專利名稱：用超聲焊接法將磁頭ic芯片裝在懸浮件上的磁盤裝置的磁頭組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及磁盤裝置的磁頭組件，具體涉及用超聲焊接法將其半導體芯片焊接在懸浮件上的磁頭組件。
一般講，磁盤裝置具有磁頭組件，該組件裝在由驅(qū)動器驅(qū)動的可繞樞軸轉(zhuǎn)動的臂上。磁頭組件包括磁頭滑動件和磁頭IC芯片，二者均裝在懸浮件上。磁頭組件配置成面向硬盤，使得可以讀出記錄在硬盤上的信息，或者將信息寫在硬盤上。磁頭滑動件具有通常用薄膜工藝形成的磁頭。
磁頭包括感應磁頭和磁致電阻磁頭。感應磁頭將信息寫在硬盤上。磁致電阻磁頭讀出記錄在硬盤上的信息。磁頭IC芯片控制磁頭組件的操作，并放大磁致電阻磁頭輸出的低電平信號。
懸浮件通常采用厚度約25μM的不銹鋼板制作。因而懸浮件容易彎曲和扭曲。如果懸浮件彎曲或扭曲，則由懸浮件支承的磁頭相對磁盤偏離其正常位置，這導致磁頭組件的讀出誤差和寫入誤差。于是，磁頭IC芯片必須這樣裝在懸浮件上，使得磁頭IC芯片的安裝不能造成懸浮臂的形變。


圖1A是常規(guī)磁頭組件10的透視圖。該磁頭組件10包括懸浮件11；裝在懸浮件11遠端部的常平架板12；由常平架板12支承的磁頭滑動件20；和裝在位于懸浮件11中部的磁頭IC芯片安裝部分15上的磁頭IC芯片30。該磁頭IC芯片30裝在懸浮件11上，使得磁頭IC芯片30的電路形成表面30a面向磁頭IC芯片安裝部分15。
如圖1B所示，懸浮件11由薄的不銹鋼板13形成，而且其上形成許多銅線線路圖14。懸浮件11的磁頭IC芯片安裝部分15裝有許多電極16。這些電極16也是銅做的，因此各個電極16的表面是銅質(zhì)的。
磁頭IC芯片30具有許多電極31，各個電極上具有焊接凸出部32。磁頭IC芯片30按圖2所示的安裝操作步驟裝在懸浮件11上。即采用以下的安裝操作步驟將磁頭IC芯片30裝在懸浮件11上將焊劑涂在懸浮件11的電極16上；將磁頭IC芯片30置于面朝下的位置，使得焊接凸出部32接觸相應的電極16；使焊接凸出部32和電極16穿過一個軟熔爐將它們加熱到260℃，加熱約幾十秒鐘，使焊接凸出部32熔化。在將磁頭IC芯片30固定在懸浮件11上以后，清潔磁頭IC芯片30和懸浮件11，最后將下部填料33充填在磁頭IC芯片30和懸浮件11之間形成的空間內(nèi)。
因此，如圖1B所示，磁頭IC芯片30電連接于懸浮件11的電極16，并由下部填料33牢固固定于懸浮件11。下部填料33也起著保護在磁頭IC芯片30的表面30a上形成的集成電路的作用。
在懸浮件11隨同磁頭IC芯片30移出軟熔爐之后，熔化的焊接凸出部32即刻固化，因而磁頭IC芯片30的電極31便經(jīng)焊接凸出部32電連接于懸浮件11的相應電極16。在這種狀態(tài)下，懸浮件11和磁頭IC芯片30便從約200℃冷卻到室溫。這樣，懸浮件11將因懸浮件11和磁頭IC芯片之間的熱膨脹的差別而發(fā)生形變。如果懸浮件11的形變量超過允許極限，則磁頭和硬盤之間預定的位置關(guān)系將改變到超過允許范圍的程度，這種狀態(tài)將導致磁頭的讀出誤差和寫入誤差。
在半導體制造領(lǐng)域中，將磁頭IC芯片30焊接到懸浮件11上的上述方法是已知的。該方法稱作倒裝芯片焊接法。
在倒裝芯片焊接法中，在半導體芯片(例如磁頭IC芯片30)上的許多凸出部被同時焊接在于底襯(例如懸浮件11的磁頭IC芯片安裝部分15)上形成的許多托。一般講，焊接凸出部是通過如上所述的軟熔工藝而被焊接的。然而如果凸出部是金質(zhì)的(金凸出部)，則不能采用軟熔工藝。金質(zhì)凸出部可采用例如日本公開專利申請No.59-208844中提出的超聲焊接法。
在制造半導體器件時已經(jīng)采用超聲焊接法，在這種制造法中，采用金屬絲例如金(Au)絲將半導體芯片的電極電連接于在線路板或襯板上形成的電極托上。通常采用自動金屬絲焊接裝置進行金屬絲焊接。在自動金屬絲焊接裝置中，加熱其上裝有半導體芯片的線路板，并在從毛細管伸出的金絲的端部上用電炬產(chǎn)生的放電形成金球。然后使金球以預定的壓力接觸半導體芯片的托，同時用超聲波使毛細管沿平行于托的方向振動。
日本公開專利申請No.2-58844公開一種用于超聲金屬絲焊接裝置的超聲發(fā)生器。該超聲發(fā)生器可以在焊接操作期間監(jiān)測超聲波的輸出波形，使得可以反饋控制超聲波發(fā)生操作。進行反饋控制可以消除要焊接半導體芯片的表面狀態(tài)的不利的影響和在焊接操作期間發(fā)生的其它外部干擾，從而達到最佳的焊接條件。
在上述專利文件中公開的超聲發(fā)生器利用超聲波振動線路以及輸出功率和時間設定線路驅(qū)動超聲波振動元件(壓電換能器)。超聲波發(fā)生器還包括A/D轉(zhuǎn)換器線路，該線路可以在正進行焊接作業(yè)期間取樣超聲波的輸出波形；最佳波形設定線路，該線路設定用于焊接的最佳輸出波形；和比較器線路，該線路使取樣的輸出波形與最佳波形相比較。因而從比較器線路輸出差值信號波形，并將此差值信號波形反饋到輸出功率和時間設定線路。
