CN101086893A - 磁盘装置 - Google Patents

Abstract

用于作为密封在引线与磁盘装置的底座之间的空间的技术的有力的焊料连结的焊料，作为材料容许应力低，从而对于在制造期间和用户的环境中施加到磁盘装置上的外力难以保证足够的连结可靠性。通孔开口7提供在磁盘装置20的底座2的底部上，并且是向装置外侧形成的台阶之一的引线安装平面8绕开口7提供。引线1包括凸缘4、和由玻璃材料5固定到凸缘4上并且通过电信号的针3。凸缘4在外部形状上大于底座2的开口7。引线1的凸缘4的周缘从外侧安装在底座2的引线安装平面8上，并且由焊料连结到其上。

Description

磁盘装置

技术领域

本发明涉及一种磁盘装置，并且更具体地，涉及一种适于密封诸如氦气之类的低密度气体的气密密封磁盘装置。

背景技术

已经有对用于大容量、高记录密度及高速访问的磁盘装置的最新磁盘装置的需要。为了满足需要，磁盘和磁头万向架组件分别以高速转动和驱动，这创建一定量的空气扰动，由此产生在磁盘和磁头万向架组件中的震动。扰动震动阻碍磁头定位在高度密集的记录磁盘数据上。原因是空气扰动随机地创建，这使得难以估计其尺寸和周期，从而使它复杂并且难以控制迅速和准确的定位。另外，扰动震动产生噪声，这导致装置安静的失去。

除以上之外，在装置中由高速转动创建的空气扰动引起关于消耗功率增大的问题。在高速下的磁盘转动牵涉和转动在磁盘周围的空气。另一方面，远离磁盘的空气是静止的，在其之间产生剪切力，该剪切力又转化成停止磁盘转动的负载。这称作“风阻损失”，并且磁盘转动得越快，损失越大。克服风阻损失在高速下转动磁盘要求电机输送较大输出，这又需要较大电功率。

尽管注意力集中在与在装置中的气体密度成比例的扰动和风阻损失上，但是已经有把代替空气的低密度气体密封在气密密封的磁盘装置中以减小扰动和风阻损失的想法。氢气和氦气被指定为低密度气体。考虑到实际使用，氦气最佳，因为它更有效、更稳定及更安全。氦气被气密地密封在其中的磁盘装置可解决上述问题，并且实现快速和准确定位、节省功率及足够安静。然而，已经有氦气易于在使用期间从在普通磁盘装置内部中使用的壳体泄漏出的问题，因为氦气分子非常小，并且扩散系数很大。

例如专利文件1公开了一种使诸如易泄漏氦气之类的低密度气体能够气密地密封的技术。图10是在专利文件1中描述的气密密封磁盘装置的横截面。磁头磁盘组件31固定到底座32上，并且用盖33密封到壳体中。其中在壳体中的氦气最易于泄漏出的部分是底座32与盖33的接合部34。盖33在接合部34处激光焊接或软焊到底座32的侧壁的上部部分上。

其中在壳体中的氦气最易于泄漏出的另一个部分是底座32的开口，在壳体中的FPC组件连接到在壳体外的电路板上的引线40配合到该开口上。图11和12分别是引线40的侧视图和俯视图。引线40具有凸缘41、和由玻璃密封材料44固定到凸缘41上的多个针，并且通过用焊料把凸缘41连结到在底座32的底部中的开口的周缘上而固定。

[专利文件1]美国专利申请No.2005/0068666

发明内容

然而，用来把引线连结到底座上的焊料作为材料是低容许应力的，从而它不可能保证取决于在使用磁盘装置的同时施加到磁盘装置上的外力或由环境的温度变化引起的意外变形的充分连结可靠性。

鉴于以上背景已经形成本发明，并且其目的是提供用来改进在引线密封部分中的连结可靠性的装置。

根据本发明用来解决以上问题的磁盘装置包括：磁盘；主轴电机，它转动地驱动磁盘；磁头，它记录和再现在磁盘上的信息；致动器组件，它在磁盘上在其半径的方向上运动磁头；底座，设有磁头、主轴电机与致动器组件、及进行电气连接的FPC组件；及盖，连结到底座上，提供有通过把盖连结到底座上而形成的空间的磁盘装置填充有低密度气体，其中，安装引线的平面提供在装置外在开口的周缘处以布置引线，该引线包括电气连接到FPC组件上的针和凸缘，针在透过在其中提供的底座的开口处由密封材料固定到该凸缘上，使引线的凸缘在外形上比开口大，及凸缘的周缘从装置外侧连结到安装平面上。

