FR2793937A1

FR2793937A1 - Micro-actuator for supporting hard disc reading head includes elastomer material with embedded electrodes causing deformation to move head

Info

Publication number: FR2793937A1
Application number: FR9906430A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Lazzari; Jean Marc Lazzari
Original assignee: INFORMATION TECHNOLOGY DEV
Current assignee: INFORMATION TECHNOLOGY DEV
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2000-11-24

Abstract

The system uses electrostatic force to provide very small movements to enable the head to follow narrow tracks. The micro-actuator is made of a material which can be deformed in one direction in either a linear or a rotary sense. The deformation occurs between two surfaces, the first (402) being in contact with the suspension and the second (401) being in contact with the head. The deformation is caused electrostatically by sets of parallel plane electrodes lying within the material. Application of a varying charge to these electrode plates leads to a correspondingly varying deformation of the material. The deformable material of the device may be an elastomer such as rubber, latex or silicone having a Young's modulus between 0.1 and 100 MPa. The capacitance of the electrostatic motor formed by the device is of the order of tens or hundreds of pico-farads.

Description

MICRO-ACTIONEUR DEFORMABLE POUR MEMOIRE A DISQUES A MOTEUR ELECTROSTATIQUE. Domaine technique La présente invention a pour objet un micro-actioneur permettant le suivi des pistes de petites dimensions enregistrées sur un disque dur. DEFORMABLE MICRO-ACTUATOR FOR MEMORY A DISCS A ELECTROSTATIC MOTOR. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a micro-actuator for tracking small sized tracks recorded on a hard disk.

Elle trouve des applications dans le domaine des mémoiresà disques durs, pour le stockage de masse d'informations, Etat de l'art antérieure Une mémoireà disque dur montrée schématiquement sur la figure1 comprend essentiellement un ou plusieurs disques(100) revêtus d'une couche d'enregistrement support d'informations. La ou les têtes magnétiques d'écniture et de lecture(103) sont maintenues en position par une suspension(102). Cette suspension est montée sur un actuateur électromagnétique(101) , qui par rotation positionne la tête(103) sur la piste magnétique(104) qui sera lue, ou enregistrée. La piste(104) comporte des zones portant des informations particulières destinéesà fournirà la tête des signaux qui après traitement seront envoyésà Factuateur ( 10 1 ) afin de centrer en permanence la tête sur lapi ste ( 104). It finds applications in the field of memories to hard drives, for mass storage of information, state of the art A memory to hard drive schematically shown on Figure 1 essentially comprises one or more (100) disks coated with an information carrier recording layer. The (103) magnetic read and write heads are held in position by a (1 02) suspension. This suspension is mounted on an electromagnetic actuator (101), which by rotation positions the head (103) on the magnetic track (1 04) which will be read, or recorded. Track (1 04) has fields with special information intended to provide to the head of signals that after processing will be sent to Factor (10 1) in order to permanently center the head on the pi ste (1 04).

D'une façon générale, les besoins de l'informatique font que les capacités des mémoiresà disques doublent en moyenne tous les18 mois. Pour suivre cette forte croissance,il faut augmenterà la fois le nombre de bits d'informations le long de la piste ce que l'homme de l'art appelle la densité liéique, età la fois augmenter le nombre de pistes, ce que l'hom-me de l'art appelle la densité radiale. Il est admis que les actuateurs ne permettront pas d'atteindre une densité radiale supérieureà 1000 pistes par millimètre.Il devient donc indispensable d'adjoidre à l'amateur d'aujourd'hui, un autre actuateur, permettant un très faible déplacement de la tête, mais avec une grande précision, et une grande rapidité. C'est la raison pour laquelleil faut développer un micro-actioneur, comme montré sur la figure 2. In general, the needs of computing mean that the capacity of the to drives doubles on average every 18 months. To keep up with this strong growth, it needs to increase to both the number of bits of information along the track what the skilled person calls the density bound, and to both increase the number of tracks , what the man of art calls the radial density . B> It is admitted that the actuators will not be able to reach a radial density greater than 1000 tracks per millimeter. It therefore becomes essential to adjoin to the amateur of today, another actuator, allowing a very small displacement of the head, but with a great precision, and a great speed. That's why he needs to develop a micro-actuator, as shown in Figure 2 .

