CN1855233A - 微驱动器及其磁头折片组合和磁盘驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微驱动器(micro－actuator)，其包括：一个支撑框；其中所述支撑框包括基部、活动片、连接所述基部及活动片的引柱、以及从活动片两侧延伸出的磁头保持臂；连接于所述支撑框的至少一个压电元件；所述压电元件连接所述基部的自由端和活动片；其中，当所述至少一个压电元件被触发时，所述活动片以第一方向或第二方向摆动。本发明同时公开了使用该微驱动器的磁头折片组合及磁盘驱动单元。

Description

微驱动器及其磁头折片组合和磁盘驱动单元

技术领域

本发明涉及一种磁盘驱动器及其制造方法，尤指一种微驱动器以及设有该微驱动器的磁头折片组合的制造方法。

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。一个传统的磁盘驱动器(Disk Drive)包括一个磁盘及用于驱动其上装有磁头的磁头折片组合的驱动臂。  其中，所述磁盘装在一个主轴马达上用以驱动磁盘旋转。一个主要驱动，例如音圈马达(Voice-Coil Motor，VCM，未图示)用于控制驱动臂的运动，从而控制磁头在磁盘表面上从一个磁轨移动到下一个磁轨，进而从磁盘中读取或写入数据。工作时，空气流在旋转的磁碟和磁头间产生一种升浮力，升浮力与磁头折片组合的反弹力大小相等方向相反，这样，磁头按照预定的飞行高度在旋转的磁碟表面飞行并维持驱动臂的径向摆动.

然而，由于音圈马达(VCM)所固有的容差(Tolerance)，磁头203在定位时不能获得快而准确的位置微调，这将影响磁头从磁盘精确读取和写入数据的能力。为此，一个二级驱动(双重驱动)微驱动器(micro-actuator)设于磁头折片组合并用于提高磁头的位置控制性能。

图1a描述了传统的磁盘驱动器内的具有上述双重微驱动器205的传统的磁头折片组合277。与音圈马达相比，所述微驱动器205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)及磁头折片组合的共振容差。

这样，所述压电微驱动器不仅可使磁轨宽度变得更小，而且可增加磁盘驱动器的50％的TPI值(‘tracks per inch’value)，同时使磁盘驱动器具有快的寻轨及定轨动作，并且缩短了磁头的寻轨及定轨时间。这样，所述微驱动器205使得磁盘驱动装置的磁盘信息存储表面记录密度具有明显的增加。

参考图1a及1b，所述微驱动器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元件(未图示)。所述微驱动器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 bondingor 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(GBB or SBB)在磁头的后缘(training edge)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。

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，亦即，环氧树脂胶212的长度和高度必须被控制在合适的范围以确保磁头折片组合277具有良好的工作性能。

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前后弯曲可能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。

因此，提供一种微驱动器、磁头折片组合及磁盘驱动单元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微驱动器，可以阻止磁头产生不适当的移动并获得良好的磁头位置调整。

本发明的另一目的在于提供一种磁头折片组合及磁盘驱动器，其在微驱动器和其悬臂件间具有更可靠的电连接性能。

为了达到上述目的，本发明阐述了一种微驱动器(micro-actuator)，其包括：一个支撑框；其中所述支撑框包括基部、活动片、连接所述基部及活动片的引柱、以及从活动片两侧延伸出的磁头保持臂；连接于所述支撑框的至少一个压电元件；所述压电元件连接所述基部的自由端和活动片；其中，当所述至少一个压电元件被触发时，所述活动片以第一方向或第二方向摆动。在本发明中，所述磁头保持臂实质上垂直于所述活动片。