安装平面提供在比底座的厚度中心更靠近装置内侧的位置中。安装平面是当从开口看时向装置的外侧形成的台阶之一。凸缘在装置内其周缘的平面上优选地具有沟槽。希望的是，底座由压铸铝制成，凸缘由镍合金或不锈钢制成，及密封材料由玻璃或陶瓷制成。低密度气体优选地是氦气。

根据本发明的结构，可减小由在磁盘装置被使用和应用于焊料连结部分上的同时施加到磁盘装置上的外力或由温度环境变化引起的变形所引起的应力，这能够大大地改进在密封部分中的连结可靠性。

此外，根据本发明的结构，有利于从装置外进行用于软焊和清理的焊剂供给，这在可加工性和软焊质量方面优良。焊剂残余物可从外部容易地清除。

附图说明

图1表示其中根据第一实施例安装引线的部分的横截面。

图2表示其中在比较例中安装引线的部分的横截面。

图3A是在实施例中气密密封磁盘装置的俯视图，引线安装结构应用于这些实施例。

图3B是在图3A中表示的气密密封磁盘装置的部分横截面。

图4表示其中根据第二实施例安装引线的部分的横截面。

图5表示其中根据第三实施例安装引线的部分的横截面。

图6A表示通过用有限元方法计算在第一实施例中安装引线的部分处的变形而得到的结果。

图6B是关于在图6A中的分析结果的示意图。

图7A表示通过用有限元方法计算在第二实施例中安装引线的部分处的变形而得到的结果。

图7B是关于在图7A中的分析结果的示意图。

图8A表示通过用有限元方法计算在第三实施例中安装引线的部分处的变形而得到的结果。

图8B是关于在图8A中的分析结果的示意图。

图9是比较表格，表示通过用有限元方法计算施加到焊料连结部分和玻璃密封部分上的应力而得到的结果。

图10是传统气密密封磁盘装置的横截面。

图11是侧视图，表示其中安装传统引线的部分。

图12是俯视图，表示其中安装传统引线的部分

具体实施方式

下面参照附图描述实现本发明的最好模式。图3A是根据本发明的气密密封磁盘装置的俯视图，该气密密封磁盘装置不带有用于其壳体的盖。图3B是盖固定到其上的磁盘装置的部分横截面。在图3A和3B中，底座2是具有底部部分和侧壁的箱形壳体。主轴电机21固定到底座2的底部部分上。磁盘22附加到主轴电机21的转动部分上，并且被转动地驱动。另外，枢轴27固定到底座2的底部部分上。包括音圈电机和由致动器组件23转动地驱动的磁头万向架组件24的致动器组件23枢转地由枢轴27支撑。具有空气承载表面(ABS)的滑动器附加到磁头万向架组件24的远端上。与磁盘22一起用来记录和再现信息的磁头25安装在滑动器上。磁头万向架组件24在磁盘22的径向方向上转动，并且磁头25定位在磁盘22上的记录磁道上以进行记录和再现。此外，提供把磁头和电机连接到在附加到壳体外部的电路板28上安装的控制电路上的柔性印刷电路(FPC)组件26，以传输由磁头25记录和再现的信息、和用来驱动电机的信号。由在以上壳体中的主轴电机21、磁盘22、执行器组件23、磁头万向架组件24及FPC组件26和在壳体外的电路板28组成的磁头磁盘组件(下文称作“HDA”)起磁盘装置的作用。

盖29在氦气的气氛中固定，以把氦气气密地密封在壳体中，HDA安装到该壳体上。当盖29通过激光焊接或软焊固定到底座2上时，用于底座2和盖29的材料需要从耐用性、可靠性及成本的观点来选择。例如，希望选择由压铸铝模制的底座2、和通过挤压或切削形成的铝盖29；或者选择通过冷锻由具有相对小含量的铜和镁的铝合金形成的底座2、和通过挤压或切削形成的铝盖29。在盖29被固定时，壳体用氦气来填充，由此生产气密密封磁盘装置20。

