使磁头滑块11的尾面11a一侧的焊锡球42T和悬架21的电极焊盘13接触，通过激光照射完全熔化各焊锡球42T。在这里，与完全熔化引导面11b一侧的焊锡球42R时的情况一样，虽然根据由图像处理检测到的焊锡球42T的位置来设定激光照射位置，但是，从相对于磁头滑块11的电极焊盘13和悬架21的电极焊盘23，按照所规定角度来照射激光，在本实施方式中是从两个电极焊盘13、23大约倾斜45°的方向(图8中为箭头方向)照射。在焊锡球42T被完全熔化之后，其熔融焊锡在磁头滑块11的电极焊盘13和悬架21的电极焊盘23之间扩展并且凝固，形成了焊锡角焊缝43T。因为临时固定时已经决定了焊锡球42T的位置，并且在与两个电极焊盘13、23接触的状态下回流处理，所以能够控制焊锡接合位置的偏差，确保在两个电极焊盘13和23之间形成焊锡角焊缝43T的同时，还能够防止导通不良。因为引导面11b一侧已经通过焊锡角焊缝43R与悬架21接合，所以即使产生由焊锡球42T的凝固所引起的收缩应力，磁头滑块11也不会偏离位置。

通过上述工序，就可以得到通过焊锡接合粘结固定了磁头滑块11和悬架21的磁头组件1(图1，图4)。在实际转动硬盘的状态下所进行的动态特性检查中，如果该磁头组件1被判定为良品则成为产品，但是若被判定为不良滑块时，为了将悬架21作为返工(rework)品进行再利用，会实施从悬架21上去除磁头滑块11的返工作业。在该返工作业中，分别使焊锡角焊缝43R、43T再熔化之后，再从悬架21上去除磁头滑块11即可。因为在磁头滑块11和悬架21的接合中没有使用热固性粘合剂，所以可以使悬架21不受损伤或者变形地去除磁头滑块11，并且使悬架21的再利用变得容易。

如上所述，在本实施方式中，在使事先已在磁头滑块11的电极焊盘13以及接合焊盘14上临时固定的焊锡球42，与悬架21的电极焊盘23以及接合焊盘24分别接触的状态下，通过熔化接合焊盘14、24上的焊锡球42，使磁头滑块11和悬架21粘结固定，并且以熔化悬架21的电极焊盘23上所接触的焊锡球42的方式接合磁头滑块11和悬架21的电极焊盘13、23。如果按照如上所述方式焊锡接合磁头滑块11和悬架21，就可以不使用热固性粘合剂的来粘结固定磁头滑块11和悬架21，从而使返工作业变得容易。

在本实施方式中，如上所述，因为在磁头滑块11上事先临时固定了焊锡球42，所以能够既简单又正确地规定焊锡球42，并且与通过向电极焊盘13、23之间或者接合焊盘14、24之间直接供给焊锡球42来将其熔化的情况相比，能够更好地控制焊锡接合位置的偏差，还可以提高焊锡接合的精确度。

又，在本实施方式中，因为先粘结固定磁头滑块11和悬架21之后再焊锡接合电极焊盘13、23，所以即使产生由焊锡球42的凝固所引起的收缩应力也不会发生磁头滑块11的错位，同时电极焊盘13、23的接合精确度也得到提高。

并且，在本实施方式中，因为焊锡球42在与悬架21的电极焊盘23以及接合焊盘24相接触的状态下被熔化，所以能够确保在电极焊盘13、23之间以及接合焊盘14、24之间形成焊锡角焊缝43T和43R，从而防止电极焊盘13、23的导通不良的同时，还能提高磁头滑块11和悬架21的接合强度。

