錫料飛濺的實驗研究

蔣雙喜

摘 要：對于磁頭折片組合（HGA）來說，錫料飛濺在錫球焊接SBB工序中是一種常見現(xiàn)象，減少錫料飛濺能提高HGA產(chǎn)品質(zhì)量。本文對錫料飛濺產(chǎn)生的原因進行實驗研究，確定如何在實際中合理的控制，為生產(chǎn)工藝作參考指導。

關(guān)鍵詞：錫料飛濺；加熱溫度；焊嘴高度；氧化；

引言：硬盤可以說是電腦配件中比較重要的硬件之一，而磁頭折片組合HGA是硬盤中很重要的工作部件。硬盤磁頭是硬盤設備讀取數(shù)據(jù)的重要部件，它主要的作用是將存儲在硬盤盤片上的磁信息，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栂蛲鈧鬏?。機械硬盤工作時磁頭是要高速旋轉(zhuǎn)工作的，其高度距離盤片表面大概2到3微米的樣子，工作在無塵環(huán)境中，不允許有雜質(zhì)與灰塵。

在正常的情況下，錫濺在HGA工序產(chǎn)生的顆粒會在HGA工序及后工序中清除掉，但不排除有的顆粒無法清除而在裝配到硬盤后產(chǎn)生隱患而對硬盤產(chǎn)生破壞。如果顆粒脫落，將會造成碟片表面損傷或者將磁頭破壞，硬盤將無法工作，同時焊點飛濺會造成焊點空洞，從而影響磁頭焊點的可靠性 。所以我們要盡量避免它的產(chǎn)生。

本文主要通過實驗研究錫球飛濺產(chǎn)生的原因，確定合理的工藝條件，給出生產(chǎn)中錫球飛濺控制方法。

1.錫球焊接工序介紹

磁頭折片組合，如圖1所示，是由磁頭（Slider）與懸臂（Suspension）通過膠粘貼固化然后通過錫球焊接（SBB）而形成的。激光焊接的原理，是利用高能量密度激光為熱源，熔化錫球而形成焊點 ，溫度升高，當?shù)竭_材料的熔點時即可進行焊接 [3]。

在磁頭懸臂組件裝配工藝中，當磁頭固化后，將它放置于錫球焊接機器中，將一個錫球通過機器控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)動到焊嘴中，在此過程 中添加氮氣保護，系統(tǒng)檢測氮氣氣壓。當檢測焊嘴中有錫球后，通過激光發(fā)射將錫球熔化后噴射后冷卻連接固化，可完成錫球焊接（SBB）。如圖2所示。

2.錫濺分析

2.1錫濺產(chǎn)生的位置分析

對錫濺的產(chǎn)品進行分析，發(fā)現(xiàn)錫濺的分布是隨機的，沒有固定的位置。

2.2 錫濺顆粒成份分析

首行我們需要知道產(chǎn)生的顆粒的成分。

從圖3中TOP-SIMS（二次離子質(zhì)譜）分析圖看，顆粒主要為Sn、Au，說明這些顆粒是錫料滴下落到焊接位置后產(chǎn)生的二次液滴飛濺凝固而形成的。

3.錫濺的影響因素研究

3.1 錫等的氧化物對錫料飛濺的影響

原因：生產(chǎn)過程中有時發(fā)現(xiàn)錫球有氧化現(xiàn)象，瓶蓋沒封嚴或長時間使用錫球沒更換

過程：打開一瓶新錫料球，部分直接進行錫球焊接（SBB），部分在空氣中放置一天后再進行錫球焊接（SBB）

結(jié)果：新球，投入40，飛濺 0；

氧化后的球，投入40，飛濺 4，比率 10%

結(jié)論：錫球氧化對錫濺有影響

3.2 改變焊嘴高度對錫料飛濺的影響

在錫球焊接SBB過程中，錫料是呈液體狀態(tài)自由噴出的。在錫料熔液的下落過程中，熔化的液滴，對于周圍環(huán)境氣體來說，是相對運動的，所以有散熱的過程，當溫度發(fā)生較大變化時，熔液的狀態(tài)也會發(fā)生變化。

圖4為錫球下落高度對溫度的影響，當高度為1毫米和8毫米時，錫球的初始溫度與接觸瞬時溫度的關(guān)系，從下面圖中可以看出，下落高度的改變，對瞬時溫度的影響很小。而在錫球焊接SBB中，下落高度為幾百個μm， 其影響就更加小了。

3.3預加熱氮氣對錫料飛濺的影響

在錫球焊接過程中，先用熱氮氣加熱磁頭再進行焊接實驗.，從下面的結(jié)果中可以看出預加熱氮氣對錫濺結(jié)果沒有明顯影響。

結(jié)果：不加氮氣，投入5，飛濺5；加氮氣，投入5，飛濺 4，

結(jié)論：加熱氮氣對錫料飛濺無太大影響

3.4 焊接位鍍金對錫料飛濺的影響

原因：在磁頭焊盤上和邊緣，發(fā)現(xiàn)有大量Ni，F(xiàn)e析出到Au表面

過程：將磁頭焊盤重新鍍上Au， 然后立即用正常參數(shù)進行錫球焊接（SBB）

結(jié)果：投入 35 ，飛濺 12， 比率 34.3%

結(jié)論：析出的Ni，F(xiàn)e對錫料飛濺無影響

4.結(jié)語

通過上面的實驗，分析得出以下結(jié)論：

改變焊嘴的高度對錫濺沒有多大的影響；在焊接過程中預加熱氮氣有改善但沒明顯變化；重新對焊接位鍍金沒多大影響；防止錫球氧化對預防錫濺有較好的效果。

參考文獻：

[1]肖祥慧，彭敏放，賀建飚，唐榮軍，周影良.磁頭無鉛微焊點液滴飛濺和失效性分析.電子學報，2015.（4） 769-775.

[2]劉小康，楊圣文，蔣傳文.硬盤磁頭焊點優(yōu)化及可靠性分析.焊接學報，2006.（8） 83-87.

[3]鄭喜軍 激光焊接技術(shù)綜述. 河南科技， 2013.（ 4） 38-40.