王冀康

(新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院河南省生物精神病學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南新鄉(xiāng) 453002)

引 言

目前計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)容量最大、保存時(shí)間最長的存儲媒質(zhì)是硬盤。隨著數(shù)據(jù)存儲對硬盤容量和可靠性要求的提高，在提高硬盤容量的同時(shí)，也對磁頭可靠性提出更高要求。磁頭作為硬盤的核心部件，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)信息的讀、寫任務(wù)，決定著尋道能力的高低。磁頭飛行高度、潤滑性能、磁頭和磁片表面狀態(tài)決定了硬盤的容量。而磁頭焊接的可靠性決定了磁頭工作的可靠性，并最終決定整個(gè)硬盤的可靠性［1］。

某公司為滿足新產(chǎn)品開發(fā)的需要，需將目前金凸塊電鍍使用的鍍金種子層改為Ni-Fe合金鍍層，以減少焊接時(shí)金凸塊變形進(jìn)而提高焊接精度，以期獲得可焊性優(yōu)良的金凸塊。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)研究的磁頭及內(nèi)部焊接部位如圖1所示。晶體基體上鍍金凸塊部分鍍層結(jié)構(gòu)為:基體→離子濺射Ta→離子濺射金種子層→鍍金(形成凸塊)。

圖1 磁頭及其焊接部位局部圖

1.1 金凸塊電鍍工藝流程

金凸塊電鍍工藝流程為:1)打磨晶片;2)在晶片上離子濺射鉭(Ta)作為黏附層，再濺射一層很薄的種子層，3)涂布光刻膠，光刻顯影出電鍍所需要的圖形;4)對晶片進(jìn)行鍍前處理，清洗后鍍金;5)褪除光刻膠;6)離子束蝕刻，去掉所要圖形以外的種子層和黏附層;7)性能測試。

1.2 鍍金工藝

鍍金溶液配方及操作條件為:

10.5g/L Au 鹽、30g/L Na2SO3，鍍 液 d 為1.125，pH 為6.5，θ為(55 ±2)℃，Jκ為 0.2A/dm2、Aa∶Aκ為1∶1，v為 0.15μm/min。

1.3 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備和材料:種子層沉積設(shè)備，MRC Target Sputtering Deposition System(型號903M，Materials Research Corp.，U.S.A);鍍金液(市售，型號TG25E，Technic Inc，U.S.A);試樣 d 為150mm 不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的晶片，分別為假晶片(Dummy wafer)，其成分為 Al2O3和 TiC，以及報(bào)廢的晶片(Scrapped wafer，其底部為真實(shí)的電腦硬盤磁頭晶片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是在生產(chǎn)過程中因某些原因而報(bào)廢的產(chǎn)品);膠帶(型號471 Vinyl，3M，U.S.A)。

Ni-Fe合金層和金種子層均為離子束濺射法獲得。加工方法如圖2所示。

圖2 離子束濺射沉積加工示意圖

1.4 鍍層檢測方法

金凸塊加工各工序間均應(yīng)按電子產(chǎn)品相應(yīng)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)檢查，晶片上鍍金凸塊與基體的結(jié)合力的試驗(yàn)用拉扯方法，即將3M膠帶貼覆試件表面，貼牢10s后再將膠帶拉扯剝離，檢查金凸塊無脫離為合格。(該檢測方法為電子企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn))。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)使用不同的種子層、晶片的種類、鍍前處理、金凸塊厚度及檢查的結(jié)果，如表1所示。

表1 不同工藝條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

續(xù) 表

2.2 討 論

從表1可以看出，當(dāng)種子層為Ni-Fe合金層，不進(jìn)行鍍前處理，直接將晶片放入電鍍液進(jìn)行常規(guī)電鍍金，金凸塊會(huì)從Ni-Fe合金層上脫落;使用十二烷基硫酸鈉活化，金凸塊也會(huì)從Ni-Fe合金層上脫落;陰極電解處理雖然有助于金凸塊的電鍍，但也無法避免金凸塊脫離;5%或10%的硫酸溶液浸蝕均能提高鍍層的結(jié)合力，但在測試后仍然出現(xiàn)了金凸塊脫離現(xiàn)象;在兩種不同晶片上使用10%鹽酸溶液進(jìn)行浸蝕也得到了類似于稀硫酸浸蝕的結(jié)果。說明采用Ni-Fe合金種子層，上述幾種處理方法均不能實(shí)現(xiàn)金凸塊與基體結(jié)合力良好的目的。在Ni-Fe合金種子層上再加離子濺射金層時(shí)，無論金層的厚度如何，只須采用十二烷基磺酸鈉溶液的活化方法就能夠?qū)崿F(xiàn)金凸塊與基體的良好結(jié)合。

當(dāng)種子層為 Ni-Fe合金時(shí)，δ為0.5 ～4.5μm 的金凸塊都會(huì)發(fā)生脫落;當(dāng)Ni-Fe合金種子層上再加離子濺射薄金層時(shí)，無論δ為1.5μm還是4.5μm的金凸塊，都不發(fā)生脫離。說明電鍍金凸塊是否脫落與鍍層厚度無直接聯(lián)系。

當(dāng)種子層為Ni-Fe合金時(shí)，兩種不同材質(zhì)的晶片都會(huì)發(fā)生金凸塊脫落;當(dāng)Ni-Fe合金種子層上再加離子濺射薄金層時(shí)，兩種晶片都不發(fā)生金凸塊脫落。說明金凸塊是否脫落與晶片種類沒有直接聯(lián)系。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，晶片制造工藝中不能直接在Ni-Fe合金種子層上電鍍金凸塊，而采用在Ni-Fe合金種子層上增加離子濺射薄金層，能夠?qū)崿F(xiàn)電鍍金凸塊與基體有良好的結(jié)合力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在充分利用企業(yè)原有生產(chǎn)設(shè)備條件下，攻克了在Ni-Fe合金種子層上電鍍金凸塊的難題。

［1］Andrei Khurshudov，Robert J.Waltman.Tribology challenges of modern magnetic hard disk drives［J］.Wear，2001，251:1124-1132.