用於在滑塊上對準雷射二極體的方法和裝置的製作方法
2023-07-31 09:04:21
專利名稱：用於在滑塊上對準雷射二極體的方法和裝置的製作方法
用於在滑塊上對準雷射二極體的方法和裝置對相關申請的交叉引用本申請要求於2010年4月30日提交的美國臨時專利申請第61/330，067號的權益，該臨時專利申請的內容通過引用整體合併於此。
背景技術：
熱輔助磁記錄(HAMR)通常是指這樣的概念局部加熱記錄介質以減少介質的矯頑磁性，以使得在由熱源引起的介質的臨時磁軟化期間所應用的磁寫入場可以更容易地引導介質的磁化。可以使用嚴格受限的高功率雷射斑點來加熱一部分記錄介質。然後，經加熱部分經受設定經加熱部分的磁化方向的磁場。藉助於HAMR,環境溫度下介質的矯頑磁性可以遠高於在記錄期間的矯頑磁性，由此以小得多的位單元在高得多的存儲密度下實現所記錄的位的穩定性。
一種用於將光引導到記錄介質上的方法使用被安裝在讀/寫頭(也被稱為「滑塊」)上的雷射二極體。雷射二極體將光定向到平面波導，該平面波導將光傳輸到鄰近滑塊的空氣軸承表面的小斑點。可以包括近場換能器(NFT)，以便進一步聚集光。近場換能器被設計為在所指定的光波長達到局部表面等離子體激元(LSP)條件。在LSP下，由於電子在金屬中的集體振蕩，出現環繞近場換能器的高強度場。該場的部分將隧穿入鄰近的介質並被吸收，局部提高了介質的溫度以便用於記錄。熱輔助磁記錄(HAMR)的重要問題是被用作光功率源的雷射二極體的位置。一種當前的設計將雷射二極體放置在滑塊的頂部。使用外部光學元件將來自雷射二極體的輻射聚焦並定向到波導上的耦合光柵。這種方法涉及開發外部光學元件，並且可以通過一一裝配滑塊並使用主動對準來實現。潛在的實施方式使用諸如固體浸沒鏡(SIM)/或通道波導之類的光定位元件的組合來將雷射二極體合併到滑塊的後緣並使用波導耦合器來將雷射引導到近場換能器。取得來自雷射器的光與波導的期望耦合需要在雷射二極體和波導之間適當對準。另外，這需要以節省成本的方式來完成。
發明內容
在一個方面中，一種裝置包括結構，包括通道波導和鄰近通道波導的輸入小面的袋；雷射器，具有輸出小面且被放置在袋中；以及擋塊，該擋塊在雷射器和袋的壁中的至少一個上；其中，擋塊被放置在雷射器和袋的壁之間的分界面，使得雷射器的輸出小面和波導的輸入小面由縫隙分隔。在另一方面中，一種方法涉及提供一種結構，該結構包括通道波導和鄰近通道波導的輸入小面的袋；將具有輸出小面的雷射器放置在袋中；將雷射器向袋的壁推動，直到在雷射器和袋的壁中的至少一個上的軸向擋塊被放置在雷射器和袋的壁之間的分界面，以使得雷射器的輸出小面和波導的輸入小面由縫隙分隔；並且固定雷射器和通道波導的相對位置。
在另一方面中，一種方法涉及相對於頭晶片定位載體晶片，以使得載體晶片的多個雷射二極體中的每一個與頭晶片的多個滑塊部分中的相應一個的對準部件相對準；經由載體晶片和頭晶片中的至少一個中的開口在載體晶片和頭晶片之間灌注氣體，以便在其間的焊料表面上創建優先表麵條件；以及執行回流操作以便將雷射二極體接合到相應的滑塊部分，其中，回流操作還與滑塊部分的對準部件協同引起其間的最終對準。
圖I是可以包括根據一個實施方式的滑塊的盤驅動器形式的數據存儲設備的圖形表示。圖2是雷射二極體和滑塊的一部分的剖視圖。圖3是雷射二極體和滑塊的一部分的等視軸圖。圖4是雷射二極體和滑塊的一部分的剖視圖。
