專利名稱：Ic芯片、帶ic芯片的磁頭懸置組件以及它們的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于磁盤設備的薄膜磁頭元件的IC(集成電路)芯片，例如，涉及一種帶IC芯片的磁頭懸置組件(HSA)，涉及制造該IC芯片的方法，以及涉及制造HSA的方法。
在磁盤設備中，用于從磁盤寫入磁信息和/或讀出磁信息的一種薄膜磁頭元件通常構成在磁頭滑動塊上，磁頭滑動塊在工作時快速浮動在旋轉的磁盤上?；瑒訅K由一個懸置體支撐，懸置體由從磁盤設備的每一個可動臂的一端伸出的彈性薄金屬板構成。
近來，磁盤的記錄頻率迅速增加以滿足對現今磁盤設備不斷增長的數據存儲能力與密度的要求。為了實現更高頻率的記錄，提出了一種帶懸置體的HSA結構，懸置體既用于支持磁頭滑動塊也用于支持磁頭元件的驅動電路的驅動IC芯片。按照這種結構，由于從驅動電路到磁頭元件的追蹤導體的長度可以縮短，追蹤導體產生的不必要噪聲可以有效地抑制，導致高頻記錄特性得以改善。
然而，這種IC芯片可能由于在記錄操作期間流過其中的寫入電流而被加熱到高溫。為了利用從旋轉的磁盤產生的氣流來冷卻被加熱的IC芯片，將IC芯片安裝到懸置體的一個表面上，在運轉時，該表面與磁盤表面相對。
帶IC芯片的HSA會有較大的厚度，厚度是由于IC芯片的安裝高度而增加的。通常，在磁盤設備中，為增加每個磁盤的記錄能力，盤的兩面都用于記錄，而且，大多數這樣的磁盤沿軸向裝配。因此，在兩個磁盤間將存在兩個用于寫/讀磁信息的HSA，從而使配備帶有IC芯片的HSA的磁盤設備的整體厚度變大。這種磁盤設備的大厚度將成為大問題，尤其是當磁盤設備安裝在薄筆記本型個人計算機內時。
因此，需要將這種芯片制造得盡量薄。
C4(受控塌陷芯片連接)工藝是用于在懸置體上安裝這類芯片的一種典型工藝。在C4工藝中，首先，將用于焊料的焊劑施加到IC芯片的凸球上，然后通過回流熱焊接將IC芯片焊接到連接臺上。
如果通過使用焊劑的回流焊接進行IC芯片的安裝，需要在焊接后進行清潔處理。即，在C4焊接過程中，將焊劑施加到懸置體上IC芯片焊接的位置，以便促進焊料的熔化并在回流焊接期間暫時將IC芯片粘結在懸置體上。由于施加的焊劑可能產生不利影響，例如產生出氣體，因此焊接后必須清潔。然而，盡管懸置體的彎曲角需要高精度，該彎曲角在清潔過程中可能意想不到地改變。因此，使用C4工藝在懸置體上安裝IC芯片有困難。
超聲波焊接工藝一種可行的而不需清潔處理的焊接方法。在超聲波焊接工藝中，不使用焊料凸塊而使用形成在IC芯片上的金(Au)凸塊。即，通過對與懸置體上各自Au臺接觸的Au凸塊施加適當的壓力和超聲振蕩，Au被熔化而用于焊接。由于在超聲波焊接工藝中不利用焊劑，因此不需要清潔處理。
在磁盤設備中，通常，由于磁頭滑動塊在進行讀/寫操作時在旋轉的盤上以極低的高度浮動，因此不允許存在灰塵。然而，按照超聲波焊接工藝，由于IC芯片被超聲焊接頭或管嘴緊緊壓住而且超聲振蕩通過管嘴施加到IC芯片上，在芯片表面上容易產生諸如劃痕或裂紋這樣的損傷而引起硅顆粒從IC芯片上掉落。這在磁盤設備中是決不允許的。因此，很難確定使用超聲波焊接工藝安裝IC芯片的條件。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種用于薄膜磁頭元件的IC芯片，一種帶IC芯片的HSA，一種制造該IC芯片的方法，以及一種制造該HSA的方法，從而使在芯片安裝期間在IC芯片體上不發(fā)生損害。
