JP6788442B2 - 回路付サスペンション基板および回路付サスペンション基板の製造方法 - Google Patents

回路付サスペンション基板および回路付サスペンション基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、回路付サスペンション基板および回路付サスペンション基板の製造方法、詳しくは、ハードディスクドライブに用いられる回路付サスペンション基板およびその製造方法に関する。
ヘッドスライダと、ヘッドスライダを変位させるために伸縮可能な圧電素子とが実装される回路付サスペンション基板が知られている。圧電素子は、回路付サスペンション基板が備える端子に、はんだにより接続される。
例えば、圧電素子が、サスペンション用基板の素子接続端子に、Sn−Bi系のはんだ材料により接続されるサスペンションが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
そのようなサスペンションは、Sn−Bi系のはんだ材料を、素子接続端子にソルダージェット法により配置した後、圧電素子をはんだ材料と接触するように配置し、次いで、リフローしてはんだ材料を溶融させ、圧電素子と素子接続端子とを接続することにより製造される。
特開2014−106993号公報
しかるに、特許文献1に記載のサスペンションの製造方法において、圧電素子が所定位置からずれて配置され、その後のリフローにより、圧電素子が、所定位置からずれた状態で、はんだ材料により素子接続端子と接続される場合がある。
そのような場合を考慮して、リフロー時に溶融したはんだ材料の表面張力を利用して、圧電素子をセルフアライメントさせ、圧電素子の位置精度の向上を図ることが検討される。
しかし、圧電素子のセルフアライメントに必要なはんだ材料の表面張力を確保するには、多量のはんだ材料が必要となる。すると、はんだ材料の厚みが大きくなり、ひいては、サスペンションにおける圧電素子が実装される部分の厚みが大きくなる。
そのため、特許文献1に記載のサスペンションにおいて、圧電素子の位置精度の向上を図るとともに、圧電素子が実装される部分の厚みを低減することは困難である。
一方、サスペンションにおける圧電素子が実装される部分の厚みは、サスペンションがハードディスクドライブに搭載された状態において、圧電素子と周囲の部材(例えば、磁気ディスクやロードビームなど)との接触を抑制するために、厳しい寸法制限がある。
そこで、本発明の目的は、圧電素子の位置精度の向上を図ることができながら、圧電素子が実装される部分の厚みの低減を図ることができる回路付サスペンション基板および回路付サスペンション基板の製造方法を提供することにある。
本発明[1]は、金属支持層と、前記金属支持層の厚み方向一方側に配置されるベース絶縁層と、前記ベース絶縁層の前記厚み方向一方側に配置される配線、および、前記厚み方向の他方側から見て、前記金属支持層および前記ベース絶縁層から露出する端子を備える導体パターンと、前記端子に対して前記厚み方向他方側に配置され、前記端子と電気的に接続される素子端子を備える圧電素子と、前記端子と前記素子端子との間に配置されるはんだ層と、を備え、前記はんだ層は、Snと、Agと、Cuと、を含有するはんだ組成物を有し、前記厚み方向における、前記はんだ層の厚みが50μm以下である、回路付サスペンション基板を含んでいる。
このような構成によれば、はんだ層が、Snと、Agと、Cuとを含有するはんだ組成物(以下、Sn−Ag−Cu系はんだ組成物とする。)を有しているので、はんだ層がSn−Bi系はんだ組成物である場合と比較して、はんだ組成物の表面張力の向上を図ることができ、少量のはんだ組成物によって圧電素子のセルフアライメントを実現することができる。
そのため、圧電素子の位置精度の向上を図ることができながら、はんだ層の厚みを上記の値以下に低減することができ、ひいては、圧電素子が実装される部分の厚みの低減を図ることができる。
本発明[2]は、前記端子は、前記厚み方向と直交する直交方向に互いに間隔を空けて2つ配置され、前記素子端子は、2つの前記端子に対応して、前記直交方向に互いに間隔を空けて2つ配置され、前記端子における前記直交方向外側端縁と、前記素子端子における前記直交方向外側端縁とは、前記直交方向において略一致し、前記端子の前記直交方向の寸法は、前記素子端子の前記直交方向の寸法に対して、30%以上100%以下である、上記[1]に記載の回路付サスペンション基板を含んでいる。
このような構成によれば、端子における直交方向外側端縁と、素子端子における直交方向外側端縁とが直交方向において略一致し、端子の直交方向の寸法が、素子端子の直交方向の寸法に対して上記の範囲であるので、圧電素子の位置精度の向上を確実に図ることができる。
とりわけ、端子の直交方向の寸法が、素子端子の直交方向の寸法に対して、100%未満である場合、端子の中心が素子端子の中心よりも直交方向の外側に位置するので、圧電素子がセルフアライメントされるときに、素子端子が直交方向の外側に向かって引っ張られる。そのため、圧電素子の位置精度の向上をより一層確実に図ることができる。
本発明[3]は、前記端子は、前記厚み方向と直交する方向において前記ベース絶縁層と隣接し、隣接する前記ベース絶縁層から離れるように、前記厚み方向と直交する方向に沿って延びる、上記[1]または[2]に記載の回路付サスペンション基板を含んでいる。
このような構成によれば、端子が、隣接するベース絶縁層から離れるように延びている。つまり、端子とベース絶縁層とが重なって配置されない。そのため、圧電素子が実装される部分の厚みの低減を確実に図ることができる。
本発明[4]は、金属支持層と、前記金属支持層の厚み方向一方側に配置されるベース絶縁層と、前記ベース絶縁層の前記厚み方向一方側に配置される配線、および、前記厚み方向の他方側から見て、前記金属支持層および前記ベース絶縁層から露出する端子を備える導体パターンと、を備えるサスペンション基板を準備する工程と、Snと、Agと、Cuと、を含有するはんだ組成物を、前記端子上に配置する工程と、素子端子を備える圧電素子を、前記素子端子が前記はんだ組成物と接触するように配置する工程と、前記はんだ組成物が溶融するように加熱して、前記圧電素子をセルフアライメントさせながら、前記素子端子と前記端子とを接合する工程と、を含んでいる、回路付サスペンション基板の製造方法を含んでいる。