圖5是雷射二極體和滑塊的一部分的剖視圖。圖6是雷射二極體和滑塊的一部分的剖視圖。圖7是滑塊中的袋的一部分的等視軸圖。圖8是包括接合焊盤的滑塊中的袋的一部分的剖視圖。圖9是包括接合凸塊的滑塊中的袋的一部分的剖視圖。圖10是雷射二極體和滑塊的一部分的剖視圖。圖11是雷射二極體和滑塊的一部分的剖視圖。圖12是雷射二極體和滑塊的一部分的剖視圖。圖13是包括多個雷射二極體的第一晶片和包括多個滑塊的第二晶片的剖視圖。圖14是包括多個雷射二極體的第一晶片和包括多個滑塊的第二晶片的剖視圖。圖15是包括多個雷射二極體的第一晶片和包括多個滑塊的第二晶片的剖視圖。圖16是根據一個示例實施方式的雷射二極體的透視圖。圖17是闡釋根據一個示例實施方式將雷射二極體裝配到滑塊的流程圖。
具體實施例方式圖I是可以包括根據一個實施方式構建的滑塊的盤驅動器10形式的數據存儲設備的圖形表示。盤驅動器10包括被確定尺寸為且被配置為包含盤驅動器的各種組件的外殼12 (在該視圖中上部被移除且下部可見)。盤驅動器10包括用於旋轉外殼內的至少一個磁存儲介質16的主軸電動機14。至少一個臂18被包含在外殼12內，且每一臂18具有帶有記錄頭或滑塊22的第一端部20和通過軸承26樞軸地安裝在軸上的第二端部24。致動電動機28位於臂的第二端部24，用於將臂18繞軸旋轉以便將記錄頭22定位在盤16的所期望的磁軌27上。致動電動機28由控制器調節，控制器在本視圖中未示出，且在本領域中是公知的。對於熱輔助磁記錄(HAMR)，電磁輻射(例如可見光、紅外或紫外光)被定向到記錄介質的表面上，以便提高介質的局部區域的溫度，以促進所加熱的區域的磁化的切換。HAMR記錄頭的近來的設計包括滑塊上的薄膜波導以將光引導到記錄介質以便局部加熱記錄介質。可以使用被放置在記錄頭的空氣軸承表面處的近場換能器來將電磁輻射引導到記錄介質上的小斑點。在根據一種實施方式構建的HAMR存儲設備中，將雷射二極體晶片放置在滑塊上。通過使用具有諸如停止器和臺階之類的專門設計的部件的雷射二極體床(也被稱為腔或袋)來實現雷射二極體輸出和波導的精確對準。圖2是在熱輔助磁記錄中使用的滑塊的示例的剖視圖。滑塊30包括基板32、基板上的底塗層34、底塗層上的波 導36和被放置為鄰近波導的寫入杆38。線圈40包括纏繞寫入杆的導體。雷射二極體42被放置在滑塊上，以便將光引導到波導的輸入小面44上。然後，光通過波導並被用來加熱存儲介質48的被放置為鄰近滑塊的空氣軸承表面50的部分46。光可以與近場換能器一起用來進一步控制熱效應。期望將雷射二極體的輸出小面52與波導的輸入小面對準，以便實現來自雷射二極體的光與波導的有效耦合。另外，避免了在雷射二極體的輸出小面52與波導的輸入小面之間的物理接觸，以便防止可以由這樣的接觸引起的對各小面的損壞。在一個方面中，一種方法用於在用於熱輔助磁記錄(HAMR)的滑塊上對準雷射二極體和波導。當雷射二極體被放置在滑塊上時，滑塊包括用於雷射二極體和通道波導的被動對準的幾何特徵。圖3示出具有帶有前小面擋塊64和66的袋62 (也被稱為床或腔)的滑塊的一部分60的示例。滑塊包括具有鄰近袋的輸入小面70的平面波導部分68。輸入小面處於袋的壁74中的凹座72中，在凹座的相對側上帶有擋塊64和66。可以是以雷射器晶片形式的雷射二極體76包括輸出小面78,雷射器從輸出小面78中發射電磁福射,例如可見光、紅外或紫外光。雷射二極體可以被放置在袋中，並向波導移動，直到它緊靠擋塊64和66。擋塊防止在雷射器輸出小面和波導輸入小面之間的接觸。對於圖3的裝置，通過將雷射二極體放置在袋中並將雷射二極體向前推到擋塊來實現在雷射器的輸出小面和波導的輸入小面之間的對準。波導側上的輸入小面可以通過垂直蝕刻工藝來形成，且可以比雷射二極體的有源輸出區域(即，輸出小面)寬。