Plusieurs solutions ont été proposées pour réaliser ces rmicro- actioneurs. Celles qui paraissent les plus prometteuses, consistentà placer le micro-actioneur (200) entre la tête(103) et la suspension(102), comme le montre la figure 2. Le micro-actioneur (200) est réalisé par les technologies souvent appelées N#M qui en terme anglo-saxon sont les initiales de Micro Electronic Machining, c'està dire des technologies semblablesà celles de circuit intégrés. La figure3 montre le schéma d'un micro-actioneur selon l'art antérieur. On trouve la partie mobile(300) qui se déplace dans la direction des flèches(305). Cette partie mobile est maintenue par des poutres(301) qui forment un parallélogramme déformable, reliéà l'autre extrémitéà une partie fixe(302). Ces poutres ont une épaisseur de30 à 40 #irn , et une largeur de 4à 5 gm. Elles sont en silicium polycristallin, ou parfois en nickel élecltrolysé. Attachésà la partie mobile(300), on trouve une série de peignes(303), entrelacés avec une autre série de peignes (304) reliésà la partie fixe(302) . La séparation entre les peignes est de l'ordre de3 gin. En appliquant une tension de l'ordre de80 volts, entre les peignes, par attraction ou répulsion électrostatique, les peignes se rapprochent ou s'éloignent l'un de l'autre. On peut donc obtenir une excursion de la partie mobile du micro-actioneur de plus ou moins1,5 gm. Les poutres(301) présentent une faible flexibilité dans la direction des flèches(305), et une plus grande rigidité perpendiculairement au plan de la figure3. Toutes les formes et structures du rnicro-actioneur sont réalisées par les techniques MEM, proches de celles de la microélectronique. Il faut noter que l'on trouve des micro-actioneurs à-déplacement rectiligne ou d'autres nuicro- actioneur à déplacements rotatifs. Un exemple de ces dispositifs est décrit dans la publication Magnetic Recording Head Positioning at Very High Track Densities Using a Microactuator-Based Two-Stage Servo System par L.S Fan, H.H Ottesen, T.C Reilley et R.W.Wood, IEEE Trans on Industn'al Electronics, vol. 42, 3,pp. 222-223, June 1995. Several solutions have been proposed for producing these micro-actuators. Those that appear most promising, consist to place the micro-actuator (200) between the head (103) and the suspension (1 02 ), as shown in Figure 2. The micro-actioneur (200) is realized by technologies often called N # M which in Anglo-Saxon terms are the initials of Micro Electronic Machining, it's to say technologies similar to those of integrated circuits. Figure 3 shows the diagram of a micro-actuator according to the prior art. We find the moving part (300) which moves in the direction of the arrows (305). This moving part is held by beams (301) which form a deformable parallelogram, connected to the other end to a fixed part (302). These beams have a thickness of 30 to <40> , and a width from 4 to 5 gm. They are polycrystalline silicon, or sometimes elecltrolyzed nickel. Attached to the moving part (300), there is a series of combs (303), intertwined with another series of combs (304) bound to the fixed part (302). The separation between the combs is of the order of 3 gin. By applying a voltage of the order of 80 volts, between the combs, by attraction or electrostatic repulsion, the combs move toward or away from each other. It is therefore possible to obtain an excursion of the mobile part of the micro-actuator of more or less 1.5 gm. Beams (301) have low flexibility in the direction of arrows (305), and greater rigidity perpendicular to the plane of Figure 3. All forms and structures of the micro-actuator are realized by MEM techniques, close to those of microelectronics. It should be noted that one finds straight-displacement micro-actuators or other rotating micro-actuators. An example of these devices is described in the publication Magnetic Recording Head Positioning at Very High Track Densities Using a Microactuator-Based Two-Stage Servo System by LS Fan, HH Ottesen, TC Reilley and RWWood, IEEE Trans on Industnal Electronics, vol. 42, 3, pp. 222-223, 1995.

D'autres techniques utilisant la déformation de quartz piézo- électrique, ont été proposées. Bien que donnant satisfactionà certains égards, les micro- actioneurs, selon les structures décrites par la figure3, présentent de nombreux défauts: La force d'attraction entre les peignes est directement liéeà la capacité entre les peignes. Malgré des formes en créneaux qui permettent d'augmenter les surfaces en regard de ces peignes, la capacité ainsi fonnée est de 2à 3 picofarads. L'énergie développées par ces micro- actioneurs est donc très faible. Des peignes semblablesà ceux des micro- actioneurs sont également utilisés pour réaliser des accéléromètres. Dans ce cas, les peignes sont protégés par un chapeau étanche, qui évite que des poussières, des particules, de l'hurnidité, puissent s'intercaler entre les peignes, pouvant perturber, ou même bloquer leur mouvement. Dans le cas des micro-actioneurs pour mémoireà disque, la partie mobile du micro-actioneur supporte la tête.Il est donc impossible d'étanchéifier les espaces entre les peignes pour éviter les agressions extérieures. On trouve ce problèmeà deux niveaux: --- Toutes les opérations de montage du micro-actioneur sur la suspension, et de la tête sur le micro-actioneur, nécessitant des manipulations sont très risquéesà cause de la fragilité des micro- actioneurs. Par exemple, la soudure des plots de sortie de la tête est très délicate, car c'est un procédé ultrasonique qui est souvent utilisé. Cette technique est incompatible avec la fragilité du micro-actioneur, qui serait irrémédiablement détruit par l'énergie ultra-sonique. Avant d'être monté dans la mémoireà disque, l'ensemble suspension, micro-actioneur, tête d'écriture/lecture, subit de nombreux nettoyages, qui sont autant de cause de destruction du micro-actioneur, car si un liquide s'infiltre entre les peignes,il est très difficile de l'en extraire. Ainsi, on peut dire que ces micro-actioneurs, sont difficilement compatibles avec les procédés d'assemblage utilisés actuellement dans l'industrie. Other techniques using the deformation of piezoelectric quartz have been proposed. Although satisfying in some respects, the micro-actuators, according to the structures described in Figure 3, have many defects : The strength of attraction between the combs is directly linked to the capacity between the combs. Despite crenellated shapes that increase the areas facing these combs, the capacity thus formed is 2 to 3 picofarads. The energy developed by these micro-actuators is therefore very low. Combs similar to those of micro-actuators are also used to make accelerometers. In this case, the combs are protected by a sealed cap, which prevents dust, particles, moisture, can be interposed between the combs, can disrupt, or even block their movement. In the case of micro-actuators for memory to disk, the moving part of the micro-actuator supports the head. It is therefore impossible to seal the spaces between the combs for avoid external aggression. We find this problem at two levels : --- All the mounting operations of the micro-actuator on the suspension, and the head on the micro-actuator, requiring manipulations are very risky to because of the fragility of micro-actuators. For example, the welding of the output pads of the head is very delicate, because it is an ultrasonic process that is often used. This technique is incompatible with the fragility of the micro-actuator, which would be irreparably destroyed by ultra-sonic energy. Before being mounted in the memory to the disk, the suspension assembly, micro-actioneur, head of writing / reading, undergoes many cleanings, which are as much cause of destruction of the micro-actioneur because if a liquid seeps between the combs, it is very difficult to extract. Thus, it can be said that these micro-actuators are hardly compatible with the assembly methods currently used in industry.

