CN1574060A - 供硬盘驱动器使用的振动减小的柔性电路 - Google Patents

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Abstract

一种供磁盘驱动器装置使用的柔性电缆中的减振方法和装置。减振减轻柔性电缆的共振振动，否则这将通过迫使致动器偏离磁盘上期望的数据轨道而导致轨道错误。一层减振材料以及一根或多根电导线包裹在周围的电绝缘体中，减振材料被完全包裹，而导线的选定部分被暴露来允许电连接设备。

Description

供硬盘驱动器使用的振动减小的柔性电路
技术领域
本发明涉及硬盘驱动器设备中的减振，更特别地，涉及供这种磁盘驱动器设备使用的振动减小的柔性(flexible)电路。
背景技术
动磁式存储设备，尤其是磁盘驱动器，在计算机系统中广泛使用，在很大程度上由于它们具有低廉地存储供快速存取的大量非易失性数据的能力。磁盘驱动器使用至少一个具有定义来存储数据的同心数据轨道的可旋转磁介质盘，用于从许多数据轨道中读出数据和/或将数据写入那里的磁记录头或换能器，用于支托换能器接近数据轨道典型地在存储媒介上方处于浮动状态的浮动块，用于有弹性地支托浮动块和换能器于数据轨道上方的悬架组件，以及连着换能器/浮动块/悬架组合用于跨越媒介将换能器移动到期望的数据轨道并且在读出或写入操作过程中保持换能器于数据轨道中心线上方的定位致动器。换能器连着浮动块或与之整体形成，浮动块通过由旋转磁盘产生的称作空气支撑(air-bearing)的气垫将换能器支托于存储磁盘的数据面上方。
可选地，换能器可以同磁盘面接触而工作。这样，悬架提供期望的浮动块负荷以及浮动块和将换能器/浮动块悬架组件连上致动器的传动臂之间的尺寸稳定性。致动器根据读出操作所期望的数据将换能器定位于正确轨道上方或者在写入操作过程中将换能器定位于存放数据的正确轨道。致动器被控制而通过在一般地横切数据轨道的方向上跨越磁盘面移动换能器来将换能器定位于期望的数据轨道上方。致动器可以包括从枢轴点伸出的单个臂，或者可选地从枢轴点伸出以梳状方式排列的多个臂。旋转音圈马达(VCM)连着传动臂的后部，给致动器在磁盘上方的运动提供动力。术语寻道一般指的是磁头或换能器到磁盘上指定轨道的径向运动。
位于传动臂后部的VCM包括隔在底板上方的顶板，并且其间具有磁体或一对磁体。VCM还包括导电线圈，其放置于传动臂的后向延伸部分中并处于顶板和底板之间，同时在平行于磁体的平面上放在磁体上方。工作中，电流流过线圈并对磁体的磁场有影响，使得围绕枢轴旋转传动臂，从而自由地定位换能器。
磁盘驱动器中的磁介质盘安放在主轴上。主轴连着主轴马达，主轴马达使主轴和磁盘旋转以提供对磁盘同心轨道上不同部分的读出/写入访问。一根或多根电导线在悬架组件上方延伸，以将读出/写入换能器电连接到传动臂上的读出/写入芯片。多线柔性印制电路电缆(致动器弯曲电缆)提供读出/写入芯片与位于磁盘驱动器外壳外部的其他电路的电接触。在磁盘驱动器外壳内部，致动器弯曲电缆连接电插针组件，后者又通过外壳中的开口或接线端口连接外部电子设备。
致动器(actuator)弯曲电缆是柔性电路，其传送电信号到致动器或者从那里传来电信号。它典型地包括包裹在绝缘材料中的多根电导线。致动器弯曲电缆提供从装配于磁盘驱动器外壳上的外部电子设备到支托于允许致动器关于其枢轴点径向运动的轴承上的致动器的电接触。致动器的径向运动使支托在装配于致动器上的悬架上的读出/写入换能器可以从磁盘的内径到磁盘的外径访问磁盘面上位于任何径向位置的数据轨道。将致动器弯曲电缆装配于固定磁盘驱动器外壳上的电子卡与可旋转致动器之间的优选方法是使致动器弯曲电缆形成环，使得致动器弯曲电缆对致动器旋转带来最小约束。将致动器和电子卡连接起来的致动器弯曲电缆环在致动器寻道过程中可能振动，给致动器引入有害的振动模式。在寻道操作过程中致动器的振动(通常称作随机瞬态振动)使磁盘驱动器的稳定性能下降。