一种磁头折片组合(head gimbal assembly)包括：磁头；微驱动器(micro-actuator)；其中所述微驱动器包括支撑框以及至少一个压电元件；所述每个压电元件具有至少一个压电电触点；支撑所述磁头和微驱动器的悬臂件；其中在悬臂件上对应所述至少一个压电电触点设有至少一个悬臂件电触点；位于所述悬臂件电触点和压电电触点之间、用以在两者间建立电性连接的导电膜；其中在每个悬臂件电触点上设有用以辅助导电膜和每个悬臂件电触点之间电连接的至少一个导电媒介。根据本发明一个实施例，所述支撑框包括基部、活动片、连接所述基部及活动片的引柱、以及从活动片两侧延伸出的磁头保持臂；所述至少一个压电元件连接于所述支撑框并且连接所述基部的自由端和活动片；其中，当所述至少一个压电元件被触发时，所述活动片以第一方向或第二方向摆动。在另一个实施例中，所述导电膜为各向异性导电膜(anisotropic conductive film)；所述导电媒介为金属球。所述磁头保持臂实质上垂直于所述活动片。在本发明中，所述磁头部分连接于所述支撑框的活动片或磁头保持臂。

本发明一种磁盘驱动单元，包括：磁头折片组合；和所述磁头折片组合连接的磁头折片组合；磁盘；以及用以旋转磁盘的主轴马达；其中所述磁头折片组合包括：磁头；微驱动器；其中所述微驱动器包括：其中所述微驱动器包括支撑框以及至少一个压电元件；所述每个压电元件具有至少一个压电电触点；支撑所述磁头和微驱动器的悬臂件；其中在悬臂件上对应所述至少一个压电电触点设有至少一个悬臂件电触点；以及位于所述悬臂件电触点和压电电触点之间、用以在两者间建立电性连接的导电膜；其中在每个悬臂件电触点上设有用以辅助导电膜和每个悬臂件电触点之间电连接的至少一个导电媒介。根据本发明一个实施例，所述支撑框包括基部、活动片、连接所述基部及活动片的引柱、以及从活动片两侧延伸出的磁头保持臂；所述至少一个压电元件连接于所述支撑框并且连接所述基部的自由端和活动片；其中，当所述至少一个压电元件被触发时，所述活动片以第一方向或第二方向摆动。

与现有技术相比，因为本发明微驱动器包括一个具有两个磁头保持臂的支撑框，所述两个磁头保持臂可以界定磁头的位置从而阻止磁头产生不适当的移动并获得更精确的磁头位置调整。此外，本发明在每个悬臂电触点上提供一个导电媒介以辅助导电膜与每个悬臂电触点之间的电连接。所述导电媒介可补偿在每个悬臂件电触点上形成的固有间隙，从而确保导电膜与每个悬臂电触点之间的电性连接。这样在微驱动器和磁头折片组合悬臂件之间就可获得更加可靠的电性连接。

此外，因为所述支撑框具有简单结构，因而所述微驱动器省略了现有技术中具有的附加质量，从而获得良好的动态和静态性能。首先，本发明提供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(shock performance)，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、磁头折片组合及磁盘驱动单元的具体实施例。

附图说明

图1a为现有磁头折片组合(HGA)的立体图；

图1b为图1a的局部放大视图；

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3是本发明磁头折片组合(HGA)一个实施例的立体图；

图4是图3的局部放大视图；

图5是图3中磁头折片组合(HGA)的压电单元的立体图；

图6是图4的立体分解图；

图6a和6b展示了压电单元和图3中磁头折片组合的悬臂件的连接过程图；

图7为本发明磁头折片组合一个实施例的支撑框的立体图；

图8为图3中磁头折片组合在微驱动器区域的剖视图；

图9-10展示了所述微驱动器的两种不同工作方式；

图10a展示了图9所示的微驱动器的两个压电元件间的电连接关系，根据本发明的一个实施例，所述两个压电元件具有相同的极化方向；

图10b展示了图9所示的微驱动器的两个压电元件间的电连接关系，根据本发明的另一个实施例，所述两个压电元件具有相反的极化方向；

图10c展示了分别加在图10a所示两个压电元件上的两个电压的波形图；

图10d展示了分别加在图10b所示两个压电元件上的电压的波形图；

图11为本发明支撑框第二实施例的立体图；

图12为本发明压电单元又一个实施例的立体图；

图13为本发明磁盘驱动单元一个实施例的立体图。

具体实施方式

现在参照附图阐述本发明的几种具体实施方式。如上所述，本发明的目的在于提供一种具有改进结构的微驱动器，该结构可以实现更好的磁头位置调整。改进后的微驱动器包括一个带有两个磁头保持臂的支撑框，所述两个磁头保持臂可以定位磁头防止其不适当的移动，以便更准确地调整磁头的位置。另外，本发明还提供了一种电性连接微驱动器和磁头折片组合悬臂件的新方法，这种新方法将在微驱动器和磁头折片组合悬臂件之间建立一种更为可靠的电性连接。  现在阐述本发明几种具体实施例。注意本发明并不限于这些应用。相反，本发明的微驱动器可以应用在任何一种合适的磁盘驱动单元上，无论磁头折片组合的具体结构如何。

