CN1838250A - 减小柔性互连中的串扰和信号损失的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于减小电互连中的串扰和信号损失的方法和设备。该电互连包括叠层。多条信号线路和后续多条线路在叠层的第一成形层中。后续多条线路可以是信号线路或电源线路。叠层具有在第一成形层和第二成形层之间的电介质层。多个蜿蜒图案在叠层的第二成形层中。多个蜿蜒图案与后续图案分隔开。多个蜿蜒图案支承多条信号线路，后续多个图案支承后续多条线路。将多条信号线路与后续多条线路分开支承减小了写对读串扰和信号损失。

Description

减小柔性互连中的串扰和信 号损失的方法及设备
技术领域
本发明涉及电互连领域，更具体地，涉及用于减小在硬盘驱动器中使用的集成引线悬臂(integrated lead suspension，ILS)的柔性互连中的串扰和信号损失的方法和设备。
背景技术
在数据存取存储器件(DASD)例如硬盘驱动器(HDD)中使用的电引线悬臂(electrical lead suspension)(下文称为ELS)包括通常由包括至少三层材料的叠层形成的柔性互连。这些层叠的层可包括：信号导体层，由其形成信号路线；电介质层，例如聚酰亚胺，用于信号导体层的绝缘和支承；以及导电基体金属层，其为电介质层提供支承。柔性互连跨越ELS的铰链区(hinge area)，在该处负载梁(load beam)附于安装板(mount plate)。ELS可通过减除工艺(subtractive process)形成，例如集成引线悬臂(ILS)；可通过加成工艺(additive process)形成，例如电路集成悬臂(CIS)；或者当悬臂上软线(Flex-On Suspension，FOS)附于基体金属层时形成为FOS；或者其可以是附于基体金属层的柔性万向悬臂组件(Flex Gimbal SuspensionAssembly，FGSA)；或者是任何形式的用于DASD的引线悬臂。
现有技术图1是根据常规技术一实施例的柔性互连的一部分的顶视平面图100，柔性互连具有由叠层中的信号导体层形成且由电介质层140支承的写线路120和读线路130、以及由叠层中的基体金属层形成的单个蜿蜒图案110。为了在叠层的铰链区提供柔性，根据常规技术，支承性基体金属层呈蜿蜒图案110的形式。换言之，基体金属层的一部分被去除以允许铰链区中的柔性，从而允许磁头适当地飞起，同时提供必要量的机械劲度(mechanical stiffness)用于支承作为读和写线路的信号线路120和130。
虽然蜿蜒图案110可提供适当的机械劲度，但写和读线路120和130下面连接的蜿蜒图案引起降低读传感器性能的写对读串扰(write-to-readcrosstalk)。大的写驱动器电压在写线路120中产生大的电流，接着，写电流通过蜿蜒的基体金属层110在读线路130中感应出电流，导致写与读线路之间的串扰。读线路130连接对电压非常灵敏的读传感器。
发明内容
本发明的实施例包括用于减小电互连中的串扰和信号损失的方法和设备。该电互连包括叠层。多条信号线路和后续(subsequent)多条线路在该叠层的第一成形层中。后续的多条线路可以是信号线路或电源线路。该叠层具有在第一成形层和第二成形层之间的电介质层。多个蜿蜒图案在该叠层的第二成形层中。多个蜿蜒图案与后续图案分隔开。所述多个蜿蜒图案支承所述多条信号线路，且后续多个图案支承后续的多条线路。将多条信号线路与后续多条线路分开支承减小了写对读串扰和信号损失。
附图说明
现有技术图1是根据常规技术一实施例的具有由电介质层电分隔开的读、写线路和单个蜿蜒图案的柔性互连的一部分的顶视平面图；
图2是根据本发明一实施例的硬盘驱动器的示意性顶视平面图；
图3是根据本发明一实施例的具有柔性互连的ELS的顶视平面图；
图4是根据本发明一实施例的具有读和写线路的柔性互连的一部分的顶视图，所述读和写线路分别由双蜿蜒图案柔性互连支承件的第一蜿蜒图案和第二蜿蜒图案单独地支承；
图5是根据本发明一实施例的ELS的底视平面图，示出横越ELS的铰链区的双蜿蜒图案支承件；
图6是根据本发明一实施例的ELS的顶视平面图，示出至少在ELS的铰链区由双蜿蜒图案支承的读和写线路；