在现有技术中已尝试使弯曲电缆振动对致动器或磁头托架组件定位的影响达到最小。例如，已发表到Kan的美国专利申请第5,907,452号公开了在弯曲电缆的一端加上减振器，该减振器是在弯曲电缆外部并与弯曲电缆分开的部件。本领域技术人员应当认识到，现有技术所添加的附加部件必定会增加这种设备的成本和复杂性，并且在某些情况下增加这样的危险性，即添加的部件可能脱离而导致磁盘驱动器灾难性故障。另外，这种设备仅提供对弯曲电缆一部分的减振。因此，仍然需要一种装置来有效地减小磁盘驱动器设备的柔性电缆的振动，同时使附加部件的使用达到最小。这种设备优选地将尽可能地使用现有制造技术。
发明内容
本发明提供一种供磁数据记录设备例如硬盘驱动器使用的振动减小的柔性电缆。柔性电缆包括一根或多根电导线以及一层减振材料，两者均由电绝缘体包裹。
减振材料可以邻近导线放置，夹在导线和绝缘层之间。因为减振层放置于弯曲电缆的绝缘材料中，不会有减振材料从弯曲电缆松开的危险性。其他问题，例如放气和碎屑积聚也消除了。另外，本发明允许弯曲电缆内减振材料的数量和布局上大的灵活性，使得如果希望的话基本上整个弯曲电缆可以用这种材料来减振。优选地，减振材料覆盖柔性电缆区域的至少1/3的区域。并且，柔性电缆的形状可以根据性能要求沿着其长度改变。例如，沿着横向的宽度或在高度方向上的厚度可以改变，以便放置更多减振材料于需要较大减振的位置。
电导线可以用金属例如铜来形成，并且减振材料可以包括，例如3M公司所制造的ISD130 TM。绝缘体可以用柔性电绝缘体例如KaptonTM来构成。在一种可能的实施方案中，可以包括例如在与第一绝缘层那侧相对的导线一侧上的第二层减振材料。
本发明的弯曲电缆可使用现有制造技术构造。导线可以涂敷在第一层绝缘材料上。减振层可以沉积在导线上。然后，第二层绝缘材料可以涂敷在第一绝缘层、导线和减振材料上方。热和压力的施加可用来将这些材料粘合在一起，并将导线和减振材料包裹在周围的绝缘材料中。
附图说明
为了更全面地理解本发明的本质和优点，以及优选使用方式，应当参考下面的连同附图一起阅读的详细描述，其中：
图1是根据本发明一种实施方案并且为了描述在其中的部件移开了盖子的磁盘驱动器的透视图；
图2是根据本发明一种实施方案的磁盘驱动器的平面图；
图3是根据本发明一种实施方案并且为了说明在其中的部件移开了其绝缘层上部的柔性电缆的平面图；
图4是沿着图3的线4-4获取的横截面图，其被放大并逆时针方向旋转90度；
图5是用来构成根据本发明的弯曲电缆的部件的分解截面图；
图6是说明实施本发明的方法的流程图。
具体实施方式
参照图1，一般地称作100的磁盘驱动器装置包括外壳102和盖子104，为了描绘外壳102内的各个部件盖子104被移开。磁盘驱动器100包括一个或多个磁盘106，在磁盘面上数字数据可以存储为沿着同心轨道形成的磁信号。在优选实施方案中，磁盘106的两面上都存储有这种数据，并且本领域技术人员应当认识到，在磁盘驱动器100中可以包括许多这种磁盘106。
磁盘106安放在连着主轴马达(没有显示)的主轴108上，主轴马达使磁盘106在外壳102内旋转。致动器组件110包括整体地连着E块或梳子114的传动臂112，以及悬架组件116。悬架组件116包括在其末端并且用于跨越磁盘106的盘面运动的浮动块/换能器组件118。虽然只有一个悬架组件116被显示，本领域技术人员应当认识到磁盘驱动器100可以包括每个磁盘106的每个侧面的悬架116。
磁盘驱动器100还包括放大器电路芯片120。放大器芯片120协同浮动块/换能器组件118从磁盘106中读出数据或者将数据写入到那里。柔性印制电路元件或致动器弯曲电缆122在放大器芯片120同连着磁盘外壳102并与外部信号处理电子设备接口的插针组件(没有显示)之间传送信号。从放大器芯片120伸出的致动器弯曲电缆122连着臂电子(AE)托架124，托架124将致动器弯曲电缆122引到接插端口以连接到插针组件(没有显示)。
致动器组件110装配于用来关于枢轴点128做枢轴运动的支枢轴承126上，并且用来将换能器118定位于磁盘106上选定数据轨道上方。致动器组件110包括音圈马达组件130，音圈马达组件130包括底板(没有显示)，磁体(没有显示)，顶板132，以及线圈134(图2)。流过致动器线圈的电流对磁体的磁场有影响，使E块114和悬架组件关于枢轴点128旋转，从而将换能器118自由地定位于磁盘106上方。
