CN1170205A - 用于数据存储装置的前置/预放大器带状互连结构 - Google Patents

Abstract

在数据存储装置中,提供了一种用来将读/写头电连于一电子线路元件的带状互连结构。该读/写头由分离的读和写转换器元件形成。该互连结构包括至少一个载送介质;和至少三个以共面配置的方式装于该载送介质上的导线。该至少三根导线形成不对称的间距。该至少三根导线中的每对形成一预定的复阻抗。各复阻抗不相等。载送介质可以是聚合膜片。该至少三根导线基本呈圆柱形,并可粘结安装于所述载送介质上。该带状互连结构可包含至少一个导电的接地面。该至少三根导线中的每一根导线周围可设有一绝缘材料。

Description

用于数据存储装置的前置/预放大器带状互连结构

本发明总的涉及数据存储装置，尤其是涉及一种改进型的用于将转换器头与数据存储装置的电子线路电耦连的电子互连结构。

磁盘驱动器可记录和复制储存在记录介质上的信息。典型的硬盘驱动器含有一或多个垂直排成一列的、可旋转的信息存储磁盘，每个磁盘具有至少一个相关的滑动器。每个滑动器的一个表面上固定或制有一或多个读/写转换器(头)，适于在磁盘与外部计算机系统之间传递信息。这些信息存储磁盘保持在一个能够高速转动磁盘的心轴电机组件上。滑动器由多个垂直排成一列的、细长的挠性壁所支承，而这些挠性壁又由一转换头定位器组件所支承。转换头定位器组件适于使滑动器跨越垂直排列的磁盘的表面前后协调一致地移动。一般，转换头定位器组件既可旋转地安装，也可呈支架的形式沿单一轴线自由地前后移动。这两种情况，转换头定位器组件都适于使转换器头相对于信息存储磁盘精确地定位。

在这种磁盘驱动器通常的操作中，当切断电源时，诸滑动器位于相应磁盘的表面上的岸区。在操作时，驱动装置得到动力，磁盘组便开始转动。一旦磁盘达到一定的临界转速，便使一小空气轴承产生提升作用，滑动器在该提升作用下略微升离岸区。在正常的操作过程中，保持漂浮于磁盘上方的滑动器被认为是在磁盘上方“飞行”，因而可防止磁盘表面磨损及可能的数据破坏。

一般，磁盘驱动器的转换器头通过一电子互连结构电连接于一有源装置，例如一预放大器。一种互连结构可以连接于磁盘驱动器的每个转换器头。所有的这种互连结构可以连接于一单个的有源装置，或连接于其它与该有源装置相连的互连结构，如印刷线路板或柔性印刷线路。

这种数据存储装置可以使用这样的读/写头，它包括一个在存储介质上写录数据的转换器和另一个从该存储介质上读取数据的转换器。用两个或更多根导线，可以将信号从数据存储装置内的其它元件传送到该写转换器。用两个或更多根导线可以从读转换器读取信号。读导线可以与写导线截然不同，写导线的使写功能达到最佳的电子特性可以与读导线的使读功能达到最佳的电子特性不同。

需要使数据在存储介质上的写录速度最佳，并使数据在存储介质上的读取速度最佳。要实现这些数据速度，需要对互连设计进行选择，以相配于由该互连结构连接在一起的装置。读转换器的诸如电阻之类的电子特性，通常与写转换器的电子特性不同。磁盘驱动器与写转换器相连部分的电子特性通常与磁盘驱动器与读转换器相连部分的电子特性不同。因此，需要分开来优化写转换导线和读转换导线的电子特性。一根导线可同时为读写线路所使用，这也是可能的。这样，这些导线的数量可以是三个或更多。

磁盘驱动器适当的运行取决于互连结构的设计。更具体地说，每个转换器头必须能一维或多维地自由移动，如作俯仰、翻滚和/或偏转，以保持其相对于磁盘表面精确定位。如果互连结构的机械特性，包括其刚性和弹性系数，达到会约束转换器头的“飞行”运动的程度时，旋转磁盘表面上的任何缺陷可导致转换器头的不良定位。