上述日本公開專利申請No.2-58844提出，可以用裝在超聲波拾音器上的壓電元件來檢測焊接作業(yè)期間的真實輸出波形。然而該專利文件沒有公開檢測這種輸出波形的具體結(jié)構(gòu)。即該專利文件沒有公開通過將超聲波拾音器壓在焊接部分以檢測超聲波振動元件輸出波形的這種機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)。如果采用楔焊法，則可以認為需要一種機構(gòu)，這種機構(gòu)可通過將超聲波拾音器固定在向金屬絲加壓的楔形件上來檢測超聲波振動元件的輸出波形。另外，在上述自動焊接裝置的情況下，需要一種可以將超聲波拾音器固定在毛細管上以便檢測超聲波振動元件的輸出波形的機構(gòu)。
另一方面，還有無線焊接方法例如上述倒裝芯片焊接方法。如果半導體芯片具有金質(zhì)的凸出部，則因為加熱條件的限制而不能應用軟熔工藝。因此超聲波焊接方法可以用來焊接這種具有金質(zhì)凸出部的半導體芯片。然而，控制焊接條件的技術(shù)例如上述超聲波金屬絲焊接方法中的控制技術(shù)到目前還沒有被確立為適用于倒裝芯片焊接的控制技術(shù)。
如果長時間在同一條件下連續(xù)進行超聲波倒裝芯片焊接操作而不監(jiān)測超聲波形，則有可能因為在焊接操作期間建立的條件不合適而造成不良的焊接。例如，如果在超聲波振動元件和半導體芯片之間發(fā)生傳遞損耗，則不會有足夠的超聲波傳送到焊接區(qū)域。在這種情況下，在完成焊接之前就得停止超聲焊接操作，這導致產(chǎn)生損壞的半導體器件。另一方面，如果在完成焊接后因為某些原因而繼續(xù)進行超時超聲焊接操作，則可能在焊接部分產(chǎn)生應力，因為在超時期間不需要的超聲波繼續(xù)加在該部分上，這導致在焊接部分產(chǎn)生損害。
本發(fā)明的目的是提供一種可以消除上述問題的改進的有效的硬盤裝置磁頭組件。
本發(fā)明更具體的目的是提供一種磁頭組件，在這種組件中可防止其懸浮件因?qū)⒋蓬^IC芯片裝在該懸浮件上而發(fā)生形變。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于焊接半導體芯片的超聲焊接方法和裝置，該方法和裝置通過監(jiān)測超聲焊接的實際條件可以在超聲焊接中進行反饋控制，由此確立最優(yōu)焊接條件。
為達到上述目的，按照本發(fā)明的一個方面提供一種硬盤裝置的磁頭組件，該組件包括磁頭IC芯片，具有許多金做的凸出電極；支承該磁頭IC芯片的懸浮件、該懸浮件具有許多連接于磁頭IC芯片上相應凸出電極的電極，該各個電極的表面層是金質(zhì)的，其中，磁頭IC芯片的凸出電極利用超聲焊接法焊接在懸浮件的電極上。
按照本發(fā)明，因為突出電極是金質(zhì)的，而且電極托的表面層也是金質(zhì)的，所以利用超聲焊接可將凸出電極焊接于電極托。因此不需要將懸浮件的溫度升到軟焊作業(yè)所需的溫度。這樣便可防止懸浮件因熱應力而變形。
另外，按照本發(fā)明的另一方面，提供一種磁盤裝置，該磁盤裝置包括貯存信息的磁盤；可相對于磁盤活動的臂；驅(qū)動該臂的驅(qū)動器；和裝在臂上的磁頭組件，該磁頭組件包括磁頭IC芯片、具有許多金做的凸出電極；和支承磁頭IC芯片的懸浮件，該懸浮件具有許多連接于磁頭IC芯片相應凸出電極的電極，該各個電極具有金質(zhì)的表面層，其中，利用超聲焊接法可將磁頭IC芯片的凸出電極焊接于懸浮件的電極。
按照上述發(fā)明，因為可防止懸浮件由于將磁頭IC芯片焊接于懸浮件時產(chǎn)生的熱應力而造成的形變，所以磁頭組件和磁盤之間的位置關(guān)系不會改變。因此在這種磁盤裝置中可以用磁頭進行準確讀出和寫入操作。
另外，按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于焊接半導體芯片的超聲焊接方法，該芯片具有許多伸向線路板的凸出部、該線路板具有許多電極托，該超聲焊接方法包括以下步驟將半導體芯片的凸出電極焊接在線路板電極托上，焊接方式是將超聲振動加在半導體芯片和路線板中的一個部件上；檢測半導體芯片和線路板中一個部件上的真實的超聲振動波形；和根據(jù)在半導體芯片和線路板中一個部件上的這種真實超聲振動波形控制焊接作業(yè)。
另外，按照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于焊接半導體芯片的超聲焊接裝置，該芯片具有許多伸向線路板的凸出電極，該線路板具有許多電極托，該超聲焊接裝置包括利用超聲振動元件產(chǎn)生超聲波的超聲波振動發(fā)生機構(gòu)，該超聲波振動傳送到半導體芯片和線路板中的一個部件上，使得半導體芯片的凸出電極焊接在線路板的電極托上；傳感器，用于檢測半導體芯片和線路板中一個部件上的真實超聲振動波形，從而根據(jù)這種由傳感器檢測的真實波形控制超聲振動發(fā)生機構(gòu)產(chǎn)生的超聲振動。
