CN101017699A - 气密密封的磁头磁盘组件和使用钎焊材料密封的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种密封的磁头磁盘组件，其具有用于为所述磁头磁盘组件的主要组件提供安装点的基座铸件，和用于封闭磁头磁盘组件的主要组件的封盖。所述基座铸件具有围绕在所述基座铸件外围的气密密封。该气密密封与封盖上的至少一个互补表面邻接。所述封盖具有半气密密封，所述半气密密封位于相对于上述气密密封的互补表面的内侧周围。所述半气密密封与基座铸件上的至少一个互补表面邻接。

Description

气密密封的磁头磁盘组件和使用钎焊材料密封的方法
技术领域
本发明总体涉及直接存取的存储设备领域，更具体地说，涉及一种密封的磁头磁盘组件和通过对已有组件的新颖设计而获得的半气密和气密密封的方法。
背景技术
直接存取的存储设备(DASD)已经成为人们日常生活的一部分，同样，对于能够以更快速度处理数据以及能够更多地保存数据的期望和需求也不断地增加。为了满足这些对于提升性能的需求，人们对DASD设备中的机械组件，尤其是磁头磁盘组件(HDA)进行了许多的改进。
图1A示出HDA110的各组件和次级组件的关系，并示出记录于磁盘表面135上的数据轨136。封盖已被去除并且没有示出，从而能够看到HDA110的内部。各组件被组装到基座铸件113上，该基座铸件为各组件以及次级组件提供了安装和对齐点。数据以同心环的图案，也就是所知的数据轨136的形式，被记录在磁盘表面135上。磁盘表面135通过马达-轮毂组件130以高速旋转。磁头156将数据轨136记录在磁盘表面135上，典型地，所述磁头位于滑块155的末端。图1A为平面图，其中只图示了一个磁头和一个磁盘表面的联合。本领域的技术人员应了解，所描述的应用于单磁头-磁盘组合中的技术也可应用于多磁头-磁盘组合中。本发明不受磁头-磁盘组合数量的限制。滑块155和相应的磁头156结合在磁头万向架组件(HGA)150上。HGA150连接到致动器140内，所述致动器包括至少一个臂146、枢转轴承145和音圈(voice coil)143。臂146将HGA150支撑在磁盘表面135上。枢转轴承145允许致动器140平滑精确地旋转。致动器140通过音圈143和磁体125之间产生的电动力(emf)使HGA150在磁盘表面135上精确地移动。emf是当电流流经音圈并接近磁体125时所产生的力。图中只图示了磁体125的底。磁体125的顶和底被连接到一起作为极片(pole piece)组件120。极片组件120与音圈143一起组成了音圈马达(VCM)。通过产生受控emf，该VCM通过致动器140定位磁头156。电流从控制器117流经音圈143。为了产生所需大小的emf，从控制器117流出电流的所需量，由相对于数据轨136的位置信息(储存于图1A中未示出的另一个电子元件中)和储存于数据轨136中的位置信息确定。由控制器117发出的用于存取数据轨136的电子命令经过挠性导线(flex cable)118进入音圈143。对磁头156位置的少量修正由从数据轨136所取回的信息确定。这个取回的信息被送回到控制器117，使得定位能够进行少量的修正并且可以将适合的电流从控制器117送到音圈143。一旦所需的数据轨被定位，那么通过经过连接器111和挠性导线118的电信号，数据被取回或者被处理。连接器111是允许数据被转移到HDA110内或者转移出去的电子接口。
HDA110的动态特性是为了获得更高的信息容量和更快的处理这些信息速度的主要机械因素。HDA110的动态特性取决于其中的各个单独组件和次级组件的动态特性。许多影响动态特性的因素是单独的组件所固有的。总的来说，这些固有因素中的一些因素为：组件质量；组件硬度；以及组件的几何形状。这不是一个包括所有因素的清单，受过工程或HDA技术方面培训的人会应了解许多其它影响HDA110组件和次级组件的动态特性的因素。
记录在磁盘表面135上的数据轨136的量部分地由下述原因确定：磁头156定位得如何，以及磁头在所需的数据轨136上稳定得如何。数据轨136的量是存储数据的量的直接指标。虽然致动器140内的组件的质量、硬度和几何形状直接地影响磁头的稳定定位，但是施加在致动器140及其组件上的振动能量也是磁头156的稳定定位的主要因素。如果振动能量过量，则振动能量会将振荡运动传递给致动器140并且使磁头156从数据轨136上的所需位置移开。