而且，在本实施方式中，因为临时固定焊锡球42时该焊锡球突出在磁头滑块11的底面11c的下侧，所以在悬架21上放置临时固定后的磁头滑块11时，就能够保证焊锡球42必然地接触到悬架21的各个焊盘23和24。上述临时固定将利用托架40，而因为该托架40具有比滑块设置面40a低一段的球供给面40b，所以能够简单地进行上述临时固定。虽然在本实施方式的临时固定工序中，从与毛细管41的轴线方向不同的方向照射激光来熔化焊锡球42的一部分。但是，也可以从与毛细管41的轴线方向相同的方向照射激光来实现焊锡球42的临时固定，而且还可以通过超声波振动代替激光照射的方式来临时固定焊锡球42。

Claims

1.一种磁头组件的焊锡接合方法，将分别露出于磁头滑块的尾面和引导面的、用于磁头通电的电极焊盘和用于焊锡接合的接合焊盘焊锡接合到悬架上所对应的电极焊盘和接合焊盘上，所述磁头组件的焊锡接合方法的特征在于，其具备：

在上述磁头滑块的各个电极焊盘和焊锡接合焊盘上临时固定焊锡球的工序，此时该焊锡球的至少一部分在滑块底面的下侧突出；

在使在上述磁头滑块上临时固定的焊锡球分别接触到上述悬架的电极焊盘以及接合焊盘的状态下，完全熔化接合焊盘上的焊锡球，粘结固定上述磁头滑块和上述悬架的工序；及

使在粘结固定后的磁头滑块上临时固定的焊锡球接触到上述悬架的电极焊盘的状态维持不变，使磁头滑块上接触到上述悬架的电极焊盘的焊锡球完全熔化，将上述磁头滑块的电极焊盘和上述悬架的电极焊盘接合；

在上述临时固定焊锡球的工序中，包括：

准备托架的阶段，该托架的剖面形状为凸形，并具有滑块设置面和球供给面，该滑块设置面放置上述磁头滑块，而该球供给面处于该滑块设置面的两侧，并且比该滑块设置面低一段；

在上述滑块设置面上放置上述磁头滑块的阶段，此时尾面和引导面分别面向上述球供给面；及

向上述球供给面供给焊锡球，并在该球供给面上将该向球供给面供给的焊锡球分别临时固定到上述磁头滑块的电极焊盘及接合焊盘的阶段。

2.根据权利要求1所述的磁头组件的焊锡接合方法，其特征在于，上述托架的至少上述球供给面由WC、Mo、Cr及不锈钢当中的任意一种形成。

3.根据权利要求1所述的磁头组件的焊锡接合方法，其特征在于，通过激光照射局部地加热或者超声波振动局部地加热焊锡球来进行对上述磁头滑块的各个上述电极焊盘及上述焊锡接合焊盘的上述焊锡球的临时固定。

4.根据权利要求1所述的磁头组件的焊锡接合方法，其特征在于，具有：对上述磁头滑块的各个上述电极焊盘及上述焊锡接合焊盘的上述焊锡球的上述临时固定之后，将上述磁头滑块的没有形成电极焊盘及接合焊盘的侧面用夹具夹住，然后将上述磁头滑块滑移到上述悬架上的工序。

5.根据权利要求4所述的磁头组件的焊锡接合方法，其特征在于，在接合焊盘上的熔融焊锡凝固之后，撤走上述夹具。

6.根据权利要求1所述的磁头组件的焊锡接合方法，其特征在于，通过激光照射完全熔化上述磁头滑块的各个上述电极焊盘及上述焊锡接合焊盘的上述焊锡球，并根据由处理图像检测到的上述磁头滑块的各个上述电极焊盘及上述焊锡接合焊盘的上述焊锡球的位置设定激光照射位置。

7.根据权利要求6所述的磁头组件的焊锡接合方法，其特征在于，通过从上述磁头滑块的没有形成电极焊盘以及接合焊盘的侧面侧照射激光，使接合焊盘上的焊锡球完全熔化。

8.根据权利要求6所述的磁头组件的焊锡接合方法，其特征在于，通过从相对于上述磁头滑块的电极焊盘和上述悬架的电极焊盘倾斜了规定角度的位置照射激光，使电极焊盘上的焊锡球完全熔化。