现在参照图2，磁盘驱动器的平面图说明致动器组件110相对于磁盘106和外壳102的位置。致动器组件110和悬架组件116跨越磁盘106的盘面149的枢轴运动用箭头136来表示。致动器110的运动受到止动机构138，140同向后延伸部分或VCM线圈支托臂142，144之间的接触所限制。导电线圈引线146提供VCM线圈134同在放大器芯片120旁边的致动器弯曲电缆122之间的电连接。致动器组件旋转的界限定义磁盘面149上可能被浮动块换能器组件118访问的内径(ID)轨道151和外径轨道153。
致动器弯曲电缆122以J形夹具(J块)148装配于致动器组件110上，J形夹具148提供致动器弯曲电缆122的支托，并且指引电缆以在致动器组件110和AE托架124之间形成自支持弧形或环形。弯曲电缆122所形成的环形提供致动器110的机械隔离，使得在磁盘驱动器100的工作过程中，致动器组件118的旋转运动可以具有最小的机械约束。
由轨道位置错误(TMR)衡量的磁盘驱动器性能因磁盘驱动器中部件的振动而下降。特别地，传动臂112在选定轨道上方的运动由于弯曲电缆本身的惯性或弹性(弹力)性质可能会产生弯曲电缆122的振动。这些振动可以是扭转的，也可以是横向的，如分别由箭头150和152所指示的，并且这些振动迫使传动臂112离开期望轨道上方其预期的位置。
参照图3和4，其显示根据本发明优选实施方案的弯曲电缆122的平面和截面图，集成在弯曲电缆中的减振材料使先前描述的与弯曲电缆122的共振振动有关的问题达到最小。如图3中所示的弯曲电缆平直地延伸，并且为了说明在其中的部件移开了其绝缘层上部。本发明的弯曲电缆122包括许多导电线或导线154以及邻近导线154形成的一层减振材料156。导线154和减振材料层156两者都包裹在柔性电绝缘材料158中，并且选定的导线端部被暴露而形成接触垫157，以允许与放大器电路芯片120及插针组件的电接触。为了清楚起见，柔性电缆122显示为具有四根电导线154，但是本领域技术人员应当认识到，柔性电缆122可能包括更多这种导线。减振材料层156可以在电缆122中按设计要求需要以许多不同形状和尺寸来形成。但是，优选地，减振材料覆盖柔性电缆122区域的至少1/3的区域，当在图3中从上方观看时。更优选地，减振材料覆盖柔性电缆122区域的至少1/2的区域。减振材料156也可以在需要更多减振的区域设定成更宽或更厚，而在别处设定成更窄或更薄。
用于减振的材料响应于形变应当表现出大的粘滞损耗。本领域技术人员应当认识到，那些损耗典型地用动态损耗模量来量化。用于本发明的柔性电缆122中的减振材料156优选地是具有50％～110％的标称动态损耗模量的材料。几种材料可获得来用作减振材料156。优选地，减振材料是由3MTM公司生产的ISD130TM。可选地，可以使用也是由3M公司生产的ISD110TM或ISD112TM，以及由ANATROLTM公司生产的等效材料。虽然减振层156显示为沿着导线154的一侧形成，它可以在导线154的任一侧或者在两侧上形成，这依赖于设计考虑例如成本和减振要求。电导线可以由许多导电材料形成，并且在优选实施方案中它们用铜形成。选择来构成绝缘层158的材料可以选自许多柔性的电绝缘材料，并且在优选实施方案中为KAPTONTM。
现在参照图5和6，将描述一种构造本发明的弯曲电缆122的方法。现有技术的弯曲电缆通过将许多电导线夹在两个电绝缘膜之间，并施加热和压力使绝缘膜彼此粘合及粘合到导线来构造。有利地，本发明的弯曲电缆可以用与现有技术的弯曲电缆几乎相同的方法来构造，可以使用现有的工具和工艺。在步骤602中，第一电绝缘膜160被形成。然后，在步骤604中，导线154涂敷在第一绝缘膜层160上。在步骤164中，减振材料156涂敷在导线154和第一薄膜160上。其后，在步骤608中，第二层绝缘膜162涂敷在第一薄膜160，导线154，以及减振材料156上。在步骤610和612中，热和压力施加于弯曲电缆122上以使各层粘合在一起，并将导线154和减振材料156包裹在绝缘材料中，如图3中所示。步骤610和612依赖于所执行的粘合类型可以同时或分开进行。可选地，通过使用某些粘合剂，加热步骤可以去除，而粘合可以通过仅施加压力来实现。
