CN101192414A - 减小挠性件变形及凸点分离的磁头折片组合及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于磁盘驱动单元的磁头折片组合的薄膜压电微致动器的系统及方法，以便减小挠性件变形及/或凸点分离。在若干实施例中，磁头折片组合可以包括具有悬臂挠性件的悬臂件。所述悬臂挠性件可以包括微致动器安装区域。所述悬臂挠性件的微致动器安装区域内可以安装微致动器。所述微致动器安装区域上至少形成一个用于增加悬臂挠性件强度的支撑板。所述支撑板可以为单个条形支撑板、两个互相分离的条形支撑板、圆形支撑板、矩形支撑板及/或十字形支撑板。所述支撑板可以由金属材料形成，并且可以借助化学蚀刻方法形成。

Description

减小挠性件变形及凸点分离的磁头折片组合及制造方法

技术领域

本发明涉及一种信息记录磁盘驱动装置，尤其涉及一种用于减小磁盘驱动单元的磁头折片组合的薄膜压电微致动器的挠性件变形及/或凸点分离的制造技术。

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以及设置于该磁性媒介上方的移动式读/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地将读/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/写头的位置控制精度及速度。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。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。

一种已知的用于实现对读/写头位置微调的微致动器包含有压电元件(PZT element)。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。压电微致动器具有适当的结构，使得压电元件的收缩或扩张引起微致动器的运动，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专利中，比如日本专利JP 2002-133803，美国专利第6,671,131、6,700,749号及美国专利公开第2003/0168935号，上述文件的内容在此作为参考。

图1及图2所示为传统的磁盘驱动系统。磁盘101安装在主轴马达102上并由其旋转。音圈马达臂104上承载有磁头折片组合100，该磁头折片组合100包括含有磁头103的微致动器105，该磁头103上安装有读/写头。一音圈马达控制音圈马达臂104的运动，进而控制磁头103在磁盘101的表面磁轨间的移动，最终实现读/写头在磁盘101上数据的读写。

然而，由于音圈马达及磁头臂组合(head suspension assembly)的固有误差(例如动态性能)，当仅仅使用一个伺服马达系统时，磁头无法实现快速而精确的位置控制，相反地，而是影响读/写头精确读写磁盘上数据的性能。为此，增加上述压电微致动器105，以便提高磁头103及其读/写头的位置控制精度。更具体地讲，相对于音圈马达驱动器，该压电微致动器以更小的幅度来调整磁头的位移，以便补偿音圈马达和(或)磁头臂组合的共振误差。该压电微致动器使得应用更小的磁轨间距成为可能，并且可以提高磁盘系统的磁轨密度(TPI，每英寸所含的磁轨数量)，同时可以减少磁头的寻道时间及定位时间。因此，压电微致动器105可以大幅度提高磁盘驱动系统的存储盘表面记录密度。

图3及图4展示了图1及图2所示传统磁盘驱动器中含有双驱动器的磁头折片组合100。更具体地说，图3是图1、图2所示磁盘驱动器的传统磁头折片组合局部放大的立体图。图4是图3所示磁头折片组合的俯视图。具有读/写头的磁头103局部地安装在所述悬臂件的磁头支撑板121上。所述磁头支撑板121上形成一个用于支持磁头背面中心的突起127。具有多个导线的柔性电缆122将所述磁头支撑板121与金属底板挠性件123连接起来。

具有凸点125的悬臂负载杆124支撑着所述磁头支撑板121及金属底板挠性件123。所述悬臂负载杆124的凸点125支撑所述磁头支撑板121的突起127。这样确保当磁头飞行于磁盘上方时，来自负载杆124的负载力被施加于磁头中心。含有薄膜压电微致动器10的两个薄膜压电元件安装在舌片区域128上靠近悬臂件的柔性电缆122处，并且至少局部地位于所述磁头103的下方。

当施加电压于所述两个薄膜压电元件时，其中一个压电元件会收缩，而另一个压电元件会膨胀。不幸的是：这种膨胀和/或收缩会产生相对于磁头支撑板121的旋转扭矩。例如，由于所述磁头支撑板121及挠性件123通过柔性电缆而与所述舌片区域128相连接，磁头支撑板121及磁头会相对于悬臂负载杆上的凸点125进行旋转。所述舌片区域128的厚度通常仅为10-20μm，并且通常由柔性聚合体材料制成。因此，这种柔软材料会被所产生的扭矩损坏。而且它也容易在制造和处理过程中产生变形。这种变形的后果会导致所述凸点分离，并对磁头折片组合的性能产生严重的不良影响。