このような方法によれば、Sn−Ag−Cu系はんだ組成を端子上に配置し、次いで、圧電素子を素子端子がはんだ組成物と接触するように配置し、続いて、はんだ組成物が溶融するように加熱して、圧電素子をセルフアライメントさせながら、素子端子と端子とを接合する。
つまり、はんだ層がSn−Ag−Cu系はんだ組成物を有しているので、はんだ組成物の表面張力の向上を図ることができ、少量のはんだ組成物によって圧電素子のセルフアライメントを実現することができる。
そのため、圧電素子の位置精度に優れ、圧電素子が実装される部分の厚みが低減される回路付サスペンション基板を円滑に製造することができる。
本発明の回路付サスペンション基板では、圧電素子の位置精度の向上を図ることができながら、圧電素子が実装される部分の厚みの低減を図ることができる。
本発明の回路付サスペンション基板の製造方法では、圧電素子の位置精度に優れ、圧電素子が実装される部分の厚みが低減される回路付サスペンション基板を円滑に製造することができる。
図1は、本発明の回路付サスペンション基板の第1実施形態の平面図であって、カバー絶縁層を除いた状態を示す。 図2は、図1に示す回路付サスペンション基板の底面図である。 図3は、図1に示す第1端子の拡大図である。 図4Aは、図2に示す第1端子および第2端子のA−A断面図である。図4Bは、図3に示す第1端子のB−B断面図である。 図5Aは、図1に示すサスペンション基板を準備する工程を説明するための説明図であって、支持基板を準備する工程を示す。図5Bは、図5Aに続いて、支持基板上に、厚肉部および薄肉部を備えるベース絶縁層を形成する工程を示す。図5Cは、図5Bに続いて、ベース絶縁層上に導体パターンを形成する工程を示す。図5Dは、図5Cに続いて、カバー絶縁層を、配線を被覆するようにベース絶縁層上に形成する工程を示す。 図6Aは、図5Dに続いて、支持基板を外形加工する工程を示す。図6Bは、図6Aに続いて、ベース絶縁層の薄肉部を除去して、第1端子および第2端子を露出させる工程を示す。図6Cは、図6Bに続いて、第1端子および第2端子にめっき層を形成する工程を示す。 図7Aは、図6Cに示すサスペンション基板に圧電素子を実装する工程を説明するための説明図であって、第1端子および第2端子上にはんだ組成物を配置する工程を示す。図7Bは、図7Aに続いて、第1素子端子および第2素子端子がはんだ組成物と接触するように、圧電素子を配置する工程を示す。図7Cは、図7Bに続いて、はんだ組成物を溶融させてはんだ層を形成する工程を示す。 図8は、図7Cに示す圧電素子のセルフアライメントを説明するための説明図である。 図9は、図4Aに示す第1端子および第2端子の形状および配置を説明するための説明図である。 図10は、本発明の第2実施形態における図2のA−A断面に相当する断面図である。 図11は、実施例1〜4および比較例1〜5の回路付サスペンション基板の工程能力指数(Cpk)を示すグラフである。 図12は、実施例5〜9の回路付サスペンション基板の工程能力指数(Cpk)を示すグラフである。
図1において、紙面厚み方向は、上下方向(第1方向、厚み方向)であり、紙面手前側が上側(第1方向一方側、厚み方向一方側)、紙面奥側が下側(第1方向他方側、厚み方向他方側)である。
図1において、紙面上下方向は、先後方向(第1方向と直交する第2方向、厚み方向と直交する直交方向)であり、紙面上側が先側(第2方向一方側、直交方向一方側)、紙面下側が後側(第2方向他方側、直交方向他方側)である。
図1において、紙面左右方向は、左右方向(第1方向および第2方向の両方向に直交する第3方向、厚み方向および直交方向の両方向と直交する幅方向)であり、紙面右側が右側(第3方向一方側、幅方向一方側)、紙面左側が左側(第3方向他方側、幅方向他方側)である。具体的には、方向は、各図に記載の方向矢印従う。
1.回路付サスペンション基板
以下、図1〜図4Bを参照して、本発明の回路付サスペンション基板の第1実施形態である回路付サスペンション基板1について説明する。
図1に示すように、回路付サスペンション基板1は、圧電素子が実装される回路付サスペンション基板であって、サスペンション基板2と、サスペンション基板2に実装される圧電素子3と、それらを接続するはんだ層4(図4A参照)とを備えている。
(1−1)サスペンション基板
サスペンション基板2は、先後方向に延びる略平帯状を有している。また、図4Aに示すように、サスペンション基板2は、積層構造を有しており、金属支持層の一例としての支持基板5と、ベース絶縁層6と、導体パターン7と、カバー絶縁層8とを、下側から上側に向かって順に備えている。なお、図1では、便宜上、カバー絶縁層8を省略している。
図2に示すように、支持基板5は、先後方向に延びている。支持基板5は、ステージ12と、2つのアウトリガー15と、外部接続部11とを備えている。
ステージ12は、支持基板5の先端部分であって、平面視略H字形状を有している。詳しくは、ステージ12の先側部分および後側部分は、左右方向に延びる平面視略矩形状を有しており、先後方向に延びる略矩形状の中央部分により連結されている。
また、ステージ12は、第1基準穴17を有している。第1基準穴17は、ステージ12の先後方向中央部分に形成されおり、支持基板5の左右方向中央に位置している。第1基準穴17は、平面視略円形状を有しており、ステージ12を上下方向に貫通している。
2つのアウトリガー15は、後側に向かって開放される略コ字状を有している。各アウトリガー15は、ステージ12の後側部分の左右方向端部と外部接続部11の先端部とを連結している。
これにより、支持基板5には、先側に向かって開放される凹形状の開口部10が形成されている。開口部10は、ステージ12の後側部分と、2つのアウトリガー15と、外部接続部11の先端部とにより区画されている。