本领域技术人员应当认识到，与具有在外部连接弯曲电缆的减振器的设计相比，将减振材料包裹于绝缘材料158中提供几个优点。例如，现有减振材料是粘性材料，因而如果在外部连接的话倾向于聚集碎屑。另外，将减振材料包裹于弯曲电缆的绝缘材料158中保证减振材料不会从弯曲电缆122脱离。磁盘驱动器100中疏松脱离的减振器不仅消除了任何有利的减振效果，而且可能导致驱动器100的灾难性故障。并且，因为本发明的弯曲电缆可以最小偏离现有制造方法来制造，因此它可以容易并低廉地制造。此外，将减振材料156包裹于绝缘材料158中消除了与随着时间流逝减振材料放气相关的任何问题。
参照图4b，描述了本发明一种可能的可选实施方案。根据该实施方案的弯曲电缆164包括第一和第二减振层156，166，它们将电导线154夹在其间。第一和第二减振层156，166以及电导线154夹在第一和第二绝缘层162，160之间。参照图5b和6b，一种用于构造根据本发明该可选实施方案的弯曲电缆164的方法包括在步骤602中提供第一绝缘膜162。其后，在步骤603中涂敷第一减振层156。然后，在步骤604中涂敷电导线154。然后，在步骤606中涂敷第二层减振材料606。在步骤608中，涂敷第二绝缘层160。然后，在步骤610和612中，施加热和压力来将先前描述的元素粘合在一起。
虽然本发明的优选实施方案已在这里详细说明，应当认识到对那些实施方案的修改和改变可以由本领域技术人员想到，而不背离仅由下面权利要求书中阐述的内容所限制的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种供磁存储设备使用的阻尼柔性电缆，包括：
电导线；
邻近电导线放置的减振材料；以及
包裹减振材料和电导线至少一部分的绝缘材料。
2.根据权利要求1的阻尼柔性电缆，其中减振材料完全包裹在绝缘材料中，并且其中电导线的端部被暴露。
3.根据权利要求1的阻尼柔性电缆，其中减振材料包括放置在电导线相对侧的第一和第二层。
4.根据权利要求1的阻尼柔性电缆，还包括有一部分彼此平行的许多电导线。
5.根据权利要求1的阻尼柔性电缆，其中减振材料具有50％～110％的动态损耗模量。
6.根据权利要求1的阻尼柔性电缆，其中减振材料覆盖柔性电缆区域的至少1/3的区域。
7.根据权利要求1的阻尼柔性电缆，其中减振材料覆盖柔性电缆区域的至少1/2的区域。
8.根据权利要求1的阻尼柔性电缆，其中减振材料布置有从水平尺寸上衡量的相对宽的区域和相对窄的区域。
9.根据权利要求1的阻尼柔性电缆，其中减振材料布置有相对厚的部分和相对薄的部分。
10.一种供磁记录设备使用的磁头悬架组件，包括：
悬架；
与悬架连接的磁换能器；以及
与换能器电连接的柔性电缆，柔性电缆还包括：
电导线；
邻近电导线放置的减振材料；以及
包裹减振材料和电导线至少一部分的绝缘材料。
11.一种磁硬盘驱动器，包括：
外壳；
可旋转地安放于外壳内的磁盘；
枢轴地装配于外壳内的磁头悬架组件；
放大器电路；以及
与放大器电路电连接的柔性电缆，柔性电缆还包括：
电导线；
邻近电导线放置的减振材料；以及
包裹减振材料和电导线至少一部分的绝缘材料。
12.一种供磁存储设备使用的柔性电缆，包括：
第一层电绝缘材料；
第二层电绝缘材料；
电导线；以及
减振材料；
其中电导线和减振材料夹在第一和第二层电绝缘材料之间。
13.一种用于构造柔性电缆的方法，包括：
提供第一层电绝缘材料；
形成电导线；
形成一层减振材料；
与第一层绝缘材料相对地涂敷第二层电绝缘材料，使得将电导线和减振材料夹在第一和第二层电绝缘材料之间；以及
施加压力到第一和第二电绝缘层。
14.根据权利要求13的方法还包括加热第一和第二电绝缘材料、电导线，以及减振材料的步骤。
15.根据权利要求13的方法还包括涂敷粘合剂到第一和第二层绝缘材料的至少一层的步骤。
16.根据权利要求13的方法还包括在导线一侧与第一层减振材料相对地形成第二层减振材料。
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