CN101079305A - 具有微致动器的磁头折片组合及其制造方法以及磁盘驱动单元 - Google Patents

Abstract

一种用于磁盘驱动单元的磁头折片组合，包括：磁头、具有压电元件的微致动器及支撑所述磁头及微致动器的悬臂件。所述磁头包括前边、与该前边相对的尾边、连接所述前边及尾边的空气承载面、与该空气承载面相对的磁头安装面；其中所述微致动器设于磁头及悬臂件之间且其上的压电元件面对磁头安装面；所述磁头还包括连接所述前边与磁头安装面的连接面，其中所述连接面与所述前边连接形成的第一交线与所述空气承载面之间的距离小于所述磁头安装面与空气承载面之间的距离；所述连接面与所述磁头安装面连接形成第二交线与尾边的距离小于所述前边与尾边之间的距离。本发明同时揭露了该磁头折片组合及其制造方法以及磁盘驱动单元。

Description

具有微致动器的磁头折片组合及其制造方法以及磁盘驱动单元

技术领域

本发明涉及一种信息记录磁盘驱动单元，更具体地涉及一种具有微致动器的磁头折片组合及其制造方法。

背景技术

一种常见的信息存储设备是磁盘驱动系统，其使用磁性媒介来存储数据及设置于该磁性媒介上方的可移动读写头来选择性地从磁性媒介上读取数据或将数据写在磁性媒介上。

消费者总是希望这类磁盘驱动系统的存储容量不断增加，同时希望其读写速度更快更精确。因此磁盘制造商一直致力于开发具有较高存储容量的磁盘系统，比如通过减少磁盘上的磁轨宽度或磁轨间距的方式增加磁轨的密度，进而间接增加磁盘的存储容量。然而，随着磁轨密度的增加，对读写头的位置控制精度也必须相应的提高，以便在高密度磁盘中实现更快更精确的读写操作。随着磁轨密度的增加，使用传统技术来实现更快更精确将读写头定位于磁盘上适当的磁轨变得更加困难。因此，磁盘制造商一直寻找提高对读写头位置控制的方式，以便利用不断增加的磁轨密度所带来的益处。

磁盘制造商经常使用的一种提高读写头在高密度盘上位置控制精度的方法为采用第二个驱动器，也叫微致动器。该微致动器与一个主驱动器配合共同实现对读写头的定位精度及速度进行控制。包含微致动器的磁盘系统被称为双驱动器系统。

在过去曾经开发出许多用于提高存取速度及读写头在高密度磁盘的磁轨上定位精度的双驱动器系统。这种双驱动器系统通常包括一主音圈马达驱动器及一副微致动器，比如压电微致动器。该音圈马达驱动器由伺服控制系统控制，该伺服控制系统导致驱动臂旋转，该驱动臂上承载读写头以便将读写头定位于存储盘上适当的磁轨上。压电微致动器与音圈马达驱动器配合使用共同提高存取速度及实现读写头在磁轨上位置的微调。音圈马达驱动器对读写头的位置粗调，而压电微致动器对读写头相对于磁盘的位置的精调。通过两个驱动器的配合，共同实现数据在存储盘上高效而精确的读写操作。

一种已知的微致动器依靠压电元件实现对读写头位置的微调。该压电微致动器具有相关的电子装置，该电子装置可导致微致动器上的压电元件选择性的收缩或扩张。当对压电元件施加适当电压时，所述压电元件产生收缩或扩张动作，进而引起读写头的运动。相对于仅仅使用音圈马达驱动器的磁盘系统，该读写头的运动可以实现对读写头位置更快更精确的调整。这类范例性的压电微致动器揭露于许多公开文献中，比如美国专利公开第20030168935号专利公开说明书中。