图3、4所示传统磁头折片组合设计的另一个缺点涉及抗震性能。如上所述，磁头局部地安装在磁头支撑板121上，而磁头支撑板121通过柔性电缆与挠性件基板连接。所述柔性电缆通常也由柔软的聚合体材料形成。因此，整体结构的抗震性能非常差。例如，振动和/或震动现象会导致悬臂件和/或薄膜压电元件的损坏(譬如：裂开或断开等)。

图5、图6通过图解详细展示了与传统磁头折片组合有关的变形和分离问题。例如，图5展示了与传统磁头折片组合有关的悬臂舌片区域变形问题。如上所述，所述磁头支撑板121借助柔性电缆122而固定于挠性件123的舌片区域128。所述柔性电缆由柔软的聚合体材料制成，并且其厚度为10-20μm。因此，所述悬臂件容易在舌片区域128产生变形。所述变形可以在悬臂件的制造、超声波清洗过程中或磁头折片组合的制造过程中发生。另外，所述变形也可因震动、振动或类似情况的发生而发生，因为整体结构趋向于脆弱。

图6展示了与传统磁头折片组合有关的凸点分离问题。如前所述，具有凸点125的悬臂负载杆124通常用于借助与磁头支撑板的突起127的连接而支撑磁头支撑板121及挠性件123。然而，在悬臂件和/或磁头折片组合的制造过程中、在发生振动、震动或类似情况时，所述凸点125与突起127可能互相分离。

因此，需要提供一种改良的系统来克服上述缺点。

发明内容

本发明的一方面涉及一种磁头折片组合。在若干实施例中，所述磁头折片组合可以包括具有悬臂挠性件的悬臂件。所述悬臂挠性件包括位于该悬臂挠性件上的微致动器安装区域。所述微致动器安装区域上可以安装微致动器。所述微致动器安装区域上形成至少一个用于增加所述悬臂挠性件强度的支撑板。

本发明的另一方面涉及一种磁盘驱动单元。在若干实施例中，所述磁盘驱动单元可以包括磁头折片组合。一个驱动臂可以与所述磁头折片组合连接。主轴马达可以驱动磁盘。所述磁头折片组合包括具有悬臂挠性件的悬臂件。所述悬臂挠性件包括位于该悬臂挠性件上的微致动器安装区域。所述微致动器安装区域上可以安装微致动器。所述微致动器安装区域上形成至少一个用于增加所述悬臂挠性件强度的支撑板。

本发明的另一方面涉及一种磁头折片组合的制造方法。在若干实施例中，该方法可以包括如下步骤：形成磁头支撑板；将压电片元件安装到所述磁头支撑板上；提供悬臂件的挠性件；将所述挠性件与磁头支撑板连接起来；形成所述悬臂件的基板、负载杆及枢接件；通过将所述基板、负载杆、枢接件及挠性件互相安装在一起而形成悬臂件；及形成至少一个接近所述压电元件且用于增加所述挠性件强度的支撑板。

根据本发明的若干实施例，所述支撑板可以由金属材料形成，并且可以借助化学蚀刻方法形成。所述压电元件安装区域可以分为两半部分，所述每半部分具有外边缘。所述压电元件安装区域的每半部分上可以具有一个或多个支撑板。所述每个支撑板可以具有下列形状及位置：与所述压电元件安装区域的底部平行的单各条状支撑板；与所述压电元件安装区域的底部平行的两个互相分离的条状支撑板；与所述压电元件安装区域的边缘对齐的单个条状支撑板；与所述压电元件安装区域的边缘对齐的两个互相分离的条状支撑板；圆形支撑板；矩形支撑板；及/或十字形支撑板。而且，另外的支撑板可以单独或与其它支撑板同时安装在所述压电元件安装区域的每半部分的自由端。

