CN1822107A - 磁头组件的焊锡球结合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不使用焊剂就能将焊锡球安放在结合面上，能够提高结合位置的精度和结合耐久性的磁头组件的焊锡球的结合方法。这是一种在互相正交的位置上结合组装有磁阻效应元件的滑块的电极焊盘和连接磁阻效应元件与外部电路的柔性电路板的电极焊盘的方法，首先在未熔融的状态下将球状焊锡球安放在滑块的电极焊盘与柔性电路板的电极焊盘的结合面上。接着定位焊锡球并熔融该焊锡球的一部分，将焊锡球临时固定在滑块及柔性电路板的电极焊盘两者上。在临时固定后解除焊锡球的定位。然后使焊锡球完全熔融，结合滑块的电极焊盘和柔性电路板的电极焊盘。

Description

磁头组件的焊锡球结合方法

技术领域

本发明涉及滑块(SLIDER)的电极焊盘(PAD)与柔性电路板的电极焊盘以互相正交的位置关系结合的磁头组件(HEAD-ASSEMBLY)的焊锡球(BALL)结合方法。

背景技术

硬盘驱动器(HARD-DISK-DRIVE)(HDD)中使用的所谓磁头组件具备：组装了磁阻效应元件的滑块；由具有柔性的金属薄板构成、弹性地支持滑块的弯曲部分(FLEXURE)；固定在该弯曲部分的表面上、导通连接滑块的磁阻效应元件与安装有该磁头组件的装置的电路系统的柔性电路板。弯曲部分通过例如点(SPOT)焊固定在承载梁(LOAD-BEAM)上。

以往，这种磁头组件一般以互相正交的位置关系用金球焊接(金ボ一ルボンデイング)方式将滑块的磁阻效应元件用的电极焊盘与柔性电路板的电极焊盘结合起来，但在磁头组件及滑块不断小型化的近年，焊接(BONDING)区域(电极焊盘的大小及电极焊盘的间隔)逐渐变窄，因此提出了采用使用了能够以比金球直径小的直径形成的焊锡球的焊锡球焊接(半田ボ一ルボンデイング)的方式取代金球焊接方式的方案。

焊锡球焊接方式使用焊剂(FLUX)将焊锡球固定在滑块的电极焊盘或柔性电路板的电极焊盘上，通过加热该焊锡球，能够用熔融的焊锡结合滑块的电极焊盘和柔性电路板的电极焊盘。如果采用这种焊锡球焊接的方式，由于通过加热能够容易地解除滑块的电极焊盘与柔性电路板的电极焊盘的结合，因此具有在出库前进行的静态或动态特性检测中判定为特性不良的情况下，容易再利用弯曲部分的优点。

但是，上述焊锡球焊接方式为了固定安放到结合面上的焊锡球必须使用焊剂，在怕被焊剂污染的元器件中不能使用。虽然在例如专利文献1～3中记载了可以不使用焊剂进行焊锡球焊接的方法，但这些方法存在各种各样的问题。

专利文献1中记载了通过超声波接合将焊锡球临时固定在滑块的电极焊盘上，在将带焊锡球的滑块粘接固定在弯曲部上之后使焊锡球熔融的方法。但是，这种方法存在临时固定在滑块的电极焊盘上的焊锡球的位置容易错位，粘接固定滑块时难以使滑块与柔性电路板的电极焊盘的位置高度一致，以及熔融的焊锡偏向滑块的电极焊盘一侧导致导通不良等问题。

专利文献2中记载了在用吸附垫(PAD)吸附了焊锡球的状态下输送，开放结合面，然后用氮气将焊锡球顶在结合面上同时用激光(LASER)照射熔融该焊锡球的方法。但由于在将焊锡球放开在结合面后焊锡球就活动了，因此难以准确地定位焊锡结合部。

