磁头产品简介-课件.ppt

1、培训目的培训目的时间安排时间安排第一章硬碟驱动器及磁头产品简介 通过HDD 结构的介绍，了解磁头的工作状态及过程。具体介绍磁头的读写原理。2小时第二章MR 磁头的基本生产流程通过关键工序的介绍，全面了解产品的制造过程，为岗位培训打下基础。2小时第三章HGA 的基本生产流程通过关键工序的介绍，全面了解产品的制造过程，为岗位培训打下基础。2小时第四章HSA 的基本生产流程通过关键工序的介绍，全面了解产品的制造过程，为岗位培训打下基础。2小时课程大纲课程大纲第一章 硬碟驅動器及磁頭產品簡介 一 磁頭產品簡介 二 硬碟驅動器結构 三 硬碟驅動器工作原理簡介 四 磁阻磁頭(MR Head)介紹 一、磁頭

2、產品簡介SAE Products Overview(磁頭產品概觀磁頭產品概觀)Wafer-Slider-HGA HSA-HDD集磁塊-磁頭-磁頭折片組合-磁頭臂組合Hard Disk Drive硬碟驱动器二、硬碟驅動器結构一、硬盤驅動器結构 HDD(Hard Disk Drive)FPC System(Flexible Printed Circuit System)軟線路板組件HDA(Head Disk Assembly)磁頭碟片組合PCBA(Printed Circuit Board Assembly)印刷線路板硬碟驅動器 HDA-磁頭碟片組合介紹：1.Head(HSA)-磁頭(磁头臂组合)

3、将资料写入磁碟或从磁碟读出资料。2.Disk-磁碟 记录(储存)资料。3.Spindle motor-主軸馬達 带动磁碟高速旋转。4.Voice coil motor-音圈馬達 通过磁头臂带动磁头沿碟的径向移动，使磁头能在不同的轨 道上读写。5.Base plate/Top Cover/Gasket-底板/蓋子/墊圈 HDA的密封部件，防止外部脏污空气的进入。6.Re-circulating filter-再循環過濾网 保持HDA内部空气的洁净度。三 硬碟驅動器工作原理 1)電感式写原理-电感式写功能磁极 2)磁阻式讀原理-磁阻式读功能磁极 3)磁头在硬碟驱动器内如何工作1、電感式写原理 如圖

4、所示，寫入資料的電流訊號流經磁頭的讀寫線圈，將磁芯磁化，又因磁芯形狀之故，磁場在磁隙部份流出，而將此時位于其下方的磁片磁性層磁化。磁片不停地旋轉，寫入的電流訊號也不時地變換方向，造成磁片磁化的方向也跟隨著變換。如此一來，就在磁片上形成如圖所示，有很多小磁鐵排列成一軌(Track:磁頭不動，而磁片旋轉一周所轉出的圖形路徑)。這就完成將資料存入磁片中的動作，也就是寫入動作。How to write?(如何寫？)(寫電流)(軌道寬度)(磁場)(寫電流)(線圈)(磁芯)CORE(磁碟運動)(磁隙)GAP寫過程：(電信號磁信號)電信號讀寫線圈產生磁場磁化磁芯磁場從磁隙流出磁化磁碟磁信號 2、磁阻式讀原理

5、磁阻材料的性能是，它的電阻變化對應磁化角度的變化，磁化角度是電流方向和MR磁場方向的夾角，所以磁阻材料在磁場中,它的電阻率會隨著外加磁場的變化而變化，但与磁場變化率無關。因此，由电阻值的变化，便可推知磁场的变化，进而读回磁片上的资料。在實際應用中，提供一個恒定的直流電給磁頭讀磁极，當MR電阻對應磁場變化，我們就可以得到一個電壓變化，那么就可以實現讀回。How to read?(如何读？)(磁碟磁場)(磁碟運動)MR SENSOR(磁敏感電阻)讀過程：(磁信號電信號)碟旋轉小磁場變化電阻變化電信號(信號)SIGNALSIGNAL VOLTAGE(信號電壓)CURRENT(電流)3、How to

6、work?(如何工作？)与其它磁記錄設備相同，硬盤是通過磁頭對磁記錄介質的讀寫來存取信息的，而与其它磁記錄設備不同的是：硬盤片以每分鐘數千及至上万轉的速度運動，其帶動气流高速運動產生的浮力使磁頭在工作時，實際上是懸浮在盤片之上的。磁头工作时，磁头和磁碟之间的距离称为飞行高度，大约为5 nm -10 nm。DiskSliderFlying Height(10nm)Air FlowPitch Angle四、磁阻磁頭(MR Head)介紹3.磁阻磁頭(MR Head)磁阻磁頭將讀寫功能分別由兩個不同性質的磁极完成，其中一個是電感式寫功能磁极，一個是磁阻式讀功能磁极。MR磁頭的讀工作原理是利用磁頭敏感

