JP2007529882A - 回路の反対側に位置する面上の金属構造を接続する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例によれば、互いに反対側に位置する複数の導電性レイヤ間の電気的な接続を形成するための改良された方法および装置が提供される。一実施例においては、金属レイヤの中の１つと絶縁レイヤとの間にビアを形成することにより、中間絶縁レイヤによって分離された２つの金属レイヤの間に導電性の接続を形成している。金属レイヤ間に導電性の接続を形成するために、金から製造された導電性の球体等の導電体をビア内に配置し加圧している。さらなる実施例においては、両方の金属レイヤ内にビアを形成している。この場合には、取付保持具を設けることにより、導電性の球体をビア内にて加圧する際に上記球体を保持具内に対しても加圧することにより、導電性の接続を改善することが可能である。

Description

本発明は、電気部品を製造する方法および装置に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、その間に１つまたは複数の絶縁レイヤを有するような互いに反対側に位置する複数の導電性レイヤ間における電気的な接続の形成に関するものである。

（関連出願）
本願のＰＣＴ出願は、２００４年２月２６日付けで出願された米国仮特許出願第６０／５４７，４３９号、および、２００４年６月２日付けで出願された米国特許出願第１０／８６０，１６３号に対する優先権を主張するものである。

ハードディスク装置は、基本的に、磁気読み取り要素および磁気書き込み要素によってアクセスされる一連の回転可能なディスクから構成される一般的な情報記憶装置である。一般にトランスデューサと呼ばれているデータ転送要素は、通常、読み取り動作または書き込み動作の実行を実現するべくディスク上に形成された個別のデータトラック上の近接した相対位置に保持されるスライダ本体によって支持され、かつ、このスライダ本体の内部に組み込まれている。ディスク表面に対してトランスデューサを適切に配置するべく、スライダ本体上に形成されたエアベアリング面（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ：ＡＢＳ）には、ディスクのデータトラックの上方においてスライダおよびトランスデューサを「浮上（ｆｌｙ）」させるのに十分な揚力を供給する流体気流が作用する。磁気ディスクの高速回転によって、ディスクの接線方向の速度に対して実質的に平行な方向に、その表面に沿って気流または風が生成される。この気流がスライダ本体のＡＢＳと協働することにより、スライダは、回転するディスクの上方に浮上することが可能である。実際に、懸架されたスライダは、この自己作動型のエアベアリングにより、ディスク表面から物理的に離隔している。スライダのＡＢＳは、一般に、回転するディスクに対向するスライダの表面上に形成されており、通常、様々な状態においてディスクの上方に浮上するそれ自身の能力に大きな影響を有している。

トランスデューサは、半導体装置のプロセスに類似したプロセスにより、ＡｌＴｉＣ（アルチック）等の導電性材料から製造されたウエハと呼ばれる基板上に形成される。ウエハレベルのプロセスによって形成された内部の電気的経路を通じて、記録ヘッドの外部表面上の金のパッドを記録装置に電気的に接続する。次いで、ウエハを、各々がその上部に個別の記録ヘッドを有し、かつ、基板が装着された矩形片にスライスする（この矩形片をスライダと呼ぶ）。この後に、スライダをサスペンション上に取り付ける。このアセンブリをヘッドジンバル・アセンブリ、またはＨＧＡ（Ｈｅａｄ Ｇｉｍｂａｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ぶ。次いで、導電性接着剤を含む接着剤によってスライダをサスペンション上に接合することにより、基板とサスペンションのステンレススチール・コンポーネントとの間に電気的な接続を形成する。超音波接合または半田付けを含む方法により、記録ヘッド上の金のパッドとサスペンション上の金属トレースラインとの間にさらなる電気的な接続を形成する。最終的に、ＨＧＡをハードディスク装置内に組み込み、サスペンションのトレースを（通常は、前置増幅器等の）その他の電気部品に接続し、サスペンションのステンレススチール・コンポーネントの部分をハードディスク装置の電気的なアースに接続する。

