頭堆疊組件、其製造方法及用於其的互連設備的製作方法

2023-05-20 16:23:41 1

專利名稱：頭堆疊組件、其製造方法及用於其的互連設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及頭堆疊組件的製造方法、用於頭堆疊組件的互連設備、以及頭堆疊組件(head stack assembly)，尤其涉及頭堆疊組件中連接器接片(connector tab)上的連接焊盤和電路板的連接焊盤之間的互連。
背景技術：
硬碟驅動器(HDD)已廣泛用作計算機的存儲裝置且已成為當前的計算機系統中不可或缺的存儲裝置之一。HDD包括用於存儲數據的磁碟、頭滑塊、以及用於移動頭滑塊至磁碟上所需位置的致動器。致動器和頭滑塊的組件稱為頭堆疊組件(HSA)。致動器通過音圈馬達驅動並繞樞軸轉動，從而在旋轉的磁碟之上沿盤徑向移動頭滑塊。這使得頭滑塊能夠對磁碟進行存取。頭滑塊包括滑塊，寫元件和/或讀元件形成在滑塊上。
致動器包括彈性懸架，頭滑塊附著到懸架。頭滑塊的面對磁碟的飛行表面與旋轉磁碟之間的空氣粘滯性導致的壓力平衡懸架施加的朝向磁碟的壓力，從而頭滑塊飛行於磁碟之上。懸架包括平衡架和負載梁，平衡架用於在其面對磁碟的表面上保持所述頭，負載梁用於在其面對磁碟的表面上保持該平衡架。平衡架形成為是可變形的，從而滑塊能在特定方向上傾斜以例如補償磁碟的抖動(flutter)。 在致動器上形成布線結構(稱為線纜(trace))以用於在包括放大器電路的電路晶片和頭滑塊上的元件之間傳輸信號。電路晶片安裝在柔性印刷電路板(FPC)中，FPC固定在用於致動器的樞軸附近。線纜的一端與頭滑塊的連接焊盤相連。線纜的另一端與FPC的連接焊盤相連。 例如下面列出的專利文獻1公開了一種線纜和FPC的焊料接合(solder joining)方法。專利文獻1中公開的端子接合設備(terminal joining即paratus)包括用於將多個懸架的端子共同向致動器模塊(actuator block)的多個端子擠壓的擠壓致動器、用於連接多個懸架的端子和致動器模塊的端子的端子接合晶片、用於橫向定位端子的橫向定位機構、以及用於沿縱向對齊多個懸架的端子的縱向定位銷(positioning pin)。該端子接合設備實現了精確地接合多個懸架的端子和致動器模塊的端子。
專利文獻1 :日本未審專利申請特開公報No. 2008-47204。

發明內容
利用擠壓致動器，上述端子接合設備將懸架的端子壓靠在致動器模塊的端子上，從而實現端子之間的可靠互連。然而，在專利文獻1的HSA中，懸架的端子和致動器模塊的端子沿垂直於HSA的樞軸的方向疊置，端子接合設備沿垂直於HSA的樞軸的方向將懸架的端子壓靠在致動器模塊的端子上。因此，該設備不能用於製造不具有這樣的端子結構的HSA。 另外，對於上述端子接合設備，要求杆形(stick-like)擠壓致動器精確定位到懸架的端子。懸架的端子區域和致動器模塊的端子區域由微小元件構成，因此需要高度精密和複雜的設備配置來精確定位杆狀擠壓致動器到其上。特別地，上述端子接合設備具有多個定位機構，其設備結構非常複雜。 本發明的一方面涉及頭堆疊組件的製造方法。該方法製造包括臂、固定到所述臂的末梢的懸架、由所述懸架保持的頭、線纜以及電路板的組件，所述線纜中從所述懸架延伸以用於傳輸用於所述頭的信號的引線形成在金屬層上。該方法將形成在所述線纜的端部的連接器接片的連接焊盤形成表面放置為對著所述電路板的邊緣。沿著所述連接焊盤形成表面的背面滑動彈性構件。在所述背面停止所述彈性構件並用所述彈性構件擠壓所述背面，從而將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上。在利用所述彈性構件將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上時，通過施加熱能到所述連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤，金屬接合所述連接器接片和所述電路板的連接焊盤。在所述金屬接合之後移除所述彈性構件。這樣的簡單的設備和方法實現了連接器接片和電路板的連接焊盤之間的可靠互連從而提高了頭堆疊組件的製造產率。 優選方法將兩個連接器接片插入到所述電路板的兩個突出部之間，所述兩個連接器接片的各連接焊盤形成表面對著所述兩個突出部的各所述邊緣；將所述彈性構件插入到所述兩個連接器接片的所述連接焊盤形成表面的所述背面之間，同時保持所述彈性構件與所述背面接觸；停止所述彈性構件，同時保持所述彈性構件與所述兩個連接器接片的所述背面接觸並擠壓所述兩個背面，從而將所述兩個連接器接片的所述連接焊盤形成表面的每個壓靠在每個所述邊緣上；以及在利用所述彈性構件將每個所述連接焊盤形成表面壓靠在每個所述邊緣上時，通過施加熱能到所述兩個連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤，金屬接合所述兩個連接器接片和所述電路板的連接焊盤。由此，利用簡單的設備和簡單的方法，通過金屬接合能夠可靠地接合夾在電路板的兩個突出部之間的兩個連接器接片的連接焊盤和電路板的連接焊盤。 優選地彈性構件是U形板簧。由此，彈性構件可以容易且適當地置於連接器接片的背面的位置處，且可以減小彈性構件的熱容量。另外，優選地板簧的末梢以曲面形成。由此，可以抑制板簧的彈簧特性的劣化。另外，優選地末梢處的曲率半徑在0. 05mm到0. 3mm的範圍。由此，能夠實現抑制彈簧特性的劣化並實現適當的壓力。供選地，板簧優選由具有30(TC或更高的熔點的金屬性材料製成。由此，能夠抑制金屬接合時的熱導致的劣化。另外，板簧的板厚度優選在0. 03mm到0. lmm的範圍。由此，能夠實現抑制彈簧特性的劣化並實現適當的壓力。 優選地，板簧包括與所述末梢接合併平行設置的兩個板部件；輔助彈簧機構形成在所述板部件的任一個或每個上。由此，可以抑制板簧的彈簧特性的劣化。另外，輔助彈簧機構優選包括四邊形板，其位於所述板部件的中部且向所述板簧內彎從而具有彈簧特性。由此，輔助彈簧機構能夠以簡單結構形成。更優選地，具有彈簧特性的所述四邊形板的寬度在近端寬且朝向遠端變窄。由此，可以抑制輔助彈簧機構的彈簧特性的劣化。
