CN100341049C - 精确定位致动器的制造方法 - Google Patents

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CN100341049C CNB2005100845314A CN200510084531A CN100341049C CN 100341049 C CN100341049 C CN 100341049C CN B2005100845314 A CNB2005100845314 A CN B2005100845314A CN 200510084531 A CN200510084531 A CN 200510084531A CN 100341049 C CN100341049 C CN 100341049C
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Abstract

一种精确定位致动器的制造方法，该致动器与带有至少一个磁头元件的磁头浮动块以及与支架相固定，用于对所述至少一个磁头元件进行精确定位，所述方法包括以下步骤：在一块金属板上形成与若干压电元件相连的若干导电分布图；将所述金属板切割成各分离的致动器构件，每个构件均包含用于各致动器的所述导电分布图以及所述压电元件；以及，将所述分离的致动器构件弯折成各个致动器。

Description

精确定位致动器的制造方法
本发明专利申请是申请日为2001年10月31日、发明名称为“致动器和磁头万向组件及它们的制造方法、磁盘驱动器”、申请号为01137708.9的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种精确定位致动器的制造方法。
背景技术
在磁盘驱动器中，用于向磁盘写入磁信息和/或从磁盘读取磁信息的薄膜磁头元件通常在磁头浮动块上构成，在旋转的磁盘上方悬浮运行。浮动块分别支承于各HGA之悬架的顶端部分。
近来，磁盘中沿径向即沿磁道宽度方向的记录与再现密度(磁道密度)迅速提高，以满足对于当今磁盘驱动器的数据存储容量及密度的日益增长的需求。为了提高磁道密度，单靠音圈电机(VCM)控制磁头元件相对于磁盘中磁道的位置还达不到足够的精确度。
为了解决这一问题，可以在比VCM更靠近磁头浮动块的位置安装附加致动机构，以实现单靠VCM无法达到的精确定位。在例如美国专利第5,745,319号以及日本专利申请第08180623A中描述了用于实现磁头精确定位的技术。
对于精确定位致动器来说，已有例如加载梁结构致动器以及背负式结构致动器等各种各样的致动器。
加载梁结构致动器是通过在悬架的加载梁上安装两个PZT元件构成的。这些PZT元件受到驱动后相互增加推力，以使加载梁产生位移，从而使安装在悬架上的磁头浮动块精确地位移。
背负式结构致动器是由呈字母I形状的PZT压电材料整体构成的，其一端与悬架固定，另一端与磁头浮动块固定，柱状活动臂连接在这两端之间。通过驱动PZT，磁头浮动块可直接且精确的位移。在悬架上，致动器和磁头浮动块逐层叠加，也就是说，致动器固定在悬架和浮动块之间，以构成叠层式悬臂梁结构。
然而，这类传统结构的致动器具有以下各种问题：
(1)在相对低频时发生机械谐振；
(2)由于致动器整体是由压电材料例如PTZ易碎材料构成的，其抗震性很差。特别地，在背负式结构致动器中，由于致动器和磁头浮动块叠加形成悬臂结构，当受到力矩作用时很容易产生震动，其抗震性非常差；
(3)随着磁头浮动块尺寸的不同，在精确定位运行过程中磁头元件的行程也不相同。因此，有时难以获得足够的冲程；
(4)在组装形成HGA时很难处理该致动器；
(5)特别地，在背负式结构致动器的情况下，由于是逐层叠加式结构，磁头浮动块周围的HGA的总厚度由于致动器的厚度而增加；
(6)特别地，在背负式结构致动器的情况下，由于致动器具有三维复杂的连接结构，在组装HGA时非常难以处理并且无法使用常规的HGA组装设备，导致生产效率非常低；以及
