CN1063563C - 制造信息存储系统的滑块-悬体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造信息存贮系统的滑动-悬体装置的方法,包括如下步骤:在每个终端垫上和每个接触垫上形成一个焊料凸条;使滑块与悬体接触放置,从而使终端垫和接触垫准确对齐;加热两个相临焊料凸块,一个焊料凸块形成在一个终端垫上,另一个焊料凸块形成在一个接触垫上;以使两个相临焊料凸块回流,生成电连接,有选择压平一个或二个焊料凸块,并且所选择压平的焊料凸块沿一个方向径向扩展,从而在加热时能与另一个凸块接触。

Description

制造信息存储系统的滑块-悬体的方法
本发明涉及数据记录信息存储系统的滑块-滑体装置的制造方法。具体而论,本发明涉及磁存贮系统的一个改进的滑块-悬体的电连接滑块和悬体的方法。
信息存贮设备包括磁存贮设备和光存贮设备,它们利用:至少一个带有包含信息的同心数据轨道的转盘,一个从各个轨道读出数据或向各个轨道写入数据的传感器,以及一个连到磁头以移动磁头至一个期望的轨道、并在读/写操作期间保持磁头在轨道中心线上的磁头定位传动装置。传感器固定到具有气浮支承表面的磁头(或滑块)上,通过转盘产生的气垫作用支撑着磁头,使其靠近盘的数据表面。滑块的后侧固定到悬体上(悬体的后侧即为和气浮支承表面相对的那一侧),而悬体固定到磁头定位传动装置的传动杆上。
悬体在滑块和传动杆之间提供尺寸稳定性,并在滑块相对于在转盘上它的移动方向的倾斜和转动中提供可控的柔性,并且对侧向(径向)移动提供阻力。悬体一般要向滑块施加一个负荷或一个力,这个力由滑块的气浮支承面和盘表面之间的气浮支承力抵消。因此,可以使滑块保持在极为靠近数据盘表面但又不和数据表面接触的位置。悬体一般包括一端固定在传动杆上的一个负荷梁,和固定在负荷梁另一端的并支撑滑块的弯曲部件。负荷梁提供向盘表面偏斜滑块的弹性弹簧作用,而弯曲部件在滑块位于气浮表面和转盘间的气垫上时提供滑块所需的柔性。在美国专利No.4,167,765中描述了这样一种悬体,该专利已转让给本申请的同一个受让人。在美国专利No.3,823,416中描述了一种常规的滑块的一个实例,该专利已转让给本申请的同一个受让人。
在常规的滑块-悬体装置中,通过环氧粘结剂将滑块在结构上固定到悬体的弯曲部件上。通过双扭线进行在传感器和磁盘驱动器读/写电路之间的电连接,该双扭线跨过悬体负荷梁的整个长度并在弯曲部件和滑块上方伸出。用超声方法将双扭线的端部粘结到滑块上的传感器导线上。制造这样一种滑块-悬体装置需要手工装配,因此时间长且成本高。
另一种类型的悬体是一个组合的或叠层的结构,包括一个基层、一个在上面形成有一定图案的电导线的带有一定图案的导电层、以及一个在上述两层之间的绝缘层,如在IBM Technical Disclosure Bul-letin(IBM技术公开快讯)、第22卷、第4期(1979年9月)、1602-1603页中所述。在这个叠层的悬体中,滑块用环氧粘结到叠层悬体上,传感器导线焊接到在悬体上形成的电导线上。
另一种类型叠层结构悬体包括一个不锈钢的基层、一个在基层上形成的聚酰胺绝缘层、以及一个在绝缘层上形成的由蚀刻的铜合金构成的具有一定图案的导电层,如美国专利4,996,623中所述。蚀刻的铜合金提供了电连接该薄膜磁头传感器和磁盘驱动器的读/写电路的一个导线结构。在美国专利4,761,699和IBM TechnicalDisclosure Bulletin、第36卷第2期(1993年2月)、第371页中描述了一种将滑块固定到数据记录盘的外存贮器中的一个叠层/蚀刻悬体上的方法。