专利文献3记载了用从毛细管中流出的氮气压住从该毛细管中落到结合面上的焊锡球，在这种按住的状态下从该毛细管中照射激光将焊锡球熔融的方法。但为了使焊锡球与激光的供给路径处在同一条轴上，有必要确保激光的长的焦点距离，必须使用例如YAG激光这样的高能量(ENERGY)的激光。并且，由于激光的导光路复杂，因此激光难以聚焦，存在焦点调节困难这样的问题。

而且，上述焊锡球焊接方式为了提高焊锡的湿润性，可以考虑在作为结合面的滑块和柔性电路板的电极焊盘的表面实施镀(PLATING)金(Au)。但是，在电极焊盘的表面镀金的情况下，如果焊锡球的加热不充分的话，则熔融的焊锡在充分扩散前再次固化，在该再固化的焊锡与电极焊盘的界面上生成Au-Sn化合物。该Au-Sn化合物成为焊锡结合部剥离的主要原因。

专利文献1美国专利第5889636号

专利文献2日本特开2002-25025号公报

专利文献3日本特开2002-45962号公报

发明内容

本发明就是鉴于上述以往问题，其目的是要获得一种不使用焊剂就能够将焊锡球搭载在结合面上，能够提高结合位置的精度和结合耐久性的磁头组件的焊锡球的结合方法。

本发明为一种磁头组件的焊锡球结合方法，其是以互相正交的位置关系结合组装有磁阻效应元件的滑块的电极焊盘、以及连接磁阻效应元件与外部电路的柔性电路板的电极焊盘的方法，其特征在于，包括以下工序：在未熔融状态下将球状焊锡球安放在滑块的电极焊盘与柔性电路板的电极焊盘的结合面上的工序；一边定位该焊锡球一边熔融该焊锡球的一部分，从而将该焊锡球临时固定在滑块及柔性电路板的电极焊盘两者上的工序；解除对焊锡球的定位的工序；使焊锡球完全熔融进行最终固定，从而结合滑块的电极焊盘和柔性电路板的电极焊盘的工序。

具体为，优选在焊锡球的安放工序中，用氮气流将插入毛细管中的球状焊锡球输送到结合面；在焊锡球的临时固定工序中，使氮气流从毛细管吹压到焊锡球上来定位该焊锡球。如果采用这种方式，由于能够用氮气流输送焊锡球并定位，因此可以不使用焊剂地将焊锡球安放到结合面上。

优选在解除对焊锡球的定位工序中，在保持从毛细管对焊锡球提供氮气流的状态下，拉开毛细管与焊锡球之间的距离，从而解除由氮气流进行的定位。如果采用这种方式，能够由氮气流防止焊锡球的氧化。

并且，优选在焊锡球的临时固定工序中，从与氮气流输送焊锡球的方向不同的角度照射激光，通过该激光照射使焊锡球的一部分熔融。如果从与输送焊锡球的方向不同的角度照射激光，则能够使激光在短焦点距离的位置上精度良好地照射焊锡球。因此，即使用低能量的激光也能够充分熔融焊锡球，不使用YAG激光这样的高能量激光或昂贵且复杂的设备也可以。作为放射低能量激光的激光源，实际上使用半导体激光器或红外线激光器。

上述激光可以通过毛细管的送出口一端形成的缺口照射到焊锡球上。此时，通过缺口的激光也加热毛细管本身，毛细管起烙铁的作用。或者，也可能是激光照射到毛细管上加热该毛细管，该毛细管的热量使焊锡球的一部分熔融。此时，毛细管也起烙铁的作用。

焊锡球的最终固定可以通过激光照射进行。无论是进行临时固定还是在最终固定的激光照射，都保留在使焊锡球的表皮几微米厚度的焊锡熔融的功率，以便使临时固定时焊锡球不比激光的有效点焊直径小。这是为了避免最终熔融时激光直接照射到滑块的电极焊盘与柔性电路板的电极焊盘上。而在最终固定时，为了使临时固定的焊锡完全熔融、形成焊脚(FILLET)，将激光功率提高到能够充分熔融焊锡的温度。

