CN1551109A - 将芯片嵌入衬底以形成复合空气支撑表面的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在衬底中嵌入芯片，以形成复合空气支撑表面的方法和设备。该方法的例子包括在固定位置固定衬底，在第一方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准，在衬底中的芯片接受槽中沉积粘合剂，并且在第二方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准。将芯片压入芯片接受槽中的粘合剂中，直到芯片的空气支撑表面相对于衬底的空气支撑表面在第三方向上基本上具有所需的突出量。在芯片的空气支撑表面在第三方向上基本上具有所需的突出量、并且芯片在第一和第二方向上基本上与芯片接受槽对准的情况下，硬化粘合剂。

Description

将芯片嵌入衬底以形成 复合空气支撑表面的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于在磁存储磁带介质上写入和读出信息的磁头。更具体地，本发明涉及将具有有源元件的芯片嵌入衬底以形成在例如磁带磁头中所用的复合空气支撑表面的方法和设备。

背景技术

在计算系统中，磁带广泛用于存储数据。磁带磁头用来向磁带写入信息和从磁带读出信息。磁带磁头通常包括两个模块，每个模块具有多个称作有源元件的读写元件。在每个模块中，在具有光滑的空气支撑表面(ABS)的衬底中形成读出和写入元件，空气支撑表面与经过它的柔软的磁带接触并支撑该磁带。这种类型的磁带磁头称作接触记录磁带磁头。为了最小化由于间距损耗(spacing losses)、磁带损坏或其它问题引起的信号降低的出现，每个模块的空气支撑表面必须非常光滑，从而磁带可以非常接近读出和写入元件而通过各模块。由于空气支撑表面的光滑程度，它可以被称作光学抛光的。

由于在每个模块中的读出和写入元件只占据磁带宽度的很小的一部分，所以在工作期间，磁带磁头横向移动，从而在每个模块中的衬底横向跨过磁带，以使读出和写入元件对应于要被读出或写入的磁带上的磁迹排成一线。因此，当读写元件对应于不在磁带中央的磁迹排成一线时，衬底比磁带的宽度更宽，并且明显比由读写元件跨过的磁带部分宽，以保持磁带表面的支撑并避免锋利的边缘撕破磁带的可能性。

传统上，在半导体晶片中形成读写元件和模块的衬底。在晶片中形成衬底所需的面积要远远大于读写元件所需的晶片面积。由于晶片空间的高成本，所以在晶片中形成衬底大大增加了制造模块的成本。因此，现有的制造磁带磁头的方法不是完全成本有效的。

发明内容

本发明的一个方案是在衬底中嵌入芯片，以形成复合空气支撑表面的方法。该方法的例子包括在固定位置固定衬底，并且在第一方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准。该方法还包括在衬底中的芯片接受槽中沉积粘合剂，并且在第二方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准。将芯片压入芯片接受槽中的粘合剂中。该方法还包括检测何时芯片的空气支撑表面在第三方向相对于衬底的空气支撑表面基本上具有所需的突出量。根据芯片的空气支撑表面在第三方向相对于衬底的空气支撑表面基本上具有所需的突出量的检测，停止将芯片压入粘合剂的操作。在芯片的空气支撑表面在第三方向基本上具有所需的突出量并且芯片在第一和第二方向上基本上与衬底中的芯片接受槽对准的情况下，粘合剂至少部分硬化，将芯片粘结到衬底上。

本发明的另一个方案是具有复合空气支撑表面的磁带磁头读/写模块。该模块包括具有空气支撑表面、前面、背面和芯片接受槽的衬底。芯片接受槽在衬底的前面具有前面，在衬底的背面具有背面，第一侧面，第二侧面和粘结表面。衬底的空气支撑表面具有与芯片接受槽的第一侧面相邻的第一部分和与芯片接受槽的第二侧面相邻的第二部分。模块还包括具有空气支撑表面、下表面、前面、背面以及有源元件。有源元件靠近芯片的前面。芯片插入到衬底中的芯片接受槽中，芯片的空气支撑表面基本对准衬底的空气支撑表面，芯片的背面基本对准衬底的背面。

在下面的部分中介绍本发明的其它方案，并且包括，例如将芯片对准并粘结到衬底上以形成复合空气支撑表面的设备。

本发明具有许多优点。本发明通过在衬底中嵌入具有读写元件的芯片允许制造复合空气支撑表面，不必要在具有芯片的昂贵的半导体晶片中形成衬底。因为衬底远远大于芯片并且不是在芯片中制造的，所以可以在晶片中制造大量芯片，有利于减少每个芯片的成本。由此，在晶片上的每一行中可以产生大量芯片，结果，由于大量芯片可以同时抛光，所以降低了每个芯片的抛光成本。另外，在芯片嵌入到衬底中之后，复合空气支撑表面不需要成本昂贵的抛光操作。本发明还具有许多其它优点和好处，通过随后的介绍将变得显然。

