CN1632865A - 微驱动器、磁头折片组合及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁头折片组合机构(headgimbal assembly),其包括具有读/写感应器(sensor)的磁头、用于支撑磁头的悬臂件(suspension)及微驱动器(micro-actuator)。其中,微驱动器包括一个具有两个压电元件的压电单元及一个支撑底,其中所述支撑底包括一个和悬臂件物理连接的底部,一个和所述两个压电元件连接的活动片及一个连接底部及活动片的引柱。本发明同时公开了该磁头折片组合及微驱动器的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁盘驱动器及其制造方法,尤指一种微驱动器、磁头折片组合及其制造方法。
背景技术
磁盘驱动器为一种使用薄膜磁介质储存数据的信息存储装置。参考图1a及1b,现有典型的磁盘驱动器(Disk Drive)包括一个装有磁头203的驱动臂(Drive Arm)104及一个磁盘101。其中,磁盘101装在一个主轴马达102上用以驱动磁盘101旋转,一个音圈马达(Voice-Coil Motor,VCM,未图示)用于控制装有磁头203的驱动臂104的运动,从而控制磁头203在磁盘101表面上从一个磁轨移动到下一个磁轨,进而从磁盘101中读取或写入数据。
然而,由于音圈马达(VCM)所固有的容差(Tolerance),磁头203在定位时不能进行位置微调(Position Fine Adjustment)。
为了解决上述问题,压电微驱动器(piezoelectric(PZT)micro-actuator)被用于调整磁头的定位。亦即,压电微驱动器以一个较小的幅度调整磁头203的定位从而补偿音圈马达(VCM)及驱动臂(Drive Arm)104的容差。这样,不仅可使磁轨宽度变得更小,而且可增加磁盘驱动器的TPI值(‘tracks per inch’value)及其表面记录密度。
参考图1c及1d,传统的压电微驱动器205设有一个U形的陶瓷框架297。该U形陶瓷框架297包括两个陶瓷臂207,其中每个陶瓷臂207在其一侧设有一个压电片(未图示)。在本发明中,压电微驱动器205与悬臂件213物理相连,其中,在每个陶瓷臂207一侧,有三个电连接球209(金球焊接或锡球焊接,gold ball bonding or solder bump bonding,GBB or SBB)将微驱动器205连接到磁头折片组合的电缆210上。此外,还有四个电连接球208(GBBor SBB)用于实现磁头203与悬臂件213之间的电连接。图2则展示了将磁头203插入微驱动器205的详细过程。其中,磁头203通过环氧树脂胶212与两个陶瓷臂207上的两点206相连,从而使磁头203的运动独立于驱动臂104(参图1a)。
当电流通过悬臂件电缆210施加于压电微驱动器205上时,压电微驱动器205膨胀或者收缩从而导致U形陶瓷框架297变形而使磁头203沿着磁盘101的径向旋转。这样,就可以实现对磁头203的位置微调(Position FineAdjustment)。
然而,一个具有微驱动器205的磁头折片组合(Head Gimbal Assembly,HGA)277(参图1c)制造起来相当困难。首先,将磁头203插入微驱动器205并与之连接相当困难。其次,环氧树脂胶212的长度难于控制,如果其长度过长,将影响微驱动器205的工作性能,例如,位移(displacement)不足;如果其长度过短,则磁头203与微驱动器205间的结合力不足,从而导致磁头折片组合的防震性能变差。此外,环氧树脂胶212在高度方向上亦难于控制,如果环氧树脂胶212太高,则会留在磁头203的正边或背边,若留在磁头203的正边则影响磁头203在磁盘101上运动,甚至会损毁磁头203或磁盘101;若留在磁头203的背边则会影响磁头203的焊接过程(GBB process)。
此外,由于微驱动器205增加了一个附加块(U形陶瓷框架297),所以不仅影响了悬臂件213的静态性能,而且影响了其动态性能,例如共振性能(resonance performance),从而降低了悬臂件213的共振频率及增加了其增益(gain)。