根據本發明另一方面的一種頭堆疊組件包括臂、固定到所述臂的末梢的懸架、由所述懸架保持的頭、線纜以及電路板，所述線纜中從所述懸架延伸以用於傳輸用於所述頭的信號的引線形成在金屬層上。另外，所述頭堆疊組件通過如下方法製造。該方法將形成在所述線纜的端部的連接器接片的連接焊盤形成表面放置為對著所述電路板的邊緣。沿著所述連接焊盤形成表面的背面滑動彈性構件。在所述背面停止所述彈性構件並用所述彈性構件擠壓所述背面，從而將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上。在利用所述彈性構件將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上的同時，通過施加熱能到所述連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤，金屬接合所述連接器接片和所述電路板的連接焊盤。在所述金屬接合之後移除所述彈性構件。由此，能夠獲得其中連接器接片和電路板的連接焊盤可靠互聯的頭堆疊組件。
本發明的再一方面涉及一種用於頭堆疊組件的互連設備。該設備包括支承平
臺，用於支承組件，所述組件包括臂、固定到所述臂的末梢的懸架、由所述懸架包的頭、線纜
以及電路板，所述線纜中從所述懸架延伸以用於傳輸用於所述頭的信號的引線形成在金屬
層上，其中形成在所述線纜的端部的連接器接片的連接焊盤形成表面對著所述電路板的邊
緣。該設備包括擠壓工具，該擠壓工具包括彈性構件，該彈性構件將沿著所述連接焊盤形成
表面的背面插入，並擠壓所述背面從而將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上。另外，
該設備包括雷射設備，在利用所述彈性構件將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上
時，雷射設備用於施加熱能到所述連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤。由
此，在簡單的設備結構中，夾在電路板的兩個突出部之間的兩個連接器接片的連接焊盤和
電路板的連接焊盤能夠利用簡單設備和簡單方法通過金屬接合而可靠地接合。 本發明實現了 HGA的連接器接片和電路板之間的可靠互連，提高了 HSA的產率。


圖1是平面圖，示出本發明一實施例中的HDD的整體結構；
圖2是透視圖，示出本發明一實施例中的HSA的整體結構；
圖3是分解透視圖，示出本發明一實施例中的HGA的整體結構；
圖4是平面圖，示出本發明一實施例中的部分HSA的結構； 圖5(a)-(b)是示意性示出本發明一實施例的HSA中連接器接片和電路板之間的接合部分(joint section)的圖； 圖6(a)-(c)是示意性示出根據本發明一實施例將連接器接片和電路板接合時使用的擠壓工具的結構和使用的圖； 圖7(a)-(c)是示意性示出根據本發明 一實施例的擠壓工具中的板簧的結構的圖； 圖8(a)-(b)是示意性示出根據本發明一實施例的擠壓工具中板簧和電路板之間的尺度關係的圖； 圖9(a)-(b)是示出根據本發明一實施例用於擠壓連接器接片的擠壓工具中板簧的操作的圖； 圖10(a)-(b)是示意性示出根據本發明一實施例的擠壓工具中板簧的另一示例的結構的圖； 圖ll(a)-(b)每個是示意性示出在根據本發明一實施例的擠壓工具中具有輔助彈簧機構的板簧的部分結構的圖； 圖12是示意性示出焊接設備的結構的圖，該焊接設備是根據本發明一實施例進行HSA中的金屬接合的製造設備； 圖13(a)-(c)是示意性示出測量中使用的擠壓工具的結構的圖。
具體實施例方式
下面將描述應用本發明的優選實施例。為了清楚地說明起見，下面的描述和附圖含有適當的省略和簡化。整個附圖中，相似的元件由相似的附圖標記表示，並且為了簡潔起見省略了不必要的重複說明。下面，將利用硬碟驅動器(HDD)作為盤驅動器裝置的示例來描述本發明的優選實施例。 如圖1所示，用於HDD 100的機械構件容置在基體102中。基體102中的構件的操作通過固定在基體外的電路板上的控制電路(未示出)來控制。HDD IOO包括作為存儲數據的盤的磁碟101、用於存取(讀或寫)磁碟IOI的頭滑塊105。頭滑塊105包括用於向磁碟101寫用戶數據和/或從其讀用戶數據的頭元件部件和其上設置有該頭元件部件的滑塊。 致動器106支承頭滑塊105。致動器106和頭滑塊105的組件稱為頭堆疊組件(HSA)。為了存儲磁碟101，致動器106在樞軸107上轉動從而在旋轉的磁碟101之上移動頭滑塊105。作為驅動機構的音圈馬達(VCM) 109驅動致動器106。致動器106包括以下構件懸架110、臂111、線圈支承件112和VCM線圈113，所述構件以所列順序從設置頭滑塊105的末梢處沿縱向連接。 固定到基體102的主軸馬達(SPM) 103以特定的角速度旋轉磁碟101。滑塊的面對