附图说明

图1是根据本发明的例子将芯片嵌入到衬底中形成复合空气支撑表面的透视图。

图2是根据本发明的例子将芯片嵌入到衬底中形成复合空气支撑表面的顶视图。

图3是根据本发明的例子将芯片嵌入到衬底中形成复合空气支撑表面的前视图。

图4是沿根据本发明的例子将芯片嵌入到衬底中形成复合空气支撑表面的图3的沿4-4线的剖面图。

图5是根据本发明的例子用于将芯片对准并粘结到衬底上的设备的透视图。

图6是根据本发明的例子用于将芯片对准并粘结到衬底上的设备的切去一部分的透视图。

图6A是根据本发明的例子用于将芯片对准并粘结到衬底上的设备的另一个切去一部分的透视图。

图7是根据本发明的例子用于将芯片对准并粘结到衬底上的设备的拾取卡盘的底部透视图。

图8是根据本发明的例子安装在基座上的粘合剂分配器的侧视图。

图9A和9B是根据本发明的例子将芯片嵌入到衬底中形成复合空气支撑表面的操作顺序的流程图。

具体实施方式

在理解了下面结合附图的详细介绍之后，对于本领域的技术人员本发明的特性、目的和优点将变得更加明显。

I.硬件元件和互连

A.磁带磁头模块

本发明的一个方案涉及用在例如磁带磁头中具有复合空气支撑表面的读/写模块。作为一个例子，读/写模块可以通过在图1-4中所示的模块100来实施。图1是模块100的透视图，图2是模块100的顶视图，图3是模块100的前视图，图4是模块100沿图3的线4-4的剖面图。模块100包括复合空气支撑表面102、衬底104、芯片106以及挡板108。作为一个例子，衬底104和芯片106都由N58 AlTiC制成。衬底104具有包括第一部分112和第二部分114的衬底空气支撑表面110。衬底104还具有底面116、前面118、背面120、第一侧面122、第二侧面124以及芯片接受槽126。芯片106具有芯片空气支撑表面128、底面130(在图3和4中显示得更清楚)、芯片106的前面132、芯片空气支撑表面128的前面133、背面134、第一侧面136和第二侧面138。衬底空气支撑表面110和芯片空气支撑表面128一起形成复合空气支撑表面102。芯片106还具有第一前角139a(在图2中显示得更清楚)、第二前角139b、第一后角139c以及第二后角139d。芯片106还具有靠近芯片106的前面132的有源元件140(在图2和4中显示得更清楚)。因此，芯片106可以称作有源元件芯片。在芯片106中的有源元件140包括，例如，八个读出器、八个写入器以及两个伺服元件。但是，有源元件140包括更多或更少数量的读出器、写入器以及伺服元件。读出器可以是，例如，磁电阻(MR)元件。读出器也称做传感器。挡板108具有挡板空气支撑表面141、前面142和背面144，挡板108的背面144附着在芯片106的前面132。有源元件140的电引线(未示出)连接到在挡板108下面的芯片106的前面132上的焊盘145上。为了提供到有源元件140的连接，在芯片106上提供的焊盘145的数量大于在图3中所示的焊盘145的数量。

衬底104从衬底104的第一侧面122到衬底104的第二侧面124的长度可以是，例如，大约22.5mm。衬底从衬底104的底面116到衬底104的空气支撑表面110的高度可以是，例如，大约2.5mm。从衬底104的前面118到衬底104的背面120的距离(衬底104的宽度)可以是，例如，大约2.0mm。衬底104还可以包括具有面148的第一前突出146和具有面152的第二前突出150。从第一前突出146的面148和第二前突出150的面152到衬底104的背面120的距离可以是，例如，大约2.75mm。衬底104的空气支撑表面110具有背边缘154。从衬底104的前面118到在衬底104上的空气支撑表面110的背边缘154的距离可以是，例如，大约0.63mm，在另一个例子中可以是，例如，大约0.80mm。但是，也可以采用其它距离。

模块100所用的磁带可以是，例如，大约1.27cm(.5英寸)宽。但是，也可以使用不同宽度的磁带，如果需要的话，可以调整衬底104的宽度，以适应不同的磁带宽度。

从芯片106的第一侧面136到芯片106的第二侧面138的芯片106的长度为，例如，大约6.8mm。从芯片106的底面130到芯片106的空气支撑表面128的芯片106的厚度为，例如，大约550±15μm。从芯片106的前面132到背面134的距离(芯片106的宽度)为，例如，大约2.0mm。因此，在芯片106的底面130上的粘结面积为大约6.8mm乘以大约2.0mm。芯片106的空气支撑表面128具有背边缘156。从芯片106的前面132到芯片106上的空气支撑表面128的背边缘156的距离为，例如，大约0.63mm，在另一个例子中可以为，例如，大约0.80mm。但是，也可以采用其它距离。从挡板108的前面142到背面144的距离为，例如，大约0.225mm。

在图示的例子中所示的模块100中，芯片106具有基本平行于芯片106的空气支撑表面128和衬底104的空气支撑表面110的尾表面157。同样的，衬底104具有尾表面158，尾表面158具有与芯片接受槽126的第一侧面166的后部相邻的第一部分159和与芯片接受槽126的第二侧面168的后部相邻的第二部分160。衬底104的尾表面158基本与芯片106的尾表面157共面。尾表面157、158不必平行于空气支撑表面128、110。芯片106的尾表面157位于芯片106的空气支撑表面128与芯片106的背面134之间，并且位于定位在芯片106的空气支撑表面128与芯片106的底面130之间的平面中。同样的，衬底的尾表面158位于衬底104的空气支撑表面110与衬底104的后面120之间。可以通过下面讨论的去除复合空气支撑表面102的基本为矩形的后部的无锥形研磨操作(taperless grind operation)形成芯片106的尾表面157和衬底104的尾表面158。芯片尾表面157和衬底尾表面158可以距芯片106的空气支撑表面128定义的平面，例如，大约0.18mm。从芯片106的背面134到芯片106的尾表面157的前边缘161以及从衬底104的背面120到衬底104的尾表面158的前边缘162的距离可以为，例如，大约1.75mm。

如显示得更清楚的图3-4所示，在衬底104中的芯片接受槽126在衬底104的前面118具有前面163，在衬底104的背面120具有背面164，第一侧面166，第二侧面168以及粘结表面170。芯片接受槽126还具有靠近芯片接受槽126的第一侧面166的第一侧面槽172以及靠近芯片接受槽126的第二侧面168的第二侧面槽174。第一侧面槽172具有底部176，第二侧面槽174具有底部178。选择芯片接受槽126的深度，从而在模块100可能面临的整个温度和湿度范围内，芯片106的空气支撑表面128基本对准衬底104的空气支撑表面110，而不管粘合剂的膨胀或收缩以及芯片106的厚度的公差变化。在所示的例子中，当芯片106放在芯片接受槽126中时，芯片106的背面134对准芯片接受槽126的背面164。但是，芯片106不必要扩展到芯片接受槽126的背面164。从芯片接受槽126的第一侧面166到芯片接受槽126的第二侧面168的芯片接受槽126的长度可以为，例如，大约7.0mm，并且，例如，位于22.5mm长的衬底104的中间。芯片接受槽126从芯片接受槽126的前面163到芯片接受槽126的背面164的宽度可以为，例如，大约2.0mm。从衬底104的空气支撑表面110到芯片接受槽126的粘结表面170的距离可以为，例如，大约580±15μm。从衬底104的空气支撑表面110到第一侧面槽172的底部176和第二侧面槽174的底部178的距离可以为，例如，0.65mm。