根據本發(fā)明，一種具有一個第一表面(前表面)與一個相對于前表面的第二表面(后表面)的IC芯片，它包括一個用于薄膜磁頭元件的電路，電路的連接端子構成在它的前表面上，并且有一個保護層形成在它的后表面的至少一部分上。
此外，根據本發(fā)明，一個HSA包括一個具有至少一個薄膜磁頭元件的磁頭滑動塊、一個帶有用于至少一個薄膜磁頭元件的電路的IC芯片、以及一個用于支持磁頭滑動塊與IC芯片的懸置體。IC芯片具有一個第一表面(前表面)、相對于前表面的第二表面(后表面)、以及形成在其前表面上的電路連接端子。IC芯片還具有一個形成在其后表面的至少一部分上的保護層。
保護層形成在IC芯片后表面的至少一部分上。因此，當拾取并將其后表面頂住管嘴而將該IC芯片安裝到懸置體上時，如果在拾取與頂住的部分制備了保護層，則管嘴將不會直接接觸IC芯片的硅體。因此，諸如劃痕或裂紋損傷不再會發(fā)生于IC芯片的硅體上，從而可以有效地防止硅顆粒從IC芯片掉落。
保護層最好為由金屬材料或樹脂材料制成。
保護層還最好是一個覆蓋整個后表面的層，是一個僅覆蓋后表面的一部分的層，或者是在后表面上提供至少一個部件的層。
懸置體最好包括一個彈性負荷梁，一個由負荷梁支撐的彈性撓性部件，以及一個構成在懸置體上的追蹤導體部件，IC芯片安裝在追蹤導體部件上。
根據本發(fā)明，還有一種由具有一個表面以及相對于該表面的另一表面的晶片來制造IC芯片的方法，包括從晶片的一個表面上形成用于IC芯片的半導體IC與連接電極的步驟，拋光另一表面以減小晶片厚度的步驟，在晶片的另一表面的至少一部分上形成一個保護層的步驟，以及切割晶片以產生分離的單獨IC芯片的步驟。
用于IC芯片的許多半導體IC與連接電極從晶片的一個表面上構成。隨后，拋光晶片的另一表面以便將IC芯片的厚度減至盡量薄。之后，在晶片的拋光的表面的至少一部分上形成一個保護層，然后切割晶片以產生分離的單獨IC芯片。由于保護層形成于IC芯片后表面的至少一部分上，當拾取并將其后表面頂住管嘴而將該IC芯片安裝到懸置體上時，如果在拾取與頂住的部分制備了保護層，則管嘴不會直接接觸IC芯片的硅體。因此，諸如劃痕或裂紋損傷不再會發(fā)生于IC芯片的硅體上，從而可以有效地防止硅顆粒從IC芯片掉落。
此外，根據本發(fā)明，還有一種制造HSA的方法，包括形成一個具有用于薄膜磁頭元件的電路的IC芯片的步驟，以及將具有至少一個薄膜磁頭元件的磁頭滑動塊和IC芯片安裝于懸置體的步驟。該IC芯片具有一個第一表面(前表面)，相對于前表面的第二表面(后表面)，以及形成在前表面上的電路連接端子。IC芯片還具有一個形成在其后表面的至少一部分上的保護層。該IC芯片通過使用Au或Cu凸塊的超聲波焊接安裝在懸置體上。
當通過使用Au或Cu凸塊的超聲波焊接將IC芯片安裝在懸置體上時，IC芯片的后表面被拾取并由管嘴壓住。然而，由于保護層形成于IC芯片后表面的至少一部分上，諸如劃痕或裂紋損傷不再會發(fā)生于IC芯片的硅體上，從而可以有效地防止硅顆粒從IC芯片掉落。
IC芯片最好由具有一個表面及一個與該一個表面相對的另一表面的晶片，通過從晶片的一個表面上形成用于IC芯片的半導體集成電路與連接電極，通過拋光另一表面以減小晶片厚度，通過在晶片的另一表面的至少一部分上形成一個保護層，以及通過切割晶片以產生分離的單獨IC芯片而制成。
保護層最好由金屬材料或樹脂材料制成。
保護層還最好構造成覆蓋整個后表面的層，僅覆蓋后表面的一部分的層，或者是在后表面上提供至少一個部件的層。
通過以下對本發(fā)明的帶附圖的最佳實施例的描述將能顯見本發(fā)明的其他目的與優(yōu)點。


圖1顯示根據本發(fā)明的一個HSA最佳實施例的平面圖。