這種設計允許精確控制在雷射二極體的輸出小面和波導的輸入小面之間的距離。在雷射二極體的輸出小面和波導的輸入小面之間的距離80由袋的壁中的凹座的深度界定。因而，雷射二極體的有源區域不與波導機械接觸，且保持不受損傷。可以藉助於袋的壁中的蝕刻臺階和雷射二極體上的一個或多個擋塊來控制在橫向方向上的(即，X方向)雷射器輸出小面和波導輸入小面之間的相對位置。這在圖4中所闡釋的實施方式中示出，其中，滑塊的一部分90包括波導92和袋94。在這一示例中，雷射二極體96包括一個或多個擋塊98和伸出部分100。雷射二極體側的擋塊可以是被放置在雷射器輸出小面102的相對側上的凸出物。替代地，擋塊可以是雷射二極體的一側的部分，且輸出小面凹入該側中。藉助於這一結構，在雷射二極體和輸出小面上的擋塊之間的距離可以由光刻工藝界定。因而，幾何距離控制與光刻工藝的精度相同，該精度可以低於50nm。圖5中示出提供橫向對準(即，以Z方向)的結構。該結構包括袋的基座中的一個或多個蝕刻的凹槽以及雷射器晶片上的臺面結構。在圖5的實施方式中，雷射二極體110包括安裝在袋116的基座或底部中的凹槽114內的縱向延伸的臺面或突出物112。臺面可以被用來界定單個模式雷射二極體的光學限制和電流限制。在這種配置中，突出的臺面的中央部分包含有源雷射器量子阱。外部區域(被用於機械參考)被向下蝕刻到雷射器的基座基板材料。圖6是根據另一實施方式構建的滑塊120的一部分的圖示。在圖6的實施方式中，在接合工藝期間控制垂直方向(即，Y方向)的對準，其中通過接合化合物124將雷射二極體122安裝在滑塊袋中。滑塊包括蝕刻的擋塊126和128，以提供垂直距離控制而無需精確控制接合化合物厚度。獲取雷射二極體晶片的可重複的垂直位置的一種方式是在接合工藝期間將其向下握持。握持雷射器晶片的另一方法是在接合期間使用接合化合物的表面張力。這種方法可以被認為是兩個步驟的過程。第一步驟是以2-5微米的粗公差將雷射二極體晶片放置在袋中。在第二步驟中，作為使用接合化合物的回流過程的結果，可以使用表面張力來精確地對準雷射二極體和通道波導。圖7示出具有帶有擋塊144和146的袋142的滑塊140的一部分的示例。滑塊包括具有鄰近袋的輸入小面150的平面波導部分148。輸入小面處於袋的壁154中的凹座152中，在凹座的相對側上帶有擋塊144和146。可以是以雷射器晶片的形式的雷射二極體156包括輸出小面158，雷射器從輸出小面158中發射電磁輻射,例如可見光、紅外或紫外光。雷射二極體可以被放置在袋中並向波導移動，直到它緊靠擋塊144和146。擋塊防止在雷射器 輸出小面和波導輸入小面之間的接觸。對於圖7的示例，通過將雷射二極體放置在袋中並向前推動雷射二極體到擋塊來實現在雷射器的輸出小面和波導的輸入小面之間的對準。波導側上的輸入小面可以通過垂直蝕刻工藝來形成，且可以比雷射二極體的有源輸出區域(即，輸出小面)寬。這種設計允許精確控制在雷射二極體的輸出小面和波導的輸入小面之間的距離。更具體地，在雷射二極體的輸出小面和波導的輸入小面之間的距離160由袋的壁中的凹座的深度來界定。因而雷射二極體的有源區域不與波導機械接觸，且保持不受損傷。多個焊料凸塊162被放置在袋142的底部164。雷射二極體接觸焊盤164也被放置在袋的底部且可以具有圖7中所呈現的形狀。袋的底部上的接觸焊盤166充當吸熱器。最終的雷射二極體晶片位置將取決於潤溼區域的位置、在袋的底部和雷射二極體之間的接合化合物(共晶)材料的量和擋塊設計。圖7的結構可以用於倒裝片接合方法。接合化合物的示例包括焊料和環氧樹脂。