外部接続部11は、ロードビーム43(後述)に支持される部分であって、ステージ12に対して後側に間隔を空けて配置されている。外部接続部11は、先後方向に延びる略平板形状を有している。
また、外部接続部11は、第2基準穴18を有している。第2基準穴18は、外部接続部11の先端部分における左右方向中央に形成されており、支持基板5の左右方向中央に位置している。第2基準穴18は、平面視略円形状を有しており、外部接続部11を上下方向に貫通している。
支持基板5は、例えば、ステンレス、42アロイ、アルミニウム、銅−ベリリウム、りん青銅などの金属材料から形成され、好ましくは、ステンレスから形成される。支持基板5の厚みは、例えば、10μm以上、好ましくは、15μm以上、例えば、35μm以下、好ましくは、25μm以下である。
図4Aに示すように、ベース絶縁層6は、支持基板5の上面(厚み方向一方側)に配置されており、図1に示すように、導体パターン7に対応する所定のパターンとして設けられている。ベース絶縁層6は、第1ステージベース19と、第2ステージベース22と、第3ステージベース20と、2つのアウトリガベース23と、外部接続ベース24とを備えている。
第1ステージベース19は、平面視略矩形状を有しており、ステージ12の先側部分の上面に配置されている。第1ステージベース19の後端縁は、ステージ12の先側部分の後端縁よりも後側に位置している。
第2ステージベース22は、第1ステージベース19に対して後側に配置されている。第2ステージベース22は、平面視略T字状を有しており、帯状部14と、架橋部21とを備えている。
帯状部14は、左右方向に延びる平帯状を有しており、第1ステージベース19に対して後側に間隔を空けて配置されている。帯状部14の左右両端部は、上側から見て開口部10内に位置している。
架橋部21は、第1ステージベース19と帯状部14との間に配置されており、ステージ12の中央部分上に配置されている。架橋部21は、第1ステージベース19の後端部における左右方向中央部分と、帯状部14の先端部における左右方向中央部分とを接続している。
架橋部21の左右方向寸法は、ステージ12の中央部分の左右方向寸法よりも大きい。架橋部21の左右方向両端縁のそれぞれは、ステージ12の中央部分の左右方向両端縁よりも左右方向外側に配置されている。つまり、架橋部21は、ステージ12の中央部分よりも左右方向外側に位置する外側部分21Aを2つ有している。
第3ステージベース20は、第2ステージベース22の帯状部14に対して後側に間隔を空けて配置され、ステージ12の後側部分の上面に配置されている。第3ステージベース20は、左右方向に延びる平面視略矩形状を有している。第3ステージベース20の先端縁は、ステージ12の後側部分の先端縁よりも先側に位置している。また、第3ステージベース20の左右両端部は、各アウトリガー15上において、帯状部14に連続している。
2つのアウトリガベース23は、上側から見て開口部10内に位置しており、帯状部14の左右方向両端部のそれぞれと、外部接続ベース24の先端部とを連結している。
外部接続ベース24は、先後方向に延びる平面視矩形状を有しており、外部接続部11の上面に配置されている。
ベース絶縁層6は、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂、ニトリル樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの合成樹脂から形成され、好ましくは、ポリイミド樹脂から形成される。
ベース絶縁層6の厚みは、例えば、1μm以上、好ましくは、3μm以上、例えば、25μm以下、好ましくは、15μm以下である。
導体パターン7は、端子群26と、配線27とを備えている。
端子群26は、磁気ヘッド端子28と、外部接続端子29と、端子の一例としての第1端子30および第2端子31と、電源端子32とを含んでいる。
磁気ヘッド端子28は、スライダ9の端子(図示せず)に接続される端子である。磁気ヘッド端子28は、第1ステージベース19上において、左右方向に互いに間隔を空けて複数(4つ)整列配置されている。
外部接続端子29は、複数の磁気ヘッド端子28に対応しており、磁気ヘッド端子28と同数設けられる。外部接続端子29は、外部接続ベース24の後端部において、左右方向に互いに間隔を空けて複数(4つ)整列配置されている。
第1端子30および第2端子31は、圧電素子3の第1素子端子40および第2素子端子41(図4A参照)に接続される端子である。第1端子30および第2端子31は、圧電素子3の個数と同数設けられる。そのため、回路付サスペンション基板1がn個の圧電素子3を備える場合、第1端子30および第2端子31は、n対設けられる。
なお、本実施形態では、回路付サスペンション基板1が2つの圧電素子3を備えるため、第1端子30および第2端子31は、2対設けられる。2対の第1端子30および第2端子31は、第1ステージベース19と第3ステージベース20との間において、左右方向に互いに間隔を空けて配置されている。
第1端子30および第2端子31は、先後方向に互いに間隔を空けて配置されている。第1端子30と第2端子31との前後方向の間には、第2ステージベース22の帯状部14が配置されている。
図3および図4Aに示すように、第1端子30は、左右方向に延びる平面視略矩形状を有している。第1端子30は、第1ステージベース19の後端縁に対して後側に隣接しており、帯状部14に対して先側に間隔を空けて配置されている。つまり、第1端子30は、先後方向において第1ステージベース19と隣接している。
また、第1端子30は、第1ステージベース19から離れるように、先後方向に沿って後側に延びている。また、第1端子30の後端部および左右両端部は、遊端部であって、導体パターン7の他の部分と接続されていない。
また、図4Bに示すように、第1端子30は、架橋部21の外側部分21Aに対して、左右方向外側に僅かに間隔を空けて配置されている。
