专利名称：带有静电放电检测的导电金属球焊的设备和方法
带有静电放电检测的导电金属球焊的设备和方法 技术领域0001本发明一般涉及导电金属球焊(conductive metal ball bonding)，并且具体地涉及通过导电金属球焊与磁性读磁头的电连接。
背景技术：
0002导电金属球焊是用在电子工业中用于将导电引线电连接到电 子器件例如由晶圆制成的器件(例如芯片)的方法之一。典型地，导 电引线和电子器件上相应的接合焊盘涂覆有与用于电连接的导电金属 球相同的导电金属，从而有利于金属在附加能量下结合。典型地，导 电金属涂层和导电金属球包含金，并且增加的能量包含超声波和/或者 加热。例如，美国专利4,925,083描述了用于金球焊(gold ball bonding) 的方法和设备。0003金球焊(GBB)的一个应用是制造用于硬盘驱动器的磁头悬 浮组件(HGA)。 HGA包括用于从磁盘读取数据和将数据写入到磁盘的 磁头。在磁记录的应用中，磁头典型地包括滑动件和包含记录器和读部 件的磁传感器。滑动件从陶瓷晶圆(典型地是AlTiC)上切下，在该陶 瓷晶圆上磁传感器由照相平版印刷和真空淀积以及蚀刻技术制成。在光 和磁-光记录的应用中，磁头可能包括用于将激光集中到邻近的磁盘表面 的镜子和物镜。在操作期间，通过被典型地称作"空气轴承"的稀薄气 体润滑薄膜使滑动件的"空气轴承表面"(ABS)与磁盘分离。0004例如，图1图示了包括磁记录磁头102的现有HGA 100的末端部分。磁头102包含空气轴承滑动件104和磁传感器106。磁传感器 的刻录器可能是纵向的或者垂直的设计，并且磁传感器的读部件是典型 的磁阻(MR)部件。磁头102帖附于悬置组件110的悬置臂112。悬置 组件110也包括负载梁114、弯曲区域(没有示出)以及压筋板(没有 示出)。悬置组件IIO起到向磁盘的表面预加载空气轴承滑动件的作用。0005HGA的悬置组件限制磁头沿或者绕某些轴线的运动，但是允 许磁头沿和绕其他轴线的运动。例如，悬置组件包括从弯曲区域延伸出 的一个负载梁，其允许朝向和远离磁盘的运动，同时向磁盘预加载磁头 并且限制平行于磁盘表面的平移。再例如，悬置组件包括磁头可以绕其 转动的微坑，但是微坑限制在磁头和负载梁之间的平移。再例如，悬置 组件包括焊接有磁头的悬置臂，该悬置臂允许磁头的倾斜和滚转运动， 但是限制磁头的偏航运动。0006在现代磁盘驱动器中，悬置臂也执行承载用于电连接到磁头的 引线的功能。典型地，现代悬置臂包括具有被绝缘层分离的结构层和导 电引线的叠层结构。引线终止于接近滑动件的正面，该滑动件包括用于 磁传感器器件的焊盘。包括焊盘的滑动件的正面典型地正交于悬置臂的 导电引线的平面。因此相应的电连接必须在90。角完成，90。角的要求可 以通过导电金属球焊来满足。0007例如，在图1中悬置臂磁轨116通过导电球120被电连接到磁 头上的焊盘108。注意图1的HGA以未制造完成的状态被示出，因为并 不是所有的焊盘108都已经通过导电球120被连接到悬置臂磁轨116。0008在滑动件上的焊盘和悬置臂的导电引线的终端区域通常涂覆有金(例如通过电镀)，其中金球用于将悬置臂的导电引线连接到磁传感 器器件的焊盘。使用超声波能量，金球可以被熔接到悬置臂的导电引线 上的金涂层以及磁传感器器件的焊盘上。0009然而，用在磁盘驱动器的读磁头中的现代磁传感器器件对静 电放电(ESD)非常敏感。例如，所有类型的MR读部件都很容易被 ESD损坏，并且隧道式MR读部件(又称作"TMR"读部件)即使在 适度的电压下也特别容易被ESD损坏。用于保护MR读部件使其免受 由ESD引起的损坏的现有技术方法由于各种原因具有有限的效果。