CN115132232A - 悬臂件及具有该悬臂件的磁头折片组合 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于磁头折片组合的悬臂件，其包括作为底层的基础金属层；形成于所述基础金属层之上的基础介电层；形成于所述基础介电层之上的底导电层；形成于所述底导电层之上的分隔介电层；形成于所述分隔介电层之上的顶导电层，其中一对写线路中的一个设置在所述底导电层上，一对写线路中的另一个设置在所述顶导电层上；以及形成于所述顶导电层之上作为顶层的覆盖层。本发明能降低导线阻抗及降低信号传输损耗，同时增大频带宽度。本发明还公开了一种磁头折片组合。

Description

悬臂件及具有该悬臂件的磁头折片组合
技术领域
本发明涉及信息记录磁盘驱动单元，尤其涉及一种悬臂件(Suspension)以及具有该悬臂件的磁头折片组合(head gimbal assembly,HGA)。
背景技术
硬盘驱动器是常见的信息存储设备。图1a为一典型硬盘驱动器100的示意图。其包括安装于一主轴马达102上的一系列可旋转磁盘101，磁头悬臂组合(head stackassembly，HSA)130。HSA 130包括至少一马达臂104和一HGA 10。典型地，设置一音圈马达(spindling voice-coil motor,VCM)(图未示)以控制马达臂104的动作。
参考图1b，HGA 10包括嵌有读/写传感器(图未示)的磁头103以及支撑该磁头103的悬臂件190。当硬盘驱动器运作时，主轴马达102使得磁盘101高速旋转，而磁头103因磁盘101旋转而产生的气压而在磁盘101上方飞行。该磁头103在音圈马达的控制下，在磁盘101的表面以半径方向移动。对于不同的磁轨，磁头103能够从磁盘表面上读取数据或将数据写进磁盘101。
该悬臂件190包括负载杆120、基板150、绞接件130以及挠性件140，以上元件均装配在一起。负载杆120通过绞接件130连接在基板150上。负载杆120与挠性件140对齐。而且，为增加挠性件140整体结构的强度，负载杆120与挠性件140焊接在一起。基板150用作增强整个HGA的结构刚度。挠性件140穿过绞接件130和负载杆120。该挠性件140具有前端和后端，柔性电路在其长度方向上延伸。磁头103安装在挠性件140的前端。
图1c展示HGA的局部示意图，图1d展示挠性件的前端的局部示意图。悬臂舌片上形成线路的多个连接触点用以连接磁头103。这些连接触点即为柔性电路120的端点。一般情况下，如图1e所示，该延伸至连接触点117的柔性电路120分别包括一对读线路(R+、R-)123a、123b、一对写线路(W+、W-)124a、124b、一对振荡器线路(OSC+、OSC-)125a、125b、接地线路(GND)126以及动态飞行高度(DFH)控制线路127。
图1e、1f为挠性件150沿图1d中剖线A-A，B-B所剖的截面图，其展示了挠性件150的层体结构。从上到下，层体结构包括覆盖层151、信号传导层152、介电层153以及金属层154。其中在信号传导层上形成上述柔性电路120。然而，写线路124a、124b位于同一层的信号传导层中，其阻抗较高，信号传输损耗较高，无法满足实际的需求，并且严重影响磁头的写性能。
因此，亟待一种改进的悬臂件以及磁头折片组合以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种悬臂件，其上的写线路在挠性件厚度方向上堆叠分成两层，从而降低阻抗及信号传输损耗，同时增大频带宽度。
本发明的另一目的在于提供一种具有悬臂件的磁头折片组合，该悬臂件上的写线路在挠性件厚度方向上堆叠分成两层，从而降低阻抗及信号传输损耗，同时增大频带宽度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于磁头折片组合的悬臂件，包括具有层状结构的挠性件，所述层状结构包括:
作为底层的基础金属层；
形成于所述基础金属层之上的基础介电层；
形成于所述基础介电层之上的底导电层；
形成于所述底导电层之上的分隔介电层；