また、図4Aおよび図4Bに示すように、第1端子30は、下側(厚み方向の他方側)から見て、支持基板5およびベース絶縁層6から露出されている(図6C参照)。
第1端子30の先後方向の寸法は、第1素子端子40(後述)の先後方向の寸法に対して、例えば、15%以上、好ましくは、30%以上、例えば、130%以下、好ましくは、120%以下、さらに好ましくは、100%以下、とりわけ好ましくは、80%以下、特に好ましくは、70%以下である。
第1端子30の左右方向の寸法は、第1端子30の先後方向の寸法に対して、例えば、1.2倍以上、好ましくは、1.5倍以上、さらに好ましくは、2倍以上、例えば、10倍以下、好ましくは、8倍以下、さらに好ましくは、4倍以下である。
第1端子30の左右方向の寸法は、第1素子端子40(後述)の左右方向の寸法に対して、例えば、60%以上、好ましくは、80%以上、例えば、120%以下、好ましくは、100%以下である。
第1端子30の面積は、第1素子端子40(後述)の面積に対して、例えば、80%以上、好ましくは、90%以上、例えば、120%以下、好ましくは、110%以下である。
図1に示すように、第2端子31は、左右方向に延びる平面視略矩形状を有している。第2端子31は、第2端子31の左右方向中央部分が、第1端子30の左右方向中央部分を通り、先後方向に沿う仮想線上に位置するように配置されている。
また、第2端子31は、第3ステージベース20の先端縁に対して先側に隣接しており、帯状部14に対して後側に間隔を空けて配置されている。つまり、第2端子31は、先後方向において第3ステージベース20と隣接している。
また、第2端子31は、第3ステージベース20から離れるように、先後方向に沿って先側に延びている。また、第2端子31の先端部および左右両端部は、遊端部であって、導体パターン7の他の部分と接続されていない。
また、図4Aに示すように、第2端子31は、下側(厚み方向の他方側)から見て、支持基板5およびベース絶縁層6から露出されている(図6C参照)。
第2端子31のサイズの範囲(先後方向の寸法および左右方向の寸法)は、上記の第1端子30のサイズの範囲と同じである。第2端子31の面積の範囲は、上記の第1端子30の面積の範囲と同じである。
また、第2端子31の先後方向の寸法は、第2素子端子41(後述)の先後方向の寸法に対して、例えば、80%以上、好ましくは、90%以上、例えば、150%以下、好ましくは、120%以下、さらに好ましくは、100%以下である。
第2端子31の左右方向の寸法は、第2素子端子41(後述)の左右方向の寸法に対して、例えば、80%以上、好ましくは、90%以上、例えば、120%以下、好ましくは、100%以下である。
第2端子31の面積は、第2素子端子41(後述)の面積に対して、例えば、80%以上、好ましくは、90%以上、例えば、120%以下、好ましくは、110%以下である。
また、第1端子30および第2端子31のそれぞれの下面には、めっき層38が設けられている。めっき層38は、例えば、ニッケル、金などの金属材料から形成され、好ましくは、金から形成される。めっき層38の厚みは、例えば、0.1μm以上、好ましくは、0.25μm以上、例えば、5μm以下、好ましくは、2.5μm以下である。
なお、本実施形態では、第1端子30および第2端子31は、先後方向に沿って延びる略平坦状を有している。「略平坦状」とは、図9に示すように、第1端子30および第2端子31の下面(詳しくは、めっき層38の下面)において、最も上側に位置する部分と最も下側に位置する部分との間の上下方向の間隔が、0μm以上10μm以下の範囲内(図9においてR1として示す。)であることを意味する。そのため、第1端子30および第2端子31が、わずかに屈曲しても、上記の間隔が範囲R1内であれば、略平坦状に含まれる。
図1に示すように、電源端子32は、第2端子31に対応しており、第2端子31と同数設けられる。本実施形態では、電源端子32は、2つの第2端子31に対応して2つ設けられる。2つの電源端子32は、外部接続ベース24の後端部において、外部接続端子29の間に配置されている。2つの電源端子32は、左右方向に互いに間隔を空けて配置されている。
配線27は、図4Aに示すように、ベース絶縁層6の上面(厚み方向一方側)に配置されている。図1に示すように、配線27は、信号配線33と、グランド配線34と、電源配線35とを含んでいる。
信号配線33は、磁気ヘッド端子28に対応しており、磁気ヘッド端子28と同数設けられる。信号配線33は、磁気ヘッド端子28と外部接続端子29とを電気的に接続している。詳しくは、信号配線33は、磁気ヘッド端子28から連続して、第1ステージベース19上を引き回された後、架橋部21の外側部分21A、第2ステージベース22、アウトリガベース23および外部接続ベース24上を順次通過した後、外部接続端子29に接続されている。
これによって、本実施形態では、複数の信号配線33が、2つの第1端子30の左右方向の間を通過するように引き回されている。
グランド配線34は、第1端子30に対応しており、第1端子30と同数設けられる。グランド配線34は、第1端子30と支持基板5とを電気的に接続している。詳しくは、図1および図4Aに示すように、グランド配線34は、第1端子30から連続して先側に向かって延び、第1ステージベース19上に配置された後、第1ステージベース19を貫通してステージ12に接触(接地)している。
図1に示すように、電源配線35は、第2端子31に対応しており、第2端子31と同数設けられる。電源配線35は、第2端子31と電源端子32とを電気的に接続している。詳しくは、図4Aに示すように、電源配線35は、第2端子31から連続して後側に向かって延び、第3ステージベース20上に配置された後、図1に示すように、アウトリガベース23および外部接続ベース24上を順次通過し、電源端子32に接続されている。
導体パターン7は、例えば、銅、ニッケル、金、はんだ、またはこれらの合金などの導体材料から形成され、好ましくは、銅から形成されている。
導体パターン7の厚みは、例えば、1μm以上、好ましくは、3μm以上であり、例えば、20μm以下、好ましくは、12μm以下である。