图7是根据本发明一实施例的用于在柔性互连中获得低串扰和信号损失的方法的流程图；
图8是根据本发明一实施例的在双蜿蜒基体金属层的一部分上的由电介质层分隔开的信号线路的顶视图；
图9是根据本发明一实施例的具有读和写电连接的ELS的物理-电学示意图；
图10是根据本发明一实施例的相对现有技术单蜿蜒设计的串扰改善的曲线图；以及
图11是根据本发明一实施例的本实施例的双蜿蜒ELS与无气隙的ELS之间的电压传输差别的曲线图。
具体实施方式
现在将详细介绍本发明的实施例，其示例显示在附图中。虽然将结合实施例描述本发明，但是将理解，不应将本发明局限于这些实施例。另外，在下面的详细描述中，阐明多个特定细节以提供对本发明的彻底理解。在其它情况下，为了避免不必要地使本发明的观点模糊，没有详细描述公知方法、工序、以及部件。
下面的本发明的实施例的详细说明的某些部分以工艺和方法(例如图7的方法700)的形式给出。尽管这里公开了描述这些工艺和方法的操作的特定步骤，但是这些步骤是示例性的。即，本发明的实施例完全适用于实施各种其它步骤或此处工艺和方法中引用的步骤的变型。
图2是示意图，示出用于计算机系统的包括磁硬盘存贮器或驱动器111的信息存储系统的一个实施例。驱动器111具有容纳具有至少一个介质或磁盘115的盘叠(disk pack)的外壳或基座113。盘或多个盘115被具有中心驱动轴117的心轴马达组件所旋转。致动器121包括梳式的多个平行致动臂125(未示出)，其关于枢轴组件123可移动或可转动地安装于基座113。控制器119也安装于基座113，用于相对于盘115选择性移动臂125形成的梳。
在所示实施例中，每个臂125具有从其延伸的至少一个悬伸负载梁和电引线悬臂(ELS)127。应理解，在一个实施例中ELS 127可以是通过减除工艺形成的集成引线悬臂(ILS)。在另一实施例中，ELS 127可以通过加成工艺形成，例如电路集成悬臂(CIS)。在再一实施例中，ELS 127可以是附于基体金属的悬臂上软线(FOS)，或其其可以是附于基体金属层的柔性万向悬臂组件(FGSA)。ELS可以是可用于数据存取存储器件例如HDD中的任何形式的引线悬臂。磁读/写换能器或头安装在滑块129上且固定于柔性安装到每个ELS 127的挠曲件(flexure)。读/写头从盘115磁性地读取数据和/或向其磁性地写入数据。所述头万向组件的集成水平在于安装在ELS127上的头和滑块129。滑块129通常结合到ELS 127的端部。
ELS 127具有类似弹簧的性质，其将滑块129的气垫面偏向或压向盘115，从而使得滑块129以距离盘的精确距离飞行。ELS 127具有提供类似弹簧性质的铰链区以及支承经过铰链区的读和写线路的柔性互连(或某些柔性互连)。在传统音圈马达磁体组件134(顶极未示出)内自由移动的音圈133也与头万向组件相对地安装于臂125。致动器125通过控制器119的移动(如箭头135所示)使得头万向组件在盘115上沿径向弧跨磁道移动，直到头位于其设定的目标磁道上。头万向组件以传统方式运行，且始终彼此一致地移动，除非驱动器111使用其中臂可以彼此独立移动的多个独立致动器(未示出)。
尽管以信息存储系统中的ELS为背景描述本发明的实施例，但是应明白，所述实施例可以应用于利用可能遭受信号损失和信号路线之间的串扰的电互连的任何器件。例如，本发明的实施例可以应用于刚性印刷电路板。更具体地，本发明的实施例可以应用于用于高速信号处理的印刷电路板。本发明的实施例还适于用于柔性电路中，例如用于数字照相机和数字可携式摄像机的柔性电路。根据一实施例信号路线还可以被电源路线代替。
图3是根据本发明一实施例的具有柔性互连300的ELS 127的顶视平面图。根据本发明一实施例，读和写线路120和130经过ELS 127的铰链中部370，其中负载梁340经铰链板350连接到安装板360。滑块129朝向ELS 127的端部定位，且容纳读/写头。滑块129键合到读和写线路120和130，读和写信号由读和写线路120和130载入读/写头或从其载出。
根据一实施例，ELS 127的柔性互连300可以由叠层形成，即，由至少三层材料形成。信号导体层可以是高导电金属，例如铜，由其形成读和写线路120和130。中间层320可以是绝缘电介质层，例如聚酰亚胺，其分隔开由其形成写和读线路120和130的顶层与由其形成蜿蜒图案的基体金属层310例如不锈钢。
