环境温度的球焊接头的制作方法

环境温度的球焊接头的制作方法
【专利摘要】本申请公开了环境温度的球焊接头。本公开的技术描述了使用超声波焊接能量但未对下层焊垫进行加热的条件下，使用直径小于0.001英寸的金引线来获得球焊接头的系统和方法。所述的球焊接头允许使用特别小的焊垫，该焊垫与相邻的微电子器件结构特别接近，而这限制了具有浅的离源角的其他焊接技术的使用。
【专利说明】环境温度的球焊接头
【背景技术】
[0001]在半导体和/或储存装置的制造过程中，在焊垫中，例如位于集成电路(IC)装置和/或印制电路板(PCB)上的那些，引线接合法为制造电气互联的方法。此外，引线结合法可以用于连接IC与其他电子器件，或者由一个PCB连接另一个PCB。引线结合法通常被认为是成本有效的且挠性的互联技术，其用于组装种类广泛的半导体包装。有两种主要类型的引线结合法，楔行焊接和球焊。通常使用热、压缩力和超声波能量的组合来完成楔行焊接和球焊，从而将引线与一个或多个焊垫焊接。
[0002]楔行焊接通常在室温下实施，但是具有多种限制。首先，离源角和方向基本上是有限的。第二，楔行焊接创建了相对大的焊脚尺寸。第三，额外的楔行焊接可能不会堆叠在焊垫上之前的焊接点上。结果，楔行焊接在具有极小焊垫，或者在挤出物位于楔行焊接引线的离源方向之前时是不加利用的选择。此外，由于焊接点由于氧化(例如，在使用铝合金引线时)而不可以被再利用，其在焊垫尺寸小且必须再接电线是可能成为问题。
[0003]与楔行焊接不同，球焊通常加热焊垫，从而创建焊接。但是，由于热潜在地损害了与焊垫相邻的敏感IC装置或者IC的其他部件(例如，粘合剂)，所以加热焊垫不是加以利用的选择。球焊具有优于楔行焊接的多个益处，例如，在未在焊接上引入不可接受的应力的条件下，在与焊垫的离源方向和角度中具有更大的挠性，从而大幅降低了焊接的尺寸以及叠球的堆叠能力。
[0004]发明概述
[0005]提供一种方法，其包括在大约环境温度下，使用高于60kHz且低于200kHz的超声波焊接频率，将直径为低于大约0.001英寸的金合金引线球焊到金合金接触垫上。
[0006]此外，本文还描述并列举了气体实施方式。
[0007]附图简述
[0008]图1示出了示例性的圆盘驱动组件，其包含滑动器焊垫上的球焊接头的残余部分，其位于驱动臂的远端并定位在储存介质圆盘上。
[0009]图2示出了示例性搭接载体组件的侧视图，其中所述的组件包含球焊到印制电路板上的滑动器的长形条(row bar)。
[0010]图3示出了示例性搭接载体组件的顶视图，其中所述的组件包含具有一对焊垫的滑动器长形条，其被球焊到印制电路板上相应对数的焊垫上。
[0011]图4示出了示例性搭接载体组件的侧视图，其中所述的组件包含球焊在印制电路板上的滑动器长形条，其中所述的滑动器长形条具有滑动器长形条的研磨的空气轴承表面，该表面与嵌入在滑动器长形条中的平面传感器共面。
[0012]图5示出了其上附着有球焊接头残余部分的示例性滑动器长形条的侧视图。
[0013]图6示出了示例性搭接载体组件的立体图，其中所述的组件包含在被球焊到印制电路板上的长形条中的示例性滑动器。
[0014]图7示出了使用球焊的示例性操作，从而在未加热滑动器长形条上的接触垫的条件下在滑动器长形条上的接触垫与PCB上的接触垫之间形成引线互联。[0015]发明详述
[0016]图1示出了示例性圆盘驱动组件100，其包含滑动器120 (例如AlTiC滑动器)焊垫118上的球焊接头的残余部分116，其位于驱动臂110的远端并定位在储存介质圆盘108上。具体参见图A (χ-y平面)，圆盘108包含外径102和内径104，它们之间为大量的通过圆形虚线示出的基本圆形的数据集(例如数据集106)。在一些实施方式中，具有比图1所示更多的数据集。圆盘108围绕旋转圆盘轴112以高速旋转，由此信息被写入或者由圆盘108上的数据集读取。圆盘旋转速度可以是固定的或可变的。
[0017]通过使用滑动器120上的读/写元件可以由圆盘108读取信息或者将信息写入圆盘108上，其中滑动器120定位于驱动臂110的远端。在搜寻操作中，驱动臂110围绕旋转驱动轴114旋转，从而使所需的数据集或扇区定位在圆盘108上。在介质圆盘108上的具体定位可以通过任何可利用的寻址方案来定义(例如，柱面磁头扇区(CHS)寻址方案和逻辑块寻址(LBA)方案)。驱动臂110延伸至圆盘108，并且滑动器120位于驱动臂110的远端。滑动器120在圆盘108上方以非常接近的方式飞行，同时读取或者将数据写入圆盘108上。在其他的实施方式中，圆盘驱动组件100中具有多于一个的滑动器120、驱动臂110和/或圆盘108。