参照附图3，根据本发明一种具体实施方式，磁头折片组合3包括磁头31，微驱动器32和悬臂件8。参照附图6，微驱动器32包括一个支撑框321和一个压电单元322。所述压电单元322通过粘接剂或环氧胶点43与支撑框321部分连接在一起。参照附图4，磁头31上设有复数电触点204，其通过粘接剂或环氧胶点43与支撑框321部分连接，从而使磁头31可与微驱动器32一起移动。

根据本发明的一种具体实施方式，参照附图7，所述支撑框321包括一个包括基部331、活动片334、连接基部331和活动片334的引柱332；以及从活动片334两端延伸出的两个磁头保持臂333。在本发明的一个具体实施方式中，引柱332的宽度比活动片334和基部331的宽度小。在本发明的一个具体实施方式中，磁头31通过两个环氧胶点43与活动片334部分连接，如附图6所示。可选择地，磁头31也可以通过环氧胶点43与所述磁头保持臂333部分连接。可以理解，环氧胶点43的数量和位置并不限于附图6例子中的描述，它可以根据实际需要进行调整。在本发明中，支撑框321最好采用金属材料制成，例如不锈钢。参照附图5，压电单元322包括两个独立的压电元件327，他们通过一个公共绝缘部分(未标示)互相连接。三个电触点372、373设于压电元件327的一侧。在这里，中间电触点373为一个由两个压电元件327共享的接地电触点，另外两个电触点372被用作输入电触点。

参照图3，悬臂件6包括负载杆17、挠性件13、枢接件15及基板11。负载杆17上设有一个小突起329(参图8)。在枢接件15和基板11上分别设有两个孔(未标示)，一个用来铆合(swaging)磁头折片组合3和驱动臂(未图示)，另一个用来减少悬臂件8的重量。在挠性件13上设有复数电极触点308，该复数电极触点308一端和控制系统相连(未图示)，另一端和复数电缆309，311相连。参照附图6-8，所述挠性件13亦包括一个悬臂舌片328，所述悬臂舌片328用于支撑微驱动器32，并使得承载力总是通过负载杆17上的小突起329施加于磁头31的中心区域。参照附图5-6，所述悬臂舌片328对应磁头31上的电触点204和压电元件327上的电触点372、373设有复数电触点312和49。事实上，悬臂件8的移动部171上设有复数电触点312用来连接电缆309。所述电触点49与电缆311相连。

在本发明中，参照附图4-6，一片各向异性导电膜(ACF)41设于微驱动器32和悬臂舌片328之间用来电性连接所述压电元件327的电触点372、373和悬臂舌片328的电触点49。这样，通过复数电缆311在微驱动器32和控制系统之间建立了电性连接。同时，参照附图4，6和8，所述微驱动器32也通过该各向异性导电膜41同挠性件13的悬臂舌片328物理连接。

这样在微驱动器32和悬臂舌片328之间形成了一个平行间隙313以保证微驱动器32的平稳移动。在本发明中，平行间隙313的高度最好为35-50微米。另外，复数金属球405(金球焊接或锡球焊接，GBB或SBB)用于电性连接磁头31的电触点204与移动部171的电触点312，从而通过复数电缆309实现磁头31和控制系统之间的电连接。

附图6a和6b详细展示了本发明各向异性导电膜的连接过程。所述压电电触点372包括一个基底层701和位于基底层701上的连接片702。所述悬臂舌片328的每一个电触点49包括一个基底层704，置于基底层704上的连接片706以及置于基底层704上、覆盖在连接片706四周的保护层703。通常，当所述各向异性导电膜41被置于电触点49上时，在焊接片706和所述各向异性导电膜41之间将形成一个间隙707。所述间隙707可能会导致压电电触点372与电触点49连接中断。为避免以上情况的发生，