同时,由于微驱动器205的U形陶瓷框架297十分易碎所以导致其抗震性能较差。此外,没有有效的方法来识别U形陶瓷框架297的微裂(micro crack)也是一个大问题。再者,当施加电压于压电微驱动器或正常工作时,易碎的微驱动器205前后弯曲将会产生微粒进而影响微驱动器205的工作性能。
在磁头折片组合277的制造过程中,由于磁头折片组合277结构复杂,当连接磁头203与U形陶瓷框架297时,磁头203可能倾斜;而且当连接具有磁头203的U形陶瓷框架297与悬臂213时,U形陶瓷框架297也可能倾斜。上述情况均会影响磁头折片组合277的静态姿态(static attitude),进而增加了磁头折片组合277的制造难度。
众所周知,打磨是一个相当有效且被广泛使用的用于清洁磁头气垫面(airbearing surface,ABS)微尘污染的方式。然而,这种清洁方式不能用于上述磁头折片组合277上,因为这种方式容易损毁微驱动器205的U形陶瓷框架297。
最后,因为磁头203由U形陶瓷框架297支撑,所以将磁头203和悬臂213接地以获得静电放电(Electro Static Discharge,ESD)保护将相当困难。此外,使用大的驱动电压(40V,AC p-p)运行压电微驱动器205亦浪费能源。
因此,提供一种微驱动器、磁头折片组合及其制造方法以克服现有技术的缺点十分必要。
发明内容
基于现有技术的不足,本发明的主要目的在于提供一种改进的微驱动器、磁头折片组合及其制造方法。
为了达到上述目的,本发明阐述了一种磁头折片组合(head gimbalassembly)包括:具有读/写感应器(sensor)的磁头、用于支撑磁头的悬臂件(suspension)及微驱动器(micro-actuator)。
所述微驱动器包括一个具有两个压电元件的压电单元及一个支撑底,其中所述支撑底包括一个和悬臂件物理连接的底部,一个活动片连接着两个压电元件及一个连接底部及活动片的引柱。
在本发明中,所述底部、活动片及引柱由一片无缝材料制得。所述无缝材料优选为金属。此外,所述引柱设有一辅助活动片水平移动的结构并且所述引柱的宽度小于活动片的宽度。所述两个压电元件为两个薄膜压电片或陶瓷压电片。所述每个压电元件上设有复数电极触点。在本发明一个实施例中,所述两个压电元件设有三个电极触点,其中包括两个输入触点及一个由两个压电元件共用的接地触点。另外,所述悬臂件包括一个设有悬臂舌片(suspension tongue)的挠性件(flexure),所述悬臂舌片设有复数电极触点,它们对应于压电单元上的电极触点。微驱动器的底部(base)通过各向异性导电膜(ACF)与所述压电单元上的电极触点电性连接和物理连接。所述支撑底的活动片通过各向异性导电膜(ACF)或粘接剂和磁头物理及电性相连。
本发明一种微驱动器(micro-actuator),包括:具有两个压电元件的压电单元;及一个支撑底,其中所述支撑底包括底部,和所述两个压电元件连接的活动片及一个连接底部及活动片的引柱。
在本发明中,所述底部、活动片及引柱由一片无缝材料制得。所述无缝材料优选为金属。此外,所述引柱设有一辅助活动片水平移动的结构并且所述引柱的宽度小于活动片的宽度。所述两个压电元件为两个薄膜压电片或陶瓷压电片。所述每个压电元件上设有复数电极触点。在本发明一个实施例中,所述两个压电元件设有三个电极触点,其中包括两个输入触点及一个由两个压电元件共用的接地触点。
本发明中制造磁头折片组合的方法包括如下步骤:(A)制造一个磁头,一个悬臂件及一个微驱动器,其中所述微驱动器包括两个压电元件的压电单元;一个支撑底含有一个底部,一个活动片及连接着支撑底底部与活动片的引柱;(B)通过各向异性导电膜(anisotropic conductive film,ACF)或粘接剂将微驱动器与磁头电性及物理相连;(C)通过GBB或SBB将磁头与悬臂件电性相连。
在本发明中,一种制造微驱动器的方法包括如下步骤:(1)制造一个具有两个压电元件的压电单元;(2)制造一个支撑底包含一个底部,一个活动片及一个连接着支撑底底部与活动片的引柱;(3)将压电单元连接到支撑底的一面。