(7)在背负式结构致动器的情况下，为了不影响致动器的运动，必须在组装时使致动器与磁头浮动块之间以及致动器与悬架之间均保持一定的气隙。然而，这些气隙的形成将进一步降低抗震性，并且难以保持这些气隙恒定不变。尤其是，由于难以使悬架、致动器以及磁头浮动块精确地保持平行，使得磁头特性变差。
发明概述
因此本发明的一个目的是提供一种用于磁头元件的精确定位致动器的制造方法，由此可提高机械谐振频率。
本发明的另一目的是提供一种用于磁头元件的精确定位致动器的制造方法，由此可大大改善其抗震性。
本发明的又一目的是提供一种用于磁头元件的精确定位致动器的制造方法，由此可确保磁头元件具有足够的冲程。
根据本发明，提供了一种精确定位致动器的制造方法，该致动器与带有至少一个磁头元件的磁头浮动块以及与支架相固定，用于对所述至少一个磁头元件进行精确定位，所述方法包括以下步骤：
在一块金属板上形成与若干压电元件相连的若干导电分布图；
将所述金属板切割成各分离的致动器构件，每个构件均包含用于各致动器的所述导电分布图以及所述压电元件；以及
将所述分离的致动器构件弯折成各个致动器。
优选的是，所述形成步骤包括：通过溅射和光刻形成所述若干压电元件和所述若干导电分布图。
优选的还在于，所述形成步骤包括：通过印制和烧结形成所述若干压电元件和所述若干导电分布图。
有利的是，所述形成步骤包括：通过溅射和光刻构成所述若干导电分布图，并且将单独构成的所述若干压电元件粘接在所述金属板上；或者，通过印制和烧结形成所述若干导电分布图，并且将单独构成的所述若干压电元件粘接在所述金属板上。
另外优选的是，所述切割步骤包括：将所述金属板切割成分离的致动器构件，每个构件大体呈U-平面形。
附图说明
图1是一个斜视图，示意性图示出根据本发明一个优选实施例的磁盘驱动器的主要元件；
图2是一个斜视图，图示出图1所示实施例中HGA的整体结构；
图3是一个斜视图，图示出图1所示实施例中HGA的顶端部；
图4是从与图3不同方向所看到的一张斜视图，图示出图1所示实施例中HGA的顶端部；
图5是一个斜视图，图示出图1所示实施例中致动器的结构；
图6是一个斜视图，图示出图5所示致动器的构造，磁头浮动块已固定在其上；
图7是一个局部视图，图示出图5所示致动器的压电元件部分的结构；
图8是一个平面图，图示出图1所示实施例中HGA加工过程的一部分；
图9是一个平面图，图示出图1所示实施例中HGA加工过程的一部分；
图10是一个平面图，图示出图1所示实施例中HGA加工过程的一部分；以及
图11是一个斜视图，图示出图1所示实施例中HGA加工过程的一部分。
具体实施方式
图1示出了根据本发明之优选实施例的磁盘驱动器的主要元件，图2示出了该实施例中HGA的完整结构，图3和4从不同方向示出了该实施例中HGA的顶端部。
在图1中，附图标记10是指环绕轴线11旋转的若干硬磁盘组，标记12是指组件托架装置，用于使每一磁头浮动块在每一磁盘的磁道上定位。组件托架装置12主要由能够绕轴线13旋转的托架14和用于驱动托架14旋转的主致动器15构成，该致动器例如可以是音圈电机(VCM)。
沿轴线13层叠的若干摇臂16之一端的基底部分与托架14相连，一个或两个HGA 17安装在每条摇臂16另一端的顶部。每一HGA 17在其顶端部安装有磁头浮动块，因此浮动块对着每一磁盘10的一个表面(记录与再现表面)。
如图2-4所示，HGA的组装是通过：将一个用于使薄膜磁头元件21b精确定位的精细跟踪致动器22固定在悬架20的顶端部。致动器22夹持住带有薄膜磁头元件21b的磁头浮动块21的侧表面。
图1中所示VCM 15的主致动器即进程致动器，用于使连接有这类HGA的摇臂16转动，从而移动整个组件。致动器22使HGA精确定位，这是不能靠主致动器即进程致动器15来调节的。
如图2至4所示，悬架20基本组成包括：第一和第二加载梁23和24，用于使第一和第二加载梁23和24相互联接的弹性铰链25，以及在第一加载梁23的连接区23a成形的圆形底板27。
