CN1905011A - 微驱动器,磁头折片组合及其磁盘驱动器 - Google Patents

Abstract

一种微驱动器，包括具有两个驱动器侧臂和位于所述驱动器侧臂之间的可旋转底板的支撑底；其中至少一个驱动器侧臂在其第一末端设有一个回转延伸部；将可旋转底板分别连接至所述驱动器侧臂第二末端的一对连接组件；至少一个连接在整个驱动器侧臂及回转延伸部之上的压电元件；其中，当所述至少一个压电元件膨胀时，所述可旋转底板以第一方向旋转；当所述至少一个压电元件收缩时，所述可旋转底板以第二方向上旋转。本发明亦揭示了具有上述微驱动器的磁头折片组合及磁盘驱动器。

Description

微驱动器，磁头折片组合及其磁盘驱动器

技术领域

本发明涉及一种磁盘驱动器，例如硬盘驱动器，尤指一种可旋转微驱动器以及用于磁盘驱动器的使用所述可旋转微驱动器的磁头折片组合。

背景技术

磁盘驱动器是一种利用磁性介质存储数据的信息存储装置。现有磁盘驱动器包括在其上刻有同心磁轨的磁盘，磁头折片组合(HGA)，以及驱动磁头折片组合的驱动臂。所述磁盘装在主轴马达(spindlemotor)上，并由主轴马达带动其旋转。一个音圈马达(VCM，voice-coilmotor)控制着驱动臂的运转，而驱动臂则控制着磁头折片组合的运动，进而控制着磁头(slider)在磁盘表面的磁道上移动以实现从中读写数据的功能。

然而，由于音圈马达和悬臂件固有的误差，磁头在其位移过程中不能实现精确的位置控制。这就影响了磁头的数据读/写性能。

为了解决上述问题，压电(PZT)微驱动器被用来调整磁头的位移。亦即，压电微驱动器可以以较小的幅度控制磁头的位移，并补偿由于音圈马达和悬臂件引起的公差(tolerance)。压电微驱动器可以使记录磁轨的宽度更小，因此可以增加50％的TPI(每英寸磁道数)值。它同时也减少了磁头寻轨和定位的时间，提高了磁盘的表面记录密度，并且改善了磁盘驱动器的驱动性能。

参考图1a和图1b，现有的磁头折片组合277包括磁头203，压电微驱动器205和承载微驱动器205的悬臂件213。压电微驱动器205包括一个U型陶瓷框架297，该U型陶瓷框架297有两个相互间隔的横梁207，在U型陶瓷框架297的两侧安装有两个压电元件(未标出)。压电微驱动器205被安装在磁头折片组合277的悬臂件213上。悬臂件213包括在U型陶瓷框架297的靠近每个横梁207的两侧上的导电线缆210(conductive traces)，其通过复数导电连接球209(electrical connection balls)与微驱动器205电性相连，例如金球连接(GBB)或者锡球连接(SBB)。另外，还有一组导电球208，例如GBB或SBB，将磁头203和导电线缆210电性连接。

再参考图1c，磁头203被置于微驱动器205上的横梁207之间。磁头203通过两个横梁207上的两点206以环氧胶点(epoxy dots)212与横梁207相连，这样磁头203就可和横梁207一起运动。当电源通过导电线缆210被施加时，压电微驱动器205上的压电元件膨胀或收缩，导致横梁207变形，从而使磁头在磁盘表面的磁轨上移动。这样，就可以实现磁头203的位置微调。

但是，由于压电微驱动器205和磁头203被安装在悬臂舌(suspension tongue)(未标出)上，当压电微驱动器205被激发时进行平动并摆动磁头203，由于压电微驱动器205的U型框架297的约束，这会引起与悬臂件基板(base plate)频率相同的悬臂件共振。这种情况限制了磁盘驱动器的伺服带宽和容量的提升。

因而，提供一种解决上述问题的微驱动器，磁头折片组合和磁盘驱动器实为必要。

发明内容

本发明的一个主要目的是提供一种微驱动器和磁头折片组合，可以在微驱动器被激励时获得较大的磁头位置调节能力和共振性能。

本发明的另一个目的是提供一种具有较大伺服带宽和较好性能的磁盘驱动单元。

为达到上述目的，根据本发明一个实施例，一种微驱动器(micro-actuator)包括：具有两个驱动器侧臂和位于所述驱动器侧臂之间的可旋转底板的支撑底；其中至少一个驱动器侧臂在其第一末端设有一个回转延伸部；将可旋转底板分别连接至所述驱动器侧臂第二末端的一对连接组件；至少一个连接在整个驱动器侧臂及回转延伸部之上的压电元件；其中，当所述至少一个压电元件膨胀时，所述可旋转底板以第一方向旋转；当所述至少一个压电元件收缩时，所述可旋转底板以第二方向上旋转。