--- Le risque est tout aussi grand, lorsque le micro-actioneur supportant la tête est en fonctionnementà l'inténieur de la mémoireà disque. La tête voleà quelques dizaines de nanomètres au dessus du disque.A l'arrière de la tete on trouve au cours du temps des accumulations de fines particules, issues des atterrissages et décollages de la tête. Ces particules ne gênent pas le vol de la tête. Par contre, les mêmes particules, peuvent pénétrer entre les peignes du micro-actioneur qui sont situés juste sous la tête, et bloquer son fonctionnement. Par ailleurs, la mémoireà disque est parfois soumiseà des chocs accidentels. Selon les normalisations internationales, une mémoire a disque doit pouvoir accepter des chocs supérieursà 500 g . L'énergie du choc se transmet du disque vers la tête. Cette dernière décolle du disque, puis est rabattue avec violence par la suspension sur le disque. Le micro-actioneur risquerait d'être gravement endommagé. --- The risk is just as great when the micro-actuator supporting the head is running to inside the memory to disk. The head flies to a few tens of nanometers above the disc. A the back of the head is found over time accumulations of fine particles , from landings and takeoffs of the head. These particles do not hinder the flight of the head. On the other hand, the same particles can penetrate between the micro-actuator combs which are located just under the head, and block its operation. On the other hand, the to disk is sometimes subject to accidental shocks. According to international standardization, a disk memory must be able to accept shocks greater than 500 g. The energy of the shock is transmitted from the disk to the head. The latter takes off the disc, then is violently turned down by the suspension on the disc. The micro-actuator could be seriously damaged.

Bien que donnant satisfactionà certains égards, les micro- actioneurs utilisant la déformation de cristaux piézo-électriques présentent néanmoins de nombreux défauts. Pour obtenir un bon rendement, le cristal doit être taillé dans un bloc massif, car les effets plézo-électriques en couche mince ne sont pas suffisamment efficaces pour être utilisés dans cette application. Ceci impose donc des assemblages mécaniques minutieux complexes et coûteux. Pour obtenir une déformation suffisante, il faut appliquer au cristal une tension importante. Enfin, le cristal présente des effets non contrôlables de fatigue, et d'hystérésis. Although satisfactory in some respects, micro-actuators using the deformation of piezoelectric crystals nevertheless have many defects. For good performance, the crystal must be cut into a solid block because thin layer plézo-electric effects are not efficient enough to be used in this application. This therefore requires complex mechanical assemblies complex and expensive. To obtain a sufficient deformation, it must apply to the crystal a significant tension. Finally, the crystal has uncontrollable effects of fatigue, and hysteresis.

La présente invention ajustement pour but de remédierà ces inconvénients. The present invention is intended to remedy these drawbacks.

Exposé de l'invention A cette fin, l'invention propose un micro-actioneur constitué d'électrodes planes formant un condensateur, les électrode étant maintenue par un maténiau déformable, constituant le corps du micro- actioneur . Les électrodes sont décalées les unes des autres. En appliquant une tension entre les électrodes, en s'attirant ou se repoussant, elles se déplacent par déformation du matériau défonnable qui les relie entre elles. Les électrodes forrrient ainsi un moteur électrostatique. De par sa fonne, le matériau déformable, présente une grande flexibilité dans la direction de déplacement, et une forte rigidité perpendiculairement au plan du micro-actioneur, ce qui lui permet d'encaisser des chocs, et même de les amortir. Selon l'invention, le micro-actioneur est très robuste,il est insensible aux particules, ou aux liquides. Les électrodes sont totalement isolées de l'extén"eur. Il fonctionne avec des tensions inférieuresà 100 Volts.Il ne présente pas de fatigue ni d'hystérésis. Il est parfaitement compatible avec les procédés actuellement utilisés dans l'industrie pour l'assemblage des têtes sur leur suspension.Il ne présente aucun risqueà l'intérieur de la mémoireà disque faceà l'accumulation de particules. Vu de l'extérieur,il se présente sous la forme d'un volume homogène, qui se déforme en fonction des forces générées par le moteur électrostatique. DESCRIPTION OF THE INVENTION A For this purpose, the invention proposes a micro-actuator consisting of planar electrodes forming a capacitor, the electrodes being held by a deformable material, constituting the body of the micro-actuator. B>. The electrodes are offset from each other. By applying a tension between the electrodes, attracting or repelling, they move by deformation of the deformable material that connects them together. The electrodes thus form an electrostatic motor. Because of its shape, the deformable material has a great flexibility in the direction of movement, and a high stiffness perpendicular to the plane of the micro-actuator, which allows it to collect shocks, and even to dampen them . According to the invention, the micro-actioneur is very robust, it is insensitive to particles, or liquids. The electrodes are totally isolated from the outside. It operates with voltages to 100 Volts. It does not show any fatigue or hysteresis. It is perfectly compatible with the processes currently used in industry for the assembly of heads on their suspension. It does not present any risk to inside the memory to disk facing to the particle accumulation.Seen from the outside, it presents itself in the form of a homogeneous volume , which deforms according to the forces generated by the electrostatic motor.

De façon plus précise, la présente invention a pour objet, un micro- actioneur pour mémoireà disque, constitué d'une ensemble d'électrodes planes décalées les unes des autres, et enrobées dans un élastomère, comme du caoutchouc du latex, ou du silicone, formant un moteur électrostatique. La forme des électrodes, leur positionnement, déten-ninent un condensateur variable qui sous l'influence d'une tension appliquée entre les électrodes, génère des forces qui déplacent les électrodes les uries par rapport aux autres, dans une direction déterminée. Le matériau déformable subit une déformation de cisaillement entre les électrodes. Chaque plan d'électrodes se déplaçant par rapportà celui située dans le plan inférieur, la surface supérieure du micro-actioneur présente un déplacement dans une direction, égalà la somme des déplacements individuels de chaque plan d'électrodes, par rapportà la surface inférieure du micro-actioneur. La surface inférieure du micro-actioneur est collée sur la suspension, la surface supérieure du micro-actioneur supporte la tête. La déformation du matériau déforinable entre chaque niveau d'électrode, est très petite par rapportà son épaisseur, ce qui n'engendre aucune hystérésis, ni de fatigue. Le micro-actioneur, selon l'invention, présente une capacité10 à 100 fois supérieure a celle des micro-actioneurs selon l'état de l'art. L'énergie disponible est donc beaucoup plus importante. Selon un mode préféré de ]"invention, le matériau déformable entre chaque électrode a ime forme optimisée, afin u1 -re une faible résistanceà la déformation, dans la direction du q'il off1 1 1 déplacement. Selon un autre mode préféré de l'invention, les électrodes sont encapsulées dans des couches diélectriques formant des niveaux d'électrodes qui sont séparés par des piliers constitués de matériau déformable ces piliers ayant une forme optimisée pour obtenir un déplacement maximum. L'ensemble est étanche par rapportà l'extérieur. More specifically, the subject of the present invention is a disk micro-actuator consisting of a set of plane electrodes offset from one another and embedded in an elastomer, such as rubber latex, or silicone, forming an electrostatic motor. The shape of the electrodes, their positioning, holds a variable capacitor which under the influence of a voltage applied between the electrodes, generates forces which move the electrodes uries relative to the others, in a determined direction. The deformable material undergoes shear deformation between the electrodes. With each electrode plane moving in relation to the lower plane, the upper surface of the micro-actuator has a displacement in one direction, equal to the sum of individual displacements of each electrode plane , relative to the bottom surface of the micro-actuator. The lower surface of the micro-actuator is glued on the suspension , the upper surface of the micro-actuator supports the head. The deformation of the deforinable material between each electrode level is very small compared to its thickness, which generates no hysteresis or fatigue. The micro-actuator according to the invention has a capacity 10 to 100 times greater than that of micro-actuators according to the state of the art. The available energy is therefore much more important. According to a preferred embodiment of the invention, the deformable material between each electrode has an optimized shape, so that a low resistance to deformation in the direction of the In another preferred embodiment of the invention, the electrodes are encapsulated in dielectric layers forming electrode levels which are separate from one another. by pillars made of deformable material these pillars having an optimized shape to obtain a maximum displacement.The set is watertight relative to the outside.