一般に、ＨＧＡには、有線と無線という２つのタイプが存在している。有線のＨＧＡは、ＨＳＡ（ヘッドサスペンション・アセンブリ）のフレキシブル回路（ｆｌｅｘ ｃｉｒｃｕｉｔ）と読み取り／書き込みヘッドとの間に別個のリードワイヤが接続されているタイプである。無線のＨＧＡの場合には、導電性トレースがフレクシャ（ｆｌｅｘｕｒｅ）と一体化されており、これにより、ＨＳＡのフレキシブル回路とスライダの読み取り／書き込みヘッドとの間の導電性が形成されている。当技術分野においては、通常、２つのタイプの無線サスペンションが存在している。ＴＳＡ（Ｔｒａｃｅ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）やＣＩＳ（Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）等の第１のタイプにおいては、トレースは、ステンレスステール・フレクシャ上における除去のプロセス（例えば、エッチング処理）または追加のプロセス（例えば、メッキまたは蒸着のプロセス）により、当該トレースとフレクシャとの間に絶縁レイヤを有するように形成される。トレースを定位置に配置した後に、フレクシャをサスペンションのその他の部分に溶接することが可能である。ＦＳＡ（Ｆｌｅｘ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ａｓｓｅｂｍｂｌｙ）やＦＯＳ（Ｆｌｅｘ Ｏｎ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）等の第２のタイプにおいては、トレースを絶縁レイヤ上に形成した後に、別の絶縁レイヤによって被覆することにより、フレキシブル回路を形成している。次いで、この回路を接着剤によってサスペンションに装着する。或いは、その代わりに、サスペンションに接着する前に、アース用プレーンと呼ばれる追加金属レイヤをフレキシブル回路に装着することも可能である。ＦＳＡの場合には、フレクシャは、接続用の一体化されたトレースと共にロードビーム（ｌｏａｄ ｂｅａｍ）およびマウントプレートと一体化されている。

図１に示されているように、一般的なカタマラン・スライダ（ｃａｔａｍａｒａｎ ｓｌｉｄｅｒ）５と呼ばれるＡＢＳ設計は、ディスクに対向するスライダ表面の外部エッジに沿って伸びる平行なレール２および４の対によって形成されることが可能である。様々な表面の面積および形状を有する３つ以上の追加レールを含むその他のＡＢＳ構成も開発されている。２つのレール２および４は、通常、リーディングエッジ６からトレーリングエッジ８に向かって、スライダ本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びている。リーディングエッジ６は、回転するディスクがトレーリングエッジ８に向かってスライダ５の長さだけ移動する前に通過するスライダのエッジとして規定される。図示のように、リーディングエッジ６には、テーパーが付与されることが可能である（ただし、この機械加工には、通常、大きな望ましくない公差が伴っている）。トランスデューサまたは磁気要素７は、通常、図１に示されているように、スライダのトレーリングエッジ８に沿ったいずれかの場所に取り付けられる。レール２および４は、スライダが浮上するエアベアリング面を形成しており、回転するディスクによって生成される気流と遭遇した際に必要な揚力を供給する。ディスクの回転に伴って生成される風または気流は、カタマラン・スライダのレール２および４の下、ならびに、これらの間に沿って流れる。気流がレール２および４の下を通過することに伴い、レールとディスク間の気圧が増大し、この結果、正の加圧および揚力が生成される。カタマラン・スライダは、一般的に、回転するディスクの上方の適切な高度においてスライダを浮上させるのに十分な量の揚力（即ち、正の荷重力）を生成する。レール２および４が存在しない場合には、スライダ本体５の大きな表面積により、過大なエアベアリング面の面積が生成されることになろう。一般に、エアベアリング面の面積の増大に伴い、生成される揚力の量も増大することになる。したがって、レールがなければ、スライダは、回転するディスクから過剰に離隔して浮上することになり、この結果、低い浮上量（ｆｌｙｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ）を有することに伴って生ずるような前述のすべての利点が消滅することになる。