作为本发明一个实施例，所述驱动器侧臂包括侧臂主体，所述回转延伸部从该侧臂主体一端往另一端延伸，一个凹槽(notch)形成于所述侧臂主体和回转延伸部之间。所述凹槽之内填充有附加材料。所述附加材料从下列几种材料中任选：环氧材料，粘合材料，聚合材料，金属材料。作为另一个实施例，所述驱动器侧臂包括侧臂主体以及连接于所述侧臂主体一端的回转延伸部。所述回转延伸部为实心结构。根据本发明又一个实施例，所述回转延伸部进一步包括一个用于和所述侧臂主体牢固连接的伸长部分。

如此，在本发明中，当磁头被安装在可旋转底板上，当压电元件上被施加电压时，侧臂就会由于压电元件的变形而向相反的方向偏转，因而对比现有微驱动器而言，本发明磁头具有较大的旋转和位移范围。另外，因为在侧臂上有一个回转延伸部，侧臂的长度因此而增加，这样就使得附在侧臂上的压电元件可以伸长，从而改善了微驱动器的位移性能。

本发明一种磁头折片组合(head gimbal assembly)，包括：一个磁头(slider)；一个微驱动器(micro-actuator)；一个支撑所述微驱动器的悬臂件；所述悬臂件和所述微驱动器的底部之间形成一个平行缺口；其中所述微驱动器包括：具有两个驱动器侧臂和位于所述驱动器侧臂之间的可旋转底板的支撑底；其中至少一个驱动器侧臂在其第一末端设有一个回转延伸部；将可旋转底板分别连接至所述驱动器侧臂第二末端的一对连接组件；至少一个连接在整个驱动器侧臂及回转延伸部之上的压电元件；其中，当所述至少一个压电元件膨胀时，所述可旋转底板以第一方向旋转；当所述至少一个压电元件收缩时，所述可旋转底板以第二方向上旋转；所述磁头与所述驱动器侧臂位于对角线方向上的两点相连，其中至少有一点位于所述回转延伸部上。

本发明一种磁盘驱动单元，包括：具有磁头，微驱动器和支撑所述微驱动器的悬臂件的磁头折片组合；与磁头折片组合相连的驱动臂；磁盘；及能够旋转磁盘的主轴马达。其中，所述微驱动器包括：具有两个驱动器侧臂和位于所述驱动器侧臂之间的可旋转底板的支撑底；其中至少一个驱动器侧臂在其第一末端设有一个回转延伸部；将可旋转底板分别连接至所述驱动器侧臂第二末端的一对连接组件；至少一个连接在整个驱动器侧臂及回转延伸部之上的压电元件；其中，当所述至少一个压电元件膨胀时，所述可旋转底板以第一方向旋转；当所述至少一个压电元件收缩时，所述可旋转底板以第二方向上旋转；所述磁头与所述驱动器侧臂位于对角线方向上的两点相连，其中至少有一点位于所述回转延伸部上。

与现有的设备相比，本发明所述磁头仅与微驱动器的支撑底的侧臂在两个对角点上相连。这样的设计允许磁头在微驱动器被触发时旋转而实现位置微调。另外，这样的设计还可以使微驱动器在较低频率工作时避免悬臂件共振，而在高频率工作时仅仅会有一个纯粹的微驱动器共振。这将增大磁盘驱动器的伺服带宽并且提升其容量。另外，微驱动器的支撑底的弹性结构使得磁头位置调整与现有设备相比更加自由。

