JP3727184B2

JP3727184B2 - 磁気ヘッド及びその製造方法並びにそれに用いるボンディング用キャピラリ

Info

Publication number: JP3727184B2
Application number: JP34507298A
Authority: JP
Inventors: 雅光瀬沼
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: JPH11250433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜磁気ヘッド等におけるヘッド素子の接続端子と該ヘッド素子に電気信号を供給する導電パターンとを電気的に接続するボールバンプの接合強度を高め且つその安定性を図った磁気ヘッド及びその製造方法並びにそれに用いるボンディング用キャピラリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハード磁気ディスク装置に用いられる薄膜磁気ヘッドの全体構成は、図９に示すように、前記ハード磁気ディスクに情報を記録及び再生するための、薄膜からなるヘッド素子を側端面に形成したセラミックのスライダ１と、該スライダ１の裏面が接着剤により先端部に固定された可撓性を有するフレキシャー２と、該フレキシャー２の一端がスポット溶接等により固定されたステンレスからなる弾性を有するロードビーム３と、ロードビーム３の後端部にスポット溶接等により固着されたステンレス製のマウント４と、該マウント４に取り付けられ、前記ヘッド素子に電気信号を供給するための導電パターン８及びそれに接続されたフレキシブル配線基板５とから構成されている。
【０００３】
そして、図１０乃至図１２に示すように、ヘッド素子６を設けた前記スライダ１の側端面１ａには、ヘッド素子６との電気的導通を果たすために、銅又はニッケルの表面に金メッキした４つの接続端子７（記録用と再生用）が並設されている。また、前記フレキシャー２の表面には、ポリイミド樹脂からなる樹脂層を介して銅及びその上に金のメッキを施した４本の導電パターン８が形成され、該導電パターン８はフレキシャー２の後端部側から引き出され、前記フレキシブル配線基板５に導通して取り出すようになっている。
また、前記スライダ１はフレキシャー２の先端部に設けた舌片２ａに接着され、その際、スライダ１の側端面１ａとフレキシャー２の表面とは直交し、スライダ１の４つの前記接続端子７が４本の導電パターン８の端部とそれぞれ近接して配置される。そして、前記側端面１ａとフレキシャー２の表面とが交わる角部９であって、接続端子７と導電パターン８との間に金等の材料からなるボールバンプ１０を超音波接合し、接続端子７と導電パターン８との導通を図っている。
なお、ロードビーム３の先端に設けた突起３ａがフレキシャー２の舌片２ａの裏面に当接し、フレキシャー２は自らの弾性力によりスライダ１の裏面側を突起３ａにより、所定の圧力で押圧される構造となっている。
【０００４】
上記磁気ヘッドは、図示していないが、マウント４がハード磁気ディスク装置の駆動アームに、スライダ１の表面が磁気ディスクの磁気記録面に対向するように取り付けられ、動作時において、フレキシャー２に固定されたスライダ１が磁気ディスクの磁気記録面上を所定の間隔で浮上し、フレキシャー２の柔軟性により空気の流れに追従しながら、ヘッド素子６により磁気ディスクに磁気記録及び再生を行うようになっている。
【０００５】
次に、上記磁気ヘッドの製造方法、特に、前記ボールバンプ１０による接続端子７と導電パターン８との接続方法について説明する。図１３はルビー又はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の高密度セラミックからなるボンディング用キャピラリの側面図、図１４はキャピラリの先端部の要部拡大断面図、図１５はキャピラリの先端部の端面図をそれぞれ示し、該キャピラリ１１は、中心に貫通孔１１ａを備えた円筒状の胴体部１１ｂとその一端部を先細にした先端部１１ｃから構成されている。更に、先端部１１ｃには、貫通孔１１ａの開放端と連通した円錐面状の内面を備えた凹部１１ｄが形成されている。
【０００６】