図4Aおよび図4Bに示すように、カバー絶縁層8は、配線27を被覆するように、ベース絶縁層6の上面(厚み方向一方側)に配置されている。また、カバー絶縁層8は、上側(厚み方向一方側)から見て、磁気ヘッド端子28、外部接続端子29および電源端子32を露出し、第1端子30および第2端子31を被覆するパターン形状を有している。
また、カバー絶縁層8は、第1端子30の上面および第2端子31の上面に加えて、第1端子30の周端面の少なくとも一部、および、第2端子31の周端面の少なくとも一部を被覆している。
カバー絶縁層8は、ベース絶縁層6と同じ合成樹脂から形成され、好ましくは、ポリイミド樹脂から形成される。カバー絶縁層8の厚みは、適宜設定される。
(1−2)圧電素子
圧電素子3は、先後方向に伸縮可能なアクチュエータであって、電気が供給され、その電圧が制御されることによって伸縮する。本実施形態において、圧電素子3は、サスペンション基板2に2つ実装されている。
各圧電素子3は、第1端子30および第2端子31に対して下側(厚み方向他方側)に配置されている。圧電素子3は、第1端子30と第2端子31とに架設している。また、圧電素子3の先後方向中央部分の上側には、第2ステージベース22の帯状部14が間隔を空けて配置されている。
圧電素子3は、例えば、公知の圧電材料、より具体的には、圧電セラミックスなどから形成されている。
圧電セラミックスとしては、例えば、BaTiO(チタン酸バリウム)、PbTiO(チタン酸鉛)、Pb(Zr,Ti)O(ジルコン酸チタン酸鉛(PZT))、SiO(水晶)、LiNbO(ニオブ酸リチウム)、PbNb(メタニオブ酸鉛)などが挙げられ、好ましくは、PZTが挙げられる。
また、圧電素子3は、素子端子の一例としての第1素子端子40および第2素子端子41を備えている。
第1素子端子40および第2素子端子41は、第1端子30および第2端子31に対応して、先後方向に互いに間隔を空けて配置されている。
詳しくは、第1素子端子40は、第1端子30に対応しており、圧電素子3の上面における先側部分に設けられている。第1素子端子40は、第1端子30に対して、はんだ層4を挟んで下側に配置されている。第1素子端子40は、左右方向に延びる平面視略矩形状を有している。
なお、本実施形態において、第1素子端子40は、第1端子30と同一のサイズを有し、第1端子30の先端縁(直交方向外側縁)と、第1素子端子40の先端縁(直交方向外側縁)とは、先後方向において略一致し、第1端子30の後端縁(直交方向内側縁)と、第1素子端子40の後端縁(直交方向内側縁)とは、先後方向において略一致している。つまり、第1端子30の先後方向の寸法は、第1素子端子40の先後方向の寸法に対して100%である。
なお、「略一致」とは、図9に示すように、第1端子30の先端縁(基準となる端縁)に対して、第1素子端子40の先端縁(対象となる端縁)が、先後方向において±20μmの範囲内(図9においてR2として示す。)であることを意味する。
図4Aに示すように、第2素子端子41は、第2端子31に対応しており、圧電素子3の上面における後側部分に設けられている。第2素子端子41は、第2端子31に対して、はんだ層4を挟んで下側に配置されている。第2素子端子41は、左右方向に延びる平面視略矩形状を有している。
なお、第2素子端子41のサイズの範囲(先後方向の寸法および左右方向の寸法)は、上記の第1素子端子40のサイズの範囲と同じである。
また、本実施形態において、第2素子端子41は、第2端子31と同一のサイズを有し、第2端子31の後端縁(直交方向外側縁)と、第2素子端子41の後端縁(直交方向外側縁)とは、先後方向において略一致し、第2端子31の先端縁(直交方向内側縁)と、第2素子端子41の先端縁(直交方向内側縁)とは、先後方向において略一致している。つまり、第2端子31の先後方向の寸法は、第2素子端子41の先後方向の寸法に対して100%である。
(1−3)はんだ層
図4Aおよび図4Bに示すように、はんだ層4は、第1端子30(詳しくは、第1端子30のめっき層38)と第1素子端子40との間、および、第2端子31(詳しくは、第2端子31のめっき層38)と第2素子端子41との間に配置されている。
これにより、第1端子30と第1素子端子40とは電気的に接続され、第2端子31と第2素子端子41とは電気的に接続されている。
はんだ層4は、Snと、Agと、Cuと、を含有するはんだ組成物(以下、Sn−Ag−Cu系はんだ組成物とする。)を有しており、はんだ組成物は、好ましくは、SnとAgとCuとのみからなる。
Sn−Ag−Cu系はんだ組成物において、Agの含有割合は、例えば、1質量%以上、好ましくは、2質量%以上、例えば、5質量%以下、好ましくは、4質量%以下、さらに好ましくは、3質量%である。
AgのCuに対する含有割合(Ag/Cu)は、例えば、4以上、好ましくは、5以上、例えば、8以下、好ましくは、7以下である。
Sn−Ag−Cu系はんだ組成物において、Cuの含有割合は、例えば、0.3質量%以上、好ましくは、0.4質量%以上、例えば、0.7質量%以下、好ましくは、0.6質量%以下、さらに好ましくは、0.5質量%である。
Sn−Ag−Cu系はんだ組成物において、Snの含有割合は、上記のAgおよびCuの含有割合の残部である。
具体的には、はんだ組成物として、Sn−3Ag−0.5Cuと表されるものが挙げられる。そのようなはんだ組成物として、市販品を用いることができる。
このようなはんだ組成物の融点は、例えば、200℃以上、好ましくは、210℃以上、例えば、230℃以下、好ましくは、220℃以下である。
また、図4Aに示すように、はんだ層4の厚みTは、例えば、3μm以上、好ましくは、10μm以上、さらに好ましくは、15μm以上、50μm以下、好ましくは、40μm以下、さらに好ましくは、30μm以下、とりわけ好ましくは、25μm以下である。
また、第1端子30と第1素子端子40との間に位置するはんだ層4の体積は、例えば、1×10−8cm以上、好ましくは、1×10−7cm以上、例えば、1×10−5cm以下、好ましくは、1×10−6cm以下である。
