头堆叠组件、其制造方法及用于其的互连设备的制作方法

专利名称：头堆叠组件、其制造方法及用于其的互连设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及头堆叠组件的制造方法、用于头堆叠组件的互连设备、以及头堆叠组件(head stack assembly)，尤其涉及头堆叠组件中连接器接片(connector tab)上的连接焊盘和电路板的连接焊盘之间的互连。
背景技术：
硬盘驱动器(HDD)已广泛用作计算机的存储装置且已成为当前的计算机系统中不可或缺的存储装置之一。HDD包括用于存储数据的磁盘、头滑块、以及用于移动头滑块至磁盘上所需位置的致动器。致动器和头滑块的组件称为头堆叠组件(HSA)。致动器通过音圈马达驱动并绕枢轴转动，从而在旋转的磁盘之上沿盘径向移动头滑块。这使得头滑块能够对磁盘进行存取。头滑块包括滑块，写元件和/或读元件形成在滑块上。
致动器包括弹性悬架，头滑块附着到悬架。头滑块的面对磁盘的飞行表面与旋转磁盘之间的空气粘滞性导致的压力平衡悬架施加的朝向磁盘的压力，从而头滑块飞行于磁盘之上。悬架包括平衡架和负载梁，平衡架用于在其面对磁盘的表面上保持所述头，负载梁用于在其面对磁盘的表面上保持该平衡架。平衡架形成为是可变形的，从而滑块能在特定方向上倾斜以例如补偿磁盘的抖动(flutter)。 在致动器上形成布线结构(称为线缆(trace))以用于在包括放大器电路的电路芯片和头滑块上的元件之间传输信号。电路芯片安装在柔性印刷电路板(FPC)中，FPC固定在用于致动器的枢轴附近。线缆的一端与头滑块的连接焊盘相连。线缆的另一端与FPC的连接焊盘相连。 例如下面列出的专利文献1公开了一种线缆和FPC的焊料接合(solder joining)方法。专利文献1中公开的端子接合设备(terminal joining即paratus)包括用于将多个悬架的端子共同向致动器模块(actuator block)的多个端子挤压的挤压致动器、用于连接多个悬架的端子和致动器模块的端子的端子接合芯片、用于横向定位端子的横向定位机构、以及用于沿纵向对齐多个悬架的端子的纵向定位销(positioning pin)。该端子接合设备实现了精确地接合多个悬架的端子和致动器模块的端子。
专利文献1 :日本未审专利申请特开公报No. 2008-47204。

发明内容
利用挤压致动器，上述端子接合设备将悬架的端子压靠在致动器模块的端子上，从而实现端子之间的可靠互连。然而，在专利文献1的HSA中，悬架的端子和致动器模块的端子沿垂直于HSA的枢轴的方向叠置，端子接合设备沿垂直于HSA的枢轴的方向将悬架的端子压靠在致动器模块的端子上。因此，该设备不能用于制造不具有这样的端子结构的HSA。 另外，对于上述端子接合设备，要求杆形(stick-like)挤压致动器精确定位到悬架的端子。悬架的端子区域和致动器模块的端子区域由微小元件构成，因此需要高度精密和复杂的设备配置来精确定位杆状挤压致动器到其上。特别地，上述端子接合设备具有多个定位机构，其设备结构非常复杂。 本发明的一方面涉及头堆叠组件的制造方法。该方法制造包括臂、固定到所述臂的末梢的悬架、由所述悬架保持的头、线缆以及电路板的组件，所述线缆中从所述悬架延伸以用于传输用于所述头的信号的引线形成在金属层上。该方法将形成在所述线缆的端部的连接器接片的连接焊盘形成表面放置为对着所述电路板的边缘。沿着所述连接焊盘形成表面的背面滑动弹性构件。在所述背面停止所述弹性构件并用所述弹性构件挤压所述背面，从而将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上。在利用所述弹性构件将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上时，通过施加热能到所述连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘，金属接合所述连接器接片和所述电路板的连接焊盘。在所述金属接合之后移除所述弹性构件。这样的简单的设备和方法实现了连接器接片和电路板的连接焊盘之间的可靠互连从而提高了头堆叠组件的制造产率。 优选方法将两个连接器接片插入到所述电路板的两个突出部之间，所述两个连接器接片的各连接焊盘形成表面对着所述两个突出部的各所述边缘；将所述弹性构件插入到所述两个连接器接片的所述连接焊盘形成表面的所述背面之间，同时保持所述弹性构件与所述背面接触；停止所述弹性构件，同时保持所述弹性构件与所述两个连接器接片的所述背面接触并挤压所述两个背面，从而将所述两个连接器接片的所述连接焊盘形成表面的每个压靠在每个所述边缘上；以及在利用所述弹性构件将每个所述连接焊盘形成表面压靠在每个所述边缘上时，通过施加热能到所述两个连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘，金属接合所述两个连接器接片和所述电路板的连接焊盘。由此，利用简单的设备和简单的方法，通过金属接合能够可靠地接合夹在电路板的两个突出部之间的两个连接器接片的连接焊盘和电路板的连接焊盘。 优选地弹性构件是U形板簧。由此，弹性构件可以容易且适当地置于连接器接片的背面的位置处，且可以减小弹性构件的热容量。另外，优选地板簧的末梢以曲面形成。由此，可以抑制板簧的弹簧特性的劣化。另外，优选地末梢处的曲率半径在0. 05mm到0. 3mm的范围。由此，能够实现抑制弹簧特性的劣化并实现适当的压力。供选地，板簧优选由具有30(TC或更高的熔点的金属性材料制成。由此，能够抑制金属接合时的热导致的劣化。另外，板簧的板厚度优选在0. 03mm到0. lmm的范围。由此，能够实现抑制弹簧特性的劣化并实现适当的压力。 优选地，板簧包括与所述末梢接合并平行设置的两个板部件；辅助弹簧机构形成在所述板部件的任一个或每个上。由此，可以抑制板簧的弹簧特性的劣化。另外，辅助弹簧机构优选包括四边形板，其位于所述板部件的中部且向所述板簧内弯从而具有弹簧特性。由此，辅助弹簧机构能够以简单结构形成。更优选地，具有弹簧特性的所述四边形板的宽度在近端宽且朝向远端变窄。由此，可以抑制辅助弹簧机构的弹簧特性的劣化。