为使本发明更加容易理解，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

附图说明

图1为传统磁盘驱动单元的立体图。

图2为图1所示传统磁盘驱动单元的局部立体图。

图3是图1、2所示磁盘驱动单元的传统磁头折片组合的放大立体图。

图4是图3所示磁头折片组合的俯视图。

图5展示了与传统磁头折片组合有关的悬臂舌片区域变形问题。

图6展示了与传统磁头折片组合有关的凸点分离问题。

图7a展示了本发明一个实施例所述磁头折片组合的立体图。

图7b展示了本发明一个实施例所述磁头折片组合的末端放大图。

图7c展示了本发明一个实施例所述薄膜压电微致动器的放大图。

图7d展示了本发明一个实施例所述磁头折片组合末端的侧视图。

图8a展示了本发明一个实施例所述悬臂挠性件在舌片区域的立体图。

图8b展示了本发明一个实施例所述悬臂挠性件在舌片区域的仰视图。

图8c展示了图8b所示结构沿A-A线的剖视图。

图9展示了本发明一个实施例所述磁头折片组合的分解图。

图10a-10b展示了通过实验获得的共振测试数据，用于对传统实施例和本发明若干实施例进行详细比较。

图11a-11e展示了本发明若干实施例所述金属支撑板的几种结构。

具体实施方式

虽然柔性支撑板有利于减少共振传递，然而，如上文所述，它们也存在不利之处，比如它们可以引起变形和分离的问题。传统的磁头折片组合设计包括利用聚合体材料制造柔软且可弯曲的支撑板，这些支撑板用于需要精调读/写头位置时支撑磁头折片组合的压电微致动器。因此，这些设计存在这些缺点。本发明的若干实施例通过在挠性件上提供金属支撑板结构，克服了一个或多个上述缺点和/或其它缺点，从而减少了挠性件变形及凸点分离。换句话说，所述挠性件的强度得以加强，从而减小了挠性件变形及/或凸点分离，并且可以获得良好的共振性能。

更具体地讲，本发明的几个具体实施例提供了位于磁头折片组合的舌片区域下方的金属支撑板。例如，所述金属支撑板可位于舌片区域下方的柔性电缆背面。这种结构可提供更为牢固的支撑，因而潜在地减少了挠性件变形和凸点分离，提高了抗震性能，并获得良好的减少共振传递的功能特性。

现在结合说明书附图对本发明的几个实施例进行描述，图中类似元件以类似标号表示。图7a-7d展示了本发明若干实施例所述磁头折片组合的压电微致动器。图7a详细展示了本发明一个实施例所述磁头折片组合的立体图。所述磁头折片组合(head gimbal assembly，HGA)包括负载杆305、位于所述负载杆305前端的磁头及挠性件307。所述挠性件307的前端与磁头局部地连接。微致动器310(详述如下)及读/写头103位于所述磁头的末端。所述负载杆305固定于基板301(base plate)上，所述基板301包括枢接件302。

图7b为本发明一个实施例所述磁头折片组合的末端放大图。图7c为本发明一个实施例所述薄膜压电微致动器的放大图。图7d为本发明一个实施例所述磁头折片组合的末端侧视图。所述薄膜微致动器310包括分别具有自由端310d-e及具有公共连接端310c的两个侧板(side)310a-b。

所述公共连接端310c上设有至少一个连接和/或电触点。在该实施例中，设有三个电连接触点309a-c，其中电连接触点309b为公共接地端。所述悬臂件与薄膜压电元件310a-b借助附着在上述触点的导线而互相电性连接起来。所述磁头折片组合还包括位于所述挠性件上的两根电导线202，203。所述导线202，203借助多个触点318而与控制系统(图未示)连接。所述导线202同时与薄膜压电微致动器310连接，而所述导线203同时与读/写头103连接。

金属支撑基板(metal support base)315在所述挠性件307的舌片区域与该挠性件307的背面连接。所述磁头局部地安装于所述悬臂舌片，平行间隙314使得当所述压电微致动器被驱动时该磁头可以自由旋转。所述位于负载杆305上的凸点312支撑所述挠性件的背面，从而使得负载压力施加于磁头的中心。