在所述各向异性导电膜41置于电触点49之上以前，至少一个导电块705，例如金属球，被设置在焊接片706上。当各向异性导电膜41置于电触点49上时，导电块705起到一个连接各向异性导电膜41和焊接片706的导体的作用，而不管所述间隙707是否存在，这样就在所述压电电触点372和悬臂舌片328的电触点49之间建立一个可靠的电性连接。

在磁头折片组合3的组装过程中，依据本发明的一个具体实施方式，参照附图6，首先，将压电单元322连接在支撑框321的一侧形成微驱动器32；然后，所述磁头31连接在支撑框321的另一侧，此时，所述支撑框321的两个磁头保持臂333稳固地保持所述磁头。在此之后，一片各向异性导电膜41设于悬臂件8的悬臂舌片328上并覆盖电触点49，然后微驱动器32和磁头31一起通过所述各向异性导电膜41安装在悬臂舌片328上。随后，复数金属球405(金球焊接或锡球焊接)用于实现磁头31的电触点204与活动片171的电触点312之间的电连接。这样本发明的磁头折片组合就完成了。最后，清理并检查磁头折片组合。显然，磁头折片组合3的装配也可以按照以下方式进行：首先将微驱动器32连接到悬臂件8上，然后将磁头31安装在微驱动器32上。

附图9、10、10a、10c展示了微驱动器32实现位置调整功能的第一种工作方式。在该实施例中，两个压电元件327具有相同的极化方向，如附图10a所示，该两个压电元件321、322的一端404被共同接地，另一端401a和401b被分别施加具有两个不同正弦波形406、408的两个电压(如图10c所示)。在本发明中，当没有对微驱动器32的压电元件327施加电压时，微驱动器32将停留在其初始位置。当具有波形406、408的正弦电压施加于两个压电元件327上时，在第一个半个周期，随着驱动电压的增大，一个压电元件327逐渐收缩而同时另一个压电元件327逐渐膨胀；然后随着驱动电压的降低又逐渐回复到其初始位置。

在第一个半个周期，随着驱动电压的增大，活动片334将被压电元件327弯曲至左侧，然后随着驱动电压的降低，活动片334又逐渐回复到其初始位置。当驱动电压进入第二个半周期时(和第一个半周期的相位相反)，活动片334将被压电元件327弯曲至右侧，然后随着驱动电压的降低，活动片334又逐渐回复到其初始位置。在本发明中，因为磁头31是部分连接在活动片334上的，所以藉由活动片334的来回移动就可以实现磁头位置调整功能。

图9、10、10b、10d展示了两个压电元件327实现磁头位置调整功能的另一种工作方式。在该实施例中，所述两个压电元件327具有相反的极化方向，如图10b所示，该两个压电元件327的一端404被共同接地，另一端401a和401b被分别施加具有同一波形407的正弦电压(参图10d)。在上述电压驱动下，在相同的半个周期内，一个压电元件327将逐渐收缩然后又逐渐回复到其初始位置，而同时另一个压电元件327将逐渐膨胀然后又逐渐回复到其初始位置。当电压进入下半个周期时，一个压电元件327将逐渐膨胀然后又逐渐回复到其初始位置而同时另一个压电元件327收缩又逐渐回复到其初始位置。与此相似，磁头31左右循环摆动从而实现一个良好的磁头位置调整。在本发明中，磁头31的位移可以根据不同的输入电压而改变。同样，所述引柱332的宽度不同也会产生不同磁头位移敏感度。

根据本发明的另一个实施例，如图11所示，支撑框可能拥有像支撑框321′的另一种结构。所述支撑框321′有两个从活动片334两侧延伸出的磁头保持臂333′。每一个磁头保持臂333′包括一个超过活动片334的自由端的延长部分，该延长部分用来连接磁头31。

根据本发明的一步实施例，参照附图12，压电单元的外形也可以具有像压电单元322′的另一种形状。该压电单元322′包括两个压电元件327′，其内侧形成一个梯形开口。显然，根据不同的实际需要，所述压电单元可以具有其他合适的外形。

