專利名稱：用于減少顆粒脫落的封裝涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及封裝和涂層領(lǐng)域。在一個特定實施例中，本發(fā)明的某些方面可用 作陶瓷的涂層，而在更特定的實施例中，可用作在硬盤驅(qū)動器中使用的陶瓷的涂層。已有文 獻(xiàn)表明當(dāng)硬盤驅(qū)動器工作時，來自陶瓷的顆?？赡軓拇髩K襯底上脫離并變得可在盤殼體的 內(nèi)部移動，可能導(dǎo)致所述驅(qū)動器漏讀或中斷讀取器的飛高(fly-height)。本發(fā)明的實施例 有助于抑制那些顆粒。本發(fā)明的其它方面涉及用于涂覆該期望涂層的方法。
背景技術(shù)：
保持零件和組件的清潔是盤驅(qū)動器工業(yè)中的主要挑戰(zhàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一個挑戰(zhàn)是大 多數(shù)盤驅(qū)動器零件是通過常規(guī)制備方法制備的，這些方法通常導(dǎo)致疏松的或從所述零件上 掉落的并且成為主要污染源的顆粒。盤驅(qū)動器制造商通常具有用于確保已組裝的驅(qū)動器沒 有內(nèi)部顆粒的有效技術(shù)。某些公開的關(guān)于清潔這種構(gòu)件的文章假定一旦所述構(gòu)件被清潔并 被置于正確位置后，在使用期間它們不會脫落顆粒。雖然對于在硬盤驅(qū)動器中使用的大多 數(shù)常規(guī)材料來說該假定可能是正確的，然而隨著用于硬盤驅(qū)動器的材料_尤其是脆性或易 碎材料的多樣性增加，這種假定開始瓦解。可能使用的較新材料的一個示例是陶瓷，諸如壓 電陶瓷材料。因此，對于盤驅(qū)動器工業(yè)的另一個主要挑戰(zhàn)是控制在盤驅(qū)動器使用期間掉落 的顆粒。作為背景技術(shù)，采用微致動器的硬盤驅(qū)動器(HDD)系統(tǒng)使用電致動元件通過作為 致動器支臂的“手腕”放置讀出磁頭。在懸掛級微致動器中，所述電致動元件通常是附著在 致動器支臂的磁頭安裝塊(或機(jī)座)與磁頭懸掛裝置之間的壓電材料(通常由PZT制成， 一種被稱為鋯鈦酸鉛的Pb&03和PbTiO3的固溶體)。由于壓電材料(諸如PZT陶瓷)具有將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能且反之亦然的能力，其 可用于諸如上述的應(yīng)用中。例如，當(dāng)將電壓施加到PZT時，使PZT經(jīng)歷機(jī)械變形，這是一種 稱為反壓電效應(yīng)的現(xiàn)象。然而，為了使PZT表現(xiàn)其壓電性能，必須在PZT與用于向PZT施加 電壓的電極之間具有良好電接觸。出于此原因，通常是將PZT元件的頂部和底部表面金屬 化，以形成與所述PZT直接接觸的電極，而通常保留各側(cè)面裸露，以便不會短路所述陶瓷。該文獻(xiàn)意味著，在運行中，當(dāng)將電壓施加到PZT元件時，使其膨脹和收縮，以便相 對致動器支臂移動懸掛裝置，所述膨脹和收縮可以導(dǎo)致從所述PZT元件中脫出陶瓷顆粒 (參見，例如，美國專利No. 6，930，861)。如果這些顆粒(它們一般認(rèn)為是從所述PZT元件 的表面和邊緣中產(chǎn)生的)移動到滑撬(其支撐轉(zhuǎn)換磁頭)和高速旋轉(zhuǎn)的盤片之間的空間 中，所述盤片和滑撬可能與所述顆粒交互作用而受到損傷，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、損傷記錄磁頭和 磁頭故障。解決使用期間PZT顆粒脫落的方案已包括使用樹脂、環(huán)氧樹脂或等離子體噴射涂 層來涂覆PZT構(gòu)件。示范涂層包括碳氟聚合物(例如，氟丙烯或全氟聚合物)、聚對二甲苯 及環(huán)氧樹脂?？梢允褂媒荨⒆粤魇酵扛?、噴射涂覆、旋轉(zhuǎn)涂覆、篩網(wǎng)涂覆、輥筒涂覆或蒸氣 沉積技術(shù)施加不同涂層。
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在一種涂覆方法中，在PZT晶體或陶瓷中切出格網(wǎng)，以在每個PZT元件之間配置寬 溝槽或空間。所述格網(wǎng)用于限定每個單獨的PZT元件。隨后使涂層樹脂，諸如環(huán)氧樹脂，流 入到每個元件之間的溝槽并使其固化。由于以大于通常所需要的方式來形成所述溝槽，所 以可以在填滿環(huán)氧樹脂的溝槽的中間形成切口，以便提供兩側(cè)面均被涂覆的PZT元件。例 如參見美國專利No. 6，393，681。涂覆PZT元件的另一方案涉及施加圍繞每個PZT元件周圍的絕緣薄膜。所述薄膜 可以是絕緣材料，諸如粘合劑涂覆的樹脂帶。例如參見美國專利No. 6，661，618。涂覆方法 的另一個示例是在整個元件周圍施加非常薄的涂層，可以對其貫穿焊接以便建立與頂部電 極的電連接。例如參見美國專利No. 6，930，861。然而，這些方法的每一個均具有缺點，并且在懸掛裝置上的PZT元件一般留下未 被涂覆。例如，諸如硅氧烷的涂覆材料可以導(dǎo)致PZT元件難于機(jī)械操控，使得將其組裝到盤 驅(qū)動器中成為難題。