按照上述超聲焊接方法和裝置，可以利用傳感器測量和監(jiān)測半導體芯片或線路板的超聲振動波形。即例如可以研究由超聲焊接裝置生產(chǎn)的半導體器件之間的超聲振動波形的差別，或?qū)⒏鱾€半導體芯片的超聲振動波形與預定的參考波形相比較，從而識別正進行的超聲焊接條件，并采取必要的操作，優(yōu)化焊接條件。這樣，利用上述倒裝芯片焊接法和裝置可以生產(chǎn)高質(zhì)量的半導體器件。
下面結(jié)合附圖進行詳細說明，從這些說明中可以明顯看出本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。
圖1A是常規(guī)磁頭組件的透視圖；圖1B是圖1A所示磁頭組件一部分的橫截面圖；圖2是流程圖，示出將磁頭IC芯片裝在懸浮件上的常規(guī)方法；圖3A是本發(fā)明第一實施例磁頭組件的透視圖；圖3B是放大橫截面圖，示出圖3A所示的懸浮件的磁頭IC芯片安裝部分；圖3C是圖3A所示懸浮件的橫截面圖；圖3D是放大透視圖，示出圖3A所示滑動件的端部分。
圖4A示出磁頭IC芯片安裝前的磁頭IC芯片安裝部分的橫截面圖；圖4B示出正安裝磁頭IC芯片時的磁頭IC芯片安裝部分的橫截面圖；圖5是解釋如何形成金凸出部的圖；圖6是流程圖，示出將磁頭IC芯片裝在懸浮件磁頭IC芯片安裝部分上的安裝操作；圖7A是硬盤裝置的透視圖，該硬盤裝置裝有圖3A所示的磁頭組件；圖7B是放大側(cè)視圖，示出裝在圖7A所示硬盤裝置上的磁頭組件；圖8是本發(fā)明第二實施例的倒裝芯片焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明第三實施例的倒裝芯片焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖10是本發(fā)明第四實施例的倒裝芯片焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖11是本發(fā)明第五實施例的倒裝芯片焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖12是流程圖，示出由圖11所示倒裝芯片焊接裝置執(zhí)行的超聲焊接程序；圖13是本發(fā)明第六實施例的倒裝芯片焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖14A、14B和14C是用于解釋超聲焊接作業(yè)期間的超聲振動波形的說明圖。
下面說明本發(fā)明第一實施例的磁頭組件。圖3A是本發(fā)明第一實施例的磁頭組件50的透視圖。
磁頭組件50包括懸浮件51；裝在該懸浮件51端部的常平架板52；裝在該常平架板52上的磁頭滑動件70；和裝在該懸浮件51上的磁頭IC芯片80。
如圖3B所示，懸浮件51用厚度為52μM的薄不銹鋼板54制作。該不銹鋼板54由起絕緣層作用的聚酰亞胺膜56覆蓋。在該聚酰亞胺膜56上形成許多銅絲線路圖55。該線路圖55由另一聚酰亞胺膜絕緣層57覆蓋和保護。
磁頭IC芯片安裝部分53形成于懸浮件51的中部，使得磁頭IC芯片80可焊接在上面。在磁頭IC芯片安裝部分53上，在各個線路圖55的端部上形成電極58。如圖4A所示，該電極58包括鎳層60和在該鎳層60上形成的金屬61。因此在電極58上露出金層61?？梢圆捎酶鞣N方法例如濺射法或電鍍法形成鎳層60和金層61。
磁頭IC芯片80具有電路形成表面，其上形成集成電路81。在磁頭IC芯片80的線路形成表面上形成許多電極82。在此電極82上再形成凸出的電極例如凸出部83。凸出部83是金做的。
圖5是說明圖，說明Au凸出部83的形成過程。用金絲熔合法形成Au凸出部83。即，使金絲91從金絲熔合器的毛細管90伸出，然后在Au絲91的端部形成金球92。隨后使毛細管90向下移動，使金球92接觸磁頭IC芯片80的電極82。通過加在金球上的超聲波使該金球熔化，以而使金球92焊接在電極82上。然后用絲鉗(圖中未示出)鉗住從毛細管90伸出的一部分金絲91，使毛細管90向上移動，由此斷開金絲91。
如圖3B所示，磁頭IC芯片80裝在懸浮件51上，處于線路形成表面朝下的狀態(tài)。即，利用超聲焊接法使磁頭IC芯片80的Au凸出部83焊接在電極58的Au層61上。因此磁頭IC芯片80通過Au-Au焊接裝在懸浮件51上。
另外，利用下部填料84使磁頭IC芯片80固定在懸浮件51上，該下部填料填充在磁頭IC芯片80和懸浮件51之間的空間內(nèi)，從而可以固定Au凸出部83和電極58的焊接。下部填料84具有保護磁頭IC芯片80的電路形成表面上形成的集成電路的作用。