図２に示されているように、ヘッドジンバル・アセンブリ４０は、しばしば、スライダの浮上量を表す垂直方向の間隔やピッチ角またはロール角等の複数の自由度をスライダに対して提供している。図２に示されているように、サスペンション７４が、回転するディスク７６（このディスクは、エッジ７０を有し、矢印８０によって示されている方向に回転している）の上方においてＨＧＡ４０を保持している。図２に示されているディスク装置の動作の際には、アクチュエータ７２が、ディスク７６の様々な直径（例えば、内部直径（ＩＤ）、中間直径（ＭＤ）、および外部直径（ＯＤ））の上方においてＨＧＡを円弧７５に沿って移動させる。

ディスク装置およびその他の分野においては、中間材料の両面上に金属等の導電性材料を配置する場合がある。例えば、プリント回路基板は、それぞれの面上に金属レイヤを有する絶縁材料から製造されることが可能である。図３に示されているように、絶縁レイヤ３１に対して、１つの面上に第１金属レイヤ３３を、そして、もう１つの面上に第２金属レイヤ３５を形成することが可能である。第１および第２金属レイヤ３３、３５間で導電性の接続を行うために、絶縁材料を貫通してビア（ｖｉａ：ビアホールの略）または孔を生成し、次いで、このビアまたは孔を導電性材料によってメッキする（例えば、電気メッキを行う）。この導電性のビア３７は、互いに反対側に位置する２つの金属レイヤを１つに結合するための一般的な方法である。このような導電性の接続の形成に伴う問題点は、（例えば、単一ビームレーザーを使用して孔を形成する場合に）絶縁レイヤ３１内における孔の形成に多大なるコストがかかるという点にある。

図４には、この導電性の接続を形成する別の一般的な方法が示されている。この場合にも、絶縁レイヤ４１は、第１金属レイヤ４３と第２金属レイヤ４５との間の中間材料として機能している。この方法においては、第１金属レイヤ４３および絶縁レイヤ４１を貫通して「止まり孔（ｂｌｉｎｄ ｈｏｌｅ）」を形成し、この止まり孔に導電性エポキシ４７を充填している。絶縁材料から製造されたカバーコート４９によって止まり孔内のエポキシを被覆し、汚染および酸化から保護している。この導電性エポキシは、非導電性媒体内に浮遊する導電性の金属フレーク（例えば、銀）から構成されている。エポキシを貫通する導電性経路は、金属フレーク間の鎖状の接触に基づいている。したがって、金属レイヤ４１と金属レイヤ４５との間において導電性エポキシ４７が提供する導電性の接続は、相対的に良好なものではない。また一方で、カバーコート４９の使用により、この接続の生成プロセスに対して、潜在的に多大なるコストを要するステップが追加されることになる。

以上の内容に鑑みて、互いに反対側に位置する複数の金属レイヤ間に導電性の接続を形成するための改良された方法および装置を提供することが要望されている。

本発明の実施例によれば、上記の改良された方法および装置（システム）が提供される。一実施例においては、中間絶縁レイヤによって分離された第１金属レイヤおよび第２金属レイヤを含む構造が提供されている。これらの金属レイヤの中の２つ、または３つのすべてを貫通して孔を生成し、導電性ボール（例えば、金から製造されたものや金メッキされた導電体等）を孔の内部に挿入し、次いで、（必要に応じて）孔の内部を加圧することにより、金属レイヤ間の導電性の接続を形成する。或いは、その代わりに、さらに小さな粒子またはさらに小さなボールの形態で導電性ボールを形成することも可能であろう。この場合には、止まり孔の内部において導電体を溶解させて金属接続を形成することが可能であろう。