根据本发明另一方面的一种头堆叠组件包括臂、固定到所述臂的末梢的悬架、由所述悬架保持的头、线缆以及电路板，所述线缆中从所述悬架延伸以用于传输用于所述头的信号的引线形成在金属层上。另外，所述头堆叠组件通过如下方法制造。该方法将形成在所述线缆的端部的连接器接片的连接焊盘形成表面放置为对着所述电路板的边缘。沿着所述连接焊盘形成表面的背面滑动弹性构件。在所述背面停止所述弹性构件并用所述弹性构件挤压所述背面，从而将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上。在利用所述弹性构件将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上的同时，通过施加热能到所述连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘，金属接合所述连接器接片和所述电路板的连接焊盘。在所述金属接合之后移除所述弹性构件。由此，能够获得其中连接器接片和电路板的连接焊盘可靠互联的头堆叠组件。
本发明的再一方面涉及一种用于头堆叠组件的互连设备。该设备包括支承平
台，用于支承组件，所述组件包括臂、固定到所述臂的末梢的悬架、由所述悬架包的头、线缆
以及电路板，所述线缆中从所述悬架延伸以用于传输用于所述头的信号的引线形成在金属
层上，其中形成在所述线缆的端部的连接器接片的连接焊盘形成表面对着所述电路板的边
缘。该设备包括挤压工具，该挤压工具包括弹性构件，该弹性构件将沿着所述连接焊盘形成
表面的背面插入，并挤压所述背面从而将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上。另外，
该设备包括激光设备，在利用所述弹性构件将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上
时，激光设备用于施加热能到所述连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘。由
此，在简单的设备结构中，夹在电路板的两个突出部之间的两个连接器接片的连接焊盘和
电路板的连接焊盘能够利用简单设备和简单方法通过金属接合而可靠地接合。 本发明实现了 HGA的连接器接片和电路板之间的可靠互连，提高了 HSA的产率。


图1是平面图，示出本发明一实施例中的HDD的整体结构；
图2是透视图，示出本发明一实施例中的HSA的整体结构；
图3是分解透视图，示出本发明一实施例中的HGA的整体结构；
图4是平面图，示出本发明一实施例中的部分HSA的结构； 图5(a)-(b)是示意性示出本发明一实施例的HSA中连接器接片和电路板之间的接合部分(joint section)的图； 图6(a)-(c)是示意性示出根据本发明一实施例将连接器接片和电路板接合时使用的挤压工具的结构和使用的图； 图7(a)-(c)是示意性示出根据本发明 一实施例的挤压工具中的板簧的结构的图； 图8(a)-(b)是示意性示出根据本发明一实施例的挤压工具中板簧和电路板之间的尺度关系的图； 图9(a)-(b)是示出根据本发明一实施例用于挤压连接器接片的挤压工具中板簧的操作的图； 图10(a)-(b)是示意性示出根据本发明一实施例的挤压工具中板簧的另一示例的结构的图； 图ll(a)-(b)每个是示意性示出在根据本发明一实施例的挤压工具中具有辅助弹簧机构的板簧的部分结构的图； 图12是示意性示出焊接设备的结构的图，该焊接设备是根据本发明一实施例进行HSA中的金属接合的制造设备； 图13(a)-(c)是示意性示出测量中使用的挤压工具的结构的图。
具体实施例方式
下面将描述应用本发明的优选实施例。为了清楚地说明起见，下面的描述和附图含有适当的省略和简化。整个附图中，相似的元件由相似的附图标记表示，并且为了简洁起见省略了不必要的重复说明。下面，将利用硬盘驱动器(HDD)作为盘驱动器装置的示例来描述本发明的优选实施例。 如图1所示，用于HDD 100的机械构件容置在基体102中。基体102中的构件的操作通过固定在基体外的电路板上的控制电路(未示出)来控制。HDD IOO包括作为存储数据的盘的磁盘101、用于存取(读或写)磁盘IOI的头滑块105。头滑块105包括用于向磁盘101写用户数据和/或从其读用户数据的头元件部件和其上设置有该头元件部件的滑块。 致动器106支承头滑块105。致动器106和头滑块105的组件称为头堆叠组件(HSA)。为了存储磁盘101，致动器106在枢轴107上转动从而在旋转的磁盘101之上移动头滑块105。作为驱动机构的音圈马达(VCM) 109驱动致动器106。致动器106包括以下构件悬架110、臂111、线圈支承件112和VCM线圈113，所述构件以所列顺序从设置头滑块105的末梢处沿纵向连接。 固定到基体102的主轴马达(SPM) 103以特定的角速度旋转磁盘101。滑块的面对