施加在致动器140上的振动能量有几个源头。通过基座铸件113进入HDA110并影响致动器140的稳定性的外部振动能量。由HDA110内部的旋转组件和次级组件产生的内部振动能量。马达-轮毂组件130能够将振动能量通过基座铸件113转移进入致动器140。旋转磁盘表面135可以将振动运动直接转移到磁头136并导致磁头脱离数据轨136。枢转轴承145也可以将振动能量转移到致动器140上，并从而转移到磁头136上。人们关注着在次级组件和组件设计中所有的振动能量的潜在源头。HDA110内部的另一振动能量的源头是HDA100内部气氛的运动以及这些气氛运动与次级组件和组件之间的相互作用。
图1B中所示的是图1A中所描述的HDA110在组装过程中的各组件和次级组件之间的关系。图1B中包括了封盖115和磁体125。
HDA的设计者们已经认识到需要对HDA内部的气氛进行控制。可以控制气氛的湿度，如引证的美国专利6,762,909所述，或者控制气氛的气体组分。考虑到前文所述的HDA内部气氛冲击HDA组件并转移振动能量的问题，人们认识到，低密度气体如氦(He)具有转移较少能量到HDA组件上的优点。众所周知，物体所受到的空气动力与产品的密度及其承受冲击流体速度的乘积成比例。得益于He的低密度，在HDA内部气体冲击HDA内部组件时，将会向HDA组件转移较小的升力和拉力。
一旦在HDA内部引入所需的气氛或气体混合物，那么所述气氛或气体混合物就必须被容纳或保持。美国专利申请2003/0081349给出了如何在气体混合物不能被容纳时从存储器和阀系统中补充气体混合物的方法。重点是：一旦设定了，它就容纳了一个气体混合物。在气体或气氛中的通用术语“容纳”和“密封”是气密式密封。部分密封(partial containment)是指半气密密封。气密密封采用几种形式。更多的注意力都集中在通过不同方式的焊接将HDA密封上。通常，焊接是一种组装技术，通过焊接将待结合的两部分连接到一起，待结合两部分的结合表面被加热到高过它们熔化温度的程度，或者施加具有相似组分的熔化材料或者直接施加热量到结合表面上。美国专利6,762,909中提到使用焊接作为获得气密密封的方法。焊接所需要的高温使得上述专利所述的方法难于应用于HDA的气密密封中。在美国专利申请2003/0223148和日本专利JP8161881中给出了其它制造焊接气密密封的方法。2003/0223148中提到使用激光焊接作为获得焊接气密密封的方法。日本专利JP8161881中给出了焊接金属带的使用。
气密密封还被描述为能够使用金属的折叠或与覆盖密封材料相结合的卷边方法来获得。卷边的处理过程是，薄板被放置在一起，使得它们在边缘处相互搭接，然后通过将相互搭接的边缘折叠起来而相互连接。美国专利US4,367,503和6,556,372都给出了在边缘具有覆盖材料的金属卷边方法的变化。
次级封装和封盖也已经在本领域中被描述。美国专利申请2003/0179489给出了使用结构封盖以及密封封盖提供气密密封的方法，其中所述结构封盖提供半气密密封，所述密封封盖连接到基座铸件上并且位于结构的封盖之上。日本专利JP5062446给出了将通常的传统HDA置于气密地密封的外部容器之内的方法。
上文中所提到的技术中的挑战包括，但是并不限于：由于焊接所需高温所导致的HDA组件和次级组件的扭曲；为了适应焊接而造成的对基材和封盖的材料选择的限制；为了将HDA组件和次级组件与焊接温度隔离的复加组件的使用；由于HDA组件和次级组件的失败引起的可能需要的重新操作。
发明内容
本文中描述了本发明的不同的实施例。密封的磁头磁盘组件具有基座铸件和封盖，所述基座铸件为磁头磁盘组件的主要组件提供了安装点，所述封盖用于封闭磁头磁盘组件的主要组件。该基座铸件具有围绕着所述基座铸件外围的气密密封。所述气密密封与封盖上的至少一个互补表面相邻接。所述封盖在用于上述气密密封的互补表面的周边的内部具有半气密密封。所述半气密密封与基座铸件上的至少一个互补表面邻接。
附图说明
下述附图，被并入对本发明的详细描述以及实施例的图解之中，并构成其中的一部分。所述附图与下述描述一起被用于解释本发明的理论。所述附图中：
图1A为封盖和顶部磁体被去除的HDA的平面图；