在全部暴露表面(包括金屬化區(qū)域中的至少一個)上封裝的PZT元件 需要去除陶瓷的金屬化區(qū)域上的無用涂層以便可以附著電極，或者僅施加非常薄的涂層以 便不管所述涂層如何都可以附著電極。用樹脂填充格網(wǎng)的空隙并隨后加工所述樹脂以分隔 元件的工藝需要慎微加工，并且冒著產(chǎn)生所述涂層的薄屑的風(fēng)險，這種薄屑潛在的損害與 陶瓷顆粒一樣。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中仍然存在對于防止顆粒脫落且在盤驅(qū)動器制備期間能 夠易于操控的方法和材料的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例是基于以下前提，即對于陶瓷元件(例如，壓電元件，尤其是PZT 元件)顆粒脫落的主要區(qū)域不是發(fā)生在所述元件的金屬化區(qū)域，而是發(fā)生在或接近所述元 件的邊緣，并且可以通過這里公開的工藝選擇性涂覆這些區(qū)域，導(dǎo)致當(dāng)將該元件組合到期 望應(yīng)用(例如盤驅(qū)動器)中時，可以容易地焊接。結(jié)果是，本發(fā)明的各種實施例涉及涂覆有施加到在切塊期間暴露出的元件邊緣的 聚合物材料的陶瓷材料，例如壓電材料，諸如封裝單塊、單層或單晶材料、鉛基壓電多晶材 料或多層陶瓷材料。這些材料中的大多數(shù)可以是PZT元件，并且在這里參照PZT元件進(jìn)行了 描述，但是應(yīng)該理解的是，可以使用任何其它陶瓷或壓電材料，并且應(yīng)該認(rèn)為它們也在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。一般來講，可以認(rèn)為，不管單層或多層的任何PZT致動器件和任何陶瓷表面， 都適于在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用。下面的可能材料的示例僅是用于描述，并不意圖以任何方 式限制本發(fā)明。單層或單晶材料的一個示例可以是基于PMN-PT、PZN-PT或PIN-PT的固溶體，其 可以包括(PbAyBa_y)03)(1_x)-(PbTi03)x，其中A可以是Mg、Zn或In，B可以是Nb ；χ在大約 0. 25和0. 60之間，y大約在0. 333和0. 5之間。鉛基壓電多晶材料的示例可以包括基于 PbZrO3-PbTiO3、PbMgl73Nb273O3-PbZrO3-PbTiO3 ；PbMgl73Nb273O3-PbZrO3-PbTiO3 的固溶體的多晶 陶瓷材料。多層陶瓷材料的示例可以是共燒多層，諸如單塊多層致動器，其包括具有嵌入式 金屬內(nèi)部電極的壓電材料的薄膜的共燒、燒結(jié)迭層，所述嵌入式金屬內(nèi)部電極以與所述迭 層交替的方式突出并且通過外部電極平行電連接。另一種多層制備可以通過配有條帶的 陶瓷薄板制成?？梢酝ㄟ^絲網(wǎng)印刷在所述薄板上沉積銀-鈀電極。隨后堆疊所述薄板并共燒。共燒技術(shù)幫助提供具有高硬度、低驅(qū)動電壓、高容積效率和快速響應(yīng)時間的緊湊器件。 對于多層共燒陶瓷的較低成本的替代電極材料包括，但不限于，具有減低的鈀和銅百分比 的銀-鈀電極。多層的另一個實施例可以是多層致動器(MLA)，其是共燒壓電陶瓷薄板(通常 5-100微米厚)的致密分層結(jié)構(gòu)，其間交織有絲網(wǎng)印刷的金屬電極。內(nèi)部電極可以在每一 個其它層中具有偏移(如多層電容器中常見的)，這種偏移在每個邊緣上產(chǎn)生分立的正和 負(fù)連接。可以通過外部電極(厚或薄的膜)將這些內(nèi)部電極連接在一起，從而能夠撐起致 動器并使致動器能夠利用任一側(cè)面上的單個連接進(jìn)行操作。最常見的多層致動器是作為多 片(d33)致動器和彎折器生產(chǎn)的。與整塊壓電致動器相比，多層致動器可以在低驅(qū)動電壓 下提供高位移，尤其是當(dāng)堆疊在一起時。這里公開了施加聚合物的方法以及特別有用的特定聚合物。例如，可以使用精確 施加方法施加所述聚合物材料，諸如將材料精確地直接寫到特別期望的位置的噴墨印刷。 在涂覆元件邊緣的方法的另一個實施例中，使用照相平版印刷法。另外，發(fā)明人已經(jīng)確定聚 酰亞胺是特別有用的聚合物涂層材料。本發(fā)明的實施例提供了一種用于制備具有在特定部分上的聚合物涂層的陶瓷元 件的方法，其包括(a)提供在安裝表面上安裝的陶瓷材料，所述陶瓷材料具有金屬化區(qū)域，并被切割 以提供具有側(cè)壁的一個或多個切取元件，所述切取元件通過一個或多個空間分隔開；(b)使用噴墨印刷機(jī)將聚合物涂層施加到所述切取元件側(cè)壁，保留所述元件的金 屬化區(qū)域基本未被涂覆。在某些實施例中，所述聚合物涂層是非導(dǎo)電的。例如，如果將要被涂覆的材料是壓 電材料，比如PZT，則聚合物涂層必須是電絕緣的。在其它實施例中，通過在切取元件之間的 空間中施加聚合物，而將聚合物施加到切取元件的側(cè)面。在某些實施例中，可以以某一角度 執(zhí)行所述施加，以便主要將聚合物僅僅施加到切取元件的側(cè)壁。在其它實施例中，在切取元 件之間筆直向下地執(zhí)行所述印刷。