磁碟101的氣墊面(ABS)與旋轉磁碟101之間的空氣粘滯性導致的壓力平衡懸架110施加
的沿朝向磁碟101的方向的壓力，從而頭滑塊105飛行於磁碟101之上。 圖2是透視圖，示意性示出HSA的結構。在本說明書中，沿著致動器樞軸107的方
向定義為上下方向；朝向HDD 100的頂蓋的方向定義為向上，朝向基體102底部的方向定義
為向下。在致動器106中，從樞軸107觀察時，朝向懸架的方向定義為向前，相反方向定義
為向後。 圖2中作為示例示出的HSA具有可應用於三個雙面可記錄磁碟101的結構。致動器106包括當沿樞轉軸線方向觀察時設置為疊置的四個臂llla至llld和六個懸架110a至110f。懸架110a和110f分別固定到最上的臂llla和最下的臂llld。懸架110b和110c固定到中間的臂lllb的各表面，懸架110d和110e固定到中間的臂lllc的各表面。多個臂llla至llld以疊置方式固定到樞轉軸承220。 布線結構(下面稱為線纜)230從懸架110向後延伸。在圖2中，通過附圖標記僅說明性地示出線纜從懸架110a延伸。線纜230包括金屬層和金屬層上的絕緣層之間夾置的導電引線。線纜230的一端連接到頭滑塊105的連接焊盤。在線纜230的靠近樞軸107的另一端，設置連接器接片(co皿ectortab)231，連接器接片231是沿致動器的橫向(垂直於樞轉軸線的方向)延伸的突出部。連接器接片231上具有與FPC 210連接的多個連接焊盤。在多個臂llla至111d上，分別設置支承件240a至240d;每個容置並支承從懸架110延伸的線纜230。 在FPC 210中，多條導電引線彼此分開布置並與聚醯亞胺膜製成的絕緣片結合。FPC 210連接到線纜230以在頭滑塊105和控制電路(未示出)之間傳輸信號。FPC 210的端部結合到基板(base plate)，基板固定到致動器106。基板和FPC 210構成電路板211。在電路板211上，安裝包括放大器電路的電路晶片(未示出)。
在電路板211的前端，形成多個突出部212且其間設置開口 。在每個突出部212的 表面上，設置多個焊盤，形成用於連接電路板和布線結構230的接合部(joint)。線纜230 的連接器接片231插入到開口中，突出部212上的焊盤和形成在連接器接片231上的焊盤 通過焊接互連。 圖3是分解透視圖，示出本發明一實施例中的HGA 200的構件。HGA 200包括懸架 110和頭滑塊105。懸架110包括柔性電纜201、金屬層形成的平衡架202、負載梁203和安 裝板204。平衡架金屬層202的一部分和其上的柔性電纜201構成線纜230。以此方式，平 衡架202和線纜230整體形成。負載梁203由例如不鏽鋼以精密板簧的形式形成。負載梁 的剛度高於平衡架202的剛度。負載梁203由於其彈簧特性而向頭滑塊205產生負荷。
安裝板204和平衡架202由例如不鏽鋼製成。平衡架202具有平衡架舌部224，頭 滑塊105固定到該舌部。被彈性支承的平衡架舌部224保持頭滑塊105並自由傾斜以有助 於頭滑塊105的姿態控制。 圖4是平面圖，示意性示出HSA結構的一部分。如上所述，線纜230包括金屬層 202的頂部和夾置在設置在金屬層上的聚醯亞胺絕緣層之間的引線。線纜230從懸架110 的與磁碟101的旋轉軸相反的一側延伸。從平衡架202向後延伸的線纜230沿著臂111的 側面(遠離磁碟101中心的那側)朝向樞軸107(朝致動器的後部)延伸。
在線纜230的後端(靠近樞軸的那端)，形成連接器接片231，其為突出部以用於 與電路板211連接。連接器接片231具有大的寬度，寬於從平衡架主體向後延伸的尾部 (tail)中的其它部分。參照圖3，在接片231上設置多個連接焊盤233以用於與FPC 210 的焊料接合；連接焊盤233與線纜230的引線連接。連接器接片231的大寬度實現了與電 路板211的有效連接。 圖5是示出線纜230的連接器接片231和電路板211的突出部212之間的連接的 圖。形成在突出部212末端部分上的連接焊盤與形成在連接器接片231的面對突出部212 的表面上的連接焊盤通過焊料連接從而形成接合部810。在突出部212之間的每個開口處， 插入並設置由單個支承部件240支承的兩條線纜的連接器接片231。形成在每個連接器接 片231的面對突出部212的表面上的連接焊盤和設置在突出部212的相應末端部分上的連 接焊盤通過焊料互連。 線纜230的連接器接片231的四個連接焊盤和電路板211的突出部212的四個連 接焊盤通過雷射點焊來焊接。在雷射點焊中，通常雷射束同時施加到八個連接焊盤以焊接 它們。例如，八個連接焊盤包括在基本矩形的雷射點中。在焊料接合(solder joining)中， 優選地使用氙雷射束。 下面將描述線纜230的連接器接片231的連接焊盤和電路板211的連接焊盤的互 連方法。在本發明一實施例中，在將線纜230的連接器接片231的連接焊盤和電路板211的 連接焊盤互連時，使用工具來向電路板211擠壓連接器接片231以實現連接焊盤之間的可 靠互連。圖6是示意性示出本發明一實施例中的這樣的擠壓工具6的結構及其使用的圖。
如圖6 (a)所示，擠壓工具6包括引導部61和在引導部61後面(方向基於沿致動 器106的方向)的板簧62a至62c。如圖6(b)所示，將連接器接片231和電路板211互連 的方法沿著線纜230滑動擠壓工具6，從而板簧62a至62c被壓向連接器接片231a至231d。 板簧62a至62c將連接器接片231a至231d壓靠到電路板211上。