互连结构的电子特性必须允许数据的读写以一与转换器头和预放大器，或该互连结构所连接的其它有源装置的设计相协调的速度进行。为实现这种电子特性，互连结构中的导线必须具有下述一项或多项特性：低电感，低电容，低电阻，或具有一预定的复特性阻抗。并且，为实现这种电子特性，互连结构中可能需要屏蔽来控制下述的一项或多项参数：电感，电容，电阻，复特性阻抗，两导线之间的电子交扰，或电磁干涉。

过去所使用的一种互连结构是绞合线式的。这种互连结构一般由两根或多根48AWG(美国线规)的线。每根线用厚度约为5微米的非导电材料，如聚氨酯绝缘。这些可以全绞合在一起，也可以先绞合成一个个小组，如绞合成对，然后再将这些小组组装在一起。然后可置于一个如含氟聚合物之类的绝缘材料的管中，使线的端部延伸到管的端部外。各线的端部可以剥去它们的绝缘层，以允许线焊接到金属平焊板上，或者，线也可以利用穿过绝缘层的焊接来连接。线可以镀上一层不易于氧化的贵金属，例如金，以使金属焊板上的焊接质量更好。

绞合线互连结构一般具有约2皮法每英寸的电容；约5微亨每英寸的电感；约70欧姆的特性差动阻抗。

虽然绞合线互连结构很容易得到，可以大批量地生产，并可提供可靠的焊接，但这种互连结构具有一些缺点，这些缺点会损害其有用性。更具体地说，各线的每个端部在焊接前必须独立地区分开并置于焊板上，这是一种费劳力和易出错的工艺过程。而且，由于各线相对于管及其它线是可以移动的，因此这些互连结构不适合于全自动化装配方法。另外，这种互连结构的电子特性不易于变化。例如，不可能在使绝缘层厚度适合于高当量的情况下实现很低的电感和电容级数；也就是说，只有减小绝缘层的厚度才能减小电感，这可由于导线的刻痕而导致装配过程效率降低。最后，一种称作“邻近效应”的现象使得高频下的电阻要大于其它类型的互连结构。

过去所使用的另一种互连结构是柔性印刷线路。这种柔性印刷线路在制成后可以连接于支承转换器头的不锈钢悬架，或者，可以利用层压和蚀刻工艺将其制成与悬架成一体的部件。这种柔性印刷线路一般由一个或多个不导电的绝缘层构成，并交替地带有一个或多个印刷铜层。在该线路的整个区域或是仅某些区域具有一接地面。该接地面可以加强对电磁噪声的抑制和/或用来加强一根或多根导线的电子特性(例如利用减小电感)。

柔性印刷线路互连结构可实现其在磁盘驱动器组件内的自动安装，实现对互连结构的某些电子特性的控制，并不易于发生“邻近效应”。然而，这种互连结构的制造成本较高，所采用的焊接技术不同于那些被广泛地用于制造这类数据存储装置的技术，并可能产生成本和/或可靠性问题，用普通的制造方法不可能实现很低的电感级数(例如小于3微亨每英寸长度)和/或很低的电容级数(例如小于0.5皮法每英寸来回程长度)。

以上示出了数据存储装置中的现有互连结构所存在的局限性。因而，提供一种改进的互连结构来克服上述的一个或多个局限性，这是相当有利的。因此，提供了一种合适的选择方案，其特征将在下面全面揭示。

本发明是在现有技术的范围以外开发数据存储装置的互连结构技术及生产这种互连结构的技术。在本发明的一个实施例中，在一数据存储装置中提供了一种用于将读/写头电连于电子线路元件的带状互连结构。该读/写头由分离的读、写转换器部件形成。该互连结构包括至少一个载送介质；至少三个共面地装于该载送介质上导线。该至少三根导线形成了不对称的间距。至少三根导线中的每两根所成的一对形成一预定的复阻抗。各对的复阻抗两两不等。载送介质可以是聚合的膜片。该至少三根导线基本呈圆柱形，并可粘结安装于所述载送介质上。该带状互连结构可包括至少一个导电的接地面。至少三根导线的每一导线的周围设有绝缘材料。