次に、図１６に示すように、前記キャピラリ１１の貫通孔１１ａに金の細線からなるワイヤ１２を挿入し、先端部１１ｃの端面から突出したワイヤ１２の先端を放電により溶融してボール１２ａを形成する。そして、ボール１２ａを先端部１１ｃの前記凹部１１ｄで保持する。
【０００７】
次に、フレキシャー２に固定したスライダ１を４５度に傾けて治具等（図示せず）に保持しておき、キャピラリ１１を移動し、スライダ１の側端面１ａとフレキシャー２の表面とが交わる角部９に、対向する方向に前記キャピラリ１１を降下させ、ボール１２ａをスライダ１の接続端子７及びフレキシャー２の導電パターン８のそれぞれの表面に接触させる。続いて、キャピラリ１１をスライダ１の側端面１ａ及びフレキシャー２の表面に平行（図面に対して直交方向）に超音波振動させ、ボール１２ａを接続端子７及び導電パターン８の両者に同時に接合して、ボールバンプ１０を形成する。
最後に、ワイヤ１２をボールバンプ１０から引きちぎることによって、ボールバンプ１０による接続端子７と導電パターン８との接続が完了する。なお、ボールバンプ１０の表面には引きちぎられたワイヤ１２の一部が残部１０ａとして突出した状態で残る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来のボール１２ａの接続方法において、図１６に示したように、４５度傾けて載置したスライダ１の側端面１ａとフレキシャー２の表面とが交わる角部９に対して、キャピラリ１１の位置精度のバラツキ等により先端部１１ｃの最端部の降下位置が位置ズレを起こしやすく、例えば導電パターン８側に位置ズレをｔとした場合には、ボール１２ａは先端部１１ｃの凹部１１ｄにより周囲を保持されているため、位置ズレした状態のままボール１２ａが超音波接合され、ボールバンプ１０が接続端子７とは未接触又は接合強度が不安定な状態で接合されるという問題点があった。
【０００９】
また、従来の接続方法では、前記角部９にボール１２ａが精度良く位置決めされた場合においても、ボール１２ａの接続端子７と導電パターン８とのそれぞれの接触面の摩擦力が異なるため、超音波振動によるボール１２ａの接合時に、ボール１２ａが保持された前記凹部１１ｄ内で回転してしまい、接合に時間がかかる又は接合強度が弱い等の問題点があった。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、ボールバンプによる接続端子と導電パターンとの接合強度が高く且つ安定な構造の磁気ヘッド及びその製造方法並びにそれに用いるボンディング用キャピラリを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気ヘッドは、ヘッド素子と該ヘッド素子に導通する接続端子とを備えたスライダを、導電パターンを形成した金属板に固定し、前記接続端子と前記導電パターンとを金属製のボールバンプを介して超音波接合により接続し、前記ボールバンプの表面に前記接続端子と前記導電パターンとを結ぶ方向に延出した凸部が形成されたことを特徴とする。従って、ボールバンプの溶着時に前記凸部がボールバンプの回転防止機能を有する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
また、本発明の磁気ヘッドの製造方法は、ヘッド素子と該ヘッド素子に導通する接続端子とを備えたスライダを、導電パターンを形成した金属板に固定する工程、
貫通孔を有するキャピラリの先端部に該貫通孔を横切り、前記先端部の外側面に達する溝を設け、前記貫通孔にワイヤを挿通して、該ワイヤの端部に設けたボールを前記先端部に位置させる工程、
前記キャピラリの先端部を移動し、前記ボールを前記接続端子及び導電パターンに接触させる工程、
前記キャピラリを前記溝の方向と直交する方向に超音波振動させ、前記ボールを前記接続端子及び導電パターンに接合してボールバンプを形成する工程からなることを特徴とする。従って、キャピラリの先端部が位置ズレを生じた場合にも、先端部に保持したボールは、前記溝により、接続端子及び導電パターンの所定の位置に自動的に位置決めされる。また、溶着時に、ボールの一部が溝に食い込み、ボールの回転が起こらない。
【００１３】