例 如， 一些现有技术方法在生产磁记录磁头的过程中具有非期望的和/ 或过度复杂的晶圆处理步骤。其他的现有技术方法太不方便以至于不 能在高产量的生产环境中使用，或者需要很昂贵的设备以至于不能在 高产量的生产环境中实行。其他的现有技术方法提供不充分的ESD保 护和/或在生产过程中不能尽早地给予保护。例如，在磁头的焊盘被电连接到悬置臂的导电引线(引线可能本身连接到某保护电路上)之前的生产过程中TMR读部件特别易被ESD损坏。0010因此，在高产量HGA生产的GBB处理期间ESD对磁传感 器器件的损坏可以严重地减少生产量。而且，如果这种损坏没有立刻 被检测出，则损坏的器件可能在后面的生产过程中被装配到更加昂贵 的元件中，例如己完成的磁头堆栈组件(HSA)，其每一个都包括许 多HGA，或者甚至是磁头磁盘组件(HDA)，其每一个都包括一个 HSA和其他的昂贵元件(例如， 一个或者多个磁盘、主轴马达等等)。 当然，如果损坏的磁传感器器件之后在生产过程中被装配到这些更加 昂贵的元件的其中之一中，很有可能致使这些更加昂贵的元件不能工 作，导致更大的浪费，并且更进一步降低生产量。所以在本技术领域 的实际方法中需要在高产量的生产环境中在金丝球焊期间检测ESD。发明内容0011公开并权利要求了一种通过使用导电金属球将导电引线焊接 到器件的导电终端的设备。形球(ball-forming)焊丝包含具有第一熔 化温度的第一导电金属。夹持表面具有与形球焊丝接触的闭合位置。 焊丝夹持致动器与夹持表面联结并且被电连接到夹持信号源。火花焊 枪(sparking pin)包含具有高于第一熔化温度的第二熔化温度的第二 导电金属。火花焊枪被电连接到电源。电流检测变压器包括至少部分 地围绕形球焊丝的磁芯。分析电路被电连接到电流检测变压器。
0012图1图示了现有磁头悬置臂组件的末端部分。0013图2是根据本发明的实施例用于导电金属球焊的设备的示意图。0014图3图示了根据本发明的实施例用于导电金属球焊的方法。
具体实施方式
0015图2是根据本发明的示例性实施例的设备200的示意图，该设备200用于通过使用导电金属球将附属于目标元件202的导电引线 焊接到附属于目标元件202的器件的导电终端上。例如，该器件可能 是磁记录磁头传感器并且目标元件202可能是一个HGA。0016设备200包括形球焊丝204，该形球焊丝204包含具有第一 熔化温度的第一导电金属。例如，第一导电金属可能包含金、铅和/ 或锡。焊丝夹持致动器206被电连接到夹持信号源207且被夹持信号 源207所驱动，并且包括夹持表面208，该夹持表面208具有与形球 焊丝204接触的闭合位置。例如，焊丝夹持致动器206可以包含压电 材料，并且夹持表面208可以是压电材料的表面。0017设备200可以包括焊丝致动器230，其中形球焊丝204穿过 焊丝致动器230中的孔。优选地，焊丝致动器230具有一个焊接位置 和一个顶端熔化位置，在该焊接位置形球焊丝204的末端205邻近目 标元件202的导电终端，在该顶端熔化位置形球焊丝204的末端205 不邻近目标元件202。例如，在图2的实施例中，焊丝致动器230包 括细管232形式的孔，其与真空源234流体连通。0018设备200也可以包括联结到目标元件的目标致动器。目标致 动器(如果存在)在图2中没有示出，因为为了清楚，目标元件202 的尺寸被放大，而不是相对于设备200成比例地示出。目标致动器可 以是用于使目标元件自动运动的常规平台或者传送器和或者支承多个 目标元件经过一个或多个生产设备的框架。