磁盘101的气垫面(ABS)与旋转磁盘101之间的空气粘滞性导致的压力平衡悬架110施加
的沿朝向磁盘101的方向的压力，从而头滑块105飞行于磁盘101之上。 图2是透视图，示意性示出HSA的结构。在本说明书中，沿着致动器枢轴107的方
向定义为上下方向；朝向HDD 100的顶盖的方向定义为向上，朝向基体102底部的方向定义
为向下。在致动器106中，从枢轴107观察时，朝向悬架的方向定义为向前，相反方向定义
为向后。 图2中作为示例示出的HSA具有可应用于三个双面可记录磁盘101的结构。致动器106包括当沿枢转轴线方向观察时设置为叠置的四个臂llla至llld和六个悬架110a至110f。悬架110a和110f分别固定到最上的臂llla和最下的臂llld。悬架110b和110c固定到中间的臂lllb的各表面，悬架110d和110e固定到中间的臂lllc的各表面。多个臂llla至llld以叠置方式固定到枢转轴承220。 布线结构(下面称为线缆)230从悬架110向后延伸。在图2中，通过附图标记仅说明性地示出线缆从悬架110a延伸。线缆230包括金属层和金属层上的绝缘层之间夹置的导电引线。线缆230的一端连接到头滑块105的连接焊盘。在线缆230的靠近枢轴107的另一端，设置连接器接片(co皿ectortab)231，连接器接片231是沿致动器的横向(垂直于枢转轴线的方向)延伸的突出部。连接器接片231上具有与FPC 210连接的多个连接焊盘。在多个臂llla至111d上，分别设置支承件240a至240d;每个容置并支承从悬架110延伸的线缆230。 在FPC 210中，多条导电引线彼此分开布置并与聚酰亚胺膜制成的绝缘片结合。FPC 210连接到线缆230以在头滑块105和控制电路(未示出)之间传输信号。FPC 210的端部结合到基板(base plate)，基板固定到致动器106。基板和FPC 210构成电路板211。在电路板211上，安装包括放大器电路的电路芯片(未示出)。
在电路板211的前端，形成多个突出部212且其间设置开口 。在每个突出部212的 表面上，设置多个焊盘，形成用于连接电路板和布线结构230的接合部(joint)。线缆230 的连接器接片231插入到开口中，突出部212上的焊盘和形成在连接器接片231上的焊盘 通过焊接互连。 图3是分解透视图，示出本发明一实施例中的HGA 200的构件。HGA 200包括悬架 110和头滑块105。悬架110包括柔性电缆201、金属层形成的平衡架202、负载梁203和安 装板204。平衡架金属层202的一部分和其上的柔性电缆201构成线缆230。以此方式，平 衡架202和线缆230整体形成。负载梁203由例如不锈钢以精密板簧的形式形成。负载梁 的刚度高于平衡架202的刚度。负载梁203由于其弹簧特性而向头滑块205产生负荷。
安装板204和平衡架202由例如不锈钢制成。平衡架202具有平衡架舌部224，头 滑块105固定到该舌部。被弹性支承的平衡架舌部224保持头滑块105并自由倾斜以有助 于头滑块105的姿态控制。 图4是平面图，示意性示出HSA结构的一部分。如上所述，线缆230包括金属层 202的顶部和夹置在设置在金属层上的聚酰亚胺绝缘层之间的引线。线缆230从悬架110 的与磁盘101的旋转轴相反的一侧延伸。从平衡架202向后延伸的线缆230沿着臂111的 侧面(远离磁盘101中心的那侧)朝向枢轴107(朝致动器的后部)延伸。
在线缆230的后端(靠近枢轴的那端)，形成连接器接片231，其为突出部以用于 与电路板211连接。连接器接片231具有大的宽度，宽于从平衡架主体向后延伸的尾部 (tail)中的其它部分。参照图3，在接片231上设置多个连接焊盘233以用于与FPC 210 的焊料接合；连接焊盘233与线缆230的引线连接。连接器接片231的大宽度实现了与电 路板211的有效连接。 图5是示出线缆230的连接器接片231和电路板211的突出部212之间的连接的 图。形成在突出部212末端部分上的连接焊盘与形成在连接器接片231的面对突出部212 的表面上的连接焊盘通过焊料连接从而形成接合部810。在突出部212之间的每个开口处， 插入并设置由单个支承部件240支承的两条线缆的连接器接片231。形成在每个连接器接 片231的面对突出部212的表面上的连接焊盘和设置在突出部212的相应末端部分上的连 接焊盘通过焊料互连。 线缆230的连接器接片231的四个连接焊盘和电路板211的突出部212的四个连 接焊盘通过激光点焊来焊接。在激光点焊中，通常激光束同时施加到八个连接焊盘以焊接 它们。例如，八个连接焊盘包括在基本矩形的激光点中。在焊料接合(solder joining)中， 优选地使用氙激光束。 下面将描述线缆230的连接器接片231的连接焊盘和电路板211的连接焊盘的互 连方法。在本发明一实施例中，在将线缆230的连接器接片231的连接焊盘和电路板211的 连接焊盘互连时，使用工具来向电路板211挤压连接器接片231以实现连接焊盘之间的可 靠互连。图6是示意性示出本发明一实施例中的这样的挤压工具6的结构及其使用的图。
如图6 (a)所示，挤压工具6包括引导部61和在引导部61后面(方向基于沿致动 器106的方向)的板簧62a至62c。如图6(b)所示，将连接器接片231和电路板211互连 的方法沿着线缆230滑动挤压工具6，从而板簧62a至62c被压向连接器接片231a至231d。 板簧62a至62c将连接器接片231a至231d压靠到电路板211上。