また、本発明の磁気ヘッドの製造方法は、前記溝の幅寸法を前記ボールの径寸法で除した値が、１／６より大きく且つ１／２より小さな範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のボンディング用キャピラリは、ワイヤが挿通される貫通孔を有するキャピラリの先端部に、前記貫通孔を中心とした凹部と該凹部の中心を横切り前記先端部の外側面に達した溝とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の磁気ヘッドの要部拡大斜視図を示したもので、表面に４本の導電パターン２８を形成したステンレス等からなる可撓性の金属板（例えば、フレキシャー）２２の該表面に、セラミック製のスライダ２１がエポキシ等で接着され、該スライダ２１の側端面２１ａにはヘッド素子（図示せず）及び該ヘッド素子に導通する４つの接続端子２７が設けられている。また、前記導電パターン２８と接続端子２７とはそれぞれ対応し、スライダ２１の側端面２１ａと金属板２２の表面とが直角に交わる角部２９に、ボールバンプ３０を超音波接合することにより、各接続端子２７と導電パターン２８とを電気的に接続している。また、ボールバンプ３０の表面には後述するワイヤを引きちぎった跡の残部３０ａと、更に、該残部３０ａの両側であって、接続端子２７と導電パターン２８とを結ぶ方向に延出した凸部３０ｂとが形成されている。
なお、図示していないが前記従来例と同様に、前記金属板はロードビームに溶接され、ロードビームに固着したマウントにより、磁気ヘッド全体が磁気ディスク装置に組み立てられる。
【００１６】
図２乃至図４は本発明に用いるルビー、アルミナ等の高密度セラミックからなるボンディング用キャピラリ３１を示し、前記従来例と同様に、中央に貫通孔３１ａを設けた円筒状の胴体部３１ｂとその一端部を先細にした先端部３１ｃから構成されている。そして、先端部３１ｃには、貫通孔３１ａの開放端と連通した円錐面状の内面を備えた凹部３１ｄと、更に該凹部３１ｄの中心を横切り先端部３１ｃの外側面に達する直線状の溝３１ｅとが設けられている。また、前記溝３１ｅの方向は、予めキャピラリ３１の振動方向に直交する方向となっている。
なお、先端部３１ｃの貫通孔３１ａの径寸法は、ワイヤの線形により異なるが略４０〜５０μｍとした。凹部３１ｄはその開口端側に向かって略９０度の開口角度で広がり、その深さ寸法はボール３０の径寸法により異なるが略１０〜４０μｍとした。溝３１ｅの幅寸法は略３０〜５０μｍとした。また、先端部３１ｃの最端部の外周縁は曲面形状としたが、必要に応じてテーパ面形状としても良い。
【００１７】
前記キャピラリ３１を用いたスライダ２１の接続端子２７と金属板２２の導電パターン２８との接続方法（ボンディング方法）を図５により説明する。先ず、キャピラリ３１の貫通孔３１ａに金等の細線からなるワイヤ３２を挿入し、ワイヤ３２の一端部を放電等の熱エネルギーにより溶融してボール３２ａを形成する。そして、該ボール３２ａはキャピラリ３１の先端部３１ｃに設けた凹部３１ｄにより保持する。
【００１８】
次に、スライダ２１を設けた金属板２２を治具等（図示せず）に４５度の角度に載置し、スライダ２１の側端面２１ａと金属板２２の表面とが直角に交わった角部２９に、ボール３２ａが位置するようにキャピラリ３１を位置決めし、角部２９に対向してキャピラリ３１を降下する。なお、この時、先端部３１ｃに設けた溝３１ｅの方向は、接続端子２７及び導電パターン２８のそれぞれの面に対向する方向となっている。
【００１９】
次に、キャピラリ３１の先端部３１ｃを接続端子２７及び導電パターン２８のそれぞれの面に対して、平行となる方向（図面に対して垂直方向）、すなわち、先端部３１ｃの溝３１ｅ方向に直交する方向に超音波振動させ、ボール３２ａを接続端子２７と導電パターン２８との接触面に超音波接合して、ボールバンプ３０を形成し、接続端子２７と導電パターン２８との電気的接続を果たす。
なお、この接合時において、位置精度のバラツキにより、先端部３１ｃの最端部の降下位置が前記角部２９に対して位置ズレｔを生じた場合にも、先端部３１ｃの凹部３１ｄに保持したボール３２ａは、先端部３１ｃに設けた前記溝３１ｅにより、接続端子２７及び導電パターン２８の面に対向する方向のボール３２ａの保持力が弱まることになるため、ボール３２ａは接続端子２７及び導電パターン２８の面に沿って角部２９に自動的に位置決めされ、その結果、図６に示すように、位置精度良く確実に接合させボールバンプ３０を形成することができる。また更に、ボール３２ａの表面側も超音波のエネルギーにより変形して、その一部が先端部３１ｃの溝３１ｅに食い込み、その結果、ボール３２ａの回転が起こらず、前記接触面を効率よく安定して接合することができる。