衬底104的空气支撑表面110的第一部分112与芯片接受槽126的第一侧面166相邻，衬底104的空气支撑表面110的第二部分114与芯片接受槽126的第二侧面168相邻。芯片106插入到衬底104中的芯片接受槽126中，芯片106的空气支撑表面128基本对准衬底104的空气支撑表面110，芯片106的背面134基本对准衬底104的背面120。

粘合剂层180(在图3和4中显示得更清楚)附着在芯片接受槽126的粘结表面170和芯片106的下表面130。作为例子，粘合剂层180可以紫外线硬化。此外，粘合剂层180填充第一侧面槽172和/或第二侧面槽174的至少一部分。

B.用于将芯片与衬底对准并粘结的设备

本发明的另一方面涉及将芯片106与衬底104对准并粘结，以形成复合空气支撑表面102的设备。该设备可以称作粘结设备、粘结机器或固定设备。作为例子，该设备可以由图5中所示的设备500实现。图5是设备500的透视图，图6和6A是设备500切掉一部分的局部透视图，图7是设备500的拾取卡盘502的底部透视图。设备500包括具有衬底座506(在图6A中显示得更清楚)的壳体504。在图6中，显示出衬底104在衬底座506中，在图6A中，显示出没有衬底104的衬底座506。衬底座506具有后表面508a、508b、508c、508d(可以称作基准面(datum)或限位器(stop))、底部510、前边缘511以及侧面512(在图6A中显示得更清楚)。在可选实施例中，衬底座506可以有一个、两个、三个或五个甚至更多后表面。设备500还包括在壳体504上可滑动安装的衬底前夹具514(在图6中显示得更清楚)，用于在衬底座506中选择性的固定衬底104，以及在壳体504上可滑动安装的衬底侧夹具516(在图6和6A中显示得更清楚)，用于在衬底座506中选择性的固定衬底104。设备500还包括可滑动安装在壳体504上的对准臂518(如图5和6所示)。拾取卡盘502(在图5和7中显示得更清楚)可滑动安装在对准臂518上。拾取卡盘502具有底面520(如图7所示)。第一对准脚522和第二对准脚524(如图7所示)安装在拾取卡盘502上，并突出于拾取卡盘502的底面520。第一对准脚522具有底面526，第二对准脚524具有底面528。在可选实施例中，可以使用多于两个对准脚。例如，使用四个对准脚。

第一光纤紫外线光导530(在图5中显示得更清楚)安装在壳体504上。第一光纤紫外线光导530的第一端532靠近大约在衬底座506的底部510的上方2mm的衬底座506的前边缘511。第一光纤紫外线光导530的第二端534连接到紫外线光源(未示出)。同样的，第二光纤紫外线光导536也安装在壳体504上。第二光纤紫外线光导536的第一端538靠近大约在衬底座506的底部510的上方2mm的衬底座506的前边缘511，第二光纤紫外线光导536的第二端540连接到紫外线光源(未示出)。第三光纤紫外线光导542也安装在壳体504上。第三光纤紫外线光导542的第一端544靠近衬底座506的后表面508b、508c，第三光纤紫外线光导542的第二端546连接到紫外线光源。紫外线光导也称作棒(wand)。

拾取卡盘502的底面520(如图7所示)具有连接到真空源(未示出)的孔548，用于在拾取卡盘502的底面520上固定芯片106的空气支撑表面128。另外，在壳体504中形成具有接受芯片106的槽552的芯片座550(在图6中显示得更清楚)，用于在拾取卡盘502拾取芯片106之前，在y方向(也称作第一方向)对准芯片106并固定芯片106。芯片座550具有连接到真空源的孔554，用于在芯片座550上固定芯片106。

设备500还包括在图8中所示的粘合剂分配器556和基座557。基座557固定在壳体504上。粘合剂分配器556具有分配粘合剂的孔558(也称作开口)。粘合剂分配器556安装在固定在分配器支架561上的第一支架臂559和第二支架臂560上。粘合剂分配器556可以选择性地连接到气压源(未示出)，将粘合剂挤出粘合剂分配器556的孔558。作为例子，气管(未示出)可以连接到粘合剂分配器，用来从气压源提供气压将粘合剂挤出孔558。粘合剂分配器556安装在操作机构(未示出)，用于在衬底104中的芯片接受槽126上移动在粘合剂分配器556中的孔558，在芯片接受槽126中沉积粘合剂。作为例子，三个电操作机构安装到分配器支架561上，用于在x、y、z方向移动粘合剂分配器556。x方向称作第二方向，y方向称作第一方向，z方向称作第三方向。

例如，通过将气压源连接到安装在或形成在对准臂518上的气缸(未示出)，实现对准臂518的移动。作为例子，使用气管将空气从空气压缩机输送到气缸。气压可以加在气缸的一侧，从而沿第一方向移动气缸和对准臂518，气压也可以加在气缸的另一侧，从而沿相反方向移动气缸和对准臂518。例如，可以用气压以相同的方式移动衬底前夹具514和衬底侧夹具516。可以采用轴承(未示出)，以利于对准臂518平稳的移动。例如，采用通过回转臂(pivot arm)564连接到拾取卡盘502的气囊562实现拾取卡盘502的垂直移动。气囊562连接到气压源(未示出)，用于对气囊562充气和放气。例如，通过向气囊562中压入空气使拾取卡盘502向下移动，通过抽出气囊562中的空气使拾取卡盘502向上移动。可以采用气体管道、阀门、开关、歧管和压力调节器(未示出)将气压源(或多个气压源)连接到对准臂518、气囊562、衬底前夹具514、衬底侧夹具517、在拾取卡盘502的底面520中的孔548、在芯片座550中的孔554以及粘合剂分配器556。例如，气压源可以提供正气压和/或负气压(形成真空源)。处理器，例如，便携计算机可以连接到气压源、阀门、操作机构，用来控制设备500的工作。或者，可以使用电操作机构移动对准臂518、拾取卡盘502、衬底前夹具514、衬底侧夹具516。

如下面所讨论的，通过使设备的一部分在特定的位置接触衬底104的空气支撑表面110，停止芯片106的垂直移动，用设备500机械地实现芯片106的空气支撑表面128的平面与衬底104的空气支撑表面110的平面的对准。为了保持最佳性能，可以周期性地重新对准固定设备500，并在两次使用之间使用自动化(或手工)的固定设备清洁程序，清洁固定设备500。

