JP2007280530A

JP2007280530A - 磁気ヘッドアッセンブリ

Info

Publication number: JP2007280530A
Application number: JP2006106346A
Authority: JP
Inventors: Masato Shinada; 正人品田; Masaki Yamaguchi; 巨樹山口
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-25
Also published as: CN101051472A

Abstract

【課題】スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドを簡単な工程で強固に接合できる磁気ヘッドアッセンブリを得る。
【解決手段】スライダ表面に露出する磁気抵抗効果素子用の電極パッドと、磁気抵抗効果素子と外部回路を接続するフレキシブル配線基板の電極パッドが半田接合される磁気ヘッドアッセンブリにおいて、スライダの電極パッドは磁気抵抗効果素子に接続された電気配線層上に形成され、半田接触面に露出するＡｕ表面保護層及び該Ａｕ表面保護層と電気配線層の間に介在するＣｕ接着層を有し、このＣｕ接着層の半田接合前の厚さが、半田接合後に０．０５μｍ以上となるように規定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドとをＳｎ半田で接合する磁気ヘッドアッセンブリに関する。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）で使用されるいわゆる磁気ヘッドアッセンブリは、磁気ヘッドが組み込まれたスライダと、スライダを弾性的に支持するフレキシャと、このフレキシャ表面に接着されたフレキシブル配線基板とを備えている。この種の磁気ヘッドアッセンブリでは、従来一般に、磁気ヘッドのスライダ表面に露出する電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドを互いに直交する位置関係で金ボールボンディング方式により接合していたが、近年では、ボンディング領域（電極パッドの大きさ及び電極パッド間隔）の狭小化に対応できるよう、金ボールよりも小さい球径で形成可能な半田ボールを用いた半田ボールボンディング方式が提案されている。

半田ボールボンディング方式は、例えば半田ボールを溶融した状態で接合面に吹き付けるＳＪＢ方式のマウンターを用いて実行することができ、このマウンターから接合面に供給した溶融半田を凝固させることで、スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドを接合している。半田濡れ性を上げるため、スライダの電極パッドの半田接触面にはＡｕからなる表面保護層が形成され、このＡｕ表面保護層と電気配線層の間に、溶融半田とＡｕ表面保護層を強固に接合させる接着層が形成されている。この接着層には従来、ＮｉＦｅが用いられる。一方、フレキシブル配線基板の電極パッドには、半田接触面にＡｕからなる表面保護層が形成され、このＡｕ表面保護層と電気配線層の間にＣｕ接着層が形成されている。
特開平１０−７９１０５号公報

しかしながら、上記従来の電極パッド構成では、スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドの間で半田ボールを溶融すると、溶融半田の大部分がフレキシブル配線基板側に流れてしまい、スライダの電極パッドよりもフレキシブル配線基板の電極パッドで半田濡れ性が悪くなっている。このため、スライダの電極パッドの接合強度が弱く、導通不良が生じてしまう場合がある。コレを回避するには、スライダの電極パッドの半田濡れ性を向上させる必要があり、スライダの電極パッドを予め加熱するなどの工程が必要であった。

本発明は、上述の従来課題に鑑みてなされたもので、スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドを簡単な工程で強固に接合できる磁気ヘッドアッセンブリを得ることを目的としている。

本発明は、Ａｕ表面保護層の直下位置に存在する接着層の熱伝導率の違いが半田濡れ性の違いを生じさせていることに気付き、スライダ側とフレキシブル配線基板側の接着層を同一材料（Ｃｕ）で形成すれば半田濡れ性が一様となって両電極パッドを全体的に接合できること、さらに、半田接合後に残存するＣｕ層（接着層）を薄くするほど接着強度を高められることに着目したものである。

すなわち、本発明は、磁気ヘッドのスライダ表面に露出する電極パッドと、該磁気ヘッドと外部回路を接続するフレキシブル配線基板の電極パッドとが半田接合される磁気ヘッドアッセンブリにおいて、スライダの電極パッドは、磁気ヘッドに接続された電気配線層上に形成されていて、半田接触面に露出するＡｕ表面保護層及び該Ａｕ表面保護層と電気配線層の間に介在するＣｕ接着層を有し、このＣｕ接着層の半田接合前の厚さが、半田接合後に０．０５μｍ以上となるように規定されていることを特徴としている。

