硬盘驱动器中的刻蚀的介质膜的制作方法

专利名称：硬盘驱动器中的刻蚀的介质膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在硬盘驱动器中的介质膜。
背景技术：
在聚合物膜上刻蚀的铜或印刷的聚合物图案可以被称作柔性电路或者柔性印刷布线。尽管最初是设计用来代替大体积的布线线束，但是柔性电路系统常常是当今前沿电子组件所需的小型化和移动的唯一解决方案。柔性电路设计解决方案薄且轻对于复杂装置来说是很理想的，其范围从单边的导电迹线(trace)到复杂的多层三维封装。
柔性电路也用于硬盘驱动器中。现代计算机需要其中能够快速存储和检索数字数据的媒介。盘上的可磁化(硬)层已证明是一种用于快速和准确的数据存储和检索的可靠媒介。从硬盘读取数据和将数据写入到硬盘的磁盘驱动器已成为计算机系统的通常部件。为访问盘上的存储位置，将读/写头(也被称作“滑动头”)定位成稍微在盘的表面之上，同时盘在该读/写头下以基本恒定的速率旋转。通过在旋转的盘上移动该读/写头，能够访问盘上的所有存储位置。该读/写头常常也被称作“飞行头”，因为其包括一滑动头，该滑动头被空气动力学地配置成在盘高速旋转时形成的位于该盘和滑动头之间的空气轴承(airbearing)上的表面之上盘旋。该空气轴承以一被称作“飞行高度”的高度将读/写头支撑在盘表面之上。柔性电路提供到由磁盘驱动器悬置组件的滑动头承载的磁头的连接。这克服了将磁盘驱动器电路连接到小的磁阻(MR)记录头上的困难。

发明内容
本发明的另一方面提供了一种产品，其包括硬盘驱动器的挠曲组件，包括金属基片和附着到所述金属基片的介质膜，所述介质膜包括从聚酰亚胺、液晶聚合物以及聚碳酸酯构成的组中选择的聚合物，其中所述介质膜已经被从初始的大约25μm或更大的厚度刻蚀到小于大约20μm的厚度。
本发明的另一方面提供一种方法，其包括提供金属基片；将介质膜附着到所述金属基片，所述介质膜包括从聚酰亚胺、液晶聚合物以及聚碳酸酯构成的组中选择的聚合物，所述膜具有大约25μm或更大的厚度；将所述介质膜刻蚀到小于大约20μm的厚度。
除非另有说明，在此成分的浓度均以wt％来表示。


图1示出硬盘驱动器的头万向节组件的挠曲。
图2a至图2m示出了用于制造硬盘驱动器的挠曲结构的步骤，包括本发明的方法。
具体实施例方式
就所要求的，在此公开本发明的诸细节；但是，应当理解，所公开的实施例仅是示例性的。因此，在此所公开的具体结构和功能上的细节不应理解为对本发明的限制，而应理解为仅是作为权利要求的基础，并且是用于教导本领域技术人员以多种方式利用本发明的代表性的基础。
硬盘驱动器(HDD)和挠曲用于制造整合的硬盘驱动器挠曲的初始材料典型地包括具有敷(cast)的(即，覆盖溶剂的(solvent-coated))介质层的支撑金属层或粘合在一起的金属支撑层和厚介质层。尽管敷一层膜能够提供获得具有具体需要的厚度的薄膜的快捷方法，但是这些类型的膜也具有缺点。所敷的膜难以刻蚀，这能够使得介质膜的图案化困难。与之相对的，本发明的多个方面皆允许选择和使用易于刻蚀的介质膜(和粘合剂，如果可应用的话)。
柔性电路典型地利用25μm以上的介质基片材料。而已知对小于50μm厚的膜的自动化操作和处理是困难的，并因此成本是不经济的。如果柔性介质基片薄于25μm，用于硬盘驱动器设备的柔性电路如悬置的挠曲电路能够提供改进的设备性能。如在此所教导的，可以均匀地刻蚀介质基片来提供减薄了的介质层。在某些实施例中，仅对选择的基片的区域或特征进行另外的减薄可能是有用的。举例来说，在柔性电路基片中形成盲孔(blind hole)的化学刻蚀能够是有利的，因为其允许形成无支撑的或悬臂的引线结构，这是不能通过常规的物理方法生产的。
头悬置组件(HAS)的挠曲表示一种硬盘驱动器的结构元件，其可以用多层复合材料来制造。如美国专利Nos.5701218和5956212中所述的挠曲包括用于机械强度的不锈钢层、用于电绝缘的聚酰亚胺层以及用于电传输的韧性(ductile)铜层。
悬置挠曲必须利用非常均匀的材料制成，其能够被定制为具有小但是非常均匀的特征。由于硬度对挠曲的性能是很关键，因此材料的厚度是非常关键的。对增加的数据密度的需求要求读/写头“飞行”得更低。目前要求数据容量在60-90GB/sq的典型头以小于在旋转的媒介之上10nm飞行。这就要求降低挠曲的绝对硬度。减少介质层的厚度并降低复合材料的重量，允许具有改进的挠性的挠曲结构。