圖8-圖12闡釋如何使用接合工藝來將雷射二極體向擋塊推動。圖8示出滑塊170中的袋的底部的一部分的剖視圖。晶種層172被放置在袋的底部上。多個接觸焊盤174被放置在晶種層上面的絕緣體174中的開口上。接觸焊盤由將允許形成良好焊料凸塊的「凸塊冶金學下」(UBM)可潤溼的材料形成Uf^n，Au、Cu、Ni、Cr、Ti、TiW)。絕緣材料176被放置在接觸焊盤之間。接觸焊盤可以只用來定位，或者也可以用於電接觸。圖9示出圖8的結構的剖視圖，在接觸焊盤174上添加了多個接合化合物(例如，共晶材料)凸塊178。圖10示出圖9的結構的剖視圖，且增加了具有在底部表面上的晶種層182的雷射二極體180，以及被放置在晶種層上的多個接觸焊盤184。絕緣材料186被放置在各接觸焊盤之間。雷射二極體上的接觸焊盤的位置由於放置容差而相對於袋中的接觸焊盤固有偏移。圖11示出由於材料回流(例如，焊料回流)引起的自對準，其中，雷射二極體相對於滑塊中的所期望的參考表面偏移，且回流的共晶材料的表面張力產生由箭頭188闡釋的力。圖12示出在共晶材料固化之後圖11的結構的剖視圖。從圖8-圖12，可以看見，可以使用接合化合物的表面張力來 將雷射二極體上的接觸焊盤與袋中的接觸焊盤對準。通過選擇二極體和袋上的接觸焊盤的相對位置，表面張力可以用來將雷射器推到與圖3和圖7中的擋塊接觸。另外，可以有意地偏移凸塊以便在實現自對準平衡之前將雷射器驅動到機械擋塊中。在一種實施方式中，可以同時將多個雷射器晶片接合到多個滑塊。通過使用帶有專門設計的部件(如擋塊和臺階)的雷射二極體床來實現雷射二極體輸出小面和通道波導的輸入小面的精確對準。在放置雷射二極體之後立即接著是單個工具中的焊料回流，因此以上所描述的這兩個工藝步驟有效地變成一個生產步驟。在圖13-圖15中闡釋該方法。圖13是包括多個滑塊部分202的第一晶片200 (也被稱為頭晶片)和包括多個雷射二極體206的第二晶片204(也被稱為載體晶片)的剖視圖。滑塊部分包括床208，每一個床都具有多個焊料凸塊210。載體晶片包括允許來自氫自由基源214的氫自由基通過的多個開口 212。雷射二極體中的每一個也包括多個焊料凸塊216。當如圖13中所示兩個晶片被分離時，氫自由基執行清潔功能以便清潔焊料凸塊。可以使用諸如常壓等離子體之類的工藝來形成氫自由基。替代地，活性氣體(例如甲酸)可以用來在焊料表面上產生優先表麵條件。圖14示出圖13的結構，其中，將第二晶片向第一晶片移動以使得床中的焊料凸塊和二極體上的焊料凸塊合併。在圖14中所闡釋的步驟中，使用表面張力來將雷射二極體推向界定雷射二極體輸出小面和波導輸入小面的最終相對位置的擋塊。圖15示出圖14的結構，其中，載體晶片已經移動離開第一晶片，留下被附加到第一晶片的雷射二極體。在一種實施方式中，AlTiC頭晶片被製造為帶有波導元件和蝕刻床(或袋)以便接收雷射二極體。這些袋可以包括用於被動對準的部件，諸如機械擋塊和/或焊料凸塊。蝕刻袋界定雷射二極體晶片的最終位置。載體晶片包括孔以便允許諸如氫自由基和/或甲酸蒸汽之類的化學活性物質的流動。蝕刻袋的尺寸應匹配快速抓放工具的放置精度。袋位置匹配頭晶片中的滑塊部分的位置。載體晶片的尺寸可以與頭晶片相同或者比頭晶片大。可以藉助於快速抓放工具將雷射二極體放置到載體晶片上的袋中。雷射二極體最初處於載體晶片上的袋中而無需機械固定。由振動或不正確的水平定向引起的可能的雷射器晶片移動受到載體晶片袋壁限制。可以通過將袋壁用作機械停止器將雷射器晶片的自由移動用於減少放置工具位置改變。化學活性物質的源可以具有匹配載體晶片的尺寸。