如圖4B和6所示，利用超聲焊接方法將磁頭IC芯片80裝在懸浮件51上。圖6是流程圖，示出將磁頭IC芯片80裝在懸浮件51上的安裝操作。首先將懸浮件51放在平臺110上，并將磁頭IC芯片80放在懸浮件51的上面，使得磁頭IC芯片80的Au凸出部83接觸懸浮件51的相應電極58，如圖4A所示。隨后，用超聲焊接器的超聲頭裝置95使磁頭IC芯片80壓在懸浮件51上，在此同時利用超聲頭裝置95將超聲波加在磁頭IC芯片80上，加上若干秒鐘。此時各個金凸出部83因加上超聲波而發(fā)生振動，并焊接于相應一個電極58的金層61上。隨后將下部填料84例如環(huán)氧樹脂填充在磁頭IC芯片80和懸浮件51之間的空間內(nèi)，并進行加熱固化。
應當注意到，因為上述焊接作業(yè)在室溫下進行，所以在懸浮件51上不會產(chǎn)生任何熱應力。因而在焊接作業(yè)期間或之后懸浮件51不發(fā)生形變。
如圖3D所示，磁頭滑動件70具有側(cè)表面71，其上形成磁頭72、線路圖(圖中未示出)和四個電極73。磁頭滑動件70具有頂表面74，其上形成軌道74。利用薄膜技術(shù)形成磁頭72。磁頭72包括感應磁頭和磁致電阻磁頭。滑動件70利用粘合劑粘在常平架板52上。各個電極73由金球77連接相應電極76，該金球由熱壓法焊接。
將具有上述構(gòu)件的磁頭組件裝在圖7A所示的硬盤裝置100內(nèi)。
硬盤裝置100包括外殼101、可在外殼101內(nèi)轉(zhuǎn)動的兩個硬盤102、驅(qū)動一個臂104的驅(qū)動器103和四個連接于臂104的磁頭組件50。如圖7B所示，各個磁頭組件50的底端固定于臂104。執(zhí)行讀出和寫入操作時，硬盤102轉(zhuǎn)動，而磁頭組件50可沿硬盤102的徑向方向移動，從而接近在硬盤102上要求的磁道。用驅(qū)動器103驅(qū)動臂104便可實現(xiàn)磁頭組件50的運動。
下面說明本發(fā)明第二實施例的超聲焊接方法和裝置。
圖8例示出本發(fā)明第二實施例的倒裝芯片焊接裝置110的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明第二實施例的倒裝芯片焊接裝置110包括其上配置線路板112的臺子114；焊接裝置120；控制焊接裝置120操作的控制裝置(圖中未示出)；和傳感器122，該傳感器可檢測要放在線路板112上的半導體芯片116的振動。線路板112具有許多電極托111，并且線路板112放在臺子114上，使得形成電極托的表面面朝上。半導體芯片116在其電路形成表面上具有許多凸出部118。半導體芯片116由焊接裝置120支承，使得其上形成該凸出部的電路形成表面面向下。由焊接裝置120支承的半導體芯片116為進行焊接被引導到與臺子114上的線路板112接觸。
焊接裝置120包括焊接頭124、從該焊接頭124向下延伸的焊接工具126和與該焊接工具126形成整體的超聲波振動元件(壓電換能器)128。焊接裝置120還包括傳送機構(gòu)(圖中未示出)，用于吸取和傳送半導體芯片116。焊接裝置120還包括加壓機構(gòu)(圖中未示出)，用于向下移動焊接工具126，以使半導體芯片116接觸線路板112，并用預定壓力將半導體芯片116壓在線路板112上。
控制焊接裝置120的控制裝置包括輸出功率和時間設定線路130和超聲波振動線路132。輸出功率和時間設定線路130和超聲波振動線路132產(chǎn)生超聲信號，并將該超聲信號加在超聲波振動元件128上。因此超聲波振動機構(gòu)由輸出功率和時間設定線路130、超聲波振動線路132以及超聲波振動元件128構(gòu)成。
本實施例中的傳感器122是激光多普勒振動計，它是非接觸型的測振計。傳感器122接收由半導體芯片116的側(cè)表面反射的光束，以檢測由多普勒效應引起的反射光束頻率的變化。
下面說明上面圖8所示倒裝芯片焊接裝置110執(zhí)行的焊接方法。
首先，通過輸入裝置(圖中未示出)將預定超聲波輸出功率和輸出超聲波的時間輸入到輸出功率和時間設定線路130。然后將線路板112放在臺子114上，并利用焊接裝置120將半導體芯片116傳送到預定位置，使得半導體芯片116的凸出部118接觸線路板112的相應電極托111。使焊接工具126再向下移動，使其將半導體芯片116以預定的壓力壓在線路板112上。隨后起動輸出功率和時間設定線路30和超聲波振動線路132，以使超聲波振動元件128振動。這樣，由超聲波振動元件128產(chǎn)生的超聲波便傳輸?shù)桨雽w芯片116，并且半導體芯片116沿水平方向(圖中箭頭A所示方向)振動。因而可利用超聲振動使凸出部118和電極托111彼此焊接在一起。