図５Ａおよび図５Ｂを参照すれば、本発明の一実施例による２つの金属レイヤ間の導電性の接続の断面が示されている。この実施例においては、第１金属レイヤ５１、第２金属レイヤ５３、および中間絶縁レイヤ５５を含む構造が提供されている。これらのレイヤを貫通し、第１および第２金属レイヤ５１、５３間において電気的な接続が望ましい場所に、孔またはビアを形成する。ビアは、レーザーやＩＣチップ製造プロセス（例えば、ウエハエッチング）等の使用を含む様々な公知の方法のいずれかを使用して形成されることが可能である。導電性の球体５７（金から製造されたものや金メッキされたもの等）をビア内に挿入する。次いで、球体をビア内にて加圧することにより、第１および第２金属レイヤ５１、５３間に電気的接続を形成する。この実施例においては、金属レイヤ５１、５３および絶縁レイヤ５５を含む被加工物５０は、ビア内における球体５７の拡散を促進するべく、取付保持具５９上に配置されている。例えば、取付保持具５９には、被加工物の底部と保持具５９の上部表面との間に空間を形成するための中空領域を設けることが可能である。この結果、第２金属レイヤ５３と接触するように、球体の拡散状況を改善することが可能である。金または金メッキされた球体の場合には、例えば、超音波接合を使用して改良された電気的接続を実現することが可能である。

図６には、本発明の一実施例による電気的接続を実現する方法を説明するためのフローチャートが示されている。ブロック６１において、被加工物の反対側の面上に第１および第２金属レイヤを含む絶縁レイヤを有する被加工物が提供される。ブロック６２において、電気的接続が望ましい場所に、２つの金属レイヤを貫通してビアを形成する。被加工物を取付保持具上に配置した後に（ブロック６３）、ブロック６４において、ビア内に金属の球体を供給する。ブロック６５において、２つの金属レイヤ間に電気的接続を形成するために、金属の球体をビア内にて加圧する。

図７Ａおよび図７Ｂを参照すれば、本発明の第２実施例が示されている。この実施例においては、両方の金属レイヤを貫通したビアを形成する代わりに、金属レイヤの１つと絶縁レイヤとを貫通して「止まり孔」を形成している。図７Ａおよび図７Ｂを参照すれば、第１金属レイヤ７１には、ポリイミド絶縁レイヤ７８が形成されている。この実施例においては、第１金属レイヤは、ステンレススチールから製造されている。この実施例においては、金メッキされた銅から製造された第２金属レイヤ７３が形成されている。さらに、金属の球体７７を止まり孔内に配置する。図７Ｂに示されているように、第１および第２金属レイヤ７１、７２間に導電性の接続を形成するために、金属の球体７７を止まり孔内にて加圧する。前述の図５Ａおよび図５Ｂの例と同様に、この加圧処理のために、止まり孔の下に取付保持具を設けることが可能である。或いは、その代わりに、導電性ボールをさらに小さな粒子またはさらに小さなボールの形態で導電性ボールを供給することも可能であろう。この場合には、図７Ｂに示されているように、導電性材料を溶解させて止まり孔を湿らせることにより、電気的接続を形成することが可能であろう。

図８には、図７Ａおよび図７Ｂの導電性の接続を形成するための装置用のフローチャートが示されている。ブロック８１において、被加工物の反対側に位置する面上に第１および第２金属レイヤを含む絶縁レイヤを有する被加工物が提供される。ブロック８２において、電気的接続が望ましい場所に、第１金属レイヤおよび絶縁レイヤを貫通して止まり孔を形成する。被加工物を取付保持具上に配置した後に（ブロック８３）、ブロック８４において、金属の球体を止まり孔内に供給する。ブロック８５において、２つの金属レイヤの間に電気的接続を生成するために、金属の球体を止まり孔内にて加圧する。

前述の方法および装置の使用法は、様々な技術分野において使用されることが可能である。一例として、２つの金属レイヤ間における電気的接続の形成は、ディスク装置に使用されるヘッドサスペンション・アセンブリ（ＨＳＡ）の製造に適用されることが可能である。図９を参照すれば、アセンブリの断面図が示されている。この実施例においては、スライダ９１に、読み取り信号および書き込み信号の伝送に使用されるパッドに加えて、アース用パッド９２が形成されている。（例えば、はんだボール接合等の）スライダ９１のアース用パッド９２に対する接続用の接合パッド９３を含む様々な公知の方式のいずれかにより、アセンブリ上に銅のトレースを形成している。この実施例においては、サスペンションは、絶縁レイヤ９４およびステンレススチール基板９５を含んでいる。銅トレースは、絶縁レイヤを含み、かつ、ステンレススチール基板に装着されているＦＳＡ（Ｆｌｅｘ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の一部として形成されることが可能である。この例においては、ステンレススチール基板９５は、アースに結合されている。したがって、銅のトレースをサスペンションに接続するために、前述の方法および装置を使用することが可能である。