圖2顯示根據圖1所示實施例示意說明IC芯片結構的斜視圖。
圖3a至3h顯示根據圖1所示實施例示意說明IC芯片的制造過程的斜視圖。
圖4a至4e顯示根據圖1所示實施例說明HSA的一部分制造過程的剖視圖。
圖1示意說明作為本發(fā)明一個最佳實施例的磁頭懸置組件(HSA)。
如圖中所示，HSA通過將一個具有薄膜磁頭元件的滑動塊11安裝于懸置體10的頂端部分，并將一個驅動IC芯片12安裝于該懸置體10的中間位置組裝而成?；瑒訅K11與驅動IC芯片12固定在懸置體10的一個表面上，該表面在工作中將相對于磁盤表面。懸置體的這個表面在下文中將稱為滑動塊附著表面。
懸置體10基本上由一個彈性撓性部件13(用于在位于接近其頂端部分的舌片上攜帶滑動塊11并在其中間部分支持驅動IC芯片)、一個用于支持并固定撓性部件13的彈性負荷梁14、以及一個構成在負荷梁14的底端部分的底板15構成。
負荷梁14具有彈性，用于在工作中向磁盤方向壓滑動塊11。撓性部件13有可彎曲的舌片，通過一個形成在負荷梁14上的凹窩定位，撓性部件13具有彈性，用于由此可彎曲舌片彈性地支持滑動塊11。如同將要指出的，在本實施例中，懸置體10具有三件式結構，由單獨零件撓性部件13、負荷梁14以及底板15構成。在此三件式結構中，撓性部件13的剛度設定為比負荷梁14的剛度低。
在驅動IC芯片12中，組成一個構成磁頭元件的磁頭放大器的集成驅動電路。僅作為舉例，IC芯片12的尺寸可以為1.0mm×1.0mm×0.15mm或者1.5mm×1.5mm×0.25mm。在此實施例中，IC芯片12在懸置體10上的固定位置的確定要使得改善散熱特性與電磁特性并使IC芯片容易安裝。
在此實施例中，撓性部件13由厚度約25μm的不銹鋼板(例如SUS304TA)制成。該撓性部件13具有均勻的比負荷梁14窄的寬度。
構成數重輸入/輸出信號線的薄膜型追蹤導體層16沿長度方向構成在撓性部件13上。追蹤導體16的一端連接至滑動塊連接臺，用于與構成在撓性部件13的頂端部分的磁頭滑動塊11形成電連接，追蹤導體16的另一端(底板15一邊)經由IC芯片12連接至外部連接臺17，外部連接臺將連接至外部電路。
負荷梁14在此實施例中由約60～65μm厚的彈性不銹鋼板制成并沿其全長支持撓性部件13。該負荷梁14具有隨著趨近其頂端寬度逐漸變窄的形狀。通過許多焊點實現將撓性部件13固定于負荷梁14。
底板15由不銹鋼或鐵制成并通過焊接固定于負荷梁14的底端部分。懸置體10通過將底板15的附屬部件18固定于可動臂而附著到可動臂(未畫出)上。
在改進型式中，懸置體可以構成帶底板與彎曲負荷梁的兩件式結構，替代具有撓性部件13、負荷梁14及底板15的三件式結構。
如前所述，帶有磁頭元件的滑動塊11在懸置體10的頂端部分安裝在撓性部件13的舌片上。包括數重輸入/輸出信號線的追蹤導體層16經過滑動塊11的兩邊，在撓性部件13的頂端部分返回至滑動塊連接臺以便與滑動塊11的輸入/輸出電極電連接。由樹脂制成的絕緣材料層覆蓋連接的部分。
驅動IC芯片12在懸置體10的中間長度位置安裝在滑動塊附著表面上。IC芯片12在此實施例中由耐焊芯片構成，并安裝與連接在芯片連接臺上，芯片連接臺構成在追蹤導體層16的路徑上，追蹤導體層16經由一個絕緣材料層構成在懸置體10的撓性部件13上。
將底層填料填充于IC芯片12的底表面與追蹤導體層表面之間的空隙中以便改善散熱性能，改善此區(qū)域的機械強度，以及覆蓋一部分IC芯片12。
IC芯片12在此實施例中為凸塊耐焊芯片，并具有一個保護層19，覆蓋IC芯片12的全部后表面，后表面與其上形成連接端子的前表面相對，如圖2所示。該保護層19可以是金屬材料層或樹脂材料層。