弯曲件26在其一端具有柔性舌片26a，被第二加载梁24上成形的凹窝(未示出)压下。在舌片26a上，通过一层由例如聚酰亚胺制成的绝缘层26b固定有致动器22的底板22a。弯曲件26具有弹性，用于借助该舌片26a通过致动器22柔性支承住磁头浮动块21。在该实施例中，弯曲件26由厚度约为20微米的不锈钢板(例如SUS304TA)制成。弯曲件26通过在若干点处精密焊接与第二加载梁24并与铰链25相固定。
铰链25具有弹性以向第二加载梁24提供作用力，用于在运行中通过致动器22将磁头浮动块21压向磁盘表面方向。在该实施例中，铰链25由厚度约为40微米的不锈钢板制成。
在该实施例中，第一加载梁23由厚度约为100微米的不锈钢板制成，并且支承着铰链25的整个表面。第一加载梁23与铰链25之间通过在若干点处精密焊接进行固定。
在该实施例中，第二加载梁24也是由厚度约为100微米的不锈钢板制成，并在其后端部与铰链25固定。第二加载梁24与铰链25也是通过在若干点处精密焊接进行固定的。在该第二加载梁24的顶端成形有提升翼片24a，用于在准备结束运行时使HGA与磁盘表面分离。
在该实施例中，图1中所示与摇臂16相连的底板27由不锈钢或铁板制成，厚度约为150微米。该底板27通过焊接与第一加载梁23的连接部23a固定。
在弯曲件26上，成形或沉积有柔性导电构件28，其包含若干薄膜多层图形的轨迹导线。导电构件28由已知方法制成，即类似于在诸如柔性印刷电路(FPC)等薄金属板上形成印刷电路板的制图方法等。例如，构件28可由下述方式构成：在弯曲件26上以下述顺序相继沉积：厚度约为5微米、由树脂例如聚酰亚胺制成的第一绝缘材料层，厚度约为4微米、带有分布图的铜层(轨迹导线层)，厚度约为8微米、由树脂例如聚酰亚胺制成的第二绝缘材料层。在用于与致动器、磁头元件21b及外部电路相连的接线焊盘区内，在铜层上沉积一层金层，在金层上不再有第二绝缘材料层。
在该实施例中，导电构件28包含：第一导电构件28a，其两条轨迹导线用于与磁头元件的一侧相连，因此共有4条轨迹导线用于与磁头元件两侧相连；还包含第二导电构件28b，一条轨迹导线用于与致动器22的一侧相连，因此共有两条轨迹导线与致动器两侧相连。
第一导电构件28a之轨迹导线的一端与磁头元件接线焊盘29电连接，该焊盘成形于弯曲件26上一个单独分开且可自由活动的部位26c。通过金焊、金属丝焊、或跳焊将磁头浮动块21的端电极21a球面焊接在接线焊盘29上。第一接线构件28a之轨迹导线的另一端与用来连接外部电路的外部电路接线焊盘30形成电连接。
第二导线构件28b之轨迹导线的一端与致动器接线焊盘31电连接，该焊盘31成形于弯曲件26之舌片26a上的绝缘层26b。接线焊盘31与致动器22的A通道信号端子22b以及B通道信号端子(未示出)分别相连。第二导电构件28b之轨迹导线的另外端与外部电路接线焊盘30形成电连接。
根据本发明的HGA的结构并不局限于上述结构。此外，尽管并未示出，磁头驱动用集成电路芯片应安装在悬架20的中部。
图5示出了在图1所示实施例中致动器22的结构，图6示出了致动器22及连接在其上的磁头浮动块的构造，图7示出了致动器22的压电元件部分的结构。应当指出图5和图6显示了图2至4所示致动器处于翻转状态，因此在图5和图6中，致动器底板的上侧表面将与悬架固定。
正如图5和图6所示，致动器22的主要部分的构成方式是：将一块金属板切割成各致动器构件、每个构件大体呈U-平面形，将每个构件弯折成三维形状。就是说，将致动器构件平面底板50(22a)的两侧端朝着几乎垂直的方向弯折。一对儿与底板50基本保持垂直的活动臂51和52从这些弯折区域向前延伸。在图中，底板50的上表面与悬架固定。活动臂51和52构成一个与磁头浮动块21的侧表面相平行的平面形状。