7、電阻的電阻率隨磁場強度的大小与方向變化而發生變化而与磁場強度變化率無關，讀回信號時，無交調失真現象，而且讀出信號強，這种磁頭的优點是存貯密度高、容量大、信號強。在制造工藝上，引進取薄膜光刻技術，它的磁阻式读磁极与电感式写磁极是通過wafer薄膜技術直接集成在磁座里面，然后通過机加工得到一粒粒磁頭成品。MR磁頭讀寫磁极电感式写功能磁极磁阻式读功能磁极磁阻磁頭(MR Head)Write gap(写隙口)MR sensor(磁敏感电阻)A-A剖面图Pole tip(极尖)MR sensor(磁敏感电阻)Write gap(写隙口)SAE目前生產的磁頭有30%的GMR磁頭与25%的TMR磁头。一個磁

8、頭的外形尺寸(長度、寬度、厚度)是規格化的，通常稱外形尺寸為4.064mmX3.186mmX0.871mm的磁頭為100%標准磁頭，30%的磁頭的外形尺寸是將100%磁頭長度、寬度、厚度各乘以30%，25%的磁頭的外形尺寸是將100%磁頭長度、寬度、厚度各乘以25%，MR磁头发展到目前出现过AMR，GMR，TMR三种类型。磁阻磁頭(MR Head)第二章 生產流程介紹第一節 Slider 生產流程介紹第二節 HGA 生產流程介紹第三節 HSA 生產流程介紹第二章第二章 Slider生產流程介紹生產流程介紹Slider-磁头Slider生产阶段最终产品-Slider(磁头)Slider Slid

9、er 各各 部部 位位 名名 稱稱磁座HousingStep Area气墊面气墊面(ABS)Air Bearing Surface通气槽通气槽Air groove焊線位焊線位(Bond Pad)尾隨面Trailing Surface极尖极尖Pole Tip功能區域功能區域Element AreaWafer-集磁块(来料)Wafer是制造Slider的薄饼状的磁片，由于Wafer或Slider的规格不同，每块wafer具有的磁性读写端个数不同，所以加工的Slider个数不同。Wafer的厚度为磁头的长度方向，而磁头的上、下两面(ABS&Back),两侧面均需经过切割或其它加工，来达到Slider

10、的最终要求。磁头生产流程的基本过程 WaferSliderBig Block Row BarSmall BlockRow Bar-磁条块状的Wafer首先加工成条状Row Bar，进行机械切割、机械研磨、离子镀膜和刻蚀等加工，使Back&ABS的表面精度、ABS的形状和外形轮廓、喉节高度/敏感电阻等达到要求。Write gap(写隙口)MR sensor(磁敏感电阻)Pole tip(极尖)Pole tip(极尖)Throat Height(喉节高度)MR Height磁敏感电阻高度磁条局部图Bonding Pads(Write Side)Bonding Pads(Read Side)RLG

11、PatternChip AddressThroat Height MarkerSlider use patternBack Lap MarkerMR磁头的基本生产流程之五大工序uWafer Machining uLapping uVacuumuRow MachininguPQC/QA将条状Row Bar切割成粒状的Slider对Row Bar的Back&ABS面研磨达到喉节高度、MR电阻、粗糙度和外形轮廓等要求将Wafer来料切割加工，先切成块状，再切成条状的Row Bar给Row Bar的ABS覆盖一层DLC保护膜，用 离子蚀刻 的方法做出ABS的形状对Slider的尺寸和各类坏品进行检查和

12、挑选一、Wafer Machining(wafer机械加工阶段)主要工序介绍1、Back Grinding/Buff Lap(磨底)-Wafer Back Grinding 的目的是通過磨削Wafer 的底面使Wafer 的厚度滿足 Slider Length 的要求。整個磨料過程大致可分為二部分:粗磨段,精磨段。2、Ear Slice/Quad Cut (切耳/切块)-对磨好的Wafer进行切块工序，直至将其分割成Small Block。3、Double Side Lapping(双面磨)-就是将Small Block切的两个比较粗糙的面进行研磨以去处条加工痕，保证Block表面的粗糙度，平