フレキシブル配線基板の電極パッドは、該フレキシブル配線基板の電気配線層上に形成されていて、半田接触面に露出するＡｕ表面保護層及び該Ａｕ表面保護層と電気配線層の間に介在するＣｕ接着層を有していることが実際的である。スライダ及びフレキシブル配線基板の電極パッドの接着層を同一材料で形成すれば、両方の接着層の熱導電率は一致し、両電極パッドでの半田濡れ性が一様になる。

Ａｕ表面保護層は薄いことが好ましく、具体的にその厚さは０．５μｍ以下とするのがよい。

スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドは、Ｓｎ半田材によって接合されることが実際的である。

スライダの電極パッドは、Ａｕ表面保護層の直下位置にＣｕ接着層が存在することで熱伝導率が改善されるから、Ｃｕ接着層と電気配線層の間にＮｉＦｅ層を有していてもよい。

スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドは、半田ボールボンディング法により接合される。半田ボールボンディング法には、スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドとの間に設置した半田ボールをレーザー照射して溶融させる方法（ＳＢＢ）と、溶融状態の半田ボールをスライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドの間に供給する方法（ＳＪＢ）とが含まれるが、いずれの方法を採用しても同程度の接合強度を確保できる。

本発明によれば、スライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドを簡単な工程で強固に接合できる磁気ヘッドアッセンブリを得ることができる。

図１は、本発明の適用対象となる、ハードディスクドライブ用の磁気ヘッドアッセンブリ（完成状態）の一実施形態を示している。磁気ヘッドアッセンブリ１は、磁気抵抗効果素子や磁気記録素子などを含む磁気ヘッド１２が組み込まれたスライダ１１と、このスライダ１１の背面を例えば熱硬化性接着剤やＵＶ硬化性接着剤、導電性接着剤接着等で接着したフレキシャ２１を備えている。

フレキシャ２１は、板ばね状の可撓性を有する薄い金属板であって、ロードビームの先端部に、該ロードビームに対してスライダ１１を弾性的に浮遊支持した状態で装着している。フレキシャ２１の表面には、スライダ１１の磁気抵抗効果素子とこの磁気ヘッドアッセンブリが装着されるハードディスク装置の回路系とを導通接続するフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）２２が、接着剤による貼り付け等により固定されている。フレキシブル配線基板２２は、図２に拡大して示すように、フレキシャ２１の先端部に配置された複数の電極パッド２３から両側縁部に別れた後に両側縁部に沿って延び、フレキシャ２１の後端縁部からさらに引き出され、中継用フレキシブル配線基板２４を介して一つにまとめられている。中継用フレキシブル配線基板２４は、磁気ヘッドアッセンブリ１が搭載されるハードディスク装置の回路系に接続される。

フレキシブル配線基板２２の電極パッド２３は、該フレキシブル配線基板２２内の電気配線層２３０上に形成されており、図３（ａ）（ｂ）に示されるように、最表面に露出するＡｕ表面保護層２３１と、このＡｕ表面保護層２３１と電気配線層２３０の間に介在するＣｕ接着層２３２とを有している。電気配線層２３０は本実施形態ではＴｉにより形成されている。

スライダ１１には、スライダ端面１１ａに位置させて、磁気ヘッド１２用の電極パッド１３が形成されている。スライダ１１の電極パッド１３は、一端部が磁気ヘッド１２に接続され他端部が該スライダ端面１１ａに露出する電気配線層１３０上に形成されており、図３（ａ）に示されるように半田接合前は、半田接触面となる最表面に形成されたＡｕ表面保護層１３１と、このＡｕ表面保護層１３１と電気配線層１３０との間に介在するＣｕ接着層１３２を有している。Ａｕ表面保護層１３１は、０．５μｍ以下の薄い膜厚で形成され、電極パッド１３の半田濡れ性を向上させると共にＣｕ接着層１３２の腐食を防止する。Ｃｕ接着層１３２は、Ｓｎ半田接合後に０．０５μｍ以上の膜厚が得られるように半田接合前の膜厚が規定されている。電気配線層１３０は本実施形態ではＴｉにより形成されている。