はんだ層4の体積が上記下限以上であれば、圧電素子を確実にセルフアライメントさせることができ、圧電素子の位置精度の向上を図ることができる。はんだ層4の体積が上記上限以下であれば、はんだ層4の厚みTの低減を確実に図ることができる。
なお、第2端子31と第2素子端子41との間に位置するはんだ層4の体積の範囲は、上記の第1端子30と第1素子端子40との間に位置するはんだ層4の体積の範囲と同じである。
また、回路付サスペンション基板1は、支持基板5の外部接続部11(図2参照)がロードビーム43に支持されることにより、ハードディスクドライブ(図示せず)に搭載される。このとき、ロードビーム43の先端部は、圧電素子3に対して下側(厚み方向他方側)に位置する。
そのため、はんだ層4の厚みTが上記の範囲内を超過すると、圧電素子3とロードビーム43とが接触する。一方、はんだ層4の厚みTが上記の範囲内であると、圧電素子3の位置精度の向上を図ることができながら、圧電素子3とロードビーム43との接触を抑制することができる。
2.回路付サスペンション基板の製造方法
次に、図5A〜図7Cを参照して、回路付サスペンション基板1の製造方法について説明する。
回路付サスペンション基板1を製造するには、図5A〜図6Cに示すように、まず、サスペンション基板2を準備する。
サスペンション基板2を準備するには、図5Aに示すように、支持基板5を準備する。
次いで、図5Bに示すように、ベース絶縁層6を、支持基板5の上面(厚み方向一方側面)に、厚肉部45と薄肉部46とが形成されるように階調露光により形成する。
具体的には、感光性の合成樹脂を含むワニスを、支持基板5の上に塗布して乾燥させて、ベース皮膜を形成する。その後、ベース皮膜を、図示しないフォトマスクを介して階調露光した後、ベース皮膜を現像し、必要により加熱硬化させる。
これによって、厚肉部45は、上記したベース絶縁層6(第1ステージベース19、第2ステージベース22、第3ステージベース20、アウトリガベース23および外部接続ベース24)に対応する部分に形成される。また、薄肉部46は、上記した第1端子30および第2端子31に対応する部分に形成される。
次いで、図5Cに示すように、導体パターン7を、例えば、アディティブ法またはサブトラクティブ法によって、ベース絶縁層6(厚肉部45および薄肉部46)上に上記したパターンに形成する。
具体的には、配線27、磁気ヘッド端子28、外部接続端子29および電源端子32を厚肉部45の上面(厚み方向一方側の面)に形成し、第1端子30および第2端子31を薄肉部46の上面(厚み方向一方側の面)に形成する。
次いで、図5Dに示すように、カバー絶縁層8を、ベース絶縁層6の上面(厚み方向一方側)に上記したパターンに形成する。
具体的には、感光性の合成樹脂を含むワニスを、ベース絶縁層6および導体パターン7(磁気ヘッド端子28、外部接続端子29および電源端子32を除く)の上に塗布して乾燥させて、カバー皮膜を形成する。その後、カバー皮膜を露光して現像し、必要により加熱硬化させる。
これによって、カバー絶縁層8が、配線27、第1端子30および第2端子31を被覆し、磁気ヘッド端子28、外部接続端子29および電源端子32を露出させるように形成される。
次いで、図6Aに示すように、支持基板5を、上記のパターンとなるように外形加工する。これによって、薄肉部46の下側に位置した支持基板5が除去されて、薄肉部46が下側から露出する。
次いで、図6Bに示すように、薄肉部46を、公知のエッチング(例えば、ウェットエッチングなど)によって除去する。これによって、第1端子30および第2端子31の下面がベース絶縁層6から露出される。
次いで、図6Cに示すように、第1端子30および第2端子31の下面に、公知のめっき方法(例えば、電解めっき、無電解めっきなど)によって、めっき層38を形成する。
これによって、サスペンション基板2が準備される。
次いで、図7Aに示すように、Sn−Ag−Cu系はんだ組成物4Aを、公知の方法(例えば、公知の印刷機による印刷、ディスペンサーによる塗布など)により、第1端子30のめっき層38の下面、および、第2端子31のめっき層38の下面に配置する。
このとき、はんだ組成物4Aの最大厚みは、例えば、10μm以上、好ましくは、20μm以上、例えば、60μm以下、好ましくは、50μm以下である。
次いで、図7Bに示すように、圧電素子3を、第1素子端子40が第1端子30上のはんだ組成物4Aと接触するとともに、第2素子端子41が第2端子31上のはんだ組成物4Aと接触するように配置する。
次いで、図7Cに示すように、圧電素子3が配置されたサスペンション基板2をリフローする。
リフロー温度は、例えば、230℃以上、好ましくは、240℃以上、例えば、260℃以下、好ましくは、250℃以下である。リフロー時間は、例えば、3秒以上、好ましくは、5秒以上、例えば、300秒以下、好ましくは、200秒以下である。
これによって、はんだ組成物4Aが、第1端子30および第2端子31のそれぞれの下面全体に濡れ広がるように溶融して、圧電素子3をセルフアライメントさせる。
詳しくは、図7Bに示す圧電素子3を配置する工程において、図8に示すように、圧電素子3が所定位置からずれて、左右方向に傾くように配置される場合がある。この場合、上下方向から見て、第1素子端子40の中央と第1端子30の中央とがずれて位置するとともに、第2素子端子41の中央と第2端子31の中央とがずれて位置する。
次いで、圧電素子3が配置されたサスペンション基板2がリフローされると、はんだ組成物4Aが、第1端子30および第2端子31のそれぞれの下面全体に濡れ広がるように溶融する(図7Bおよび図7C参照)。
このとき、溶融したはんだ組成物4Aの表面張力により、上下方向から見て、第1素子端子40の中央と第1端子30の中央とが一致するとともに、第2素子端子41の中央と第2端子31の中央とが一致するように、圧電素子3に力が加わる。これによって、図2に示すように、圧電素子3が、所定位置からずれた状態から所定位置に向かってセルフアライメントされる。