在本发明的其他方式中，优选在焊锡球的安放工序中，在焊丝的一端形成球状焊锡球，支持着该带焊锡球焊丝的焊丝部分地将焊锡球安放到结合面上；在焊锡球的临时固定工序中，支持带焊锡球焊丝的焊丝部分地定位焊锡球。并且，优选在焊锡球的临时固定工序中，通过付与超声波振动使焊锡球的一部分熔融；在焊锡球的最终固定工序中，照射激光使焊锡球全部熔融。而且，优选在解除对焊锡球的定位的工序中，拉拽带焊锡球焊丝的焊丝部分而断开焊丝与焊锡球。虽然在焊锡球上残留有焊丝的一部分，但在最终固定时与焊锡球一起熔融，因此不存在问题。

为了使焊锡的湿润性良好，优选在安放焊锡球之前在滑块及柔性电路板的电极焊盘的表面上预先形成镀金膜。

发明的效果：如果采用本发明，能够获得不使用焊剂就能够将焊锡球搭载在结合面上，并且能够提高结合位置的精度和结合耐久性的磁头组件的焊锡球结合方法。

附图说明

图1是表示作为本发明方法的使用对象的磁头组件(完成状态)的一个实施方式的结构示意图。

图2是放大表示图1的滑块的电极焊盘与柔性电路板的电极焊盘的结合部的示意图。

图3(A)为表示本发明的第1实施方式的焊锡球焊接方法中使用的毛细管的示意图，(B)为沿(A)的B-B线的剖视图。

图4是说明本发明的第1实施方式的焊锡球焊接方法的一个工序的示意剖视图。

图5是说明图4所示工序的下一道工序的示意剖视图。

图6是说明图5所示工序的下一道工序的示意剖视图。

图7是说明图6所示工序的下一道工序的示意剖视图。

图8是说明图7所示工序的下一道工序的示意剖视图。

图9是说明本发明的第2实施方式的焊锡球焊接方法的一个工序的示意剖视图。

图10是说明图9所示工序的下一道工序的示意剖视图。

图11是说明图10所示工序的下一道工序的示意剖视图。

图12是说明图11所示工序的下一道工序的示意剖视图。

具体实施方式

图1表示成为本发明的使用对象的硬盘驱动器(HARD-DISK-DRIVE)用的磁头组件(HEAD-ASSEMBLY)(完成状态)的一个实施方式。磁头组件1具备组装有磁阻效应元件(磁头(HEAD))12的滑块(SLIDER)11、用例如热硬化性粘接剂或UV硬化性粘接剂、导电性粘接剂粘接等结合了该滑块11的背面的弯曲部分(FLEXURE)21。

弯曲部分21为板簧状的具有柔性的薄金属板，在相对于承载梁(LOAD-BEAM)15弹性地悬浮支持滑块11的状态下安装在该承载梁15的顶端。在弯曲部分21的表面通过用粘接剂粘贴等、固定有导通连接滑块11的磁阻效应元件和安装有该磁头组件的硬盘装置的电路系统的柔性(FLEXIBLE)电路板(FPC)22。如图2放大表示的那样，柔性电路板22在从配置在弯曲部分21的顶端的多个电极焊盘(PAD)23向两侧边缘分开后沿两侧边缘延伸，再从弯曲部分21的后端边缘引出，通过中继用柔性电路板24而汇集在一起。中继用柔性电路板24与安装有磁头组件1的硬盘装置的电路系统相连。滑块11在端面11a上具有多个与磁阻效应元件12连接的电极焊盘13，在该电极焊盘13与柔性电路板22的电极焊盘23以互相正交的位置关系安装在弯曲部分21上。在两电极焊盘13、23的表面上实施了镀(PLATING)金。

在上述大致结构的磁头组件1中，以互相正交的位置关系设置的磁头组件1的电极焊盘13和柔性电路板22的电极焊盘23通过焊锡球焊接(BALL-BONDING)(SBB)结合。