其中,所述步骤(2)包括如下步骤:(a)成型一组支撑底;(b)将该组支撑底分离成单一支撑底。所述步骤(a)可通过冲压一原料片材而形成一组支撑底,或者通过如下步骤实现:成型一由原料片材和间隔片材交替叠合而成的复合层片材;将所述复合层片材切割为一组支撑底。所述步骤(a)还可通过成型一批由一组支撑底构成的支撑底条而实现。
与现有技术相比,本发明提出了一种微驱动器包括一种由金属制成的设计新颖的支撑底,使用金属支撑底将大大提高微驱动器的抗震性能(shockperformance),并且解决了传统U形陶瓷框架产生尘埃的问题。
此外,在现有技术中,由于其磁头折片组合的复杂制造过程,因而很难控制其静态姿态(static attitude),而本发明通过相似的制造过程却可使磁头折片组合的静态姿态更好控制或者能用传统的方法对其进行控制。
再者,本发明在制造过程中对微粒污染的控制也得到显著改善。另外,传统的打磨清洁方式也得以在本发明清洁过程中使用。同时,由于本发明在磁头安装过程中使用ACF焊接,从而使得磁头折片组合的接地过程更容易,并且ACF焊接易于返修及回收再利用其他材料。最后,本发明降低了薄膜压电微驱动器的工作电压而同样可得到与现有微驱动器相同的位移(displacement)。
为使本发明更加容易理解,下面将结合附图进一步阐述本发明微驱动器、磁头折片组合及其制造方法的具体实施例。
附图说明
图1a为传统磁盘驱动器的立体图;
图1b为图1a的放大局部视图;
图1c为现有磁头折片组合(HGA)的立体图;
图1d为图2a的放大局部视图;
图2展示了将磁头插入图1c中磁头折片组合(HGA)的微驱动器中的详细过程;
图3a是本发明磁头折片组合(HGA)的立体图;
图3b是图3a中磁头折片组合(HGA)的立体分解图;
图3c是图3a中磁头折片组合(HGA)上suspension的立体图;
图4a是本发明微驱动器压电单元一个实施例的立体图;
图4b展示了具有图4a所示压电单元的微驱动器的一个实施例;
图4c是图3a的局部放大视图;
图4d是图3a中磁头折片组合(HGA)在微驱动器区域的剖视图;
图5-8展示了本发明制造支撑底方法的四个不同的实施例的示意图;
图9-12展示了根据本发明四个不同的实施例而形成的另外四种不同形状的支撑底及微驱动器的示意图。
具体实施方式
参考图3a,本发明一种磁头折片组合(head gimbal assembly,HGA)3包括磁头203’,微驱动器(micro-actuator)30及悬臂件(suspension)213’。
参考图3b,磁头203’包括一个制造过程中植入其中的读/写感应器(未图示)参考图4a及4b,微驱动器30包括一个金属支撑底302及一个压电(piezoelectric,PZT)单元304。压电单元304包括两个薄膜压电片303和设于其一侧的复数电极触点308,398。参考图4b-4c,支撑底302包括一个底部301,一个引柱307及一个在其两边设有两个边臂306的活动片305。在本发明一个实施例中,引柱307的宽度窄于活动片305的宽度。压电单元304通过传统方式,如粘结,与支撑底302物理连接,连接时两者的顶端被对齐。
参考图3b及3c,悬臂件213’包括负载杆(load beam)326,挠性件(flexure)325,枢接件(hinge)324及基板(base plate)321.负载杆326上有三个用于层叠定位的开口408及复数小突起329(参图4d)。在枢接件324及底盘321上分别有两个孔322 and 323。其中,孔322用于铆合(swaging)磁头折片组合3及驱动臂(未图示),而孔323则用于减轻悬臂件213’的重量。在挠性件325上设有复数电极触点318,复数电极触点318一端和控制系统相连(未图示),另一端和复数电缆309,311相连。参考图3c和4d,挠性件325亦包括悬臂舌片(suspension tongue)328用于支撑微驱动器30并使得承载力总是通过负载杆326上的小突起329施加于磁头203’的中心区域。悬臂舌片328在对应于压电单元304上的电极触点308、398的设定位置设有复数电极触点(未图示)。通过上述悬臂舌片328上的电极触点,悬臂舌片328与压电单元304电性相连。