Le micro-actioneur selon l'une quelconque des structures décrites précédemment, présente une grande rigidité perpendiculairement au plan des électrodes. En cas de choc, le matériau déformable de par son élasticité, absorbera le choc, évitant par la même une déténioration de la tête, du micro-actioneur lui même, ou de la surface du disque. The micro-actuator according to any one of the structures described above, has a high stiffness perpendicular to the plane of the electrodes. In case of shock, the deformable material by its elasticity, absorb shock, thus avoiding a deterioration of the head, the micro-actuator itself, or the surface of the disc.

Selon l'invention, le déplacement de la surface supérieure du micro- actioneur par rapportà sa surface inférieure, peut-être rectiligne, ou rotatif D'autres caractéristiques et avantages de l'invention, ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnéeà titre illustratif mais non Ilinitatif, en référence aux dessins annexés. Brève description des dessins. According to the invention, the displacement of the upper surface of the micro-actuator relative to its lower surface, which may be rectilinear or rotatable. Other features and advantages of the invention will emerge more clearly from the following description, given to illustrative title but not Ilinitatif, with reference to the accompanying drawings. Brief description of the drawings.

# les figures1, déjà décnite, montre le schéma d'une mémoireà disques # la figure 2, déjà décrite, montre la position du micro-actioneur, entre la tête et la suspension. # figures 1, already decnite, shows the diagram of a memory to disks # Figure 2 , already described, shows the position of the micro-actuator, between the head and the suspension.

# la figure3 déjà décrite, montre la structure d'un micro-actioneur selon l'art antén'eur, + les figures 4A, 4B, 4C, montrent une structure d'un micro- actioneur selon l'invention, ainsi que les déplacements selon la polarité des électrodes, + les figure5A, 5B,5C, montrent un premier mode de réalisation + la figure6 montre un second mode de réalisation de micro- actioneur selon l'invention # la figure7 montre un autre arrangement des électrodes # la figure8 montre troisième mode de réalisation du micro- actioneur selon l'invention. # the figure 3 already described, shows the structure of a micro-actuator according to the anteneur art, + figures 4 A, 4B, 4C, show a structure of a micro-actuator according to the invention, as well as displacements according to the polarity of the electrodes, + FIGS 5A , 5B, 5C, show a first embodiment + Figure 6 shows a second embodiment of micro-actuator according to the invention # Figure 7 shows another arrangement of electrodes # Figure 8 shows third mode of embodiment of the micro-actuator according to the invention.

# la figure9 montre la coupe d'un substrat intermédiaire utilisé dans un procédé pour la réalisation du troisième mode du micro- actioneur selon l'invention. # la figure10 montre les électrodes d'un micro-actioneur rotatif selon l'invention # la figure11 montre les poutres verticales déformables du micro- actioneur rotatif selon l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation La figure 4A montre un premier mode de réalisation du micro- actioneur selon l'invention. Le rm'cro-actioneur (200) selon ce premier mode de l'invention, se présente sous la forme d'un parallélépipède plat. Sa largeur et sa longueur sont sensiblement égalesà celles de la tête(103) de la figure 2, qui sera collée sur sa surface supénieure (401), tandis que sa surface inférieure (402) sera collée sur la suspension(102) de la figure 2. L'épaisseur du micro-actioneur (200) est de l'ordre de 30#Im à 1 00gm. Le micro-actioneur (200) apparaît de l'extérieur, comme un bloc de matériau homogène, déformable constitué d'une élastomère, comme du caoutchouc, du latex, ou du silicone, donnéà titre d'exemple non limitatif L'élasticité d'un matériau se définit par son module d'Young . Le nickel par exemple a un module d'Young de 200 Giga Pascal (200GPa). Le silicium supérieurà IOOGPa. Les élastomères déformables (404) selon l'invention, présentent un module d'Young comprlis entre0J Méga Pascal(0, 1 MPa) , et100 MPa. Le latex par exemple a un module d'Young de 0,4NWa. A lintérieur du micro-actioneur, on trouve un ensemble d'électrodes (403) décalées les unes des autres, selon des plans empilés, et reliéesà un générateur de tension.Si deux électrodes dans des plans adjacents ont une polanité opposée, elles s'attireront.Si elles ont une polarité de même signe elles se repousseront. Ces électrodes forment un moteur électrostatique, qui génère des forces de cisaillement entre chaque plan d'électrode. Le moteur électrostatique constitue par les électrodes précédemment décrites, un condensateur vaniable. La mesure de la capacité de ce condensateur qui est directement liée au déplacement, permet de mesurer ce déplacement, et d'utiliser cette mesure dans une boucle d'asservissement. # Figure 9 shows the section of an intermediate substrate used in a process for carrying out the third mode of the micro-actuator according to the invention. # Figure 10 shows the electrodes of a rotary micro-actuator according to the invention # Figure 11 shows the vertical deformable beams of the rotary micro-actuator according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 4A shows a first embodiment of the micro-actuator according to the invention. The rm'cro-actioneur (200) according to this first embodiment of the invention, is in the form of a flat parallelepiped. Its width and length are substantially equal to those of the head (103) of Figure 2, which will be glued on its upper surface (401), while its surface bottom (402) will be glued on the suspension (1 02) of Figure 2. The thickness of the micro-actuator (200) is of the order of 30 # Im to 1 00gm. The micro-actuator (200) appears from the outside, as a block of homogeneous, deformable material consisting of an elastomer, such as rubber, latex, or silicone, given to title of non-limiting example The elasticity of a material is defined by its Young's modulus . Nickel, for example, has a Young's modulus of 200 Giga Pascal (200GPa). Silicon higher than to IOOGPa. The deformable elastomers (404) according to the invention have a Young's modulus comprlis between 0J Mega Pascal (0, 1 MPa) , and 100 MPa. The latex for example has a Young's modulus of 0.4NWa. A inside the micro-actuator, there is a set of electrodes (403) offset from each other, in stacked planes, and connected to a voltage generator. If two electrodes in adjacent planes have opposite polarity, they will attract. If they have a polarity of the same sign they will repel each other. These electrodes form an electrostatic motor, which generates shear forces between each electrode plane. The electrostatic motor constitutes, by the electrodes previously described, a vaniable capacitor. Measuring the capacitance of this capacitor, which is directly related to the displacement, makes it possible to measure this displacement, and to use this measurement in a servo loop.