具有用来电气连接FPC组件的针和凸缘的引线1表示在图3A和3B中。引线1布置在FPC组件26周围的底座的底部处，如图中所示。

在气密密封磁盘装置中在引线与底座之间的连结要求高气密质量，以保持密封的低密度气体。为此，在引线与底座之间的空间由焊料等密封。然而，焊料作为材料在容许应力方面比诸如不锈钢、铝及其它之类的一般金属低，从而它依据在使用磁盘装置的同时施加到磁盘装置上的外力或由温度环境变化引起的意外变形可能断开或断裂，这不能保证足够的密封性能。

首先，描述针对施加到磁盘装置上的外力用来保证密封性能的本发明的结构。

图2表示用于与本发明的引线安装结构相比较的一种引线安装结构。

在图2中，仅仅表示引线1、底座2及盖29。引线1配合到底座2上，从而气密地密封在壳体内的底座2的开口。引线1的凸缘4在外形上比开口大，并且其周缘通过软焊连结到插入在周缘与底座2之间的焊料连结部分6上。如图2中所示，引线1在装置正在制造和使用的时候，例如，当卡从外侧连接到钢针3上或在壳体中的大气压力较低时，经受各种外力。当从外侧按压时，引线1经受在剥离焊料连结部分6的方向上的力。

因而，当引线由在壳体内的焊料连结到底座上时，如上所述，焊料在容许应力方面较低，从而当它经受像剥离焊料连结部分的这样一种力时，在接合部分处断开或断裂。

当引线由焊料连结到底座上时，进行用于软焊和清理的焊剂供给。然而，在以上比较例中表示的结构中，这样一种供给工作需要在壳体内进行，这在可加工性方面较差，并且不利地影响焊接质量。剩余在壳体内的焊剂残余物可能对HDA施加不利的影响。

图1表示其中安装根据本发明第一实施例的磁盘装置的引线的部分的横截面。在图中，省略在图3A中表示的HDA，并且放大引线的周缘。顺便说明，引线1在整个构造方面大体与在图5中的第三实施例中表示的构造相同，从而也一起参考图5。引线1具有凸缘4、和由凸缘4垂直保持的多根针(钢针)3。钢针3的周缘填充有密封材料5，如玻璃、陶瓷，以气密地密封在钢针3与凸缘4之间的空间。凸缘4的材料与密封5和底座2的材料相适应，并且选择成减小施加到连结部分8上的应力。当底座2由铝制成时，凸缘4优选地由镍合金或不锈钢制成。

如图1中所示，透过底座2的开口7提供在其底部中，并且引线安装平面8提供在开口7周围的装置外侧上。明确地说，安装平面是当从开口7看时向装置的外侧形成的台阶之一。作为连结位置的引线安装平面8在位置方面比底座2的厚度中心更靠近装置的外侧。引线1的凸缘4在外形上比底座2的开口7大，并且凸缘4的周缘从装置的外侧安装在底座2的引线安装部分8上且由焊料连结到其上。

根据该结构，由于引线1从装置的外侧连结到底座2上，焊料连结部分6不经受关于把它剥离的这样一种力。换句话说，即使力从外侧施加到引线1上，引线1也经受压靠底座2的安装平面的台阶的这样一种力，并且不经受把它剥离的这样一种力。因为它从装置的外侧安装。这提高在焊料连结部分中的连结可靠性。

根据在图1中的结构，用于软焊和清理的焊剂供给可在装置的外侧进行，这在可加工性方面优良，并且能够保持良好的焊接质量。焊剂残余物可容易地从外侧除去，并且绝不会对于在装置内的HDA施加不利影响。

第二，描述本发明的结构的第一例子，该结构针对当使用磁盘装置时由温度环境变化引起的变形保证密封性能。

图6A和6B表示引线1和焊料连结部分6由于温度变化而变形的状态。图6A表示对于其中温度从正常变高的情况用有限元方法通过计算变形而得到的结果。图6B是有助于读者容易理解在图6A中表示的分析结果而画出的示意图。由图6A和6B，可看到，引线1在高温下向装置的内侧变形。下面描述原因。

