CN1136543C - 头悬架组件和含有该头悬架组件的数据记录盘驱动器 - Google Patents
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Abstract
一个用于支承磁读/写滑块的整体悬架系统包括：用于支承滑块的承载梁，用于把承载梁接到滑块的挠性件，该挠性件包括把滑块连接在那里的结合区、支承滑块读/写单元终接的端部平台、和绞链状柔性构件，用于柔性地连接端部平台和结合区。该挠性件还包括一对基本上包围滑块结合区的挠性腿，和一对从挠性腿垂直延伸的翼片，以支承把磁读/写滑块电连接到盘驱动控制电子设备的导电单元。
Description
本发明一般涉及用于数据记录盘驱动器的整体引线悬架组件，并特别涉及一种在整体悬架件内把传感器连接到承载梁的挠性件，它能竖向和角向变形来实现在整体悬架引线和传感器之间所需的机械和电的连接。
直接存取存储器(DASD)，例如盘驱动器，把信息存贮在可旋转磁记录盘的同心磁迹上。为了读出或记录旋转盘上的所需信息，在悬架臂上的头或其它传感元件通过旋转和线性拖动装置一个磁迹一个磁迹地移动。悬架臂是头悬架组件的一部件，一般包括：连接到起动臂的承载梁，连接到承载梁的、被称为挠性件的挠性构件，和连接到挠性件的传感器和头。实际上，把数据读出或写在磁盘上的头被设置在空气轴承滑块内。当盘旋转时，滑块在旋转盘的表面的上方轻微地浮动，承载梁支承滑块和挠性件使它换向来调节其方向，以避免盘表面摆动度或平直度的变化。组合挠性件/传感器通常称为头换向组件。
一些悬架系统的例子表示在下列参考文献：由Bennin等人于1996年2月13日公布的美国专利5,491,597；由Hamilton等人于1996年2月16日公布的美国专利5,490,027；由Takamure等人于1995年6月27日公布的美国专利5,428,489；由Yaginuma等人于1994年12月27日公布的美国专利5,377,064；由Christianson于1994年1月25日公布的美国专利5,282,102；由Crane于1993年7月6日公布的美国专利5,225,950；由Blaeser等人于1993年3月30日公布的美国专利5,198,945；由Blaeser等人于1993年2月16日公布的美国专利5,187,625；由Khan等人于1992年5月19日公布的美国专利5,115,363；由Erpelding等人于1991年2月26日公布的美国专利4,996,623；由Levy等人于1989年1月10日公布的美国专利4,797,763；由Ainslie等人于1988年8月2日公布的美国专利4,761,699；由Foote等人于1992年6月13日公布的欧洲专利申请公开号0487914A2；由Jurgenson于1994年10月27日公布的PCT公开号WO94/24664；由Budde于1994年7月21日公开的PCT公开号WO94/16438；由Budde于1994年6月9日公布的PCT公开号WO.94/12974和Hashimoto于1984年12月24日公开的日本专利公开号59-207065。
如现有技术所表明的，在传统的空气轴承滑块悬架组件中，该滑块用环氧树脂粘结与悬架的挠性元件机械上连接。在传感器和读/写电子设备之间的电连接是由经过悬架承载梁的长度并延续在挠性元件和滑块上方的绞合线构成的。各个引线端被焊接或超声粘接到传感器结合区或设置在滑块上的结合片。悬架件的另一种类型是其上形成电导线图形的复合或叠层结构。在叠层的悬架件中，该滑块是用环氧树脂粘结到叠层的悬架件上和传感器引线被形成在悬架件上。受让人的美国专利No.4761,699披露了供传统滑块使用的叠层悬架件，其中焊球连接提供把滑块连接到叠层悬架件的机械连接和把传感器电连接到叠层悬架体上的引线的电连接。