[0018]柔性电缆122提供了由印制电路板(PCB，未示出)与电子部件(其附着在滑动器120(例如读取元件和写入元件))的必要的电联通路，同时在操作过程中允许驱动臂110的重要移动。柔性电缆122可以沿着驱动臂110由PBC到滑动器120设定路线。PCB可以包含用于用于在写入操作中控制写入电流(其被施加到写入元件上)以及在读取操作中扩增由读取元件产生的读取信号的电路(例如，预扩增器(前置放大器))。
[0019]滑动器120的后缘的侧视图详细地示于图1的x-z平面的图B中。滑动器120包含焊垫118 (例如，其上附着有球焊接头残余部分116的电子研磨向导(ELG)焊垫)。球焊接头残余部分116为由之前球焊到焊垫118上的引线得到的残余部分。在一些实施方案中，除去球焊接头的残余部分116 (例如通过机械方式将其由焊垫118上刮掉)。此外，滑动器120可以包含额外的焊垫、焊垫118后面的球焊接头残余部分(未示出)以及负y方向的球焊接头的残余部分116。
[0020]滑动器120可以进一步包含突出于滑动器120的微电子部件126 (例如热辅助磁记录(HAMR)装置中的激光器)。在一个实施方式中，之前焊接在焊垫118上的引线有意地围绕微电子部件126设定路线，从而避免与突出的微电子部件126接触，如图2和4中详细示出的那样。此外，滑动器120可以包含在负y方向中在微电子部件126后面的其他微电子部件(未不出)。
[0021]滑动器120进一步包含嵌入其中的平面传感器140 (也称为“电子研磨向导”或“ELG”)。在滑动器120内，平面传感器140在至少两个焊垫处一起电连接。平面传感器140的y_z平面中的横截面积在至少两个焊垫之间定义了平面传感器140的电阻值。在形成空气轴承表面(ABS) 130之前，将滑动器120平面化(例如使用研磨和/或化学-机械剖光(CMP))，平面传感器140的y-z横截面积缩小，并且其电阻值增加。可以测量平面传感器140的电阻值，并用于测定ABS130上材料移除的量。结果，可以使用在研磨载体中的平面传感器140和嵌入式驱动器的测量电阻值来精确地控制ABS130的平面化(未示出)。
[0022]在圆盘108运转时，在滑动器120的ABS130和圆盘108的顶表面之间创建由空气动力产生的空气轴承。滑动器120的ABS130面对圆盘108的表面，并且与圆盘108表面大致平行(即，在x-y平面内，二者是近似的)。结果，滑动器120的任何部分均未大量地突出于ABS130而接近圆盘108的表面。参见下图2-5，详细地描述了用于创建这种基本光滑表面的示例性方法。
[0023]滑动器120的表观以及组件100的其他特征仅是示例性的目的，并且未按比例描绘。此外，除了图1所描绘的圆盘驱动组件100，目前公开的球焊接头技术还可以用于储存驱动组件。此外，目前公开的技术可以用于将引线球焊到除了滑动器(在电子储存装置以外的装置中使用)以外的微电子装置上。
[0024]图2示出了示例性研磨载体组件200的侧视图，其中所述的组件包含球焊在印制电路板234上的滑动器长形条232。组件200用于获得精确平板的且高度光滑的表面，该表面图案化从而形成空气轴承表面(ABS)(未示出，参见图1、4和5)。长形条232包含例如包含在储存装置组件(例如，图1的圆盘驱动组件100)中的一排滑动器(例如，图1的滑动器124)。在其他实施方案中，长形条232包含除了滑动器以外的一排微电子装置。
[0025]使用粘合剂238 (例如晶片夹或粘合剂)可以以可释放的方式使长形条与研磨载体236的结合。长形条232包含由长形条232上突出来的微电子部件226。在一个实施方式中，微电子部件226为热辅助磁记录(HAMR)装置中的激光器。长形条232进一步包含焊垫218，其提供了嵌入在长形条232中的平面传感器240的电连接。参见图3和4将更详细地讨论平面传感器240。在多个实施方式中，焊垫218可以由或者涂敷有金或金属合金。在一个实施方式中，焊垫218是很小的(例如，127 μ m χ85 μ m或者50 μ m χ50 μ m方形)并且具有厚度小于I微米(例如0.25微米厚)的金涂敷层。