挠曲基材料典型的是不锈钢薄片，被辊轧并回火以产生精细的均匀的晶粒结构，并达到至少1/2刚性条件。其优选具有在12-25μm的范围内的非常均匀的厚度。典型的，刻蚀该钢表面以产生0.1-0.5μm的精细的规则纹理(texture)。对于HDD应用，一般使用的不锈钢材料是具有25μm(1.0mil)非磁性A.I.S.I.(美国钢铁研究所)302或304级钢，如由Nippon Steel，Tokyo，Japan生产的304H-TA MW型。
可以利用复合材料叠层开始制造挠曲，该复合材料叠层具有不锈钢层，用于机械强度；以及介质聚合物层，提供用于通过加成电镀(additive plating)技术或减成处理(subtractive processing)而在该介质聚合物层上形成的导电迹线的电绝缘载体。任一方法都产生用于将磁阻(MR)读写头互连到硬盘驱动器所需的电路图案。
图1示出根据本发明制造的挠曲110。挠曲110包括柔性电路互连120，其支持金属迹线层122，并结合到金属制成结构件130。万向节臂132和舌134也是金属支撑层130的部分。盖覆聚合物124保护柔性电路互连120的多个部分。
刻蚀剂在此被称作刻蚀剂的高碱性显影液包括碱金属盐和可选的增溶剂。仅碱金属盐的溶液可以用作聚酰亚胺的刻蚀剂，但是在刻蚀LCP和聚碳酸酯时具有低的刻蚀速率。但是，当将增溶剂和碱金属盐刻蚀剂结合时，其可以用来有效地刻蚀在聚合主链中具有羧酸脂单元的聚酰亚胺共聚物、LCP和聚碳酸酯。
适于在本发明中使用的水溶盐包括，例如，氢氧化钾(KOH)，氢氧化钠(NaOH)，氢氧化铵的同系物，例如，氢氧化四甲基铵和氢氧化铵或者其混合物。有用的碱性刻蚀剂包括，包括碱金属氢氧化物特别是氢氧化钾的碱金属盐的水溶液，以及它们与胺的混合物，如美国专利Nos.6611046B1和6403211B1中所描述的。刻蚀剂溶液的有效浓度根据要刻蚀的聚碳酸酯膜的厚度以及所选择的光刻胶的类型和厚度而变化。在一个实施例中，典型的合适的盐的有用浓度范围从大约30wt.％到55wt.％，而在另一实施例中则从大约40wt.％到大约50wt.％。在一个实施例中典型的合适的增溶剂的有用浓度范围从大约10wt.％到大约35wt.％，而在另一实施例中则从大约15wt.％到大约30wt.％。优选与增溶剂一起使用KOH以产生高碱性溶液，因为含KOH的刻蚀剂在最短的时间中提供最优的刻蚀特征。在刻蚀期间，刻蚀溶液一般在从大约50℃(122)到大约102℃(248)的温度，优选在从大约70℃(160)到大约95℃(200)的温度。
典型的，刻蚀剂溶液中的增溶剂是胺化合物，优选的，烷烃醇胺(alkanolamine)。用于根据本发明的刻蚀剂溶液的增溶剂可以选自下列构成的组胺，包括乙二胺、丙二胺、乙胺、甲基乙胺，以及烷烃醇胺，例如乙醇胺、二乙醇胺、丙醇胺等。根据本发明的包括胺增溶剂的刻蚀剂溶液在上述百分比范围内最有效。这暗示对于刻蚀聚碳酸酯或液晶聚合物可能有双重机制在起作用，即，在水性溶液中在限定的碱金属盐的浓度范围内对于聚碳酸酯胺作为最有效的增溶剂。对刻蚀溶液的这一最有效范围的发现，允许基于具有以前利用标准的钻、冲和激光切削方法无法达到的精细构造的特征的聚碳酸酯或液晶聚合物，来制造柔性印刷电路。
在刻蚀的条件下，通过在足够浓度的例如碱金属盐的水溶液中增溶剂的作用，介质膜基片未被掩模的部分变得可溶。刻蚀所需的时间取决于要刻蚀的聚碳酸酯膜的种类和厚度、刻蚀溶液的成分、刻蚀温度、喷射压以及所期望的刻蚀区域的深度。
材料本发明提供一种用在硬盘驱动器柔性电路中的刻蚀的介质膜。刻蚀膜以引入控制的厚度的区域，对于在碱性刻蚀剂溶液中不涨大(swell)的膜是最有效的。本发明的介质膜可以是聚碳酸酯、液晶聚合物或聚酰亚胺，包括在聚合主链中具有羧酸酯单元的聚酰亚胺共聚物。优选的，在被刻蚀的薄膜是基本完全固化的。
当前的连续流水线(roll-to-roll)柔性电路制造工艺采用25μm厚的基介质基片。但是，硬盘驱动器制造商们要求具有15μm、12.5μm、10μm甚至更小厚度的更薄介质层以获得更好的挠曲性。介质膜基片的厚度可以涉及与柔性电路处理和制造相关的难度等级。如果膜辐板(film web)小于大约25μm厚，材料处理的问题可能导致在电路结构的一致制造中的困难。均匀厚度小于25μm的无支撑的膜在印刷电路生成的多步骤处理工艺期间趋于不可逆地伸长要不然就扭曲。可以利用根据本发明的介质膜来克服这一问题，其中在薄膜已经粘附到金属基片之后进行减薄到小于25μm厚，使得金属基片支撑该减薄了的介质，允许其经连续的流水线柔性电路制造工艺的处理。
替换的，高柔性具有减薄的区域的介质膜基片的应用包括硬盘驱动器的悬置结构。在硬盘驱动器应用中，柔性电路能由25μm膜制造，但是在头万向节组件区中的柔性电路部分，为了更好的挠曲性，可以有利地具有15μm、12.5μm、10μm或更小的厚度。