众所周知，头换向组件必须为滑块提供适当的枢轴连接，以致于当操作期间，该滑块可通过轻微的俯仰和/或滚动来补偿制造和操作中的不规则性，以便保持空气轴轴承，同时保持克服偏转运动的适当的刚度。滚动定义为围绕直接从盘的平面中的起动臂向外延伸的纵轴的旋转，和俯仰定义为围绕垂直于滚动轴而仍位于盘的平面中的轴的旋转。偏转是围绕垂直于空气轴承表面的轴的回转。为了实用，任何挠性件必须实现适合于空气轴承浮动高度公差的足够低的俯仰和滚动刚度，而同时实现足够高的偏转刚度。
对于头换向装置的另一种重要考虑在于，它必须提供良好的动态特性。当悬架件正要起动来搜索一磁迹时或者当它正被外加力，例如气流激励时，就能激励挠性件的某种振荡模式，所关心的振动模式是挠性腿不协调的弯曲模式。如果这个振动模式被激励，悬架件将在振动方向上呈现大的增益。因此，最好是把这个振动模式放置在频率范围的高端来避免任何伺服问题。
与使用导电基板传统的悬架件或叠层型悬架件的盘驱动器有关的难题之一是在一部分结合区中产生垂直位移，该结合区是用加到悬架件的绝缘层连结滑块的。当滑块结合片连接到悬架块上的电引线或布线时，绝缘层必须要防止头短路。当企图把挠性件粘结到滑块时所遇到的是，这个垂直位移确定了滑块背面和挠性件之间的间隙。
在滑块结合区中由于这个垂直位移而产生了几个难题，例如，当滑块连接到挠性件时，相对于滑块的背面，挠性舌片必须呈扁平形。如果在挠性舌片上因垂直偏移引起的变形太过量，则滑块就不能牢固地接到挠性件。在制造期间，当滑块正要接到挠性件时通常它被装在刀架中。具有整体挠性件的悬架件然后向下压到滑块上。挠性件的部件在垂直方向上必须有少量偏移，以便滑块的背面和挠性舌片能背靠背地连接在一起。然而，这时就产生内力和力矩。此外，在滑块被连接以后，使环氧树脂固化，并且，从刀架中取出悬架件，内力和力矩就会使挠性件旋转和偏置悬架件的俯仰和静态位置。
在现有技术的方法中出现的另一个缺点是，适合于把滑块粘结到挠性件的力的大小是悬架承载梁的克载重量。挠性件的端部必须是柔性的，使用不超过该力大小的力就足以使它垂直地变形。这种变形需要的力越小，在挠性件上产生的变形和静态位置偏移就越小。
由于在结合区中垂直位移的结果所出现的又一个缺点是，倾斜的难题。当挠性件的端部垂直偏移时它也将倾斜，是属公知的。由于种种理由不希望这种倾斜。挠性件的端部就是滑块读/写单元终端的平台。包括读/写单元的滑块的边缘应当理想地与挠性平面相互垂直。非垂直的任何量将会增加终端的公差。此外，对于外形小的悬架件，在悬架承载梁和挠性件之间的距离是小的。在挠性件的端部的任何倾斜会进一步减少小距离和增加干扰的概率。
因此，本发明提供一种整体悬架组件的优点是，其中挠性件为空气支承滑座提供适当的支承，同时与整体悬架组件的各层相一致。还有优点是，提供一装置来增加挠性腿不协调的弯曲模式的振动频率，而没有增加浮动高度公差所需的低俯仰和滚动刚度，和同时增加偏转刚度。
如上面所述，按照本发明的目的，为克服现有技术的限制，本发明是一个用于在盘驱动器中支承滑块的悬架系统，该系统包括：用于支承滑块的承载梁，用于把承载梁连接到滑块的挠性件，该挠性件包括：在其上连接滑块的结合区，支承滑块读/写单元终端的端部终接平台，和用于柔性连接端部平台和结合区的铰接状柔性构件。
该挠性件还包括：一对基本上平行的、部分包围滑块安装区的挠性纵向腿。每一个腿还包括基本上垂直于挠性纵轴向外延伸的小的侧翼片。许多电引线从设置在端部终接平台上的滑块终接片引出，靠着挠性腿的侧边而接到侧翼片，然后沿挠性件的纵轴连接到控制电子设备。
在最佳实施例中，该悬架件是包括支承层、绝缘层和导电层的叠层结构。支承层包括非磁性的、高强度材料，例如不锈钢、钛、铜铍合金。在悬架件的一些区域中覆盖支承层的是绝缘层，该绝缘层是由电绝缘材料，例如聚酰亚胺、聚四氟乙烯或环氧树脂组成的。这些电引线或布线最好是铜或镀金的铜和可用任选的电绝缘涂层，例如聚酰亚胺来保护。
绞链状柔性构件构成为支承层的部件，并把挠性舌片挠性地连接到端部终接平台。柔性构件起悬臂部件的作用并沿挠性件的中心轴设置，基本上与整体引线平行。