[0026]PCB234包含PCB焊垫242，其提供了与PCB234的电连接，所述的焊垫242依次可以与研磨控制单元连接，所述的控制单元实时监控并调节长形条232上的研磨操作。PCB234通过电伴热244 (或引线)与长条形232连接，其中所述的电伴热244与焊垫218、242连接。在多个实施方式中，电伴热244可以由金或铜合金制成。PCB234可以安装在任何位置处，并相对于方便的长条形232进行取向。在一个示例性实施方式中，PCB焊垫242的平面焊接表面相对于焊垫218的平面焊接表面(例如，y-z平面)以一定角度(例如,大约5° )安装，并通过例如一条双面胶带或机械锁安装在组件200的顶表面上(未示出)。
[0027]在这种实施方式中，电伴热244的一个末端球焊到焊垫218上(通过球焊接头216所示)。鉴于多种原因，使用球焊接头替代楔行焊接。第一，楔行焊接的离源角限于与焊垫表面成相对浅的角(例如，小于45° )，并且通常在x-z平面的方向(基于楔行焊接的脚的取向)。由于焊垫218与突出于长形条232的微电子部件226临近，以及由长形条232突出的微电子部件226在负X-方向的相对高度，在PCB234的一般方向中，这种浅的离源角在与微电子部件226相碰是不可能的。此外，楔行焊接的脚可能太大，以至于不能容纳小尺寸的焊垫218，和/或楔行焊接可以使得焊垫218在对焊垫218的表面未进行额外加工的条件下不能用于后期的电连接。
[0028]此外，球焊接头通常需要对焊垫218加热，从而创建与电伴热244足够强的结合。在许多实施方式中，焊垫218的温度超过125°C，从而形成足够强的结合。这种相对高的温度可以导致粘合剂238熔融或变软，这可以使长形条232变松或者与载体236分离，特别是如果以及在通常X-方向对长形条232施加任何剪切力的时候，更是如此。此外，使研磨载体组件200进行热循环可以改变粘合剂的机械性质，并对组件200引起额外的应力和应变，这可以使组件200变形并不利地影响研磨性能。
[0029]为了在使组件200未进行热循环的条件下进行球焊，球焊工具(未示出)可以使用超声波能量(例如，120kHz)和压缩力(例如，0.2N，使用直径为0.8mil的金引线)，从而在未加热焊垫218的条件下使电伴热244与焊垫218结合。使用高的超声波频率(例如，120kHz,超过60kHz)并适当地擦洗焊垫218以清洁焊垫218会在电伴热244与焊垫218结合的过程中增强能量转移效率和原子间的移动。结果，电伴热244可以在未向焊垫218直接施加任何热的条件下与焊垫218结合。简言之，电伴热244可以与相对冷的焊垫218结合(例如，在环境温度或室温)。更具体而言，环境温度在本文中是指大约15_25°C的温度。在其他实施方式中，本文所述的球焊方法可以使用焊垫218在18-30°C或者在15-50°C的温度下成功地实施。在示例性的实施方式中，所施加的以形成电伴热244的超声波频率为大约120kHz，并且电伴热244主要为直径大约0.7mil的金。在其他实施方式中，施加给电伴热244的超声波频率为高于60kHz至低于200kHz。
[0030]电伴热244的相对末端与焊垫242形成针脚式结合。在其他实施方式中，电伴热244被球焊在焊垫242上，并与焊垫218形成针脚式结合。
[0031]在一个实施方式中，电伴热244的直径为金合金引线直径的不到大约0.001英寸。电伴热244的直径可以小于大约千分之一英寸，以便产生尺寸(例如，横截面积)显著小于接触垫218表面积的球焊接头。例如，0.0007英寸的电伴热在60 μ mx60 μ m的接触垫上可以产生直径为大约33 μ m的球焊接头。当电伴热244的直径变小时，在未施加热能量的条件下将电伴热244球焊在接触垫上很快变得更困难。
[0032]首先，由于在电伴热244末端在结合工具的固定超声波能量(例如，120kHz)与球相关的共振频率快速增加之间的不一致性增加，随着电伴热244直径的减小，球焊中，超声
波能量的转移会变得低效。共振频率的增加与成比例，其中m表示在电伴热244末端处
球的质量。由于质量接近零，所以共振频率接近无限。第二，由于电伴热244直径减小，电伴热244更易断裂，这使得电伴热244的操作难度增加并易于断裂。即使使用直径为0.5mil的金引线，电伴热244变得特别脆，因此特别难以使用此类直径小的引线来实施一致性的球焊。结果，球焊直径小于大约Imil (例如，0.7mil)的电伴热244在能量转移中效率是非常低的，因此，球焊直径在Imil至2mil、或更大的电伴热是更大的挑战。