在其它實施例中，所述噴墨印刷機(jī)包含按需噴墨式印刷 機(jī)。其可以是產(chǎn)生至少略微小于每個切取元件之間的寬度的墨滴尺寸或線寬度的連續(xù)型印 刷機(jī)。在某些實施例中，將聚合物施加為直到大約3微米的厚度。在其它實施例中，所述噴 墨印刷機(jī)能夠在室溫、低溫或高溫下有效分配所述涂層。所述方法還包括(c)使所述涂層能夠硬化；(d)從所述安裝表面移除所述切取元件；以及(e)將所述切取元件組裝到顆粒敏感環(huán)境中。在某些實施例中，通過溶劑蒸發(fā)、交聯(lián)或UV硬化中的一種或多種硬化所述元件。 在某些實施例中，所述顆粒敏感環(huán)境是硬盤驅(qū)動器的內(nèi)部。在其它實施例中，所述聚合物可 以是液態(tài)聚酰亞胺溶液。本發(fā)明的其它方面涉及用于制備具有在特定部分元件上涂覆的聚合物的陶瓷元 件的方法，其包含(a)提供在安裝表面上安裝的陶瓷材料，所述陶瓷材料具有金屬化區(qū)域，并被切割 以提供具有側(cè)壁的一個或多個切取元件，所述切取元件通過一個或多個空間分隔開；
(b)使用照相平版印刷技術(shù)向所述元件施加非導(dǎo)電聚合物涂層；以及(c)施加顯影溶液，以便從所述元件的金屬化區(qū)域移除聚合物，而保留在所述切取 元件的側(cè)壁上的聚合物。其它方面涉及液態(tài)聚合物溶液的用途，包括對在硬盤驅(qū)動器中使用的陶瓷構(gòu)件的 顆粒生成部位的表面進(jìn)行封裝。其它方面還涉及封裝壓電陶瓷，其包含金屬化區(qū)域和至少一個側(cè)部邊緣表面，并 且使用噴墨印刷機(jī)，以液態(tài)溶液的形式向所述至少一個側(cè)部邊緣表面施加聚酰亞胺聚合物層。在某些實施例中，所述陶瓷是單層和單晶材料、鉛基壓電多晶材料、單層、共燒多 層或PZT材料。在其它實施例中，通過修整、切塊、或者切割所述陶瓷來形成所述側(cè)部表面， 以提供未被金屬化的側(cè)面。在其它實施例中，所述涂覆層處于或低于3微米的厚度。


圖1示出用于涂覆PZT元件的工藝流程圖。圖2示出使用常規(guī)涂覆方法涂覆的PZT元件的橫截面圖。圖3示出使用本發(fā)明的各種精確涂覆方法涂覆的PZT元件的橫截面圖。圖4示出具有延伸到PZT元件的切割元件之間的空間中的涂層過流的PZT元件的 示意圖。圖5示出包含具有不同涂層的各種PZT元件(化學(xué)式I)的液體顆粒計數(shù)數(shù)據(jù)的 圖。圖6示出包含具有不同涂層的各種PZT元件(化學(xué)式II)的液體顆粒計數(shù)數(shù)據(jù)的 圖。圖7示出由圖6的涂覆方法獲得的涂覆氣相沉積硅烷的PZT元件的SEM顯微照片。圖8示出由圖6的涂覆方法獲得的涂覆聚對二甲苯的PZT元件的SEM顯微照片。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的涂覆聚酰亞胺的PZT元件的SEM顯微照片。圖10示出在被拾起之后的涂覆聚對二甲苯的PZT元件的顯微照片。圖11是示出未金屬化PZT晶片與金屬化PZT晶片之間的對比的示意圖，兩者具有 施加到其上的相等量的聚酰亞胺溶液。
具體實施例方式本發(fā)明的各實施例的一個目的是通過施加用于捕獲和容納顆粒的涂層減少陶瓷 構(gòu)件的顆粒脫落，這些顆粒原本會在顆粒敏感環(huán)境(例如，在硬盤驅(qū)動器殼體內(nèi)部、在生物 活基體應(yīng)用中、或在任何其它適當(dāng)應(yīng)用中)中發(fā)生移動。陶瓷構(gòu)件的示例包括但不限于，壓 電材料、PZT材料、或可能經(jīng)受顆粒脫落的任何其它易碎或脆性材料。通過精確施加方法來 施加所述涂層，諸如通過使用將所述涂層直接施加到所述構(gòu)件的期望暴露表面上的噴墨技 術(shù)，并且僅施加到需要所述涂層的那些區(qū)域。其它方法包括使用照相平版印刷方法，其將所 述涂層施加到整個陶瓷元件，并且從最終產(chǎn)品中不需要涂覆的表面上去除該涂層。最終所 要涂覆的區(qū)域是所述陶瓷元件的未金屬化區(qū)域，特別是所述元件的邊緣或側(cè)壁。這里描述 的方法還消除對于在已經(jīng)施加封裝之后對切取元件之間的空間(在現(xiàn)有技術(shù)中也稱為“截
7口”)進(jìn)行再切割的需要。所產(chǎn)生的陶瓷元件將顆粒脫落減少到低于目前由其它封裝獲得 的水平，并且這里描述的方法消除對于融化、焊接、或再切割穿過所述金屬化區(qū)域上的涂層 的需求。準(zhǔn)備元件如上所述，由于壓電材料(諸如在本示例中具體討論的PZT陶瓷，但本發(fā)明不限于 此)具有將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能及反之亦然的能力，其可用于硬盤驅(qū)動器中。當(dāng)將電壓施加 到PZT時，其經(jīng)歷機(jī)械變形。然而，為了使PZT表現(xiàn)其壓電性能，其必須具有與電極的良好 電接觸。出于這個原因，必須金屬化所述PZT元件的頂部和底部表面或區(qū)域?？梢酝ㄟ^現(xiàn)有技術(shù)中公知的大多數(shù)鍍敷和金屬化技術(shù)實現(xiàn)金屬化(圖1所示的第 一步驟“A”)。最常見的技術(shù)包括絲網(wǎng)印刷、電鍍和無電鍍、蒸氣沉積和噴濺。