そして、図7Cに示すように、はんだ組成物4Aがはんだ層4を形成して、第1端子30および第1素子端子40と、第2端子31および第2素子端子41とを接合する。
以上によって、サスペンション基板2および圧電素子3を備える回路付サスペンション基板1が製造される。
なお、図1に示すように、回路付サスペンション基板1は、磁気ヘッドを有するスライダ9を備えてもよく、スライダ9を備えなくてもよい。回路付サスペンション基板1がスライダ9を備える場合、スライダ9は、第1ステージベース19に対して上側(厚み方向一方側)に配置される。つまり、スライダ9は、サスペンション基板2に対して、圧電素子3の反対側に配置される。
3.作用効果
図4Aに示すように、はんだ層4は、Sn−Ag−Cu系はんだ組成物を有している。そのため、はんだ組成物の表面張力の向上を図ることができ、少量のはんだ組成物によって圧電素子3のセルフアライメントを実現することができる。
その結果、圧電素子3の位置精度の向上を図ることができながら、はんだ層4の厚みTを50μm以下に低減することができ、ひいては、圧電素子3が実装される部分の厚みの低減を図ることができる。
また、第1端子30は、隣接する第1ステージベース19から離れるように、先後方向に沿って後側に延びている。第2端子31は、隣接する第3ステージベース20から離れるように、先後方向に沿って先側に延びている。
つまり、ベース絶縁層6が、第1端子30および第2端子31上に配置されておらず、上下方向における第1端子30および第2端子31と圧電素子3との間に位置しない。
そのため、回路付サスペンション基板1において、圧電素子3が実装される部分の厚みの低減を確実に図ることができる。
図7A〜図7Cに示すように、Sn−Ag−Cu系はんだ組成物4Aを第1端子30および第2端子31上に配置し、次いで、圧電素子3を、第1素子端子40および第2素子端子41がはんだ組成物4Aと接触するように配置し、続いて、はんだ組成物4Aが溶融するように加熱して、圧電素子3をセルフアライメントさせながら、第1素子端子40および第2素子端子41と第1端子30および第2端子31とを接合する。
そのため、圧電素子3の位置精度に優れ、圧電素子3が実装される部分の厚みが低減される回路付サスペンション基板1を円滑に製造することができる。
4.第2実施形態
次に、図10を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態では、上記した第1実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
第1実施形態では、図4Aに示すように、第1端子30の先後方向の寸法が、第1素子端子40の先後方向の寸法に対して100%であるとともに、第2端子31の先後方向の寸法が、第2素子端子41の先後方向の寸法に対して100%であるが、これに限定されない。
第2実施形態では、図10に示すように、第1端子30の先端縁と第1素子端子40の先端縁とが、先後方向において略一致し、第1端子30の先後方向の寸法は、第1素子端子40の先後方向の寸法に対して、100%未満、好ましくは、80%以下、さらに好ましくは、70%以下、例えば、30%以上である。
また、第2端子31の後端縁と第2素子端子41の後端縁とが、先後方向において略一致し、第2端子31の先後方向の寸法は、第2素子端子41の先後方向の寸法に対して、100%未満、好ましくは、90%以下、例えば、30%以上である。
第2実施形態によれば、第1端子30の先後方向の寸法が、第1素子端子40の先後方向の寸法に対して、100%未満であり、第2端子31の先後方向の寸法が、第2素子端子41の先後方向の寸法に対して、100%未満である。
この場合、第1端子30の中心が第1素子端子40の中心よりも先側(先後方向の外側)に位置し、第2端子31の中心が第2素子端子41の中心よりも後側(先後方向の外側)に位置する。
そのため、圧電素子3がセルフアライメントされるときに、第1素子端子40および第2素子端子41が先後方向外側に向かって引っ張られる。その結果、圧電素子3の位置精度の向上をより一層確実に図ることができる。
また、第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
以下に、実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。
実施例1〜4
第1端子(端子の先後方向寸法/素子端子の先後方向寸法100%、端子の左右方向寸法/素子端子の左右方向寸法90%)および第2端子(端子の先後方向寸法/素子端子の先後方向寸法100%、端子の左右方向寸法/素子端子の左右方向寸法100%)を2対備えるサスペンション基板を準備した。
次いで、Sn−Ag−Cu系はんだ組成物(Sn含有割合:残部、Ag含有割合:3±1質量%、Cu含有割合:0.5±0.1質量%)を、第1端子および第2端子のそれぞれの下面に配置した。
次いで、第1素子端子および第2素子端子を備える圧電素子を2つ準備し、各圧電素子を、第1素子端子が第1端子上のはんだ組成物と接触するとともに、第2素子端子が第2端子上のはんだ組成物と接触するように配置した。
次いで、圧電素子が配置されたサスペンション基板をリフロー炉に投入して、240℃で15秒間加熱した。これによって、はんだ組成物が、第1端子および第2端子のそれぞれの下面全体に濡れ広がるように溶融して、圧電素子がセルフアライメントされた。
その後、はんだ組成物がはんだ層を形成して、第1端子および第1素子端子と、第2端子および第2素子端子とが接合された。
以上によって、サスペンション基板および圧電素子を備える回路付サスペンション基板を得た。これを繰り返して、20個の回路付サスペンション基板を準備した。
複数の回路付サスペンション基板における、はんだ層の厚みの範囲を、下記表1に示す。
比較例1〜5
Sn−Ag−Cu系はんだ組成物を、Sn−Bi−Cu−Ni系はんだ組成物(Sn含有割合:残部、Bi含有割合:40±1質量%、Cu含有割合:0.5±0.1質量%、Ni含有割合:0.03±0.01質量%)に変更したこと以外は、実施例1〜4と同様にして、複数の回路付サスペンション基板を得た。