9
然后，如图6 (c)所示，在保持用挤压工具6将连接器接片231a至231d压靠到电 路板211上的同时，该方法施加激光束到连接器接片231a至231d和电路板211之间的互 连部分。优选地，该方法预先用焊料涂覆连接器接片231a至231d的连接焊盘233和电路 板211的连接焊盘213，向其施加助焊剂，然后通过来自激光设备51(激光源)的激光束的 热熔化焊料，从而将连接焊盘233和213互连。可以使用焊料膏代替焊料涂层。替代地，可 以使用焊料涂层和膏的混合物。本发明不受连接焊盘的接合方式的限制。
完成焊料接合以后，该方法从HSA去除挤压工具6。挤压工具6的使用实现了连 接器接片231的连接焊盘233和电路板211的连接焊盘213之间通过金属接合(metal joining)的互连。优选的金属接合是焊料接合。利用弹性部件使连接器接片231a至231d 压靠在电路板211上，焊料接合实现了连接焊盘233和213之间更可靠的互连。
挤压工具6的使用通过利用弹力挤压HSA中连接器接片231a至231d的具有连接 焊盘233的表面的背部，有助于连接器接片231a至231d的连接焊盘233紧密接触电路板 211的连接焊盘213。由此，提高了HSA的制造产率。另外，挤压工具6难以积累金属疲劳， 因此其经久耐用，适于长期使用。另外，它能辅助焊接而不从焊料接合部吸取很多激光束的 热量。 图6 (a)至6 (c)作为例子示出了利用三个臂和四个HGA的HSA中的焊料接合。连 接器接片231a是固定在最上层处的HGA的连接器接片。连接器接片231b、231c和231d分 别是在第二层、第三层和最下层处的HGA的连接器接片。连接器接片231b和231c是固定 到中间的相同臂的HGA的连接器接片。 电路板211具有两个突出部212a和212b以及一个开口 214(参见图8)。如参照 图5所说明的，突出部212a和212b沿着臂lll的侧面朝向致动器的前部延伸。突出部212a 和212b在平行于致动器枢轴107的方向上布置。在突出部212a和212b的各自上面和下 面，沿前后方向设置连接焊盘。在图6的例子中，六个连接焊盘213沿前后方向构成一行， 且该行与单个连接器接片相关联。 如图6(b)所示，当从上下方向观察时，从臂111的前端向后端延伸的线缆的连接 器接片231a至231d布置为与电路板211交迭。具体而言，连接器接片231a设置为高于突 出部212a，连接器接片231b和231c设置在开口 214内。连接器接片231d设置为低于突出 部212b。连接器接片231a和231b夹持突出部212a，连接器接片231c和231d夹持突出部 212b。 对于连接器接片231a至231d，其上设置有它们的连接焊盘233的主表面(最宽 的面)放置为面对电路板211的突出部212a和212b的边缘。换言之，其上设置有它们的 连接焊盘213的突出部212a和212b的主表面(最宽的面)放置为与连接器接片231a至 231d的主表面(最宽的面)以预定角度(通常以直角)相交。在连接器接片231a至231d 上，连接焊盘沿前后方向设置成行。连接器接片231a至231d和突出部212a和212b的如 此布置允许连接器接片231a至231d的连接焊盘233以预定角度(通常直角)面对突出部 212a和212b的连接焊盘213。 连接焊盘233形成在连接器接片231a至231d的面对突出部212a和212b的主表 面上。具体地，连接器接片231a的焊盘形成面与突出部212a的上边缘接触。连接器接片 231b的焊盘形成面与突出部212a的下边缘接触。连接器接片231c的焊盘形成面与突出部212b的上边缘接触，连接器接片231d的焊盘形成面与突出部212b的下边缘接触。 连接器接片231a至231d与突出部212a和212b具有这样的位置关系，挤压工具6
将连接器接片231a至231d压靠在突出部212a和212b上。如图6 (c)所示，最上的板簧62a
将连接器接片231a压靠在突出部212a上。中间的板簧62b将连接器接片231b和231c分
别压靠在突出部212a和212b上。最下的板簧62c将连接器接片231d压靠在突出部212b
上。板簧62a至62c接触并挤压连接器接片231a至231d的焊盘形成面的背面。 挤压工具6的引导部61与HSA的臂111接触。引导部61具有主板611以及垂直
于主平面的侧板612和613。沿主板611的宽度方向设置板簧62a至62c。当挤压工具6
贴附到HSA时，主板611的宽度GW对应于引导部61的高度。主板611的宽度在尺度上与
从最上臂的顶表面到最下臂的底表面的距离相同。 在贴附挤压工具6时，主板611的背表面接触臂的边缘，侧板612和613分别接触 最上臂和最下臂，从而引导挤压工具6的滑动方向。设置到挤压工具6的引导部61允许在 制造HSA的焊料接合步骤中容易地设定挤压工具6到预定位置。 挤压工具6包括板簧62a至62c。引导部61和板簧62a至62c沿致动器的前后 方向设置。假定挤压工具6的插入方向是向前，则引导部61在板簧62a至62c后。在图6 的结构示例中，板簧62a至62c由单个金属板形成。弯曲单个板以形成多个板簧62a至62c 使挤压工具6能容易地形成且具有较少数量的构件。板簧62a至62c具有向外扩张的弹力 并保持在引导部61的侧壁614和615之间。 下面将描述板簧62a至62c的结构。由于它们具有相同的结构，所以将参照图7 具体描述板簧62b的结构。图7(a)和7(b)分别是透视图和顶平面图，示意性示出了板簧 62b的结构。板簧62b为U形且其弹簧宽度BW朝向末梢变小。板簧62b包括主部621和末 梢622。在贴附到HSA时，末梢622位于沿滑动方向向前的位置。参照致动器时，末梢622 位于主部621的后面。 主部621包括两个平的主板部件623a和623b。主板部件彼此平行设置且其间的 间隔是均一的。末梢622包括分别与主板部件623a和623b接合的楔形部件624a和624b， 以及连接楔形部件的端板部件625。主板部件623a和623b、楔形部件624a和624b以及端 板部件625具有相同的板宽度PW。 S卩，板簧62a至62c由具有均一宽度的金属板制成。