图1B为HDA的等比例分解图；
图2为本发明中包括的封盖和基座铸件的等比例分解图；
图3为本发明中包括的基座铸件的平面图；
图4为本发明中包括的基座铸件、封盖和螺钉的截面视图；
图5为本发明中包括的处理过程的流程图。
具体实施方式
本发明的目标是解决前文中所引用的现有技术中所提出的挑战，也就是在组装和测试过程中获得挠性，使所需组件的数量最小化，使与制造气密密封的HDA有关的成本影响最小化。
本发明给出了一种组件设计和组装技术，通过上述设计和技术，半气密和气密密封相互串联。半气密密封与气密密封的串联允许发生在所需的气氛中出现的HDA的建立和测试，上述所需气氛是使用临时性半气密密封的。气氛由气体混合物、特定的气体或者空气中发现的典型气体所定义。一旦HDA完成其建立和测试过程，气密密封被激活，所需的气氛被永久地密封在HDA中。参照图2，封盖215与HDA 110的现有技术类似。半气密性密封(图2中未示出)连接在封盖215的内侧表面204上的外围上。所述半气密密封，与基座铸件213上的互补表面205邻接。所述半气密密封的制造材料为弹性聚合物。
图4图示了与基座铸件413的表面405对齐朝向的半气密密封444。气密密封422被调整并对齐朝向表面412。半气密密封444被调整并对齐表面405。构造在封盖215中的多个螺钉201和多个与之相配的螺孔202朝向基座铸件413中的至少一个互补表面调整并对齐气密密封422和半气密密封444。构造于封盖215中的多个螺孔202至少在一个边缘上没有得到支撑。如图4所示，螺钉401导致封盖415的区域415a的变形，因而提供弹力，以允许基座铸件413上的两个表面中，气密密封422朝向互补表面412对齐，且允许半气密密封444朝向互补表面405对齐。
所引用的现有技术中的主要的挑战是为了将封盖与基座铸件焊接起来以制造出气密密封所需的峰值热量。本发明介绍了通过两种方法完成气密密封。
第一种完成气密密封的方法是使用工业上公知的连接技术如钎焊。钎焊涉及熔化第三材料将两种材料结合。典型地，钎焊材料的熔化温度低于待连接材料的熔点。一旦钎焊材料开始熔化，采用钎焊的气密密封将会在HDA内制造出不可侵入的气氛。
也能够采用两种具有不同组分的材料。如果一个或者两个待结合的表面是不能使用钎焊材料进行熔合的，就在与钎焊材料互补的表面上施加涂覆层。本发明中给出的优选方法是使用钎焊合金作为钎焊材料。钎焊合金中的常见成分为锡(Sn)。钎焊合金包括但不限于以下类型：Sn-Pb、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu和Sn-Bi。如果需要，封盖和基座铸件的表面通过工业上所熟知的电镀或者真空沉积处理被制造成与钎焊材料互补。
本发明不限于使用钎焊材料进行钎焊。本领域技术人员能够认识到，还有许多种采用不同金属、合金以及塑料的钎焊方法。图2描述了一个实施例，通过该实施例钎焊材料222被施加在围绕基座铸件213的周围。能够理解，可以通过不同的技术来完成钎焊材料222的施加，包括但不限于以下方式：电镀，真空处理，焊锡膏，在互补表面412上放置钎焊材料222的预型件，将互补表面412放入熔化的钎焊材料中浸泡。
第二种完成气密密封的方法是使用适合的液体粘结材料。通常，适合的粘结材料为反应性的交联聚合物。一种常见的反应性交联聚合物是环氧树脂，但是出于本发明的目的，反应性交联聚合物还包括粘合剂，所述粘合剂在受到加热或者催化剂催化时，发生反应并凝固，从而导致发生交联过程。
气密密封222的激活依赖于制造气密密封222的材料。本发明不受激活气密密封305方法的约束。一些常见的通过加热激活的例子包括：激光加热、烙铁、感应加热、加热炉以及红外线辐射。其它的激活例子为施加化学药品以制造一个用于活化气密密封222的互补表面。用于这种方法中的化学药品一般被认为是引子。
图3图示了定位成围绕基座铸件313外围的气密密封322。应当理解，半气密密封与气密密封相串联可被设计成多种结合方式。例如(当然本发明并不限于这些例子)：气密密封和半气密密封都整合在封盖上；气密密封和半气密密封都整合在铸件上；气密密封整合在基座铸件上同时半气密密封整合在封盖上；气密密封整合在封盖上同时半气密密封整合在基座铸件上。