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不同的具体实施例。

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中悬臂舌区域的立体放大图；

图1c为将磁头安装到图1a中的磁头折片组合上的微驱动器的组装过程示意图；

图2为本发明实施例一中的磁头折片组合的立体图；

图3为图2中悬臂舌区域的立体放大图；

图4为图3的侧视图；

图5为图3中去掉了微驱动器和磁头的局部放大图；

图6为安装了磁头的微驱动器的端视图；

图7为图2所示的微驱动器的分解图；

图8为图7的装配图；

图9为图8中的微驱动器工作时的平面图；

图10为本发明实施例二所给出的微驱动器和磁头装配的立体图；

图11a为本发明实施例三所给出的微驱动器的支撑底的分解图；

图11b为图11a中的支撑底的装配图；

图11c为本发明实施例三给出的装有磁头的微驱动器的分解图；

图11d为图11c的组装图；

图12a为本发明实施例四给出的装有磁头的微驱动器的分解图；

图12b为图12a的组装图；

图13a为本发明实施例五给出的微驱动器的支撑底的分解图；

图13b为图13a中的支撑框的组装图；

图13c为本发明实施例五给出的装有磁头的微驱动器的分解图；

图13d为图13c的组装图；

图14为本发明装设磁头折片组合和微驱动器的磁盘驱动器的立体图。

具体实施方式

参考图14，根据本发明的一个实施例，一种磁盘驱动器100，磁盘驱动器100包括收容一组圆形磁盘的壳体108，所述每个磁盘表面涂有磁性镀层，磁性镀层上形成若干同心磁轨(未标出)。所述磁盘101安装在主轴马达102上，该主轴马达102可以有选择地旋转磁盘101。壳体108中还安装一个由音圈马达107控制的驱动臂3，该驱动臂3相对于磁盘101驱动本发明第一实施例给出的磁头折片组合(HGA)200，从而使得磁头折片组合200上的磁头31(见图2)可以在磁盘101表面上的磁道间移动。

参考图2-5，所述磁头折片组合200包括悬臂件8，该悬臂件8由用例如金属、陶瓷或聚合物等材料制成的基板11、用来连接磁盘驱动器100的驱动臂3的枢轴件15及和基板11相连接并用来支撑负载杆17的挠性件13组成。

所述挠性件13包括一个悬臂舌328，该悬臂舌328用来承载可旋转微驱动器32和磁头31。在基板11上安设有复数导电触点308，用来与磁盘驱动器100上的控制系统(未标出)相连。复数导电线缆(conductive traces)309，311设在悬臂件8上，并分别从导电触点308一直延伸到位于悬臂舌328上的导电触点310，113上，用来将微驱动器32和磁头31与控制系统电性相连。该微驱动器32通过金属球332，例如GBB或SBB，与导电触点310电性相连。所述磁头31通过金属球405，例如GBB或SBB，与导电触点113电性相连。

参考图7和图8，根据本发明第一实施例中所示的微驱动器32和磁头31的次装配。所述微驱动器32包括一个支撑底或支撑框架320a，用来收容和保持磁头31。支撑底320a包括一个底板357和两个分装于底板357相反侧缘并与底板357实质上垂直的两个侧臂358a。所述侧壁358a通过连接元件351连接于底板357的相对末端，所述连接元件351以相反方向从底板357的末端突起，从而在底板357的侧缘和每个侧壁358a之间形成凹槽359，该凹槽359沿着底板357的每个侧缘延伸。这样，每个侧壁358a有一个固定于底板357的末端和一个自由端(未标出)。所述两个侧壁358a的自由端位于相反的位置。所述凹槽359有足够的长度允许侧壁358a的自由端相对于底板357弯曲和偏转。

参考图7和图8，所述磁头31收容于两个侧壁358a的回转部分365之间并通过环氧胶点323固定于其上。可以理解，其他的粘性胶点亦可用在这里取代环氧胶点323。这样做允许磁头31随着侧壁358a的偏转而移动。然而磁头31通过预定的间隙360(见图6)与微驱动器32的支撑底320的底板357相分离，所述间隙360可为30μm或更高。这样做的目的是当微驱动器32工作时磁头31的移动更加顺利。

参考图7和图8，两个压电元件(PZT)321固定在侧壁358a的外侧，该压电元件321为长条状薄膜压电元件或陶瓷压电元件。显然，所述压电元件321也能够用其他适宜的方式固定在侧壁358a上，例如固定在侧壁358a的内侧。所述压电元件321最好与带有回转部分365的侧壁358a的外侧的形状和尺寸相同，由此压电元件321就完全覆盖带有回转部分365的侧壁358a的外侧。同时参考图2和图3，压电元件321上设有电性触点333，该电性触点333与金属球332相连，这样就可以通过电性触点310、导电线缆311和导电触点308与磁盘驱动器100的控制系统电性相连。这样的电性相连允许控制系统将电压施加给压电元件321，由于压电元件321与侧壁358a的外侧连在一起，从而可以使侧壁358a变形(偏转)。

参考图2-3，磁头31的后缘(trailing edge)355上形成有一组导电触点204，该导电触点204与金属球405物理结合，这样就可以通过导电触点113、导电线缆309和导电触点308与磁盘驱动器100的控制系统电性相连。这样就在磁头31和控制系统之间建立了电连接，用以传送数据和信号。