図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すれば、ステンレススチール基板１０１、ステンレススチール基板上のポリイミドから製造された絶縁レイヤ１０２、および、スライダ（図１０ａには図示されていない）のアース用パッドに接続される銅のトレース１０３を含むサスペンションの一部が示されている。図１０Ｂに示されているように、ステンレススチール基板を貫通し、かつ、ポリイミド絶縁レイヤを貫通して（ビア１０６）、ビア１０５を形成する。次いで、このステンレススチール基板と絶縁レイヤとを貫通するビア１０５、１０６を用いて、前述の止まり孔の実施例と同様に、これらのビア内にて導電性の球体を加圧することが可能である。或いは、その代わりに、銅トレースを貫通してビア１０７を同様に形成することも可能である。この場合には、（好ましくは、ビアの下に配置された取付保持具を用いて）金属球を３つのビア１０５〜１０７内にて加圧することにより、電気的接続を形成することが可能である。すべての電気的接続が実行された後に、スライダのアース用パッドを、サスペンションのステンレススチール基板および金属トレースを介してアースに効果的に接続する。

以上、前述のアプリケーションを参照し、本発明について説明したが、上記のような好適な実施例に関する説明は、本発明に対する制限を意図するものと解釈してはならない。様々な原理および変数に左右される本発明のすべての態様は、本明細書に示されている特定の描写、構成、または寸法に限定されるものではないことを理解されたい。開示された装置の形態および細部における様々な変更、ならびに、本発明のその他の変形は、本明細書の開示内容を参照することにより、当業者には明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲の請求項は、本発明の真の精神および範囲に属する前述の実施例のすべての変更または変形を包含することを意図している。

例えば、図３〜図１０の実施例においては、金の球体または金メッキされた球体について説明しているが、はんだ、銅および銀を含むその他の導電性材料を使用することも可能である。また一方で、２つの金属レイヤ間の電気的接続の実現に使用される導電体は、図３〜図１０の実施例においては、その形状が球形であるが、その他の形状を使用することも可能である。

テーパーを有する従来のカタマラン・エアベアリングスライダ構造を有する読み取り要素および書き込み要素アセンブリを有する浮上中のスライダの透視図である。 移動する磁気記憶媒体上に取り付けられたエアベアリングスライダの平面図である。 当技術分野において公知の導電性の接続を含む被加工物の断面図である。 当技術分野において公知の導電性の接続を含む被加工物の別の断面図である。 本発明の一実施例による２つの金属レイヤの導電性の接続を示す被加工物の断面図（その１）である。 本発明の一実施例による２つの金属レイヤの導電性の接続を示す被加工物の断面図（その２）である。 本発明の一実施例による図５Ａおよび図５Ｂに示されている導電性の接続を実現する方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の別の実施例による２つの金属レイヤの導電性の接続を示す被加工物の断面図（その１）である。 本発明の別の実施例による２つの金属レイヤの導電性の接続を示す被加工物の断面図（その２）である。 本発明の一実施例による図７Ａおよび図７Ｂに示されている導電性の接続を実現する方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施例を使用するためのアース用パッドおよび金属サスペンションを示すスライダサスペンションの断面図である。 本発明の一実施例による金属サスペンションに金属トレースを接続するサスペンションの一部の平面図（その１）である。 本発明の一実施例による金属サスペンションに金属トレースを接続するサスペンションの一部の平面図（その２）である。

Claims (17)