La figure 4B montre le déplacement uniaxial vers la droite, de la surface supérieure (401) par rapportà la surface inférieure (402) selon les polarités des électrodes. Figure 4B shows the uniaxial displacement to the right of the upper surface (401) relative to to the lower surface (402) according to the polarities of the electrodes.

La figure 4C montre le déplacement uniaxial vers la gauche de la surface supérieure (401) par rapportà la surface inférieure (402) selon une autre polarité des électrodes. Figure 4C shows the uniaxial displacement to the left of the upper surface (401) relative to to the lower surface (402) according to another polarity of the electrodes.

Le déplacement relatif des deux surfaces supérieure et inférieure, est de l'ordre de plus ou moins unà deux microns.Si l'épaisseur du micro-actioneur est de50 #tîn , la déformation du matériau constituant le micro-actioneur, ne sera que de quelques pour-cent. Les matériaux déformables selon l'M"vention peuvent accepter des déformations élastiques de l'ordre de700 pour-cent. Les déformations du micro- actioneur selon l'm"vention, sont tellement petites par rapportà ce que le matériau pourrait encaisser, qu'elles ne s'accompagnent ni d'hystérésis, ni de fatigue. The relative displacement of the two upper and lower surfaces is of the order of plus or minus one to two microns. If the thickness of the micro-actuator is 50 # tîn , the deformation of the material constituting the micro-actuator, will be only a few percent. The deformable materials according to the invention can accept elastic deformations of the order of 700% .The deformations of the micro-actuator according to the invention are so small compared to to that the material could cash, that they are not accompanied by hysteresis, nor fatigue.

Le déplacement de chaque plan électrode se faisant par rapportà son voisin inférieur, le déplacement de la surface supérieure (401) du micro-actioneur , par rapportà la surface inférieure (402), est le curnul des déplacements "individuels entre chaque plan d'électrodes. The displacement of each electrode plane being in relation to to its lower neighbor, the displacement of the upper surface (401) of the micro-actuator , to to < The lower surface (402) is the number of individual displacements between each electrode plane.

Le micro-actioner (200) selon l'invention, apparaît comme un ensemble homogène, sans micro-cavités, comme l'espace étroit entre peignes des micro-actioneurs selon l'art antérieur.Il est inerte chimiquement, notamment aux agents liquides de nettoyage. Il est très robuste mécaniquement, surtout dans les directions perpendiculaires au plan des surfaces (401) et (402). Commeil est constitué de matériau déformable, et commeil est situé entre la suspension et la tête,il constitue un parfait amortisseur de chocs. The micro-actioner (200) according to the invention appears as a homogeneous assembly, without micro-cavities, as the narrow space between combs micro-actuators according to the prior art. It is inert chemically, especially to liquid cleaning agents. It is very robust mechanically, especially in directions perpendicular to the plane of surfaces (401) and (402). As it is made of deformable material, and as it is located between the suspension and the head, it constitutes a perfect shock absorber.

