硬盘生产流程课件

1、生產知識入厂培訓课程大纲培训时间共14小时SAE Products Overview(磁頭產品概觀)Wafer- Slider- HGA - HSA集磁塊-磁頭-磁頭折片組合-磁頭臂組合Hard Disk Drive硬碟驱动器第一章 硬碟驅動器及磁頭產品簡介 一 硬碟驅動器結构 二 硬碟驅動器工作原理簡介 三 磁頭產品簡介 四 磁頭种類介紹一 硬碟驅動器結构1、硬盤驅動器結构 HDD(Hard Disk Drive)FPC 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

2、驅動器 2、 HDA-磁頭碟片組合介紹：1. Head(HSA)-磁頭(磁头臂组合) 将资料写入磁碟或从磁碟读出资料。2. 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。3. Disk-磁碟 记录(储存)资料。4. Spindle motor-主軸馬達 带动磁碟高速旋转。 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。与其它磁記錄設備相同，硬盤是通過磁頭對磁記錄介質

3、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15nm。 HDA-磁頭碟片組合介紹：二 硬碟驅動器工作原理1、寫原理 如圖所示，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

4、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.讀原理1)電感式磁頭讀過程當碟旋轉時，碟上不同磁化方向的小磁場，會使磁芯產生磁通量變化，而使線圈產生感應電動勢，該電訊號經過放大、過濾、脈波偵測及解碼 后，可得到和原來一模一樣的資料。這就完成將資料從磁片取出的動作，也就是讀回動作。How to Read-back? ( Inductive )如何讀？(電感式磁頭)(信號)

5、磁場(碟)(磁碟運動)(磁芯)CORE讀過程：(磁信號電信號)碟旋轉小磁場變化磁芯感應磁場變化引起磁通量的變化感應線圈產生感應電動勢電信號COIL(線圈)SIGNAL磁化曲線硬磁材料磁滯回線(磁碟)軟磁材料磁滯回線(磁芯)(磁化強度)(磁化強度)(磁場強度)(磁場強度)(剩余磁化強度)(飽和磁化強度)(矯頑力) -HC2)、磁阻磁頭讀過程磁阻材料的性能是，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

6、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。 2.讀原理MR Read-back磁阻磁頭讀回(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)MR磁頭讀寫磁极电感式写磁极磁阻式读磁极三 磁頭產品簡介Slider 各 部 位 名 稱氣墊面(ABS面)air bearing surface通氣槽air groove极 尖pole tip尾隨面Trailing Surface焊線位Bond Pad一個磁頭的外

7、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，50%的磁頭的外形尺寸是將100%磁頭長度、寬度、厚度各乘以50%，30%的磁頭的外形尺寸是將100%磁頭長度、寬度、厚度各乘以30%，SAE現在大量生產的磁頭是30%的磁頭。磁頭之所以能夠平穩地飛行于磁碟面上，就是利用气墊面的設計，讓磁碟片轉動時所帶動的气流，形成一股气墊將磁頭浮起。HGA(Head Gimbal Assembly) 各 部 位 名 稱软線路板BFC折片suspension磁头sliderHGA磁頭折片組合Voice Coil音圈Bearing軸承FP

8、C軟線路板Arm磁頭臂HSA(Head Stack Assembly) 各 部 位 名 稱四、磁頭种類介紹1、合成磁頭(composite head)合成磁頭是SAE最早生產的磁頭，它的滑行体与core是由不同的材料分別切割制作而成，然后兩者之間用玻璃融合在一起的，其讀寫線圈由人工繞制。 磁座housing磁芯core線圈 coil2.薄膜磁頭(Thin Film Head)其結构和原理基本上同合成磁頭，只是在制造工藝上，引進取薄膜光刻技術，它的線圈和磁芯是通過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。在應用上薄膜磁頭比傳統磁頭更容易達到高密度的磁記錄，因為傳統式

9、磁頭在机械加工上受到限制，無法向小的磁隙寬和小的磁隙長發展，從而影響磁性記錄密度的提升。 Pole tip(极尖)Gap(磁隙)Gap(磁隙)Pole tip(极尖)薄膜磁頭(Thin Film Head)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，而傳統的電感式磁頭，讀与寫功能都是由同一對磁极來完成，事實上，我們讀寫參數的選擇有時是矛盾的，MR Head 的讀寫參數可以分別選擇，互不影響，故其讀寫功能都得到令人滿意的效果。MR磁頭的讀工作原理是利用磁頭敏感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