参考图2-4，所述磁头31被微驱动器32承载，而微驱动器32又被悬臂舌328承载，其中悬臂舌328由悬臂件8上的负载杆17所支撑。负载杆17上有一个小突起329支撑着悬臂舌328，并使得承载力总是施加在磁头31的中心。微驱动器32的支撑底320的底板357被置于且安装在悬臂舌328上。一个限位器207形成于负载杆17上并穿过悬臂舌328，用以限制悬臂舌328在遇到不可预料的震动和振动时的过度移动。

参考图7-8，根据本发明实施例一所示的微驱动器32a，包括由每个侧壁358a的自由端延伸出的回转部分365，用以通过环氧胶点323固定和支撑磁头31，这样就允许侧壁358a延伸到实质上大于磁头31的侧壁尺寸的长度(参考图8)。因此，侧壁358a的长度可以被增加，这样允许附在侧壁358a上的压电元件321被加长，因此也就改善了微驱动器32的位移性能。在本发明中，所述两个回转部分365被设计成彼此对角相对，从而在触发压电元件321时就会使底板357旋转。

图9例示了微驱动器32a的工作情况。当没有电压施加于微驱动器32a上的压电元件321上时，微驱动器32a的支撑底320a和磁头31静止在初始的位置上，此时侧壁358a没有变形并且磁头31也没有藉由侧壁358a的变形而移动。另一方面，当预定的电压，例如正电压，被加在压电元件321上而使其变形，从而导致侧壁358a的变形，此时侧壁358a就偏转到虚线所示的位置358a’。由于该变形，固定在侧壁358a上的磁头31也就被移动了。磁头31的位置，如图中31’所示，被相对于磁盘101表面上的磁轨进行了调整。当压电元件321被施加了相反电压，例如负电压，相反方向的变形发生，而磁头则向相反的方向移动。因此，通过向压电元件321施加适当的电压，磁头的位置就能够在两个方向上有选择地被调整。

参考图10，本发明实施例二所示的微驱动器32b，包括了对图7和图8中的微驱动器32a所作的修改，其与微驱动器32a有相同的结构，不同之处在于在每个侧壁358a的自由端填入附加材料364，目的是提高微驱动器32b在例如位移和共振时的性能。填入材料364放置于每个侧壁358a的内表面和回转部分365之间。附加材料364可以是环氧材料，粘结剂，聚合物，陶瓷或金属。微驱动器32b的其他部分的结构和微驱动器32a相对应的部分相同，标号也相同，这里不再描述。

图11a-11d为本发明实施例三所示的微驱动器32c。微驱动器32c与图3所示的微驱动器32有相似的结构，相似的部件标号也相同，这里不再详细描述。微驱动器32c和微驱动器32的区别在于：在每个侧壁358的内表面附有一个扁形条366。所述扁形条366形成一个台阶367。如图11b所示，两个扁形条366具有呈对角线相对的两个台阶367，且所述台阶367对应于附在侧壁358的自由端。压电元件321装在侧壁358的外表面上，与扁形条366相对。磁头31收容在扁形条366之间且通过夹在每个台阶367和对应的磁头31的侧边的粘性胶点323而固定于台阶367之间。当磁头31被固定在台阶367上，扁形条366使得侧壁358更长，从而使得连接在侧壁358上的压电元件321更长。更长的压电元件321改善了侧壁358的偏转性能，从而提高了微驱动器32c的整体性能。

扁形条366的材料可以是金属，聚合材料和陶瓷。

图12a和图12b展示了本发明实施例四所示的微驱动器32d。微驱动器32d的结构和图7和图8所示的微驱动器32a的结构呈镜像对称。微驱动器32d有一个支撑底320d，该支撑底320d有两个侧壁358d，每个侧壁358d有一端固定在底板357上，另一端为具有回转部分365的自由端，回转部分365通过连接部分363与侧壁358d相连。侧壁358d的自由端的放置与微驱动器32b的侧壁358b的自由端的放置呈镜像对称。

图13a-13d展示了本发明实施例五所示的微驱动器32e。微驱动器32e的结构与图11a-11d所示的微驱动器32c的结构呈镜像对称。微驱动器32e包括一个附于每个侧壁358的内表面的扁形条366，所述每个扁形条366上有一个台阶367。微驱动器32e的扁形条上的台阶367与微驱动器32c的扁形条上的台阶367位置相反。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，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 (16)