在所述金屬 化工藝中，也使晶片的邊緣金屬化，因此通常修整所述邊緣(步驟“B”)。在修整之后，通過 施加用于使所述晶片表現(xiàn)壓電效應(yīng)的電壓，撐起所述晶片(步驟“C”)。繼續(xù)遵循圖1的流程圖(其僅是用于示范；應(yīng)該理解的是可以省略或者按照不同 次序執(zhí)行各個步驟，并且仍然認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi))，隨后，檢查所述晶片并將其安裝在 晶片載體上，以便易于操控。可以將晶片安裝在任何適當(dāng)載體上，一個示例是在至少一個側(cè) 面上具有可UV硬化的粘合劑的條帶。這種載體可以幫助從所述條帶上容易地移除所述晶 片，如下面詳細(xì)描述的。在安裝之后，切割所述晶片。可以使用金剛石切塊滾輪實現(xiàn)所述切割，不過任何方 法都是可行的并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在切割期間，優(yōu)選所述滾輪完全切過所述晶片，并且 經(jīng)常部分地切過可以是安裝條帶的所述晶片載體。(雖然有用于將工件保持在正確位置的 幾種方法，本示例使用了安裝條帶作為用于在切割期間將晶片在正確位置的晶片載體。應(yīng) 該理解的是，可以認(rèn)為任何其它適當(dāng)方法在本發(fā)明的范圍內(nèi)。)其目的是將材料切割成基 本上具有相同尺寸的多個工件或者提供所述晶片材料的分離工件，將稱之為“切取元件”或 “元件”。一般希望在此時不將所述切取元件從晶片載體上分開。切口可以是任何尺寸，并 且取決于起始晶片材料的厚度，一系列切口(在現(xiàn)有技術(shù)中有時稱為“截口”)可以將所述 材料分成例如24X48個分離的切取元件?？梢詢?yōu)化切割程序，以提供最佳邊緣質(zhì)量，同時保持刀刃冷卻和盡可能地沖洗切 割碎屑。通過切割形成的空間可以是任何期望尺寸，而所產(chǎn)生的切取元件也可以是任何期 望尺寸。在某些實施例中，切取元件之間的空間可以是在大約25-200微米之間的寬度，和 在大約75-500微米之間的深度。在任何情況下，所述切口的深度通常是所述晶片的深度， 以便將晶片劃分成切取元件，但是，如討論的，優(yōu)選所述切口不延伸貫穿所述晶片載體。在特定實施例中，所述空間的寬度可以是大約25-100微米寬，在更加特定的實施 例中，是大約25-80微米寬，而在更加特定的實施例中，是大約40微米寬。在其它實施例 中，所述空間的深度可以是在大約100和250微米之間的深度，在更加特定的實施例中，是 大約100-150微米深，而在更加特定的實施例中，是大約125微米深。同樣，所述切口的深 度取決于所述材料的厚度(或深度)。切取元件范圍可以從大約0. 5-3毫米寬X 1. 5-5毫 米長X晶片材料深度(例如，125微米深)。在更加特定的實施例中，所述切取元件尺寸范 圍可以從大約1-3毫米寬X2-5毫米長X晶片材料深度。僅是為了說明而提供上述示例， 并不意圖用它們以任何方式限制本發(fā)明。提供這些示范范圍僅僅是作為切取元件的可能尺
8寸(長度、寬度和深度)。預(yù)期的是，可以為不同的用途、并且也將會為不同的用途使用改變 的尺寸。在切割之后，如果將所述晶片安裝在具有UV敏感粘合劑的條帶上，為了“硬化”所 述條帶上的粘合劑以便減小其粘著性，可以將條帶暴露于UV光線。通過在切割工藝之后使 所述條帶降低粘性，減少了條帶和晶片(也就是切取元件)之間的粘著性，從而允許更加容 易地從條帶上“拾取”所述元件，如下所述?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)方法實現(xiàn)UV曝光，例如，通 過將UV光線施加到所述條帶的背側(cè)。(通常使用同樣也允許將UV光線暴露到所述切取元 件側(cè)面的機(jī)器來執(zhí)行所述曝光。)雖然該步驟是可選的，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果沒有UV曝光，切取 元件將過于粘附于條帶載體，不易于拾起。接下來，清潔所述晶片。在該點，現(xiàn)在將在所有暴露的側(cè)面(即，至少五個側(cè)面)上對常規(guī)PZT元件進(jìn)行涂 覆。然而，對于微致動器，必須保持與PZT元件的頂部表面的電接觸。因此，對于覆蓋全部暴 露表面(包括元件的頂部表面，如圖2所示)的常規(guī)封裝，這意味著為了允許所述電連接， 隨后需要從所述頂部表面去除足夠量的不導(dǎo)電封裝。與之相比，本發(fā)明提供允許直接將所 述封裝或涂層僅施加到需要封裝的那些表面上的精確施加方法，如圖3所示。由此，這保留 PZT元件的金屬化頂部區(qū)域基本暴露。噴墨方法可以實現(xiàn)這種精確涂覆的一種方式是通過使用噴墨印刷機(jī)。在這種噴墨應(yīng)用中， 印刷頭直接寫入到所述空間(即，在相鄰元件或“切取元件”之間的區(qū)域)內(nèi)部。這涂覆了 暴露原始陶瓷處的元件側(cè)壁，而保留金屬化區(qū)域未涂覆。返回參考圖1的流程圖，描述的涂覆步驟進(jìn)入到步驟“I”中。在清潔之后，將晶片 安裝到用于噴墨印刷的印刷位置?？