[0033]此外，如上文所讨论，在可接受的限度内，用于球焊电伴热244的超声波能量应该与电伴热244球的共振频率相匹配，从而使能量最大地转移至球和垫218。由于共振频率升高，对电伴热244施加超声波能量变得更难。在一个示例性的实施方式中，电伴热244的共振频率被限制，使得200kHz的超声波焊接频率有效地工作，从而在焊垫218处未直接加入热能的条件下创建球焊接头。在其他的实施方式中，120kHz超声波焊接频率有效地工作，从而在未加热电伴热的条件下球焊直径为0.7mil的电伴热。本文考虑了其他的超声波焊接频率。
[0034]图3示出了示例性研磨载体组件300的顶视图，其中所述的组件包含长形条332中的滑动器324，其具有球焊于印制电路板334上的相应对数的焊垫342、343上的一对焊垫318、319。长形条332包含一排滑动器(例如，滑动器324)，每个滑动器都可以被包含在储存装置组件(例如，图1的圆盘驱动组件100)或其他电子装置。在其他实施方式中，除了滑动器以外，长形条332包含一排微电子装置。
[0035]在ABS制图后，可以通过使用切割线(例如，切割线348)通过切割长形条332来分离单个的滑动器。所描绘的长形条332包含6个分离的滑动器，但是其他实施方式可以包含更多或更少数量的分离的滑动器。在一个示例性的实施方式中，长形条在长形条的各个末端包含62个分离的功能滑动器以及2个非功能(或“仿制”)滑动器。尽管参见图3特意地讨论了滑动器324，但是可以以相似的方式使用任何一种或多种其他的描绘的滑动器。
[0036]使用粘合剂338使长形条332以可释放的方式与载体336结合。滑动器324包含突出于长形条332 (在负X-方向)的微电子部件326。在一个实施方式中，微电子部件326为用于热辅助磁记录(HAMR)装置的激光器。滑动器324进一步包含焊垫(例如，焊垫318、319)，每个焊垫可以为嵌入在滑动器324中的平面传感器(未示出)提供电连接。在此，滑动器324描绘为具有用于实时原位监控和控制研磨工艺的两个焊垫，但是其他实施方式可以具有更多或更少的具有不同功能性的焊垫。
[0037]PCB334包含PCB焊垫(例如，PCB焊垫342、343)，每个焊垫为PCB334提供电连接(例如，为PCB334上的研磨控制单元(未示出)提供，或者被电连接在PCB334上)。在此，PCB334描绘为12个PCB焊垫，但是其他实施方式可以具有更多或更少的PCB焊垫。PCB334通过电伴热或引线与滑动器324连接。例如，焊垫318通过电伴热344与PCB焊垫342连接，并且焊垫319通过电伴热345与PCB焊垫343连接。在此，描绘两个电伴热，但是其他实施方式可以具有更多或更少的电伴热。PCB334可以安装在任何位置，并相对于方便的长形条332进行取向。
[0038]滑动器324进一步包含嵌入其中的平面传感器340 (以虚线示出)。平面传感器340与滑动器324上的焊垫318、319电连接。平面传感器340的横截面积相对于平面传感器340的电阻值成比例。当滑动器324平面化时(例如，使用研磨和/或化学-机械剖光(CMP))，平面传感器340的横截面积随着其电阻值的增加而降低。平面传感器340的电阻值与滑动器324的研磨表面上材料移除的量相关。结果，使用平面传感器340的测量的电阻值精确地使滑动器324表面平面化。
[0039]在这种实施方式中，电伴热344、345分别被球焊在焊垫318、319上(例如，参见球焊接头316)。鉴于多种原因，使用球焊接头替代楔行焊接。第一，楔行焊接的离源角限于与焊垫表面成相对浅的角(例如，小于45° )，并且通常在x-z平面的方向(基于楔行焊接的脚的取向)。由于焊垫318、319与突出于长形条332的微电子部件326紧密相邻，以及由长形条332突出的微电子部件326在负X-方向的相对高度，在PCB234的一般方向中，这种浅的离源角不与微电子部件326相碰是不可能的。此外，楔行焊接的脚可能太大，以至于不能容纳小尺寸的焊垫318，和/或楔行焊接可以使得焊垫318在对焊垫318的表面未进行额外加工的条件下不能用于后期的电连接。