图1a-1b所示为传统的磁盘驱动单元，磁盘101安装在主轴马达102上并由其旋转。音圈马达臂104(驱动臂)上连接有磁头折片组合100，该磁头折片组合100上设置有磁头103，该磁头103上安装有读写头。一音图马达109控制音圈马达臂104的运动，进而控制磁头103在磁盘101的表面上的磁轨之间的移动，最终实现读写头在磁盘101上数据的读写。在工作状态时，包含读写头的磁头103与旋转的磁盘101之间形成空气动力性接触，并产生升力。该升力与大小相等方向相反的由磁头折片组合100的悬臂施加的弹力互相平衡，进而导致在马达臂104的整个径向行程中，旋转的磁盘101的表面上方形成并维持预定的飞行高度。

参考图2a-2c，该磁头折片组合100包括磁头103、用于实现对磁头103位置微调的一对压电元件135及用于承载上述压电元件135与磁头103的悬臂件180。所述悬臂件180由挠性件122、磁头支撑板121、挠性件支撑板123及负载杆124互相组装而成。

所述挠性件122包括形成于其上的压电元件安装区域128及位于挠性件122末端的磁头安装区域107。所述压电元件安装区域128上形成多个比如四个电连接触点110，所述压电元件135安装在该压电元件安装区域128上并具有多个与所述电连接触点110电性连接的电连接触点(图未示)。所述磁头安装区域107上形成多个比如四个电连接触点111，所述磁头103安装在该磁头安装区域107上，并具有多个与所述电连接触点111电性连接的电连接触点115，所述电连接触点111、115借助多个电连接球116(金球焊接或锡球焊接，gold ball bonding orsolder ball bonding，GBB or SBB)而实现两者之间的电连接。所述挠性件122还包括多组悬臂导线112，其一端与外界控制系统(图未示)连接，另一端分别与所述电连接触点110、111电性地连接，通过上述外部控制系统实现对所述磁头103及压电元件135的控制。

所述磁头支撑板121设置于所述磁头安装区域107底部，用于支撑该磁头安装区域107及相应的磁头103。所述磁头支撑板121上形成一个凸起(bump)127，当将上述磁头103安装到磁头安装区域107时，该凸起127与所述磁头103底面的中心重合。所述挠性件支撑板123设置于所述压电元件安装区域128底部，用于支撑该压电元件安装区域128及相应的压电元件135。所述磁头支撑板121及挠性件支撑板123借助上述挠性件122而互相物理地连接。所述负载杆124设置于上述磁头支撑板121及挠性件支撑板123底部，用于支撑两者。该负载杆124上形成与所述磁头支撑板121的凸起127配合的凸点(dimple)125，当所述磁头103在磁盘表面飞行时，所述凸点125与凸起127的互相配合保证由所述负载杆124施加的负载力能够均匀地作用于所述磁头103的中心区域，从而确保磁头103具有最佳的飞行性能，比如良好的飞行姿态。

所述磁头103具有磁头安装面130及与该磁头安装面130邻接的前边(leading edge)119。所述磁头安装面130固定到所述挠性件122的磁头安装区域107上。所述磁头103的磁头安装面130与所述压电元件135之间形成平行间隙113，该间隙113的存在避免了磁头103在运动时与所述压电元件135之间产生干涉。参考图2b，当在所述压电元件135上施加适当电压后，其中一个压电元件收缩(比如图中箭头D所示)，而另一个压电元件膨胀(比如图中箭头E所示)，从而形成旋转扭矩，该旋转扭矩导致所述磁头安装区域107及磁头支撑板121产生运动(比如图中箭头C所示)，进而导致磁头103产生运动，从而借助上述压电元件135而实现对磁头103的位置微调。

由于上述磁头被所述负载杆的凸点局部地支撑，当磁盘驱动单元受到外界影响而产生震动或振动时，尤其是倾斜下落震动时，磁头很容易绕着负载杆的凸点倾斜旋转。参考图2d，当震动或振动发生时，所述磁头103绕所述负载杆124的凸点125向着所述压电元件135转动。由于传统磁头103的前边119与磁头安装面130之间形成尖锐的棱角，因此在磁头转动过程中，所述尖锐棱角容易碰撞所述压电元件，从而导致压电元件损坏，如破裂或断掉，进而影响压电元件的工作特性，严重时可以导致压电元件彻底损毁。