根据本发明，当悬架件压到用于接合的滑块上时，挠性件端部终接平台将垂直偏移一个等于绝缘层的厚度的量。考虑到在挠性件和滑块之间形成的固定连接，该偏移量使滑块背面与挠性支承层齐平。同时，由于柔性构件在一端上接到端部平台，所以它也产生变形。柔性构件是如此设计的，在位移方向上它是足够软的以致于遵从小于克载重量的力的数量。柔性构件的刚度设计成与从围绕滑块安装区的挠性端部终接平台引出的整体引线平衡，以致于当其偏移时端部终接平面将不倾斜。柔性构件还设计成具有很低的垂直刚度，以致于使所得的静态位置变化减到最小。任何所得的静态位置变化可以在一个方向产生和其大小将是可预测的，因此，在制造过程中可用一些静态位置调节方法向前进行调节。此外，由于柔性构件沿挠性件的中轴设置，柔性构件的形变不产生使挠性舌片在横向方向上弯曲的力矩。因此，挠性结合区相对于滑块表面保持平直，导致良好的滑块粘接。
仍根据最佳实施例，对于绞链状柔性构件的任一侧也需要有角向的柔性。在滑块连接过程中，这个角的柔性是必须的以便使电导线与在滑块前表面的预设置的焊块对准。为此目的，整体悬架件还包括一对辅助柔性构件，其每一个从该端以直角向外延伸到绞链状柔性构件。辅助柔性构件也是悬臂构件，使柔性构件的末端与端部终接片相连接。
参照附图，其中相同的标号表示相应的部件：
图1是盘驱动系统和控制单元以框图形式的侧视图；
图2是一个盘驱动系统的顶视图；
图3是根据本发明的悬架组件的最佳实施例的侧透视图；
图4是根据本发明在滑块接到悬架件之前的悬架组件的侧截面图；
图5是根据本发明表示滑块被接到悬架件的悬架组件侧截面图；
图6表示滑块接合到悬架件的悬架组件的侧截面图；
图7是根据本发明的悬架组件的最佳实施例底视图；
图8是根据本发明表示在其上制作布线图形的悬架组件的最佳实施例的顶视图。
下面参照附图结合最佳实施例对本发明进行描述，其中相同的标号表示相同或类似的部件。尽管本发明用实施本发明的目的最好方式进行描述，但本领域的普通技术人员可理解为，利用这些技术可作出各种变型而不脱离本发明的精神或范围。
图1和图2分别表示由总标号110表示的盘驱动系统的侧视图和顶视图。该盘驱动系统110包括安装到主轴114的许多叠层磁记录盘112。这些盘112可以是普通磁盘或薄膜记录盘或，在其它实施例中，它们可以是流体轴承盘。主轴114接到使主轴114和盘112旋转的主轴电机116。底座120为盘驱动系统110提供一外壳。主轴电机116和起动轴130接到底座120上。盘芯部件132围绕起动轴130旋转并支承多个起动臂134。该组起动臂134有时被称为“梳”。旋转音圈电机140接到底座120和起动臂134的后部。
多个悬架组件150接到起动臂134。多个传感头，或滑块152分别接到悬架组件150。滑块152靠近盘112设置，以致于在操作期间，它们与用于读出和写入的盘112是电磁耦合。旋转音圈电机140围绕起动轴130旋转起动臂134，以便使悬架组件150移动到盘122上的所需的径向位置。轴130、盘芯132、臂134和电机140可总称为旋转起动部件。
控制单元160为系统110提供总的控制。控制单元160一般包括(未示出)：中央处理单元(CPU)、存储单元和其它数字电路，虽然可理解为，这些方面也可由计算机技术领域的普通人员按硬件逻辑来实现。控制单元160接到拖动控制/驱动单元166，该单元依次接到旋转音圈电机140。这种构形使控制器160去控制盘112的旋转。主系统180，典型的计算机系统接到控制单元160。主系统180可以把数字数据送到控制器160，以在盘112上进行存贮，或它可请求在特定位置上从盘112读出数字数据并送到系统180。在现有技术中，DASD单元的基本操作是众所周知的，并由McGraw Hill公司的C.Dehnis Mee和Eric D。Daniel于1990年在《磁记录手册》中详细地描述。