在活动臂51和52的顶端部，通过将各臂向内弯折成曲臂形状，分别成形有浮动块固定部分53和54，它们将与磁头浮动块21的侧表面相固定。浮动块固定部分53和54之间的间距比所要夹持的磁头浮动块的宽度略窄。致动器22的高度等于或小于所要夹持的磁头浮动块，从而使HGA的总高度或厚度不会由于安装致动器而增大。相反地，通过将致动器22的高度增大到等于所要夹持的磁头浮动块的厚度，将增加致动器本身的强度而不会增大HGA的总厚度。
浮动块固定部分53和54向内弯折，朝着磁头浮动块21的侧表面突起，因此只有这些部分53和54与磁头浮动块21的侧表面相连，而在活动臂51和52的其余部分与磁头浮动块21的侧表面之间存在气隙。
活动臂51和52包含有：臂部构件51a和52a，以及分别成形于臂部构件51a和52a侧表面上的压电元件51b和52b。
通过将一块弹性金属板例如不锈钢板弯折，使致动器22的底板50与臂部构件51a和52a联成整体。由于致动器的主要部分是由金属板制成的，因此致动器的重量降低并且致动器本身的抗震性提高。除了合金钢弹簧板例如不锈钢板外，也可使用弹性板式弹簧构件例如碳钢弹簧板，铜合金弹簧板例如铜钛合金板、磷青铜板、铜铍合金板或钛板。当压电元件51b和52b是通过印刷和烧结构成的情况下，必需使用高耐热金属板。
如图7中所示，每个压电元件51b和52b具有由压电材料层70、信号电极层71以及接地(公共)电极层72交替层叠形成的多层结构。通过在信号电极层71和接地(公共)层72跨接电压，可使压电材料层70膨胀和收缩。压电材料层70是由一种材料制成的，该材料能够借助逆压电效应或借助电致伸缩效应进行膨胀和收缩。信号电极层71与图3和4中所示的A通道信号端子22b或与B通道信号端子(未示出)形成电连接，接地(共同)电极层72与接地(公共)端子22d或与接地(公共)端子(未示出)形成电连接。
当电极层70由压电材料例如PZT(铅-锆-钛氧化物)制成时，这些压电材料层通常被极化以提高其位移特性。极化的方向是压电材料层70的层叠方向。当跨电极层施加电压并且所产生的电场方向与极化方向相同时，电极层之间的压电材料层沿其层叠方向膨胀(压电纵向效应)、而沿其面内方向收缩(压电横向效应)。与此相反，当所产生的电场方向与极化方向相反时，电极层之间的压电材料层沿其层叠方向收缩(压电纵向效应)、且沿其面内方向膨胀(压电横向效应)。
如果向压电元件51b或52b施加一个电压，其极性将导致收缩或膨胀，此时压电元件会根据所施加的电压极性收缩或膨胀，因而活动臂51或52按S形轨迹弯曲，致使臂51或52的顶端部分产生横向线性位移。因此，与致动器22相固定的磁头浮动块21也做横向线性位移。由于浮动块产生位移亦即线性横摆而不做摇摆或旋转运动，因此应能够对磁头元件进行更精确的定位。
也可以分别向压电元件51b和52b施加电压使它们同时产生相逆的运动。换句话说，可以同时向压电元件51b和52b施加交流电压，使得一个压电元件膨胀而另一压电元件收缩，反之亦然。当不向压电元件施加电压时，活动臂的振荡被聚集。此时，振荡的振幅将接近于向每个压电元件交替施加电压时的两倍。然而，压电元件之一膨胀，因此驱动电压的方向与压电材料层中的极化方向相反。这样，如果施加的电压较高或持续施加电压的话，压电材料层的极化将产生衰减。因此，理想的是在交流电压上附加一个与极化方向相同的定常直流偏压来共同形成驱动电压，从而使驱动电压的方向永远不会与压电材料层中的极化方向相反。当仅对压电元件施加该偏压时，活动臂的振荡被聚集。
在本说明书中，压电材料是指能够通过其逆压电效应或压电效应进行膨胀或收缩的材料。任何能够用作致动器压电元件的压电材料均可使用。然而，为获得高的刚性，理想的是使用陶瓷压电材料例如PZT[Pb(Zr，Ti)O3]，PT(PbTiO3)，PLZT[(Pb，La)(Zr，Ti)O3]，或钛酸钡(BaTiO3)。
也可以由单一压电材料层、单一信号电极层以及单一接地(公共)电极层组成的层叠结构构成每一压电元件。
如上所述，在该实施例中由于致动器22的底板50和活动臂51及52是由金属板制成的，因此可降低整个致动器的重量，从而可提高致动器的机械谐振频率。