因此有必要提供一种改进的具有微致动器的磁头折片组合及其制造方法，以克服现有技术的不足。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有微致动器的磁头折片组合，可以有效地避免或减弱磁头折片组合在受到震动或振动时磁头对微致动器造成的破坏，从而提高了磁头折片组合的抗震性能。

本发明的另一目的在于提供一种具有微致动器的磁头折片组合的制造方法，可有效提高磁头折片组合的抗震性能。

本发明的又一目的在于提供一种具有良好抗震性能的磁盘驱动单元。

为达到上述目的，本发明提供一种用于磁盘驱动单元的磁头折片组合，包括：磁头；所述磁头包括前边；与该前边相对的尾边；连接所述前边及尾边的空气承载面；与该空气承载面相对的磁头安装面；具有压电元件的微致动器；及支撑所述磁头及微致动器的悬臂件；其中所述微致动器设于磁头及悬臂件之间且其上的压电元件面对磁头安装面；所述磁头还包括连接所述前边与磁头安装面的连接面，其中所述连接面与所述前边连接形成的第一交线与所述空气承载面之间的距离小于所述磁头安装面与空气承载面之间的距离；所述连接面与所述磁头安装面连接形成第二交线与尾边的距离小于所述前边与尾边之间的距离。

在本发明一个实施例中，所述连接面为台阶面、平面或者曲面。优选地，所述连接面为圆弧曲面。

本发明一种磁盘驱动单元，包括：磁头折片组合；与所述磁头折片组合连接的驱动臂；磁盘；及用于驱动所述磁盘的主轴马达。其中所述磁头折片组合包括：磁头；所述磁头包括前边、与该前边相对的尾边、连接所述前边及尾边的空气承载面、与该空气承载面相对的磁头安装面；具有压电元件的微致动器；及支撑所述磁头及微致动器的悬臂件。其中所述微致动器设于磁头及悬臂件之间且其上的压电元件面对磁头安装面；在本发明中，所述磁头还包括连接所述前边与磁头安装面的连接面，其中所述连接面与所述前边连接形成的第一交线与所述空气承载面之间的距离小于所述磁头安装面与空气承载面之间的距离；所述连接面与所述磁头安装面连接形成第二交线与尾边的距离小于所述前边与尾边之间的距离。

本发明提供一种制造如上所述磁头折片组合的方法，包括如下步骤：1)提供由一组磁头体构成的长形条，所述每个磁头体包括前边、与该前边相对的尾边、连接所述前边及尾边的空气承载面及与该空气承载面相对的磁头安装面；2)加工所述长形条的磁头体上所述前边与磁头安装面连接的部分，而形成一个连接面；3)切割所述长形条形成单个磁头；4)提供具有压电元件的微致动器及悬臂件；5)将压电元件面对磁头安装面而装配所述磁头、微致动器和悬臂件，从而形成磁头折片组合。

在本发明的一个实施例中，所述连接面借助研磨方式形成。

本发明磁头折片组合的优点在于：由于磁头的前边与磁头安装面之间形成的连接面没有尖锐棱角，从而避免或减弱了磁头因震动或振动而对压电元件造成的破坏，进而有效提高了磁盘驱动器的抗震性能(shock performance)。另外，所述连接面若为圆弧曲面，则可保证在剧烈震动的情况下磁头对压电元件的破坏作用减弱。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1a为传统磁盘驱动单元的立体图。