在用超聲波振動元件128產(chǎn)生的超聲波進行焊接的過程中，利用傳感器122測量和監(jiān)測半導體芯片116的振動波形，即例如研究由倒裝芯片焊接裝置10生產(chǎn)的半導體器件之間的振動波形差別，或使各個半導體芯片的振動波形與預定的參考波形相比較，使得能夠識別正進行的超聲焊接條件，并進行必需的操作，優(yōu)選焊接條件。因此利用倒裝芯片焊接裝置110可以生產(chǎn)高質(zhì)量的半導體器件。
下面說明本發(fā)明第三實施例的超聲焊接方法和裝置。
圖9例示本發(fā)明第三實施例的倒裝芯片焊接裝置134的結(jié)構(gòu)。在圖9中，與圖8的部件相同的部件具有相同的參考編號，并省去其說明。
本實施例的倒裝芯片焊接裝置134其結(jié)構(gòu)與圖8所示的倒裝芯片焊接裝置110的結(jié)構(gòu)相同，只是超聲波振動元件裝在臺子114的下面。即，超聲波振動元件128與支承件136形成為整體，該支承件支承在一個底座(圖中未示出)上，超聲波振動元件128產(chǎn)生超聲波振動，并且該超聲振動經(jīng)臺子114傳送到線路板112上。該線路板112沿圖中箭頭A所示的方向振動。
用傳感器138取代倒裝芯片焊接裝置110的傳感器122，該傳感器138是接觸式測振計。即，傳感器138包括壓電元件140，因而可以檢測壓電元件140產(chǎn)生的電流變化。
按照圖9所示倒裝芯片焊接裝置134執(zhí)行的超聲焊接方法，用傳感器128測量和監(jiān)測線路板112的振動波形，并控制焊接條件，控制方法與上述第二實施例所用方法相同。
下面說明本發(fā)明第四實施例的超聲焊接方法和裝置。
圖10例示出本發(fā)明第四實施例的倒裝芯片焊接裝置142。在圖10中，與圖8所示部件相同的部件給與相同的附圖標記，并省去其說明。
本實施例的倒裝芯片焊接裝置142其結(jié)構(gòu)與圖8所示倒裝芯片焊接裝置110的結(jié)構(gòu)相同，只是以下幾點除外。
即，在此實施例中，設置了與焊接裝置120無關(guān)的半導體芯片接觸部件144。半導體芯片接觸部件144具有其橫截面為方形的通孔148，焊接工具126穿過該通孔。超聲波振動元件128配置成使半導體芯片接觸部件144振動。該通孔148為階梯形結(jié)構(gòu)，其張開度向下擴大。在通孔148的端部形成圓錐形表面148a、面向線路板112，使得當半導體芯片接觸部件被推向半導體芯片116時該半導體芯片116可以接觸圓錐形表面148a。
在上述結(jié)構(gòu)中，半導體芯片116受到焊接工具126的壓力，而半導體芯片結(jié)觸部件144則獨立于焊接工具126將超聲振動傳輸?shù)桨雽w芯片116。這樣，半導體芯片可由半導體芯片接觸部件144牢牢地卡住，這樣便可以可靠地超聲波振動元件128的超聲振動傳給半導體芯片116。另外，可單獨利用焊接工具126將預定壓力加在半導體芯片上，這樣便可防止半導體芯片116因受壓力而導致?lián)p壞。
另外，因為半導體芯片116接觸圓錐形表面148a，所以可以容易地將半導體芯片116配置在通孔內(nèi)，并且同樣的焊接裝置通?？捎糜诰哂胁煌叽绲陌雽w芯片。
類似于第三實施例，傳感器146包括壓電元件140，使得可以測量由壓電元件140產(chǎn)生的電流變化，該壓電元件固定于半導體芯片接觸部件144上。如上所述，因為半導體芯片接觸部件144可以牢牢卡住半導體芯片116，所以半導體芯片116可以隨半導體芯片接觸部件144一起振動而不會發(fā)生傳遞損耗。而且，本實施例的傳感器146可以測量和監(jiān)測傳送到半導體芯片116上的真實振動波形。
按照圖10所述倒裝芯片焊接裝置142執(zhí)行的超聲焊接方法，可用傳感器146測量和監(jiān)測線路板112的真實振動波形，并可以控制焊接條件，控制方式與上述實施例的方式相同。
下面說明本發(fā)明第五實施例的超聲焊接方法和裝置。
圖11例示出本發(fā)明第五實施例的倒裝芯片焊接裝置150的結(jié)構(gòu)。在圖11中，與圖8所示部件相同的部件給予相同的參考編號，并省去其說明。
本實施例的倒裝芯片焊接裝置150其結(jié)構(gòu)與圖8所示倒裝芯片焊接裝置110的結(jié)構(gòu)相同，只是超聲波振動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)不同于第二實施例的結(jié)構(gòu)。