这里存在着和美国专利4,761,699中描述的滑块-悬体装置有关的几个缺点。为了实现这一方法,悬体上的蚀刻的平电线必须经过进一步处理才能在导电线上形成绝缘的钝化层,以防止在滑块和导电线之间短路。必须穿过钝化层打开通路才能与滑块进行电接触,必须对结构终端和电的终端都进行焊料凸块的回流。为进行结构固定,滑块还必须经受真空处理过程才能在滑块的后侧提供可焊接的金属化接触垫。但是,还必须在一个红外环行炉中加热磁头一悬体装置,以使焊料凸块回流,这将使滑块和MR磁头都处在高温状态。这种回流还需要某种焊剂,焊剂可能引起MR磁头的腐蚀。此外,该过程是不连贯的,不是“连续流动制造”(CFM)过程或自动装配线相容过程。
在IBM Technical Disclosure Bulletin第36卷、第2期(1993年2月)、第371页中描述的方法使用环氧对滑块进行结构固定。将悬体的铜合金导线的端部从悬体表面开始向上弯曲,并使用间断型回流过程把这些端部焊接到磁头的终端垫上。这一方法使回流期间保持导线靠在滑块的焊料垫上的设备复杂化。此外,该方法还存在和以上描述过的间断型回流过程有关的缺点。
因些期望提供一种制造数据记录磁盘驱动器的滑块-悬体装置的方法,该方法允许在进行结构固定时在对齐滑块和悬体中有某种容差,同时在薄膜磁头传感器和悬体导线之间提供简单有效的电连接方法。进一步还期望提供一种借助于一种不使用焊剂因此不需要随后的清洗操作的过程将传感器的终端垫焊接到蚀刻的铜导电线的导线垫上的方法。另一个期望是提供一种借助于一个不使磁头和悬体遭受热照射的过程将传感器的终端垫焊接到蚀刻的铜导电线上的方法,从而防止对诸如MR磁头之类的温度敏感部件的高温照射和磁性能变坏。还有一个期望是提供一种不需要炉内回流过程的用于悬体导线和磁头终端垫的连接的方法,从而使该方法成为CFM相容过程。
一种制造信息存贮系统的滑块-悬体装置的方法,在滑块上形成一个读和/或写传感器,其电接线在终端垫处终止,并且悬体有一个导电线结构,该结构包括导电接触垫,该方法包括如下步骤:在每个终端垫上和每个接触垫上形成一个焊料凸块,使滑块与悬体接触放置,从而使终端垫和接触垫准确对齐;以及加热两个相临焊料凸块,一个焊料凸块形成在一个终端垫上,另一个焊料凸块形成在一个接触垫上;以使两个相临焊料凸块回流,生成电连接,其特征在于,有选择压平一个或二个焊料凸块,并且所选择压平的焊料凸块沿一个方向径向扩展,从而在加热时能与另一个凸块接触。
通过以下详细描述,本发明的上述目的、和附加的目的、特征、和优点将变得更加清楚。
在所附的权利要求中提出了据信是新颖特点的本发明的特征。通过结合附图对说明性实施例的下述详细描述将会清楚理解本发明的本身、及其优选的使用方式、以及本发明的进一层的目的和优点。
图1描述一个磁盘存贮系统;
图2描述一个磁盘驱动器的分解视图;
图3表示一个常规滑块-悬体装置;
图4描述本发明的滑块-悬体装置的滑块端;
图5描述本发明的滑块-悬体装置的透视图;
图6描述本发明的滑块的前视图和侧视图;
图7表示按本发明的具有选择压平的焊料凸块的一个滑块的透视图;
图8描述按本发明的具有被压平的焊料凸块的一个叠层的悬体;
图9描述按本发明的具有选择压平的焊料凸块的一个叠层悬体的透视图;
图10描述按本发明的优选实施例的一个组装滑块-悬体装置的方法;
图11描述在实施本发明的方法中的一个滑块-悬体装置的透视图;
图12描述本发明的滑块-悬体装置的一个透视图;以及
图13描述按本发明的优选实施例的组装滑块-悬体装置的一种方法。
虽然这里描述的本发明是在如图1所示的磁盘存贮系统中实施的,但显然本发明也可应用于其它信息存贮系统,例如光数据存贮系统或磁带记录系统。至少有一个转动磁盘212支撑在主轴214上,并由盘驱动电机218转动。每个盘上的磁记录介质取在盘212上的具有环形图案的同心数据轨道(未示出)形式。