楔形部件624a和624b之间的间距朝向末端以匀速变小。楔形部件624a和624b 以及端板部件625是平的，角(弯折)形成在楔形部件624a和主板部件623a之间，楔形部 件624b和主板部件623b之间，楔形部件624a和端板部件625之间，以及楔形部件624b和 端板部件625之间。如图6(c)所示，主板部件623a和623b的板表面分别接触并挤压连接 器接片231b和231c的板表面。 在自然状态，主板部件623a和623b的弹簧宽度BW大于电路板211中开口 214的 开口宽度。另外，板簧62b的远端的宽度，即端板部件625的宽度(沿弹簧宽度方向的尺 度)小于开口宽度。更具体而言，该远端的宽度小于设置在开口214中的连接器接片231b 和231c之间的间隔。该结构允许板簧62b平滑地插入到连接器接片231b和231c之间，并 允许连接器接片231b和231c被适当地压靠在突出部212a和212b上。
如果板簧62b具有图7(a)和7 (b)所示例的U形板簧中，圆化的末梢622能够显著改善板簧62b的耐用性。圆化板簧62a至62c的 末梢提供了末梢处的非零曲率半径值。该结构能够分散板簧插入时由于变形而在曲面处产 生的应力。这防止了应力集中在弯折处，从而延迟了重复使用板簧时在弯折处的疲劳断裂。
末梢处的曲率半径优选地为0. 05mm或更大。如果小于该值，则弯曲处变得负荷 加重从而易于折断。板簧62b中的曲率半径优选地低于开口宽度的一半，这向连接器接片 231b和231c提供了适当的弹力。 为了弹性地挤压所有的连接器接片231a至231d，板簧62a至62c之间的位置关系 是重要的。当如图6(c)所示地贴附挤压工具6时，所有板簧62a至62c的弹簧宽度需要被 压縮。因此，如图8(a)和8(b)所示，从开口 214的中间到突出部212a的上缘(外缘)的 长度Ll大于从板簧62b的中间到板簧62a的内主板部件(面对板簧62b的表面)的长度 L2。另外，从开口 214的中间到突出部212b的下缘(外缘)的长度L3大于从板簧62b的 中间到板簧62c的内主板部件(面对板簧62b的表面)的长度L4。 图9(a)和9(b)示意性示出焊料接合之前和之后的板簧62b。在当前示例中，板簧 62b的末梢622是圆化的。当板簧62b插入到开口 214中时，连接器接片231b和231c的连 接焊盘的一部分与电路板211的连接焊盘213接触，但连接焊盘的其它部分是分开的。以 此方式，由于制造或组装误差以及构件差异，并不是所有的连接焊盘可与对应的连接焊盘 接触。连接焊盘之间的间隙尤其在连接焊盘涂覆有焊料时倾向于更大。这是因为涂覆的焊 料具有形状和厚度的变化。 当连接焊盘213和233被激光束加热时，固态焊料熔化。如图9(b)所示，被板簧 62b挤压的连接器接片231b和231c变形从而使连接焊盘233紧密接触连接焊盘213。如 果停止激光加热，则熔化的焊料硬化从而接合连接焊盘213和233。以此方式，在焊接中，通 过弹力挤压连接器接片231b和231c的连接焊盘形成表面的背侧有助于连接器接片231b 和231c的连接焊盘233紧密接触电路板211的连接焊盘213。 为了使板簧62b更均匀地挤压连接器接片231b和231c，焊料熔化后板簧62b与 连接器接片231b和231c之间的各接触区域优选地达到所布置的连接焊盘233的中部或更 深。另外，板簧62b的末梢优选地与开口214的底部分开。由此，即使板簧62b的插入位置 存在变化，也能够通过板簧62b获得适当的压力。板簧62b具有与板簧62a和62c相同结 构。因此，上述给出的对板簧62b的说明可应用于板簧62a和62c。板簧62b与板簧62a和 62c之间的差异在于将被挤压的连接器接片是设置在板簧的每一侧还是在其一侧。
当板簧62b插入到两个连接器接片231b和231c之间的0. 3mm至0. 7mm的狭小空 间中时，弯成U形的板簧62b能够容易地将连接器接片231b和231c推向旁边。另外，具有 适当弹簧性质的板簧62a至62c能够使连接器接片231a至231d在焊接时是平的。