上記スライダ１１とフレキシブル配線基板２２は、互いの電極パッド１３、２３が直交する位置関係でフレキシャ２１上に装着されている。この互いに直交する位置関係で設置されたスライダ１１の電極パッド１３とフレキシブル配線基板２２の電極パッド２３は、鉛を含まず錫を主体とするＳｎ半田を用いて、半田ボールボンディングされる。鉛を含まず錫を主体とするＳｎ半田としては、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｉｎ系またはＳｎ−Ａｕ系を用いることができる。上述したようにスライダ１１の電極パッド構成はフレキシブル配線基板２２の電極パッド構成と同一であるから、これらの接着層１３２、２３２はいずれもＣｕにより形成されている。よって、電極パッド１３表面及び電極パッド２３表面における熱伝導率は同等となり、スライダ１１側とフレキシブル配線基板２２側において半田濡れ性の偏りはなくなる。つまり、スライダ１１の電極パッド１３全体的に半田が濡れる状態となっている。

半田ボールボンディング方式としては、スライダ１１の電極パッド１３とフレキシブル配線基板２２の電極パッド２３との間に設置した未溶融状態のＳｎ半田ボールを１回または複数回のレーザー照射により溶融させるＳＢＢ方式と、溶融状態のＳｎ半田ボールをスライダ１１の電極パッド１３とフレキシブル配線基板２２の電極パッド２３の間に供給するＳＪＢ方式のいずれを用いてもよい。半田接合後の電極パッド構成、半田フィレット及び接合強度はＳＢＢ方式及びＳＪＢ方式のいずれを用いても同様となるので、以下では、ＳＢＢ方式により接合する場合について説明する。

周知のようにＳＢＢ方式では先ず、スライダ１１及びフレキシブル配線基板２２の電極パッド１３、２３の間にＳｎ半田ボールを設置し、このＳｎ半田ボールの一部をレーザー照射（１回目）により溶融させ、該Ｓｎ半田ボールを仮固定する。電極パッド１３、２３の表面にはそれぞれＡｕ表面保護層１３１、２３１が形成されているため、電極パッド１３、２３と固化したＳｎ半田ボールとの間にはＡｕＳｎ化合物が生じる。次に、窒素ガス流によってＳｎ半田ボールの酸化を防止しつつ、２回目のレーザー照射によりＳｎ半田ボールを完全に溶融させる。Ｓｎ半田ボールが完全に溶融されると、その溶融半田内に電極パッド１３、２３の表面に生じているＡｕＳｎ化合物が分散され、この分散されたＡｕ原子を含んだ状態で溶融半田が固化して半田フィレット４１（図３（ｂ））が形成される。半田フィレット４１により、スライダ１１の電極パッド１３とフレキシブル配線基板２２の電極パッド２３は接合される。

半田フィレット４１には、少なくとも電極パッド１３、２３と固化したＳｎ半田との境界に、Ａｕ原子が分散したＡｕＳｎ分散層４３が生じる。溶融半田内にはＡｕ表面露出層１３１、２３１の直下に位置するＣｕ接着層１３２、２３２のＣｕ原子も一部分散されるため、ＡｕＳｎ分散層４３にはＣｕＳｎ化合物が含まれる。このように１回目のレーザー照射で生じた脆弱なＡｕＳｎ化合物が二回目のレーザー照射により半田内に分散してＣｕＳｎ化合物が形成されることで、半田フィレット４１の接合強度は高められる。

Ｃｕ接着層１３２、２３２の膜厚は、レーザー照射によりＣｕＳｎ化合物が形成されるため、半田接合前よりも半田接合後で薄くなる。半田接合後に残存しているＣｕ接着層１３２、２３２の膜厚が薄くなるほど、半田フィレット４１の接合強度が高くなることは実験的に確かめられている（図４及び図５参照）。