II.操作

除了上述各种硬件实施例之外，本发明的另一方案涉及将芯片嵌入到衬底中，形成复合空气支撑表面的方法，可以用在磁带磁头中。在衬底中嵌入芯片也可以称作芯片与衬底的合并(merging)。

操作的全部程序

为了容易说明，而不是想要限制，参照读/写模块100和上述设备500介绍本发明的方法方面。在图9A和9B中示出了本发明的方法方面的例子，示出了将芯片106嵌入到衬底104中，形成复合空气支撑表面102的方法的程序900。

程序900从为与芯片106中的有源元件140相邻的芯片106加上挡板108的操作902开始。挡板108加在芯片的前面132。但是，例如包括减少在有源元件140上的磁带磨损的挡板108不是必需的。程序900还包括在进行下面要讨论的对准操作914之前，研磨芯片106，在芯片106上形成空气支撑表面128的操作904。程序900还包括在操作906中研磨芯片106的下表面130，在下表面130上产生足够的表面粗糙度，以增加粘合剂的可靠性和粘结强度(下面讨论)。还可以在进行下面要讨论的在芯片接受槽126中沉积粘合剂的操作916之前，进行研磨在衬底104中的芯片接受槽126的操作908。程序900还可以包括在进行下面要讨论的在芯片接受槽126中沉积粘合剂的操作916之前，研磨衬底104，在衬底104上形成空气支撑表面110的操作910。作为例子，可以在研磨衬底104中的芯片接受槽126之后研磨衬底104的空气支撑表面110，以避免如果在研磨衬底104的空气支撑表面110之后研磨衬底104中的芯片接受槽126所引起的空气支撑表面110的变形。在一个例子中，衬底104中的芯片接受槽126抛光到与芯片106的空气支撑表面128相同的Ra，可以是，例如，大约50Ra。

在操作912中，在固定位置固定衬底104。作为例子，通过衬底前夹具514和/或衬底侧夹具516对衬底施压，可以将衬底104固定在衬底座506中，从而将衬底104推向衬底座506的后表面508a、508b、508c、508d以及侧面512。在某些实施例中，在衬底座506的底部510具有孔(未示出)，并且从孔中抽出空气，从而在衬底座506的底部510上固定衬底104的底部116。真空源连接到孔，从孔中抽出空气。

程序900还包括在y方向(称作第一方向)将芯片106对准衬底104中的芯片接受槽126的操作914。可以在沉积粘合剂(下面讨论)的操作916之前或之后进行在y方向芯片106的操作914。当从芯片106的第一侧面136到芯片接受槽126的第一侧面166的距离和从芯片106的第二侧面138到芯片接受槽126的第二侧面168的距离大致相等时，芯片106在y方向与芯片接受槽126对准。因为从芯片106的第一侧面136到第二侧面138的距离稍稍小于芯片接受槽126的第一侧面166到第二侧面168的距离，所以当随后将芯片106压入芯片接受槽126中的粘合剂中时，芯片106可以放入芯片接受槽126中(在下面的操作922中讨论)。作为例子，通过将芯片106放入芯片座550中的槽552可以在y方向对准芯片106。按规定尺寸制作并定位槽552，从而当芯片106放入槽552中时，芯片106的第一侧面136从芯片接受槽126的第一侧面166在y方向距芯片接受槽126的中心大约0.1mm，芯片106的第二侧面138从芯片接受槽126的到第二侧面168在y方向距芯片接受槽126的中心大约0.1mm。通过将芯片座550中的孔554连接到真空源，将空气从芯片座550中的孔554抽出，可以将芯片106固定在槽552中的位置。

在操作916中，粘合剂沉积在衬底104中的芯片接受槽126中。通过对粘合剂分配器556中的粘合剂施加压力，使粘合剂从粘合剂分配器556中的孔558中流出，并通过在芯片接受槽126上移动粘合剂分配器556中的孔558，同时粘合剂从孔558中流出，完成操作916。在一个例子中，在芯片接受槽126的粘结表面170上所沉积的粘合剂的厚度至少为5微米。但是，可以使用更小或更大的粘结剂厚度。在某些实施例中，粘合剂是可以紫外线硬化的氰基丙烯酸盐粘合剂。但是，粘合剂不一定是可以紫外线硬化的。而且，粘合剂也不一定是氰基丙烯酸盐粘合剂。在一个例子中，粘合剂是由Loctite Corporation制造的产品编号4303的粘合剂。Loctite 4303不需要挤压要粘结的部件。也可以采用Loctite Corporation的其它粘合剂，例如，型号4302或4205，或者可以得到的其它来源的粘合剂。在可选择实施例中，可紫外线硬化的粘合剂可以只放在靠近芯片接受槽126的粘结表面170的四角的位置，从而在适当的位置固定芯片106，然后，在芯片106的底面130和芯片接受槽126的粘结表面170之间可以加入更强的粘合剂，以增加粘接强度和可靠性。

粘合剂的湿度特性影响模块100的功能性和可靠性。粘合剂通常在硬化时收缩，在受潮时膨胀。粘合剂的厚度越大，由于受潮引起的膨胀的量越大。Loctite 4303暴露在提高的温度和湿度下对水分的吸附较低，在0.25％和0.78％重量比之间。在35℃、95％R.H.(相对湿度)下测量Loctite 4303显示出0.035mm/mm的低湿度膨胀。吸附的水使粘合剂膨胀，通过使粘合剂厚度增加3.5±0.4％增加芯片106的空气支撑表面128的突出量。对于60μm厚的粘合剂，膨胀为2.1±0.2μm。粘合剂膨胀还会降低粘合剂的内聚强度。而且，水分会沿粘合剂与衬底104和/或芯片106之间的接触面扩散，降低粘合剂的粘结强度。粘合剂的湿度特性是很重要的，因为如果进行下面要讨论的无锥形研磨操作936，模块100会接触水。此外，用在数据存储行业中的磁带磁头也暴露在各种环境条件中，其中也包括湿度和温度的变化。