下面参照图3～图7说明本发明的第1实施方式的焊锡球焊接方法。

图3(A)为表示本第1实施方式的焊锡球焊接中使用的毛细管(CAPILLARY-TOOL)30的示意图，(B)为沿(A)的B-B线剖视的剖视图。毛细管30内藏有向送出口31送出球状的焊锡球(BALL)40(图5)和氮气流N₂的输送通道32，送出侧的端部33越往送出口31越窄。在该毛细管30的送出侧的端部33的侧面形成有让从与氮气流N₂输送焊锡球40的方向不同的角度照射来的激光通过的缺口34。在本实施方式的毛细管(capillary-tool)30中具备隔开预定的间隔排成一列的个数与结合的滑块11的电极焊盘13和柔性电路板的电极焊盘23的个数相同的输送通道和送出开口。虽然图中没有图示，但在毛细管30上还具备供球状的焊锡球进入输送通道32的送入口和让氮气流N₂流入的流入口等。

首先如图4所示，与滑块11的电极焊盘13和柔性电路板22的电极焊盘23两者倾斜约45°地配置毛细管30，使毛细管30的送出口31向着滑块11的电极焊盘13与柔性电路板22的电极焊盘23的结合面。

接着如图5所示，使未熔融状态的球状焊锡球40进入毛细管30的输送通道32，同时让氮气流N₂流入。进入输送通道32中的焊锡球40在未熔融的状态下被氮气流N₂输送到送出口31，从送出口31自然落下到滑块11的电极焊盘13与柔性电路板22的电极焊盘23之间。焊锡球40由不含铅的以锡为主要成分的钎焊材料构成，直径为80～130μm左右。

再接着如图6所示，从毛细管30的送出口31将氮气流N₂送至落入滑块11及柔性电路板22的两电极焊盘13、23之间的焊锡球40上，通过该氮气流N₂的按压使焊锡球40移动到最合适的结合位置并定位，在通过该氮气流N₂的按压保持焊锡球40的状态下用激光照射焊锡球40的一部分。由此焊锡球40的被激光照射的部分熔融，分别临时固定在滑块11和柔性电路板22的两电极焊盘13、23上。

由于毛细管30上如上所述地形成有让激光通过的缺口34，因此激光的损失小，能够有效地让激光照射到焊锡球40上。并且，通过缺口34的激光加热毛细管30，毛细管30本身起到烙铁的作用。

在临时固定工序中，激光从与毛细管30分开的激光源沿与毛细管30的送出口31的朝向(氮气流N₂输送焊锡球40的方向)不同的方向——具体为例如与弯曲部分的表面平行的方向进行照射。此时激光的功率(POWER)保留在使焊锡球表皮数微米厚的焊锡熔融的功率，以便使焊锡球40不比激光的有效点焊(SPOT)直径小。这是为了避免最终固定时激光直接照射到滑块11的电极焊盘13与弯曲部分21的电极焊盘23上。作为激光源，可以使用放射低能量的激光的半导体激光器(LASER)或红外线激光器。

在临时固定焊锡球40后，如图7所示为了防止焊锡球40氧化，在保持从毛细管30提供氮气流N₂的状态下使毛细管30远离焊锡球40，解除氮气流N₂对焊锡球40的定位。由于焊锡球40被局部固定在滑块11及柔性电路板22的电极焊盘13、23两者上，因此即使使毛细管30远离焊锡球40提供氮气流N₂，也不用担心引起错位。

接着，如图8所示从毛细管30供给氮气流N₂，同时使激光再次照射到临时固定在滑块11和柔性电路板22的两个电极焊盘13、23上的焊锡球40上，将该焊锡球40全部熔融。由此，焊锡球40完全熔融最终固定在滑块11及柔性电路板22的两个电极焊盘13、23上，电极焊盘13、23通过再次固化的焊锡40′结合。

在最终固定工序中，激光从与滑块11和柔性电路板22的两个电极焊盘13、23倾斜45°的方向照射，其照射时间设定为比第1次(临时固定)长，激光功率也设定为比第1次(临时固定)大。