图4是根据本发明一实施例的柔性互连例如图3的柔性互连300的一部分400的顶视图，其具有写线路120和读线路130，写线路120和读线路130由信号导体层形成、由电介质层140单独地支承、且然后分别由基体金属层形成的柔性互连支持件的双蜿蜒图案的第一蜿蜒图案410a和第二蜿蜒图案410b支承。
根据本发明一实施例，图4的柔性互连的部分400包括用于支承附着的器件的叠层。根据一实施例，多条读线路130由信号导体层形成，多条写线路120亦如此。双蜿蜒图案410a和410b由叠层中的层例如图3的基体金属层310形成。第一双蜿蜒图案410a与第二双蜿蜒图案410b分隔开。至少在铰链区例如ELS 127的铰链区370上方，第一双蜿蜒图案410a支承多条写线路120，第二双蜿蜒图案支承多条读线路130。将多条写线路120与多条读线路130分开地支承的双蜿蜒图案减小了写对读串扰和信号损失。
根据一实施例，由其形成柔性互连300的分层的叠层至少包括信号导体层例如铜合金、电介质层例如聚酰亚胺、以及基体金属层例如不锈钢。电介质层夹在信号导体层与基体金属层之间从而形成叠层。多条读线路130和多条写线路120可由信号导体层形成。尽管此处明确说明为铜合金，但是应明白可由其形成写线路120和读线路130的具有高电导率的任何材料可以替代铜合金。电介质层可以是适于将读和写线路与支承的基体金属层绝缘的任何电介质。
再参照图4，根据一实施例，双蜿蜒图案410a和410b由基体金属层形成。此层可以是不锈钢，或者其可以是具有所需的合适的机械劲度、电学特性和可制造性的任何基体金属。参照图8进一步了解电学特性的细节。
根据本发明一实施例，柔性互连和图4的其部分400的机械劲度还受蜿蜒图案410a和410b的周期和几何构型的影响。双蜿蜒图案410a和410b中的至少一个图案410a或410b的几何构型是可变的从而实现预定的机械劲度。可以达到折衷从而实现用于信号线路的可接受的机械劲度和特征阻抗。
图5是根据本发明一实施例的ELS 127的底视平面图500，示出横越铰链区370的中部且到ELS 127的铰链板350上的双蜿蜒图案支承件410a和410b。
图6是根据本发明实施例的ELS 127的顶视平面图，示出具有读线路130和写线路120的柔性互连300，其具有至少在ELS 127的铰链区B1-B2内带有图5的双蜿蜒图案410a和410b的基体金属层。在另一实施例中，写线路120和读线路130可在沿ELS 127的柔性互连300的任何地方例如A1-A2由双蜿蜒图案410a和410b支承。
图7是根据本发明一实施例的用于在柔性互连(例如图3的柔性互连300)中获得低串扰和信号损失的方法700的流程图。在方法700的步骤710，在柔性互连中提供叠层用于ELS(例如图2的ELS 127)。根据一实施例，该叠层至少具有信号导体层、电介质层和基体金属层。电介质层位于信号导体层与基体金属层之间。
根据本发明一实施例，在方法700的步骤720，多条读线路例如图4的读线路130至少在ELS的铰链区上方被支承在双蜿蜒图案的第一蜿蜒图案上，该第一蜿蜒图案根据确定的气隙(air gap)对基体金属的尺寸比K由叠层的基体金属层形成。根据一实施例，多条读线路由信号导体层形成。
根据本发明一实施例，在步骤730，多条写线路例如图4的写线路120至少在ELS的所述铰链区上方被支承在双蜿蜒图案的第二蜿蜒图案上。第二蜿蜒图案根据确定的气隙对基体金属的尺寸比K由叠层的基体金属层形成。根据一实施例，多条写线路由信号导体层形成。第二蜿蜒图案与第一蜿蜒图案分隔开，由此将多条读线路与多条写线路分隔开。多条写线路和多条读线路的分隔性质减小了写对读串扰。
图8是根据本发明一实施例的信号线路801(例如读或写线路)的顶视图800，其中x1为气隙803和804的周期宽度，x2为基体金属层802的周期宽度。比值K＝x1/x2影响信号线路的特征阻抗(Zo)。信号线路的特征阻抗由比值K、信号线路宽度和叠层的横截面尺寸确定。因此，所需的特征阻抗可以通过适当设计K、信号线路宽度、以及叠层的横截面尺寸来实现。图8中的周期大小P＝x1+x2可以设计为相对于电信号的波长较低。另外，周期P可以是恒定的或沿着信号线路路径可以变化，从而适应特定的电信号成形。