介质材料的控制的深度刻蚀的存在有助于硬盘驱动器应用中的改进。例如，在硬盘驱动器应用中，柔性电路的主要部分可以由25μm的介质膜制成。而在电路的头万向节组件区域中，厚度减少到大约12.5μm则提供了具有降低的刚性的介质基片。刚性的降低使该介质膜对硬盘驱动器悬置件的机械属性的影响减至最小。介质膜的影响的减小导致读/写头的飞行高度上的变化更小。这增加了信号强度，使得允许更大的信号面密度，这允许更大的存储容量。膜减薄还促进在非常功率敏感的便携硬盘驱动器中使用更低功率的马达。
聚酰亚胺聚酰亚胺膜是柔性电路的常用基片，其满足复杂的前沿电子组件的要求。这种膜具有优良的特性，如热稳定性和低介电常数。
如美国专利No.6611046B1中所述的，能够在柔性聚酰亚胺电路中产生化学刻蚀的通路和通孔，如电路和印刷电路板之间的电互连所需的。为了孔的形成，完全去除聚酰亚胺材料是常见的。在存在常规刻蚀溶液的情况下，当常用的聚酰亚胺膜不受控制地涨大时，无需形成孔的受控刻蚀非常困难。大多数可商用的聚酰亚胺膜包括均苯四甲酸二酐(PMDA)、或二氨基二苯醚(ODA)、或联苯二酐(BPDA)、或苯二胺(PPD)的单体。包括一种或多种这些单体的聚酰亚胺聚合物可以被用来生产指定在商品名KAPTON H，K，E膜(可获自E.I.du Pontde Nemours and Company，Circleville，OH)和APICAL AV，NP膜(可获自Kaneka Corporation，Otsu，Japan)的膜产品。这种类型的膜在常规的化学刻蚀剂中涨大。涨大改变了膜的厚度，并可能导致光刻胶的局部脱离。由于刻蚀剂迁移进该脱离区，因而这能够导致丧失对刻蚀的膜厚的控制和非规则成型的特征。
与其他已知的聚酰亚胺膜形成对比，有证据表明APICAL HPNF膜(可获自Kaneka Corporation，Otsu，Japan)的可控减薄。在非涨大的APICAL HPNF膜的聚合主链中羧酸酯结构单元的存在表明这一聚酰亚胺与其他已知在接触碱性刻蚀剂时涨大的聚酰亚胺聚合物间的差异。
APICAL HPNF聚酰亚胺膜据信是一种共聚物，其从包括对亚苯基(偏苯三酸单酯酐)的单体的聚合衍生得到其包含酯单元的结构。尚不知晓商用的包含其他酯单元的聚酰亚胺聚合物。但是，对于本领域技术人员，根据类似于APICAL HPNF所使用的单体的选择合成包含其他酯单元的聚酰亚胺聚合物，也是合乎常理的。这些合成可以扩展薄膜用聚酰亚胺聚合物的范畴，如同APICAL HPNF，其可以被可控地刻蚀。可以选择来增加含酯聚酰亚胺聚合物的数量的材料包括1，3-联苯酚双(脱水苯均三酸酯)，1，4-联苯酚双(脱水苯均三酸酯)，乙二醇双(脱水苯均三酸酯)，二苯酚双(脱水苯均三酸酯)，氧二苯酚双(脱水苯均三酸酯)，双(4-羟苯基硫化物)双(脱水苯均三酸酯)，双(4-羟基二苯甲酮)双(脱水苯均三酸酯)，双(4-羟苯基砜)双(苯均三酸酯)，双(羟基苯氧基苯)，双(脱水苯均三酸酯)，1，3-联苯酚双(氨基苯甲酸酯)，1，4-联苯酚双(氨基苯甲酸酯)，乙二醇双(氨基苯甲酸酯)，二苯酚双(氨基苯甲酸酯)，氧二苯酚双(氨基苯甲酸酯)，双(4氨基苯甲酸酯)双(氨基苯甲酸酯)等等。
聚酰亚胺膜可以利用如美国专利No.6611046B1所述的单独的氢氧化钾或氢氧化钠溶液，或者利用含增溶剂的碱性刻蚀剂来刻蚀。
LCP液晶聚合物(LCP)膜表示作为用于柔性电路的基片的合适的材料，其具有改进的高频性能、更低的介电损失以及比聚酰亚胺膜更少吸收湿气。LCP膜的特性包括电绝缘、饱和时湿气吸收小于0.5％，接近电镀的通孔所用的铜的热膨胀系数、以及在1kHz到45GHz的工作频率范围上不超过3.5的介电常数。液晶聚合物的这些有利的特点此前就已公知，但是处理上的困难阻碍了将液晶聚合物应用到复杂的电子组件。在此描述的具有增溶剂的刻蚀剂使得能够使用LCP膜代替聚酰亚胺作为用于悬置挠曲组件的可刻蚀基片。液晶聚合物与APICALHPNF聚酰亚胺之间相似之处在于在这两种类型的聚合物中存在羧酸酯单元。
液晶聚合物的非涨大膜包括聚芳酯，其包括含对亚苯基对苯二甲酸酰胺的共聚物，如BIAC膜(Japan Gore-Tex Inc.Okayama-Ken，Japan)和含对羟基苯甲酸的共聚物，如LCP CT膜(Kuraray Co.Ltd.，Okayama，Japan)。
本发明的某些实施例优选使用层叠的组合物，其中该介质层是被挤压和拉抻(二轴拉伸的)液晶聚合物膜。美国专利4975312中描述的工艺开发提供了可商业获得的由商品名VECTRA(萘基的，可从Hoechst Celanese Corp.获得)和XYDAR(二苯酚基的，可从AmocoPerformance Products获得)标识的液晶聚合物(LCP)的多轴定向的热致聚合物膜。这种类型的多轴定向的LCP膜代表用于柔性印刷电路和适合于生产设备组件如硬盘驱动器中用的悬置挠曲组件的电路互连的合适基片。