与提供基座铸件113和封盖115之间的气密密封一起，在基座铸件113和连接器111之间，以及基座铸件113和马达-轮毂组件130之间也必须设置气密密封。这些组件的密封在其它的领域中有所说明且超出了本发明的范围。
无论将气密密封444整合到封盖415上，还是将气密密封444整合到基座铸件413上，还是半气密密封444整合到封盖415上，或者半气密密封444整合到基座铸件413上，整合过程都如图5所示。
图5为处理过程500的流程图，其中具体的步骤按照本发明的实施例而进行，以通过钎焊材料将磁头磁盘组件气密地密封。图5包括了本发明的处理过程，在本发明的一个实施例中，该处理过程通过处理器、电组件、以及在计算机的可读指令和计算机可执行指令的控制之下的组装机构来执行。计算机可读和计算机可执行指令位于，例如，数据存储部分中，如计算机可用的非固定存储器和/或计算机可用的固定存储器和/或数据存储设备中。然而，计算机可读和计算机可执行指令可以存在于任何计算机可读的媒介之中。虽然特定的步骤已经在处理过程500中公开，但是这些步骤是示范性的。也就是说，本发明也能很好地适合于与图5中所述步骤不同的步骤，或者图5中所述步骤的变化步骤。在本实施例中，应当理解，处理过程500的步骤可以通过人的交互作用由软件、硬件、组装机构来实现，或者由软件、硬件、组装机构和类的交互作用之间的任意组合来实现。
在处理过程500的步骤510中，根据本发明的一个实施例，硬盘驱动器110的HDA组件和次级组件被组装在基座铸件113上(如图1A和1B所示)。
在处理过程500的步骤520中，按照本发明的一个实施例，封盖215被连接在基座铸件213上(如图2所示)。
在处理过程500的步骤530中，按照本发明的一个实施例，一种气氛被导入HDA。本领域技术人员可以意识到有许多种方法和技术都能够将气氛引入HDA中。
在处理过程500的步骤540中，气氛被引入HDA之后，开始测试HDA。本领域技术人员应知道有许多种不同的标准、方法和技术专门用于HDA的测试。
在处理过程500的步骤580中，如果HDA通过所述特定的测试，则处理过程500进行到步骤590。如果HDA没有通过所述特定测试，则处理过程500进行到步骤560。
在处理过程500的步骤590中，按照本发明的一个实施例，气密密封被激活。在一个实施例中，可以使用激光加热来激活气密密封。可选择地，气密密封的激活可以通过下述方法获得，但不限于下述方法，如：烙铁、加热炉、红外线辐射，或者按照本发明的另一个实施例，施加化学药品或引子。
在步骤550中，如果HDA没有通过所述特定的测试，则处理过程500进行到步骤560。
在处理过程500的步骤560中，按照本发明的一个实施例，所述封盖，例如，图1B所示的封盖115或者图2所示封盖215，分别从所述基座铸件，例如，图1B所示基座铸件113或者基座铸件213上被去除。
在处理过程500的步骤570中，对那些没有通过特定测试的HDA元件和/或组件进行修理。一旦有问题的元件和组件被适当地修理，处理过程500就返回步骤520，在步骤520中，封盖被重新连接到基座铸件上。
按照本发明的一个实施例，完成处理过程500的步骤520后，处理过程500返回到步骤530。
有利地，在本发明不同表现形式的实施例中，允许HDA的气密密封，并且不排除在测试过程失败的情况下重新操作HDA。有利地，在本发明的不同表现形式的实施例中，允许在通过对类似于现有技术中的组件的新颖设计且不需要在HDA中增加更多的组件的情况下，来实现HDA的气密密封的成本效率。
出于解释和说明的目的，前文已经介绍了本发明的特定实施例。这些实施例的目的不是用于彻底地说明或者将本发明限制在所公开的特定形式上，显然，按照本申请的上述说明，能够进行许多不同的修改和变形。被选中和描述的实施例是为了更好地解释本发明的理论及其实际应用，因而使得其它本领域的技术人员能够更好的利用本发明及其具有不同变形的各种实施例，以适于特定的应用目的。本发明的范围由权利要求书及其等同物确定。
相关申请
本申请涉及由David Albrecht等人于2003年9月29日申请的名为“气密密封的电子排列和入口”的No.10/673,593号美国专利申请。
本申请涉及由Michael Hatchet等人于2006年2月9日申请的名为“气密密封的硬盘组件和使用钎焊材料密封的方法”的第11/351,782号共同审理中的美国专利申请，该申请受让于本发明的受让人，代理人案卷编号HSJ9-20050227US1。