【００２０】
最後に、キャピラリ３１を上昇させ、先端部３１ｃを形成されたボールバンプ３０から離し、それと同時にワイヤ３２をボールバンプ３０から引きちぎることによって、接続端子２７と導電パターン２８との電気的接続が完了する。なお、図１に示したように、ボールバンプ３０の表面には引きちぎられたワイヤ３２の残部３０ａと、溝３１ｅへの食い込みにより生じた凸部３０ｂとが形成され、該凹部は接続端子と導電パターンとを結ぶ方向に延出した形状となっている。
【００２１】
【実施例】
次に、キャピラリの先端部に設けた溝の効果について、実験した結果を実施例及び比較例に基づき説明する。図７はキャピラリの先端部の形状を示す端面図であり、同図（ａ）は溝を設けない従来例、同図（ｂ）はキャピラリ３１の振動方向に対して直交する方向に溝３１ｅを設けた本発明の実施例、同図（ｃ）はキャピラリ３１の振動方向と直交方向とに十字状の溝３１ｆを設けた比較例１、同図（ｄ）はキャピラリ３１の振動方向に溝３１ｇを設けた比較例２をそれぞれ準備した。なお、キャピラリ１１、３１の貫通孔１１ａ、３１ａの径は４６μｍ、溝３１ｅ、３１ｆ、３１ｇの幅寸法は３０μｍとした。
【００２２】
前記各形状のキャピラリを用い、キャピラリの先端部にボールを保持して、外部からの加熱なしに図７（ａ）〜（ｄ）を矢印方向（紙面内の上下方向）に、即ち、接続端子及び導電パターンに平行な方向に超音波振動させ、接続端子と導電パターンとの間にボンディングを実施した。各キャピラリ毎にそれぞれ３０個のサンプルを制作し、これらのサンプルにより、ボンディング性能を比較した結果を下記表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１において、○は良い、△は普通、×は悪いを示している。また、評価項目の「ボールの回転防止」は、ボンディング時のボールの挙動を目視により評価した。また、「シェア強度」は、ボールバンプの接合面に対して平行に力を加えてボールバンプが取れたときの力（ｇｆ）（剪断強度）を測定した。この測定結果は、図８における溝形状毎のシェア強度の平均を結んだグラフに示すように、本実施例のシェア強度が平均１７０ｇｆであり、従来例の約１．７倍で最も高いことが解る。
比較例１、２はキャピラリの振動方向に溝が切られているため、ボールが振動方向、即ち、接続端子及び導電パターンに平行な方向に逃げてしまうため、ボンディングの強度、位置合わせ容易性、位置精度ともに劣化すると考えられる。
【００２５】
次に、前記実施例であるキャピラリの振動方向に対して直交する方向に溝を設けた図７（ｂ）の形状において、溝幅寸法を変えた場合のボンディング性能を実験した。その結果を下記表２に示す。なお、実験で用いたボールのボール径は１２０μｍ、また、溝幅寸法は１０μｍ〜６０μｍまでを１０μｍ毎に変えた６種類のものを準備した。
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２において、◎は非常に良い、○は良い、△は普通、×は悪いを示している。溝幅寸法１０μｍの「ボールの回転防止」については、溝幅が狭すぎて、従来の溝無しと殆ど変わらない。溝幅寸法６０μｍの「ボンディング位置精度」については、溝幅が広すぎてボールが溝方向に逃げてしまい悪くなる。上記の結果から、溝幅寸法をボールの径寸法で除した値が、１／６より大きく、１／２より小さい範囲にあると良好な結果が得られることが解る。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の磁気ヘッドは、ヘッド素子と該ヘッド素子に導通する接続端子とを備えたスライダを、導電パターンを形成した金属板に固定し、前記接続端子と前記導電パターンとを金属製のボールバンプの超音波接合により接続し、前記ボールバンプの表面に前記接続端子と前記導電パターンとを結ぶ方向に延出した凸部が形成されたものであるため、ボールバンプの溶着時に前記凸部がボールバンプの回転防止機能を有し、従って、接続端子及び導電パターンとの接続強度が高く、信頼性の高い磁気ヘッドが得られる効果を奏する。
【００２９】