形成于所述分隔介电层之上的顶导电层，其中一对写线路中的一个设置在所述底导电层上，一对写线路中的另一个设置在所述顶导电层上；以及
形成于所述顶导电层之上作为顶层的覆盖层。
在本发明的一个实施例中，在所述顶导电层和所述底导电层上还分别设置有一对振荡器线路。
较佳地,所述顶导电层上设置有一对读线路以及一动态飞行高度控制线路；所述底导电层上设置一接地线路。
较佳地，每一线路在所述挠性件的前部对应形成连接触点以与磁头折片组合的磁头连接。
较佳地，位于所述顶导电层上和所述底导电层上的写线路通过导通孔连接。
较佳地，位于所述顶导电层上和所述底导电层上的振荡器线路通过导通孔连接。
较佳地，所述接地线路通过导通孔与所述基础金属层连接。
较佳地，所述基础介电层及所述分隔介电层由聚酰亚胺制成，所述基础金属层由不锈钢制成。
较佳地，所述层状结构中的每一层在垂直方向上层叠。
一种磁头折片组合，包括磁头及用于支撑所述磁头的悬臂件，该悬臂件的结构如上所述。
与现有技术相比，由于本发明的写线被配置为层状结构分布配置在不同层体，因此，写阻抗被降低，从而使得信号传输损耗也随之降低，这将有益于写操作的性能。另一方面，由于各线路被以层状重新配置，故能够获得并维持一个足够宽的频率带宽。故此，采用本发明，不但能获得低阻抗从而降低信号传输损耗，而且能获得较宽的频率带宽从而改善写性能，最终改善写入、读取信号传输。
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透视图。
图1b为传统HGA的透视图。
图1c为图1b所示的HGA的局部放大图。
图1d为图1b所示的悬臂件的挠性件的局部放大图。。
图1e-1f为沿图1d中A-A、B-B剖线所剖的挠性件的截面示意图。
图2为本发明悬臂件的一个实施例的立体分解图。
图3为图2所示悬臂件的挠性件的局部放大图。
图4a-4b为沿图3中的C-C、D-D剖线所剖的截面示意图。
图5a为挠性件的局部俯视图。
图5b为图5a的分解图。
图6a为现有技术和本发明的层状结构的写线路的写入特性阻抗的对比图。
图6b为现有技术和本发明的层状结构的写线路的写宽带的对比图。
图7a为现有技术与本发明层状结构的写线路和读线路的特性阻抗的对比图。
图7b为现有技术与本发明层状结构的写线路和读线路的信号传输损耗的对比图。
图8为本发明HGA的一个实施例的立体图。
图9为本发明硬盘驱动单元的一个实施例的立体图。
具体实施方式
下面将参考附图阐述本发明几个不同的最佳实施例，其中不同图中相同的标号代表相同的部件。如上所述，本发明的实质在于提供一种用于硬盘驱动器中磁头折片组合的悬臂件，该悬臂件包括挠性件具有多层结构且一对写线分别位于不同的层体，以降低导线阻抗及降低信号传输损耗，同时增大频带宽度。
图2展示了本发明悬臂件的一个实施例。如图2所示，悬臂件290包括负载杆206、基板208、绞接件207以及挠性件205，以上元件均装配在一起。
参考图2，负载杆206把负载力传到挠性件205以及安装于挠性件205上的磁头上。负载杆206可由任何具有适当刚性的材质制成，比如不锈钢，以使它有足够的刚度传送负载力。负载杆206通过绞接件207与基板208连接。设置于负载杆204上的定位孔212用于使负载杆206和挠性件205对齐。一凸点211形成于负载杆206上以在磁头中心对应的位置处支撑挠性件205。通过此凸点211与挠性件205的配合，负载力得以均匀地传递到磁头上。
基板208用于增加整个悬臂件290的刚度，它可以由刚性材质比如不锈钢制成。基板208一端形成一安装孔213，通过该安装孔213将悬臂件290安装到硬盘驱动器的驱动臂。
绞接件207一端有一安装孔210，其与基板208的安装孔213相对应。绞接件207局部安装到基板208上，并使安装孔210、213彼此对齐。绞接件207和基板208可以通过激光焊接一起，焊接点分布于绞接件207的细点209处。另外，两个枢接支杆214从绞接件207的两侧延伸而出，以将绞接件207部分安装在负载杆206上。
如图2及图3所示，挠性件205穿过绞接件207和负载杆206。该挠性件205具有前部211及与该前部211相对的尾部212。在挠性件205的前部211有一悬臂舌片213以支撑其上的磁头203(参考图8)。多个柔性电路沿挠性件205的长度方向而设置在其上。