图1b为图1a所示传统磁盘驱动单元的局部立体图。

图2a为传统磁头折片组合的局部立体分解图。

图2b为图2a所示磁头折片组合组装后的局部俯视图。

图2c为图2a所示磁头折片组合组装后的局部侧视图。

图2d为当震动或振动发生时图2c所示磁头的前边(leading edge)与压电元件发生碰撞的状态图。

图3a为本发明一个实施例所述磁头折片组合的立体图。

图3b为图3a所示磁头折片组合局部放大的立体图。

图3c为图3a所示磁头折片组合的立体分解图。

图3d为图3a所示磁头折片组合的局部侧视图，展示了当震动或振动发生时磁头的连接面与压电元件之间的位置关系。

图3e为图3d所示磁头从磁头安装面观察的平面视图。

图4为本发明另一个实施例所述磁头的立体图。

图5a展示了对磁盘驱动单元进行抗震性能测试的测试系统。

图5b为利用图5a所示测试系统对传统磁盘驱动单元及含有本发明磁头的磁盘驱动单元进行测试后获得的测试数据。

图6展示了本发明一个实施例所述磁头折片组合的制造方法的流程图。

图7a-7b为一系列视图，展示了本发明一个实施例所述磁头制造方法的流程。

图8a-8b为一系列视图，展示了本发明另一个实施例所述磁头制造方法的流程。

图9为本发明一个实施例所述磁盘驱动单元的立体图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明提供一种用于磁头折片组合的磁头，所述磁头包括前边、与该前边相对的尾边、连接所述前边及尾边的空气承载面、与该空气承载面相对的磁头安装面；其前边与磁头安装面之间的尖锐棱角被加工形成一个连接面，例如凹入磁头内部的台阶状或自然光滑过渡的曲面状连接面，其中所述连接面与所述前边连接形成的第一交线与所述空气承载面之间的距离小于所述磁头安装面与空气承载面之间的距离；所述连接面与所述磁头安装面连接形成第二交线与尾边的距离小于所述前边与尾边之间的距离。因为相对于传统磁头的尖锐棱角，该连接面与压电元件之间的距离更远，因此当振动或震动发生时，该连接面不容易与压电元件发生碰撞，或者即使发生碰撞，该连接面与压电元件之间的接触面大，因此连接面对压电元件造成的冲击破坏作用远远小于传统磁头的尖锐棱角(与压电元件之间的接触面积非常小)对压电元件造成的破坏。

图3a-3e展示了本发明一个范例性实施例所述含有本发明磁头的磁头折片组合200。该磁头折片组合200包括悬臂件280及支撑于其上的磁头203。所述悬臂件280包括互相组装在一起的基板232、枢接件231、挠性件222及负载杆224。

所述挠性件222包括形成于其上的压电元件安装区域228及位于挠性件222末端的磁头安装区域207。所述压电元件安装区域228上形成多个比如四个电连接触点237，所述压电元件235安装在该压电元件安装区域228上并具有多个与所述电连接触点237电性连接的电连接触点236。所述磁头安装区域207上形成多个比如四个电连接触点211，所述磁头203安装在该磁头安装区域207上，并具有多个与所述电连接触点211电性连接的电连接触点215(参考图3d)，所述电连接触点211与电连接触点215借助多个电连接球(金球焊接或锡球焊接，gold ball bonding or solder ball bonding，GBB or SBB)216(参考图3d)而实现两者之间的电连接。

所述挠性件222还包括多组悬臂导线212，其一端与外界控制系统(图未示)连接，另一端分别与所述电连接触点237及电连接触点211电性地连接，通过上述外部控制系统实现对所述磁头203及压电元件235的控制。该负载杆224上形成凸点(dimple)225，当所述磁头203在磁盘表面飞行时，所述凸点225支撑于所述磁头203的底部中心，从而保证由所述负载杆224施加的负载力能够均匀地作用于所述磁头203的中心区域，进而确保磁头203具有最佳的飞行性能。

最优地，参考图3c-3e，所述磁头203包括前边(leading edge)219、与该前边219相对的尾边(trailing edge)218、连接所述前边219及尾边218的空气承载面217及与该空气承载面217相对的磁头安装面230。所述尾边218上具有具有读写元件及前述电连接触点215。所述磁头安装面230固定到所述挠性件222的磁头安装区域207上。所述磁头203还包括连接所述前边219与磁头安装面230的连接面238。所述连接面238与所述磁头安装面230之间形成交线242，该交线242与所述尾边218之间的距离小于磁头203的长度L(即所述前边219与尾边218之间的距离)。所述连接面238与所述前边219之间形成交线243，该交线243与所述空气承载面217之间的距离小于所述磁头203的厚度T(即所述磁头安装面230与空气承载面217之间的距离)。在该实施例中，所述连接面为与所述磁头安装面及前边自然光滑过渡的曲面。

