锡料飞溅的实验研究

蒋双喜

摘 要：对于磁头折片组合（HGA）来说，锡料飞溅在锡球焊接SBB工序中是一种常见现象，减少锡料飞溅能提高HGA产品质量。本文对锡料飞溅产生的原因进行实验研究，确定如何在实际中合理的控制，为生产工艺作参考指导。

关键词：锡料飞溅；加热温度；焊嘴高度；氧化；

引言：硬盘可以说是电脑配件中比较重要的硬件之一，而磁头折片组合HGA是硬盘中很重要的工作部件。硬盘磁头是硬盘设备读取数据的重要部件，它主要的作用是将存储在硬盘盘片上的磁信息，转变为电信号向外传输。机械硬盘工作时磁头是要高速旋转工作的，其高度距离盘片表面大概2到3微米的样子，工作在无尘环境中，不允许有杂质与灰尘。

在正常的情况下，锡溅在HGA工序产生的颗粒会在HGA工序及后工序中清除掉，但不排除有的顆粒无法清除而在装配到硬盘后产生隐患而对硬盘产生破坏。如果颗粒脱落，将会造成碟片表面损伤或者将磁头破坏，硬盘将无法工作，同时焊点飞溅会造成焊点空洞，从而影响磁头焊点的可靠性 。所以我们要尽量避免它的产生。

本文主要通过实验研究锡球飞溅产生的原因，确定合理的工艺条件，给出生产中锡球飞溅控制方法。

1.锡球焊接工序介绍

磁头折片组合，如图1所示，是由磁头（Slider）与悬臂（Suspension）通过胶粘贴固化然后通过锡球焊接（SBB）而形成的。激光焊接的原理，是利用高能量密度激光为热源，熔化锡球而形成焊点 ，温度升高，当到达材料的熔点时即可进行焊接 [3]。

在磁头悬臂组件装配工艺中，当磁头固化后，将它放置于锡球焊接机器中，将一个锡球通过机器控制系统转动到焊嘴中，在此过程 中添加氮气保护，系统检测氮气气压。当检测焊嘴中有锡球后，通过激光发射将锡球熔化后喷射后冷却连接固化，可完成锡球焊接（SBB）。如图2所示。

2.锡溅分析

2.1锡溅产生的位置分析

对锡溅的产品进行分析，发现锡溅的分布是随机的，没有固定的位置。

2.2 锡溅颗粒成份分析

首行我们需要知道产生的颗粒的成分。

从图3中TOP-SIMS（二次离子质谱）分析图看，颗粒主要为Sn、Au，说明这些颗粒是锡料滴下落到焊接位置后产生的二次液滴飞溅凝固而形成的。

3.锡溅的影响因素研究

3.1 锡等的氧化物对锡料飞溅的影响

原因：生产过程中有时发现锡球有氧化现象，瓶盖没封严或长时间使用锡球没更换

过程：打开一瓶新锡料球，部分直接进行锡球焊接（SBB），部分在空气中放置一天后再进行锡球焊接（SBB）

结果：新球，投入40，飞溅 0；

氧化后的球，投入40，飞溅 4，比率 10%

结论：锡球氧化对锡溅有影响

3.2 改变焊嘴高度对锡料飞溅的影响

在锡球焊接SBB过程中，锡料是呈液体状态自由喷出的。在锡料熔液的下落过程中，熔化的液滴，对于周围环境气体来说，是相对运动的，所以有散热的过程，当温度发生较大变化时，熔液的状态也会发生变化。

图4为锡球下落高度对温度的影响，当高度为1毫米和8毫米时，锡球的初始温度与接触瞬时温度的关系，从下面图中可以看出，下落高度的改变，对瞬时温度的影响很小。而在锡球焊接SBB中，下落高度为几百个μm， 其影响就更加小了。

3.3预加热氮气对锡料飞溅的影响

在锡球焊接过程中，先用热氮气加热磁头再进行焊接实验.，从下面的结果中可以看出预加热氮气对锡溅结果没有明显影响。

结果：不加氮气，投入5，飞溅5；加氮气，投入5，飞溅 4，

结论：加热氮气对锡料飞溅无太大影响

3.4 焊接位镀金对锡料飞溅的影响

原因：在磁头焊盘上和边缘，发现有大量Ni，Fe析出到Au表面

过程：将磁头焊盘重新镀上Au， 然后立即用正常参数进行锡球焊接（SBB）

结果：投入 35 ，飞溅 12， 比率 34.3%

结论：析出的Ni，Fe对锡料飞溅无影响

4.结语

通过上面的实验，分析得出以下结论：

改变焊嘴的高度对锡溅没有多大的影响；在焊接过程中预加热氮气有改善但没明显变化；重新对焊接位镀金没多大影响；防止锡球氧化对预防锡溅有较好的效果。

参考文献：

[1]肖祥慧，彭敏放，贺建飚，唐荣军，周影良.磁头无铅微焊点液滴飞溅和失效性分析.电子学报，2015.（4） 769-775.

[2]刘小康，杨圣文，蒋传文.硬盘磁头焊点优化及可靠性分析.焊接学报，2006.（8） 83-87.

[3]郑喜军 激光焊接技术综述. 河南科技， 2013.（ 4） 38-40.