电脑硬盘磁头晶片金凸块电镀研究

2013-09-26王冀康

电镀与精饰 2013年12期

王冀康

(新乡医学院第二附属医院河南省生物精神病学重点实验室，河南新乡 453002)

引言

目前计算机中数据容量最大、保存时间最长的存储媒质是硬盘。随着数据存储对硬盘容量和可靠性要求的提高，在提高硬盘容量的同时，也对磁头可靠性提出更高要求。磁头作为硬盘的核心部件，担负着数据信息的读、写任务，决定着寻道能力的高低。磁头飞行高度、润滑性能、磁头和磁片表面状态决定了硬盘的容量。而磁头焊接的可靠性决定了磁头工作的可靠性，并最终决定整个硬盘的可靠性［1］。

某公司为满足新产品开发的需要，需将目前金凸块电镀使用的镀金种子层改为Ni-Fe合金镀层，以减少焊接时金凸块变形进而提高焊接精度，以期获得可焊性优良的金凸块。

1 实验部分

实验研究的磁头及内部焊接部位如图1所示。晶体基体上镀金凸块部分镀层结构为:基体→离子溅射Ta→离子溅射金种子层→镀金(形成凸块)。

图1 磁头及其焊接部位局部图

1.1 金凸块电镀工艺流程

金凸块电镀工艺流程为:1)打磨晶片;2)在晶片上离子溅射钽(Ta)作为黏附层，再溅射一层很薄的种子层，3)涂布光刻胶，光刻显影出电镀所需要的图形;4)对晶片进行镀前处理，清洗后镀金;5)褪除光刻胶;6)离子束蚀刻，去掉所要图形以外的种子层和黏附层;7)性能测试。

1.2 镀金工艺

镀金溶液配方及操作条件为:

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

1.3 实验材料

实验所用设备和材料:种子层沉积设备，MRC Target Sputtering Deposition System(型号903M，Materials Research Corp.，U.S.A);镀金液(市售，型号TG25E，Technic Inc，U.S.A);试样 d 为150mm 不同内部结构的晶片，分别为假晶片(Dummy wafer)，其成分为 Al2O3和 TiC，以及报废的晶片(Scrapped wafer，其底部为真实的电脑硬盘磁头晶片内部结构，是在生产过程中因某些原因而报废的产品);胶带(型号471 Vinyl，3M，U.S.A)。

Ni-Fe合金层和金种子层均为离子束溅射法获得。加工方法如图2所示。

图2 离子束溅射沉积加工示意图

1.4 镀层检测方法

金凸块加工各工序间均应按电子产品相应常规标准检查，晶片上镀金凸块与基体的结合力的试验用拉扯方法，即将3M胶带贴覆试件表面，贴牢10s后再将胶带拉扯剥离，检查金凸块无脱离为合格。(该检测方法为电子企业内控标准)。

2 实验结果与讨论

2.1 实验结果

实验使用不同的种子层、晶片的种类、镀前处理、金凸块厚度及检查的结果，如表1所示。

表1 不同工艺条件的实验结果

续表

2.2 讨论

从表1可以看出，当种子层为Ni-Fe合金层，不进行镀前处理，直接将晶片放入电镀液进行常规电镀金，金凸块会从Ni-Fe合金层上脱落;使用十二烷基硫酸钠活化，金凸块也会从Ni-Fe合金层上脱落;阴极电解处理虽然有助于金凸块的电镀，但也无法避免金凸块脱离;5%或10%的硫酸溶液浸蚀均能提高镀层的结合力，但在测试后仍然出现了金凸块脱离现象;在两种不同晶片上使用10%盐酸溶液进行浸蚀也得到了类似于稀硫酸浸蚀的结果。说明采用Ni-Fe合金种子层，上述几种处理方法均不能实现金凸块与基体结合力良好的目的。在Ni-Fe合金种子层上再加离子溅射金层时，无论金层的厚度如何，只须采用十二烷基磺酸钠溶液的活化方法就能够实现金凸块与基体的良好结合。

当种子层为 Ni-Fe合金时，δ为0.5 ～4.5μm 的金凸块都会发生脱落;当Ni-Fe合金种子层上再加离子溅射薄金层时，无论δ为1.5μm还是4.5μm的金凸块，都不发生脱离。说明电镀金凸块是否脱落与镀层厚度无直接联系。

当种子层为Ni-Fe合金时，两种不同材质的晶片都会发生金凸块脱落;当Ni-Fe合金种子层上再加离子溅射薄金层时，两种晶片都不发生金凸块脱落。说明金凸块是否脱落与晶片种类没有直接联系。