参考图3d，所述磁头203的磁头安装面230与所述压电元件235之间形成平行间隙，该平行间隙允许磁头203在磁盘表面运动时不会与所述压电元件235产生干涉。当受到外界影响而使磁盘驱动单元发生震动或振动时，所述磁头203绕着所述凸点225向所述尾边218或者前边219转动。当磁头203向所述前边219转动时，前边219将逐渐逼近局部地设置于磁头下方、并且靠近所述磁头前边的压电元件235，由于曲面状的连接面内凹于所述磁头，因此，该连接面不容易与压电元件发生碰撞；或者即使发生碰撞，由于曲面状的连接面与压电元件之间的接触面大，因此连接面对压电元件造成的冲击破坏作用远远小于传统磁头的尖锐棱角(与压电元件之间的接触面积非常小)对压电元件造成的破坏。

在本发明的另一个实施例中，如图4所示，磁头303的连接面338为台阶状的连接面。与上述磁头203类似，该连接面338与所述磁头安装面230之间形成交线342，该交线342与所述尾边218之间的距离小于磁头303的长度。所述连接面338与所述前边219之间形成交线343，该交线343与所述空气承载面217之间的距离小于所述磁头303的厚度。该台阶状的连接面同样可以达到与上述磁头203类似的有益效果，并且该台阶状的连接面更容易制造。

图5a展示了对磁盘驱动单元进行抗震性能测试的测试系统(通常称作倾斜跌落测试系统)。如图5a所示，该测试系统400包括水平设置的底板401，垂直安装在该底板401上的支撑板402，所述支撑板402的顶端具有转轴405。被测试磁盘驱动单元403的一端枢转连接在该转轴405上，该磁盘驱动单元403的另一端与所述底板401之间的距离为H，该距离为磁盘驱动单元的跌落高度。分别以传统磁盘驱动单元及含有本发明磁头的磁盘驱动单元为实验对象，并分别对10组磁盘驱动单元进行测试。在上述跌落高度H为3英寸、4英寸及5英寸的情况下，使磁盘驱动单元自由旋转跌落到所述底板401上，从而判断磁盘驱动单元的抗震性能。上述测试包括跌落磁盘驱动单元安装连接器端及另一端(安装连接器相对端)两种情况，并且每一情况下又分为磁盘驱动单元正面向上设置(PCBA相对面为正面)及向下设置(磁盘驱动单元背面)两种情况分别进行测试。图5b为测试获得的测试数据。图中符号0表示被测试的磁盘驱动单元通过了测试，而符号x表示被测试的磁盘驱动单元未通过测试。由图可知，当上述磁盘驱动单元的掉落高度逐渐增加时，比如当高度为5英寸时，部分传统磁盘驱动单元未能通过测试，而含有本发明磁头的磁盘驱动单元全部通过了测试，说明本发明提供的磁盘驱动单元比传统磁盘驱动单元具有更好的抗震性能。

参考图6，根据本发明一个实施例，一种磁头折片组合的制造方法包括如下步骤：首先，提供由一组磁头体构成的长形条，所述每个磁头体包括前边、与该前边相对的尾边、连接所述前边及尾边的空气承载面及与该空气承载面相对的磁头安装面(步骤701)；其次，加工所述长形条的磁头体上所述前边与磁头安装面连接的部分，而形成一个连接面(步骤702)；然后，切割所述长形条形成单个磁头(步骤703)；接着，提供具有压电元件的微致动器及悬臂件(步骤704)；最后将压电元件面对磁头安装面而装配所述磁头、微致动器和悬臂件，从而形成磁头折片组合(步骤705)。