また、本発明の磁気ヘッドの製造方法は、貫通孔を有するキャピラリの先端部に該貫通孔を横切る溝を設け、前記貫通孔にワイヤを挿通して、該ワイヤの端部に設けたボールを前記先端部に位置させる工程、前記キャピラリの先端部を移動し、前記ボールを前記接続端子及び導電パターンに接触する工程、前記キャピラリを前記溝の方向と直交する方向に超音波振動させ、前記ボールを前記接続端子及び導電パターンに接合してボールバンプを形成する工程を有するものである。よって、キャピラリの先端部が位置ズレを生じた場合にも、先端部に保持したボールは、前記溝により、接続端子及び導電パターンの所定の位置に自動的に位置決めされ、位置精度良く接合できる。また、接合時に、ボールの一部が溝に食い込み、ボールの回転が起こらず、短時間に効率よく強固に接合できるという顕著な効果を奏する。
更に、本発明の製造方法において、溝の幅寸法をボールの径寸法で除した値が、１／６より大きく且つ１／２より小さな範囲にあれば、より確実な接合が得られる。
【００３０】
また、本発明の製造方法に用いるボンディング用キャピラリは、ワイヤが挿通される貫通孔を有するキャピラリの先端部に、前記貫通孔を中心とした凹部と該凹部の中心を横切り前記先端部の外側面に達した溝とを設けたものであり、ボンディングの接合強度及び安定性を高める効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気ヘッドを示す要部拡大斜視図である。
【図２】本発明のキャピラリの側面図である。
【図３】本発明のキャピラリの先端部の要部拡大断面図である。
【図４】本発明のキャピラリの先端部の端面図である。
【図５】本発明のキャピラリによるボンディング方法を示す要部断側面図である。
【図６】本発明のボールバンプのボンディング状態を示す要部側面図である。
【図７】ボンディング実験に用いた４種類のキャピラリの先端形状をそれぞれ示す端面図である。
【図８】ボンディング実験の結果であるキャピラリの先端形状毎のシェア強度を示すグラフである。
【図９】従来の磁気ヘッドの斜視図である。
【図１０】従来の磁気ヘッドのスライダと金属板との接続状態を示す斜視図である。
【図１１】図１０の磁気ヘッドの平面図である。
【図１２】図１０の磁気ヘッドの側面図である。
【図１３】従来ののキャピラリの側面図である。
【図１４】従来ののキャピラリの先端部の要部拡大断面図である。
【図１５】従来ののキャピラリの先端部の端面図である。
【図１６】従来のキャピラリによるボンディング方法を示す要部断側面図である。
【図１７】従来のボールバンプのボンディング状態を示す要部側面図である。
【符号の説明】
２１スライダ
２２金属板（フレキシャー）
２７接続端子
２８導電パターン
２９角部
３０ボールバンプ
３０ｂ凸部
３１ボンディング用キャピラリ
３１ａ貫通孔
３１ｂ胴体部
３１ｃ先端部
３１ｄ凹部
３１ｅ溝
３２ワイヤ
３２ａボール

Claims

ヘッド素子と該ヘッド素子に導通する接続端子とを備えたスライダを、導電パターンを形成した金属板に固定し、前記接続端子と前記導電パターンとを金属製のボールバンプの超音波接合により接続し、前記ボールバンプの表面に前記接続端子と前記導電パターンとを結ぶ方向に延出した凸部が形成されたことを特徴とする磁気ヘッド。
ヘッド素子と該ヘッド素子に導通する接続端子とを備えたスライダを、導電パターンを形成した金属板に固定する工程、
貫通孔を有するキャピラリの先端部に該貫通孔を横切り、前記先端部の外側面に達する溝を設け、前記貫通孔にワイヤを挿通して、該ワイヤの端部に設けたボールを前記先端部に位置させる工程、
前記キャピラリの先端部を移動し、前記ボールを前記接続端子及び導電パターンに接触させる工程、
前記キャピラリを前記溝の方向と直交する方向に超音波振動させ、前記ボールを前記接続端子及び導電パターンに接合してボールバンプを形成する工程からなることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
前記溝の幅寸法を前記ボールの径寸法で除した値が、１／６より大きく且つ１／２より小さな範囲にあることを特徴とする請求項２記載の磁気ヘッドの製造方法。
ワイヤが挿通される貫通孔を有するキャピラリの先端部に、前記貫通孔を中心とした凹部と該凹部の中心を横切り前記先端部の外側面に達した溝とを設けたことを特徴とするボンディング用キャピラリ。