本申请涉及由Michael Hatchet等人于2006年2月9日申请的名为“气密密封的硬盘组件和使用钎焊材料密封的方法”的第11/352,086号共同审理中的美国专利申请，该申请受让于本发明的受让人，代理人案卷编号HSJ9-20050228US1。
本申请涉及由Michael Hatchet等人于2006年2月9日申请的名为“气密密封的硬盘组件和使用钎焊材料密封的方法”的第11/352,101号共同审理中的美国专利申请，该申请受让于本发明的受让人，代理人案卷编号HSJ9-20050229US1。

Claims (21)

1.一种密封的磁头磁盘组件，其包括：
基座铸件，用于为所述磁头磁盘组件的主要组件提供安装点，所述基座铸件包括围绕在所述基座铸件外围的气密密封，从而允许所述气密密封与封盖的至少一个互补表面邻接；
所述封盖，用于封闭所述磁头磁盘组件的所述主要组件，所述封盖包括半气密密封，所述半气密密封位于用于上述气密密封的所述互补表面的周边内侧，从而允许所述半气密密封与所述基座铸件上的至少一个互补表面邻接。
2.如权利要求1所述的密封的磁头磁盘组件，其中，其中，所述半气密密封允许在组装的不同阶段去除所述封盖，并进行测试。
3.如权利要求1所述的密封的磁头磁盘组件，其中，在组装和测试操作结束之后，所述气密密封一旦激活，就会在所述磁头磁盘组件内实现不可侵入的气氛。
4.如权利要求1所述的密封的磁头磁盘组件，其中，还包括：
在所述气密密封的周边的外侧用于将所述封盖连接至所述基座铸件的螺钉。
5.如权利要求1所述的密封的磁头磁盘组件，其中，所述半气密密封为弹性聚合物。
6.如权利要求1所述的密封的磁头磁盘组件，其中，所述气密密封为钎焊材料。
7.如权利要求1所述的密封的磁头磁盘组件，其中，所述气密密封由预成型的钎焊材料形成。
8.如权利要求1所述的密封的磁头磁盘组件，其中，所述气密密封由焊锡膏形成。
9.如权利要求1所述的密封的磁头磁盘组件，其中，所述气密密封是反应性交联聚合物。
10.一种用于磁头磁盘组件用以提供气密密封和半气密密封的封盖，其包括：
所述气密密封的互补表面；以及
围绕在所述封盖周围的所述半气密密封。
11.如权利要求10所述的封盖，其中，用于将所述封盖紧固到所述基座铸件上的螺孔在至少一个边缘上未被支撑，从而提供了弹性力，以允许朝向所述基座铸件上的气密密封对齐所述封盖上用于所述气密密封的至少一个互补表面，且允许朝向所述基座铸件上的至少一个互补表面对齐所述封盖上的所述半气密密封。
12.如权利要求10所述的封盖，其中，所述半气密密封为弹性聚合物。
13.一种用于磁头磁盘组件用以提供气密密封和半气密密封的基座铸件，所述基座铸件包括：
所述半气密密封的互补表面；以及
围绕在所述基座铸件周围的所述气密密封。
14.如权利要求13所述的基座铸件，其中，所述气密密封是钎焊材料。
15.如权利要求13所述的基座铸件，其中，所述气密密封由预成型的钎焊材料形成。
16.如权利要求13所述的基座铸件，其中，所述气密密封由焊锡膏形成。
17.如权利要求13所述的基座铸件，其中，所述气密密封是反应性交联聚合物。
18.如权利要求13所述的基座铸件，其中，所述气密密封为钎焊合金。
19.如权利要求13所述的基座铸件，其中，所述气密密封为钎焊合金预型件。
20.如权利要求13所述的基座铸件，其中，所述气密密封为环氧树脂。
21.一种制造密封的磁头磁盘组件的方法，其包括：
将磁头磁盘组件的主要组件组装到基座铸件内，所述基座铸件为主要组件提供安装点；
其中，所述基座铸件包括围绕在所述基座铸件外围的气密密封，所述气密密封与封盖上的至少一个互补表面邻接；
连接所述封盖，所述封盖将上述磁头磁盘组件的主要组件封闭；
其中，所述封盖包括相对于所述气密密封的互补表面的周边内部的半气密密封，所述半气密密封与所述基座铸件上的至少一个互补表面邻接；
向所述密封的磁盘组件中导入气氛；
对所述密封的磁头磁盘组件进行测试；
在所述测试失败时，去除所述封盖，以能够修理所述密封的磁头磁盘组件；
在上述修理完成后，重新连接所述封盖；
重新向所述密封的磁头磁盘组件中导入气氛；
激活所述气密密封。
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