10、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，是目前公司最主要的一個磁頭种類。MR磁頭的制造工藝基本上和薄膜磁頭相似，只是它的讀原理有區別于Thin Film磁頭，MR磁頭寫原理仍和薄膜磁頭一樣。现在公司大量生产的磁头是GMR磁头。磁阻磁頭(MR Head)MR sensor(磁敏感电阻)Write gap(写隙口)MR sensor(磁敏感电阻)Write gap(写隙口)AAA-A剖面图Pole tip(极尖)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生產流程介紹第一節 SLID

11、ER生產流程介紹導線線圈焊線位Bond Pad尾隨面Trailing Surface通氣槽air grooveStep Area磁頭各部位名稱极 尖pole tip 氣墊面(ABS面)air bearing surfaceABCDE圖中陰影部份分別為a) 氣墊面( ABS面)、b)通氣槽(air groove)c)尾隨面(trailing surface)d)焊線位(bond pad)e)磁 座(housing) Wafer集磁来料)Row Bar磁条Slider磁头磁头生产流程的基本过程Wafer-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

12、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的最终要求。Row Bar-磁条块状的Wafer首先加工成条状Row Bar，进行Back&ABS机械切割、机械研磨、离子镀膜和离子研磨&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)Throat Height(喉节高度)MR Height磁敏感电阻高度Pole ti

13、p(极尖)磁条局部图Slider-磁头Slider生产阶段最终产品-Slider(磁头)磁阻磁頭(MR Head)MR sensor(磁敏感电阻)Write gap(写隙口)MR sensor(磁敏感电阻)Write gap(写隙口)AAA-A剖面图Pole tip(极尖)WaferWafer MachiningLapping MachiningVacuumRow MachiningPQCSlider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，在切成条状的row ba

14、r.给row bar的ABS覆盖一层DLC保护膜，并做出ABS的形状。.对slider的尺寸和各类坏品进行检查和挑选。MR磁头的基本生产流程一、WAFER Machining(wafer机械加工阶段)主要工序介绍1、EAR SLICEING/ DATUM CUT (切邊) 切去wafer两侧无用的弧形边，使每条row bar的长度基本相同。2、WAFER SCRIBE& ROW SLICENG (開槽& 切條) wafer底层为Al2O3.TiC化合物，上层是玻璃层Al2O3,非常脆，所以先用较软的刀在Row bar之间开浅槽，然后再在槽中间用较薄、较硬的刀片把wafer切割成row bar(

15、row slice),这样可大大减少崩和裂的产生3、DOUBLE SIDE LAPPING(双面磨) 利用上下两个磨盘磨削row bar的两面(ABS&Back),去处切条加工花痕，保证row bar表面的粗糙度、平面度、厚度等加工精度。4、MR HEIGHT&THROAT HEIGHT GRINDING (磁敏感电阻高度/喉節高度研磨) MR HEIGHT&THROAT HEIGHT GRINDING属粗磨工序，根据研磨目 值，磨掉row bar过多的磨削余量。二、LAPPING Machining(研磨机械加工)主要工序介绍1、PCB bonding(粘合PCB板) 用胶水将PCB板粘合到

16、夹具上。2、Wire Bonding(焊线) 通过超声波焊接的方法将row bar上的RLG Sensor与PCB(印刷 线路板)焊接起来，并测试焊接效果，检查短路及断路情况，看焊接质量是否达到要求。3、Resistance Lapping Guide(RLG電阻導向研磨) 此工序作用是通过PCB使row bar的RLG sensor与研磨机上的探针连起来，测量row bar的RLG sensor电阻值，使研磨机在研磨时不断测量磁头各感应器电阻值来调校磁条的受研磨平面(ABS面)，控制磨削程度，以达到MR电阻值，4、Crown Touch Lapping(球面磨) 用球形磨坯对row bar的

17、ABS面进行研磨，控制电阻、外形轮廓、 极尖下限等参数到一定程度。5、Cleaning(清洗) 用清洗溶剂去除row bar表面污渍。 三、VACUUM(真空)主要工序介绍1、DLC (极尖加保護膜) 在row bar的ABS面覆盖一层非晶碳保护膜，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 bar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