图3到8表示根据本发明的悬架组件的最佳实施例的各种图。尤其，图3是透视图。图4到图6是沿挠性件的中心线的截面图，图7是底视图，和图8是顶视图。
参照图3，可见本发明的挠性件250是由主挠性体202、滑块支承挠性舌片220、和挠性端部平台208组成，该挠性端部平台208由柔性构件264挠性地接到挠性舌片220。在第一最佳实施例中，该柔性构件呈矩形，并且大约为0.1mm宽×0.65mm长。对于滑块的结合区以阴影和总标号252表示，基本上包围挠性舌片220。
参照图4到6，可见挠性件250是多层的结构，它包括第一层230、第二层232、和第三层234。第一层230延伸挠性件250的长度并设置得邻近第二层232的一个表面。第二层把第一层从柔性构件的未端221重叠到端部平台208的末端224。第三层234被设置得邻接第二层232的一个表面，并确定其上的终接片212、214、216和218，以致第二层232用全部位于相互平行的平面中的层230、232和234把第一层230与第三层234隔开。挠性件的三层的功能如下：第一层230是为悬架组件150提供刚性的加强层。第二层232是由在第一层230和第三层234之间起电绝缘子作用的介质材料组成的。第三层234，也规定导电布线210，因为读/写单元终端必须起高效的电导体作用，它优选地由高电导率合金(例如铜合金)组成。
图4到6中所示各个部件的代表尺寸和组合如下：在最佳实施例中，第一层230的厚度大约在0.51毫米范围内，在包括十分硬的301、302或304不锈钢。更概括地说，第一层200的厚度大约0.076毫米或更小，并包括诸如不锈钢之类的刚性材料。虽然一般第一层包括300系列的不锈钢，但其它刚性材料也能被使用(例如，铜铍合金或钛)。
在最佳实施例中，第二层232包括聚酰亚胺，其特性与由E.I.Dupont de Nemours and Company制造的KaptonE商标的聚酰亚胺的性质相同，包括介电常数在约3.0到3.5范围内。因此，在最佳实施例中，第二层232的厚度为0.18毫米或更小和聚酰亚胺的热膨胀(CTE)的系数应该是这样的：在叠层被制造以后，该叠层将处于平衡受力状态。
在最佳实施例中，第三层234的厚度在0.0178毫米范围内，并包括铜-镍-硅-镁合金，例如由Olin Brass制造的用TM03回火(全硬热处理)的铜合金C7015(96.2-98.4％Cu；3％Ni；0.65％Si；和0.15％Mg的合成物)。更概括地说，第三层包括高强度电导材料，其厚度约为0.018毫米或更小。
仍参照图4到6，概括地说，柔性构件264的长度在0.3～1.0mm的范围内和宽度在0.75～0.3mm范围内。柔性构件的厚度与第一层230，支承层的厚度相同。可理解为，所述的尺寸指的是典型的尺寸，并不受限制的。假如，在替换实施例中，根据悬架件所需的工作参数，柔性构件264可以是较长和较薄或者较短和较厚的。同样，可把柔性构件做成类似菱形的替换形状，或者在中心稍微弯曲，而不是矩形或正方形的形状。此外，柔性构件可由多个绞链状部件构成，该铰链状部件可把在挠性件250上的滑块结合区252柔性地连接到端部平台208，如将结合图7和8所示的和所描述的。
根据本发明并参照图4到6所示的，当悬架件150压到粘结的滑块152上时，挠性端部平台208将垂直移动一个等于第二层232的厚度的量。在考虑了在挠性件250和滑块152之间形成牢固连接而不存在间隙的情况下，这个位移量使滑块背面254与第一层230齐平。
同时，由于柔性构件264接到端部平台208的邻近端221，所以它也将变形。柔性构件264是这样设计的：在位移方向504上它是足够软的，以致于它遵守小于一克载重量的力。柔性构件264的刚度调节为具有很小垂直刚度，以致于使产生的悬架体的静态位置变化减到最小。任何所得的静态位置变化将是以一个方向和可预测的，因此在制造过程中可通过一些静态调节方法向前调节。