图8a详细展示了本发明一个实施例所述悬臂挠性件的舌片区域从顶部观察的立体图。所述悬臂挠性件包括顶部区域403、压电元件安装区域404及用于挠性件的金属基板(metal base)123。所述顶部区域403包括磁头支撑层部(slider support layer part)121及与所述压电元件安装区域对应的聚合物覆盖层。所述聚合物覆盖层上具有多条导线，这些导线将磁头连接触点402与悬臂件触点318电性连接起来。所述突起127形成于磁头支撑板121的中间区域，并靠近所述顶部区域403。槽口405通过上述导线而形成于突起127的相对两侧。当所述薄膜压电微致动器工作时，这种结构使得所述顶部区域403能够容易地相对于悬臂件凸点125旋转，所述悬臂件凸点125由所述突起127支撑。

图8b详细展示了本发明一个实施例所述悬臂挠性件的舌片区域从底部观察的视图。参照图8b，所述挠性件的压电元件安装区域的背面(即下面)设置有金属支撑板(metal support)407、408。这种支撑结构将增强柔软压电元件安装区域404的强度，所述压电元件安装区域404通常由柔性聚合物材料制成，从而减少了上述变形问题，尤其是在悬臂件制造、清洁、压电微致动器的安装及磁头折片组合制造等过程中发生的变形问题。

更具体地说，所述金属支撑板407位于所述压电元件安装区域404的背面(即下面)。这种结构可在挠性件制造过程中借助化学蚀刻方法形成，并且该结构可与所述金属基板123及磁头支撑板121互相分离。这种结构可增加所述压电元件安装区域404的强度，从而减少了上述压电微致动器变形和/或凸点分离的问题。可以理解地，在所述压电元件安装区域404获得适当强度的同时，其还可以继续维持足够的柔性，从而允许所述压电微致动器进行位移微调。

另外，多个金属支撑板408可形成于所述突起127的相反两侧，用于支撑所述薄膜压电微致动器的自由端310d-e。当将所述压电微致动器安装到挠性件时，这将使所述压电元件安装区域404保持足够的强度从而避免被损坏。这些结构同样可以在挠性件制造过程中通过化学蚀刻方法而形成。

图8c为图8b所示结构沿A-A方向的剖视图。具体地说，图8c展示了磁头支撑板121、金属支撑板407、408及从所述压电元件安装区域404向下延伸(即突出)的金属挠性件123。可以理解地，图8c所示结构仅为一个实施例，所述元件之间的相对关系也可用其它方式描述。例如，所述金属支撑板可以形成于所述压电元件安装区域404，而所述压电元件安装区域404又可以认为是形成于(甚至连接于)磁头支撑板121及金属挠性件123上。

图9详细展示了本发明一个实施例所述磁头折片组合的部分拆解图。最底端的部件(包括具有凸点312的负载杆305)形成了所述磁头折片组合的底板(base)。所述金属挠性件123、其内形成槽口405的磁头支撑板121及用于借助上述方式电性连接不同元件的相关导线安装于所述底板。如上所述，压电微致动器310位于所述压电元件安装区域404上。所述读/写头103至少局部地设置于压电微致动器310(例如：为了实现微调控制)及顶部区域403上。

图10a及图10b展示了通过实验获得的详细共振测试数据，用于将传统实施例与本发明若干实施例进行比较。线段601展示了悬臂件基板的激发增益数据，而线段604展示了与其相关的相位。线段602展示了具有扭曲变形的压电微致动器的激发增益数据，而线段605展示了与其相关的相位。线段603展示了本发明一个实施例所述压电微致动器的激发增益数据，而线段606展示了与其相关的相位。如图所示，具有扭曲变形的压电微致动器在10Khz和25Khz的频率范围内出现多个共振峰值。这些共振峰值对磁头折片组合的动态性能例如磁盘驱动器的伺服性能产生严重影响。而且，正如图中所示，本发明的若干实施例能够提高共振性能，从而获得良好的伺服性能。