梢詫⒍喾N商業(yè)可用的噴墨印刷機(jī)用于施加封裝。特別 優(yōu)選的印刷機(jī)包括按需噴墨式印刷機(jī)，諸如MicroFab公司的Micro Jet II型或Litrex公司 的80L IIJ型印刷機(jī)。雖然這些類型的噴墨印刷機(jī)的制造商主要關(guān)注于印刷導(dǎo)電聚合物， 本應(yīng)用使用所述印刷機(jī)來施加全部類型的聚合物，特別是不導(dǎo)電聚合物。而且，常規(guī)上僅將 這些印刷機(jī)用于在平坦表面上印刷-然而，本發(fā)明的實施例使用這些印刷機(jī)來向三維、有 邊結(jié)構(gòu)施加材料。另外，取代印刷點(如正常應(yīng)用那樣)，本應(yīng)用優(yōu)選使用印刷線。(在Cooley等人 的文章，Applications of Ink-jet Printing Technology to BioMEMS and5 Microfludic Systems, Proc. SPIE Conference on Microfludics and BioMEMS，2001 年 10 月，中描述了 根據(jù)本發(fā)明的不同實施例可以使用的各種其它噴墨印刷機(jī)的示例。)本噴墨技術(shù)有意地將 所述涂層僅施加到需要的位置。聚合物厚度可以是任何適當(dāng)?shù)暮穸?，不過已經(jīng)在某些情況 中發(fā)現(xiàn)，小于3微米的厚度是特別有益的。在更加特定的實施例中，可以提供在大約0. 1-3 微米之間的涂層，而在更加特定的實施例中，可以使用在大約0. 1-1微米之間的涂層。在某 些實施例中，優(yōu)選所述涂層是薄的，以便防止元件的扭曲或收縮。而且，雖然通常優(yōu)選上述按需噴墨式印刷機(jī)，但也可以使用連續(xù)或連續(xù)型印刷機(jī)， 只要線寬度足夠小以防止封裝流出到金屬化區(qū)域上并且印刷機(jī)的速度足夠高以防止封裝 液滴的束流過于緊密的堆積在一起。(典型連續(xù)印刷機(jī)產(chǎn)生大約150微米的線寬度，相對本 應(yīng)用中的優(yōu)選空間尺寸(該空間尺寸通常小于200微米)這可能是太大。然而，如果連續(xù) 印刷機(jī)可以以足夠高的速度產(chǎn)生匹配所述優(yōu)選空間尺寸的線寬度，就可以使用。)還優(yōu)選使
9用可以在不同溫度(諸如室溫、低溫或高溫)下有效分配涂層的印刷機(jī)(并且尤其是噴墨 印刷機(jī))。本步驟的主要目的是用期望的涂層涂覆在各切取元件(和/或切取元件的各側(cè) 面)之間的空間，同時保留所述元件的金屬化區(qū)域未涂覆。如果墨滴尺寸或線寬度太大，那 么所述涂層將過流到金屬化區(qū)域，而這是不需要的。在圖4中示出這種過流的示例。(在 形成所示出的樣本的實驗中，認(rèn)為對準(zhǔn)誤差也是導(dǎo)致所述墨水過流的因素。一旦優(yōu)化參數(shù) 后，執(zhí)行在圖5中反映的聚合物示例。)因此，對于大多數(shù)期望的和有效的涂層，優(yōu)選墨滴尺 寸或線寬度小于(雖然可能僅需要略微小于)空間尺寸。在一個示例中，當(dāng)墨滴尺寸或線 寬度是空間尺寸的大約68%到87%時獲得了有益結(jié)果。假定對于相似應(yīng)用，在空間尺寸的 55 %到97 %之間的墨滴尺寸或線寬度將提供良好結(jié)果。照相平版印刷方法用于在所述涂覆工藝中使用的一個替代精確施加方法是使用照相平版印刷方法。 這包括使用化合物(諸如光敏聚酰亞胺)全面涂覆陶瓷元件，該化合物在暴露于特定波長 輻射時改變?nèi)芏忍匦?。涂覆技術(shù)包括，但不限于，旋涂、噴射或浸泡方法?？梢酝ㄟ^使用掩 ?；蛲ㄟ^無掩模方法實現(xiàn)精確顯影。隨后使用顯影溶液來從金屬化區(qū)域去除所述化合物， 由此在元件邊緣(例如，僅在切取元件的空間或側(cè)面中)上留下封裝。所述噴墨和照相平 版印刷方法兩者均消除了對于從不需要涂層的區(qū)域(例如，從金屬化層)融化、焊接或者再 切割貫穿所述涂層的需要。在沉積之后，不管使用哪種方法，硬化所述晶片，如步驟“J”所示。依據(jù)所用的封 裝，可以使用任何適當(dāng)方法硬化所述晶片，諸如空氣硬化、UV硬化、熱硬化等等。在硬化之 后，清潔所述晶片(步驟“K”)以去除來自所述印刷工藝的任何殘余污染物(一般為輕表面 污染物)。在檢查(步驟“L”)之后，現(xiàn)在PZT元件遵循與未封裝晶片相同的工藝路徑。例 如，將元件從晶片載體(例如，條帶)上拾起，安裝到懸掛裝置上，并組裝到硬盤驅(qū)動器中， 或者無論任何終端應(yīng)用都是適當(dāng)?shù)?。這里描述的涂覆方法的一個潛在有益特征是不需要用 于將元件與安裝面分離開的特定工藝。也可以與這里描述的技術(shù)一起使用用于移除未涂覆 工件的典型拾起和放置機(jī)械。聚酰亞胺涂層本發(fā)明的第二方面是認(rèn)識到聚酰亞胺溶液特別適于作為用于硬盤驅(qū)動器(HDD) 應(yīng)用中的陶瓷構(gòu)件的涂層或封裝劑。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與以前已經(jīng)使用的其它涂層相比，聚 酰亞胺溶液提供增強(qiáng)特征和益處。