在盘212上至少定位一个滑块213,每个滑块213支撑一个或多个读/写磁头221。在盘转动时,径向进、出移动滑块213,使磁头221可以接近含有数据的盘表面222的不同部分。借助于悬体215将每个滑块213附着到传动杆219上。悬体215提供偏斜滑块213使其压到盘表面222的微小弹力。每个传动杆219都固定到传动装置227上。图1所示的传动装置是一个音圈电机(VCM),但也可以是一个步进电机。VCM是一个可在一个固定磁场内移动的线圈,线圈移动的方向和速度由提供的电流控制。
在该磁盘存贮系统操作期间,盘212的转动在滑块213和盘表面222之间产生一个气浮支承作用。该气浮支承作用抵消了悬体215的微小弹力,使滑块213在操作期间离开盘表面一个很小的基本恒定的距离。虽然优选实施例描述的是气浮支承,但任何流体支承都可使用,其中包括润滑油。
该磁盘存贮系统各种部件的操作都由控制单元(读/写电路单元)229产生的信号控制,该控制单元包括逻辑控制电路、存贮装置、和微处理器。控制单元229产生控制信号,以控制各种各样的系统操作,例如在线223上的电机控制信号,以及在线228上的磁头位置控制信号。在线228上的控制信号提供期望的电流分布,可按最佳方式把一个选定的滑块213移动和定位到相关磁盘212上的期望数据轨道。借助于记录通道225(包括沿悬体215和传动杆219延伸的导线)可使读、写信号和读/写磁头221来回交换。
一个典型的磁盘存贮系统的以上描述以及图1中对该系统的附加说明仅仅是为了表达目的。在本申请中描述的发明可用于磁存贮系统的磁盘驱动器或直接存取存贮设备(“DASD”)的所有结构。显然,磁盘存贮系统可包含大量的磁盘和传动装置,并且每个传动装置可支持一系列滑块。例如,图2是一个磁盘驱动器310的分解的视图。应该注意的是,虽然图中所示的是一个旋转式的传动装置,但这里描述的发明也可应用于直线式传动装置。磁盘驱动器310包括外壳312和外壳盖314,它们装配后安装在架316中。传动杆组件320按可转动方式固定在外壳312中的传动轴318上。传动杆组件320的一端包括一个“E”形块或梳状结构322,梳状结构322具有多个传动杆323。弹性悬体324固定到梳状或E形块322上的相互分开的杆323上。携带一个磁传感器(图2中未示出)的滑块326固定在每个弹性悬体的端部。音圈328位于和弹性悬体324和滑块326相对的传动杆组件320的另一端。
一对磁铁330固定在外壳312内。这对磁铁330和音圈328是音圈电机的关键部件,向传动组件320施加一个力,以便围绕传动轴318旋转传动组件320。主轴332也装在外壳312内。多个盘334按可转动方式固定到主轴332上。在图2中有8个盘固定到主轴332上。固定到主轴332上的这些盘334相互之间分隔开。
本发明是带有改进的滑块-悬体装置的一个信息存贮系统。图3表示现有技术的这种装置的一部分的实例。悬体包括一个负荷梁100和定位在负荷梁100一端的一个弯板120。悬体借助于安装板140固定到磁盘外存贮器传动杆(未示出)上。滑块160是一种由陶瓷材料[(如氧化铝Al2O3)和碳化钛(TiC)的混合物]形成的常规滑块。该滑块160具有:一个气浮支承面180,它包括两个轨道122、122’*;一个后侧124,它与气浮支承表面180相对并大致平行;一个首缘125和一个尾缘126,它们两个形成了取向大体垂直于气浮支承面180和后侧124的端面。通过在后侧124和弯板120之间的环氧粘结将滑块160固定到弯板120上。