如上所述，由于第1实施方式中用氮气流N₂将在未熔融状态下输送到结合面(滑块11与柔性电路板22的两电极焊盘13、23之间)的球状焊锡球40保持在最合适的结合位置，在该保持状态下通过激光照射临时固定焊锡球40，因此不使用焊剂也能够位置精度良好地安放焊锡球40。并且由于在临时固定未熔融状态的焊锡球40后再次照射激光进行最终固定，因此焊锡球整体熔融并热扩散，不会生成成为从表面实施了镀金的电极焊盘13、23的界面剥离的主要原因的Au-Sn化合物。由此，也能够提高结合的耐久性。而且，由于第1实施方式中从与焊锡球40和氮气流N₂的输送方向不同的方向以短焦点距离激光照射焊锡球40，因此激光的焦点调节容易，并且能够用低能量的激光使焊锡球40充分熔融，不使用YAG激光这样的高能量的激光或复杂并且昂贵的设备也可以。

虽然在第1实施方式中通过激光照射进行焊锡球40的临时固定和最终固定，但临时固定和最终固定中的至少一个也可以通过超声波结合来进行。并且虽然在第1实施方式中临时固定焊锡球40时使激光通过毛细管30的送出口侧一端形成的缺口34照射到焊锡球40上，但也可以使激光照射到毛细管30自身上加热该毛细管30，通过该毛细管30的热量熔融焊锡球40的一部分。此时，毛细管30起烙铁一样的作用。

下面参照图9～图12说明本发明的第2实施方式的焊锡球焊接方法。该第2实施方式在将设置在焊丝(WIRE)的一端上的球状焊锡球安放在结合面上这一点，以及在通过超声波结合临时固定焊锡球40后通过激光照射最终固定焊锡球40这一点上与第1实施方式不同。

在图9～图12中，对于与第1实施方式具有相同功能的构成要素添加与图1及图2相同的附图标记。

首先，如图9所示，在穿插到毛细管130中的线条状的焊丝41的一端形成球状焊锡球40。焊丝41由不含铅主要成分为锡的钎焊材料形成。焊锡球40可以通过在例如由氩(ARGON-GAS)气和氢气构成的混合气体环境中用焊炬(TORCH)电源使焊丝41的一端放电(瞬态放电(SPARK))而形成。此时，由于焊锡球40的结晶体变粗大，因此焊丝41与焊锡球40的边界变得脆弱。具体为，焊丝41的线径φ为35μm左右，焊锡球40的直径为80～130μm左右。

接着如图10所示，输送穿插到毛细管130中的带焊锡球40的焊丝41，将焊锡球40安放到滑块11的电极焊盘13与柔性电路板22的电极焊盘23之间最合适的结合位置上。并且在用毛细管130保持焊丝41和焊锡球40的状态下使焊锡球40超声波振动，将其临时固定在滑块11及柔性电路板22的电极焊盘13、23上。在临时固定焊锡球40后，拉拽焊丝41而断开该焊丝41与焊锡球40，解除焊锡球40的定位。在这种解除的状态下，如图11所示焊丝41的一部分41′仍以从焊锡球40突出的状态残留。由于焊锡球40的一部分固定在滑块11及柔性电路板22的电极焊盘13、23两者上，因此即使不用毛细管130支持也不用担心错位。另外，由于上述焊丝41的一部分41′在后来的最终固定工序中与焊锡球40一起熔融，因此即使残留也没问题。

接着，如图12所示激光照射焊锡球40，使该焊锡球40完全熔融(最终固定)，由再固化的焊锡40′结合滑块11及柔性电路板22的两电极焊盘13、23。激光从图中没有示出的激光热源沿与滑块11的电极焊盘13和柔性电路板22的电极焊盘23两者倾斜成大致45°的位置射向焊锡球40。作为激光热源，可以使用放射低能量激光的半导体激光器或红外线激光器。