多轴定向的LCP膜的发展，其同时提供了用于柔性电路和相关设备的膜基片，其经历了用于形成和结合这种柔性电路的方法上的限制。一个重要的限制是缺乏与LCP一起使用的化学刻蚀方法。若没有这样的技术，就不可能在印刷电路设计中包含复杂的电路结构，如无支撑的悬臂的引线或者具有倾斜的侧墙的通孔或通路。
聚碳酸酯聚碳酸酯还具有比聚酰亚胺更低的吸水性和更低的介电损耗，而对于高频应用，如对于无线通信或微波器件，这是非常重要的特性。
尽管可以利用单独的氢氧化钾和氢氧化钠的溶液来刻蚀聚碳酸酯膜，但是刻蚀速率非常之低，以至于仅能有效地刻蚀膜的表面。生产具有减薄的聚碳酸酯基片或带有空腔和/或有选择地形成的凹陷(indented)区域的刻蚀能力要求此前没有公开过的特殊材料或处理能力。知道现在，聚碳酸酯膜的低成本图案化仍是阻碍聚碳酸酯膜大量应用的关键问题。但是，如在此所公开和教导的，当与包括例如碱金属和氨的水溶性盐的高碱性水性刻蚀剂溶液结合使用增溶剂时，可以容易地刻蚀聚碳酸酯。
刻蚀膜以引入具有受控厚度的精确成型的空腔、凹陷和其他区域需要使用在碱性刻蚀剂溶液中不涨大的膜。涨大改变了膜的厚度，并可以导致光刻胶的局部脱离。由于刻蚀剂迁移进入脱离的区域，能够使得丧失对刻蚀的膜厚的控制和不规则的成型特征。根据本发明的膜的受控刻蚀对于基本不涨大的聚合物最成功。“基本不涨大”是指，当薄膜暴露于碱性刻蚀剂时，其仅涨大很微小的程度以便不妨碍刻蚀处理的厚度减小作用。举例来说，当暴露于某些刻蚀溶液时，某些聚酰亚胺将涨大到在厚度减小中不能有效控制其厚度的程度。合适的不涨大的聚碳酸酯材料的示例包括聚碳酸酯的同系物和非同系物；聚碳酸酯共混物，例如聚碳酸酯/脂肪族聚酯类共混物，包括可从GEPlastics，Pittsfield，MA在商品名XYLEX下获得的共混物，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PC/PET)共混物，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁酯(PC/PBT)共混物，以及聚碳酸酯/聚(2，6-萘二甲酸乙二酯)(PPC/PBT，PC/PEN)共混物，以及聚碳酸酯与热塑性树脂的其他共混物；以及聚碳酸酯共聚物，如聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PC/PET)和聚碳酸酯/聚醚酰亚胺(PC/PEI)。适于在本发明中使用的其他类型的材料是聚碳酸酯叠层。这种叠层可以具有至少两个彼此相邻的不同聚碳酸酯层，或者可以具有至少一个临近于热塑性材料层的聚碳酸酯层(如，LEXAN GS125DL，其是一种聚碳酸酯/聚氟乙烯，来自GE Plastics)。聚碳酸酯材料还可以填充有碳黑、硅土、氧化铝等，或者其可以包含添加剂，如抑制剂、UV稳定剂、颜料等。
粘合剂迹线悬置组件(TSA)的挠曲可以使用叠层材料，该叠层材料包括通过结合粘合剂结合到聚酰亚胺或聚碳酸酯聚合物膜的金属层，如不锈钢薄片(SST)。该聚合物膜可以被进一步结合到另一金属层，如铜(Cu)薄片。
合适的粘合剂包括热塑性粘合剂，如热塑性聚酰亚胺(TPPI)或其他可湿法化学刻蚀的粘合剂。典型地，以非常薄的层，如在大约0.5到大约5μm的范围内，应用该粘合剂。典型地，通过将两层加热到典型的彼此在20℃内但在粘合剂材料的Tg之上30到60℃的温度，并然后利用加热的相对压盘(platen)和辊筒，将各层压在一起，以迫使粘合剂流进不锈钢的表面纹理中，从而将覆盖有粘合剂的介质层层叠到不锈钢薄片上。所期望的附着力，在利用工业标准180°粘合剥离测试(peel adhesion test)在室温下测量须大于每线性英寸(pli)2磅。
无粘合剂替换粘合的叠层，可以使用组合结构来形成用于硬盘驱动器的挠曲。热塑性膜，如液晶聚合物和聚碳酸酯，适合于形成组合结构而不用粘合剂。可以通过利用含碱金属盐和增溶剂的刻蚀溶液来刻蚀剂处理膜的表面，将热塑性膜结合到支撑金属薄片，比如不锈钢。在使热塑性膜流动的温度下将大约100psi到大约500psi的压力应用到支撑金属薄片和热塑性膜时，具有至少一个酸处理的表面的金属薄片将形成到刻蚀剂处理了的表面的结合。金属薄片的结合表面典型地经强酸性刻蚀组合物处理。用于不锈钢的合适的酸性刻蚀剂包括腐蚀性酸，如铬酸以及硝酸和盐酸的混合物。