在本发明中，在引线1的凸缘4中使用的SPCC的热膨胀系数是13至17ppm/deg.C。另一方面，在底座2中使用的压铸铝材料的热膨胀系数是20ppm/deg.C。由压铸铝制成的底座2在热膨胀系数方面比由镍合金制成的凸缘4高。另一方面，由引线1和位置布置得比底座2的厚度中心更靠近装置外侧的焊料连结部分6阻止底座2变形。让我们考虑其中在使用或运输磁盘装置时环境温度升高的情形。

尽管底座2经受在高温下由与凸缘的热膨胀系数的以上差别引起的应力，但由位于比底座2的厚度中心更靠近装置外侧的焊料连结部分6阻止底座2变形，从而应力向装置的内侧而不是向底座2的厚度中心作用。结果，底座2向磁盘装置的内侧变形。

另一方面，在高温下通过焊料连结部分6由底座2使引线1经受张力，这也使引线1向装置的内侧变形。

因此，当底座2和引线1在相同方向上变形时，焊料连结部分6也相应地经受应力。

如上所述，当在底座2与引线1之间的连结部分位于比底座的厚度中心更靠近装置外侧时，具有作为材料容许应力低的焊料的连结部分经受应力，在连结部分处引起断开或断裂，这不能保持密封性能。

图4表示其中安装根据本发明第二实施例的磁盘装置的部分的横截面。而且在图中，省略在图3B中表示的HDA，并且放大引线的周缘。顺便说明，引线1在整个构造方面大体与在图1中表示的构造相同。

如图4中所示，作为引线安装平面8的台阶提供在比底座2的厚度中心71更靠近装置内侧的位置中，换句话说，如果把底座的厚度当作T，则引线安装平面8的位置比T/2的位置更靠近装置的内侧。

根据本结构，引线安装平面8提供在比底座2的厚度中心71更靠近装置内侧的位置中，这能够改变底座2变形的方向，以抑制底座2和引线1的变形、和施加到焊料连结部分上的应力。

参照图7A和7B详细描述操作。图7A和7B表示引线1和焊料连结部分6由于温度变化变形的状态。图7A表示对于其中温度从正常变高的情况用有限元方法通过计算变形而得到的结果。图7B是有助于读者容易理解在图7A中表示的分析结果而画出的示意图。

如以上叙述的那样，底座2经受在高温下由与凸缘的热膨胀系数的差别引起的应力，然而由位于比底座2的厚度中心更靠近装置内侧的焊料连结部分6阻止底座2，从而应力向装置的外侧而不是向底座的厚度中心作用。结果，底座2向磁盘装置的外侧变形。

另一方面，在高温下通过焊料连结部分6由底座2使引线1经受张力，这也使引线1向磁盘装置的内侧变形。

因此，底座2与引线1相反地变形。底座2的变形补偿引线1的变形，以抑制凸缘4的平面外变形。作为这个的结果，可抑制施加到焊料连结部分上的应力。

如图7B中所示，使其中底座2连结到引线1上的部分处于比底座的厚度中心更靠近装置内侧的位置中，抑制施加到具有作为材料容许应力低的焊料的连结部分上的应力，由此防止连结部分断开或断裂，这允许保持密封性能。

第三，描述本发明的结构的第二例子，该结构针对当使用磁盘装置时由温度环境变化引起的变形保证密封性能。

图5表示根据第三实施例的引线的立体图。

在以上第二实施例中，底座2的变形补偿引线1的变形，以抑制凸缘4的平面外变形，然而，这不是始终意味着完全抑制其平面外变形。

为此原因，如图5中所示，沟槽9提供在装置内的凸缘4的周缘的平面中。

根据本结构，引线的变形可限制到沟槽的周缘，并且不能延伸到整个区域。结果，可进一步抑制施加到焊料连结部分6上的应力。

图8A和8B表示引线1和焊料连结部分6由于温度变化变形的状态。图8A表示对于其中温度从正常变高的情况用有限元方法通过计算变形而得到的结果。图8B是有助于读者容易理解在图8A中表示的分析结果而画出的示意图。