本发明的一个目的是提供一种互连结构，以将读/写转换器头三个或更多的金属焊板电连接于一刚性印刷线路或柔性印刷线路表面上的三个或更多的金属焊板。

本发明的另一个目的是提供这样一种互连结构，它所使用的接线方法已被证明在该场合下是可靠和节约成本的，无需在加工设备中投入大量的资本就可使用。

本发明的另一个目的是提供这样一种互连结构，它允许磁盘驱动器的读/写转换器头两维或多维地自由移动和/或在数据磁盘表面附近“飞行”的同时绕一条或多条轴线转动。

本发明的又一个目的是提供这样一种互连结构，它所使用的制造方法实质上是连续的，因此在批量生产中可节约成本。

本发明的还一个目的是提供这样一种互连结构，它可防止导线与导线或导线与数据存储装置中的其它导电元件相接触。

本发明的再一个目的是提供这样一种互连结构，其构成材料在其有效寿命内不会在数据存储装置的操作或装配过程中发生漏气而影响装置的操作。

本发明的还有一个目的是提供这样一种互连结构，它可使数据写到存储介质和数据从存储介质上读取的速度最佳。

上述的发明概要以及下面对一较佳实施例的详细描述，在结合附图进行浏览时将更容易理解。为了表示本发明，在图中示出了到目前为止较佳的一个实施例。但应予理解，本发明并不限于所示的这种明确给定的配置和手段。图中：

图1是本发明尤为适用的磁盘驱动器组件的平面图；

图2是现有技术具有绞合线互连结构的读/写转换器头组件的一部分的立体图；

图3是具有本发明的带状互连结构的读/写转换器头组件的一部分的立体图；

图4是本发明一实施例的扫描电子显微照片(SEM)，表示的是其平面图；

图5是图4实施例的扫描电子显微照片，表示的是其侧视图；

图6是本发明一实施例的局部的放大侧视图；

图7是用于解释表1的本发明的互连结构的示意图。

图1所示的是一磁盘驱动器10的平面图，该磁盘驱动器10在一心轴电机上用一磁盘夹14装有多个磁盘12，并具有多个螺钉16。每张磁盘12具有许多同心的环形数据磁道18，上面可读写数据。总的用标号20表示的一致动电机能使多个转换器头安装臂22绕支点24枢转。每个转换器头安装臂22上装有一负载梁/万向接头/转换器头组件26，它可跨越磁盘12沿弧线28前后移动，以访问各数据磁道18。

图2示出了一现有技术的负载杆/万向接头/转换器头组件26，它具有一负载梁32、一万向接头34、一转换器头/滑动器组件36和一用来将电信号从读/写转换器头40连到一预放大器之类的有源装置(未示出)的双线绞合式互连结构38。应予理解的是，该双线绞合式互连结构38具有被绝缘的导线，它们可以相互之间和相对于容纳管42独立移动。

从图3中可清楚地看到，按照本发明，读/写转换器头40是利用一带式贵金属互连结构50连接于一有源的电子装置44(图中表示为一预放大器)。(同一带状互连结构50的延伸部分还可用来将有源装置的元件连接于线路和/或设备。)然而，本发明主要是涉及读/写头与有源电子装置之间的连接。带状互连结构50能够弯曲或转向以适应电子连接，不会不利地影响读/写转换器头40的“飞行”动作。

从图4-6中最便于理解本发明的带式贵金属互连结构。如图所示，该带状互连结构具有至少三根圆柱形导线60和至少一片支承带70。

众所周知，已绝缘但未各自屏蔽的导线的电子特性很大程度上取决于相邻导线的接近程度。对带式线缆中的圆线来说，例如，假如没有导电的接地面，外部电感基本成正比于各线中心之间的距离与线直径的比的反双曲余弦。电容基本成反比于电感；这样，电感较低的设计通常具有较高的电容。

某些线路的操作速度，或数据速率，可以通过电容的减小而提高。例如，如果互连结构的电容减小，某些电感写转换器便能在具有较高谐振频率的线路中操作。另外一些线路的操作速度或数据速率可以通过电感的减小而提高。例如，如果互连结构的电感减小，某些磁阻读转换器便能在具有较高数据传送速率的线路中操作。