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然後，如圖6 (c)所示，在保持用擠壓工具6將連接器接片231a至231d壓靠到電 路板211上的同時，該方法施加雷射束到連接器接片231a至231d和電路板211之間的互 連部分。優選地，該方法預先用焊料塗覆連接器接片231a至231d的連接焊盤233和電路 板211的連接焊盤213，向其施加助焊劑，然後通過來自雷射設備51(雷射源)的雷射束的 熱熔化焊料，從而將連接焊盤233和213互連。可以使用焊料膏代替焊料塗層。替代地，可 以使用焊料塗層和膏的混合物。本發明不受連接焊盤的接合方式的限制。
完成焊料接合以後，該方法從HSA去除擠壓工具6。擠壓工具6的使用實現了連 接器接片231的連接焊盤233和電路板211的連接焊盤213之間通過金屬接合(metal joining)的互連。優選的金屬接合是焊料接合。利用彈性部件使連接器接片231a至231d 壓靠在電路板211上，焊料接合實現了連接焊盤233和213之間更可靠的互連。
擠壓工具6的使用通過利用彈力擠壓HSA中連接器接片231a至231d的具有連接 焊盤233的表面的背部，有助於連接器接片231a至231d的連接焊盤233緊密接觸電路板 211的連接焊盤213。由此，提高了HSA的製造產率。另外，擠壓工具6難以積累金屬疲勞， 因此其經久耐用，適於長期使用。另外，它能輔助焊接而不從焊料接合部吸取很多雷射束的 熱量。 圖6 (a)至6 (c)作為例子示出了利用三個臂和四個HGA的HSA中的焊料接合。連 接器接片231a是固定在最上層處的HGA的連接器接片。連接器接片231b、231c和231d分 別是在第二層、第三層和最下層處的HGA的連接器接片。連接器接片231b和231c是固定 到中間的相同臂的HGA的連接器接片。 電路板211具有兩個突出部212a和212b以及一個開口 214(參見圖8)。如參照 圖5所說明的，突出部212a和212b沿著臂lll的側面朝向致動器的前部延伸。突出部212a 和212b在平行於致動器樞軸107的方向上布置。在突出部212a和212b的各自上面和下 面，沿前後方向設置連接焊盤。在圖6的例子中，六個連接焊盤213沿前後方向構成一行， 且該行與單個連接器接片相關聯。 如圖6(b)所示，當從上下方向觀察時，從臂111的前端向後端延伸的線纜的連接 器接片231a至231d布置為與電路板211交迭。具體而言，連接器接片231a設置為高於突 出部212a，連接器接片231b和231c設置在開口 214內。連接器接片231d設置為低於突出 部212b。連接器接片231a和231b夾持突出部212a，連接器接片231c和231d夾持突出部 212b。 對於連接器接片231a至231d，其上設置有它們的連接焊盤233的主表面(最寬 的面)放置為面對電路板211的突出部212a和212b的邊緣。換言之，其上設置有它們的 連接焊盤213的突出部212a和212b的主表面(最寬的面)放置為與連接器接片231a至 231d的主表面(最寬的面)以預定角度(通常以直角)相交。在連接器接片231a至231d 上，連接焊盤沿前後方向設置成行。連接器接片231a至231d和突出部212a和212b的如 此布置允許連接器接片231a至231d的連接焊盤233以預定角度(通常直角)面對突出部 212a和212b的連接焊盤213。 連接焊盤233形成在連接器接片231a至231d的面對突出部212a和212b的主表 面上。具體地，連接器接片231a的焊盤形成面與突出部212a的上邊緣接觸。連接器接片 231b的焊盤形成面與突出部212a的下邊緣接觸。連接器接片231c的焊盤形成面與突出部212b的上邊緣接觸，連接器接片231d的焊盤形成面與突出部212b的下邊緣接觸。 連接器接片231a至231d與突出部212a和212b具有這樣的位置關係，擠壓工具6
將連接器接片231a至231d壓靠在突出部212a和212b上。如圖6 (c)所示，最上的板簧62a
將連接器接片231a壓靠在突出部212a上。中間的板簧62b將連接器接片231b和231c分
別壓靠在突出部212a和212b上。最下的板簧62c將連接器接片231d壓靠在突出部212b
上。板簧62a至62c接觸並擠壓連接器接片231a至231d的焊盤形成面的背面。 擠壓工具6的引導部61與HSA的臂111接觸。引導部61具有主板611以及垂直
於主平面的側板612和613。沿主板611的寬度方向設置板簧62a至62c。當擠壓工具6
貼附到HSA時，主板611的寬度GW對應於引導部61的高度。主板611的寬度在尺度上與
從最上臂的頂表面到最下臂的底表面的距離相同。 在貼附擠壓工具6時，主板611的背表面接觸臂的邊緣，側板612和613分別接觸 最上臂和最下臂，從而引導擠壓工具6的滑動方向。設置到擠壓工具6的引導部61允許在 製造HSA的焊料接合步驟中容易地設定擠壓工具6到預定位置。 擠壓工具6包括板簧62a至62c。引導部61和板簧62a至62c沿致動器的前後 方向設置。假定擠壓工具6的插入方向是向前，則引導部61在板簧62a至62c後。在圖6 的結構示例中，板簧62a至62c由單個金屬板形成。彎曲單個板以形成多個板簧62a至62c 使擠壓工具6能容易地形成且具有較少數量的構件。板簧62a至62c具有向外擴張的彈力 並保持在引導部61的側壁614和615之間。 下面將描述板簧62a至62c的結構。由於它們具有相同的結構，所以將參照圖7 具體描述板簧62b的結構。圖7(a)和7(b)分別是透視圖和頂平面圖，示意性示出了板簧 62b的結構。板簧62b為U形且其彈簧寬度BW朝向末梢變小。板簧62b包括主部621和末 梢622。在貼附到HSA時，末梢622位於沿滑動方向向前的位置。參照致動器時，末梢622 位於主部621的後面。 主部621包括兩個平的主板部件623a和623b。主板部件彼此平行設置且其間的 間隔是均一的。末梢622包括分別與主板部件623a和623b接合的楔形部件624a和624b， 以及連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具有相同的板寬度PW。 S卩，板簧62a至62c由具有均一寬度的金屬板製成。