板簧62a至62c由具有高耐热性和高弹性的金属性材料制成，例如不锈钢、贝氏 亍本钢(bainite steel)、带钢(ribbon steel)或石粦青f同(phosphor bronze)。为了足以而f 受激光加热，优选使用具有30(TC或更高熔点的金属性材料。板簧62a至62c的板厚度优 选为0.1mm或更小。厚度O. lmm或更小的材料允许弹簧部件通过小的力而自身变形。上 面描述的大多数变形不是塑性变形(plastic deformation)，而是在弹性变形(elastic deformation)的范围内，因此当去除力之后，弹簧能够恢复成几乎原始形状。当板簧62a至 62c通过与连接器接片231a至231d接触而变形时，即至少在进行焊接时，它们能一直向连接器接片231a至231d施加压力。 由于弹簧部件不经历塑性变形，所以整个弹簧部件变得难以疲劳，这延迟了板簧 反复使用时整个弹簧部件的疲劳断裂。如果材料板的厚度为0. 03mm或更小，则成形为弹簧 部件之后的操作变得困难，且弹簧部件变得容易由于偶然施加的外力而变形，导致耐用性 问题。弹簧材料的板厚度优选地为从0. 03mm到0. lmm。 如果材料的板厚度为0. lmm或更小，则在用施加到连接焊盘213和233附近的热 束进行焊接时，与连接器接片231a至231d接触的板簧62a至62c的热容量能被减小。于 是，可以减小由于弹簧部件从连接器接片231a至231d吸收热量导致的焊接故障，例如未熔 化和缺少润湿性。 由于相同的原因，作为用于支承板簧62a至62c的主体的引导部件61优选地通过 弯曲薄金属板而形成。这是因为薄板部件减少了整个挤压工具的热容量，防止焊接时该工 具吸收从热源提供的热量。 如图9(a)所示，当板簧62b插入到开口 214中(连接器接片231b和231c之间) 时，板簧62b末梢的弯曲部接收重负荷。这在板簧62a和62c中是相同的。于是，在优选示 例中，给每个板簧62a至62c提供辅助弹簧机构。具体地，向平行设置的主板部件623a和 623b中的任一个或两者增加辅助弹簧机构。增加到板簧的平坦部分623a和623b的辅助弹 簧机构提高了板簧的耐用性。 当板簧62b插入到两个连接器接片231b和231c之间的间隙时，板簧62b收到来 自两个连接器接片231b和231c的沿推板簧62b的方向的力。于是，板簧的末梢622重复 接收大的应力以及从大的应力释放，从而重复弹性变形，因此它可能积累疲劳。因此，末梢 622可能有微观裂纹。 不长的时间以后压连接器接片231b和231c的力减小且板簧将在适当的时间后折 断。增加到板簧的平坦部件623a和623b的辅助弹簧机构能够去除压连接器接片231b和 231c的大部分力。去除该力使得板簧62b变形较小，从而板簧62b变得难以疲劳，结果，重 复使用板簧62b时整个板簧的疲劳断裂延迟。 图10(a)和10(b)示意性示出辅助弹簧机构的优选结构。通过示例，描述了板 簧62b，但该描述可应用于其它板簧。辅助弹簧机构包括彼此挤压和支撑的两个板626a和 626b。这些是具有弹簧特性的板簧。板626a形成在主板部件623a上，板626b形成在主板 部件623b上。在图10的优选示例中，板626a和626b为四边形且宽度朝向其远端变小。更 具体地，它们具有梯形，其远端窄于近端。优选地，板626a和626b具有相同形状，但可以具 有不同形状。 主板部件623a和623b在中部以方U形(squared U-sh即e)切割，切割部分向板 簧62b内部弯曲从而形成板626a和626b。对于形成辅助弹簧机构的方法而言该结构是最 简单的，因为板簧62b不需要大的面积来形成辅助弹簧机构，且辅助弹簧机构能够通过对 一个板的单个弯曲加工而获得。优选地，如图10所示，板626a和626b彼此成平面到平面 (plane to plane)接触。彼此相对的内表面的接触而不是板626a和626b的远边缘接触防 止产生金属粉末。 优选地，板626a和626b形成在主板部件623a和623b中接触连接器接片的区域 内。由于板626a和626b不接触连接器接片，所以施加热束到连接器接片的连接焊盘和电路板的连接焊盘附近以用于焊接时，它们能减小从连接器接片到板簧的热传导，从而可以 减少由于板簧从连接器接片吸收热量导致的焊接故障，例如焊料未熔化和润湿性不足。
如图11(b)所示，板626a在其基部具有大的宽度，且宽度朝向远端变窄(这与图 10所示的板626b的情况相同)。如果辅助弹簧机构形成为具有这样的结构并接收特定负 荷，则能够防止负荷在基部附近的集中引起塑性变形。换言之，该结构允许辅助弹簧机构及 其附近仅有弹性变形。这从与构造有矩形板626a和626b的辅助弹簧结构的比较中是明显 的，在这样的辅助弹簧机构中，塑性变形可能发生，因为负荷集中在板626a和626b的基部 附近。 即使板簧在其插入、焊接和其移出时经历重负荷的施加，这样的辅助弹簧机构允 许大部分板簧仅发生弹性变形，因此金属疲劳难以积累并且可以保证高耐用性。在图10和 11的例子中，构成辅助弹簧机构的板626a和626b朝向引导部伸出，但是伸出方向可以相 反。为了朝向远端降低板626a和626b的板宽度，与上面的例子不同，板626a和626b的末 端边缘不必是直的，而是可以弯曲。 图12示意性示出了焊料接合设备5的结构，焊料接合设备5在本发明一实施例中 用于HSA中的金属接合。焊料接合设备5包括激光设备51、用于操作挤压工具6的挤压工 具操作器(handler) 52、用于支承HSA 70的支承平台53、以及用于控制焊料接合设备5的 操作的控制器54。在制造HSA 70时，HSA 70放置在支承平台53上并固定到支承平台53。