本发明的重点在挠性件205的层体结构，挠性件205的前部的C-C位置及D-D位置的剖视图如图4a、4b所示。需注意的是，为更好地显示柔性电路，图3所示的挠性件的最上层的覆盖层被省略，但在图5a有展示覆盖层。
如图4a、4b所示，挠性件205的层状结构为六层结构，在垂直方向(即挠性件的厚度方向)上层叠，包括：作为底层的基础金属层310、形成于基础金属层310之上的基础介电层320、形成于基础介电层320之上的底导电层330、形成于底导电层330之上的分隔介电层340、形成于分隔介电层340之上的顶导电层350、形成于顶导电层之上作为顶层的覆盖层360。
具体地，基础金属层310作为底层，由不锈钢制成，以提供支撑。底导电层330和顶导电层350作为信号传输层，电路均形成于此层，常由高导电性金属例如铜制成。分隔介电层340位于底导电层330和顶导电层350之间，用作将两导电层分隔，例如由聚酰亚胺制成。而基础介电层320也可由聚酰亚胺制成。覆盖层360可由电介质材料，如聚酰亚胺支撑，以防止传输信号层氧化。
本发明的电路分别分布在顶导电层350和底导电层330。结合图4a、4b及图5a、5b，具体地，一对写线路中的一个411设置在底导电层330上，一对写线路中的另一个412设置在顶导电层350上，写线路411、412通过导通孔连接。一对振荡器(OSC)线路中的一个421设置在底导电层330上，一对振荡器线路中的另一个422设置在顶导电层350上，振荡器线路421、422通过导通孔连接。一对读线路431、432均设置在顶导电层350上。另外，一动态飞行高度(DFH)控制线路441设置在顶导电层350上，以控制磁头的动态飞行高度；一接地线路451设置在底导电层350上并通过导通孔与基础金属层310连接，以接地。可理解的是，本文中所及的“一对”指正负信号线。
特定地，在一些实施例中，基础金属层310、基础介电层320、底导电层330、分隔介电层340、顶导电层350、覆盖层360的厚度可变，以实现预定的电阻抗特性。特定地，写线路411、412的宽度可变或固定，较佳地，在沿挠性件的长度方向延伸上，写线路411、412的宽度固定，这种宽度一致性有助于改善电阻抗特性以及低信号损耗。
图6a展示了现有技术和本发明的层状结构的写线路的写入特性阻抗的对比。不带圆圈的实线601为本发明层状结构线路中的写入特性阻抗，带圆圈的实线602为现有技术线路的写入特性阻抗。以目标阻抗为20ohm为例，两者都具有相同的目标阻抗20ohm，但可见，现有技术的目标阻抗的走向具有较大倾斜度，而本发明的目标阻抗曲线则更为平坦。
图6b展示了现有技术和本发明的层状结构的写线路的写入宽带的对比。不带圆圈的实线611为本发明层状结构线路中的信号传输损耗，带圆圈的实线612为现有技术线路的信号传输损耗，以dB为单位作为频率的函数。可见，本发明的信号传输损耗更小。
图7a展示了现有技术与本发明层状结构的写线路和读线路的特性阻抗的对比。带有正方形的实线表示现有技术的读取特性阻抗约为91ohm；具有圆圈的实线表示现有技术的写入特性阻抗约为40欧姆。虚线表示本发明的读取特性阻抗约为100欧姆；实线表示本发明的写入特性阻抗为大约29欧姆。本发明的层状线路具有比现有技术明显更平坦的读取时域反射(TDR)曲线，并且具有比现有技术更长的写入TDR曲线，这最终有利于信号传输。
图7b展示了现有技术与本发明层状结构的写线路和读线路的信号传输损耗的对比。正方形的实线表示现有技术中作为频率的函数的读信号传输损耗，以dB为单位，带有圆圈的实线表示现有技术中的写信号传输损耗。虚线代表本发明中以dB为单位的读取信号传输损耗；实线表示本发明层状线路中的写信号传输损耗。本发明的层状线路具有比现有技术小的信号传输损耗，此外，本发明的读取带宽比现有技术宽6GHz，并且本发明写带宽比现有技术宽约2.7GHz。
如上所述，相较现有技术，由于本发明的写线被配置为层状结构分布配置在不同层体，因此，写阻抗被降低，从而使得信号传输损耗也随之降低，这将有益于写操作的性能。另一方面，由于各线路被以层状重新配置，故能够获得并维持一个足够宽的频率带宽。故此，采用本发明，不但能获得低阻抗从而降低信号传输损耗，而且能获得较宽的频率带宽从而改善写性能，最终改善写入、读取信号传输。