此外，由于基本构件是由坚固轻质的金属板制成的，因此特别不耐震动的活动臂51和52的抗震性可大大提高。由于使用具有高机械强度的金属板，在HGA的组装过程中，致动器的处理变得非常容易。
通过使用金属板构成致动器的主体部分，致动器设计结构的柔性可随其形状和/或尺寸而提高。因此，不仅可以设计致动器使之具有足够大的冲程，而且也可以使磁头浮动块21的中心及加载点即凹窝位置与致动器22的中心对准，使得磁头浮动块21的飞行特性变得特别稳固。
由于金属板可以进行精密机械加工，致动器本身的尺寸精度可以大大提高。
并且，在该实施例中由于致动器22夹持住磁头浮动块21的侧表面，因此浮动块21夹持在活动臂51和52之间，磁头浮动块周围的HGA的厚度不会增加，即使在连接了致动器之后亦不会增加。因此，磁盘驱动器的尺寸不会由于安装致动器而改变。
此外，由于致动器22和磁头浮动块21不是层叠形成的悬臂结构，因此可大大提高抗震性。
另外，由于磁头浮动块21夹持在活动臂之间，实际用来向磁头浮动块21传递位移的活动臂51和52的顶端部可以延伸，使之总是定位在磁头浮动块21的顶端。因此，即使磁头浮动块的尺寸改变，也可以使之具有恒定的行程，因而使磁头元件在精确定位运行过程中总是能够获得足够大的冲程。
图8至10示出了本实施例中HGA的制造过程的各部分。下面将参照这些附图来说明HGA的制造过程。
首先，如图8所示，在弹性金属板例如不锈钢板上将许多用作致动器的区域排成阵列，然后在每一区域内通过溅射和光刻形成由压电元件81和导电分布图82组成的多层结构，该导电分布图82包含与压电材料81电连接的引线82a和端电极82b。更具体来说，在每一区域内，通过溅射将一PZT层沉积在金属板的整个表面上，通过光刻使所沉积的PZT层形成图形，通过溅射在整个表面沉积一层导电层，然后通过光刻使导电层形成导电分布图82，其包含引线82a和端电极82b。随后，将重复这些工艺过程从而形成压电元件与导电分布图的多层结构。由引线82a和端电极82b组成的导电分布图82是通过在一层树脂材料例如聚酰亚胺等绝缘层上形成带图形的铜层构成的。在端电极82b的区域中，在铜层上面叠加有一层金。
在一种改型中，可通过印制构成压电元件81和导电分布图82，其包含与压电元件81电连接的引线82a以及端电极82b。然后可重复进行该印制过程以形成多层结构，然后将所形成的多层结构进行烧结。
在另一种改型中，可将单独制成的压电元件81粘接在金属板80上，并与预先成形于金属板80上的导电分布图82形成电连接。
下面如图9所示，通过沿各致动器区域之间的分界进行蚀刻，在金属板80上形成用于分割平板的沟槽和开口。然后，沿沟槽83切割该金属板80，于是如图10所示，即得到大致呈U-平面形的各分离致动器构件84。
此后，沿折断线84a弯折每个致动器构件84，并将其活动臂的顶端部弯折成曲臂形状。于是，就构成了如图5所示的具有三维结构的致动器22。
在一种改型中，可采用冲压工艺来取代蚀刻工艺，将每个致动器构件84从金属板80上分割下来。在这种情况下，可以同时完成对构件的弯折。
在另一种改型中，可在从金属板上分割开致动器构件之前对致动器进行弯折。
在另外一种改型中，可将单独制成的压电元件81粘接在从金属板80上切割下来的致动器构件84上，或粘接在弯折之后的致动器构件84上，并与致动器构件84上预先构成的导电分布图形成电连接。
图11示出了该实施例中HGA制造过程的一部分。如该图所示，在组装HGA时，首先将一层粘接剂110例如热固环氧树脂系粘接剂涂在磁头浮动块21的双侧表面。然后将浮动块21放置在平板111上并插进同样放置在平板111上的致动器22之活动臂51和52之间。
致动器22的活动臂51与52之间的间距WA被设成比磁头浮动块21的宽度Ws略窄。于是，靠这些臂的挤紧力而不使用其它任何夹具就可将磁头浮动块21暂时固定。然后，通过对粘接剂110加热固化，将浮动块21与活动臂51和52牢固地固定住。