参照图7和8，供参考用，所示的虚线(纵向中心线)504表示在纵向方向上挠性件250的几何中心。在最佳实施例中，纵向中心线把挠性件平分成大致对称的两半，以致于挠性件250的重量围绕线504是平衡的。可见柔性构件264沿挠性件204的中心轴504设置，以致于柔性构件264的变形不产生在横向方向506弯曲挠性舌片220的力矩。当滑块152粘接到挠性件250时，柔性构件264使挠性舌片220对于滑块背面254保持平直，产生良好的滑块152结合。
柔性构件264的这种设置考虑到围绕滑块152的中心的均匀俯仰和滚动。俯仰被定义为滑块152围绕垂直于中心线504的轴502的旋转。滚动被定义为围绕如由弯曲箭头506表示的中心线504的旋转。
现参照图8，该图是根据本发明的挠性件的顶视图，滑块152用虚线表示，它设置在挠性舌片220，柔性构件264以及左和右的端部平台236和238，总起来说，结合区252上面。特别是，滑块152用适当的方法，例如粘合体粘接到在其下表面254上的挠性件150。滑块152也放置在承载凹痕238的最低点。滑块150是这样粘接到挠性件250的：滑块150的端面上的接触片紧靠并对准在端部平台236和238上的粘结片212、214、216和218。多个铜和聚酰亚胺引线210从在端部平台236和238上的粘结片212、214、216和218引出，越过挠性腿222、224，然后向下一直到与盘驱动电子设备连接的主挠性件202。
继续参照图8，沿挠性腿222和224侧边的导电引线210的长度用挠性件250的底层230整体形成的侧翼片266、268支承。侧翼片266、268用于减小引线210的未支承自由长度，因此通过在侧翼片266、268，柔性构件264和端部平台208之间制作较短环路使挠性件250的偏转刚度有效地增加。侧翼片266、268的布置是这样设计的：它将不明显地增加挠性件的俯仰和滚动刚度。为了减小对俯仰和滚动刚度的影响，侧翼片266，268被放置得距表示挠性臂的顶部的两个半径272、274的距离相等。在最佳实施例中，该距离在0.5mm范围内，然而这个距离可以在设计和应用之间改变。侧翼片266、268的厚度等于挠性件250的底层230的厚度，和宽度在0.1mm到0.5mm范围内。优选地，宽度为0.2mm。虽然这个距离可以增加到1mm，但是根据悬架件的所需的工作特性，侧翼片从挠性腿向外突出大约0.25mm。
绞链状的柔性构件264能够弯曲地连接端部平台236和238和挠性舌片220，以致于当悬架体150压到用于粘接的滑块152上时，挠性端部244将垂直移动等于挠性件250的第二层202的厚度的量。考虑了在滑块下表面254和第一挠性层230之间强粘合剂粘合，这个位移量使滑块152的下表面254与挠性件150的第一层230齐平。同时，柔性构件264也将变形，以致于柔性构件264将与从围绕滑块安装区252的挠性端部平面208引出的整体引线210保持平衡，使得当其偏移时，端部平台208不会倾斜。换句话说，当滑块152粘结到挠性件250时，端部平台208就稍微平行上升。
参照图7和图8，可见挠性件250还包括一对辅助柔性构件232和234，以直角向外从末端延伸到柔性构件264。这些辅助柔性构件232和234分别终接在端部平台236和238。这些辅助柔性构件为挠性件250提供左和右的柔性，进一步改进在终接片212、214、216和218与在滑块前表面的读/写单元终接片之间的对准。
尽管在说明书中已经详细地说明了本发明的最佳实施例，但是应当理解为，本技术领域的普通技术人员所作的各种改型和修正都没有脱离在下列权利要求书中规定的本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种用于数据记录盘驱动器的头悬架组件，包括：
承载梁；
连接到所述承载梁的挠性件，所述的挠性件包括：舌片、端部平台、和柔性地连接所述的端部平台和所述舌片的柔性构件；
所述的挠性件是叠层结构的，包括：
支承层；