两个薄膜读/写传感器128、130定位在滑块160的尾缘126上。一般来说,即使只有一个传感器用作有效的读/写元件,为了提高薄膜制造过程中滑块的生产效率,也要在一个滑块上形成多个薄膜传感器。传感器128、129分别具有极尖129、131,极尖129、131伸向相应的轨道122、122’的边缘。传感器128有电导线133、135,传感器130有电导线137、139,用于向磁盘驱动器的读/写电路进行连接。
在图3所示的现有技术悬体中,是通过双扭线134向读/写电路电连接的,双扭线134从磁存贮系统的读/写电路开始、穿过负荷梁100上的管136、并从管136的端部穿出。将线134的端部用超声方法粘结到有效传感器128的导线133、135上。通过手工方式进行传感器128借助于双扭线134实现的电连接。
现参照图4,其中描述了本发明优选实施例的滑块-悬体装置,其中的滑块1在结构上和电气上都连接到一个组合的或叠层的悬体3上。悬体3包括:一个基层11、一个在基层11上形成的绝缘层10、以及一个在绝缘层10上形成的具有一定图案的导电层9、12。基层11可以是一个不锈钢片。绝缘层10可以是一个聚酰胺层,带有图案的导电层9、12可以是铜层。后侧13在结构上固定到悬体3上,这是通过粘结滑块1的后侧13和悬体3的环氧粘结剂8完成的。另外,悬体3也可作为粘结到不锈钢基层的蚀刻的弯曲电缆来制成。
在滑块1的尾缘18处形成薄膜传感器14。该薄膜传感器可以是任何类型的磁传感器,其中包括:读/写感应头、磁阻(MR)传感器、或MR磁头。传感器14的极尖伸出到尾缘18的端部,在这里极尖接触到流体支承表面2,在这里流体支承面是一个气浮支承。用于传感器14的导线在两个电隔离的终端垫5处终止。通过直角焊缝接合部16将终端垫5电连接到接触垫12。接触垫12是蚀刻进带图案的导电层9、12中的导线结构的一部分。该导线结构包含穿过悬体3的整个长度并连接到给磁盘驱动器读/写电路传递信号的传动杆电路终端垫或电路外壳(图中未示出)的导线。因此,这些导线向磁存贮系统的读/写电路传送由传感器14产生的信号,这些信号代表在气浮支承表面2处在传感器14上方通过的磁存贮介质中记录的数据位。但在本发明中也可使用双绞线的常规导线结构。
现在参照图5,其中描述了按本发明的滑块-悬体装置的一个透视图。磁传感器具有在尾缘18上形成的导电线,该导电线在终端垫5处终止。终端垫5向下延伸,几乎伸到由后侧13和尾缘18确定的拐角处。该透视图表明,滑块1具有在尾缘18上形成的两个薄膜传感器。每个传感器5都有两个在终端垫5处终止的导线。另外,终端垫5包括一个MR磁头的四根线。通过直角焊缝接合部16将终端垫5连接到悬体终端垫12和导线结构9。
本发明的滑块-悬体的组装过程是从滑块的制造开始的。现在参照图6,其中的滑块1是利用光刻沉积-蚀刻过程制造出来的。薄膜头的各个层沉积在由陶瓷材料构成的一个片上,陶瓷材料例如是氧化铝(Al2O3)和碳化钛(TiC)的混合物。在光刻过程中使用的最后两个掩膜是连接到传感器导线的一个铜柱板4和产生终端垫5的一层铜板。在滑块上的铜和下方的氧化铝之间使用一个适宜的种层以改善粘结性能。然后将焊料涂到每一个终端垫5上。这些焊料凸块6由焊料合金构成,并已在终端垫上形成并被压平。焊料凸块向下伸到由滑块的后侧和尾缘确定的拐角处。滑块一旦粘结到悬体上,这些焊料凸块就向上伸展到悬体表面。在现有技术中使用的滑块在传感器的终端块上的焊料凸块很小、具有圆形断面和圆形顶部,例如参见美国专利No.4,761,699。本发明的滑块在传感器终端垫上的焊料凸块很大、具有正方形或长方形断面、并具有平直的顶部。这由图6和图7清晰可见。
涂焊料有几种方法。一种方法是在铜终端垫5上方镀一层500-1000埃的浸液金。然后使用网板印刷器印刷焊剂,如58%BI-42%SN、或63%SN-37%PB、或任何适于这种涂敷的其它焊料合金,并在具有氮气的一个多区红外炉中回流该焊剂。然后从该片上清除焊剂。另一种方法是通过电镀或蒸汽沉积将焊料涂到终端垫5上,这些都是本领域技术人员公知的。