這種源的示例是可商購的常壓等離子體工具。正如在圖13-圖15中所闡釋的，裝配雷射二極體和滑塊的這種過程包括圖17的流程圖中所示出的步驟。首先，230將載體晶片放置為鄰近頭晶片，具有某一間距，例如若干毫米(參見圖13)。232將該源放置為接近載體晶片，以通過載體晶片中的孔提供化學活性物質流。234開啟該源，且將晶片加熱為高於焊料熔點。236允許焊料回流和焊料表面預清潔的一些時間，以便從焊料表面移除氧化物。晶片之間的縫隙應被選擇為允許由清潔物質同時接觸兩個晶片上的焊料。
接下來，238使得各晶片接觸，以使得兩個晶片上的焊料相互接觸(也參見圖14)。在焊接之前清潔工藝立即繼續，直到小的縫隙限制了對焊料的接觸。在藉助於機械擋塊的被動對準的情況中，240可以應用附加移動以便將雷射二極體晶片推到與頭晶片上的擋塊接觸，並且242關閉加熱器。244在焊料固化期間繼續將雷射器推向擋塊。在固化之後，250釋放載體晶片(也參見圖15)。如果將焊料凸塊用於自對準，則246允許雷射器浮動，且248關閉加熱器。雷射器在焊料固化期間應浮動。接合焊盤幾何形狀和布局對雷射二極體的自對準性質具有顯著影響。主要是，焊料陣列的尺寸、形狀和體積直接影響對準特性。在圖16中示出標準布局，其示出帶有中央吸熱器連接222和外部對準焊盤224的邊緣發射雷射二極體220的自對準接合焊盤布局的 示例。該焊盤布局包括焊料自對準凸塊和伸長的吸熱器連接的組合，以便通過滑塊/頭結構提供焊料自對準、電接觸和熱冷卻。儘管已經描述了若干實施方式，但本領域中的技術人員應明顯看出，可以在不偏離權利要求的範圍的前提下對所描述的實施方式做出各種改變。以上所描述的實現和其他實現是在下列權利要求的範圍內。
權利要求
1.ー種裝置，包括 包括通道波導和鄰近所述通道波導的輸入小面的袋的結構； 具有輸出小面並被放置在所述袋中的雷射器；以及 所述雷射器和所述袋的壁中的至少ー個上的擋塊； 其中，所述擋塊被放置在所述雷射器和所述袋的壁之間的分界面上，使得所述雷射器的輸出小面和所述波導的輸入小面由縫隙分隔。
2.如權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述擋塊鄰近所述袋的壁中的凹座。
3.如權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述擋塊鄰近所述雷射器的輸出小面。
4.如權利要求I所述的裝置，其特徵在幹，進ー步包括 所述雷射器上的第一多個焊盤； 所述袋中的第二多個焊盤；以及 被放置在所述第一多個焊盤和所述第二多個焊盤的各個焊盤之間的接合材料。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在幹，相對於期望參考表面偏移在所述多個焊盤之間的相對對準。
6.如權利要求I所述的裝置，進ー步包括被放置在所述雷射器和所述袋的底部之間的吸熱器。
7.如權利要求I所述的裝置，進ー步包括 所述袋的底部中的凹槽；以及 從所述雷射器延伸到所述溝槽中的臺面。
8.如權利要求I所述的裝置，其特徵在幹，進ー步包括 在所述袋的邊緣和所述雷射器的邊緣之間的附加擋塊。