挤压工具操作器52具有臂521，挤压工具6固定在臂的末端。臂521沿前后方向 可延伸；其延伸从而将挤压工具6插入到HSA 70以用于焊料接合连接器接片和电路板。完 成焊料接合之后，它縮回从而从HSA 70移出挤压工具6。 通过控制器54控制的工具操作器52使用臂521将挤压工具6滑向HSA70。如参 照图6所说明的，挤压工具6的引导部61与HSA 70的臂的侧面接触地滑动从而将板簧插 入到HSA 70中。具体地，滑动板簧从而将其定位在中间连接器接片之间且在最上和最下的 连接器接片外侧。 当挤压工具6(臂521)停止且放置在HSA 70中的适当位置时，控制器54控制激 光设备51照射激光束到连接器接片和电路板的连接焊盘。激光束的热熔化焊料从而使焊 盘互连而没有直接接触。经过预定时间，控制器54停止激光设备51的激光束照射并等待 预定时间。由此，熔化的焊料硬化从而通过焊料焊接将连接器接片和电路板的连接焊盘互 连。 控制器控制工具操作器52以在预定时间周期之后从HSA 70去除挤压工具6。具 体地，工具操作器52縮回臂521，从而沿远离HSA 70的方向滑动挤压工具6以从HSA 70移 除挤压工具6。在支承平台53上放置新的HSA 70并重复焊料接合接合。
焊料接合的HSA 70从支承平台53移除并送到HDD 100的组装步骤。HDD 100的 组装步骤在基体102上安装SPM 103和磁盘101，然后在基体中固定HSA 70。安装构件用 于构成VCM 109、坡台、用于控制电路板的连接器等，然后固定顶盖到基体102的顶部。由 此，头盘组件(HDA)的组装步骤完成。然后，HDA经历伺服写入步骤和测试步骤，完成了具 有HDA的HDD 100，该HDA实现有控制电路板。 制备具有本发明一实施例的板簧结构的多个不同种类的挤压工具并经历实际焊 料接合。板簧由不锈钢(SUS304)制成为具有0. 05mm的板厚度和2mm的板宽度。板簧末梢的弯曲制造为具有O. lmm的曲率半径。为了比较挤压工具的性能，不同形状的挤压工具制 备如下。 挤压工具A :没有辅助弹簧机构设置到板簧上(图13(a))。 挤压工具B :通过在板簧的两侧的平坦部件中形成宽为0.6mm且长为1. 8mm的
方U形切口并在U形部分的基部向内弯U形部分，向每个板簧额外设置辅助弹簧机构(图 13(b))。 挤压工具C :通过在板簧的两侧的平坦部件中形成方U形切口并在U形部分的基 部向里弯U形部分，向每个板簧额外设置辅助弹簧机构，U形切口的基部宽为0. 8mm、远端宽 为0. 2mm且长为1. 8mm(图13(c))。
未使用挤压工具。 比较上述四种形状之间的焊接性能，在每种情况中使用100个HSA，共400个HSA。
作为焊接的结果，焊接中发生故障的臂组件的数量如下
未使用挤压工具5
挤压工具A:2
挤压工具B :0
挤压工具C :0 该结果显示，根据本发明一实施例的挤压工具的贴附能够减少焊接故障。另外，板 簧平坦部件上的辅助弹簧机构通过增加挤压连接器接片的力而能够进一步减少焊接故障。
另外，通过重复向HSA贴附挤压工具A至C以及从HSA移除挤压工具A至C的实 验，按照挤压工具A、B和C的顺序，夹具(jig)在板簧末梢被弯成U形的点处折断。耐久时 间大约为l : 1.2 : 1.4。因此，增加到板簧的平坦部件的辅助弹簧机构具有防止应力集中 在板簧末梢弯成U形的点上的作用。 此外，对于挤压工具B和C观察增加的辅助弹簧机构的基部。挤压工具B具有裂 纹但挤压工具C没有。结果显示具有宽基部和更窄端部的辅助弹簧机构具有防止应力集中 在辅助弹簧机构附近的效果。 如上所述，已经通过优选实施例描述了本发明，但本发明不限于上述实施例。在本 发明的本质范围内，本领域技术人员能够容易地修改、增加或变换上述实施例中的构件。在 上述挤压工具中，用于弹性挤压连接器接片的构件可以由弹性材料制成，例如树脂或树脂 和金属的组合。然而，优选地其仅由金属制成以减少尘埃的产生。 为了减少板簧末梢的负荷，上述圆化的末梢对于性能和易于成形而言是优选的， 但是柱状(column-like)部件可设置在末梢且具有弹簧特性的板可固定到该处以减小负 荷及末梢断裂的可能性。电路板可通过FPC和支承板形成，但也可通过具有印刷在其上的 电路布线的树脂板形成，例如环氧树脂板。为了确保连接焊盘的操作和尺寸，连接焊盘优选 地是宽的，但在设计中如果可能，也可具有如线缆尾部的窄宽度。挤压工具利用设备贴附到 HSA或从HSA移除，但也可以手工进行。
权利要求
一种头堆叠组件的制造方法，包括准备包括臂、固定到所述臂的末梢的悬架、由所述悬架保持的头、线缆以及电路板的组件，所述线缆中从所述悬架延伸以用于传输用于所述头的信号的引线形成在金属层上；将形成在所述线缆的端部的连接器接片的连接焊盘形成表面放置为对着所述电路板的边缘；沿着所述连接焊盘形成表面的背面滑动弹性构件；在所述背面停止所述弹性构件并用所述弹性构件挤压所述背面，从而将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上；在利用所述弹性构件将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上时，通过施加热能到所述连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘，金属接合所述连接器接片和所述电路板的连接焊盘；以及在所述金属接合之后移除所述弹性构件。
2. 如权利要求1所述的头堆叠组件的制造方法，其中所述方法包括将两个连接器接片插入到所述电路板的两个突出部之间，所述两个连接器接片的所述连接焊盘形成表面的每个对着所述两个突出部的所述边缘的每个；将所述弹性构件插入到所述两个连接器接片的所述连接焊盘形成表面的所述背面之间，同时保持所述弹性构件与所述背面接触；停止所述弹性构件，同时保持所述弹性构件与所述两个连接器接片的所述背面接触并挤压所述两个背面，从而将所述两个连接器接片的所述连接焊盘形成表面的每个压靠在每个所述边缘上；以及在利用所述弹性构件将所述连接焊盘形成表面的每个压靠在每个所述边缘上时，通过施加热能到所述两个连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘，金属接合所述两个连接器接片和所述电路板的连接焊盘。