通过电镀或蒸汽沉积产生的凸块自然具有平直的顶部。回流法产生的焊料凸块是圆形的,一般是球形或半球形。这是由于在回流时焊料获得最小表面能的自然趋势引起的。因此,当焊料在液态时就形成了这种自然的半球圆形。按照本发明,在焊料冷却到固态后,通过可控的压力将这些焊料凸块压平到适当高度。为此,将该陶瓷片放在机械式压力机中,使焊料凸块6经受物理压碎或变形,一直到在尾缘18上得到期望的高度时为止。另一种压平焊料凸块6的方法是在焊料凸块6上方放置重物,并且然后回流焊料。应该理解,有许多压平焊料凸块4的其它方法。但是,为了实现本发明,焊料凸块6可以保持有许多角度和许多形状;但必须作的全部工作只是使焊料凸块6被变形或压平成除自然半球回流形状之外的其它形状。
图7表示按本发明的在终端垫上带有平直焊料凸块的一个滑块的透视图。如图7的优选实施例所示,通过压平操作产生的沿垂直于尾缘的轴测量出来的焊料凸块的厚度小于该凸块的宽度或长度。
该方法的下一步是按通用的方式对陶瓷片进行切片处理以得到滑块。这样产生的滑块的焊料凸块的厚度在25微米和150微米之间,或者在滑块宽度的5%到15%之间。在本发明的滑块上使用的平直凸块克服了和现有技术中使用圆形、半球形焊料凸块有关的许多缺点。该压平的凸块为电线搭接接触和准试验探测提供了大的表面面积。
现在参看图8,通过在接触垫12上形成焊料凸块19来制作悬体3。按照和把焊料凸块6加到滑块1上的方式相同的方式把这些焊料凸块加到悬体3上。此外,例如通过机械式压力机或通过“加重物-回流”方法,按和焊料凸块6相同的方式压平焊料凸块19。压平的焊料凸块19有一个顶部平面19。图9表示在接触垫12上的压平的焊料凸块19的透视图。
图10表示按本发明优选实施例的滑块-悬体装置的组装方法。滑块1具有在每个终端垫5上形成的焊料凸块6。对每一个焊料凸块6进行选择的压平,这里确定了一个有选择性压平的焊料凸块,该压平的焊料凸块不会形成自然的半球形形状(在回流时如果液化,该焊料凸块本来可能要变成这种半球形形状的),并且该焊料凸块的表面在一旦发生回流正要返回到它的自然半球形形状时就沿所有远离相应的垫的径向方向扩张或扩大(或缩小)。如图10可见,有选择压平的焊料凸块6沿平行于终端垫5的表面的轴向具有最大的尺寸。因此,有选择压平的焊料凸块6至少在垂直于该凸块的压平的表面的方向上将要扩大。
在蚀刻的悬体3的铜表面上的接触垫12上形成焊料凸块14。滑块1在上部与悬体3对齐,使每个终端垫5及其相应的有选择压平的焊料凸块6准确地与相应的接触垫12对齐。对接触垫12进行设计,使其成为一个导线结构的一部分,该导线结构在蚀刻的导电层9、12中沿悬体3的方向伸展,用于连接薄膜传感器终端垫和信息存贮系统的读/写电路。这种对齐使终端垫-焊料凸块6靠近接触垫#窸 k ? ? ? ? 加热过程就会使焊料凸块回流并实现电连接。发生这种情况的原因是在用激光束17加热之前焊料凸块6已经是一个被有选择压平的焊料凸块。在熔化时,有选择压平的焊料凸块6将要返回到它的自然半球形状7以把它的表面能减至最小,如图10所示。当有选择压平的焊料凸块6正要返回到形状7时,该焊料凸块就要沿垂直于该压平的表面的方向扩展或扩大。这将使液态的焊料凸块6侧向隆起并和液态焊料凸块14产生电接触。
两个焊料凸块在各自的1/2部分熔化并融熔在一起,形成如图12的透视图所示的最终滑块-悬体装置的直角焊缝。图12表示出四个直角焊缝,它们将滑块的终端垫电连接到悬体上蚀刻的导电图案上。