楔形部件624a和624b之間的間距朝向末端以勻速變小。楔形部件624a和624b 以及端板部件625是平的，角(彎折)形成在楔形部件624a和主板部件623a之間，楔形部 件624b和主板部件623b之間，楔形部件624a和端板部件625之間，以及楔形部件624b和 端板部件625之間。如圖6(c)所示，主板部件623a和623b的板表面分別接觸並擠壓連接 器接片231b和231c的板表面。 在自然狀態，主板部件623a和623b的彈簧寬度BW大於電路板211中開口 214的 開口寬度。另外，板簧62b的遠端的寬度，即端板部件625的寬度(沿彈簧寬度方向的尺 度)小於開口寬度。更具體而言，該遠端的寬度小於設置在開口214中的連接器接片231b 和231c之間的間隔。該結構允許板簧62b平滑地插入到連接器接片231b和231c之間，並 允許連接器接片231b和231c被適當地壓靠在突出部212a和212b上。
如果板簧62b具有圖7(a)和7 (b)所示例的U形板簧中，圓化的末梢622能夠顯著改善板簧62b的耐用性。圓化板簧62a至62c的 末梢提供了末梢處的非零曲率半徑值。該結構能夠分散板簧插入時由於變形而在曲面處產 生的應力。這防止了應力集中在彎折處，從而延遲了重複使用板簧時在彎折處的疲勞斷裂。
末梢處的曲率半徑優選地為0. 05mm或更大。如果小於該值，則彎曲處變得負荷 加重從而易於折斷。板簧62b中的曲率半徑優選地低於開口寬度的一半，這向連接器接片 231b和231c提供了適當的彈力。 為了彈性地擠壓所有的連接器接片231a至231d，板簧62a至62c之間的位置關係 是重要的。當如圖6(c)所示地貼附擠壓工具6時，所有板簧62a至62c的彈簧寬度需要被 壓縮。因此，如圖8(a)和8(b)所示，從開口 214的中間到突出部212a的上緣(外緣)的 長度Ll大於從板簧62b的中間到板簧62a的內主板部件(面對板簧62b的表面)的長度 L2。另外，從開口 214的中間到突出部212b的下緣(外緣)的長度L3大於從板簧62b的 中間到板簧62c的內主板部件(面對板簧62b的表面)的長度L4。 圖9(a)和9(b)示意性示出焊料接合之前和之後的板簧62b。在當前示例中，板簧 62b的末梢622是圓化的。當板簧62b插入到開口 214中時，連接器接片231b和231c的連 接焊盤的一部分與電路板211的連接焊盤213接觸，但連接焊盤的其它部分是分開的。以 此方式，由於製造或組裝誤差以及構件差異，並不是所有的連接焊盤可與對應的連接焊盤 接觸。連接焊盤之間的間隙尤其在連接焊盤塗覆有焊料時傾向於更大。這是因為塗覆的焊 料具有形狀和厚度的變化。 當連接焊盤213和233被雷射束加熱時，固態焊料熔化。如圖9(b)所示，被板簧 62b擠壓的連接器接片231b和231c變形從而使連接焊盤233緊密接觸連接焊盤213。如 果停止雷射加熱，則熔化的焊料硬化從而接合連接焊盤213和233。以此方式，在焊接中，通 過彈力擠壓連接器接片231b和231c的連接焊盤形成表面的背側有助於連接器接片231b 和231c的連接焊盤233緊密接觸電路板211的連接焊盤213。 為了使板簧62b更均勻地擠壓連接器接片231b和231c，焊料熔化後板簧62b與 連接器接片231b和231c之間的各接觸區域優選地達到所布置的連接焊盤233的中部或更 深。另外，板簧62b的末梢優選地與開口214的底部分開。由此，即使板簧62b的插入位置 存在變化，也能夠通過板簧62b獲得適當的壓力。板簧62b具有與板簧62a和62c相同結 構。因此，上述給出的對板簧62b的說明可應用於板簧62a和62c。板簧62b與板簧62a和 62c之間的差異在於將被擠壓的連接器接片是設置在板簧的每一側還是在其一側。
當板簧62b插入到兩個連接器接片231b和231c之間的0. 3mm至0. 7mm的狹小空 間中時，彎成U形的板簧62b能夠容易地將連接器接片231b和231c推向旁邊。另外，具有 適當彈簧性質的板簧62a至62c能夠使連接器接片231a至231d在焊接時是平的。