参考图4d,在本发明中,微驱动器30通过各向异性导电膜(anisotropicconductive film,ACF)与挠性件325上的悬臂舌片328电性及物理连接。一个平行间隙313因此形成于微驱动器30与悬臂舌片328之间,从而保证了微驱动器30的流畅运动。同时,支撑底302的活动片305通过ACF或粘接剂与磁头203’电性及物理连接。物理连接可保持磁头203’与微驱动器30同时移动,而电性连接则可帮助阻止磁头203’被静电放电所损毁。在本发明中,平行间隙313的长度优选为35-50μm。
参考图3a及4c,在本发明中,四个金属球310(GBB or SBB)被用于电性连接磁头读/写感应器(未图示)与位于悬臂件213’上的活动部312上的两个电缆(electric multi-trace)309。在悬臂舌片328上的压电单元304被ACF或导电胶(conductive adhesive)通过电极触点398与电缆311相连,其中电极触点308为两个薄膜压电片303所共用的接地触点。通过电缆309、311,电极触点318将磁头203’及微驱动器30与控制系统电性相连(未图示)。
根据本发明,一种制造磁头折片组合3的方法包括如下步骤:(A)制造一个磁头203’,一个悬臂件213’及一个包括两个压电元件303和一个由底部301,引柱307及活动片305构成的支撑底302的微驱动器30;(B)通过各向异性导电膜(ani sotropic conductive film,ACF)或粘接剂将微驱动器30与磁头电性及物理相连;(C)通过GBB或SBB将磁头203’与悬臂件213’电性相连。
根据本发明,一种制造微驱动器的方法包括如下步骤:(1)制造一个具有两个压电元件303的压电单元304;(2)制造一个具有底部301,引柱307及活动片305的支撑底302;(3)将压电单元304连接到支撑底302的一面。
下面以如下几个实施例具体阐述支撑底302的制造过程。
实施例1
参考图5,制造支撑底302的方法包括如下步骤:(1)冲压不锈钢片为单元T形支撑底;(2)固定单元T形支撑底于切割夹具上并将其切割为单独的T形支撑底302;(3)清洗并检查单独的T形支撑底302。
在本实施例中,具有多单元T形支撑底刀具602的加工模具(tooling die)601用于冲压不锈钢片603,冲压后,不锈钢片603被制成具有复数一单元T形支撑底的框架,接着,所述框架被切成单独条605并被分成单独的T形支撑底302。
图6展示了另一种具有多单元T形支撑底刀具702的加工模具701用于冲压不锈钢片703,冲压后,不锈钢片703制成具有复数一单元T形支撑底的框架,接着,所述框架被切成单独条705并被分成单独的T形支撑底302。
实施例2
参考图7,又一制造支撑底302的方法包括如下步骤:(1)固定不锈钢片901,然后将间隔块902层压于不锈钢片901上;(2)将第二个不锈钢片903层压于间隔块902上;(3)将第二个间隔块层压于第二个不锈钢片903上;(4)重复上述步骤直至获得一个复合层单元904;(5)固定复合层单元904到一个合适的夹具上并通过激光或将其切割为T形复合层单元906;(6)取出间隔块,则T形复合层单元906自动分离为单独的支撑底302;(7)清洗并检查单独的支撑底302。
实施例3
参考图8,另一种制造支撑底302的方法包括如下步骤:(1)成型支撑底条501;(2)用机械方式或机加工方式(machining)将支撑底条501切成单独支撑底302;(3)从支撑底条501上分离T形支撑底302。
参考图9-12,在本发明中,支撑底302也可以为其他形状的支撑底302’,302”,302或302””,对应地,由其制成的微驱动器亦可有不同的形状。
在本发明中,由于组装微驱动器及磁头折片组合(HGA)的过程为业界人士所熟知,在此不再赘述。另外,本发明中的薄膜PZT片也可以为陶瓷PZT片。
以上所揭露的仅为本发明微驱动器、磁头折片组合及其制造方法的较佳实施例而已,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 (23)
1.一种磁头折片组合(head gimbal assembly)包括:
具有读/写感应器(sensor)的磁头;
用于支撑磁头的悬臂件(suspension);及
微驱动器(micro-actuator);其特征在于:
所述微驱动器包括一个具有两个压电元件的压电单元及一个支撑底,其中所述支撑底包括一个和悬臂件物理连接的底部,一个和所述两个压电元件连接的活动片及一个连接底部及活动片的引柱。
2.如权利要求1所述的磁头折片组合,其特征在于:所述底部、活动片及引柱由一片无缝材料制得。
3.如权利要求2所述的磁头折片组合,其特征在于:所述无缝材料是金属。
4.如权利要求1所述的磁头折片组合,其特征在于:所述引柱设有一辅助活动片水平移动的结构。
5.如权利要求4所述的磁头折片组合,其特征在于:所述引柱的宽度小于活动片的宽度。
6.如权利要求1所述的磁头折片组合,其特征在于:所述两个压电元件为两个薄膜压电片或陶瓷压电片。
7.如权利要求1所述的磁头折片组合,其特征在于:所述每个压电元件上设有复数电极触点。
8.如权利要求7所述的磁头折片组合,其特征在于:所述两个压电元件设有三个电极触点,其中包括两个输入触点及一个由两个压电元件共用的接地触点。
9.如权利要求7所述的磁头折片组合,其特征在于:悬臂件包括一个设有悬臂舌片(suspension tongue)的挠性件(flexure),所述悬臂舌片设有复数电极触点,它们对应于压电单元上的电极触点。
10.如权利要求9所述的磁头折片组合,其特征在于:微驱动器的底部(base)通过各向异性导电膜(ACF)与所述悬臂的挠性件的电极触点电性连接,并通过各向异性导电膜(ACF)与挠性件物理连接。
11.如权利要求1所述的磁头折片组合,其特征在于:所述支撑底的活动片通过各向异性导电膜(ACF)或粘接剂和磁头物理及电性相连。
12.一种微驱动器(micro-actuator),其特征在于包括:
具有两个压电元件的压电单元;及
一个支撑底,其中所述支撑底包括一个底部,一个活动片连接着两个压电元件及一个连接底部及活动片的引柱。
13.如权利要求12所述的微驱动器,其特征在于:所述底部、活动片及引柱由一片无缝材料制得。
14.如权利要求13所述的微驱动器,其特征在于:所述无缝材料是金属。
15.如权利要求12所述的微驱动器,其特征在于:所述两个压电元件为两个薄膜压电片或陶瓷压电片。
16.如权利要求12所述的微驱动器,其特征在于:所述每个压电元件上设有复数电极触点。
17.如权利要求16所述的微驱动器,其特征在于:所述两个压电元件设有三个电极触点,其中包括两个输入触点及一个由两个压电元件共用的接地触点。
18.一种制造微驱动器的方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)制造一个具有两个压电元件的压电单元;
(2)制造一个支撑底包含一个底部、一个活动片及一个连接着支撑底底部与活动片的引柱;
(3)将压电单元连接到支撑底的一面。
19.如权利要求18所述的制造微驱动器的方法,其特征在于:所述步骤(2)包括如下步骤:(a)成型一组支撑底;(b)将该组支撑底分离成单一支撑底。
20.如权利要求18所述的制造微驱动器的方法,其特征在于:所述步骤(a)是通过冲压一原料片材而形成一组支撑底的。
21.如权利要求18所述的制造微驱动器的方法,其特征在于:所述步骤(a)通过如下步骤实现:成型一由原料片材和间隔片材交替叠合而成的复合层片材;将所述复合层片材切割为一组支撑底。
22.如权利要求18所述的制造微驱动器的方法,其特征在于:所述步骤(a)是通过成型一批由一组支撑底构成的支撑底条而实现的。
23.一种制造磁头折片组合的方法,其特征在于包括如下步骤:
(A)制造一个磁头,一个悬臂件及一个微驱动器,其中所述微驱动器包括步骤:制造包括两个压电元件的压电单元;制造一个由底部,引柱及活动片构成的支撑底;将压电单元连接到支撑底一侧;
(B)通过各向异性导电膜(anisotropic conductive film,ACF)或粘接剂将微驱动器与磁头电性及物理相连;
(C)通过金球焊接或锡球焊接(GBB或SBB)将磁头与悬臂件电性相连。
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