[0040]然而，球焊接头通常需要对焊垫318加热，从而创建与电伴热344足够强的结合。在许多实施方式中，焊垫318的温度超过125°C，从而形成足够强的结合。这种高温可以导致粘合剂338熔融或变软，这可以使长形条332变松或者与载体336分离，特别是如果以及在通常X-方向对焊垫318或长形条332的其他部件施加任何剪切力的时候，更是如此。此夕卜，使组件300进行热循环可以改变粘合剂的机械性质，并对组件300引起额外的应力和应变，这可以是组件300变形并不利地影响研磨性能和/或长形条332的输出规格。
[0041]为了在使组件300未进行热循环的条件下进行球焊，在适当地擦洗焊垫表面的条件下，球焊工具(未示出)可以使用相对高频的超声波能量和压缩力，从而使电伴热344、345分别与焊垫318、319结合。相对高频的超声波信号会减小超声波频率与球焊共振频率之间的能量隙，由此在将电伴热344、345分别焊接于垫318、319上的过程中增强超声波能量转移的效率。由此，在未向焊垫318、319直接施加任何热能的条件下，以及在未向焊垫318、319直接施加热能的条件下使焊垫318、319通常保持在室温的同时，电伴热344、345可以与垫318,319结合。
[0042]电伴热344、345的相对末端在焊垫342、343处于PCB334形成针脚式结合。在其他实施方式中，电伴热344、345被球焊在焊垫342、343上，并与焊垫318、319形成针脚式结
八
口 ο
[0043]图4示出了示例性研磨载体组件400的侧视图，其中所述的组件包含球焊在印制电路板434上的滑动器长形条432，其中所述的滑动器长形条具有滑动器长形条432的研磨的空气轴承表面430，该表面与嵌入在滑动器长形条432中的平面传感器440共面。平面化组件400用于精确地研磨滑动器长形条432，从而获得长形条432的精确平面化且高度光滑的空气轴承表面430。长形条432包含例如包含在储存装置组件(例如，图1的圆盘驱动组件100)中的一排滑动器(例如，图1的滑动器124)。在其他实施方案中，长形条432包含除了滑动器以外的一排微电子装置。
[0044]使用粘合剂438使长形条432以可释放的方式与载体436结合。长形条432包含突出于长形条432的微电子部件(例如，微电子部件426)。在一个实施方式中，微电子部件426为热辅助磁记录(HAMR)装置中的激光器。长形条432进一步包含焊垫(例如，焊垫418)，每个焊垫为长形条432提供电连接(例如，特异为平面传感器440提供电连接)。
[0045]长形条434进一步包含嵌入其中的平面传感器(例如，平面传感器440)(以虚线示出)。平面传感器均与一对焊垫形成电连接。例如，平面传感器440与焊垫418以及在y方向上与焊垫418 (未示出)相邻的第二焊垫形成电连接。平面传感器440的横截面积(例如，在x-z平面内)定义了平面传感器440的电阻值。
[0046]当滑动器324平面化时(例如,使用研磨和/或化学-机械剖光(CMP)),平面传感器340的横截面积随着其电阻值的增加而降低。平面传感器340的电阻值与滑动器324的研磨表面上材料移除的量相关。结果，使用平面传感器340的测量的电阻值精确地使滑动器324表面平面化。当空气轴承表面430 (ABS)被平面化(例如，使用机械和/或化学-机械剖光(CMP))时,与图4的平面传感器440相比,平面传感器440的x_z平面面积减小,而其电阻值增加(参见图2的平面传感器240)。平面传感器440的电阻值为指示在空气轴承表面430上平面化的量的可测量。结果，可以使用平面传感器440以及研磨载体436中的嵌入式驱动器的测量电阻值来精确地使空气轴承表面430平面化。
[0047]PCB434包含PCB焊垫(例如，PCB焊垫442 )，其提供了与PCB434的电连接(例如，与研磨空气单元，未示出)。PCB434通过与焊垫连接的电伴热或引线(例如电伴热444)与长形条432连接。例如，电伴热444连接焊垫418、442。PCB434可以被安装在任何位置处，并相对于方便的长形条432进行取向。在这种实施方式中，电伴热444被球焊在焊垫418上(如球焊接头416所描绘)，并与焊垫442形成针脚式结合(如针脚式结合446所描绘)。在其他实施方式中，电伴热444被球焊在焊垫442上，并与焊垫418形成针脚式结合。
[0048]图5示出了其上附着有球焊接头残余部分516的示例性滑动器524的侧视图。滑动器524包含在负X-方向上突出于滑动器524的微电子部件526。在一个实施方式中,微电子部件526为用于滑动器内激光(LIS)热辅助磁记录(HAMR)技术的激光器。滑动器524进一步包含焊垫518，以及嵌入在滑动器524内的平面传感器540，其中所述的焊垫518提供了与滑动器524的电连接。