在上述方法中，所述连接面最好借助研磨方式形成。

图7a-7b为一系列视图，展示了本发明所述磁头一个实施例的制造流程。如图所示，长形条501由一组磁头体505构成，每个磁头体505包括磁头安装面504及与该磁头安装面504相交的前边503，相邻磁头体505之间具有切割面506。在该实施例中，借助研磨装置比如研磨轮502研磨磁头体505的前边503及磁头安装面504而形成连接面507。其中，所述连接面507为平面。当连接面形成后，将上述长形条501沿上述切割面506切断形成单独的磁头505。

图8a-8b为一系列视图，展示了本发明所述磁头另一个实施例的制造方法的流程。该方法流程与图7a-7b所示方法流程类似，区别仅在于：在该实施例中，研磨形成的连接面605为台阶面。

如图9所示，根据本发明磁盘驱动单元的一个实施例，一种磁盘驱动单元包括由悬臂件280及承载于所述悬臂件280上的磁头203组成的磁头折片组合200、与所述磁头折片组合200连接的驱动臂204、磁盘组201、音圈马达(VCM)209及用于驱动所述磁盘组201的主轴马达202。由于本发明所述磁盘驱动单元的结构及/或装配流程为业界普通技术人员所熟悉，在此不再详述。其中，任何具有合适结构的磁盘驱动单元亦可应用于本发明，只要其具有本发明所述的改进的磁头折片组合。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种用于磁盘驱动单元的磁头折片组合，包括：

磁头；所述磁头包括前边；与该前边相对的尾边；连接所述前边及尾边的空气承载面；与该空气承载面相对的磁头安装面；

具有压电元件的微致动器；及

支撑所述磁头及微致动器的悬臂件；其中所述微致动器设于磁头及悬臂件之间且其上的压电元件面对磁头安装面；其特征在于：

所述磁头还包括连接所述前边与磁头安装面的连接面，其中所述连接面与所述前边连接形成的第一交线与所述空气承载面之间的距离小于所述磁头安装面与空气承载面之间的距离；所述连接面与所述磁头安装面连接形成第二交线与尾边的距离小于所述前边与尾边之间的距离。

2.根据权利要求1所述的磁头，其特征在于：所述连接面为台阶面、平面或者曲面。

3.根据权利要求1所述的磁头，其特征在于：所述连接面为圆弧曲面。

4.一种磁盘驱动单元，包括：

磁头折片组合；

与所述磁头折片组合连接的驱动臂；

磁盘；及

用于驱动所述磁盘的主轴马达；其中所述磁头折片组合包括：

磁头；所述磁头包括前边；与该前边相对的尾边；连接所述前边及尾边的空气承载面；与该空气承载面相对的磁头安装面；

具有压电元件的微致动器；及

支撑所述磁头及微致动器的悬臂件；其中所述微致动器设于磁头及悬臂件之间且其上的压电元件面对磁头安装面；其特征在于：

所述磁头还包括连接所述前边与磁头安装面的连接面，其中所述连接面与所述前边连接形成的第一交线与所述空气承载面之间的距离小于所述磁头安装面与空气承载面之间的距离；所述连接面与所述磁头安装面连接形成第二交线与尾边的距离小于所述前边与尾边之间的距离。

5.根据权利要求4所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述连接面为台阶面、平面或者曲面。

6.根据权利要求4所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述连接面为圆弧曲面。

7.一种制造如权利要求1所述磁头折片组合的方法，包括如下步骤：

提供由一组磁头体构成的长形条，所述每个磁头体包括前边、与该前边相对的尾边、连接所述前边及尾边的空气承载面及与该空气承载面相对的磁头安装面；

加工所述长形条的磁头体上所述前边与磁头安装面连接的部分，而形成一个连接面；

切割所述长形条形成单个磁头；

提供具有压电元件的微致动器及悬臂件；

将压电元件面对磁头安装面而装配所述磁头、微致动器和悬臂件，从而形成磁头折片组合。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述连接面借助研磨方式形成。

9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述连接面为台阶面、平面或者曲面。

10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述连接面为圆弧曲面。

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