还可以刻蚀剂处理处理热塑性-金属叠层的第二面，使得其可以结合到第二金属薄片。国际申请WO 00/23987描述了使用高温层叠挤压来形成具有融化用于不锈钢薄片和铜薄片间结合的液晶聚合物的叠层材料。这样的三层材料对于悬置挠曲(FOS)应用、迹线悬置组件(TSA)以及有关的硬盘驱动器悬置组件来说是有用的。
替换的，热塑性-金属叠层的第二面可以经刻蚀剂处理来产生适合于金属化的表面。这种金属化处理可以包括利用常规电镀技术的将以另外的金属层来增大的种子(seed)层的无电淀积或真空淀积。当利用无电金属镀时，用于生产设置了种子金属的热塑性-金属叠层的处理工艺可以包括步骤提供热塑性-金属叠层基片，将包括从大约30wt％到大约50wt％的氢氧化钾和从大约10wt％到大约35wt％的s的水性溶液施加到该基片，以提供刻蚀的热塑性-金属叠层基片。在将锡(II)溶液施加到刻蚀的热塑性-金属叠层基片之后是钯(II)溶液，提供了设置了种子金属的热塑性-金属叠层。
一个面上的热塑性-金属叠层和支撑金属与另一上的设置了种子金属层之间的结合改进，增加了组合结构的集成度和耐久度。利用在承载基片上形成导电迹线所常用的加成工艺而不是减成工艺，该设置了种子金属的层进一步提供印刷电路形成的替换方案。
电路制造工艺除减少介质聚合物膜总的厚度之外，在此所公开的刻蚀剂还可以用来形成介质膜的各种特征。
膜中的凹陷或减薄的区域、无支撑的引线、通孔以及其他电路特征的形成典型地需要利用光交联的负作用、水性可处理光刻胶的掩模或金属掩模保护部分的聚合膜。在刻蚀处理期间，该光刻胶基本不表现出涨大或从介质膜脱离。
根据本发明适于与介质膜一起使用的负性光刻胶包括负作用的、水性可显影的光聚合物组合物，如美国专利Nos.3469982，3448098，3867153以及3526504中所公开的。这些光刻胶至少包括包含可交联的单体的聚合物基体，以及光引发剂。典型的用在光刻胶中的聚合物包括甲基异丁烯酸脂、丙烯酸乙酯和丙烯酸的共聚物、苯乙烯和顺丁烯二酐异丁基酯的聚合物等。可交联的单体可以是多丙烯酸脂，如三羟甲基丙烷三丙烯酸脂。
根据本发明采用的可商业获得的可用水基如碳酸钠显影的、负作用光刻胶包括聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶材料，如可从E.I.duPont deNemours and Co.获得的在商标指定RISTON下的那些材料，如，RISTON 4720。其他有用的例子包括可从LeaRonal，Inc.，Freeport，NY获得的AP850，以及可从Hitachi Chemical Co.Ltd.获得PHOTECHU350。在商品名AQUA MER下的干膜光刻胶组合物可从MacDermid，Waterbury，CT获得。有数个系列的AQUA MER光刻胶，包括以SF120、SF125以及CF2.0表示这些材料的“SF”和“CF”系列。
在柔性电路制造工艺中，可以以多个阶段来化学刻蚀聚合物-金属叠层的介质膜。在生产工序中早先引入刻蚀步骤，可以用来减薄大部分膜或者仅选择的膜的区域而使大部分的膜保留其初始厚度。可替换的，后来在柔性电路制造工艺中减薄所选择的膜的区域好处在于在改变膜厚度之前引入其他电路特征。不管在工艺过程中何时出现有选择的基片减薄，膜处理特性保持得与常规柔性电路生产相关的特性类似。
图2a至图2m示出生产本发明的精细间距悬置组件的方法。图2a说明金属基片210，其是典型的不锈钢薄片，其上层叠有介质材料层212以形成叠层辐板(web)结构。该介质可以通过利用粘合剂或者通过热塑性介质膜的熔融结合层叠到金属薄片。如果使用粘合剂，可以湿法刻蚀合适的粘合剂，如TPPI，可以从Kaneka，Tokyo，Japan于商品名PIXEO下获得。不锈钢薄片典型为12μm至50μm厚，而在其他实施例中18μm至25μm厚。介质层典型为大约25μm至大约75μm厚。粘合剂厚度典型为大约2μm至大约5μm。
然后，该叠层辐板结构经过刻蚀浴，其溶解介质膜层，以形成减薄的介质层212’，如图2b中所示。如上述教导的，该刻蚀浴包含适合施加到金属薄片的介质层的类型的刻蚀剂溶液。该处理过程能够在跨辐板(cross-web)和下辐板(down-web)方向上提供均匀的刻蚀深度。然后将该叠层辐板放置进溅射腔，在其中将薄的导电层施加到介质表面。该溅射层的厚度典型为大约10nm至大约200nm。用于这一处理工艺的典型材料包括，但不限于，Ni、Cr。以及Ni/Co/Cu金属合金，其可从Special Metals Corporation，New Hartford，NY在商品名MONEL下获得，或者适合用于溅射应用的具有高熔点的其他材料。