3. 如权利要求1所述的头堆叠组件的制造方法，其中所述弹性构件是U形板簧。
4. 如权利要求3所述的头堆叠组件的制造方法，其中所述板簧的末梢形成有曲面。
5. 如权利要求4所述的头堆叠组件的制造方法，其中所述末梢处的曲率半径在0. 05mm到O. 3mm的范围。
6. 如权利要求3所述的头堆叠组件的制造方法，其中所述板簧由具有30(TC或更高熔点的金属性材料制成。
7. 如权利要求3所述的头堆叠组件的制造方法，其中所述板簧的板厚度在0. 03mm到`0. lmm的范围。
8. 如权利要求3所述的头堆叠组件的制造方法，其中所述板簧包括与所述末梢接合并平行设置的两个板部件；且辅助弹簧机构形成在所述板部件的任一个或每一个上。
9. 如权利要求8所述的头堆叠组件的制造方法，其中所述辅助弹簧机构包括四边形板，该四边形板位于所述板部件的中部且向所述板簧内弯从而具有弹簧属性。
10. 如权利要求9所述的头堆叠组件的制造方法，其中具有弹簧属性的所述四边形板的宽度在近端宽且朝向远端变窄。
11. 一种头堆叠组件，包括臂、固定到所述臂的末梢的悬架、由所述悬架保持的头、线缆以及电路板，所述线缆中从所述悬架延伸以用于传输用于所述头的信号的引线形成在金属层上；所述头堆叠组件通过如下步骤制造将形成在所述线缆的端部的连接器接片的连接焊盘形成表面放置为对着所述电路板的边缘；沿着所述连接焊盘形成表面的背面滑动弹性构件；在所述背面停止所述弹性构件并用所述弹性构件挤压所述背面，从而将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上；在利用所述弹性构件将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上时，通过施加热能到所述连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘，金属接合所述连接器接片和所述电路板的连接焊盘；以及在所述金属接合之后移除所述弹性构件。
12. —种互连设备，用于头堆叠组件，该互连设备包括支承平台，用于支承组件，所述组件包括臂、固定到所述臂的末梢的悬架、由所述悬架保持的头、线缆以及电路板，所述线缆中从所述悬架延伸以用于传输用于所述头的信号的引线形成在金属层上，其中形成在所述线缆的端部的连接器接片的连接焊盘形成表面对着所述电路板的边缘；挤压工具，包括弹性构件，该弹性构件将沿着所述连接焊盘形成表面的背面插入，并挤压所述背面从而将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上；激光设备，用于在利用所述弹性构件将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上以待金属接合时，用于施加热能到所述连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘。
13. 如权利要求12所述的互连设备，其中所述电路板具有两个突出部；插入到所述两个突出部之间的两个连接器接片的连接焊盘形成表面的每个对着所述两个突出部的边缘的每个；所述弹性构件插入到所述两个连接器接片的所述连接焊盘形成表面的所述背面之间，同时保持所述弹性构件与所述背面接触，并且所述弹性构件挤压所述两个背面从而将所述两个连接器接片的所述连接焊盘形成表面的每个压靠在每个所述边缘上；且在所述弹性构件将每个所述连接焊盘形成表面压靠在每个所述边缘上时，所述激光设备施加激光束到所述两个连接器接片的连接焊盘和所述电路板上的连接焊盘。
14. 如权利要求12所述的互连设备，其中所述弹性构件是U形板簧。
15. 如权利要求14所述的互连设备，其中所述板簧的末梢形成有曲面。
16. 如权利要求15所述的互连设备，其中所述末梢处的曲率半径在0. 05mm到0. 3mm的范围。
17. 如权利要求14所述的互连设备，其中所述板簧由具有30(TC或更高熔点的金属性材料制成。
18. 如权利要求14所述的互连设备，其中所述板簧的板厚度在0. 03mm到0. lmm的范围。
19. 如权利要求14所述的互连设备，其中所述板簧包括与所述末梢接合并平行设置的两个板部件；且辅助弹簧机构形成在所述板部件的任一个或每一个上。
20.如权利要求19的互连设备，其中所述辅助弹簧机构包括四边形板，该四边形板位于所述板部件的中部且向所述板簧内弯曲从而具有弹簧特性。
全文摘要
本发明涉及头堆叠组件、其制造方法及用于其的互连设备。本发明的实施例互连HSA中的连接器接片(213)和前置放大器电路板(211)。该方法布置连接器接片的连接焊盘形成表面放置为对着所述电路板的边缘。沿着所述连接焊盘形成表面的背面滑动板簧(62)并用所述板簧挤压所述背面，从而将所述连接焊盘形成表面压靠在所述边缘上。在保持该状态时，施加热能到所述连接焊盘从而进行焊料接合。在焊料接合之后移除所述板簧。
文档编号G11B5/60GK101763862SQ20091026084
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月21日 优先权日2008年12月19日
发明者中塚哲也, 中村哲也, 井上康, 加藤雅彦, 大久保雅史, 酒井隆弘, 金子聪 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司