図４及び図５は、スライダ１１の電極パッド１３の接着層を異なる材料及び異なる膜厚で形成した実施例１〜４及び比較例１に対し、その膜厚[μｍ]と接着強度［ｇ］の関係を調べた結果を示している。図４はＳＢＢ（ＳｏｌｄｅｒＢａｌｌＢｏｎｄｉｎｇ）方式により接合した場合の結果を示し、図５はＳＪＢ（ＳｏｌｄｅｒＪｅｔＢｏｎｄｉｎｇ）方式により接合した場合の結果を示している。具体的に、ＳＢＢ方式による結線では、マウンターにより未溶融状態の半田ボールを電極パッド１３の上面（接合面）に供給し、該電極パッド１３上の所定位置に半田ボールを位置決めした状態で該半田ボールをレーザー照射により溶融させて、スライダ１１の電極パッド１３とフレキシブル配線基板２２の電極パッド２３を接合する。一方、ＳＪＢ方式による結線では、マウンターにより溶融状態の半田ボールを電極パッド１３の上面（接合面）に供給し、溶融半田が再凝固することでスライダ１１の電極パッド１３とフレキシブル配線基板２２の電極パッド２３を接合する。図４及び図５において、Ａ〜Ｃ、Ｄは実施例１〜３、４を示し、Ｅは比較例１を示している。また図４及び図５の○印は、各実施例及び比較例においてそれぞれ測定した多数のサンプルの平均値を示している。

各実施例１〜４及び比較例１の接着層構成及び接着前の膜厚は、表１に示すとおりである。各実施例１〜４及び比較例１において、スライダ１１の電気配線層１３０はＴｉ層（４００Å）、Ａｕ表面保護層１３１はＡｕ層（０．３μｍ）で形成されている。

［表１］
接着層（μｍ）
実施例１Ｃｕ（０．２）
実施例２Ｃｕ（０．５）
実施例３Ｃｕ（１．０）
実施例４電気配線層１３０側からＮｉＦｅ（０．２）／Ｃｕ（０．２）
比較例１ＮｉＦｅ（０．２）

また表２には、図４に示されるＳＢＢ方式により接合した場合の各実施例１〜４及び比較例１における、電極パッド１３の接着層の膜厚変化を示す。接着後の膜厚及び接着前後の膜厚変化は、多数サンプルの平均値で示してある。

［表２］
接着前の膜厚接着後の膜厚接着前後の膜厚変化
（食われ残量）（食われ量）
実施例１０．２μｍ０．０５μｍ０．１５μｍ
実施例２０．５μｍ０．３６μｍ０．１４μｍ
実施例３１．０μｍ０．８９μｍ０．１１μｍ
実施例４０．４μｍ０．２９μｍ０．１１μｍ
比較例１０．２μｍ − −

表３には、図５に示されるＳＪＢ方式により接合した場合の各実施例１〜４及び比較例１における、電極パッド１３の接着層の膜厚変化を示す。

［表３］
接着前の膜厚接着後の膜厚接着前後の膜厚変化
（食われ残量）（食われ量）
実施例１０．２μｍ０．０６３μｍ０．１３７μｍ
実施例２０．５μｍ０．４０μｍ０．１０μｍ
実施例３１．０μｍ０．８５μｍ０．１５μｍ
実施例４０．４μｍ０．３１μｍ０．０９μｍ
比較例１０．２μｍ０．１０μｍ０．１０μｍ

図４または図５を見ると、Ｃｕ接着層１３２を有する実施例１〜３は比較例１よりも接着強度が高くなっているから、Ａｕ表面保護層１３１の直下位置にＣｕが存在することで、ＮｉＦｅ接着層を有する場合よりも接着強度が高められることがわかる。また、Ｃｕ接着層１３２を有する実施例１〜３では、接着後の膜厚が小さいほど接着強度が高くなっていることが明らかである。さらに、ＮｉＦｅ／Ｃｕ接着層を有する実施例４でも比較例１より接着強度が高くなっていることから、少なくともＡｕ表面保護層１３１の直下位置にＣｕが存在していれば、電極パッド１３にＮｉＦｅが含まれていても接着強度が改善されることがわかる。これは、Ａｕ表面保護層１３１の直下位置にＣｕが存在することで、電極パッド１３の表面における熱伝導率がフレキシブル配線基板２２の電極パッド表面の熱伝導率とほぼ同等に改善されるからと推測できる。

図４と図５を比較してみると、いずれの場合も各実施例１〜４では比較例１よりも接着強度が高くなっており、表２と表３を比較してみると、電極パッド１３の接合後の接着層の膜厚がほぼ同等となっている。これにより、ＳＢＢ方式とＳＪＢ方式のいずれにより接合した場合でも、同等の接着強度が得られることがわかる。つまり、接合方法にはよらず、少なくともＡｕ表面保護層１３１の直下位置にＣｕが存在していれば接着強度が改善されることがわかる。