然后将该辐板放置在镀浴中以构建总厚度大约1μm到大约5μm的导电层，使得其对于后续工艺中的处理更加可靠(并且使其在后面的电镀步骤中作为低电阻场金属)。典型的电镀材料包括铜和镍。图2c示出具有金属层214的叠层辐板。然后可以使用半加成工艺(semi-additive process)来使该叠层辐板电路化。可以首先清洗表面层，例如利用过硫酸钾(potassium peroxymonosulfate)，如可以从E.I.du Pont de Nemours，Wilmington，DE在商品名SUREETCH下获得。然后将光刻胶层218(其可以是干的或湿的)施加到金属基片210，并且将光刻胶层216施加到金属层214。之后通过将这些光刻胶层曝光于合适的辐照，并使其成像，形成电路图案，如图2d中所示。该光刻胶图案将后面的金属电镀限制于特定区域。典型的，电路图案金属特征的边缘由光刻胶作良好限定，从而使得窄的宽度、窄的间距、可重复的特征成为可能。为提供要在金属层214上生成的迹线图案和金属基片210中刻蚀的图案之间的精细对准，可以利用对准的光学工具(phototool)同时使光刻胶层216和218成像。如图2e所示的下一步骤是，在金属层214上的电路图案中镀上金属，以形成电路迹线220。在该处理工艺期间，金属基片210可以处于地电位或处于与镀浴中的金属电位稍微相反的极性，以防止导电迹线金属被镀到金属基片210上。(替换的，可以通过光刻胶来保护金属基片210)。如图2f中所示，然后将另一层光刻胶222施加在光刻胶层216和电路迹线220上。之后将该光刻胶泛曝光(floodexpose)来形成不可溶阻碍物保护电路迹线220。接着，如图2g中所示，通过光刻胶218的图案而露出的各部分金属层210被刻蚀，以减薄介质层212’。如果该金属层是不锈钢，合适的刻蚀剂可以包括氯化铁和氯化铜。然后，如图2h中所示，去除光刻胶层222以及光刻胶层216和218的残余部分。一旦去除了光刻，便刻蚀掉下面的表面金属层214和电路迹线薄层220，以留下导电电路迹线220，如图2i中所示。
下面的步骤涉及在减薄了的介质层212’中生成特征。最初，将光刻胶施加到现有结构的两侧。使光学工具与该叠层结构的每一面上的金属图案对准，并以与前述相同的方式通过使其曝光于适当的辐照下并显影来使两个光刻胶层成像。这得到形成图案的光刻胶层224和226，其分别对准于电路迹线220和被刻蚀了的金属基片210，如图2j中所示。接着通过暴露于例如等离子或化学刻蚀剂，使介质层212露出的部分成型或被去除，并去除光刻胶层224和226剩余的部分，以留下图2k中所示的挠曲结构。对于本领域技术人员而言，他们知道合适的方法。随后，可以在该结构的一侧或两侧上施加另一层或多层光刻胶，并使之成像和显影，以允许电路迹线220镀有适合于电结合或接触兼容性的导电材料228，例如金，如图21中所示。可选的，作为最终步骤，可以施加覆盖层230，并使之曝光显影，以形成电路迹线220上的保护层，如图2m中所示。
这一工艺的优点在于可以在该结构上任何位置形成金属基片210和金属层214中的特征。这使得能够产生电子迹线或结构(如钢)件的“飞行”(无介质支撑)的特征。可选的，可以将与最终产品功能要求相一致的介质材料施加到该挠曲结构。然后该挠曲可以层叠、粘合或焊接到悬置子组件的加载梁，以产生用于硬盘驱动器的完整的头万向节组件。
类似的工艺是包括刻蚀步骤的柔性电路的制造，该刻蚀步骤可以结合各种已知的预刻蚀和后刻蚀过程来使用。这些过程的工序可以根据特定应用的需要而改变。典型的加成工序的步骤可以如下所述利用标准的层叠技术将水性可处理的光刻胶层叠在包括具有薄的铜的面的介质膜的基片的两侧。典型的，该基片具有从大约25μm到大约75μm的聚合膜层，以及从大约1到大约5μm厚的铜层。
光刻胶的厚度从大约10μm到大约50μm。在将光刻胶的两侧成影像地曝光到紫外光等时，经掩模，通过交联使光刻胶曝光了的部分变得不可溶。然后通过利用稀释的水性溶液，如0.5-1.5％的碳酸钠溶液去除未曝光的聚合物，而使光刻胶显影，直到在该叠层的两侧上获得所期望的图案。然后将该叠层的铜的面进一步镀到期望的厚度。之后通过将该叠层放置在刻蚀剂溶液浴中，如先前所述的，在从大约50℃到大约120℃的温度，进行聚合物膜的化学刻蚀，以刻蚀掉聚合物未被交联的光刻胶所覆盖的部分。这使得最初的薄的铜层的特定区域露出。然后在从大约25℃到大约80℃的温度，优选从大约25℃到大约60℃，在2-5％的碱金属氢氧化物的溶液中从该叠层两侧剥离光刻胶。之后，利用不损害聚合物膜的刻蚀剂，如可从Electrochemicls，Inc.获得的PERMA ETCH，来刻蚀最初的薄的铜层露出的部分。