优选地，目标致动器将具 有一个焊接位置和一个排队位置，在该焊接位置形球焊丝204的末端 205邻近目标元件202的终端，在该排队位置形球焊丝204的末端205 不邻近目标元件202的终端。0019设备200也包括包含第二导电金属的火花焊枪210，该第二 导电金属具有高于第一熔化温度的第二熔化温度。例如，第二导电金 属可以包含钨或者钢。火花焊枪210可以通过自动开关(例如延迟开 关)被电连接到电源212。火花焊枪210优选地固定到焊枪平移致动 器214上，该焊枪平移致动器214具有火花位置和非火花位置，在该 火花位置火花焊枪210相对更接近形球焊丝204的末端205，在该非 火花位置火花焊枪210相对更远离形球焊丝204的末端205。电弧可以在火花焊枪210和形球焊丝204的末端205之间形成从而引起末端 205熔化然后再凝固，从而在形球焊丝204的末端205形成球形。0020设备200也包括电流检测变压器220。电流检测变压器220 可以包含掺杂有导电添加剂的多缩含氧-亚甲基热塑物质，该导电添加 剂选自由无碳合金、碳粉、碳化纤维构成的组。在图2的实施例中， 电流检测变压器220包括围绕形球焊丝的磁芯。磁芯优选地包含软磁 材料(例如镍、铁)。0021电流检测变压器220被电连接到分析电路222。分析电路222 可以包括模拟集成电路从而增大来自电流检测变压器的输出信号的峰 值。分析电路222可以也包括模数转换器从而采样被增大的峰值。例如， 常规的PC声卡可以用作模数转换器。优选地，分析电路222被电连接 到图示分析电路222的输出信号的显示器。例如，显示器224可以是数 字示波器或者常规的个人计算机系统。在焊枪平移致动器214处于非火 花位置和/或者当焊丝致动器230 (和/或者目标致动器(如果包括目标 致动器))处于焊接位置的期间，分析电路222的输出信号优选响应来 自电流检测变压器220的信号。因为在这期间ESD对目标元件的损坏更 加有可能发生，所以在这期间优选地响应并显示分析电路222的输出信 号。例如，这个期间可以包括形球焊丝204与目标元件202的导电终 端或者焊盘接触(也就是已"触及到"其上)的时间。0022设备200也可以包括一个能量源，其用于将在形球焊丝204 的末端205上的球形焊接到目标元件202的终端。例如，设备200可 以包括常规的超声波能量源和从超声波能量源到形球焊丝204的末端 205的超声波传送路径。例如，超声波传送路径可以包括细管232。0023图3图示了根据本发明的示例性实施例的导电金属球焊的方 法。在步骤302中，将火花焊枪和导电金属焊丝的末端靠拢。例如， 可以在火花焊枪致动器的作用下使火花焊枪朝向导电金属焊丝移动， 和/或可以在焊丝致动器的作用下使导电金属焊丝的末端朝向火花焊 枪移动。在步骤304中，对火花焊枪通电从而在火花焊枪和导电金属 焊丝的末端之间暂时地形成电弧以便在导电金属焊丝的末端形成球 形。0024在图3的步骤306中，监视经过导电金属焊丝的静电放电。 这种监视是优选的，但是至少在上述期间(当优选地响应并显示诸如 分析电路222之类的分析电路的输出信号时)不是必须继续的。在某 些实施例中，监视可以包括增大来自变压器的信号的峰值并且然后数 字采样被增大的峰值，所述变压器具有至少部分地围绕导电金属焊丝 的磁芯。在某些实施例中，优选地当导电金属焊丝的末端接近目标元 件的器件的导电终端时，监视可以包括显示来自变压器的信号，该变 压器具有至少部分地围绕导电金属焊丝的磁芯。0025在图3的步骤308中，并且优选地在或者接近监视期间(如 果监视是不连续的)的初期，将导电金属焊丝和目标元件的器件的导 电终端靠拢。例如，可以在焊丝致动器的作用下使末端朝向导电终端 移动，和/或可以在移动末端元件的致动器(也就是目标致动器)的作 用下使导电终端朝向末端移动。