在本发明中，磁头31也可以通过胶粘剂或环氧胶点部分连接于磁头保持臂333上。所述磁头保持臂333在压电元件327被激发时与活动片334一起摆动，从而实现磁头位置调整。

在本发明中，鉴于如下原因，所述磁头31部分地、而不是全部地粘接于所述支撑框321(活动片334或磁头保持臂333)上：部分粘接时磁头外廓变形(凸度(crown)及拱度(camber))与温度变化曲线比全部粘接到支撑框321上时更加稳定。所述更加稳定的磁头外廓变形一温度曲线意味着更加稳定的磁头飞行性能以及更加稳定的微驱动器性能。这样，就可获得精确的磁头位置调整性能。

根据本发明一个实施例，参考图13，将磁盘101、主轴马达102、本发明磁头折片组合3、音圈马达107与磁盘驱动器壳体108进行组装即可形成一个磁盘驱动单元。因为本发明磁盘驱动器的组装过程及结构为业界普通技术人员所知晓，故在此不再详述。

Claims (9)

1.一种微驱动器(micro-actuator)，其特征在于包括：

一个支撑框；其中所述支撑框包括基部、活动片、连接所述基部及活动片的引柱、以及从活动片两侧延伸出的磁头保持臂；

焊接在所述支撑框上的至少一个压电元件；所述压电元件连接所述基部的自由端和活动片；

其中，当所述至少一个压电元件被触发时，所述活动片以第一方向或第二方向摆动。

2.如权利要求1所述的微驱动器，其特征在于：所述磁头保持臂实质上垂直于所述活动片。

3.一种磁头折片组合(head gimbal assembly)包括：

磁头；

微驱动器(micro-actuator)；其中所述微驱动器包括支撑框以及至少一个压电元件；所述每个压电元件具有至少一个压电电触点；

支撑所述磁头和微驱动器的悬臂件；其中在悬臂件上设有至少一个悬臂件电触点对应于所述至少一个压电电触点；

位于所述悬臂件电触点和压电电触点之间、用以在两者间建立电性连接的导电膜；

其中在每个悬臂件电触点上设有至少一个导电媒介，用以辅助导电膜和每个悬臂件电触点之间电连接。

4.如权利要求3所述的磁头折片组合，其特征在于：所述支撑框包括基部、活动片、连接所述基部及活动片的引柱、以及从活动片两侧延伸出的磁头保持臂；至少一个压电元件焊接在所述支撑框上并且连接所述基部的自由端和活动片；其中，当所述至少一个压电元件被触发时，所述活动片以第一方向或第二方向摆动。

5.如权利要求3所述的磁头折片组合，其特征在于：所述导电膜为各向异性导电膜(anisotropic conductive film)；所述导电媒介为金属球。

6.如权利要求4所述的磁头折片组合，其特征在于：所述磁头保持臂实质上垂直于所述活动片。

7.如权利要求3所述的磁头折片组合，其特征在于：所述磁头部分连接于所述支撑框。

8.一种磁盘驱动单元，包括：

磁头折片组合；

和所述磁头折片组合连接的驱动臂；

磁盘；以及

用以旋转磁盘的主轴马达；其中所述磁头折片组合包括：

磁头；

微驱动器；其中所述微驱动器包括

其中所述微驱动器包括支撑框以及至少一个压电元件；所述每个压电元件具有至少一个压电电触点；

支撑所述磁头和微驱动器的悬臂件；其中在悬臂件上设有至少一个悬臂件电触点对应于所述至少一个压电电触点；以及

位于所述悬臂件电触点和压电电触点之间、用以在两者间建立电性连接的导电膜；

其中在每个悬臂件电触点上设有至少一个用以辅助导电膜和每个悬臂件电触点之间电连接的导电媒介。

9.如权利要求8所述的磁盘驱动单元，其特征在于：所述支撑框包括基部、活动片、连接所述基部及活动片的引柱、以及从活动片两侧延伸出的磁头保持臂；所述至少一个压电元件连接于所述支撑框并且连接所述基部的自由端和活动片；其中，当所述至少一个压电元件被触发时，所述活动片以第一方向或第二方向摆动。

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