在替换的减成工艺过程中，利用标准的层叠技术，再次将水性可处理光刻胶层叠到具有聚合物膜的面和铜的面的基片的两面上。该基片由大约25μm到大约75μm的聚合膜层与从大约5μm到大约40μm的铜层构成。然后通过合适的掩模，在两个面上使光刻胶曝光于紫外光等，使光刻胶被曝光的部分交联。然后利用稀释的水性溶液显影图像，直到在该叠层的两个面上获得期望的图案。之后，刻蚀铜层以获得电路，并从而使聚合层的多个部分变为露出。然后在铜的面上的第一光刻胶上层叠另外的水性光刻胶层，并通过将其泛曝光于辐照源使其交联，以保护露出的聚合膜表面(在铜的面上)免于被进一步刻蚀。然后，在从大约70℃到大约120℃的温度，利用含碱金属盐和增溶剂的刻蚀剂溶液刻蚀未被交联的光刻胶覆盖的聚合膜的区域(在膜的面上)，然后如前所述的，利用稀释的碱溶液从两个面上剥离光刻胶。
能够利用受控的化学刻蚀，在如引入通过电路膜的导电路径所需的完全去除介质聚合物材料的通孔和相关空腔(void)的刻蚀之前或之后，将具有受控的厚度的区域引入到柔性电路的介质膜中。在印刷电路中引入标准的空腔的步骤典型地出现在电路制造工艺的大约半程。通过包括一个刻蚀通过基片的所有路径的刻蚀步骤和刻蚀具有受控深度的凹陷区域的第二刻蚀步骤，便于在近乎相同的时间范围中完成膜刻蚀。这可以通过通过曝光于紫外辐照而交联到选定图案的光刻胶的适当使用来实现。在显影时，光刻胶的除去暴露出将要被刻蚀以引入凹陷区域的介质膜的部分区域。
可替换的，作为在完成柔性电路的其他特征之后的额外步骤，可以将凹陷区域引入到聚合物膜中。该额外步骤要求将光刻胶层叠到柔性电路的两个面上，之后曝光以使光刻胶根据选定的图案交联。利用先前所述的碱金属碳酸盐的稀释溶液的该光刻胶的显影，露出了将被刻蚀到受控深度的介质膜的区域，以产生凹陷和相关的膜的减薄的区域。在允许足够的时间来将期望深度的凹陷刻蚀到柔性电路的介质基片中后，如前所述将保护性的交联的光刻胶剥离，并将得到的包括有选择地减薄的区域的电路漂洗干净。
可以利用单独的步骤或以自动化的方式利用设计来通过从进给辊筒到收卷辊筒的处理工序传送辐板材料(其收集在聚合物膜中包括有选择地减薄的区域和具有受控深度的凹陷的大规模生产的电路)的设备成批处理地进行上述工艺步骤。自动化的处理过程利用了辐板操作设备，其具有各种处理台，用于施加、曝光和显影光刻胶覆盖层，以及刻蚀和电镀金属件和刻蚀初始金属到聚合物叠层的聚合物膜。刻蚀台包括多个具有喷嘴的喷射杆，其将刻蚀剂喷射在移动的辐板上，以刻蚀辐板的那些不受交联的光刻胶保护的部分。
为生产成品，如柔性电路、用于“TAB”(带自动结合)工艺的互连结合带、微挠曲电路等，如可靠的设备互连所需的，可以利用常规工艺来增加多层，和将铜的区域镀以金、锡或镍，以用于随后的焊接过程等。
示例示例1-4材料介质膜基片A.BIAC膜-25μm厚液晶聚合物(LCP)膜，由Japan Gor-Tex Inc.，Okayama-Ken，Japan生产。
B.APICAL HPNF膜(50微米膜)，由Kaneka Corporation，Otsu，Japan生产。
刻蚀剂成分AA.33wt％氢氧化钾+19wt％乙醇胺+48wt％去离子水。
BB.45wt％氢氧化钾+55wt％去离子水。
CC.35wt％氢氧化钾+15wt％乙醇胺+50wt％去离子水。
光刻胶对于用于受控刻蚀的选择的区域位置使用干膜光刻胶。该光刻胶材料可以从Waterbury，CT的MacDermid Inc.在产品号SF310、SF315或SF320下获得。
表1提供了证据表明，可以利用生产柔性电路所用的常规自动化设备来操作包括从对亚苯基(偏苯三酸单酯酐)单体衍生的聚合物的25μm液晶聚合物膜和50μm聚酰亚胺膜。在柔性电路生产工艺过程期间，自动地喷射表中所示的刻蚀剂，以用于通过有选择地去除光刻胶而露出的膜的区域的受控减薄。这样产生具有减少到初始膜厚的25％至50％的膜厚的凹陷区域。
表1聚酰亚胺和液晶聚合物

本发明的部分减薄方法能够是非常精确的。举例来说，示例4是，不锈钢和50mmAPICAL HPNF膜的叠层被利用45wt.％的KOH刻蚀剂刻蚀来减少其总的厚度。该膜经过大约1.5分钟的驻留时间。得到的材料具有到21.63μm的平均厚度减少，其具有0.85μm的标准差。原始APICAL HPNF膜的粗糙度的标准差为0.65μm，表明跨辐板和辐板向下刻蚀是均匀的，且对完成的叠层辐板的表面粗糙度的影响很小。