Dans un premier mode de réalisation, sur un substrat(500) de la figure5A, qui peut avantageusement être une tranche de silicium, cornine utilisé dans le domaine de la microélectronique, on dépose une première couche(501) dite sacnificielle , c'està dire que l'on éliminera par la suite. Cette couche peut-être de la résine, ou un polymère qui se disolvent dans des solvants spécifiques, connus de l'homme de l'art. La couche sacrificielle peut avoir une épaisseur de quelques microns. Sur cette couche sacn'ficielle, on dépose une couche diélectrique(502) comme du S102 par exemple selon des procédésà basse température, comme le CVD soit en terme anglo-saxon Chernical Vapor Deposition , procédé connu de l'homme de l'art. La couche de Si02 peut avoir une épaisseur de l'ordre de quelques microns. Sur cette couche de Si02, on dépose une couche conductrice qui après photolithographie et gravure, techniques connues des procédés de la microélectronique, constituera la première électrode(507) et en même temps, un plot de connexion(503) de l'électrode supérieureà un plot de sortie du micro-actioneur. On dépose ensuite la première couche (504) de matériau déformable, comme du caoutchouc du silicone, ou du latex. Ces matériaux, se présentent sous la fon-ne soit liquide, soit pâteuses, et se polymérisent par ajout d'un liquide de polymérisation, associéà une température de l'ordre de50'C. La couche (504) peut-être déposée soità la raclette, soit par lithographie au travers d'un pochoir, soit par centrifugation. L'épaisseur de la couche (504) est comprise entre0,5 gm et quelques microns. Dans cette couche, un trou(506) est réalisé, afin d'ouvrir le plot de contact(503). Ce trou peut être fait lors du couchage de la couche (504), ou après son couchage, par les techniques de photolithographie et de gravure. Sur la couche (504) ainsi formée, on dépose une seconde électrode conductrice(505) par pulvérisation cathodique par exemple, ou toute autre méthode connue de l'homme de l'art. La couche(505), comme la première électrode(507) peut être en aluminium, cuivre, nickel, ou tout autre maténiau conducteur. La couche(505) vient en contact avec la couche(503) au travers du trou (506). L'épaisseur de la couche(505) est comprise entre500 A' et quelques microns. On répète ensuite les mêmes opérations de dépôt de couche déformable, d'ouverture de contact, de dépôt de couche conductrice, etc... afin de faire un empilement d'une dizaine de couches conductrices. Une fois l'ensemble des dépôts réalisés,à l'aide des techniques de la lithographie et de gravure, on grave l'ensemble des couches déformables, autour des couches conductrices, pour réaliser un grand nombre de micro-actioneurs sur le substrat(500). Les couches déformables se gravant dans une plasma d'oxygène, bien connu de l'homme de l'art. Le plasma d'oxygène va s'arrêter sur la couche de S102 (502), que l'on gravera par gravure ionique réactive, connue de l'homme de l'art. Enfin, par dissolution de la couche sacnificielle (501) par les solvants appropriés, on décollera chaque micro-actioneur du substrat (500). In a first embodiment, on a (500) substrate of FIG. 5A, which may advantageously be a silicon wafer, cornine used in the field of microelectronics, we deposit a first layer (501) so sacnifique , it is to say that we will eliminate by the following. This layer may be resin, or a polymer that dissolve in specific solvents known to those skilled in the art. The sacrificial layer may have a thickness of a few microns. On this sacrificial layer, a dielectric layer (502) is deposited, such as S102 , for example by low temperature methods, such as the CVD is in English term Chernical Vapor Deposition , method known to those skilled in the art. The SiO 2 layer may have a thickness of the order of a few microns. On this layer of SiO 2, a conductive layer is deposited which, after photolithography and etching, known techniques of microelectronics processes, will constitute the first electrode (507) and at the same time, a connection pad (503) from the upper electrode to an output pad of the micro-actuator. The first layer (504) of deformable material is then deposited, such as silicone rubber, or latex. These materials are in the form of liquid or pasty , and polymerize by adding a liquid polymerization, associated to a temperature of the order <50 ° C. The layer (504) may be deposited either at the squeegee, lithographed through a stencil or by centrifugation. The thickness of the layer (504) is between 0.5 gm and a few microns. In this layer, a hole (506) is made, in order to open the contact pad (503). This hole can be made during the coating of the layer ( 504), or after coating, by photolithography and etching techniques. On the layer (504) thus formed, a second conductive electrode (505) is deposited by cathodic sputtering, for example, or any other method known to those skilled in the art. The (505), layer as the first (507) electrode can be aluminum, copper, nickel, or any other conductive material. The layer (505) comes in contact with the layer (503) through the hole (506). The layer thickness (505) is between 500 A ' and a few microns. The same deformable layer deposition, contact opening, conductive layer deposition operations, etc. are then repeated in order to make a stack of about ten conductive layers. Once all the deposits have been made, using lithography and etching techniques, all the deformable layers around the conductive layers are etched to make a large number of micro-waves. -actioneurs on the substrate (500). Deformable layers etching in an oxygen plasma, well known to those skilled in the art. The oxygen plasma will stop on the S102 (502), layer that will be etched by reactive ion etching, known to those skilled in the art. Finally, by dissolving the sacrificial layer (501) with the appropriate solvents, each micro-actioner will be detached from the substrate (500).

Si l'on considère le silicone comme couche déformable, ce matériau présente une constante diélectrique de3,2 . Le Néoprène par exemple a une constante diélectrique de6,6, et le caoutchouc de 2,42.Si l'on considère un MI'cro-actioneur, devant supporter une tête de fon-nat dit Pico selon les standards internationaux, la surface (401) ou (402) du micro-actioneur sera de Imm x 1,25mm, soit1,25 mm2. En prenant des couches de 2 gm de silicone, alors la capacité du micro-actioneur sera pour une dizaine de couches de250 pF, soit environ100 fois plus grande que celle des rm'cro-actioneurs selon l'art antérieur. If we consider silicone as a deformable layer, this material has a dielectric constant of 3.2. Neoprene for example has a dielectric constant of 6, 6, and the rubber of 2.42. If we consider a MI'cro-actioneur, having to support a fon-nat head said Pico according to international standards, the surface (40 1) or (402) of the micro-actuator will be Imm x 1.25mm, 1.25 mm2. By taking layers of 2 gm of silicone, then the capacity of the micro-actuator will be for ten layers of 250 pF, which is about 100 times larger than that of rm'cro-actuators according to the prior art.