[0049]在滑动器长形条(未示出，分别为图2、3和4的长形条232、332和432)的空气轴承表面530被充分研磨后，将相应的电伴热(未示出，分别参见图2、3和4的244、344或444)由滑动器长形条移至PCB处。此外，在ABS制图操作后，滑动器长形条被切割成单个的滑动器(例如，滑动器524)，并在储存装置组件(例如，图1的圆盘驱动组件100)中用作(例如)
滑动器。
[0050]图6示出了示例性研磨载体组件600的立体图,其中所述的组件包含球焊在印制电路板634上的示例性滑动器长形条632。长形条632包含一排滑动器(例如，滑动器634)，每个滑动器均可以被包含在储存装置组件(例如，图1的圆盘驱动组件100)或其他电子装置。在其他实施方式中，除了滑动器以外，长形条包含一排微电子装置。在ABS经完全制图后，可以通过使用切割线(例如，切割线648)切碎长形条632来分离单个的滑动器。在此，可以使用切割线将长形条632分成4个分离的滑动器，但是其他实施方式可以具有更多或更少的分离的滑动器。尽管参见图6具体地讨论了滑动器624，但是可以以相似的方式使用任何一种或多种其他的描绘的滑动器。
[0051]使用粘合剂638使长形条632以可释放的方式与载体636结合。滑动器624包含突出于长形条632 (在负X-方向)的微电子部件626。在一个实施方式中，微电子部件626为用于滑动器内激光(LIS)热辅助磁记录(HAMR)装置的激光器。滑动器624进一步包含焊垫(例如，焊垫618)。在此，滑动器624描绘为具有6个焊垫，其中的4个焊垫提供了与滑动器624内的平面传感器640、641的电连接。其他实施方式可以具有更多或更少的焊垫，其中任意数量的焊垫均可以与滑动器624形成电连接。
[0052]具有用于实时原位监控和控制研磨工艺的两个焊垫，但是其他实施方式可以具有更多或更少的具有不同功能性的焊垫。平面传感器640、641 (例如，读取器平面传感器640和记录仪平面传感器641)均嵌入在滑动器624中。每个平面传感器640、641均与至少两个焊垫形成电连接，并且可以用于监控长形条632上的平面化操作(如上文详细描述的那样)。
[0053]PCB634包含PCB焊垫(例如，PCB焊垫642)，每个PCB焊垫均提供了与PCB634的电连接(例如，与研磨空气单元，未示出)。在此，PCB634描绘为具有4个PCB焊垫，但是其他实施方式可以使用更多或更少的PCB焊垫。PCB634通过与焊垫618、642连接的电伴热或引线(例如电伴热644)与滑动器624连接。在此，描绘了 4个电伴热，但是其他实施方式可以使用更多或更少的电伴热。PCB634可以被安装在任何位置处，并相对于方便的长形条632进行取向。
[0054]在这种实施方式中，电伴热被球焊在滑动器624上的焊垫上(如球焊接头616所描绘)。鉴于多种原因，使用球焊接头替代楔行焊接。第一，楔行焊接的离源角限于与焊垫表面成相对浅的角(例如，小于45° )，并且通常在x-z平面的方向(基于楔行焊接的脚的取向)。此外，楔行焊接的脚可能太大，以至于不能容纳小尺寸的滑动器624焊垫，和/或楔行焊接可以使得滑动器焊垫在对焊垫表面未进行额外加工的条件下不能用于后期的电连接。
[0055]球焊接头通常需要对焊垫加热，从而创建与电伴热足够强的结合。在许多实施方式中，滑动器624的温度超过125°C，从而形成足够强的结合。这种高温可以导致粘合剂638熔融或变软，这可以使长形条632具有变松或者与载体636分离的风险，特别是如果以及在通常X-方向对焊垫618或长形条632的其他部件施加任何剪切力的时候，更是如此。此外，使组件600进行热循环可以改变粘合剂的机械性质，并对组件600引起额外的应力和应变，这可以使组件600变形并不利地影响研磨性能。
[0056]为了在使组件600未进行热循环的条件下进行球焊，球焊工具(未示出)可以使用相对高频的超声波能量和压缩力，适当地擦洗焊垫表面以清洁焊垫表面，从而使电伴热与滑动器624上的焊垫结合。相对高频率的超声波信号会在电伴热与滑动器624上的焊垫结合的过程中增强超声波能量转移的效率。结果，电伴热可以在未向焊垫直接加热(例如，施加热能)的条件下与滑动器624上的焊垫结合，同时焊垫被保持在室温。