金屬材料保護層19可以由單層Al或雙層Au/Cu結構構成，具有幾個μm的厚度。
樹脂材料保護層19可以由一層諸如Hitachi Chemical Co.，Ltd.的PIQ或PIX聚酰亞胺層構成，或者由一層諸如Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.的OMR或OFPR保護層構成，具有約1～10μm的厚度。
圖3a至3h示意說明本實施例中IC芯片的制造過程。
在如圖3a所示的單晶晶片30的一個前表面上，通過已知的集成技術制成由許多晶體管、二極管、電容與電阻構成的IC(集成電路)、導電圖案、以及用于電連接IC的連接電極。重復如圖3b與3c所示的圖案形成工藝、擴散工藝以及噴鍍金屬工藝實現這種構成。圖3d中的參考標號31代表如此制成的IC、導電圖案及連接電極。
隨后，圖3d所示晶片30的后表面部分32，其部分厚度通過拋光晶片30的后表面而磨去。由此，如圖3e所示，晶片30的總厚度被減小使得IC芯片的厚度盡可能薄。
在該后表面拋光工藝之后，由前述材料制成的保護層32通過例如淀積、噴鍍或電鍍而覆蓋到晶片30被拋光的全部后表面30b上，如圖3f所示。
然后，晶片30如圖3g被切割成分離的單個IC芯片12，如圖3h所示。
根據這種用于薄膜磁頭的IC芯片的制造工藝，由于覆蓋工藝是在磨薄IC芯片后表面的拋光工藝之后進行的。因此保護層可以容易地形成在IC芯片的后表面上。結果，可降低IC芯片的制造成本。
以下，將參照附圖4a至4e描述根據本發(fā)明將如此制成的IC芯片12焊接到懸置體的過程。
如圖4a所示，在由不繡鋼板制成的撓性部件13上，通過類似于在薄金屬板上形成印刷電路板例如柔性印制電路(FPC)構圖方法的公知方法，構成薄膜導電圖案。
例如，導電圖案通過連續(xù)淀積由諸如聚酰亞胺的樹脂形成的約5μm厚的第一絕緣材料層40、約4μm厚的圖案Cu(銅)層(導電層)41、以及諸如聚酰亞胺的樹脂形成的約5μm厚的第二絕緣材料層42，以此順序在撓性部件13上構成。在接至磁頭滑動塊的滑動塊連接臺、接至外部電路的外部連接臺以及接至IC芯片12的芯片連接臺43區(qū)域內，只有一個Au層44淀積到Cu層41上，且在Au層44上沒有第二絕緣材料層。
如圖4b所示，Au球凸塊45預先制成在IC芯片12底面上構成的連接端子(未畫出)上。該IC芯片12由超聲波焊接頭或管嘴46拾取，由焊接頭接觸IC芯片的頂面，如圖4b所示，并同薄膜導電圖案的芯片連接臺43對準。
然后，如圖4c所示，將帶保護層19的IC芯片12朝箭頭47的方向下壓直到IC芯片12的Au球凸塊45接觸薄膜導電圖案的各自芯片連接臺43，并由超聲頭46施加沿箭頭48方向(橫向)的超聲振蕩。
以定壓(負荷)加壓并施加超聲振蕩導致IC芯片12的Au球凸塊45與芯片連接臺43的Au層44熔融焊接。
由此，如圖4d所示，IC芯片12的連接端子與芯片連接臺43之間建立了電連接。
然后，如圖4e所示，將液態(tài)底層填料49注入IC芯片12的底面與薄膜導電圖案表面之間的空隙，用于改善散熱性能，改善此區(qū)域的機械強度，以及覆蓋一部分IC芯片12。底層填料49為良好導熱材料，例如由諸如環(huán)氧樹脂的樹脂與具有良好導熱性的絕緣材料的混合物制成。底層填料49在隨后進行的加熱與烘干過程中固化。