在特定實施例中，使用了在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液 中的聚酰亞胺或光敏聚酰亞胺。可以將聚酰亞胺溶解在NMP中，并且通過上述精確施加方 法直接施加到需要提供封裝的位置。其結(jié)果是當(dāng)溶劑揮發(fā)時留下的聚酰亞胺聚合物涂層。通常不將聚酰亞胺作為陶瓷構(gòu)件的涂層用于硬盤驅(qū)動器(HDD)應(yīng)用中，而是由生 物醫(yī)學(xué)工業(yè)使用，這是由于其為生物醫(yī)學(xué)設(shè)備提供良好保護(hù)，是生物兼容的，具有良好粘附 力，是彈性適應(yīng)的，并且可以經(jīng)受住“極端”條件(高濕度、大溫度變化等等)。雖然在本應(yīng) 用中將聚酰亞胺用于減少硬盤驅(qū)動器應(yīng)用中的顆粒脫落，應(yīng)該理解的是，也可以在其它應(yīng) 用中(諸如生物醫(yī)學(xué)設(shè)備)將聚酰亞胺用于減少在其中使用的陶瓷的顆粒脫落。精確施加 技術(shù)的使用允許使用液態(tài)涂層，以便可以使用聚合物涂層(這種聚合物涂層的非限制性示 例包括液態(tài)聚酰亞胺、氰丙烯酸脂、丙烯酸脂、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂)。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于本應(yīng)用而言液態(tài)聚酰亞胺涂層起到特別好的作用，然而，應(yīng)該理解的是，還存在在本應(yīng)用中沒 有明確提及的可以與上述施加方法一起使用的其它可行涂層，但是仍然認(rèn)為它們在本發(fā)明 的方法的范圍內(nèi)。對于液態(tài)聚酰亞胺涂層且不想被任何理論束縛，由于聚酰亞胺是高度極化的，發(fā) 明人相信，聚酰亞胺涂層與本發(fā)明的某些方面相結(jié)合，起到特別好的作用。由于PZT陶瓷也 是高度極化的，因此發(fā)明人相信高度極化溶液或涂層(即，具有高偶極矩的材料)具有濕潤 PZT陶瓷的親合力。例如，PZT單胞是立方體的，并且可以認(rèn)為在立方體的各頂角處包含鉛 原子。在所述立方體的每個面心處是氧原子，而在所述立方體自身的中心(體心)處是鋯 或鈦原子。因此，PZT結(jié)構(gòu)包含給予氧的大電子親合力的強(qiáng)偶極矩(雖然整個結(jié)構(gòu)是中性 的)?？梢哉J(rèn)為中性金屬(如金屬化層中的那些)是浸在電子云中的正離子。雖然存在將 涂層吸引到特定襯底的多個原因，這些因素中的一個是襯底的電負(fù)性或偶極矩。在對于PZT和金屬化層的上述模型下，看起來與濕潤金屬化層相比，具有強(qiáng)偶極 子的涂層更有可能濕潤PZT?？梢酝ㄟ^引入氧和氮，實現(xiàn)聚合物中的強(qiáng)偶極子。碳和氫具有 相似的電子親合力，因此不能形成高負(fù)電性鍵。直接鍵合到氧或氮的氫形成最極化共價鍵 (導(dǎo)致某些最強(qiáng)范德瓦爾力)。具有強(qiáng)偶極矩的和具有相當(dāng)高百分比的氧和氮(即具有強(qiáng)電子供給和電子接收 根)的涂層更有可能優(yōu)先濕潤PZT，并“吸入”到PZT襯底的微裂縫和表面缺陷中。例如，圖 11示出當(dāng)將相等量的聚酰亞胺施加到未金屬化PZT晶片10和噴金金屬化PZT晶片12時， 兩者的濕潤特性之間的對比。金層的厚度大約為0.2微米。特定地，將聚酰亞胺的NMP溶 液的20微升液滴施加到每個晶片表面10、12。(本示例使用了比典型應(yīng)用中使用的更大的 液滴尺寸，并且僅是為了闡明濕潤中的差異。)為了觀察，其標(biāo)有圖11中的晶片的每一個都 被測量了大約2”X3”的注釋。發(fā)現(xiàn)對于裸露的、未涂覆的晶片10，聚酰亞胺的NMP溶液的 液滴具有較強(qiáng)的親合力。如圖所示，聚酰亞胺的NMP溶液的第一滴液滴14濕潤未金屬化表面10 (裸露的、 未涂覆PZT表面)，如通過圍繞其所擴(kuò)展開的區(qū)域的虛線所示，而第二滴液滴16在金屬化 表面或?qū)?2上形成液珠，如圍繞該液珠的區(qū)域的虛線所示。這表明，對于高極化PZT陶瓷 10，所述聚酰亞胺溶液具有固有親合力，允許其吸入到由這里描述的切割工藝產(chǎn)生的溝槽 邊緣。同樣，相信這種活性是由于聚酰亞胺溶液的極性(大概與用于溶解聚酰亞胺的NMP的 極性相結(jié)合)，并且預(yù)期，具有強(qiáng)偶極矩的其它涂層應(yīng)該具有相似行為并且可以根據(jù)這里描 述的方法使用它們。(需要指出的是，雖然使用相對大的平坦表面執(zhí)行本實驗，根據(jù)本發(fā)明 的實施例實際涂覆的表面是在切取元件之間的空間，如圖3所示。這種表面可能比圖11所 示平坦表面更光滑或更粗糙，但是無論如何，預(yù)計會得到相同結(jié)果。)作為對比，參考圖5， 已經(jīng)氣相沉積在陶瓷上的聚對二甲苯涂層(聚對二甲苯不具有明顯的偶極矩，且不像上述 聚酰亞胺那樣溶于NMP溶液)不太可能滲透PZT襯底，而且與濕潤PZT相比更可能濕潤金 屬化層。