示例5-9以及对照例C1对于这一系列的示例，使用不同的刻蚀剂溶液来刻蚀不同类型的聚碳酸酯膜。利用标准的层叠技术，将水性可处理光刻胶层叠在具有聚合膜的面的基片的两个面上。在通过掩模将两个面的光刻胶形成影像地曝光于紫外光等时，由于交联，光刻胶的被曝光了的部分变得不可溶。然后通过利用稀释的水性溶液，如0.5-1.5％的碳酸钠溶液，使光刻胶显影，直到在该叠层的两个面上获得期望的图案。
对于示例5和7-9，以及C1，膜经过了两面的刻蚀。换句话说，没有覆盖层或光刻胶施加到膜的任何一个面。所以两个面都暴露于刻蚀剂。为确定刻蚀速度，切取一小块膜样品(大约1cm×大约1cm)，并将其浸入刻蚀剂溶液中。这使得该样品膜在两个面都被刻蚀。然后通过将减少的厚度分成两半除以刻蚀时间来确定刻蚀速度(对于两个单面)。
对于示例6，膜经受单面的刻蚀。将干膜水性可处理光刻胶层叠在聚碳酸酯膜材料的两个面上。一面的光刻胶被泛曝光，而另一面则在形成图案的掩模下曝光。由于交联，光刻胶曝光了的部分变得不可溶。然后通过利用稀释的水性的0.5-1.5％碳酸钠溶液去除未曝光的聚合物，来使光刻胶显影，得到在一面上具有光刻胶固层而另一面上具有形成图案的光刻胶层。刻蚀单面样品的速度如下面的表3中所示。对于单面刻蚀，例如，当以光刻胶覆盖一个面时，刻蚀速度将是双面刻蚀的一半。对于带有光刻胶的聚碳酸酯膜，首先使一个面的光刻胶(2密耳厚)泛曝光，而使另一面在掩模下曝光，然后显影。除非有明确的相反的说明，所有的刻蚀试验都是利用在85℃的水浴在烧杯中进行，无搅拌。对聚碳酸酯膜的刻蚀结果在表3中概要说明。刻蚀剂成分在表3中被表示为KOH对增溶剂(乙醇胺)的比，除非另有说明，该合成物的均衡剂是水。例如，示例5在刻蚀剂栏示出‘45/20’，其表示刻蚀剂的成分，45wt.％的KOH、20wt.％的乙醇胺，其余的是水。“A”到“I”的指定对应于如下面的表2中“A”到“I”的指定的聚碳酸酯膜。
表2聚碳酸酯膜

表3聚碳酸酯(PC)刻蚀结果概览

*刻蚀温度为大约92℃。
滴定结果表明，实际浓度为41.8wt％的KOH和20.9wt％乙醇胺。
本领域技术人员将理解，根据本公开，可以对在此公开的实施例进行各种变化而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种产品，包括硬盘驱动器的挠曲组件，包括金属基片和附着到所述金属基片的介质膜，所述介质膜包括从聚酰亚胺、液晶聚合物以及聚碳酸酯构成的组中选择的聚合物，其中所述介质膜已经被从初始的大约25μm或更大的厚度刻蚀到小于大约20μm的厚度。
2.如权利要求1的所述产品，其中该介质膜是在聚合物主链中具有羧酸酯结构单元的聚酰亚胺。
3.如权利要求1的所述产品，其中该介质膜通过粘合剂层附着到该金属基片。
4.如权利要求1的所述产品，其中该介质膜是不使用粘合剂层附着到该金属基片的液晶聚合物。
5.如权利要求1的所述产品，其中该介质膜已被刻蚀到小于大约10μm的厚度。
6.如权利要求1的所述产品，进一步包括该介质层上的形成图案的导电层。
7.如权利要求1的所述产品，包括至少一个无支撑的悬臂的引线。
8.一种方法，包括提供金属基片；将介质膜附着到所述金属基片，所述介质膜包括从聚酰亚胺、液晶聚合物以及聚碳酸酯构成的组中选择的聚合物，所述膜具有大约25μm或更大的厚度；将所述介质膜刻蚀到小于大约20μm的厚度。
9.如权利要求8的所述方法，其中该介质膜是在聚合物主链中具有羧酸酯结构单元的聚酰亚胺。
10.如权利要求8的所述方法，其中该介质膜通过粘合剂层附着到该金属基片。
11.如权利要求8的所述方法，其中该介质膜是不使用粘合剂层附着到该金属基片的液晶聚合物。
12.如权利要求10的所述方法，其中该介质膜已被刻蚀到小于大约10μm的厚度。
13.如权利要求8的所述方法，其中利用水性溶液刻蚀该介质膜，该水性溶液包括溶解在所述溶液中的大约30wt.％到大约55wt.％的碱金属盐；以及大约10wt.％到大约35wt.％的增溶剂。
14.如权利要求8的所述工艺，其中所述碱金属盐选自氢氧化钠和氢氧化钾构成的组。
15.如权利要求8的所述工艺，其中所述增溶剂是胺。
16.如权利要求8的所述工艺，其中所述增溶剂是乙醇胺。
17.如权利要求8的所述方法，其中该刻蚀是在大约50℃到大约120℃的温度下进行的。
全文摘要
本发明公开一种用在硬盘驱动器中的刻蚀了的介质膜。该介质膜在其被附着到支撑的金属基片时具有大约25μm或更高的厚度，并后来被刻蚀到大约20μm或更低的厚度。
文档编号H05K3/38GK1922661SQ200580005694
公开日2007年2月28日 申请日期2005年1月13日 优先权日2004年2月23日
发明者罗伯特·S·多兹沃思, 毛国平, 维基·L·里士满, 杨瑞 申请人:3M创新有限公司