因此，需要提供一种电子互连结构，使得其影响读线路的电子特性独立于写线路的电子特性。这在互连结构是由绞合线构成的情况下是不容易实现的，因为绞合所产生的导线对，其各导线的中心间距等于导线直径加上两倍的绝缘层厚度。

将导线配置在同平面的带上还可包含有一个或多个平行于导线所在平面的导电层。如果导线是绞合配置的话，这种结构是不可能实现的。使用这种导电层意味着从导电层到每根导线的距离沿互连结构的长度方向保持恒定，并受使用一根或多根非导电层和/或围绕每根导线的绝缘层厚度的变化而得到控制。已经发现，包含有这一导电层能减小电感和增大电容。这一导电层还可包含在一些但不是全部导线的下面和/或上方。

导线60的形状是本发明的一本质特征。应予理解的是，圆柱形导线可保证多轴线移动，这允许读/写转换器头40在“飞行”于数据磁盘的表面时自由移动。圆柱形导线可具有一合适的尺寸，例如是48AWG(美国线规)。该导线可以镀有诸如金之类的贵金属，以使得可利用传统焊接方法来将其焊于金属焊板上。各导线可分别用一合适的绝缘层62绝缘，例如用聚氨酯、聚酰亚胺、多孔聚四氟乙烯、聚四氟乙烯或氟化乙烯-丙烯等。导线可用诸如挤压、带绕或浸涂之类的传统方法来绝缘。可以预料，在某些情况下为了方便加工，用作导线绝缘层的材料的熔点可高于粘结剂的熔点。导线在装入互连结构之前，还可涂上一层导电材料，诸如铜、铝、金、银、加碳含氟聚合物、镀盖过的聚合物、镀盖过的含氟聚合物或镀盖过的多孔聚四氟乙烯等，但不限于上述这几种材料。

至少一根支承带70可以是一种含氟聚合物，如多孔聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、氟代乙烯-丙烯或全氟烷氧基聚合物，也可以是一种膜片，如聚酯或聚酰亚胺。

作为本说明书中所使用的术语，多孔聚四氟乙烯(PTFE)是指一种可用任意数量的现有工艺来制备的膜片，例如用延展或拉伸工艺、造纸工艺、将填充材料与PTFE材料混合然后将其移去而剩下对孔结构的工艺或粉末烧结工艺等。较为合适的是，该多孔聚四氟乙烯膜片是一种具有互连结点和小纤维微结构的多孔发泡聚四氟乙烯膜片，如美国专利3,953,566和4,187,390所揭示的，这些专利充分描述了用来制造它们的较佳材料和工艺，在这里供参考。

参照图4-6，带状互连结构50可包括多个实施例。更具体地说，如图4所示，该带状互连结构50可具有一第一带70、一粘结层64和多根圆柱形导线60。合适的粘结材料包括，但不限于，诸如聚酯之类的热塑塑料和/或诸如环氧树脂之类的热固性材料。除了上述结构，在本发明的任一实施例中可具有一或多个接地面66。合适的接地面材料可以是金属或其它导电材料。可以使用一根或多根带70。每根带必须接近成品线材的宽度或更宽。如果加工温度可使一些带或全部带回流的话，可以不需要粘结层64。或者，一个或多个粘结层可用作一根或多根带上的游离层和/或涂层。本发明具体实施例的实例概述于下表中。