因此，相信由于聚對二甲苯與陶瓷之間的極性差異，以及由于聚對二甲苯涂層不是 最佳的(例如，元件側(cè)面沒有被特別地涂覆)，因此聚對二甲苯涂層易于剝落成碎片，在圖 10中示出了其示例。在各種實驗中使用的其它物質(zhì)是氰丙烯酸脂和酚醛樹脂，并且發(fā)現(xiàn)在 涂覆PZT襯底方面與聚酰亞胺相比，這些物質(zhì)也是低效的。另一方面，由于在其化學(xué)式中的 氮和氧根，與金屬化層相比，液態(tài)聚酰亞胺溶液更易于附著到PZT表面。參見圖11。因此，相信對于這里描述的方法，聚酰亞胺溶液(以及具有強(qiáng)偶極矩的其它涂層溶液)是較好的 候缺物。由于上述精確涂覆方法直接將涂層施加到相鄰元件的空間中，有效涂覆在切塊期 間暴露的表面，因此經(jīng)常使用液體，不過并不是必須的。在沉積工藝期間，隨著溶劑蒸發(fā)，聚 酰亞胺涂覆暴露的邊緣。這在需要提供封裝的區(qū)域中留下共形涂層。示例 已經(jīng)測試涂覆有聚酰亞胺的PZT元件，并將其與涂覆有聚對二甲苯(和其他涂層) 的元件進(jìn)行比較，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其脫落更少的顆粒。在每種情況中，將PZT晶片附著到安裝條 帶，隨后用金剛石切塊滾輪切割成單獨的PZT元件，隨后進(jìn)行超聲波清潔。在干燥之后，在 仍然留在安裝條帶上的位置的同時，如上所述，使用噴墨印刷機(jī)以液態(tài)聚酰亞胺溶液涂覆 各切取元件之間的空間。在涂覆之后，從安裝條帶上移除單獨的PZT元件并進(jìn)行評估。用于測量硬盤驅(qū)動器構(gòu)件的清潔度的最常用方法之一是使用構(gòu)件部分的液體顆 粒計數(shù)(LPC)。在清潔所述構(gòu)件之后，將它們在固定體積的去離子水中以固定時間量進(jìn)行超 聲波頻率的聲波處理(即，以接近元件將要侵蝕的功率的高功率設(shè)置來進(jìn)行超聲波清潔， 以便“搖晃掉”原本在正常工作期間要脫落的顆粒)。以此用作最終產(chǎn)品清潔程度的度量。 隨后通過激光散射計算所述液體中收集的顆粒數(shù)量。需要控制的關(guān)鍵參數(shù)包括水純度級別 (不僅指水的電阻，而且指溶解的氣體和其它非離子雜質(zhì)的級別)、水溫等等。在本示例中， 由于在減少顆粒脫落方面的重大改進(jìn)，使用了更加嚴(yán)格的參數(shù)(導(dǎo)致更高顆粒計數(shù))。圖5和圖6所示的圖表示出對于施加到PZT元件的不同涂層所采集的LPC數(shù)據(jù)。 在每種情況中，將原始計數(shù)歸一化為未涂覆元件的計數(shù)(將之設(shè)為100% )。這兩個不同圖 表表示所測試的PZT元件的兩種不同化學(xué)式。圖5示出化學(xué)式I的PZT(5H2)而圖6示出 化學(xué)式II的PZT(508)。下面給出所述兩個襯底的描述
12
單位PZT5H2PZT508性能(在支撐后沒幾天)符號11電性能-低場相對介電常數(shù)知V34003900εΓτ”--介電損失Tan60.025'0:0.2電阻系數(shù)(在25°)pelQm>10T1-電阻系數(shù)(在100°)pelΩγπ1011-電阻系數(shù)(在200°)pelΩηι101U-電性能-髙場.…·--........ε、的增加@2KV/cm--介電損告2KV/cmTan δ....................--ε/33 的增加 @4KV/cm%--介電損失@ 4KV/cmTari δ--電-機(jī)械性能耦合系數(shù)kP0.650.71k-50.680.72k3,-0.390.41............................... ..........I........................0.75-0.75電荷常數(shù)::「K·, d33X10"12C/N593720放運變常數(shù)d3tx10"12C/Ns!tm/V-274-315dhχ 10'12C/N4590di5χ 10·12CZN 或 m/V741750電壓常數(shù)933χ 10'3 V.m/N19.718.5或應(yīng)力岳數(shù)931χ 10"3Vm/N-9.1-9Shχ 10'3 Vm/N1.50.5gisχ 103Vm/N26.8-χ 106845頻率常數(shù)NpHz.m19651950N1Hz.m14201420N.·,Hz.m-1880N,Hz.m1930-N3t 或N33Hz.m2000-NiHz.m--Hoop 或 N,;Hz.m890-NtHz.m--■.....O ■ ■■■->·. ::■: ...、..-:. ■ ■ ”..-. . ... 、..:.:.:■-, . 壓縮強(qiáng)度106 Pa.-■■,.…-.......才立#強(qiáng)度IO6Pa--i霣系數(shù)Qm655權(quán)利要求