18、后的row bar放入显像液中，通过此工序 后，可获得ABS图形。3、RIE (离子蝕刻) 把row bar放入RIE机中，row bar表面的没有菲林覆盖的原子，在等离子场中受到离子的轰击，产生物理及化学反应，形成易去除的产物，这样，row bar上就会出现我们所需要的ABS形状。四、 ROW Machining(磁条机械加工阶段)1、R-H TEST (R-H測試) 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、HEAD PARTING(切粒) 将row bar切割成slider。3、CLEANING(清洗) 去除上述工序中产生的

19、不属于slider的附着物。4、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。五、 PQC&QA AUDIT(外觀檢查&QA抽检)1、来料检查(Incoming Audit)来料混乱和污迹抽查。2、30X外觀檢查&QA抽检尾随面和磁座区坏品检查和抽查。3、100X/200X外觀檢查&QA抽检ABS、通气槽、极尖区和玻璃面坏品检查。4、清洗清洗污迹。5、污迹检查&QA抽检ABS面、通气槽和磁座区污迹监控和擦拭。6、混乱检查&QA抽检品种、wafer、UP/DOWN混乱检查。7、QA包装落仓Slider General Process Flow (Link

20、) 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Lotus Notes-DCS，QCFC(品质控制流程图)第二節 HGA生產流程介紹(磁頭)SliderHGA(磁頭折片組合) suspension(折片)BFC(橋線路板)HGA General Process Flow Chart HGA 主要工序生產流程圖IncomingInspection 來料檢查Reflow Soldering回流焊接Potting粘合Gold BallBond金球焊接Add SilverEpoxy加銀油Oven Cure焗爐烘干Load gramcheck荷重力測試ResistanceCheck

21、電阻檢查DP Test動態性能測試Cut Pre-shunting切除預短接點CSP Station連續抽樣計划FH Test飛行高度測試BFC cutting/folding 切BFC/折BFCpolish/Cleaning清洗Load Gram Check荷重力測試Final PQC外觀檢查QA AuditQA抽檢HGAShunting短接HGA(Head Gimbal Assembly)的工藝簡介1.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

22、得投入生產。2.回流焊接(Reflow Soldering) 在高溫下熔化BFC上的錫珠与飛机仔上軟線路板上對應的PAD位焊接在一起。根据不同來料，可以調節焊接溫度和時間。檢測:测试拉力和分析焊接點斷開模式。3.粘合(Potting)先将V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。 3)粘合拉力测试。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

23、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)金球拉力测试。5.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，防止ESD產生。6.焗爐烘干(Oven Cure)在一定溫度和時間下，可使胶固化增強Potting膠的粘合力，并排出一些有害的揮發物。 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，有些品种要全部测试，有些品种进行抽测。8.切除

24、預短接點(Cut Pre-Shunting) 斷開BFC的預短接點，以便于后工序電阻检查及DP測試。9.連續抽樣計划(CSP Station)采用CSP方式檢測Slider、Supension、BFC的外觀缺陷。CSP即为Continuous Sampling Plan.10.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。11.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TAA、分辨率Resolution,不对称度AS

25、YMMETRY、半波寬PW5O等。12.短接(Shunting) 將MR SENSOR短路，以防止后工序ESD產生。13.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。14.切BFC/折BFC(BFC Cutting/Folding)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。 15.清洗(Polish/Cleaning)通過磨洗將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。16.荷重力測試(Load Gram Check) 100%檢查GA的荷重力，

26、只有荷重力達到規格要求的產品才可出貨。17.外觀檢查(Final PQC) 100%檢查Slider、BFC、Suspension的外觀。18.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。 Epoxy (UV123S)Potting (粘合)Wireless SuspensionsGold Ball Bond (金球焊接)Gold Ball BondingGold ballShunting (短接) Cut Pre-Shunting (切除預短接點) & Pre-Shunting預短接點Shunting短接點HGA主要

27、工序生產流程(举例)*HGA各品种生产流程详细过程参考Lotus Notes-DCS，QCFC(品质控制流程图)HGA General Process Flow(Chinese)(Link)HGA General Process Flow(English)(Link)第三節 HSA生產流程介紹HSAAFABearingHGA 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

28、 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QA AuditQA 抽檢Packing包裝HSABearing Installation&Bearing Height Check軸承安裝及軸承高度檢查HSA (Head 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 (

29、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，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。操作員工在10X 顯微鏡操作。 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。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。7