衬底104和芯片106之间的粘结强度是影响模块100的功能性和稳定性的另一个重要特性。衬底104和芯片106之间的粘结断裂力最好足够大，以防止(或最小化)在模块100处理期间和当模块100在寿命期中暴露在环境条件中，例如，湿度和温度变化时，粘结的移动或退化。希望根据本发明产生的模块100具有密集断裂力分布。例如，通过保持衬底104固定，而对芯片106施加假剪切力，直到粘结断裂，来测量断裂力。

使芯片106的底面130和芯片插入槽126的粘接面170足够粗糙，以改善粘接的粘结强度和湿度特性。通常，研磨芯片106的底面130以使表面尽可能粗糙，而不会导致芯片106过多的磨损或使芯片106的空气支撑表面128过度弯曲。通过用例如6μm的金刚石研磨浆研磨芯片106的底面130，产生在大约70Ra和大约205Ra之间、平均为大约130Ra的表面粗糙度，来改善粘接强度。作为另一个例子，通过研磨芯片插入槽126的粘接面170，产生N5-N6的表面粗糙度，为0.8μm Ra到1.6μm Ra，来改善粘接强度。

程序900还包括从拾取卡盘502的底面520中的孔548抽出空气，拾取芯片106并在拾取卡盘502的底面520上固定芯片106的空气支撑表面128。通过拾取卡盘502拾取芯片106，以通过移动对准臂518移动芯片106。在操作920中(下面讨论)，对准臂518可以在x方向(也称作第二方向)移动，在x方向将芯片106与衬底104中的芯片接受槽126对准。芯片106固定在拾取卡盘上，直到完成紫外线硬化(下面讨论)。为了从孔548中抽出空气，真空源(未示出)通过气管(未示出)连接到孔548。真空源可以采用用于从芯片座550中的孔554中抽出空气的同一个真空源或者不同的真空源。为了用拾取卡盘502拾取芯片106，在当拾取卡盘502拾取芯片106时或之前，真空源与芯片座550中的孔554分离。当在对准臂518上的拾取卡盘502拾取芯片106时，芯片106在y方向保持对准。

在操作920中，芯片106在x方向与衬底104中的芯片接受槽126对准。通过将芯片106的背面134与衬底104的背面120充分对准，或者通过将芯片106的空气支撑表面128的前面133与芯片接受槽126的前面163充分对准，将芯片106在x方向与衬底104中的芯片接受槽126对准。例如，通过用拾取卡盘502拾取芯片106，然后在衬底104上移动拾取卡盘502和芯片106，直到芯片106的背面134接触衬底座506的后表面508b、508c将芯片106在x方向与衬底104对准。因为衬底104已经在操作912中固定在衬底座506上，所以衬底104的背面120也接触衬底座506的后表面508b、508c(以及后表面508a、508d)。

程序900还包括将芯片106挤压到衬底104的芯片接受槽126中的粘合剂的操作922。通过降低拾取卡盘502，同时以芯片106的空气支撑表面128基本平行于衬底104的空气支撑表面110的方式在拾取卡盘502的底面520上固定芯片106，来完成挤压操作922。作为例子，在挤压操作922中，芯片106只在负z方向压入粘合剂中。挤压操作922还包括将粘合剂的一部分挤压到衬底104中的芯片接受槽126中的多个槽172、174中。在将芯片106压入粘合剂中时，芯片106的底面130将粘合剂挤压到多个槽172、174中。提供多个槽172、174，从而多余的粘合剂可以流入槽172、174中，而不是流到复合空气支撑表面102上。

程序900还包括检测何时芯片106的空气支撑表面128在z方向相对于衬底104的空气支撑表面110基本上具有所需的突出量的操作924。z方向也称作第三方向。z方向垂直于芯片106的空气支撑表面128，并且所希望的芯片106的空气支撑表面128的突出量相对于衬底104的空气支撑表面110可以为负、正或零。通过检测当第一对准脚522的底面526和第二对准脚524的底面528接触衬底104的空气支撑表面110时，完成检测操作924。衬底104的空气支撑表面110用作确定芯片106的空气支撑表面128在z方向基本上具有所需的突出量时的基准面。选择第一对准脚522和第二对准脚524从拾取卡盘502的底面520伸出的距离，从而当芯片106的空气支撑表面128在z方向基本上具有所需的突出量时，第一对准脚522的底面526和第二对准脚524的底面528接触衬底104的空气支撑表面110。

在操作926中，根据检测到的芯片106的空气支撑表面128在z方向相对于衬底104的空气支撑表面110基本上具有所需的突出量，停止将芯片106压入粘合剂中。当第一对准脚522的底面526和第二对准脚524的底面528接触衬底104的空气支撑表面110时，第一对准脚522和第二对准脚524防止拾取卡盘502进一步下降，从而防止芯片106被进一步压入粘合剂中。

芯片106的空气支撑表面128相对于衬底104的空气支撑表面110的突出量是关于模块100的性能和可靠性的重要参数。初始的突出量受元件的尺寸公差和芯片106相对于衬底104中的芯片接受槽126的对准的影响。突出量的长期变化主要由温度和湿度的影响引起。根据模块100所希望的性能特性，为了能够对磁带进行读写，芯片106的空气支撑表面128必须在模块100所希望的性能特性规定的突出量公差内与衬底104的空气支撑表面110对准。例如，当芯片106的空气支撑表面128在大约-4μm和大约+11μm的范围内与衬底104的空气支撑表面110对准时，通常不会增加读出和写入数据的误码率。负数(例如，-4μm)表示芯片106的空气支撑表面128低于衬底104的空气支撑表面110，正数(例如，+11μm)表示芯片106的空气支撑表面128高于衬底104的空气支撑表面110。由于Wallace间隔损耗(spacing losses)，突出量太低(其中芯片106的空气支撑表面128低于衬底104的空气支撑表面110)会导致模块中的伺服、读出器和写入器信号的降低和/或损失。突出量太高(其中芯片106的空气支撑表面128高于衬底104的空气支撑表面110)会导致过多的磁带磨损或损坏或者伺服信号损失。通常，当芯片106的空气支撑表面128在z方向在大约-4μm和大约+11μm的范围内与衬底104的空气支撑表面110对准时，空气支撑表面128、110是基本对准的。