由图8A和8B，可看到，施加到引线1上的应力由引线1的沟槽9吸收，以抑制凸缘4的变形。

顺便说明，尽管图8A和8B表示沟槽9提供在根据第二实施例的引线1中的状态，但沟槽也可提供在根据以上第一实施例的引线1中。在这种情况下，与第一实施例中的引线相比，可进一步抑制引线1的凸缘4的变形。

图9表示通过用有限元方法计算在高温下施加到焊料连结部分6和密封材料(玻璃)5上的应力而得到的结果。在图中，在括号(1)中的数字1指示在图6A和6B中表示的第一实施例中的计算结果；(2)指示在图7A和7B中表示的第二实施例中的计算结果；及(3)指示在图8A和8B中表示的第三实施例中的计算结果。结果代表相对于当作100的数字(1)的那些值的相对值。如可从图中看到的那样，在数字(2)和(3)中施加到焊料连结部分6上的应力小于在数字(1)中的应力。

如以上描述的那样，根据诸实施例，允许减小从外侧施加到磁盘装置上的力、和当使用磁盘装置时由温度环境变化引起的变形导致的施加到焊料连结部分上的应力。

此外，完全气密密封的氦气环境能够以节省的电功率、足够的安静度实现磁头的快速和准确定位控制，并且在其中不考虑节省电功率的情况下，允许磁盘的高速转动或磁头万向架组件的高速驱动。

更进一步，完全气密密封的壳体允许消除大气压力和湿度变化对HDA的影响、和防止在HDA中的电机油氧化和退化。

Claims (10)

1.一种磁盘装置，包括：

磁盘；

主轴电机，它转动地驱动磁盘；

磁头，它记录和再现在磁盘上的信息；

致动器组件，它在磁盘上在其半径的方向上运动磁头；

底座，设有磁头、主轴电机与致动器组件、及进行电气连接的FPC组件；及

盖，焊接到底座上，提供有通过把盖焊接到底座上而形成的空间的磁盘装置填充有低密度气体，其中，

安装引线的平面提供在装置外在开口的周缘处以布置引线，该引线包括电气连接到FPC组件上的针、和凸缘，针在透过在其中提供的底座的开口处由密封材料固定到该凸缘上，使引线的凸缘在外形上比开口大，及凸缘的周缘从装置外侧软焊到安装平面上。

2.根据权利要求1所述的磁盘装置，其中，安装平面是当从开口看时向装置的外侧形成的台阶之一。

3.根据权利要求1所述的磁盘装置，其中，凸缘在装置内在其周缘的平面上具有沟槽。

4.根据权利要求1所述的磁盘装置，其中，底座由压铸铝制成，凸缘由镍合金、不锈钢或SPCC制成，及密封材料由玻璃或陶瓷制成。

5.根据权利要求1所述的磁盘装置，其中，低密度气体是氦气。

6.一种磁盘装置，包括：

磁盘；

主轴电机，它转动地驱动磁盘；

磁头，它记录和再现在磁盘上的信息；

致动器组件，它在磁盘上在其半径的方向上运动磁头；

底座，设有磁头、主轴电机与致动器组件、及进行电气连接的FPC组件；及

盖，连结到底座上，提供有通过把盖连结到底座上而形成的空间的磁盘装置填充有低密度气体，其中，

安装引线的平面提供在装置外在开口的周缘处，并且在比底座的厚度中心更靠近装置内侧的位置中，以布置引线，该引线包括电气连接到FPC组件上的针、和凸缘，针在透过在其中提供的底座的开口处由密封材料固定到该凸缘上，使引线的凸缘在外形上比开口大，及凸缘的周缘从装置外侧连结到安装平面上。

7.根据权利要求6所述的磁盘装置，其中，安装平面是当从开口看时向装置的外侧形成的台阶之一。

8.根据权利要求6所述的磁盘装置，其中，凸缘在装置内在其周缘的平面上具有沟槽。

9.根据权利要求6所述的磁盘装置，其中，底座由压铸铝制成，凸缘由镍合金、不锈钢或SPCC制成，及密封材料由玻璃或陶瓷制成。

10.根据权利要求6所述的磁盘装置，其中，低密度气体是氦气。

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