如上所述，由于第2实施方式在焊丝41的一端形成球状焊锡球40，在支持该带焊锡球焊丝的焊丝41部分将焊锡球40保持在结合面(滑块11及柔性电路板22的两电极焊盘13、23之间)的最合适的位置上的状态下使该焊锡球40的一部分超声波振动而进行临时固定，因此不使用焊剂也能够位置精度良好地安放焊锡球40。并且由于通过激光照射使临时固定了的焊锡球40最终固定，因此焊锡球整体熔融并热扩散，不会产生成为从表面实施了镀金的电极焊盘13、23的界面剥离的主要原因的Au-Sn化合物，由此能够提高结合的耐久性。

虽在第2实施方式中通过超声波结合临时固定焊锡球40，通过激光照射最终固定焊锡球40，但焊锡球40的临时固定也可通过激光照射来进行，并且焊锡球40的最终固定也可通过超声波结合来进行。

Claims (13)

1.一种磁头组件的焊锡球结合方法，其是以互相正交的位置关系结合组装有磁阻效应元件的滑块的电极焊盘、以及连接上述磁阻效应元件与外部电路的柔性电路板的电极焊盘的方法，其特征在于，包括以下工序：在未熔融状态下将球状焊锡球安放在上述滑块的电极焊盘与上述柔性电路板的电极焊盘的结合面上的工序；一边定位该焊锡球一边熔融该焊锡球的一部分，从而将该焊锡球临时固定在上述滑块及上述柔性电路板的电极焊盘两者上的工序；解除对上述焊锡球的定位的工序；使上述焊锡球完全熔融进行最终固定，从而结合上述滑块的电极焊盘和上述柔性电路板的电极焊盘的工序。

2.如权利要求1所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，在上述焊锡球的安放工序中，用氮气流将插入毛细管中的球状焊锡球输送到上述结合面；在上述焊锡球的临时固定工序中，使氮气流从上述毛细管吹压到上述焊锡球上来定位该焊锡球。

3.如权利要求2所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，在解除对上述焊锡球的定位工序中，在保持从上述毛细管对上述焊锡球提供氮气流的状态下，拉开上述毛细管与上述焊锡球之间的距离，从而解除由氮气流进行的定位。

4.如权利要求2或3所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，在上述焊锡球的临时固定工序中，从与上述氮气流输送上述焊锡球的方向不同的角度照射激光，通过该激光照射使上述焊锡球的一部分熔融。

5.如权利要求4所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，上述激光通过在上述毛细管的送出口一侧的端部形成的缺口而照射到上述焊锡球上。

6.如权利要求4所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，上述激光照射到上述毛细管上而加热该毛细管，并利用上述毛细管的热使上述焊锡球的一部分熔融。

7.如权利要求1所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，通过激光照射最终固定上述焊锡球。

8.如权利要求4所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，上述激光从半导体激光器或红外线激光器射出。

9.如权利要求1所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，在上述焊锡球的安放工序中，在焊丝的一端形成球状焊锡球，支持着该带焊锡球焊丝的焊丝部分地将上述焊锡球安放到上述结合面上；在上述焊锡球的临时固定工序中，支持上述带焊锡球焊丝的焊丝部分地定位上述焊锡球。

10.如权利要求9所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，在上述焊锡球的临时固定工序中，通过付与超声波振动使上述焊锡球的一部分熔融；在上述焊锡球的最终固定工序中，照射激光使上述焊锡球全部熔融。

11.如权利要求10所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，上述激光从半导体激光器或红外线激光器射出。

12.如权利要求9所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，在解除对上述焊锡球的定位的工序中，拉拽上述带焊锡球焊丝的焊丝部分而断开上述焊丝与上述焊锡球。

13.如权利要求1所述的磁头组件的焊锡球结合方法，其特征在于，在安放上述焊锡球之前，预先在上述滑块及上述柔性电路板的电极焊盘的表面上形成镀金膜。

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