構成底層填料49的具有良好導熱性能的底層填充樹脂，例如可以是諸如含熔凝石英(熱傳導率約為50.4×10-6W/m·℃)的環(huán)氧樹脂，含氧化鋁(熱傳導率約為168×10-6W/m·℃)的樹脂，含晶狀硅(熱傳導率約為147×10-6W/m·℃)的樹脂，或含氮化鋁(熱傳導率約為168×10-6W/m·℃)的樹脂。
根據本發(fā)明，由于芯片12的Au球凸塊45通過超聲波熔焊而與芯片連接臺43的Au層44電連接且機械結合，不需對IC芯片作臨時固定或回流焊接。在超聲波焊接工藝中，由于超聲波焊接頭46的振蕩施加于IC芯片12，在IC芯片12的后表面與拾取IC芯片的管嘴46之間將總是發(fā)生摩擦。為抑制摩擦，管嘴46需要較大的壓焊力。
按照常規(guī)的IC芯片，由于硅體的后表面暴露，因此大的管嘴壓焊力在IC芯片后表面上容易產生諸如劃痕或裂紋損傷。而根據此實施例，由于保護層19覆蓋IC芯片12的硅體的整個后表面，管嘴46不會直接接觸IC芯片12的硅體。因此，在安裝期間IC芯片的硅體上不會發(fā)生損傷，從而可以有效地防止硅顆粒從IC芯片掉落。
當IC芯片12硅體的后表面由金屬材料保護層19覆蓋時，不僅能防止芯片表面損傷的發(fā)生，而且能防止超聲波振蕩的傳輸效率的降低。此外，由于金屬材料與諸如硅的IC材料相比具有良好的熱傳導率，保護層19同時起到IC芯片的散熱片作用而有效散除產生的熱。
當后表面由樹脂材料保護層19覆蓋時，盡管超聲波振蕩的傳輸效率與熱傳導率比金屬材料層的低，但保護層的涂覆容易進行，并且可以更加完全地防止由于超聲振蕩引起的顆粒脫落。
此外，根據此實施例，不需焊劑轉變過程，也不需回流焊接工藝，因此不需要清潔處理。而且，在安裝期間IC芯片的硅體的后表面上不會發(fā)生損傷，從而可以有效地防止硅顆粒從IC芯片掉落。
在前述實施例中，保護層19形成為覆蓋IC芯片的硅體的整個后表面。然而，根據本發(fā)明，保護層可以形成在IC芯片硅體的后表面的一部分上使得管嘴不直接接觸硅體。即，保護層形成為僅覆蓋后表面上用于在焊接過程中管嘴接合的一部分區(qū)域或者在后表面的一個區(qū)域內制成至少一個部件用于在焊接過程中與管嘴接合。因此，在安裝期間IC芯片的硅體上不會發(fā)生損傷，從而可以有效地防止硅顆粒從IC芯片掉落。
在前述實施例中，IC芯片12的Au球凸塊45與芯片連接臺43的Au層44通過超聲波焊接。然而，本發(fā)明也可以使用Cu球與Cu層或使用其他金屬球與其他金屬層代替Au球與Au層通過超聲波焊接而實現。在改進型式中，凸塊可以構成在薄膜導電圖案的芯片連接臺上。
可以在不偏離本發(fā)明精神與范圍的情況下構造本發(fā)明的許多有很大不同的實施方案。應當理解。本發(fā)明除了附加的權利要求書中的限定外，不受限于本說明書中描述的具體實施例。
權利要求
1．一種IC芯片，具有一個第一表面和一個與所述第一表面相對的第二表面，包括一個用于薄膜磁頭元件的電路；形成在所述第一表面上的所述電路的連接端子；以及形成在所述第二表面的至少一部分上的一個保護層。
2．根據權利要求1的IC芯片，其中，所述保護層由金屬材料制成。
3．根據權利要求1的IC芯片，其中，所述保護層由樹脂材料制成。
4．根據權利要求1的IC芯片，其中，所述保護層是一個覆蓋整個所述第二表面的層。
5．根據權利要求1的IC芯片，其中，所述保護層是一個僅覆蓋所述第二表面的一部分的層。
6．根據權利要求1的IC芯片，其中，所述保護層是一個在所述第二表面上提供至少一個部件的層。
7．一種磁頭懸置體組件，包括具有至少一個薄膜磁頭元件的一個磁頭滑動塊；一個IC芯片，帶有用于所述至少一個薄膜磁頭元件的電路，所述IC芯片具有一個第一表面、一個相對于所述第一表面的第二表面、以及形成在所述第一表面上的所述電路的連接端子，所述IC芯片還具有一個形成在所述第二表面的至少一部分上的保護層；一個懸置體，用于支持所述磁頭滑動塊與所述IC芯片。