对导电金属焊丝的末端和目标元件的 器件的导电终端进行邻近定位可能增加ESD对目标元件的器件的损 坏风险。0026在图3的步骤310中，焊接能量被传导到导电金属焊丝的末 端和目标元件的器件的导电终端之间的界面上，例如将球形焊接到导 电终端。例如，超声波可能被传导到沿转送路径的界面上。作为替代， 例如，热可以被传导到界面上从而增加它的温度。0027在图3的步骤312中，导电金属焊丝被夹持，并且在步骤314 中导电金属焊丝与己焊接的球形断开(例如通过焊丝致动器的强制运 动)。夹持可能包括例如改变压电材料两端的电位差。0028在图3的步骤316中，可选地暂时停止对经过导电金属焊丝 的ESD监视，例如当下一个电弧在导电金属焊丝的末端熔化成新的球 形时。0029在前述的说明中，参考具体的示例性实施例阐述了本发明， 但是本领域的技术人员将认识到本发明不限于此。可预期地，本发明 的各种特征和方面可以单独地或者结合地使用并且可以在不同的环境 或者应用中使用。相应地，说明书和附图被认为是说明性的和示例性 的，而不是限制性的。"包含"、"包括"和"具有"旨在作为开放性(open-ended)术语,
权利要求
1.一种用于通过使用导电金属球将导电引线焊接到器件的导电终端的设备，所述设备包括包括第一导电金属的形球焊丝，该第一导电金属具有第一熔化温度；具有与所述形球焊丝接触的闭合位置的夹持表面；与所述夹持表面联结并且被电连接到夹持信号源的焊丝夹持致动器；包括第二导电金属的火花焊枪，该第二导电金属具有高于所述第一熔化温度的第二熔化温度，所述火花焊枪被电连接到电源上；包括磁芯的电流检测变压器，该磁芯至少部分地围绕所述形球焊丝；以及被电连接到所述电流检测变压器的分析电路。
2. 如权利要求1的所述设备进一步包含固定有所述火花焊枪的焊 枪平移致动器，所述焊枪平移致动器具有火花位置和非火花位置，在 所述火花位置所述火花焊枪相对更接近所述形球焊丝，在所述非火花 位置所述火花焊枪相对更远离所述形球焊丝。
3. 如权利要求2的所述设备，其中当所述焊枪平移致动器处于所述 非火花位置时所述分析电路的输出响应来自所述电流检测变压器的信号。
4. 如权利要求1的所述设备进一步包括焊丝致动器，所述形球焊丝 穿过所述焊丝致动器中的孔，所述焊丝致动器具有焊接位置和顶端熔 化位置，在所述焊接位置所述形球焊丝的末端邻近所述器件的所述导 电终端，在所述顶端熔化位置所述形球焊丝的末端不邻近所述器件的 所述导电终端。
5. 如权利要求4的所述设备，其中所述孔包括一个细管。
6. 如权利要求4的所述设备包括真空源，并且其中所述细管与所述真空源流体连通。
7. 如权利要求1的所述设备，其中所述器件是磁记录磁头传感器。
8. 如权利要求1的所述设备，其中所述第一导电金属包含金。
9. 如权利要求1的所述设备，其中所述第一导电金属包含铅或者锡。
10. 如权利要求1的所述设备，其中所述第二导电金属包含钨或者钢。
11. 如权利要求1的所述设备，其中所述焊丝夹持致动器包含压电 材料。
12. 如权利要求1的所述设备，其中所述电流检测变压器进一步包 括围绕所述形球焊丝的铁磁芯。
13. 如权利要求1的所述设备，其中所述电流检测变压器进一步包 括掺杂有导电添加剂的多縮含氧-亚甲基热塑物质，该导电添加剂选自 由无碳合金、碳粉、碳化纤维构成的组。
14. 如权利要求1的所述设备，其中所述分析电路包括模拟集成电 路从而增大来自所述电流检测变压器的输出信号的峰值。
15. 如权利要求14的所述设备，其中所述分析电路进一步包含模数 转换器从而采样被增大的峰值。