作为例子，当芯片106的空气支撑表面128在衬底104的空气支撑表面110上面大约2微米时，芯片106的空气支撑表面128在z方向基本上具有所需的突出量。在该例子中，芯片106的空气支撑表面128位于衬底104的空气支撑表面110上面大约2微米，以允许当用紫外线光初始硬化之后的连续硬化粘合剂期间，芯片106的空气支撑表面128可能的降低。但是，芯片106的空气支撑表面128在z方向衬底104的空气支撑表面110上方所希望的突出量可以大于或小于2微米，或者低于衬底104的空气支撑表面110，或者空气支撑表面128、110共面。因为本发明允许在衬底104中精确定位芯片106，以产生所希望的突出量，所以不需要对复合空气支撑表面102进行高成本的研磨。

芯片106的空气支撑表面128相对于衬底104的空气支撑表面110的突出量在芯片106的第一前角139a(如图2所示)用P2表示，在芯片106的第二前角139b用P3表示，在芯片106的第一后角139c用P1表示，在芯片106的第二后角139d用P4表示。在前角139a-b的突出量P2和P3比后角139c-d的突出量P1和P4更重要，因为通过无锥形研磨操作(下面讨论)可以在后面从复合空气支撑表面102去除后角139c-d。如果需要，可以用激光干涉仪(例如，从ZygoCorporation得到的)测量突出公差。但是，当用衬底104的空气支撑表面110作为检测芯片106的空气支撑表面128在z方向基本上具有所需的突出量的基准面(参考面)时，因为当第一对准脚522和第二对准脚524接触衬底104的空气支撑表面110时存在所希望的突出量，所以不需要测量公差。使用基准面比分别测量突出量P1、P2、P3和P4并且调整芯片106的位置要快。

程序900还包括在芯片106的空气支撑表面128在z方向相对于衬底104的空气支撑表面110基本上具有所需的突出量、并且芯片106在x和y方向与衬底104中的芯片接受槽126基本对准的情况下固定芯片106的操作928。由于拾取卡盘502的底面520的方向，在固定操作928期间，芯片106的空气支撑表面128与衬底104的空气支撑表面110基本平行。在操作930中，在芯片106的空气支撑表面128在z方向相对于衬底104的空气支撑表面110基本上具有所需的突出量、并且芯片106在x和y方向与衬底104中的芯片接受槽126基本对准的情况下，硬化粘合剂将芯片106的底面130与衬底104中的芯片接受槽126的粘结表面170粘结。在硬化操作930期间，芯片106被牢固的固定，以防止粘合剂在硬化时的收缩将芯片106向下拉，并保持芯片106的空气支撑表面128平行于衬底104的空气支撑表面110。

硬化操作930包括在粘合剂上采用至少一个紫外线光源照射规定的时间段，例如15秒。作为例子，紫外线光源可以使用可调亮度的200瓦的紫外线灯(未示出)。从紫外线光导的端部，例如，第一光纤紫外线光导530的第一端532，输出的光能可以是，例如，从紫外线灯输出的光能的五分之一。最佳紫外线光亮度是所用粘合剂类型的函数，并且调节到不会烧焦粘合剂的外表面，而又足以透入粘合剂中的亮度。可以调整暴露时间大于或小于15秒。施加所希望强度的紫外线光规定的时间段迅速实现粘结和固定芯片106的位置，但是，对于许多粘合剂(例如Loctite 4303粘合剂)，并没有完全硬化粘合剂。粘结强度通常至少在30天内不断增加。在紫外线硬化之后，由于衬底104和芯片106的制造公差，在芯片接受槽126的粘结表面170与芯片106的底面130之间的粘合剂的厚度可能变化，例如，从大约5μm到大约60μm，名义上大约30μm。

作为例子，硬化操作930包括在靠近芯片106的前面132的粘合剂上采用至少第一紫外线光源照射规定的时间段，并且在靠近芯片106的背面134的粘合剂上采用至少第二紫外线光源照射规定的时间段。在一个例子中，来自第一光纤紫外线光导530的第一端532的紫外线光和来自第二光纤紫外线光导536的第一端538的紫外线光照射靠近芯片106的前面132的粘合剂规定的时间段，来自第三光纤紫外线光导542的第一端544的紫外线光照射靠近芯片106的背面134的粘合剂规定的时间段。

在可选实施例中，硬化操作930还包括在适于粘合剂的温度和时间段内加热粘合剂，以进一步硬化粘合剂。作为例子，模块100可以放在烘箱中进一步硬化粘合剂。可以选择加热粘合剂的温度和加热的持续时间，以达到所希望的粘结强度，同时避免任何其它粘合剂粘结的退化(例如，芯片106和挡板108之间的粘结)。作为例子，加热粘合剂的温度可以从大约50℃到大约80℃，加热粘合剂的持续时间可以从大约1小时到大约48小时。可以根据粘合剂的特性确定加热温度。虽然加热粘合剂可以作为硬化操作930的一部分来进行，但是在其它可选择的实施例中，粘合剂的加热另外的硬化操作中进行，例如，可以在研磨操作936(下面讨论)之后进行。可以考虑粘合剂和工艺特性来确定是否需要进行热硬化，并确定将加热硬化作为硬化操作930的一部分和/或另外的后续硬化操作的一部分来进行。在另一个可选实施例中，硬化操作930还包括粘合剂的空气和/或厌氧硬化。根据在硬化操作930中硬化进行的程度，在硬化操作930之后，粘合剂可以部分硬化或者完全硬化。

在硬化操作930之后，程序900还包括停止从拾取卡盘502的底面520中的孔548中抽气，从拾取卡盘502上释放芯片106的操作930。还是在硬化操作930之后，程序900还另外包括例如通过停止通过衬底前夹具514和衬底侧夹具516对衬底104施压，停止在衬底座506中夹紧衬底104的操作934。

在硬化操作930之后，(并且在从衬底座506和拾取卡盘502上释放模块100之后)，程序900还包括研磨衬底104和芯片106，去除包括在衬底104的背面120上的复合空气支撑表面102的一部分的复合空气支撑表面102的后部的操作936。被去除的复合空气支撑表面102的部分可以是，例如，基本呈矩形。该操作936称作无锥形研磨操作。(但是，通过研磨产生的表面不必是无锥形的。)更具体地，无锥形研磨操作936包括研磨掉衬底104和芯片106的空气支撑表面110、128的一部分，产生芯片106的尾表面157和衬底104的尾表面158。芯片106的尾表面157和衬底104的尾表面158基本共面。研磨掉的部分从衬底104的第一侧面122到衬底104的第二侧面124的长度为，例如大约22.5mm长乘以大约1.75mm宽(从衬底104的背面120到衬底104的尾表面158的前边缘162和从芯片106的背面134到芯片106的尾表面157的前边缘161)乘以大约180μm深(从衬底104的空气支撑表面110到衬底104的尾表面158)。