実施例5〜10
第1端子および第2端子の寸法を下記表2に示す寸法に変更した以外は、実施例3と同様にして複数の回路付サスペンション基板を得た。
<評価>
以下により、各実施例および比較例の回路付サスペンション基板の工程能力指数(Cpk)を算出した。なお、CpKは、定められた規格限度内で製品を生産できる能力を示し、数値が高いほど生産能力が高い。
第1基準穴および第2基準穴の位置に基づいて、回路付サスペンション基板のY軸基準線(回路付サスペンション基板の左右方向中央を通り、先後方向に沿う仮想線)を規定した。
次いで、Y軸基準線に対して垂直であり、かつ、第1基準穴の中心を通るX軸基準線(第1基準穴の中心を通り、左右方向に沿う仮想線)を規定した。なお、第1基準穴の中心を基準(0,0)とした。
次いで、圧電素子の左右両端縁(エッジ)に沿う第1仮想線を抽出した。そして、Y軸基準線に対して、第1仮想線(圧電素子の左右両端縁)が形成する角度(傾きθ)を測定した。
次いで、圧電素子の先後両端縁(エッジ)に沿う第2仮想線を抽出した。そして、第1仮想線と第2仮想線との交点から、圧電素子の頂点(4隅)を抽出した。
次いで、圧電素子の頂点の座標から圧電素子の中心座標を算出した。そして、基準点(第1基準穴の中心)から、圧電素子の中心座標のずれ量(X座標ずれ量、Y座標ずれ量)を算出した。次いで、複数の回路付サスペンション基板における、傾きθ、X座標ずれ量およびY座標ずれ量の平均値を算出した。
また、傾きθ、X座標ずれ量およびY座標ずれ量のデータのばらつきの大きさ(σ、標準偏差)を算出した。
次いで、下記式(1)および(2)のうち、値の小さい方をCpkとした。その結果を表1、表2、図11および図12に示す。
式(1)
(上限規格−平均値)/3σ=Cpu
式(2)
(下限規格−平均値)/3σ=Cpl
Figure 0006788442
Figure 0006788442
<考察>
表1および図11に示すように、実施例1〜4では、比較例1〜5と比較してはんだ層の厚みの低減を図ることができながら、高いCpKを確保できることが確認された。
具体的には、実施例2における傾きθのCpK(0.70)は、比較例5における傾きθのCpK(0.67)と同程度であるが、実施例2では、はんだ層の厚みが10〜20μmであり、比較例5(はんだ層の厚み25〜35μm)よりも圧電素子が実装される部分の厚みを低減できることが確認された。
また、はんだ層の厚みが15μm以上(実施例3および4)であると、全てのCpK(X座標、Y座標および傾きθ)で1.12以上を確保できることが確認された。
また、表2および図12に示すように、第1素子端子の先後方向寸法に対する第1端子の先後方向寸法の割合が100%以下(実施例8および9)であると、より一層CpKの向上を図ることができる旨、確認された。
1 回路付サスペンション基板
2 サスペンション基板
3 圧電素子
4 はんだ層
4A はんだ組成物
5 支持基板
6 ベース絶縁層
7 導体パターン
30 第1端子
31 第2端子
40 第1素子端子
41 第2素子端子
45 厚肉部
46 薄肉部
T はんだ層の厚み

Claims (4)

  1. 金属支持層と、
    前記金属支持層の厚み方向一方側に配置されるベース絶縁層と、
    前記ベース絶縁層の前記厚み方向一方側に配置される配線、および、前記厚み方向の他方側から見て、前記金属支持層および前記ベース絶縁層から露出する端子を備える導体パターンと、
    前記端子に対して前記厚み方向他方側に配置され、前記端子と電気的に接続される素子端子を備える圧電素子と、
    前記端子と前記素子端子との間に配置されるはんだ層と、を備え、
    前記はんだ層は、Snと、Agと、Cuと、を含有するはんだ組成物を有し、
    前記厚み方向における、前記はんだ層の厚みが50μm以下であり、
    前記はんだ層の体積が、1×10 −7 cm 以上1×10 −6 cm 以下である
    ことを特徴とする、回路付サスペンション基板。
  2. 前記端子は、前記厚み方向と直交する直交方向に互いに間隔を空けて2つ配置され、
    前記素子端子は、2つの前記端子に対応して、前記直交方向に互いに間隔を空けて2つ配置され、
    前記端子における前記直交方向外側端縁と、前記素子端子における前記直交方向外側端縁とは、前記直交方向において略一致し、
    前記端子の前記直交方向の寸法は、前記素子端子の前記直交方向の寸法に対して、30%以上100%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の回路付サスペンション基板。
  3. 前記端子は、前記厚み方向と直交する方向において前記ベース絶縁層と隣接し、隣接する前記ベース絶縁層から離れるように、前記厚み方向と直交する方向に沿って延びることを特徴とする、請求項1または2に記載の回路付サスペンション基板。
  4. 金属支持層と、前記金属支持層の厚み方向一方側に配置されるベース絶縁層と、前記ベース絶縁層の前記厚み方向一方側に配置される配線、および、前記厚み方向の他方側から見て、前記金属支持層および前記ベース絶縁層から露出する端子を備える導体パターンと、を備えるサスペンション基板を準備する工程と、
    Snと、Agと、Cuと、を含有するはんだ組成物を、前記端子上に配置する工程と、
    素子端子を備える圧電素子を、前記素子端子が前記はんだ組成物と接触するように配置する工程と、
    前記はんだ組成物が溶融するように加熱して、前記圧電素子をセルフアライメントさせながら、前記素子端子と前記端子とを接合して、はんだ層を形成する工程と、を含み、
    前記はんだ層の体積が、1×10 −7 cm 以上1×10 −6 cm 以下であることを特徴とする、回路付サスペンション基板の製造方法
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