16. 如权利要求15的所述设备，其中常规的PC声卡包含所述模数 转换器。
17. 如权利要求4的所述设备进一步包括显示器，该显示器图示当 所述焊丝致动器处于所述焊接位置时所述分析电路的输出信号。
18. 如权利要求17的所述设备，其中数字示波器包括所述显示器和 所述分析电路。
19. 如权利要求17的所述设备，其中所述分析电路包括一个模拟集 成电路从而增大来自所述电流检测变压器的输出信号的峰值，并且包 括一个模数转换器从而采样被增大的峰值，且其中常规的个人电脑系统 包括所述显示器。
20. 如权利要求1的所述设备进一步包括超声波能量源和从该超声 波能量源到所述形球焊丝的末端的超声波传送路径。
21. 如权利要求1的所述设备进一步包括联结到所述器件的目标致 动器，所述目标致动器具有焊接位置和排队位置，在所述焊接位置所 述形球焊丝的末端邻近所述器件的所述导电终端，在所述排队位置所 述形球焊丝的末端不邻近所述器件的所述导电终端。
22. —种用于将导电引线焊接到器件的导电终端的方法，所述方法 包括将焊枪与导电金属焊丝的末端靠拢；使所述焊枪通电从而在所述焊枪和所述导电金属焊丝的所述末端 之间暂时地形成电弧；使所述导电金属焊丝的所述末端与所述器件的所述导电终端接近；将焊接能量传导到所述导电金属焊丝的所述末端和所述器件的所 述导电终端之间的界面上；夹持所述导电金属焊丝；以及监视所述导电金属焊丝中的静电放电。
23. 如权利要求22的方法，其中所述导电金属焊丝穿过一个细管， 并且进一步包含至少部分地排出所述细管中的空气。
24. 如权利要求22的方法，其中所述器件是磁记录磁头传感器。
25. 如权利要求22的方法，其中所述导电金属焊丝包含金。
26. 如权利要求22的方法，其中监视进一步包括增大来自变压器 的信号的峰值，该变压器具有至少部分地围绕所述导电金属焊丝的磁
27. 如权利要求26的方法，其中监视进一步包括数字采样被增大 的峰值。
28. 如权利要求22的方法，其中监视进一步包括当所述导电金属 焊丝的所述末端邻近所述器件的所述导电终端时显示来自变压器的信 号，该变压器具有至少部分地围绕所述导电金属焊丝的磁芯。
29. 如权利要求22的方法，其中将所述焊枪与所述导电金属焊丝的 所述末端靠拢包括移动所述焊枪。
30. 如权利要求22的方法，其中将所述焊枪与所述导电金属焊丝的 所述末端靠拢包括移动所述导电金属焊丝。
31. 如权利要求22的方法，其中使所述导电金属焊丝的所述末端 与所述器件的所述导电终端接近包括移动所述金属焊丝。
32. 如权利要求22的方法，其中使所述导电金属焊丝的所述末端 与所述器件的所述导电终端接近包括移动所述器件。
33. 如权利要求22的方法，其中传导焊接能量包括将超声波沿波 传送路径传导到所述界面。
34. 如权利要求22的方法，其中传导焊接能量包括加热所述界面。
35. 如权利要求22的方法，其中夹持包括改变压电材料两端的电位差。
全文摘要
公开并权利要求了一种用于通过使用导电金属球将导电引线焊接到器件的导电终端的设备。形球焊丝包含具有第一熔化温度的第一导电金属。夹持表面具有与形球焊丝接触的闭合位置。焊丝夹持致动器与夹持表面联结并且被电连接到夹持信号源上。火花焊枪包含具有高于第一熔化温度的第二熔化温度的第二导电金属。火花焊枪被电连接到电源上。电流检测变压器包括至少部分地围绕形球焊丝的磁芯。分析电路被电连接到电流检测变压器上。
文档编号H01R43/02GK101332531SQ200810083940
公开日2008年12月31日 申请日期2008年4月29日 优先权日2007年6月28日
发明者J·波特姆, P·劳克蓬斯利 申请人:西部数据技术公司