1. 絶縁レイヤによって分離された第１導電性レイヤおよび第２導電性レイヤ間に導電性の結合を形成する方法において、
   前記第１導電性レイヤ内にビアを形成するステップと、
   前記絶縁レイヤ内にビアを形成するステップと、
   前記ビア内に導電性の球体を配置することによって、前記第１導電性レイヤおよび前記第２導電性レイヤ間に導電性の接続を形成するステップとを有することを特徴とする方法。
2. 前記ビア内に導電性の球体を配置するステップは、前記導電性の球体を前記ビア内にて加圧する段階を含む請求項１記載の方法。
3. 前記ビア内に導電性の球体を配置するステップは、前記導電性の球体を前記第１導電性レイヤおよび前記第２導電性レイヤに超音波接合する段階を含む請求項１記載の方法。
4. 絶縁レイヤによって分離された第１金属レイヤおよび第２金属レイヤ間に導電性の結合を形成する方法において、
   前記第１金属レイヤ内にビアを形成するステップと、
   前記絶縁レイヤ内にビアを形成するステップと、
   前記ビア内に金属の球体を配置することによって、前記第１金属レイヤおよび前記第２金属レイヤ間に導電性の接続を形成するステップとを有することを特徴とする方法。
5. 前記ビア内に金属の球体を配置するステップは、前記金属の球体を前記ビア内にて加圧する段階を含む請求項４記載の方法。
6. 前記ビア内に金属の球体を配置するステップは、前記金属の球体を前記第１金属レイヤおよび前記第２金属レイヤに超音波接合する段階を含む請求項４記載の方法。
7. 前記ビア内に金属の球体を配置するステップの前に、前記第２金属レイヤを貫通してビアを形成するステップをさらに有する請求項４記載の方法。
8. 前記第１金属レイヤ、前記第２金属レイヤおよび前記絶縁レイヤは、被加工物の一部であり、
   前記方法は、前記ビア内に金属の球体を配置するステップの前に、前記被加工物を取付保持具上に配置するステップをさらに有する請求項７記載の方法。
9. 前記取付保持具は、前記取付保持具の表面と前記被加工物内の前記ビアとの間に空間を有している請求項８記載の方法。
10. 前記金属の球体を前記ビア内にて、かつ、前記取付保持具に対して加圧するステップをさらに有する請求項９記載の方法。
11. 前記金属の球体は、金、銀および銅の中の少なくとも１つから製造されている請求項１０記載の方法。
12. ビアを有する第１導電性レイヤと、
    第２導電性レイヤと、
    前記第１導電性レイヤと第２導電性レイヤとの間の絶縁レイヤであって、前記第１導電性レイヤの前記ビアと一直線上に配列されたビアを有する絶縁レイヤと、
    前記第１導電性レイヤおよび前記第２導電性レイヤ間に導電性の接続を形成するために、前記ビア内に配置された導電性の球体とを具備することを特徴とする、第１導電性レイヤおよび第２導電性レイヤ間に導電性の接続を形成する回路。
13. 前記第２導電性レイヤは、前記第１導電性レイヤおよび前記絶縁レイヤの前記ビアと一直線上に配列されたビアを含んでいる請求項１２記載の回路。
14. 前記導電性の球体は、金、銀および銅の中の１つから製造されている請求項１３記載の回路。
15. 金属サスペンションと、
    前記金属サスペンション上の金属レイヤと、
    前記金属レイヤと前記金属サスペンションとの間の絶縁レイヤであって、前記金属レイヤおよび前記絶縁レイヤは、それぞれ、一直線上に配列されたビアを有する絶縁レイヤと、
    前記金属サスペンションと前記金属レイヤとの間で導電性の接続を行うために、前記ビア内に配置された導電性の球体とを具備することを特徴とするヘッドサスペンション・アセンブリ。
16. 前記金属サスペンションは、前記金属レイヤおよび前記絶縁レイヤの前記ビアと一直線上に配列されたビアを含んでいる請求項１５記載のヘッドサスペンション・アセンブリ。
17. 前記導電性の球体は、金、銀および銅の中の１つから製造されている請求項１５記載のヘッドサスペンション・アセンブリ。

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