[0057]4个所描绘的电伴热的任一个电伴热的相对末端与PCB634上的焊垫形成针脚式结合(如针脚式结合646所描绘的那样)。在其他实施方式中，电伴热被球焊在PCB634上的焊垫642上，并与滑动器624上的焊垫形成针脚式结合。
[0058]由于4个所描绘的电伴热紧密相邻，球焊接头均可以使用与滑动器624上的焊垫形成独特的离源角，其中所述的滑动器允许电伴热在彼此未接触的条件下延伸至PCB634。挠性以及独特的离源角允许电伴热在焊垫之间衍生，其中实际上所述的焊垫在滑动器624和PCB634上具有任何物理排布。
[0059]图7示出了示例性操作700，其使用了球焊，从而在未加热滑动器长形条上的接触垫的条件下在滑动器长形条上的接触垫与PCB上的接触垫之间形成引线互联。球焊为一种类型的引线接合法，其中可以作为微电子装置制造的一部分形成电互联。定位操作705将包含滑动器长形条和印制电路板的载体定位于球焊机器内。长形条包含一排滑动器，每个滑动器均读取和/或写入头，并且可以被包含在储存装置组件或其他电子装置中。长形条可以包含用于提供与长形条(例如，长形条内的平面传感器)形成电连接的接触垫(例如，电子研磨向导(ELG)垫)。使用用于支撑及运输的粘合剂将长形条以可释放的方式与载体结
八
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[0060]决策操作710确定是否存在无引线的接触垫保持为有待进行球焊。如果如此，则成形操作715在与滑动器长形条上的接触垫结合的引线末端形成球。成形操作715可以使用电火炬(EFO)技术来进行。例如，将引线供入被称为焊接机器的毛细管的针状一次性工具。在引线尖端附近施加高压电弧，这会使毛细管尖端的引线熔融。由于熔融金属的表面张力，引线尖端形成了球。在施加电弧后，引线末端的熔融球快速固化。
[0061]焊接操作720使球与接触垫结合。在一个实施方式中，将毛细管降低以接触焊垫的表面。焊接机器施加超声波能量以及会使球和焊垫结合的向下的力。在一些实施方式中，焊垫可以为在焊接操作720之前清洁的等离子体。在其他实施方式中，焊垫并非为清洁的等离子体。焊接操作725使引线的相对末端与印制电路板结合(例如，使用针脚式结合或其他可利用的结合技术)。
[0062]重复操作710、715、720和725，直到没有保持的有待进行球焊的无引线接触垫。在另一个实施方式中，在完成操作710、715和720后，实施研究操作725。[0063]平面化操作730使滑动器长形条的空气轴承表面平整。在一个实施方式中，印制电路板用于连接长形条和研磨控制单元中的平面传感器，其检测由于表面研磨而产生的平面传感器的电阻变化。研磨控制单元使用该信息来控制研磨载体中的嵌入式驱动器，从而由滑动器长形条的后面赋予所需数量的压力。例如，一个或多个平面传感器可以嵌入在长形条中，并与至少两个焊垫形成电连接。平面传感器的电阻值随着施加到长形条的平面化的数量而变化。在一个实施方式中，将恒定的电流或电压(即，激发信号)施加到一对接触垫上，并且电压或电流的相应变化(即，电反应)表明电阻变化，该变化相应于施加到滑动器长形条上的给定量的去除的材料或者平面化的数量。该数据可以反馈回平面化操作730中，从而得到所需的平面化的数量。在这种方式中，滑动器长形条可以精确地平面化。
[0064]一旦滑动器长形条被充分平面化，除去操作735中断，并除去了在滑动器长形条与PCB之间运行的经球焊的引线。在一个实施方式中，通过施加脉冲空气喷雾吹走在滑动器长形条和印制电路板上接触垫之间的互联引线来完成除去操作735。在其他实施方式中，将引线以机械方式由滑动器长形条上切除。在经球焊的引线被除去后，球焊接头的剩余物可以保留在一些或所有的接触垫上。继续操作740继续加工滑动器长形条，以便使ABS图案化，并且完整的图案化长形条切割成单个的滑动器或其他的微电子部件。在一个实施方式中，实施额外的加工步骤来给与滑动器长形条所需的特征，然后，将滑动器长形条分离长单个的滑动器以用于电子储存装置或其他电子装置中。在一个实施方式中，在长形条上相邻的滑动器之间设置切割线，其用于将长形条切割成单个的滑动器，此外，由研磨载体上除去长形条，并放置在切割载体上，然后再将长形条切割成单个的滑动器。
[0065]作为本文所述的本发明的实施方案的逻辑操作多样化地称为操作、步骤、目标或模块。此外，应该理解的是可以以任何顺序实施逻辑操作，按照需要加入和/或省略操作，除非以其他方式清楚地要求或者特定的顺序以权利要求书中的语言固定的要求。