具體是，本實施例的超聲振動機構(gòu)包括最佳波形設定線路154；A/D轉(zhuǎn)換器156；比較器電路158；和顯示裝置60；此外仍包括配置在本發(fā)明第二實施例倒裝芯片焊接裝置110上的超聲波振動元件128、輸出功率和時間設定線路130和超聲波振動線路132。最佳波形設定線路154可根據(jù)在各種焊接條件下產(chǎn)生不同波形的累積數(shù)據(jù)相對于超聲波振動元件128產(chǎn)生的超聲振動設定最佳波形。從最佳波形設定線路輸出的最佳波形輸送到比較器電路158上。用控制單元162可以控制焊接裝置120的操作和超聲波振動機構(gòu)的操作?？刂蒲b置162還可控制線路板112的傳送操作和由倒裝芯片焊接裝置150生產(chǎn)的半導體器件的傳送操作。
下面參照圖12說明圖11所示倒裝芯片焊接裝置150執(zhí)行的超聲焊接方法。圖12是程序圖，示出圖11所示倒裝芯片焊接裝置150執(zhí)行的超聲焊接操作。
開始超聲焊接操作時，在程序步S10將超聲波的預定輸出功率和持續(xù)時間通過輸入裝置(圖中未示出)輸送到輸出功率和時間設定線路130，從而設定由超聲波振動元件128產(chǎn)生的超聲波輸出功率和持續(xù)時間。另外，在程序步S12，通過輸入裝置將最佳波形輸入到最佳波形設定線路154。然后在程序步S14中接通控制單元162，開始焊接操作。
在程序步S16中，利用自動傳送裝置(圖中未示出)將線路板112配置在臺子114上。然后在程序步S18，通過焊接工具126的抽吸作用拾取半導體芯片116，并將其放在線路板112上，使得半導體芯片116的凸出部118接觸線路板112的相應電極托111。進一步使焊接工具126向下移動，使得預定的加壓力作用在半導體芯片116上。
隨后在程序步S20，根據(jù)輸出功率和時間設定線路130操作超聲波振動線路，使得超聲波振動元件128產(chǎn)生超聲波振動。由超聲波振動元件128產(chǎn)生的超聲振動傳輸?shù)桨雽w芯片116上，因而半導體芯片116沿圖中箭頭A所示的方向進行振動。這樣便可利用這種超聲振動使半導體芯片116的凸出部118和線路板112的電極托111彼此焊接起來。
在產(chǎn)生超聲波振動之后經(jīng)過預定的時間，在程序步S22測量和監(jiān)測半導體芯片116的振動波形。由傳感器152測量的波形是一個模擬信號，使該信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器線路156，使其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，于是從A/D轉(zhuǎn)換器156輸出的是數(shù)字波形信號。使該數(shù)字波形信號輸入到比較器線路158。
在程序步S24中，比較器線路158使A/D轉(zhuǎn)換器線路156輸出的數(shù)字波形信號與最佳波形設定線路154輸出的最佳波形信號相比較，并輸出比較結(jié)果。將比較器線路158的輸出輸入到顯示裝置160，使其顯示半導體芯片116的振動真實波形和要達到的最佳波形。如果由A/D轉(zhuǎn)換器線路156輸出的數(shù)字波形信號和由最佳波形設定線路154輸出的數(shù)字最佳波形信號之間的差值在預定允許范圍內(nèi)，則確定焊接操作是正常的，程序進入步驟S26。另一方面，如果由A/D轉(zhuǎn)換器線路156輸出的數(shù)字波形信號和由最佳波形設定線路154輸出的數(shù)字最佳波形信號之間的差值超出預定允許范圍，則可以確定焊接操作是不正常的，此時程序進到步驟S28。
在步驟S26中，焊接操作繼續(xù)進行由輸出功率和時間設定線路130設定的預定時間，然后從倒裝芯片焊接裝置150上取下半導體器件。程序隨后回到程序步S16，執(zhí)行另一焊接操作。
另一方面，如果確定焊接操作是不正常的，則記錄不正常條件，進行報警，然后在程序步S29中將由輸出功率和時間設定路線130設定的施加超聲振動的時間改變成第二預定時間，例如改變?yōu)樵仍O定時間的兩倍。然后在程序步S30，在經(jīng)過第二預定時間后，確定完成焊接操作，并從倒裝芯片焊接裝置150上取下半導體器件，并傳送到測試室，進行估評。
然后在程序步S32使焊接裝置120斷開電源，并在步驟S34中分析步驟S28記錄的不正常條件，并將輸出功率和時間設定線路130設定的輸出功率和時間改變到適當?shù)闹怠ｋS后程序回到程序步S14，進行另一焊接操作。
應當注意到，上述圖12所示的程序步驟并不是總要執(zhí)行的。例如，在步驟S28發(fā)出警報之后，可以從倒裝芯片焊接裝置150上取下不正常的半導體器，而不改變焊接操作的時間長短。另外，在關(guān)掉焊接裝置120之后可以去掉步驟34。即不正常的原因可以通過尋找裝置的問題而除去，并在消除不正常的原因后再開始另一焊接操作。
按照本實施例倒裝芯片焊接裝置150執(zhí)行的超聲焊接方法，可用傳感器152測量和監(jiān)測半導體芯片116的振動波形，然后將測量的波形與最佳波形相比較，以決定焊接操作是否正常。另外，通過在顯示裝置60上顯示兩種波形即真實振動波形和最佳波形，可以作出準確的焊接操作是否正常的結(jié)論。而且如果焊接操作出現(xiàn)不正常，則會發(fā)出警報，并使裝置暫時停機，從而防止連續(xù)發(fā)生不正常。另外在進行隨后的焊接操作之前可以分析不正常的條件，改變超聲振動的輸出功率和持續(xù)時間，從而達到高質(zhì)量的控制。