图13表示本发明的另一个优选实施例。滑块1已在上面与带有图案的导电层9、12准确对齐,并且在结构上被固定到悬体3上。但在此实施例中,悬体3是由在接触垫12上形成的有选择压平的焊料凸块制备的。在例如通过激光回流过程使焊料凸块6和15回流时,两个焊料凸块6和15都要返回到自然半球形状7和21。由于两个焊料凸块在回流时彼此相对地扩展,因此增加压平的凸块15便利于形成直角焊缝接合。这就进一步放松了在对齐滑块1和悬体3过程中所要求的容差,同时又增加了在终端垫和接触垫之间产生电连接的可能性。
由该优选实施例可以看出,这种组装过程放松了对于对齐终端垫和接触垫过程中要求的容差要求。在回流前不要求这些要对齐的垫的焊料凸块彼此接触,在利用选择压平的焊料凸块的组装过程中可允许在焊料凸块之间存在一定大小的间隙。在不牺牲焊缝接合质量或滑块-悬体装置的生产效率的条件下这是可以实现的。
本发明的优选实施例通过使用激光束回流焊料凸块,从而克服了现有技术的许多缺点。聚焦的激光束进行局部加热,因此避免温度敏感元件(如MR磁头)暴露于高温。这样的高温可使这些敏感器件的磁性变坏。但这种局部加热过程能产生无应力焊接接合部,在这里滑块和悬体都没有经受热照射。另一个明显的优点是在回流过程中没使用焊剂。因此在回流后不需要从滑块-悬体装置上清除焊剂的附加处理步骤。激光回流过程的另一个优点是,由于加热和冷却都很迅速,所以可以产生金属性能优越的焊接接合部,其颗粒尺寸极其微小,并且是金属互化物。最后,和炉回流过程不同,这是一个可加进自动装配线的“连续流动制造(CFM)”相容过程。虽然优选实施例利用的是一个激光回流过程,但应认识到,也可以使用常规的回流方法(例如在红外环形炉中的加热方法)来实施本发明。
本发明提供一种用于信息存贮系统的滑块-悬体装置,其中在滑块上定位的读/写传感器终端垫具有在其上面有选择压平的焊料合金凸块,这些终端垫上的凸块回流到叠层悬体的接触垫上的焊料滑块上。焊接是通过无焊剂激光回流过程实现的,该过程对焊料局部加热,不影响热敏传感器元件(如MR磁头),并且在焊接后不需要对焊剂进行任何清洗过程。由于在回流时有选择压平的凸块的自然半球扩展,因此在制造期间滑块在悬体的带有图案的导电层上的对齐操作不要求这些焊料凸块相互接触就能产生一个可靠导电的焊缝接合部。
虽然参照优选实施例具体表示并说明了本发明,但本领域的技术人员都应理解,在不脱离本发明的构思和范围的条件下,还可以作出许多形式上或细节中的变化。

Claims (7)

1.一种制造信息存贮系统的滑块-悬体装置的方法,在滑块上形成一个读和/或写传感器,其电接线在终端垫处终止,并且悬体有一个导电线结构,该结构包括导电接触垫,该方法包括如下步骤:
在每个终端垫上和每个接触垫上形成一个焊料凸块,
使滑块与悬体接触放置,从而使终端垫和接触垫准确对齐;以及
加热两个相临焊料凸块,一个焊料凸块形成在一个终端垫上,另一个焊料凸块形成在一个接触垫上,以使两个相临焊料凸块回流,生成电连接,
其特征在于,
有选择压平一个或二个焊料凸块,并且所选择压平的焊料凸块沿一个方向径向扩展,从而在加热时能与另一个凸块接触。
2.如权利要求1的方法,其特征在于:加热步骤是通过在两个相邻的焊料凸块的接合部聚焦并照射激光束完成的。
3.如权利要求2的方法,其特征在于:激光器是YAG激光器。
4.如权利要求1的方法,其特征在于,该方法进一步还包括如下步骤:通过环氧粘合剂将滑块固定到悬体上。
5.如权利要求1的方法,其特征在于:对所有焊料凸块进行有选择的压平。
6.如权利要求1的方法,其特征在于:通过使用可控的压力对焊料凸块进行有选择的压平。
7.如权利要求1的方法,其特征在于:该信息存贮系统是磁存储系统,并且滑块上形成一个薄膜磁传感器。
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