板簧62a至62c由具有高耐熱性和高彈性的金屬性材料製成，例如不鏽鋼、貝氏 亍本鋼(bainite steel)、帶鋼(ribbon steel)或石粦青f同(phosphor bronze)。為了足以而f 受雷射加熱，優選使用具有30(TC或更高熔點的金屬性材料。板簧62a至62c的板厚度優 選為0.1mm或更小。厚度O. lmm或更小的材料允許彈簧部件通過小的力而自身變形。上 面描述的大多數變形不是塑性變形(plastic deformation)，而是在彈性變形(elastic deformation)的範圍內，因此當去除力之後，彈簧能夠恢復成幾乎原始形狀。當板簧62a至 62c通過與連接器接片231a至231d接觸而變形時，即至少在進行焊接時，它們能一直向連接器接片231a至231d施加壓力。 由於彈簧部件不經歷塑性變形，所以整個彈簧部件變得難以疲勞，這延遲了板簧 反覆使用時整個彈簧部件的疲勞斷裂。如果材料板的厚度為0. 03mm或更小，則成形為彈簧 部件之後的操作變得困難，且彈簧部件變得容易由於偶然施加的外力而變形，導致耐用性 問題。彈簧材料的板厚度優選地為從0. 03mm到0. lmm。 如果材料的板厚度為0. lmm或更小，則在用施加到連接焊盤213和233附近的熱 束進行焊接時，與連接器接片231a至231d接觸的板簧62a至62c的熱容量能被減小。於 是，可以減小由於彈簧部件從連接器接片231a至231d吸收熱量導致的焊接故障，例如未熔 化和缺少潤溼性。 由於相同的原因，作為用於支承板簧62a至62c的主體的引導部件61優選地通過 彎曲薄金屬板而形成。這是因為薄板部件減少了整個擠壓工具的熱容量，防止焊接時該工 具吸收從熱源提供的熱量。 如圖9(a)所示，當板簧62b插入到開口 214中(連接器接片231b和231c之間) 時，板簧62b末梢的彎曲部接收重負荷。這在板簧62a和62c中是相同的。於是，在優選示 例中，給每個板簧62a至62c提供輔助彈簧機構。具體地，向平行設置的主板部件623a和 623b中的任一個或兩者增加輔助彈簧機構。增加到板簧的平坦部分623a和623b的輔助彈 簧機構提高了板簧的耐用性。 當板簧62b插入到兩個連接器接片231b和231c之間的間隙時，板簧62b收到來 自兩個連接器接片231b和231c的沿推板簧62b的方向的力。於是，板簧的末梢622重複 接收大的應力以及從大的應力釋放，從而重複彈性變形，因此它可能積累疲勞。因此，末梢 622可能有微觀裂紋。 不長的時間以後壓連接器接片231b和231c的力減小且板簧將在適當的時間後折 斷。增加到板簧的平坦部件623a和623b的輔助彈簧機構能夠去除壓連接器接片231b和 231c的大部分力。去除該力使得板簧62b變形較小，從而板簧62b變得難以疲勞，結果，重 復使用板簧62b時整個板簧的疲勞斷裂延遲。 圖10(a)和10(b)示意性示出輔助彈簧機構的優選結構。通過示例，描述了板 簧62b，但該描述可應用於其它板簧。輔助彈簧機構包括彼此擠壓和支撐的兩個板626a和 626b。這些是具有彈簧特性的板簧。板626a形成在主板部件623a上，板626b形成在主板 部件623b上。在圖10的優選示例中，板626a和626b為四邊形且寬度朝向其遠端變小。更 具體地，它們具有梯形，其遠端窄於近端。優選地，板626a和626b具有相同形狀，但可以具 有不同形狀。 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內部彎曲從而形成板626a和626b。對於形成輔助彈簧機構的方法而言該結構是最 簡單的，因為板簧62b不需要大的面積來形成輔助彈簧機構，且輔助彈簧機構能夠通過對 一個板的單個彎曲加工而獲得。優選地，如圖10所示，板626a和626b彼此成平面到平面 (plane to plane)接觸。彼此相對的內表面的接觸而不是板626a和626b的遠邊緣接觸防 止產生金屬粉末。 優選地，板626a和626b形成在主板部件623a和623b中接觸連接器接片的區域 內。由於板626a和626b不接觸連接器接片，所以施加熱束到連接器接片的連接焊盤和電路板的連接焊盤附近以用於焊接時，它們能減小從連接器接片到板簧的熱傳導，從而可以 減少由於板簧從連接器接片吸收熱量導致的焊接故障，例如焊料未熔化和潤溼性不足。
如圖11(b)所示，板626a在其基部具有大的寬度，且寬度朝向遠端變窄(這與圖 10所示的板626b的情況相同)。如果輔助彈簧機構形成為具有這樣的結構並接收特定負 荷，則能夠防止負荷在基部附近的集中引起塑性變形。換言之，該結構允許輔助彈簧機構及 其附近僅有彈性變形。這從與構造有矩形板626a和626b的輔助彈簧結構的比較中是明顯 的，在這樣的輔助彈簧機構中，塑性變形可能發生，因為負荷集中在板626a和626b的基部 附近。 即使板簧在其插入、焊接和其移出時經歷重負荷的施加，這樣的輔助彈簧機構允 許大部分板簧僅發生彈性變形，因此金屬疲勞難以積累並且可以保證高耐用性。在圖10和 11的例子中，構成輔助彈簧機構的板626a和626b朝向引導部伸出，但是伸出方向可以相 反。為了朝向遠端降低板626a和626b的板寬度，與上面的例子不同，板626a和626b的末 端邊緣不必是直的，而是可以彎曲。 圖12示意性示出了焊料接合設備5的結構，焊料接合設備5在本發明一實施例中 用於HSA中的金屬接合。焊料接合設備5包括雷射設備51、用於操作擠壓工具6的擠壓工 具操作器(handler) 52、用於支承HSA 70的支承平臺53、以及用於控制焊料接合設備5的 操作的控制器54。在製造HSA 70時，HSA 70放置在支承平臺53上並固定到支承平臺53。