在芯片106和衬底104已经粘结并通过紫外线曝光部分硬化之后，在无锥形研磨操作936之前，它们可以置于环境条件下，(例如，～20℃和＜30％R.H.)，一段时间，例如24小时。在无锥形研磨操作936期间，模块100暴露在液体冷却剂中的水中。冷却剂中的水影响粘结强度，并且还能够引起由于粘合剂吸附液体引起的粘合剂膨胀。在无锥形研磨操作936之后，粘结强度会下降，例如，大约40％，并且粘接强度的标准偏差会增加，例如，大约38％。另外，在无锥形研磨操作936之后，芯片106的空气支撑表面128的突出量会增加，例如，平均大约0.9μm。而且，由于在无锥形研磨操作936期间的运动，某些粘结可能会失效。在某些实施例中，在进行无锥形研磨操作936之前，可以进行额外的紫外线硬化或加热硬化，以减少在无锥形研磨操作936期间产生的失效粘结的数量。

III.其它实施例

虽然在上述公开中显示了许多本发明的示例性实施例，但是对于本领域的技术人员显然可以作出各种变化和修改而不脱离由附带的权利要求书限定的本发明的范围。此外，虽然以单数形式介绍或声明本发明的元件，但是复数也是可能的，除非明确陈述限定为单数。

Claims (22)

1.一种具有复合空气支撑表面的磁带磁头读/写模块，该模块包括：

具有空气支撑表面、前面、背面和芯片接受槽的衬底，其中芯片接受槽具有在衬底的前面的前面、在衬底的背面的背面、第一侧面、第二侧面和粘结表面，并且其中衬底的空气支撑表面具有与芯片接受槽的第一侧面相邻的第一部分和与芯片接受槽的第二侧面相邻的第二部分；以及

具有空气支撑表面、下表面、前面、背面以及有源元件的芯片，其中有源元件靠近芯片的前面，并且其中芯片插入到衬底中的芯片接受槽中，芯片的空气支撑表面基本对准衬底的空气支撑表面，芯片的背面基本对准衬底的背面。

2.根据权利要求1的模块，还包括附着在芯片接受槽的粘结面和芯片的底面上的紫外线硬化粘合剂层。

3.根据权利要求1的模块：

其中在衬底中的芯片接受槽具有靠近芯片接受槽的第一侧面的第一侧面槽和靠近芯片接受槽的第二侧面的第二侧面槽；并且

其中粘合剂层填充第一侧面槽和第二侧面槽的至少一部分。

4.根据权利要求1的模块，其中芯片的空气支撑表面比芯片的底面更光滑，并且其中衬底的空气支撑表面比衬底中的芯片接受槽的粘结表面更光滑。

5.根据权利要求1的模块：

其中芯片具有基本平行于芯片的空气支撑表面的尾表面，其中芯片的尾表面位于芯片的空气支撑表面与芯片的背面之间，并且其中芯片的尾表面位于定位在芯片的空气支撑表面与芯片的底面之间的平面中；并且

其中衬底具有与芯片的尾表面基本共面的尾表面，其中衬底的尾表面位于衬底的空气支撑表面与衬底的背面之间，并且其中衬底的尾表面具有与芯片接受槽的第一侧面的后部相邻的第一部分，并且其中衬底的尾表面具有与芯片接受槽的第二侧面的后部相邻的第二部分。

6.一种具有复合空气支撑表面的磁带磁头读/写模块，该模块包括：

具有空气支撑表面、前面、背面和芯片接受槽的衬底，其中芯片接受槽具有在衬底的前面的前面、在衬底的背面的背面、第一侧面、第二侧面、粘结表面、靠近芯片接受槽的第一侧面的第一侧面槽和靠近芯片接受槽的第二侧面的第二侧面槽，并且其中衬底的空气支撑表面具有与芯片接受槽的第一侧面相邻的第一部分和与芯片接受槽的第二侧面相邻的第二部分；

具有空气支撑表面、下表面、前面、背面以及有源元件的芯片，其中有源元件靠近芯片的前面，并且其中芯片插入到衬底中的芯片接受槽中，芯片的空气支撑表面基本对准衬底的空气支撑表面，芯片的背面基本对准衬底的背面；以及

附着在芯片接受槽的粘结面和芯片的底面上的紫外线硬化粘合剂层，其中粘合剂层填充芯片接受槽的第一侧面槽的至少一部分和芯片接受槽的第二侧面槽的一部分。

7.一种将芯片与衬底对准并粘结，以形成复合空气支撑表面的设备，该设备包括：

具有衬底座的壳体，其中衬底座至少具有一个后表面、底部、和侧面；

可滑动地安装在壳体上的至少一个夹具，用于在衬底座中选择性地固定衬底；

可滑动地安装在壳体上的对准臂；

可滑动地安装在对准臂上的拾取卡盘；

安装在拾取卡盘上的第一对准脚；

安装在拾取卡盘上的第二对准脚；以及

安装在壳体上的至少一个光纤紫外线光导，其中至少一个光纤紫外线光导具有靠近衬底座的第一端，以及设置成用于连接到紫外线光源的第二端。

8.根据权利要求7的设备，其中拾取卡盘具有底面，底面具有连接到真空源的第一孔。

9.根据权利要求8的设备，还包括在壳体中形成的芯片座，其中芯片座具有连接到真空源的第二孔。

10.根据权利要求7的设备，其中至少一个夹具包括可滑动地安装在壳体上的衬底前夹具，用于在衬底座中选择性地固定衬底，以及可滑动地安装在壳体上的衬底侧夹具，用于在衬底座中选择性地固定衬底。

