焊嘴在bonding process 中的应用

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1、焊嘴结构参数在BONDINGPROCESS中的应用和优化Prepared:LiuZJ序言我们都知道，HGA生产中一道重要的工序就是BallBonding,其基本原理是在超声波的作用下，通过焊杆与焊嘴组成的机械共振结构，利用融溶的金球将Suspension和Slider可靠的地连接在一起。焊嘴是BONDER机器最重要的零件之一，平时我们维护工程师在解决问题时，一般只重视怎样正确的更换焊嘴，很少考虑焊嘴的结构参数对BONDING效果的影响。但是，作为一个重要的零件,我们应该对其进行细致的研究。一般情况时，一台BONDER机周焊接次数约800-1200x103次，而焊嘴的平均使用寿命为500

2、-700x103次，每支焊嘴的价格约为RMB65元，所以我们首先应该珍惜焊嘴，因其确实是贵重且易损的零件。针对我们的BondingProcess,针对最优的金层焊接，一定有最优结构的焊嘴，其参数和材料都适合客户对产品焊接质量的要求。所以我们主要在这一领域做些探讨。我们决定通过分析焊嘴对焊接效果的影响，来寻找一个最佳的焊嘴设计，一般情况下，BondingProcess主要控制的参数有：一：BALLSIZE---指没有Bonding的GoldBall外径。二：BALLMARK---指用钢针将金球从HGA剥离后，金球在Suspension和SliderBondPAD上所形成的印痕。三：SHE

3、ARSTRENGTH---指从Suspension和SliderBondPAD上将金球剥离的最小剪切力。四：STATICPITCH/ROLLCHANGE---指HGA的Pitch/Roll在Bonding前后的变化量。五：LOADGRAMCHANGE---指HGA的LoadGram在Bonding前后的变化量。综合BondingProcess的参数，我们决定在满足Pitch/RollChange和LoadgramChange的前提下，从以下几个方面对焊嘴的优劣进行评估。1---焊接后的GoldBallShearStrength,在这里我们还要考虑工序能力参数对比。例如：Max,Min,

4、Stdev，Mean,Cpk,Sigma等。LeftR2---焊接后的GoldBall对称性。我们对焊接后的GoldBall对称性定义如下：RightR图13---焊接后的BALLMARK以比较其焊痕效果。Amode和Bmode可以接受。这里不在详述。焊嘴结构描述在进行焊嘴结构设计时，世界上的各个生产厂家有不同系列的产品供我们选择，而且这些设计都是经过优化或经过实际使用验证。但是对于我们特殊的要求，不要迷信他们才能有所突破。所以我们重新对焊嘴进行了优化设计，然后让制造商按我们的要求单独生产出几种样品供我们研究。焊嘴结构参数以G-typeCapillary为例：图2结合TDKBonder

5、和PalomarBonder机器和Stage我们知道焊嘴的主要参数应该是：1---开口直径，2---开口斜度，3---开口高度，4---焊嘴头斜度。图例如下：3214图3三维立体焊嘴示意图：从理论上讲，焊嘴分为两大部分，即焊嘴柄部和焊嘴头部（图4）。焊嘴柄部已经形成一定的规格，只是柄部的通孔直径尺寸由于受金线直径的影响，各个生产厂家还在不断实验摸索以得到金线和孔径的最佳配合尺寸。焊嘴头部尺寸以及结构尚不能达到一致认可，最简单的实验就是上述三个参数的优化配合。虽然我们知道焊嘴在正常运行时，从理论上讲一般不接触SLIDER和SUSPENSION的PAD位，但是由于太小的空间(0.01mm)

6、在调试时焊嘴不可能不接触到SLIDER和SUSPENSION的PAD位，所以焊嘴头部的臂厚就又成为一个不可忽视的参数，因为太小的臂厚可能导致焊嘴的崩裂，从而影响整个焊嘴的寿命，所以研究焊嘴参数就显得非常重要。头部放大柄部图4焊嘴参数---开口直径，开口斜度，开口高度，焊嘴头斜度之间的相互关系（图5）：在设计焊嘴时，一般情况首先确定D尺寸，D尺寸主要由金线的直径来决定，既要保证金线通畅地穿过，又不能让金线有太大的活动间隙。现在我们的金线直径为38微米，而通常用的焊嘴D=51微米。然后确定CD尺寸，CD尺寸主要由熔融金球的直径来决定，一般熔融金球的直径中心点应该距离焊嘴下方（图6），只有这

7、样金球在SINK的作用才能更好的连接SLIDER和SUSPENSION的PAD位。这时设计者应该考虑ANGLE的确定，开口角度确定的目的主要是为了让熔融的金球可以在有效的圆锥斜面上与其相切相挤。这样，金球在下落到PAD位时才有一个向下的力。另外，合适的ANGLE也可以保证熔融的金球没有太大的晃动，从而保证剪切力的SIGMA值，也就是说保证工序能力指数。图5图6确定了D,CD,ANGLE三个尺寸，开口高度就已经知道了，关系式如下：tga=tg((