[0066]上述说明书、实施例和数据提供了本发明的示例性实施方案的结构和用途的完整描述。由于本发明的许多实施方案可以在不脱离本发明的实质和范围的条件下形成，所以本发明在于本文所附的权利要求书。此外，在不脱离所述的权利要求的条件下，不同实施方案的结构特征可以与另一个实施方案结合。
【权利要求】
1.一种方法，其包括: 在大约环境温度下，使用大于60kHz且小于200kHz的超声波焊接频率，将直径小于大约0.001英寸的金合金引线球焊于金合金接触垫上。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的金合金接触垫的厚度小于大约I微米厚。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述的金合金接触垫在球焊操作之前并非为清洁的等离子体。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述的金合金引线的直径小于大约0.0008英寸。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述的超声波焊接频率为大约120kHz。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述的环境温度为15°C至25°C。
7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括: 在所述的金合金引线的末端形成金球，其中所述的球焊操作将所述的金球与所述的金合金接触垫结合。
8.一种系统，其包含: 电子储存装置滑动器，其具有厚度小于I微米的金合金接触垫，其中直径小于35微米的金合金球焊接头在大约环境温度下，使用大于60kHz且小于200kHz的超声波焊接频率，与所述的金合金接触垫结合。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述的金合金引线的直径小于大约0.001英寸。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述的超声波焊接频率为大约120kHz。
11.如权利要求8所述的系统，其中所述的环境温度为15°C至25°C。
12.如权利要求8所述的系统，其中所述的电子储存装置滑动器包含与所述的金合金接触垫相邻的突出的微电子部件。
13.—种系统,其包含: 印制电路板，其具有由其上延伸的直径为小于大约0.001英寸的金引线；以及 一排微电子装置，每个微电子装置都具有一个或多个厚度小于I微米的金合金接触垫，其中所述的金引线在大约环境温度下，使用大于60kHz且小于200kHz的超声波焊接频率，被球焊在所述的微电子装置上。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述的超声波焊接频率为大约120kHz。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述的印制电路板的平坦焊接表面相对于所述的金合金接触垫的平坦焊接表面以大约15°取向。
16.如权利要求13所述的系统，其进一步包含: 平面传感器，其电阻值随着在一排所述的微电子装置上施加的平面化的数量而改变。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述的印制电路板被构造用于监控所述的平面传感器的电阻值，从而测量在所述的一排微电子装置上施加的平面化的数量。
18.如权利要求13所述的系统，其中被球焊到所述的微电子装置上的两个或多个所述的金引线的每一个均以不同的角度由所述的微电子装置上延伸。
19.如权利要求13所述的系统，其中所述的微电子装置的每一个均包含与所述的一个或多个金合金接触垫相邻的突出的激光器。
20.如权利要求13所述的系统，其中所述的微电子装置为电子储存装置滑动器。
【文档编号】H05K3/34GK103962714SQ201410043880
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】L·李, S·科欧, K·L·梅塔格, P·P·帕里克, J·R·欧康斯基, M·A·赫伦丁, J·W·赫恩, R·L·希普韦尔, J·J·斯戈布尔, J·L·伊贝尔, R·玛卡特, E·纳特森 申请人:希捷科技有限公司