一種用于制備陶瓷元件的方法，該陶瓷元件具有在特定部分上的聚合物涂層，該方法包括(a)提供在安裝表面上安裝的陶瓷材料，所述陶瓷材料具有金屬化區(qū)域，并被切割以提供一個或多個具有側(cè)壁的切取元件，該切取元件通過一個或多個空間分隔開；(b)使用噴墨印刷機(jī)向所述切取元件側(cè)壁施加聚合物涂層，留下所述元件的金屬化區(qū)域基本未被涂覆。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物涂層是非導(dǎo)電的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中以液態(tài)形式施加所述聚合物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述聚合物是液態(tài)聚酰亞胺溶液。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物具有高偶極矩。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物是與金屬化區(qū)域相比更趨向于濕潤壓電 材料的聚合物。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過在所述切取元件之間的所述空間中施加所述聚 合物，而將所述聚合物施加到所述切取元件的側(cè)壁。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述噴墨印刷機(jī)包括按需噴墨式印刷機(jī)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述噴墨印刷機(jī)包括連續(xù)印刷機(jī)，該連續(xù)印刷機(jī)產(chǎn) 生的線寬至少略微小于所述切取元件之間的空間的寬度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述聚合物施加為直到大約3微米的厚度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述噴墨印刷機(jī)可以在室溫、低溫或高溫下有效分 配所述涂層。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括(c)使所述涂層能夠硬化；(d)從所述安裝表面移除所述切取元件；以及(e)將所述切取元件組裝到顆粒敏感環(huán)境中。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中通過溶劑蒸發(fā)、交聯(lián)或UV硬化中的一種或多種來 硬化所述元件。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述顆粒敏感環(huán)境是硬盤驅(qū)動器的內(nèi)部。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陶瓷包括壓電轉(zhuǎn)換器元件、單層或單晶材料、 鉛基壓電多晶材料、單層、或共燒多層。
16.一種用于制造陶瓷元件的方法，該陶瓷元件具有在特定部分上的聚合物涂層，該方 法包括(a)提供在安裝表面上安裝的陶瓷材料，所述陶瓷材料具有金屬化區(qū)域，并被切割以提 供一個或多個具有側(cè)壁的切取元件，該切取元件通過一個或多個空間分隔開；(b)使用照相平版印刷技術(shù)將非導(dǎo)電聚合物涂層施加到所述元件上；以及(c)施加顯影溶液，以從所述元件的金屬化區(qū)域移除所述聚合物，而保留所述切取元件 的側(cè)壁上聚合物。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述陶瓷包括壓電轉(zhuǎn)換器元件、單層或單晶材料、 鉛基壓電多晶材料、單層、或共燒多層。
18.一種液態(tài)聚酰亞胺溶液的用途，包括對在硬盤驅(qū)動器中使用的陶瓷構(gòu)件的顆粒產(chǎn)生部位的表面進(jìn)行封裝。
19.一種封裝壓電陶瓷，包括金屬化區(qū)域和至少一個側(cè)部邊緣表面，并且利用噴墨印刷 機(jī)，以液態(tài)溶液的形式將聚酰亞胺聚合物層施加到所述至少一個側(cè)部邊緣表面。
20.如權(quán)利要求19所述的壓電陶瓷，其中所述陶瓷包括單層或單晶材料、鉛基壓電多 晶材料、單層、共燒多層或ρζτ材料。
21.如權(quán)利要求19所述的壓電陶瓷，其中所述側(cè)部表面是通過對陶瓷進(jìn)行修整或者切 塊而形成的，以提供未被金屬化的側(cè)面。
22.如權(quán)利要求19所述的壓電陶瓷，其中所述涂層處于或低于3微米的厚度。
全文摘要
本發(fā)明的各實施例涉及涂覆有精確施加到在切塊期間暴露出的元件邊緣的聚合物材料的封裝陶瓷元件。公開了施加所述聚合物的方法、以及特別有用的特定聚合物。例如，可以使用精確施加方法施加所述聚合物材料，諸如將材料精確地直接寫到特別期望的位置的噴墨印刷。在照相平版印刷方法的使用中描述了另一種方法。另外，發(fā)明人已經(jīng)結(jié)合某些方面確定聚酰亞胺是特別有用的聚合物材料。
文檔編號H01L41/24GK101983438SQ200880128476
公開日2011年3月2日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日
發(fā)明者卡爾·薩魯波, 史蒂夫·克弗林, 弗雷德·M·金奧克, 穆罕默德·哈桑納利 申請人:摩根先進(jìn)陶瓷有限公司