1.一种微驱动器(micro-actuator)，其特征在于包括：

具有两个驱动器侧臂和位于所述驱动器侧臂之间的可旋转底板的支撑底；其中至少一个驱动器侧臂在其第一末端设有一个回转延伸部；

将可旋转底板分别连接至所述驱动器侧臂第二末端的一对连接组件；

至少一个连接在整个驱动器侧臂及回转延伸部之上的压电元件；

其中，当所述至少一个压电元件膨胀时，所述可旋转底板以第一方向旋转；当所述至少一个压电元件收缩时，所述可旋转底板以第二方向上旋转。

2.根据权利要求1所述的一种微驱动器，其特征在于：所述驱动器侧臂包括侧臂主体，所述回转延伸部从该侧臂主体一端往另一端延伸，一个凹槽(notch)形成于所述侧臂主体和回转延伸部之间。

3.根据权利要求2所述的一种微驱动器，其特征在于：所述凹槽之内填充有附加材料。

4.根据权利要求2所述的一种微驱动器，其特征在于：所述附加材料从下列几种材料中任选：环氧材料，粘合材料，聚合材料，金属材料。

5.根据权利要求1所述的一种微驱动器，其特征在于：所述驱动器侧臂包括侧臂主体以及连接于所述侧臂主体一端的回转延伸部。

6.根据权利要求5所述的一种微驱动器，其特征在于：所述回转延伸部为实心结构。

7.根据权利要求5所述的一种微驱动器，其特征在于：所述回转延伸部进一步包括一个用于和所述侧臂主体牢固连接的伸长部分。

8.一种磁头折片组合(head gimbal assembly)，其特征在于包括：

一个磁头(slider)；

一个微驱动器(micro-actuator)；

一个支撑所述微驱动器的悬臂件；所述悬臂件和所述微驱动器的底部之间形成一个平行缺口；其中所述微驱动器包括：

具有两个驱动器侧臂和位于所述驱动器侧臂之间的可旋转底板的支撑底；其中至少一个驱动器侧臂在其第一末端设有一个回转延伸部；

将可旋转底板分别连接至所述驱动器侧臂第二末端的一对连接组件；

至少一个连接在整个驱动器侧臂及回转延伸部之上的压电元件；

其中，当所述至少一个压电元件膨胀时，所述可旋转底板以第一方向旋转；当所述至少一个压电元件收缩时，所述可旋转底板以第二方向上旋转；

所述磁头与所述驱动器侧臂位于对角线方向上的两点相连，其中至少有一点位于所述回转延伸部上。

9.根据权利要求8所述的磁头折片组合，其特征在于：所述驱动器侧臂包括侧臂主体，所述回转延伸部从侧臂主体一端朝另一端延伸，一个凹槽形成于所述侧臂主体和回转延伸部之间。

10.根据权利要求9所述的磁头折片组合，其特征在于：所述凹槽之内填充有附加材料。

11.根据权利要求9所述的磁头折片组合，其特征在于：所述附加材料从下列几种材料中任选：环氧材料，粘合材料，聚合材料，金属材料。

12.根据权利8所述的磁头折片组合，其特征在于：所述驱动器侧臂包括侧臂主体以及连接于所述侧臂主体一端的回转延伸部。

13.根据权利要求12所述的磁头折片组合，其特征在于：所述回转延伸部为实心结构。

14.根据权利要求12所述的磁头折片组合，其特征在于：所述回转延伸部进一步包括一个用于和所述侧臂主体牢固连接的伸长部分。

15.根据权利要求8所述的磁头折片组合，其特征是：所述磁头悬在所述可旋转底板上，所述微驱动器的可旋转底板与所述悬臂件相连接。

16.一种磁盘驱动单元，其特征在于包括：

具有磁头，微驱动器和支撑所述微驱动器的悬臂件的磁头折片组合；

与磁头折片组合相连的驱动臂；

磁盘；及

能够旋转磁盘的主轴马达；

其中，所述微驱动器包括：

具有两个驱动器侧臂和位于所述驱动器侧臂之间的可旋转底板的支撑底；其中至少一个驱动器侧臂在其第一末端设有一个回转延伸部；

将可旋转底板分别连接至所述驱动器侧臂第二末端的一对连接组件；

至少一个连接在整个驱动器侧臂及回转延伸部之上的压电元件；

其中，当所述至少一个压电元件膨胀时，所述可旋转底板以第一方向旋转；当所述至少一个压电元件收缩时，所述可旋转底板以第二方向上旋转；

所述磁头与所述驱动器侧臂位于对角线方向上的两点相连，其中至少有一点位于所述回转延伸部上。

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