8．根據權利要求7的磁頭懸置體組件，其中，所述保護層由金屬材料制成。
9．根據權利要求7的磁頭懸置體組件，其中，所述保護層由樹脂材料制成。
10．根據權利要求7的磁頭懸置體組件，其中，所述保護層是一個覆蓋整個所述第二表面的層。
11．根據權利要求7的磁頭懸置體組件，其中，所述保護層是一個僅覆蓋所述第二表面的一部分的層。
12．根據權利要求7的磁頭懸置體組件，其中，所述保護層是一個在所述第二表面上提供至少一個部件的層。
13．根據權利要求7的磁頭懸置體組件，其中，所述懸置體包括一個彈性負荷梁、一個由所述負荷梁支撐的彈性撓性部件、以及一個構成在所述懸置體上的追蹤導體部件，所述IC芯片安裝在所述追蹤導體部件上。
14．一種由具有一個表面和相對于該一個表面的另一表面的晶片來制造IC芯片的方法，所述方法包括步驟從所述晶片的所述一個表面上形成用于IC芯片的半導體集成電路與連接電極；拋光所述另一表面以減小所述晶片的厚度；在所述晶片的所述另一表面的至少一部分上形成一個保護層；以及割所述晶片以產生分離的單獨IC芯片。
15．根據權利要求14的方法，其中，所述保護層由金屬材料制成。
16．根據權利要求14的方法，其中，所述保護層由樹脂材料制成。
17．根據權利要求14的方法，其中，所述保護層是一個覆蓋整個所述第二表面的層。
18．根據權利要求14的方法，其中，所述保護層是一個僅覆蓋所述第二表面的一部分的層。
19．根據權利要求14的方法，其中，所述保護層是一個在所述第二表面上提供至少一個部件的層。
20．一種制造磁頭懸置體組件的方法，包括步驟構成一個帶有用于薄膜磁頭元件的電路的IC芯片，所述IC芯片具有一個第一表面、一個相對于所述第一表面的第二表面、以及形成在所述第一表面上的所述電路的連接端子，所述IC芯片還具有一個形成在所述第二表面的至少一部分上的保護層；將帶有至少一個薄膜磁頭元件的磁頭滑動塊和所述IC芯片安裝在懸置體上，所述IC芯片通過使用Au或Cu凸塊的超聲波焊接安裝在所述懸置體上。
21．根據權利要求20的方法，其中，所述IC芯片由具有一個表面及與所述一個表面相對的另一表面的晶片，通過從所述晶片的所述一個表面上形成用于IC芯片的半導體集成電路與連接電極，通過拋光所述另一表面以減小所述晶片的厚度，通過在所述晶片的所述另一表面的至少一部分上形成一個保護層，以及通過切割所述晶片以產生分離的單獨IC芯片而制成。
22．根據權利要求20的方法，其中，所述保護層由金屬材料制成。
23．根據權利要求20的方法，其中，所述保護層由樹脂材料制成。
24．根據權利要求20的方法，其中，所述保護層是一個覆蓋整個所述第二表面的層。
25．根據權利要求20的方法，其中，所述保護層是一個僅覆蓋所述第二表面的一部分的層。
26．根據權利要求20的方法，其中，所述保護層是一個在所述第二表面上提供至少一個部件的層。
全文摘要
一種IC芯片,具有一個前表面和一個與前表面相對的后表面,包括:用于薄膜磁頭元件的電路、形成在前表面上的電路連接端子,以及一個形成在后表面的至少一部分上的保護層。
文檔編號G11B21/21GK1295319SQ0013381
公開日2001年5月16日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權日1999年11月4日
發(fā)明者松本孝雄, 和田健, 白石一雅, 廣瀨篤, 川合滿好 申請人:Tdk株式會社