13、面度及厚度等加工精度4、BBS/Row Bow Sorting -对双面磨后的Block重新固定在夹具上，加热冷却后进行弯曲度测量，以衡量一条Row Bar上所有slider的排列的直线性状况5、Throat Height Grinding(喉節高度研磨)-对来料进行ABS面研磨，使其喉节高度保持在规定范围内，以方便RLG工序 的研磨，此为粗磨过程，它以 Row Bar 上表侧Lap Mark为测量点二、Lapping Process(研磨机械加工)主要工序介绍 1.RLG/2.Row Separation 用胶水将PCB板粘合到带Row Bar的Tool条上。通过超声波焊接方法将Row Ba

14、r上RLG Sensor 与PCB焊接起来，将其导通，并测试焊接效果，检查短路及断路效果。然后通过PCB将 Row Bar的RLG Sensor与研磨机上探针连接起来，测量Row Bar 的RLG Sensor的电阻值，使研磨机在研磨过程中不断测量磁头各感应器电阻值来调校磁条的受研磨平面，控制磨削程度，以达到MR电阻。将焊线及PCB板移去，用单片磨轮 机将已做完 Lapping 之Row Bar 从上至下再分割三次，先将最上层割去，余下部分循环前工序，继续切割。u THGuPCB Bonding uWire BondinguWire Bonding TestuRLG LappinguGold

15、Wire RemoveuRow SeparationUntil last bar二、Lapping Process(研磨机械加工)主要工序介绍3、Back Side Lapping检查上道工序来料Row Bar，将 Row Bar固定在夹具上，然后将其放在Lapping坯上进行磨底，直到厚度磨到目标值为止4、Point Scribe(划线)在Row Bar 上的ABS面上各粒Slider之间划线，以利于下道工序进行，为Crown Touch Lapping制作准备。5、Pre-Lapping将切线后Row研磨，去除划线毛刺。并对其用震荡的方式清洗，以去除污秽。6、SSCL(单粒研磨)对冷却后r

16、ow bar 放在夹具上，用相应机器进行测量其电阻值，并据此对其研磨，直到电阻值达到所测电阻要求为准。7、1/10 O1A Crown Touch Lapping对SSCL研磨后的Row Bar，用球形坯重新研磨ABS面，以改善花痕，磨出弧度，并达到电阻目标值三、VACUUM(真空)主要工序介绍1、DLC(极尖加保護膜)在row bar的ABS面覆盖一层DLC(非晶碳类金钢石保护膜)，以防止极尖被腐蚀，同时可提高磁头的耐磨损性，改善磁头的CSS(Contact Start Stop)性能2、Y/R PROCESS (黃房工序)1)Laminate(过菲林)，将菲林通过敷热压接，覆在row ba

17、r上。2)Exposure(曝光)：曝光过后，菲林被照射部分和未照射部分会 产生化学性质的差异 3)Developer(显像)：曝光后的row bar放入显像液中，通过此工序 后，可获得ABS图形。3、Ion Milling (离子喷射蝕刻)属于一种对薄膜进行超精细加工的工艺，由氩气离子在磁场作用下对Row Bar 表面进行物理溅射，从而将末覆盖菲林部分蚀刻掉，形成通气槽4、RIE (反应离子蝕刻)由氟离子与Row bar反应，在蚀刻了Shallow面后，将ABS面和Shallow 面用菲林保护起来，蚀刻通气槽。这样，row bar上就会出现我们所需要的ABS形状。四、ROW Machinin

18、g(磁条机械加工阶段)1、R-H Testing (R-H測試)對MR 磁頭做的最基本的測試是：當給MR 磁頭施加一恒定的電流時，在不同的外加磁場下，MR 的電壓響應。在R-H测试工序中，需测磁头的电阻、输出电压、不对称度、噪声系数等参数，这些参数是磁头的读写性能参数。2、Profile Check(外形轮廓检查)用精密的光学测量设备测量磁头表面的外形轮廓。3、Head Parting(磁头切粒)利用高速旋转的磨轮，将row bar切割成符合要求的Slider。4、Cleaning(清洗)去除上述工序中产生的不属于slider的附着物。五、PQC&QA AUDIT(外觀檢查&QA抽检)u来料检

19、查检查来料是否混乱、是否有污迹。uQA抽检QA用30X镜抽检Slider的五个面(除ABS)是否有坏品uPQC检查用100X检查ABS面，用200X检查极尖uQA抽检用100X检查ABS面，用200X检查极尖uMark检查及清洗QA抽检后包装入仓Slider General Process Flow MR磁头的基本生产流程(举例)*MR磁头各品种生产流程详细过程参考QCFC(品质控制流程图)第三章 HGA生產流程介紹HGA(Head Gimbal Assembly)各部位名称各部位名称荷重力位荷重力位Load Gram折片折片 Load beam底片底片Base-plate軟線路板軟線路板Tr