                             表1

实例：主要绝缘：接地面材料：公称接地面厚度：公称粘结层厚度：	1大构造(1)铜5微米13微米	2大构造(1)铜0.1微米13微米	3大构造(1)铜0.25微米13微米	4大构造(1)铝0.1微米13微米	5大构造(1)铝0.25微米13微米	6单构造(2)铝0.25微米13微米	7单构造(2)铝0.25微米51微米
								量度	间距   Z	间距   Z	间距   Z	间距   Z	间距   Z	间距   Z	间距  Z
AB	0.002  65	0.003  77	0.003  76	0.003  77	0.003  77	0.003  68	0.004 90
								AC	0.006  73	0.006  96	0.006  97	0.006  97	0.006  96	0.006  93	0.008 101
AD	0.009  75	0.010  103	0.010  107	0.009  97	0.010  106	0.009  110	0.013 105
								AE	0.013  75	0.014  106	0.013  105	0.013  105	0.013  106	n/a    n/a	n/a   n/a
BC	0.004  73	0.003  83	0.003  86	0.003  86	0.003  83	0.003  88	0.004 91
								BD	0.007  71	0.007  95	0.007  101	0.007  97	0.007  101	0.007  99	0.009 105
BE	0.011  70	0.011  91	0.011  106	0.010  105	0.010  103	n/a    n/a	n/a   n/a
								CD	0.003  70	0.004  85	0.004  87	0.004  86	0.003  86	0.004  87	0.005 89
CE	0.007  73	0.007  99	0.007  99	0.007  99	0.007  98	n/a    n/a	n/a   n/a
								DE	0.004  71	0.004  87	0.004  87	0.004  87	0.004  90	n/a    n/a	n/a   n/a

·(1)指围绕每根导线的聚氨酯绝缘层的厚度。一般为3到4微米。·(2)指围绕每根导线的聚氨酯绝缘层的厚度。一般为4到5微米。·Z：差动特性电感·术语“间距”项用来限定导线中心之间的距离。

以上所揭示的本发明是一种设计用来将读/写转换器与其它线路元件相连的电子互连结构。该读/写转换器可具有三个或更多个焊板，它们可以是固定在转换器的一个或多个表面上的金属焊板。该互连结构的导线可以利用超声波接合或其它方法来连接于这些焊板。导线可以在互连结构内设置成与转换器上焊板的位置良好地对齐，以简化将互连结构连接于转换器的工序。

在另一端，焊板可以设置成使得互连结构能够利用超声波接合、焊接或是其它方法连接于其它线路元件。

与绞合线相比，本方法可优先选用，因为读线路的电子特性与写线路的电子特性可以独立地控制，以同时实现最佳的读写功能。

与柔性印刷线路和其它用光刻法制成的互连结构相比，本方法可优先选用，因为导线是圆的，因而能用超声波接线法和/或焊接法连接于转换器和/或连接于其它系统元件。从另一方面讲，本发明也是可优先选用的，即本发明的互连结构可以用相对于用来生产柔性印刷线路的、成本较高的、不连续的层压工艺而言是基本连续的工艺来生产。因此，可使基本设备的成本和每个互连结构的成本降至最低。

本发明的互连结构还可被优先选用于一种由光刻工艺制造的互连结构，因为导线能够于互连结构的一端或两端从载送介质上延伸出来，使得这些导线能互相交错地连接到不同位置的焊板上。这在印刷线路技术中是很难实现的。

本发明的带状互连结构的制造工具包括经机加工的筒和/或辊，在加热和加压下通过连续的工艺将上述的带状互连结构材料形成于一起。导线和/或带可在彼此位置受控制的情况下被引导。制造工具可加工成能将各导线保持在适当位置。制造工具还可被加热，而且/或者可以在线材进入制造工具之前将热量施加于它们中的部分或是全部上。制造工具可在材料上形成一横截面形状，它能使部分或全部材料发生变形。加工温度和材料保持在高温下的时间可选择为使得在带与导线之间、两个或多个带之间、和/或带与导线绝缘层之间形成可靠的接合。

在带状互连结构形成后，可能需要整修边缘以去掉多余材料并控制成品互连结构的尺寸和/或各边到每根导线的距离。这可以用任何合适的方法来实现，诸如用滚刀、固定刀和/或激光器。本发明的互连结构可以利用剥去其一端或两端附近的带70的一部分而露出导线60来准备端接。应将带70剥去，使得每根导线的绝缘层(如果有的话)于一部分自由长度的导线上保持在适当位置。因此，一根或多根导线可以独立于其它导线而自由地移动，从而加强了转换器头相对于数据存储介质表面保持良好定位的能力。如果采用的是未被绝缘的导线，可以将带70剥成这样一种形式，使得带本身可用来将各导线绝缘。围绕一根或多根导线的绝缘材料可以在围绕导线的区域内完全去除，以露出金属表面并用普通方法将其与一金属焊板相接合。