这样就构成了磁头浮动块21和致动器22的组件112。
由于磁头浮动块21和致动器22的组装可在平板上完成，因此易于使浮动块和致动器对准，从而可得到更高精度的装配。此外，由于热固粘接具有优越的固化特性，尽管它需要较长的固化时间，因此可获得由磁头浮动块21与致动器22组成的高质量组装件112。
然后，如图3和4所示，磁头浮动块21和致动器22组成的组件112固定在悬架20的弯折件26上。更具体来说，将粘接剂分别涂在弯折件26之舌片26a的绝缘层26b上，并涂在弯折件的分离部分26c上，组件112中致动器22的底板22a(50)和组件112中磁头浮动块21的顶端部分别粘接在绝缘层26b以及分离部分26c上。
在该实施例中，因为致动器22主要由金属板制成，通过将致动器22的底板22a(50)与弯折件26的舌片26a进行激光焊接而不使用粘接剂，可将组件112与弯折件26直接固定住。
然后，致动器22的A通道信号端子22b和B通道信号端子(未示出)通过低温焊接或使用含银环氧树脂与致动器连接焊盘31形成电连接。同样，致动器22的接地(公共)端子22d和接地(公共)端子(未示出)通过低温焊接或使用含银环氧树脂与接地(公共)连接焊盘32形成电连接。如果采用低温焊接进行连接，将提高组件112与悬架之间的连接强度。
其后，磁头浮动块21的端电极21a通过例如金球面焊与磁头元件连接焊盘29形成电连接。
由于组件112形状简单，组件112与悬架之间的上述粘接与电连接过程均可使用常规HGA组装设备来完成，因而可大大提高生产效率并降低制造成本。
可通过下述方式组装HGA：首先将致动器固定在悬架上，然后将带有至少一个磁头元件的磁头浮动块插入致动器的活动臂之间，再将浮动块与已经固定在悬架上的致动器相连。
在上述实施例中，已经描述了用于薄膜磁头元件的精确定位致动器和带有该致动器的HGA。然而应当理解，本发明也可应用于其它读写头元件的精确定位致动器以及带有该致动器的HGA，该读写头例如是光学头元件而不单是薄膜磁头元件。
在不背离本发明的精神实质和范围的前提下，本发明还可构造出具有各种区别的许多实施例。应当理解，除了按照所附权利要求限定之外，本发明并不局限于本说明书中所描述的特定实施例。

Claims (6)

1.一种精确定位致动器的制造方法，该致动器与带有至少一个磁头元件的磁头浮动块以及与支架相固定，用于对所述至少一个磁头元件进行精确定位，所述方法包括：
在一块金属板上形成与若干压电元件相连的若干导电分布图的形成步骤；
将所述金属板切割成各分离的致动器构件的切割步骤，每个构件均包含用于各致动器的所述导电分布图以及所述压电元件；以及
将所述分离的致动器构件弯折成各个致动器的弯折步骤。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述形成步骤包括：通过溅射和光刻形成所述若干压电元件和所述若干导电分布图。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述形成步骤包括：通过印制和烧结形成所述若干压电元件和所述若干导电分布图。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述形成步骤包括：通过溅射和光刻构成所述若干导电分布图，并且将单独构成的所述若干压电元件粘接在所述金属板上。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述形成步骤包括：通过印制和烧结形成所述若干导电分布图，并且将单独构成的所述若干压电元件粘接在所述金属板上。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述切割步骤包括：将所述金属板切割成分离的致动器构件，每个构件呈U-平面形。
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