擠壓工具操作器52具有臂521，擠壓工具6固定在臂的末端。臂521沿前後方向 可延伸；其延伸從而將擠壓工具6插入到HSA 70以用於焊料接合連接器接片和電路板。完 成焊料接合之後，它縮回從而從HSA 70移出擠壓工具6。 通過控制器54控制的工具操作器52使用臂521將擠壓工具6滑向HSA70。如參 照圖6所說明的，擠壓工具6的引導部61與HSA 70的臂的側面接觸地滑動從而將板簧插 入到HSA 70中。具體地，滑動板簧從而將其定位在中間連接器接片之間且在最上和最下的 連接器接片外側。 當擠壓工具6(臂521)停止且放置在HSA 70中的適當位置時，控制器54控制激 光設備51照射雷射束到連接器接片和電路板的連接焊盤。雷射束的熱熔化焊料從而使焊 盤互連而沒有直接接觸。經過預定時間，控制器54停止雷射設備51的雷射束照射並等待 預定時間。由此，熔化的焊料硬化從而通過焊料焊接將連接器接片和電路板的連接焊盤互 連。 控制器控制工具操作器52以在預定時間周期之後從HSA 70去除擠壓工具6。具 體地，工具操作器52縮回臂521，從而沿遠離HSA 70的方向滑動擠壓工具6以從HSA 70移 除擠壓工具6。在支承平臺53上放置新的HSA 70並重複焊料接合接合。
焊料接合的HSA 70從支承平臺53移除並送到HDD 100的組裝步驟。HDD 100的 組裝步驟在基體102上安裝SPM 103和磁碟101，然後在基體中固定HSA 70。安裝構件用 於構成VCM 109、坡臺、用於控制電路板的連接器等，然後固定頂蓋到基體102的頂部。由 此，頭盤組件(HDA)的組裝步驟完成。然後，HDA經歷伺服寫入步驟和測試步驟，完成了具 有HDA的HDD 100，該HDA實現有控制電路板。 製備具有本發明一實施例的板簧結構的多個不同種類的擠壓工具並經歷實際焊 料接合。板簧由不鏽鋼(SUS304)製成為具有0. 05mm的板厚度和2mm的板寬度。板簧末梢的彎曲製造為具有O. lmm的曲率半徑。為了比較擠壓工具的性能，不同形狀的擠壓工具制 備如下。 擠壓工具A :沒有輔助彈簧機構設置到板簧上(圖13(a))。 擠壓工具B :通過在板簧的兩側的平坦部件中形成寬為0.6mm且長為1. 8mm的
方U形切口並在U形部分的基部向內彎U形部分，向每個板簧額外設置輔助彈簧機構(圖 13(b))。 擠壓工具C :通過在板簧的兩側的平坦部件中形成方U形切口並在U形部分的基 部向裡彎U形部分，向每個板簧額外設置輔助彈簧機構，U形切口的基部寬為0. 8mm、遠端寬 為0. 2mm且長為1. 8mm(圖13(c))。
未使用擠壓工具。 比較上述四種形狀之間的焊接性能，在每種情況中使用100個HSA，共400個HSA。
作為焊接的結果，焊接中發生故障的臂組件的數量如下
未使用擠壓工具5
擠壓工具A:2
擠壓工具B :0
擠壓工具C :0 該結果顯示，根據本發明一實施例的擠壓工具的貼附能夠減少焊接故障。另外，板 簧平坦部件上的輔助彈簧機構通過增加擠壓連接器接片的力而能夠進一步減少焊接故障。
另外，通過重複向HSA貼附擠壓工具A至C以及從HSA移除擠壓工具A至C的實 驗，按照擠壓工具A、B和C的順序，夾具(jig)在板簧末梢被彎成U形的點處折斷。耐久時 間大約為l : 1.2 : 1.4。因此，增加到板簧的平坦部件的輔助彈簧機構具有防止應力集中 在板簧末梢彎成U形的點上的作用。 此外，對於擠壓工具B和C觀察增加的輔助彈簧機構的基部。擠壓工具B具有裂 紋但擠壓工具C沒有。結果顯示具有寬基部和更窄端部的輔助彈簧機構具有防止應力集中 在輔助彈簧機構附近的效果。 如上所述，已經通過優選實施例描述了本發明，但本發明不限於上述實施例。在本 發明的本質範圍內，本領域技術人員能夠容易地修改、增加或變換上述實施例中的構件。在 上述擠壓工具中，用於彈性擠壓連接器接片的構件可以由彈性材料製成，例如樹脂或樹脂 和金屬的組合。然而，優選地其僅由金屬製成以減少塵埃的產生。 為了減少板簧末梢的負荷，上述圓化的末梢對於性能和易於成形而言是優選的， 但是柱狀(column-like)部件可設置在末梢且具有彈簧特性的板可固定到該處以減小負 荷及末梢斷裂的可能性。電路板可通過FPC和支承板形成，但也可通過具有印刷在其上的 電路布線的樹脂板形成，例如環氧樹脂板。為了確保連接焊盤的操作和尺寸，連接焊盤優選 地是寬的，但在設計中如果可能，也可具有如線纜尾部的窄寬度。擠壓工具利用設備貼附到 HSA或從HSA移除，但也可以手工進行。
權利要求
一種頭堆疊組件的製造方法，包括準備包括臂、固定到所述臂的末梢的懸架、由所述懸架保持的頭、線纜以及電路板的組件，所述線纜中從所述懸架延伸以用於傳輸用於所述頭的信號的引線形成在金屬層上；將形成在所述線纜的端部的連接器接片的連接焊盤形成表面放置為對著所述電路板的邊緣；沿著所述連接焊盤形成表面的背面滑動彈性構件；在所述背面停止所述彈性構件並用所述彈性構件擠壓所述背面，從而將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上；在利用所述彈性構件將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上時，通過施加熱能到所述連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤，金屬接合所述連接器接片和所述電路板的連接焊盤；以及在所述金屬接合之後移除所述彈性構件。
2. 如權利要求1所述的頭堆疊組件的製造方法，其中所述方法包括將兩個連接器接片插入到所述電路板的兩個突出部之間，所述兩個連接器接片的所述連接焊盤形成表面的每個對著所述兩個突出部的所述邊緣的每個；將所述彈性構件插入到所述兩個連接器接片的所述連接焊盤形成表面的所述背面之間，同時保持所述彈性構件與所述背面接觸；停止所述彈性構件，同時保持所述彈性構件與所述兩個連接器接片的所述背面接觸並擠壓所述兩個背面，從而將所述兩個連接器接片的所述連接焊盤形成表面的每個壓靠在每個所述邊緣上；以及在利用所述彈性構件將所述連接焊盤形成表面的每個壓靠在每個所述邊緣上時，通過施加熱能到所述兩個連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤，金屬接合所述兩個連接器接片和所述電路板的連接焊盤。