9.ー種方法，包括 提供包括通道波導和鄰近所述通道波導的輸入小面的袋的結構； 在所述袋中放置具有輸出小面的雷射器； 將所述雷射器向所述袋的壁推動，直到所述雷射器和所述袋的壁中的至少ー個上的軸向擋塊被放置在所述雷射器和所述袋的壁之間的分界面，使得所述雷射器的輸出小面和所述波導的輸入小面由縫隙分隔；以及 固定所述雷射器和所述通道波導的相對位置。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述擋塊鄰近所述袋的壁中的凹座。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，將所述雷射器向所述袋的壁推動包括使用表面張カ來將所述雷射器推向所述壁，以使得所述雷射器的輸出小面與所述通道波導的輸入小面對準。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，使用有意的雷射器偏移來允許在與所述擋塊接觸之前發生橫向對準。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，偏移在雷射器焊盤和基板焊盤之間的相對對準，使得在完全對準之前在軸向方向實現所述雷射器和所述擋塊之間的接觸。
14.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，焊料回流高度比垂直擋塊高度小，使得焊料處於張力下並將所述雷射器拉向所述垂直擋塊。
15.如權利要求9所述的方法，其特徵在幹，進ー步包括將氫自由基和表面活化氣體中的至少ー種灌注到所述袋和所述雷射器之間的縫隙。
16.—種方法,包括 相對於頭晶片定位載體晶片，以使得所述載體晶片的多個雷射二極體中的每ー個與所述頭晶片的多個滑塊部分中的相應ー個的對準部件對準； 經由所述載體晶片和所述頭晶片中的至少ー個中的開ロ在所述載體晶片和所述頭晶片之間灌注氣體，以便在其間的焊料表面上產生優先表麵條件；以及 執行回流操作以便將所述雷射二極體接合到相應滑塊部分，其中，所述回流操作還與所述滑塊部分的所述對準部件協同引起其間的最終對準。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述對準部件包括所述滑塊部分上的袋和在所述雷射二極體的輸出小面和所述滑塊部分的輸入小面之間的機械擋塊中的至少ー個，其中，所述機械擋塊通過至少在所述最終對準後的縫隙分隔所述輸入小面和輸出小面。
18.如權利要求16所述的方法，其特徵在幹，響應於在所述雷射二極體和所述滑塊部分之間的焊料凸塊的表面張力，所述回流操作還引起所述最終對準。
19.如權利要求18所述的方法，進ー步包括在所述回流操作期間將所述雷射二極體與所述載體晶片分離，由此允許所述雷射二極體在所述回流操作後在焊料固化期間浮動。
20.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，相對於所述頭晶片定位所述載體包括在所述雷射二極體和滑塊部分之間留出距離，所述方法進ー步包括在所述回流操作期間使得所述雷射二極體與所述滑塊部分接觸。
21.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述氣體包括氫自由基和表面活化氣體中的至少ー種。
全文摘要
一種結構包括通道波導和鄰近通道波導的輸入小面的袋。具有輸出小面的雷射器被放置在袋中。該結構包括雷射器或袋的壁上的擋塊。該擋塊被放置在雷射器和袋的壁之間的分界面，以使得雷射器的輸出小面和波導的輸入小面由縫隙分離。
文檔編號G11B5/60GK102760451SQ20121014321
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月27日 優先權日2011年4月29日
發明者A·古拉科夫, J·P·赫爾利, T·R·布恩斯塔 申請人:希捷科技有限公司