11.根据权利要求7的设备，还包括：

安装在壳体上的基座；以及

安装在基座上的粘合剂分配器。

12.一种用于在预研磨的衬底中嵌入预研磨的芯片以形成用于磁带磁头的复合空气支撑表面的设备，该设备包括：

将衬底固定在固定位置的装置；

在第一方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准的装置；

在衬底中的芯片接受槽中沉积粘合剂的装置；

在第二方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准的装置；

将芯片压入衬底中的芯片接受槽中的粘合剂中的装置；

用于检测何时芯片的空气支撑表面在第三方向相对于衬底的空气支撑表面基本上具有所需的突出量的装置；

停止将芯片压入粘合剂中的装置；以及

在芯片的空气支撑表面在第三方向基本上具有所需的突出量，并且芯片在第一和第二方向与衬底中的芯片接受槽基本对准时，至少部分硬化粘合剂，将芯片粘结到衬底上的装置。

13.在衬底中嵌入芯片以形成复合空气支撑表面的方法，该方法包括以下操作：

在固定位置固定衬底；

在第一方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准；

在衬底中的芯片接受槽中沉积粘合剂；

在第二方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准；

将芯片压入衬底中的芯片接受槽中的粘合剂中；

检测何时芯片的空气支撑表面在第三方向相对于衬底的空气支撑表面基本上具有所需的突出量；

根据芯片的空气支撑表面在第三方向基本上具有所需的突出量的检测，停止将芯片压入粘合剂；以及

在第三方向上芯片的空气支撑表面基本上具有所需的突出量并且芯片在第一和第二方向上基本上与衬底中的芯片接受槽对准的情况下，至少部分硬化粘合剂，将芯片粘结到衬底上。

14.根据权利要求13的方法，还包括：

在第一方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准的操作之前研磨芯片，从而在芯片上形成空气支撑表面；以及

研磨芯片的下表面，在芯片的下表面上产生比芯片的空气支撑表面更粗糙的表面粗糙度，以增加粘合剂的可靠性。

15.根据权利要求13的方法，还包括：

在芯片的接受槽中沉积粘合剂的操作之前，研磨衬底中的芯片接受槽；

在芯片的接受槽中沉积粘合剂的操作之前，研磨衬底，在衬底上形成空气支撑表面；以及

在硬化操作之后研磨衬底和芯片，去除复合空气支撑表面的后部。

16.根据权利要求13的方法：

其中沉积操作包括：

挤压在粘合剂分配器中的粘合剂，使粘合剂从粘合剂分配器中的开口流出；以及

在芯片接受槽上移动粘合剂分配器中的开口，同时粘合剂从开口流出；以及

其中挤压操作还包括：

将一部分粘合剂挤压到衬底中的芯片接受槽中的至少一个槽中。

17.根据权利要求13的方法，其中检测操作包括检测何时第一对准脚和第二对准脚接触衬底的空气支撑表面。

18.根据权利要求13的方法，其中粘合剂是可以紫外线硬化的氰基丙烯酸盐粘合剂。

19.根据权利要求13的方法，其中所述硬化操作包括用多个紫外线光源在粘合剂上照射规定的时间。

20.根据权利要求13的方法，还包括至少在挤压操作期间，从拾取卡盘的底面中的孔中抽出空气，将芯片的空气支撑表面固定在拾取卡盘的底面上。

21.在具有被研磨的空气支撑表面的衬底中嵌入具有被研磨的空气支撑表面的芯片以形成用于磁带磁头的复合空气支撑表面的方法，该方法包括以下操作：

在固定位置固定衬底；

在衬底中的芯片接受槽中沉积可以紫外线硬化的粘合剂；

在第一和第二方向将芯片与衬底中的芯片接受槽对准；

将芯片压入衬底的芯片接受槽中的粘合剂中；

检测何时第一对准脚和第二对准脚接触衬底的空气支撑表面，以检测何时芯片的空气支撑表面在第三方向相对于衬底的空气支撑表面基本上具有所需的突出量；

根据第一对准脚和第二对准脚接触衬底的空气支撑表面的检测，停止将芯片压入粘合剂；以及

在第三方向中芯片的空气支撑表面基本上具有所需的突出量并且芯片在第一和第二方向上基本上与衬底中的芯片接受槽对准的情况下，采用至少一个紫外线光源照射粘合剂，从而至少部分硬化粘合剂，将芯片粘结到衬底上。

22.在衬底中嵌入有源元件芯片以形成用于磁带磁头的复合空气支撑表面的方法，该方法包括以下操作：

靠近有源元件芯片中的有源元件为有源元件芯片附加挡板；

研磨有源元件芯片的下表面，以增加粘合剂的可靠性；

研磨在有源元件芯片上的空气支撑表面和挡板；

研磨衬底，在衬底中形成芯片接受槽；

研磨衬底上的空气支撑表面；

在衬底座中夹紧衬底；

在第一方向将有源元件芯片与衬底中的芯片接受槽对准；

挤压粘合剂分配器中的可紫外线硬化的氰基丙烯酸盐粘合剂，使粘合剂从粘合剂分配器中的开口流出；

在芯片接受槽上移动粘合剂分配器中的开口，同时粘合剂从开口流出，以在衬底中的芯片接受槽中沉积粘合剂；

从拾取卡盘的底面中的孔中抽出空气，将有源元件芯片固定在拾取卡盘上；

在第二方向将有源元件芯片与衬底中的芯片接受槽对准；

在第三方向将有源元件芯片压入衬底的芯片接受槽中的粘合剂中；

将一部分粘合剂挤压到衬底中的芯片接受槽中的多个槽中；

检测何时第一对准脚和第二对准脚接触衬底的空气支撑表面，以检测何时有源元件芯片的空气支撑表面在第三方向相对于衬底的空气支撑表面基本上具有所需的突出量；

根据第一对准脚和第二对准脚接触衬底的空气支撑表面的检测，停止将有源元件芯片压入粘合剂；以及

在第三方向有源元件芯片的空气支撑表面基本上具有所需的突出量并且有源元件芯片在第一和第二方向上基本上与衬底中的芯片接受槽对准的情况下，采用至少第一紫外线光源对靠近有源元件芯片的前面的粘合剂照射规定的时间，并且采用至少第二紫外线光源对靠近有源元件芯片的背面的粘合剂照射规定的时间，从而至少部分硬化粘合剂，将有源元件芯片粘结到衬底上。

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