20、ace磁頭磁頭SliderBFCBFC(磁頭)SliderHGA(磁頭折片組合)suspension(折片)Epoxy(UV123S)Silver epoxy Potting(粘合)Wireless SuspensionsGold Ball Bond(金球焊接)Gold Ball BondingHGA General Process Flow Chart HGA 主要工序生產流程圖IncomingInspection 來料檢查Potting粘合Gold BallBond金球焊接Add SilverEpoxy加銀油ResistanceCheck電阻檢查DP Test動態性能測試Oven Cure

21、焗烤爐烘干Load gramcheck荷重力測試HGA Visual外观检查Static Pitch/RollCheckFH Test飛行高度測試BFC cutting/folding 切BFC/折BFCpolish/Cleaning清洗Final PQC外觀檢查QA AuditQA抽檢HGA1.來料檢查(Incoming Inspection)檢查所有來料，如Slider(磁頭)、Suspension(折片或飛机仔)、BFC(Bridge Flex Cable橋線路板等，不合格品不得投入生產。2.加銀油(Add Silver Epoxy)在磁頭与折片之間加銀油，導通磁頭与折片，并使靜電釋放，

22、防止ESD產生。3.粘合(Potting)先将UV胶加在飞机仔俐仔片的一定位置上，再将磁头粘合在俐仔片上，这个过程通过mounter 机自动完成。檢測:1)外觀磁頭PAD位和飛机仔上軟線路板PAD位是否對齊、是否膠太多。2)位置尺寸檢查檢測磁頭的粘合位置是否正确(A-B Dimension)。3)粘合拉力测试。HGA(Head Gimbal Assembly)的工藝簡介的工藝簡介4.金球焊接(Gold Ball Bond)用超聲波加熱熔化金線，由于表面張力，熔化的金線成球形滴在磁頭AD位和飛机仔軟線路PAD位之間，從而使磁頭与軟線路導通。檢測:1)外觀金球形狀，金球之间是否短路。2)金球拉力测

23、试。5.HGA 外观检查(HGA Visual)根据品质要求及时发现Potting与GBB工序过程中可能造成的外观方面的品质问题6.Static Pitch and Roll Check确保HGA的Pitch值与Roll 值符合规定的要求。7.荷重力測試(Load Gram Check)荷重力直接影响HGA的飞行高度和其它参数，客户对HGA的荷重力有严格要求，HGA的荷重力平均值应当等于或接近于品种的平均值，并且标准偏差越小越好，我们根据客户的要求进行抽测。HGA(Head Gimbal Assembly)的工藝簡介的工藝簡介8.烤爐烘干(Oven Cure)在一定溫度和時間下，可使胶固化增強

24、Potting膠的粘合力，并排出一些有害 的揮發物。9.電阻檢查(Resistance Check)用電阻表檢查MR电阻值，并可判定HGA是否ESD损坏，同時检查寫電路，读、写电路之间是否短路，读寫電路与飛机仔之间是否短路。10.動態性能測試(DP Test)模擬硬盤正常工作狀態，測試磁頭的讀寫性能參數。主要參數有：轨道平均辐值、分辨率,不对称度、半波寬等。11.飛行高度測試(FH Test)利用光的干涉原理，測試磁頭正常工作状态下的飛行高度是否達到設計要求。HGA(Head Gimbal Assembly)的工藝簡介的工藝簡介12.切BFC/折BFC(BFC Cutting/Folding)

25、切掉BFC尾部多余部分。并在BFC規定位置折角角度一般為9010，以便于HSA工序焊接BFC。13.清洗(Polish/Cleaning)通過Polish机器磨洗HGA，將ABS上污漬去掉。通過去离子水超聲波震洗，將HGA上的各种臟物清洗掉，保証產品清洁度。14.外觀檢查(Final PQC)100%檢查Slider、BFC、Suspension的外觀。15.QA抽檢(QA Audit)由QA部門对HGA的外觀和其他性能进行抽检，采用CSP方式抽查，抽檢合 格的产品方可出貨。HGA(Head Gimbal Assembly)的工藝簡介的工藝簡介HGA主要工序生產流程(举例)HGA Genera

26、l Process Flow(English)HGA General Process Flow(Chinese)*HGA各品种生产流程详细过程参考QCFC(品质控制流程图)第四章 HSA生產流程介紹HSAAFABearingHGAAPFAHGA磁頭折片組合Voice Coil音圈Bearing軸承FPC軟線路板Arm磁頭臂HSA(Head Stack Assembly)各各 部部 位位 名名 稱稱 磁頭臂的前端孔磁頭臂的前端孔 磁頭臂的前端磁頭臂的前端 磁頭臂磁頭臂 HGA HGA HGA 外孔壁外孔壁Ball Stacking(沖壓鉚合)Z-Height 裝入裝入HGA 鉚合裝配孔鉚合裝配孔