以上の結果から、本実施形態では、スライダ１１の電極パッド１３が十分な接合強度を確保できるよう、半田接合後に０．０５μｍ以上の膜厚が残るように半田接合前のＣｕ接着層１３２の膜厚を設定してある。具体的に半田接合前後におけるＣｕ接着層１３２の膜厚変動は０．１５μｍ程度であるから、接合前の膜厚は０．２μｍ以上としてある。

本実施形態によれば、スライダ１１の電極パッド１３がＡｕ表面保護層１３１とＣｕ接着層１３２により形成されているので、スライダ１１の電極パッド１３における熱伝導率がフレキシブル配線基板２２の電極パッド２３での熱伝導率とほぼ同等に改善され、良好な半田濡れ性を確保することができる。これにより、スライダ１１の電極パッド１３の全面的に半田フィレット４１が形成され、信頼性が向上する。また本実施形態によれば、Ｃｕ接着層１３２の半田接合前の厚さが、半田接合後に０．０５μｍ以上となるように規定されているので、スライダ１１の電極パッド１３の接合強度をより高められる。これにより、半田接合前にスライダ１１の電極パッド１３を加熱する必要がなく、スライダ１１の電極パッド１３とフレキシブル配線基板２２の電極パッド２３を簡単な工程で強固に接合することができる。

本実施形態では、鉛を含まないＳｎ半田を用いているが、鉛と錫を主成分とする半田を使用してもよい。

本発明方法の適用対象である、磁気ヘッドアッセンブリ（完成状態）の一実施形態を示す模式構成図である。図１のスライダの電極パッドとフレキシブル配線基板の電極パッドとの接合部を拡大して示す模式図である。（ａ）半田接合前のスライダの電極パッド構成及びフレキシブル配線基板の電極パッド構成を示す模式断面図である。（ｂ）半田接合後のスライダの電極パッド構成及びフレキシブル配線基板の電極パッド構成を示す模式断面図である。ＳＢＢ方式で接合した場合における、電極パッドの接着層と接着強度の関係を示すグラフである。ＳＪＢ方式で接合した場合における、電極パッドの接着層と接着強度の関係を示すグラフである。

符号の説明

１１スライダ
１２磁気ヘッド
１３電極パッド
２１フレキシャ
２２フレキシブル配線基板
２３電極パッド
４１半田フィレット
４３ＡｕＳｎ分散層
１３０、２３０電気配線層
１３１、２３１Ａｕ表面保護層
１３２、２３２Ｃｕ接着層

Claims

磁気ヘッドのスライダ表面に露出する電極パッドと、該磁気ヘッドと外部回路を接続するフレキシブル配線基板の電極パッドとが半田接合される磁気ヘッドアッセンブリにおいて、
前記スライダの電極パッドは、前記磁気ヘッドに接続された電気配線層上に形成されていて、半田接触面に露出するＡｕ表面保護層及び該Ａｕ表面保護層と前記電気配線層の間に介在するＣｕ接着層を有し、このＣｕ接着層の半田接合前の厚さが、半田接合後に０．０５μｍ以上となるように規定されていることを特徴とする磁気ヘッドアッセンブリ。
請求項１記載の磁気ヘッドアッセンブリにおいて、前記フレキシブル配線基板の電極パッドは、該フレキシブル配線基板の電気配線層上に形成されていて、半田接触面に露出するＡｕ表面保護層及び該Ａｕ表面保護層と前記電気配線層の間に介在するＣｕ接着層を有している磁気ヘッドアッセンブリ。
請求項１または２記載の磁気ヘッドアッセンブリにおいて、前記Ａｕ表面保護層の厚さは０．５μｍ以下である磁気ヘッドアッセンブリ。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の磁気ヘッドアッセンブリにおいて、前記スライダの電極パッドと前記フレキシブル配線基板の電極パッドは、Ｓｎ半田材によって接合される磁気ヘッドアッセンブリ。
請求項１ないし３のいずれか一項記載の磁気ヘッドアッセンブリにおいて、前記スライダの電極パッドは、前記Ｃｕ接着層と前記電気配線層の間にＮｉＦｅ層を有している磁気ヘッドアッセンブリ。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の磁気ヘッドアッセンブリにおいて、前記スライダの電極パッドと前記フレキシブル配線基板の電極パッドは、半田ボールボンディング法により接合される磁気ヘッドアッセンブリ。