在支承层上作为互连滑块和盘驱动控制电子设备的多个导电引线的导电层，所述导电引线的每一个靠近其末端具有一结合区，该区用于电连接到滑块和盘驱动控制电子设备；和
在支承层上的介质材料的绝缘层，以绝缘所述的结合区。
2.根据权利要求1所述的头悬架组件，其特征在于，所述支承层包括厚度为0.076mm或更小的不锈钢材料。
3.根据权利要求1所述的头悬架组件，其特征在于，所述绝缘层包括厚度为0.018mm或更小的聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的头悬架组件，其特征在于，所述导电层包括从由Cu-Ni-Si-Mg合金，Be-Cu-Ni合金和Cu-Ti合金组成的组中选出的导电材料。
5.根据权利要求1所述的头悬架组件，其特征在于所述导电层的厚度为0.018mm或更小。
6.根据权利要求1所述的头悬架组件，其特征在于，所述柔性构件的长度在0.03mm到1.0mm的范围内。
7.根据权利要求1所述的头悬架组件，其特征在于，所述柔性构件的厚度在0.075mm到0.3mm的范围内。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的头悬架组件，其特征在于，所述挠性件还包括一对挠性腿，该对挠性腿包括包围所述挠性舌片的第一挠性腿和第二挠性腿。
9.根据权利要求8所述的头悬架组件，其特征在于，还包括从所述挠性腿延伸出来并支承所述导电引线的一对翼片。
10.根据权利要求9所述的头悬架组件，其特征在于，所述翼片垂直于所述挠性腿延伸，并设置在距离挠性腿的顶部0.5mm处。
11.一种数据记录盘驱动器，包括：
具有同心数据磁迹的数据表面的盘；
与所述盘连接、用于围绕垂直于盘的轴旋转该盘的装置；
当盘旋转时与数据表面保持工作关系的滑块；
接到滑块的传感器，用于从数据表面读出数据和把数据写到数据表面；
拖动装置，用于相对盘径向移动滑块，以使传感器去访问数据磁迹；
电子模块，用于处理从数据表面读出和写到其上的数据；
悬架件，它包括承载梁和接到所述承载梁的挠性件，所述的挠性件包括：舌片、端部平台和柔性连接所述端部平台和所述舌片的柔性构件，所述的挠性件是叠层结构，它包括支承层、在支承层上互连所述的滑块和所述的电子模块的多个导电引线的导电层，每个所述的导电引线靠近其末端具有一个结合区，该区用于电连接到滑块和所述电子模块，和所述挠性件还包括在支承层上的介质材料的绝缘层，以绝缘所述的结合区；和
通常为刚性的支承臂，具有两个端，其第一端接到悬架件和其第二端接到拖动装置。
12.根据权利要求11所述的数据记录盘驱动器，其特征在于，所述支承层包括厚度为0.076mm或更小的不锈钢材料。
13.根据权利要求11所述的数据记录盘驱动器，其特征在于，所述绝缘层包括厚度为0.018mm或更小的聚酰亚胺。
14.根据权利要求11所述的数据记录盘驱动器，其特征在于，所述导电层包括从由Cu-Ni-Si-Mg合金、Be-Cu-Ni合金和Cu-Ti合金组成的组中选出的导电材料。
15.根据权利要求11所述的数据记录盘驱动器，其特征在于，所述导电层的厚度为0.018mm或更小。
16.根据权利要求11所述的数据记录盘驱动器，其特征在于，所述的柔性构件的长度在0.3mm到1.0mm的范围内。
17.根据权利要求11所述的头悬架组件，其特征在于，所述的柔性构件的厚度在0.075mm到0.3mm的范围内。
18.根据权利要求11-17中的任一项所述的数据记录盘驱动器，其特征在于，所述挠性件还包括一对挠性腿，该对挠性腿包括包围所述挠性舌片的第一挠性腿和第二挠性腿。
19.根据权利要求18所述的数据记录盘驱动器，其特征在于，还包括一对从所述挠性腿延伸出来并支承所述的导电引线的翼片。
20.根据权利要求19所述的数据记录盘驱动器，其特征在于，所述翼片垂直于所述挠性腿延伸，并设置在距离挠性腿的顶部0.5mm的位置。
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