27、 鋼珠鉚合裝配鋼珠鉚合裝配 鋼珠鋼珠 HSA General Process Flow Chart HSA 主要工序生產流程圖Incoming Inspection來料檢查Auto-HGA Loading裝配HGABallStacking沖壓鉚合UV Curing烘干BFC Dressing排列BFC Tab Bonding片焊接Quasi StaticTest靜態測試Conformal Coating加膠Unload卸貨DP Test動態性能測試CSP Station連續抽樣計划Cleaning清洗QA AuditQA 抽檢Packing包裝Final PQC外觀檢查HSAHSA(Head

28、Stack Assembly)的工藝簡介1.來料檢查(Incoming Inspection)對制造HSA的來料：HGA/AFA(Arm Flexcable Assembly)，制動線圈，軸承按有關文件進行檢查，檢查合格后才能投入生產。檢查結果反饋給相關部門。2.裝配HGA(Auto Loading)利用自動裝配机將HGA及平衡片准确安裝至制動臂相應位置。主要有兩個步驟：(1)將制動臂安裝至流動夾具上。(2)HGA和平衡片將由机械手安裝至相應位置。此工序的關鍵點是HGA和平衡片的定位准确程度。3.排列BFC(BFC Dressing)將BFC嵌入相應的制動臂槽內，同時對齊BFC和FPC的焊接位

29、，操作員工在10X顯微鏡下，用防靜電鉗逐個將BFC排齊。此工序的關鍵點是BFC和FPC 的對位准确程度及BFC是否有外觀損坏。4.片焊接(TAB Bonding)將BFC与FPC焊接位用超聲波焊机焊接在一起。此工序的關鍵點是BFC定位准确度、焊接后BFC是否有离起及 FPC是否有裂紋，Bonding拉力是否符合要求。5.靜態測試(Quasi Static Test)此測試的目的是：(1)檢查磁頭是否有ESD產生；(2)軟線路板是否有損傷；(3)IC功能是否正常：(4)軟線路板与磁頭線路是否連接正确：(5)制動線圈電阻及极性是否接反。6.加膠(Conformal Coating)用UV膠將焊接位

30、固定和保護，防止其松脫或焊點暴露在空气而產生腐蝕。此工序的關鍵點是加膠的位置及加膠量的控制。HSA(Head Stack Assembly)的工藝簡介的工藝簡介7.烘干(UV Curing)將加膠后的HSA通過UV爐，經過UV光照射，固化UV膠。此工序的關鍵點是：UV光強及照射時間控制。8.钢珠沖壓鉚合(Ball Stacking)利用鋼珠沖壓的方法，將HGA鉚合在制動臂上。沖壓后保証荷重力、扭力、磁头的排列符合要求，不得有制動臂裂、HGA松脫的現象。此工序的關鍵點是：沖壓過程中鋼珠尺寸及沖壓次序(鋼珠尺寸從小到大)控制。9.卸貨(Unload)將完成前工序的HSA從夾具上取下，裝上分隔叉及防

31、護蓋，放入盒內，流 至下工序。10.連續抽樣計划(CSP Station)采用CSP方式檢測HGA、APFA的外觀缺陷。CSP即Continuous Sampling Plan.HSA(Head Stack Assembly)的工藝簡介的工藝簡介11.清洗(Cleaning)通過去离子水超聲波震洗，將HGA上的各种臟物清洗掉，保証產品清洁度。12.動態性能測試(DP Test)此工序模擬硬盤正常工作狀態，測試磁頭的讀寫性能參數，确認產品讀寫 是否符合客戶要求。DP測試的關鍵點是：DP机的穩定性控制，以确保測試的准确性。13.最终外观检查(Final PQC)根据相关品质文件(WI)，用30X鏡100%檢查整個HSA 是否有外觀缺 陷，以确保产品外观品质符合顾客要求。14.QA抽檢(QA Audit)QA根据顾客要求以及内部品质控制与保证的需要用抽樣的方法对HSA的外 观与性能方面进行檢查。15.包裝(Packing)&寄貨(Shipping)根据客戶要求，對 HSA成品進行真空包裝,寄貨給客戶。此工序應注意對數量、產品 代號、相關標識 進行嚴格控制，防止不 同產品混淆。HSA(Head Stack Assembly)的工藝簡介的工藝簡介HSA主要工序生產流程(举例)HSA General Process Flow*HSA各品种生产流程详细过程参考QCFC(品质控制流程图)完