图9是根据本发明一实施例的在双蜿蜒基体金属902上的读和写线路901(读线路为1、2，写线路为3、4)的物理电学示意图900。串扰源为写驱动器906，写信号经ELS 907传播至写元件910。读放大器905接收来自读元件909的信号。此处，在904横跨地测量串扰注入电压(Vw)，在903横跨地测量远端串扰电压(Vr)。相对串扰水平Vct以dB为单位，其中Vct＝20×log10(Vr/Vw)。对于读和写线路，双蜿蜒的物理分隔减小了互耦项911(Cm和Lm)。
图10是根据一实施例的相对现有技术单蜿蜒设计的串扰改善的曲线图。虚线1020表示作为频率的函数的现有技术的以dB为单位的读对写串扰，实线1010表示作为相同频率的函数的本实施例双蜿蜒ELS 907的以dB为单位的读对写串扰。另外，对于要求的特征阻抗，交替的气隙和基体金属减小了通过带有有损耗的(低导电的)基体金属层的ELS 907的信号损失。
图11是本实施例的双蜿蜒ELS与现有技术的无气隙ELS(图8中的x1＝0)之间的电压传输的差别的曲线图。实线1110表示作为频率的函数的双蜿蜒ELS中以dB为单位的电压传输损失，虚线1120表示现有技术中的电压传输损失。另外，通过改变双蜿蜒图案中至少一个的几何构型，可以实现预定的机械劲度。
因此，本发明在各个实施例中提供了减小ELS中柔性互连中的串扰和信号损失的方法和设备。尽管本发明的实施例是以信息存储系统中的ELS为背景来描述，但是应理解，这些实施例可应用于采用可能遭受信号损失和信号线路之间的串扰的电互连的任何器件。例如，本发明的实施例可应用于刚性印刷电路板。更具体地，本发明的实施例可以在用于高速信号处理的印刷电路板中使用。本发明的实施例还适用于柔性电路，例如用于数字照相机和数字便携摄像机的柔性电路。根据一实施例，信号线路也可以用电源线路替换。
为了示例和说明而给出了前述特定实施例地描述。他们不应被视作是详尽无遗的或将本发明限制到所公开的精确形式，且在上述教导的启示下可以作出许多修改和变化。选择并介绍这些实施例是为了更好地说明本发明的原理及其实际应用，从而使本领域技术人员更好地利用本发明和带有适于预期的特定应用的各种修改的各种实施例。本发明的范围由所附权利要求及其等效物定义。

Claims (26)

1.一种电互连，包括：
叠层；
多条信号线路，其在所述叠层的第一成形层中；
后续多条线路，其在所述叠层的所述第一成形层中，其中所述后续多条线路选自主要含有信号线路和电源线路的组；
所述叠层的电介质层；以及
多个蜿蜒图案，其在所述叠层的第二成形层中，所述多个蜿蜒图案与后续多个图案分隔开，所述多个蜿蜒图案支承着支承所述多条信号线路的所述电介质层，所述后续多个图案支承着支承所述后续多条线路的所述电介质层，其中所述将所述后续多条线路与所述多条信号线路分开支承减小了信号损失和所述多条信号线路与所述后续多条线路之间的串扰。
2.如权利要求1所述的电互连，其中所述后续多个图案为蜿蜒图案。
3.如权利要求2所述的电互连，其中所述电互连用于电引线悬臂，所述电引线悬臂还包括：
多条读线路，其在所述叠层的所述第一成形层中；
多条写线路，其在所述叠层的所述第一成形层中；以及
双蜿蜒图案，其在所述叠层的所述第二成形层中，所述双蜿蜒图案的第一个与所述双蜿蜒图案的第二个分隔开，至少在所述集成引线悬臂的铰链区，所述双蜿蜒图案的所述第一个支承着支承所述多条读线路的所述电介质层，所述双蜿蜒图案的所述第二个支承着支承所述多条写线路的所述电介质层，其中所述将所述多条写线路与所述多条读线路分开支承减小了写对读串扰和信号损失。
4.如权利要求3所述的柔性互连，其中所述叠层至少包括信号导体层、电介质层和基体金属层。
5.如权利要求4所述的柔性互连，其中所述多条读线路和所述多条写线路由所述信号导体层形成。
6.如权利要求4所述的柔性互连，其中由其形成所述双蜿蜒图案的所述叠层的所述第二成形层包括所述基体金属。
7.如权利要求4所述的柔性互连，其中所述电介质层的厚度是可变的从而产生预定的电学特征阻抗。
8.如权利要求4所述的柔性互连，其中所述电介质层的厚度是可变的从而产生预定的机械劲度。
9.如权利要求6所述的柔性互连，其中所述基体金属层是不锈钢。
10.如权利要求8所述的柔性互连，其中在所述双蜿蜒图案的至少一个中气隙对不锈钢的比值是动态可变的从而产生预定的特征阻抗。