La figure6 montre un second mode de réalisation optimisé de micro-actioneur selon l'invention. Afin de réduire le moment d'inertie mécanique dans la direction de déplacement(601) , de la surface (401) sur laquelle la tête sera collée, par rapportà la surface (402) collée sur la suspension, on réalise des poutres verticales(600) reliant les surfaces (401) et (402) dont la largeur (L) est petite devant leur hauteur (H) . Si par exemple la hauteur (H) est égaleà 50#im ; la largeur (L) sera égale par exempleà 15 #im. A l'intérieur de chaque poutre, et sur toute leur longueur, on trouve les mêmes dispositions d'électrodes, comme décrit dans le paragraphe précédent. Ce second mode de réalisation optimisé de micro-actioneur selon l'invention, offre les mêmes avantages que le premier, mais pour la même tension d'alimentation, produit un déplacement beaucoup plus grand que le premier mode de réalisation. Selon ce second mode de réalisation, la tête(103) est directement collée sur les surfaces supérieures des poutres verticales(600). Le nombre de poutres verticales(600) au minimum de 2 pour assurer une bonne stabilité de la tête, est van'able, selon les critères de tenue de la tête(l 03) , l'amplitude du déplacement(601), la tension d'alimentation du micro- a 1 - L'espacement entre chaque poutre verticale(600) est très ct oneur. Figure 6 shows a second optimized embodiment of micro-actuator according to the invention. In order to reduce the moment of mechanical inertia in the direction of movement (601), of the surface (401) on which the head will be glued, relative to to the surface (402) bonded to the suspension, vertical beams (600) connecting the surfaces (401) and (402) whose width (L) is small in front of their height (H) If, for example, the height (H) equals to 50 # im ; the width (L) will be equal for example to 15 #im. A inside each beam, and over their entire length, we find the same electrode arrangements, as described in the previous paragraph. This second optimized embodiment of micro-actuator according to the invention, offers the same advantages as the first, but for the same supply voltage, produces a much larger displacement than the first embodiment. According to this second embodiment, the head (103) is directly glued to the upper surfaces of the vertical beams (600). The number of vertical beams (600) ) a minimum of 2 to ensure good stability of the head, is van'able, according to the criteria of resistance of the head (l 03), the amplitude of displacement (601), the supply voltage of the micro-a 1 - The spacing between each vertical beam (600) is very large.

grand, de l'ordre d'une centaine de microns, et ne constituent pas comine les espaces réduits (quelques microns) entre peignes selon l'art antérieur, un risque de blocage par des particules. large, of the order of a hundred microns , and do not constitute the reduced spaces (a few microns) between combs according to the prior art, a risk of blocking by particles.

Les procédés de réalisation d'un micro-actioneur selon le second mode, sont les mêmes que ceux du premier mode. Les niveaux d'électrodes sont réalisés en même temps, corn-me s'il n'y avait pas de poutre. Puis, la séparation des poutres(600) est réaliséeà la fin par gravure du matériau déformable, entre les empilements d'électrodes. The methods for producing a micro-actuator according to the second mode are the same as those of the first mode. The electrode levels are realized at the same time, even if there is no beam. Then, the separation of the beams (600) is performed at the end by etching the deformable material, between the stacks of electrodes.

La figure7 montre un arrangement préféré des électrodes constituant le moteur électrostatique. Au lieu d'avoir une électrode par niveau, on trouveà chaque niveau, un ensemble d'électrodes coplanaires (701, 702, etc ... ) , de polarité opposées. Selon les polarités des électrodes de niveau supérieur, il apparaît soit des forces d'attraction, si les polanités d'un niveauà l'autre sont de signe contraire, soit des forces de répulsion, si les polarités d'une niveauà l'autre sont de signe identique. Les flèches (703) montrent la direction des forces dans l'exemple de la figure7. Les déplacements (704) de chaque niveau sont tous dirigés dans la même direction. Cet arrangement préféré améliore le rendement du micro- actioneur. Figure 7 shows a preferred arrangement of electrodes constituting the electrostatic motor. Instead of having one electrode per level, we find at each level, a set of coplanar electrodes (701, 702, etc ...), of opposite polarity. Depending on the polarities of the upper-level electrodes, there appear either attraction forces, if the polanities from one level to the other are of opposite sign, or repulsion forces, if the polarities from one level to the other are of identical sign. The arrows (703) show the direction of the forces in the example of Figure 7. The displacements (704) of each level are all directed in the same direction. This preferred arrangement improves the efficiency of the micro-actuator.