下面說明本發(fā)明第六實施例的超聲焊接方法和裝置。
圖13例示出本發(fā)明第六實施例的倒裝芯片焊接裝置164。在圖13中，與圖8所示部件相同的部件給予相同的參考編號，并省去其說明。
本實施例的倒裝芯片焊接裝置164其結(jié)構(gòu)與圖11所示的倒裝芯片焊接裝置150的結(jié)構(gòu)相同，只是以下幾點除外。
即，只在焊接操作開始后的預定時間間隔(取樣時間)由監(jiān)測半導體芯片116的振動波形。并且每次均將比較器線路158輸出的差值信號輸送到輸出功率和時間設定線路130。因此可以改變發(fā)生的超聲振動的輸出功率和持續(xù)時間，即改變由差值信號預先設定的預定量，實現(xiàn)焊接操作的反饋控制。應當注意到，類似于第五實施例，與本實施例相比較的最佳波形是在焊接操作處于良好狀態(tài)下的位于結(jié)束焊接操作緊前面的超聲振動波形。
另外，圖11所示的顯示裝置160可以裝在倒裝芯片焊接裝置164上。而且，還可以上信號線，將比較器線路158的輸出信號輸送到控制裝置162。
按照本實施例倒裝芯片焊接裝置執(zhí)行的超聲焊接方法，因為在焊接操作中實施反饋控制，所以可防止半導體器件因不正確的或不完全的焊接操作而出現(xiàn)的損壞。另外，當發(fā)生的超聲振動的持續(xù)時間被改變到若干倍于原先設定的持續(xù)時間而真實振動波形仍不同于最佳波形時，應當考慮到在倒裝芯片焊接裝置中出現(xiàn)了與超聲焊接操作無關(guān)的其它異常情況。在這種情況下，通過增加焊接時間繼續(xù)進行焊接操作是不可取的，因此，例如在經(jīng)過三倍于原先設定持續(xù)時間的持續(xù)時間后，可以停止焊接操作。如果異常的原因不涉及半導體器件而涉及焊接裝置，則異常情況可能在隨后的焊接操作中連續(xù)發(fā)生。因此，在這種情況下，最好停止整個焊接裝置的操作，不要繼續(xù)進行下面的焊接操作。
下面參考圖14A-14C討論超聲振動的波形。
在焊接操作的起始階段，沒有進行焊接，半導體芯片整個地隨超聲波振動元件振動。因此半導體芯片的振動波形完全與超聲波振動元件的波形相同。因此在焊接操作的起始階段中可以從半導體芯片上得圖14A所示的正弦波形。
當焊接操作繼續(xù)進行時，半導體芯片的凸出部部分地焊接于線路板的電極托上。在這種狀態(tài)下，當超聲振動的振幅最大時焊接部分每次均受到局部破主，即此時半導體芯片沿水平方向的運動是收攏成的。因此，在半導體芯片的振動中發(fā)生遲延，這導致半導體芯片的振動波形趨近于圖14B所示的三角形波形。在焊接操作的最后階段，即在結(jié)束焊接操作的緊前面，半導體芯片的振動波形幾乎變成如圖14C示出的三角形波形。
圖14C示出的三角波形相當于上述實施例中最佳波形設定線路設定的最佳波形。
下面考慮焊接操作出現(xiàn)異常情況的波形。
可以認為，不完全焊接原因中的一個原因是在焊接工具和半導體芯片之間出現(xiàn)傳遞損耗。如果在焊接工具和半導體芯片之間存在外來物質(zhì)，則傳遞損耗量增大，這導致超聲振動不能有效地傳送到凸出部上。在半導體芯片和超聲波振動元件之間的連接松脫時可能發(fā)生這種現(xiàn)象。
如果發(fā)生上述現(xiàn)象，則半導體芯片振動的波形振幅小于最佳波形的振幅。在絕大多數(shù)情況下，半導體芯片的振幅可能接近于零。
然而在上述實施例中，半導體芯片或線路板的振動波形受到監(jiān)測，并使真實振動波形與最佳波形相比較，使得根據(jù)比較結(jié)果可以確定焊接狀態(tài)，確定焊接是正常還是不正常。
本發(fā)明不限于具體公開的實施例，可以進行改變和變型而不超出本本申請是根據(jù)1999年7月2日提出的日本優(yōu)先權(quán)申請No.11-189282和1999年10月25日提出的日本優(yōu)先權(quán)申請No.11-303062。
權(quán)利要求
1.一種磁盤裝置的磁頭組件，其特征在于磁頭IC芯片(30)，具有許多金做的凸出電極(32)；支承該磁頭IC芯片(30)的懸浮件(11)，具有許多連接于磁頭IC芯片(30)相應凸出電極(32)的電極托(16)，各個電極托(16)具有金做的表面層(61)；其中磁頭IC芯片(30)的凸出電極(32)用超聲焊接法焊接于懸浮件(11)的電極托(16)上。
2.如權(quán)利要求1所述的磁頭組件，其特征在于，在磁頭IC芯片(30)和懸浮件(11)之間的空間中充滿增強部件(84)。