11.如权利要求3所述的柔性互连，其中所述双蜿蜒图案中的所述至少一个图案的几何构型是动态可变的从而实现预定的机械劲度。
12.一种用于在柔性互连中获得低串扰和信号损失的方法，所述方法包括：
提供叠层；
至少在电引线悬臂的铰链区上将多条读线路支承在双蜿蜒图案的第一蜿蜒图案上，所述第一蜿蜒图案由所述叠层形成；以及
至少在所述电引线悬臂的所述铰链区上将多条写线路支承在所述双蜿蜒图案的第二蜿蜒图案上，所述第二蜿蜒图案由所述叠层的基体金属层形成，其中所述第二蜿蜒图案与所述第一蜿蜒图案分隔开，且其中所述分隔性质以及所述多条写线路和所述多条读线路下的所述基体金属层的所述蜿蜒图案减小了写对读串扰和信号损失。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述提供叠层的步骤还包括在所述叠层中至少设置三层：信号导体层、电介质层和基体金属层。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述提供叠层还包括由所述信号导体层形成所述多条读线路和所述多条写线路。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述提供叠层还包括由所述基体金属层形成所述双蜿蜒图案。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述提供叠层还包括通过提供所述电介质层的相应厚度来实现预定的特征阻抗。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述提供叠层还包括通过提供由所述信号导体层形成的相应的信号线路宽度来实现预定的特征阻抗。
18.如权利要求12所述的方法，还包括通过改变所述双蜿蜒图案的至少一个中的气隙对基体金属的比值来产生预定的特征阻抗。
19.如权利要求12所述的方法，还包括通过改变所述双蜿蜒图案的至少一个的几何构型来实现预定的机械劲度。
20.一种硬盘驱动器，包括：
外壳；
盘叠，其安装于外壳且具有多个相对于外壳可旋转的盘，该盘叠定义旋转轴和相对于该轴的径向方向，且该盘叠具有气体离开该盘流动的下游侧、以及气体朝向该盘流动的上游侧；
致动器，其安装于外壳且相对于盘叠可动，该致动器具有多个用于从盘读数据和向其写数据的头；以及
电引线悬臂的柔性互连，所述电引线悬臂耦接到所述致动器，所述柔性互连包括：
叠层；
多条读线路，其由所述叠层形成；
多条写线路，其由所述叠层形成；以及
双蜿蜒图案，其由所述叠层的层形成，所述双蜿蜒图案的第一个与所述双蜿蜒图案的第二个分隔开，至少在所述电引线悬臂的铰链区上方，所述双蜿蜒图案的所述第一个支承所述多条读线路，所述双蜿蜒图案的所述第二个支承所述多条写线路，其中所述将所述多条写线路与所述多条读线路分开支承减小了写对读串扰和信号损失。
21.如权利要求20所述的硬盘驱动器，其中所述叠层至少包括三层：信号导体层、电介质层和基体金属层。
22.如权利要求20所述的硬盘驱动器，其中所述多条读线路和所述多条写线路由所述信号导体层形成。
23.如权利要求20所述的硬盘驱动器，其中由其形成所述双蜿蜒图案的所述叠层的所述层包括所述基体金属层。
24.如权利要求20所述的硬盘驱动器，其中所述双蜿蜒图案的至少一个中气隙对基体金属的比值是动态可变的从而产生预定的特征阻抗。
25.如权利要求20所述的硬盘驱动器，其中所述双蜿蜒图案的至少一个图案是动态可变的从而实现预定的机械劲度。
26.一种电引线悬臂中的柔性互连，包括：
叠层装置，其用于为附着装置提供支承；
多条读线路装置，其在所述叠层的成形层中用于传输读信号；
多条写线路装置，其在所述叠层的成形层中用于传输写信号；以及
双蜿蜒图案装置，其在所述叠层的成形层中，所述双蜿蜒图案的第一个与所述双蜿蜒图案的第二个分隔开，至少在所述电引线悬臂的铰链区上方，所述双蜿蜒图案的所述第一个支承所述多条读线路装置，所述双蜿蜒图案的所述第二个至少支承所述多条写线路装置，其中所述将所述多条写线路装置与所述多条读线路装置分开支承减小了写对读串扰和信号损失。
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