图11a至11e展示了本发明若干实施例所述金属支撑板的多种结构。例如，所述金属支撑板可以包括位于所述每个压电微致动器310a’-b’上方和/或下方的单独条形结构，这些条形结构与所述压电微致动器的边缘对齐或平行于所述压电微致动器310的底板(base)(图11a及图11b分别展示了支撑条407a-b)。多个支撑条可通过类似的方式设置于其上(图11c及图11d分别展示了支撑条407a-b及408a-b)。并且所述支撑条也可具有封闭的形状，例如与所述压电微致动器的半体对应的形状、圆形、矩形等形状。可以理解地，其它形状(例如T形、十字形等)也可以单独被采用或与上述形状及其它未列出的形状结合后而被采用。另外，所述压电元件安装区域404的下方或上方可以安装一个或多个金属支撑板，只要所述一个或多个金属支撑板不会对压电微致动器310的运行产生干涉作用即可。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (16)

1.一种磁头折片组合，包括：

具有悬臂挠性件的悬臂件，所述悬臂挠性件具有位于该悬臂挠性件上的微致动器安装区域；及

安装于所述悬臂挠性件的微致动器安装区域的微致动器，其中

所述微致动器安装区域上形成至少一个用于增加所述悬臂挠性件强度的支撑板。

2.根据权利要求1所述的磁头折片组合，其特征在于：所述至少一个支撑板为金属支撑板。

3.根据权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于：所述至少一个支撑板借助化学蚀刻方法形成。

4.根据权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于：所述压电元件安装区域分为两半部分，所述每半部分具有外边缘，所述压电元件安装区域的每半部分包括一个或多个：与所述压电元件安装区域的底部平行的单个条状支撑板；与所述压电元件安装区域的底部平行的两个互相分离的条状支撑板；与所述压电元件安装区域的边缘对齐的单个条状支撑板；与所述压电元件安装区域的边缘对齐的两个互相分离的条状支撑板；圆形支撑板；矩形支撑板；及/或十字形支撑板。

5.根据权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于：所述压电元件安装区域分为两半部分，所述每半部分具有与一个公共端分开的自由端，所述每个自由端包括支撑板。

6.根据权利要求4所述的磁头折片组合，其特征在于：所述压电元件安装区域的每半部分具有与一个公共端分开的自由端，所述压电元件安装区域的每半部分还具有至少一个位于所述自由端的支撑板。

7.一种磁盘驱动单元，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，

用于驱动所述磁盘旋转的主轴马达；其中

所述磁头折片组合包括：

具有悬臂挠性件的悬臂件，所述悬臂挠性件具有位于该悬臂挠性件上的微致动器安装区域；及

安装于所述悬臂挠性件的微致动器安装区域的微致动器，其中

所述微致动器安装区域上形成至少一个用于增加所述悬臂挠性件强度的支撑板。

8.根据权利要求7所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述至少一个支撑板为金属支撑板。

9.根据权利要求8所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述至少一个支撑板借助化学蚀刻方法形成。

10.根据权利要求8所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述压电元件安装区域分为两半部分，所述每半部分具有外边缘，所述压电元件安装区域的每半部分包括一个或多个：与所述压电元件安装区域的底部平行的单各条状支撑板；与所述压电元件安装区域的底部平行的两个互相分离的条状支撑板；与所述压电元件安装区域的边缘对齐的单个条状支撑板；与所述压电元件安装区域的边缘对齐的两个互相分离的条状支撑板；圆形支撑板；矩形支撑板；及/或十字形支撑板。

11.根据权利要求8所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述压电元件安装区域分为两半部分，所述每半部分具有与一个公共端分开的自由端，所述每个自由端包括支撑板。

12.根据权利要求10所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述压电元件安装区域的每半部分具有与一个公共端分开的自由端，所述压电元件安装区域的每半部分还具有至少一个位于所述自由端的支撑板。

13.一种磁头折片组合的制造方法，包括以下步骤：

形成磁头支撑板；

将压电片元件安装到所述磁头支撑板上；

提供悬臂件的挠性件；

将所述挠性件与磁头支撑板连接起来；

形成所述悬臂件的基板、负载杆及枢接件；

通过将所述基板、负载杆、枢接件及挠性件互相安装在一起而形成悬臂件；及

形成至少一个接近压电元件且用于增加所述挠性件强度的支撑板。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述至少一个支撑板为金属支撑板。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述至少一个支撑板借助化学蚀刻方法形成。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述至少一个支撑板为一个或多个下列结构：单个条形支撑板、两个互相分离的条形支撑板、圆形支撑板、矩形支撑板及/或十字形支撑板。

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