3.一種磁盤裝置，包括貯存信息的磁盤(102)；可相對于磁盤(102)運動的臂(104)；驅(qū)動該臂的驅(qū)動器(103)；并且磁頭組件(50)裝在該臂(104)上；其特征在于該磁頭組件(50)包括磁頭IC芯片(30)，具有許多金做的凸出電極(32)；支承該磁頭IC芯片(30)的懸浮件(11)，具有許多連接于磁頭IC芯片(30)相應凸出電極(32)的電極托(16)，各個電極托(16)具有金做的表面層(61)；其中，磁頭IC芯片(30)的凸出電極(32)用超聲焊接法焊接于懸浮件(11)的電極托(16)。
4.一種超聲焊接法，用于將具有許多凸出電極的半導體芯片(116)焊接在具有許多電極托的線路板(112)上，該超聲焊接法的特征在于以下步驟通過將超聲振動加在半導體芯片(116)和線路板(112)中的一個部件上而將半導體芯片(116)的凸出電極焊接在線路板(112)的電極托上；檢測半導體芯片(116)和線路板(112)中一個部件的真實超聲波振動波形；根據(jù)半導體芯片(116)和線路板(112)中該一個部件的真實超聲振動波形控制焊接作業(yè)。
5.如權(quán)利要求4所述的超聲焊接方法，其特征在于控制包括以下步驟相對于半導體芯片(116)和線路板(112)中該一個部件的超聲振動設定最佳波形；使真實波形與最佳波形相比較，獲得真實波形和最佳波形之間的差值，使得可根據(jù)這種差值控制焊接作業(yè)。
6.如權(quán)利要求5所述的超聲焊接方法，其特征在于以下步驟在顯示裝置(160)上顯示真實波形和最佳波形。
7.如權(quán)利要求6所述的超聲焊接方法，其特征在于以下步驟當真實波形和最佳波形之間的差值超過預定允許范圍時發(fā)出警報。
8.如權(quán)利要求7所述的超聲焊接方法，其特征在于以下步驟當真實波形和最佳波形之間的差值超過預定的允許范圍時停止焊接作業(yè)。
9.如權(quán)利要求5所述的超聲焊接方法，其特征在于，根據(jù)真實波形和最佳波形之間的比較結(jié)果，采用反饋控制法控制焊接作業(yè)。
10.一種超聲焊接裝置，用于使具有許多凸出電極的半導體芯片焊接在具有許多電極托的線路板上，該超聲焊接裝置的特征在于超聲振動發(fā)生機構(gòu)，該機構(gòu)可利用超聲波振動元件產(chǎn)生超聲振動，并使該超聲振動傳輸?shù)桨雽w芯片(116)和線路板(112)中的一個部件上，從而將半導體芯片(116)的凸出電極焊接在線路板(112)的電極托上；傳感器(122)，用于檢測半導體芯片(116)和線路板(112)中一個部件的超聲振動的真實波形，從而根據(jù)此種由傳感器(122)檢測的真實振動波形控制由超聲振動發(fā)生機構(gòu)產(chǎn)生的超聲振動。
11.如權(quán)利要求10所述的超聲焊接裝置，其特征在于，該超聲振動發(fā)生機構(gòu)包括超聲波振動線路(132)，該線路驅(qū)動超聲波振動元件；輸出功率和時間設定線路(130)，該線路用于設定超聲波振動元件的輸出功率和設定發(fā)生超聲波振動的持續(xù)時間。
12.如權(quán)利要求11所述的超聲焊接裝置，其特征在于，該超聲振動發(fā)生機構(gòu)還包括最佳波形設定線路(154)，該線路設定半導體芯片(116)和線路板(112)中該一個部件的最佳超聲振動波形；比較器(158)，該比較器使傳感器檢測的真實波形與最佳波形相比較，從而得到真實波形和最佳波形之間的差值。
13.如權(quán)利要求12所述的超聲焊接裝置，其特征在于顯示裝置(160)，該顯示裝置可顯示比較器(158)的比較結(jié)果。
14.如權(quán)利要求12所述的超聲焊接裝置，其特征在于報警裝置，該裝置在真實波形和最佳波形之間的差值超過預定的允許范圍時進行報警。
15.如權(quán)利要求12所述的超聲焊接裝置，其特征在于控制裝置(162)，該裝置可控制超聲焊接裝置，即起動和停止其操作，其中，在真實波形和最佳波形之間的差別超過預定的允許范圍時該控制裝置停止超聲焊接裝置的操作。
16.如權(quán)利要求12所述的超聲焊接裝置，其特征在于，比較器(158)的比較結(jié)果輸入到輸出功率和時間設定線路(130)，從而利用反饋控制法控制真實波形。
全文摘要
將磁頭IC芯片裝在懸浮件上將引起形變,本發(fā)明可以防止磁盤裝置中磁頭組件的懸浮件發(fā)生這種形變。裝在懸浮件上的磁頭IC芯片具有金做的凸出電極。懸浮件具有連接于磁頭IC芯片相應凸出電極上的電極托。各個電極托具有金做的表面層。采用超聲焊接法將磁頭IC芯片的凸出電極焊接在懸浮件的電極托上。
文檔編號B23K1/00GK1279464SQ00108119
公開日2001年1月10日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月2日
發(fā)明者馬場俊二, 吉良秀彥, 海沼則夫, 岡田徹 申請人:富士通株式會社