3. 如權利要求1所述的頭堆疊組件的製造方法，其中所述彈性構件是U形板簧。
4. 如權利要求3所述的頭堆疊組件的製造方法，其中所述板簧的末梢形成有曲面。
5. 如權利要求4所述的頭堆疊組件的製造方法，其中所述末梢處的曲率半徑在0. 05mm到O. 3mm的範圍。
6. 如權利要求3所述的頭堆疊組件的製造方法，其中所述板簧由具有30(TC或更高熔點的金屬性材料製成。
7. 如權利要求3所述的頭堆疊組件的製造方法，其中所述板簧的板厚度在0. 03mm到`0. lmm的範圍。
8. 如權利要求3所述的頭堆疊組件的製造方法，其中所述板簧包括與所述末梢接合併平行設置的兩個板部件；且輔助彈簧機構形成在所述板部件的任一個或每一個上。
9. 如權利要求8所述的頭堆疊組件的製造方法，其中所述輔助彈簧機構包括四邊形板，該四邊形板位於所述板部件的中部且向所述板簧內彎從而具有彈簧屬性。
10. 如權利要求9所述的頭堆疊組件的製造方法，其中具有彈簧屬性的所述四邊形板的寬度在近端寬且朝向遠端變窄。
11. 一種頭堆疊組件，包括臂、固定到所述臂的末梢的懸架、由所述懸架保持的頭、線纜以及電路板，所述線纜中從所述懸架延伸以用於傳輸用於所述頭的信號的引線形成在金屬層上；所述頭堆疊組件通過如下步驟製造將形成在所述線纜的端部的連接器接片的連接焊盤形成表面放置為對著所述電路板的邊緣；沿著所述連接焊盤形成表面的背面滑動彈性構件；在所述背面停止所述彈性構件並用所述彈性構件擠壓所述背面，從而將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上；在利用所述彈性構件將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上時，通過施加熱能到所述連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤，金屬接合所述連接器接片和所述電路板的連接焊盤；以及在所述金屬接合之後移除所述彈性構件。
12. —種互連設備，用於頭堆疊組件，該互連設備包括支承平臺，用於支承組件，所述組件包括臂、固定到所述臂的末梢的懸架、由所述懸架保持的頭、線纜以及電路板，所述線纜中從所述懸架延伸以用於傳輸用於所述頭的信號的引線形成在金屬層上，其中形成在所述線纜的端部的連接器接片的連接焊盤形成表面對著所述電路板的邊緣；擠壓工具，包括彈性構件，該彈性構件將沿著所述連接焊盤形成表面的背面插入，並擠壓所述背面從而將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上；雷射設備，用於在利用所述彈性構件將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上以待金屬接合時，用於施加熱能到所述連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤。
13. 如權利要求12所述的互連設備，其中所述電路板具有兩個突出部；插入到所述兩個突出部之間的兩個連接器接片的連接焊盤形成表面的每個對著所述兩個突出部的邊緣的每個；所述彈性構件插入到所述兩個連接器接片的所述連接焊盤形成表面的所述背面之間，同時保持所述彈性構件與所述背面接觸，並且所述彈性構件擠壓所述兩個背面從而將所述兩個連接器接片的所述連接焊盤形成表面的每個壓靠在每個所述邊緣上；且在所述彈性構件將每個所述連接焊盤形成表面壓靠在每個所述邊緣上時，所述雷射設備施加雷射束到所述兩個連接器接片的連接焊盤和所述電路板上的連接焊盤。
14. 如權利要求12所述的互連設備，其中所述彈性構件是U形板簧。
15. 如權利要求14所述的互連設備，其中所述板簧的末梢形成有曲面。
16. 如權利要求15所述的互連設備，其中所述末梢處的曲率半徑在0. 05mm到0. 3mm的範圍。
17. 如權利要求14所述的互連設備，其中所述板簧由具有30(TC或更高熔點的金屬性材料製成。
18. 如權利要求14所述的互連設備，其中所述板簧的板厚度在0. 03mm到0. lmm的範圍。
19. 如權利要求14所述的互連設備，其中所述板簧包括與所述末梢接合併平行設置的兩個板部件；且輔助彈簧機構形成在所述板部件的任一個或每一個上。
20.如權利要求19的互連設備，其中所述輔助彈簧機構包括四邊形板，該四邊形板位於所述板部件的中部且向所述板簧內彎曲從而具有彈簧特性。
全文摘要
本發明涉及頭堆疊組件、其製造方法及用於其的互連設備。本發明的實施例互連HSA中的連接器接片(213)和前置放大器電路板(211)。該方法布置連接器接片的連接焊盤形成表面放置為對著所述電路板的邊緣。沿著所述連接焊盤形成表面的背面滑動板簧(62)並用所述板簧擠壓所述背面，從而將所述連接焊盤形成表面壓靠在所述邊緣上。在保持該狀態時，施加熱能到所述連接焊盤從而進行焊料接合。在焊料接合之後移除所述板簧。
文檔編號G11B5/60GK101763862SQ20091026084
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月21日 優先權日2008年12月19日
發明者中塚哲也, 中村哲也, 井上康, 加藤雅彥, 大久保雅史, 酒井隆弘, 金子聰 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司