现请参考图8，本发明HGA 200的一个实施例包括悬臂件290及由该悬臂件290承载的磁头203。该悬臂件290包括负载杆206、基板208、绞接件207及挠性件205，上述元件皆装配于一起。该绞接件207具有安装孔210以将绞接件207与基板208安装。而磁头203则由挠性件205承载。为众所知，磁头203上设有与写元件及读元件(传感器)连接的终结点，这些终结点与写元件及读元件的触点连接。写元件可以是标准感应式磁性写头，而读元件可以是具有高读取灵敏度的MR元件、GMR元件或TMR元件。
图9为本发明硬盘驱动单元的一个实施例。该硬盘驱动器300包括HGA200、与该HGA200相连的驱动臂304、一系列可旋转磁盘301、以及使磁盘301旋转的主轴马达301，以上元件均装配在外壳309内。如上所述，该HGA 200包括具有挠性件205的悬臂件290及磁头203。同样地，挠性件205的柔性电路220的写线路配置如上所述，以获得上述同样的优点。由于硬盘驱动器的结构和组装过程为本领域一般技术人员所熟知，所以在此省略关于其结构和组装的详细描述。
另外，本文还提供一种悬臂件的形成方法，包括：提供具有层状结构的挠性件，形成该层状结构包括以下步骤：
形成作为底层的基础金属层；
于所述基础金属层之上形成基础介电层；
于所述基础介电层之上形成底导电层；
于所述底导电层之上形成分隔介电层；
于所述分隔介电层之上形成顶导电层；以及
于所述顶导电层之上形成作为顶层的覆盖层。
其中，分别在底导电层和顶导电层上按照上述实施例的结构配置形成柔性电路，即一对写线路中的一个设置在底导电层上，一对写线路中的另一个设置在顶导电层上，两写线路通过导通孔连接。一对振荡器线路中的一个设置在底导电层上，一对振荡器线路中的另一个设置在顶导电层上，两振荡器线路通过导通孔连接。一对读线路均设置在顶导电层上。另外，一动态飞行高度控制线路设置在顶导电层上，以控制磁头的动态飞行高度；一接地线路设置在底导电层上并通过导通孔与基础金属层连接，以实现接地。本发明方法形成的悬臂件同样具有上述所及的优点，在此不赘述。
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，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种用于磁头折片组合的悬臂件，包括具有层状结构的挠性件，其特征在于，所述层状结构包括：
作为底层的基础金属层；
形成于所述基础金属层之上的基础介电层；
形成于所述基础介电层之上的底导电层；
形成于所述底导电层之上的分隔介电层；
形成于所述分隔介电层之上的顶导电层，其中一对写线路中的一个设置在所述底导电层上，一对写线路中的另一个设置在所述顶导电层上；以及
形成于所述顶导电层之上作为顶层的覆盖层。
2.如权利要求1所述的悬臂件，其特征在于：在所述顶导电层和所述底导电层上还分别设置有一对振荡器线路。
3.如权利要求2所述的悬臂件，其特征在于：所述顶导电层上设置有一对读线路以及一动态飞行高度控制线路；所述底导电层上设置一接地线路。
4.如权利要求3所述的悬臂件，其特征在于：每一线路在所述挠性件的前部对应形成连接触点以与磁头折片组合的磁头连接。
5.如权利要求1所述的悬臂件，其特征在于：位于所述顶导电层上和所述底导电层上的写线路通过导通孔连接。
6.如权利要求2所述的悬臂件，其特征在于：位于所述顶导电层上和所述底导电层上的振荡器线路通过导通孔连接。
7.如权利要求3所述的悬臂件，其特征在于：所述接地线路通过导通孔与所述基础金属层连接。
8.如权利要求1所述的悬臂件，其特征在于：所述基础介电层及所述分隔介电层由聚酰亚胺制成，所述基础金属层由不锈钢制成。
9.如权利要求1所述的悬臂件，其特征在于：所述层状结构中的每一层在垂直方向上层叠。
10.一种磁头折片组合，包括：磁头以及用于支撑所述磁头的悬臂件；所述悬臂件包括如权利要求1-9任一项所述。
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