可以用激光器从带状互连结构上剥去部分带70。所采用的激光器必须具有充分的光束大小和控制，诸如激发物激光器。激光束可以分开而形成两个或多个光束。一个光束可以同时照射带式线缆位于同一平面位置的两个平坦表面。该光束和/或带状互连结构可以移动，使得激光束在垂直于导线的方向上扫描互连结构的表面。光束去除材料的深度可通过调节光束相对于导线中心的平面的焦点平面和/或通过调节光束参数如脉冲形状和宽度来控制。这一切割深度可随光束扫描而调节，以在每一导线上留下绝缘层。

虽然以上详细描述了本发明的几个示例性的实施例，但本技术领域的技术人员很容易理解，在不实质性地脱离本说明书所描述的新技术及其优点的情况下，是可以对其进行变化的。因此，所有的这类变化理应包括在如权利要求所限定的本发明的范围之内。

Claims (14)

1.在数据存储装置中，一种将读/写头电连于一电子线路元件用的带状互连结构，读/写头由分离的读和写转换器元件形成，该互连结构包括：

  至少一个载送介质；

  至少三个以共面配置的方式装于该载送介质上的导线，该至少三根导线形成不对称的间距，其中所述至少三根导线中的每两个一对之间形成一预定的复阻抗，对与对之间的复阻抗彼此不等。

2.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述载送介质是一种聚合膜片。

3.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述至少三根导线基本呈圆柱形。

4.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述至少三根导线粘结安装于所述载送介质上。

5.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，还具有至少一个导电的接地面。

6.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述至少三根导线的每一根导线周围设有一绝缘材料。

7.如权利要求6所述的互连结构，其特征在于，所述绝缘材料的熔点高于所述粘结材料。

8.如权利要求6所述的互连结构，其特征在于，所述绝缘材料是从这样一组材料中选出：聚氨酯、聚酰亚胺、多孔聚四氟乙烯、聚四氟乙烯和氟化乙烯-丙烯。

9.如权利要求6所述的互连结构，其特征在于，所述至少三根导线的每一根导线的绝缘材料上设有一导电材料。

10.如权利要求9所述的互连结构，其特征在于，所述导电材料是从这样一组材料中选出：铜、铝、加碳含氟聚合物、金、金属镀盖聚合物、银、镀盖过的含氟聚合物或镀盖过的多孔聚四氟乙烯材料。

11.如权利要求1所述的互连结构，其特征在于，所述载送介质的构成材料从这样一组材料中选出：多孔聚四氟乙烯、多孔发泡聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯、全氟烷氧基聚合物、聚酯和聚酰亚胺。

12.在数据存储装置中，一种将读/写头电连于一电子线路元件用的带状互连结构，它具有一预定长度，读/写头由分离的读和写转换器元件形成，该互连结构包括：

  至少一个载送介质；

  至少三个以共面配置的方式装于该载送介质上的导线，该至少三根导线形成至少第一和第二导线对，每个所述导线对中的导线间距沿所述带状互连结构的长度方向保持恒定，其中一个导线对的特性电感与另一个导线对的特性电感不相等。

13.在数据存储装置中，一种将读/写头电连于一电子线路元件用的带状互连结构，它具有一预定长度，读/写头由分离的读和写转换器元件形成，该互连结构包括：

  至少一个载送介质；

  至少三个以共面配置的方式装于该载送介质上的导线，该至少三根导线形成至少第一和第二导线对，每个导线对中的导线间距沿所述带状互连结构的长度方向保持恒定，其中一个导线对的特性电感与另一个导线对的特性电感不相等。

14.在数据存储装置中，一种将读/写头电连于一电子线路元件用的带状互连结构，它具有一预定长度，读/写头由分离的读和写转换器元件形成，该互连结构包括：

  至少一个载送介质；

  以共面配置的方式装于该载送介质上的至少第一、第二和第三电导线，所述至少第一和第二电导线在它们之间形成一预定间距，该间距小于所述至少第一和第三电导线之间所形成的间距以及所述至少第二和第三电导线之间所形成的间距。

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