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 - Google Patents
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Description
【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 (4)
- 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。
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