La figure8 montre un troisième mode de réalisation selon l'invention du micro-actioneur. On utilise le même procédé que le premier mode, jusqu'à la réalisation de la couche diélectrique(502). Dans ce troisième mode, la couche diélectrique(502) sera de préférence un nitrure de silicium. Sur cette couche, on dépose le premier étage d'électrodes (701, 702) constituant le moteur électrostatique, comme celles décrites par la figure7, ou simplement des électrodes (403) comme celles décrites par la figure 4A. On dépose ensuite sur ces électrodes une couche diélectrique(800) qui de préférence est constituée de nitrure de silicium. Sur cette couche isolante(800) , on dépose, selon les procédés précédemment décrits, une couche de matériau déformable, d'épaisseur comprise entre1 gin et quelques microns. Après une photolithographie, suivie d'une gravure, ou directement par lithographie au travers d'un pochoir, on réalise des poutres verticales(801) de faible largeur par rapportà leur hauteur. Par exemple, si leur hauteur est de5 urn , leur largeur sera de l'ordre de1,5 gm. Le nombre et la position de chaque poutre sont optimisés afin d'assurerà la fois un déplacement maximum, età la fois une bonne tenue de la tête. Sur un autre substrat, séparé, (900), comme montré sur la figure9, qui peut avantageusement être une autre tranche de silicium, on dépose une première couche sacnificielle de S102 (901).Cette couche sera par la suite gravée sélectivement par rapport aux autres couches diélectriques(502) et(800) comme décrit précédemment, lorsque les deux substrats seront assemblés. Sur cette couche de S102, du second substrat, on dépose une première couche de nitrure, puis la couche conductrice dans laquelle on va graver un niveau d'électrodes(701) , (702) . On recouvre ce niveau d'électrodes par une seconde couche de nitrure(800), tout en réservant des emplacements pour les interconnexions. On colle le second substrat comportant le tricouche nitrure- électrodes-nitrure qui peut avoir une épaisseur totale de l'ordre de3 à 10 gin, sur les poutres verticales(80 1 ) défon-nables, puis par gravure sélective de la couche sacrificielle deS102 (901) on sépare le second substrat(900) du tricouche nitrure-électrodes-nitrures qui reste collé sur les poutres verticales déformables. On répète les mêmes séquences de procédé, jusqu'à un empilement par exemple de trois niveaux d'électrodes, ce qui avec le premier niveau déposé sur le support (502) constituera un moteur électrostatiqueà quatre niveaux d'électrodes. Les contacts entre M'veau s'effectuent par des via(506) comme ceux de la figure5C, au travers d'une poutre verticale déformable. Le micro- actioneur décrit sur la figure8 , ayant une surface identiqueà celle du micro-actioneur de la figure 4A, mais présentant moins de niveau d'électrode, et ayant une séparation entre chaque niveau un peu plus grande, présente une capacité de l'ordre de25 à 50 pF. La force pour obtenir un même déplacement entre les surfaces (401) et (402) est réduite d'un facteur de l'ordre de50 par rapportà celle du micro-actioneur de la figure 4, car les poutres(801) présentent une déformation selon la direction de déplacement beaucoup plus grande. Figure 8 shows a third embodiment according to the invention of the micro-actuator. The same method as the first mode is used until the dielectric layer (502) is formed. In this third mode, the dielectric layer (502) will be preferably a silicon nitride. On this layer, the first electrode stage (701, 702) constituting the electrostatic motor is deposited, such as those described by FIG. 7, or simply electrodes (403). 4A . Then, a dielectric layer (800) is deposited on these electrodes, which preferably consists of silicon nitride. On this insulating layer (800), , is deposited according to the methods described above, a layer of deformable material, of thickness between 1 gin and a few microns. After photolithography, followed by etching, or directly by lithography through a stencil, vertical beams (801) of small width are made relative to at their height. For example, if their height is 5 urn , their width will be in the order of 1.5 gm. The number and position of each beam is optimized to ensure to both a maximum displacement, and to both a good hold of the head. On another separate substrate, (900), as shown in FIG. 9, which may advantageously be another silicon wafer, a first saccharine layer of B> S102 (901) .This layer will subsequently be etched selectively with respect to the other dielectric layers (502) and (800) as previously described, when the two substrates are assembled. On this layer of S102, the second substrate, a first nitride layer is deposited, then the conductive layer in which we will etch a level of electrodes (701), (702). We cover this Electrode level by a second nitride layer (800), while reserving locations for interconnections. The second substrate comprising the nitride-electrodes-nitride trilayer, which can have a total thickness of the order of 3 to 10 gin, is bonded to the vertical beams (80 1) defon-nable, then by selective etching of the sacrificial layer of S102 (901) the second substrate (900) is separated from the nitride-electrodes-nitride trilayer which remains glued on deformable vertical beams. The same process sequences are repeated up to a stack of, for example, three electrode levels, which with the first level deposited on the support (502) will constitute an electrostatic motor to four electrode levels. The contacts between M'veau are via via (506) as those of the figure 5C, through a deformable vertical beam. The micro-actuator described in FIG. 8, having a surface identical to that of the micro-actuator of FIG. 4A, but having less electrode level, and having a separation between each level a little larger, has a capacity of the order of 25 to 50 pF. The force to obtain the same displacement between the surfaces (401) and (402) is reduced by a factor of the order of 50 in relation to to that of the micro- the actuator of Figure 4, because the beams (801) exhibit a deformation in the direction of displacement much larger.

La figure10 montre un micro-actioneur rotatif, selon l'invention.Il utilise un plan d'électrodes(701) , (702) , selon la configuration d'électrodes décrite par la figure7, qui vont générer un couple faisant tourner chaque plan d'électrodes autour d'un pilar central. Les électrodes de même polarité, sont connectées entre elles par un conducteur extérieur et intérieur respectivement. Ces conducteurs sont reliés avec les autres niveaux d'électrodes par des vias (900) pratiqués au travers d'un pilar (1000) de matériau défon-nable situé au centre du micro-actioneur, comme le montre la figure11. Cette figure montre les poutres verticales déformables (801) qui maintiennent deux niveaux d'électrodes, le pilar déformable central(1000) au travers duquel les interconnexions entre niveau sont réalisées, et la poutre déformable (100 1) formant une ceinture extérieure, qui assure l'étanchéité du micro-actioneur. Figure 10 shows a rotary micro-actuator , according to the invention. It uses a plane of electrodes (701), (702), according to the electrode configuration described in Figure 7, which will generate a torque rotating each electrode plane around a central pillar. Electrodes of the same polarity are connected together by an outer and inner conductor respectively. These conductors are connected with the other electrode levels by vias (900) made through a pillar (1000) of writhing material located in the center of micro-actioner, as shown in figure 11. This figure shows the deformable vertical beams (801) that hold two levels of electrodes, the central deformable pilar (1000) through which the interconnections between level are realized, and the deformable beam (100 1) forming an outer belt , which ensures the tightness of the microwave ACTUATOR.

Claims

CLAIMS 1. Micro-actioner for memory to disc, placed between the head (103) and the suspension (1 02) driven by an electrostatic motor, characterized in that the electrostatic motor consists of planar electrodes located in planes parallel to the surfaces (401) and (402) , inducing a displacement of the surface (402) which supports the head (l 03), to the surface (401) in contact with the suspension (102) . 2. Micro-actioner for memory to disks, according to claim 1, characterized in that the displacement of the surface (402) relative to 3. Micro-actioner for memory to disc, according to claim 1, characterized in that the electrostatic motor consists of at least two levels of flat electrodes, located in two parallel planes. 4. Micro-actioner for memory to disk , according to claim 1 characterized in that the planes comprising the electrodes are held by a deformable material (404) . . Micro-actioner for memory to disc, according to claim 4 characterized in that the defon-nable material (404 ) constituting the body of the micro-actuator , is an elastomer of rubber, latex, silicone type, having a Young's modulus between 0, 1 and 100 NWa. 6. Micro-actioner for memory to disc, according to claim 4 characterized in that the material constituting the body of the micro-actuator (404) has the form of vertical beams (600), including the electrodes (403) having a small width relative to at their height. 7. Micro-drive for memory to disc, according to claim 4 characterized in that the stacked planes of electrodes (701), (702) are separated and maintained by vertical beams (80 1), consisting of the deformable material (404) , of narrow width relative to to their height. 8. Micro-actioner for memory to disks, according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the electrodes (403 ) (701), (702) are in a sealed environment protected by the deformable material (404), relative to to the external environment. 9. Micro-drive for memory to disc, according to any one of claims 1 to 7 characterized in that electrodes (403) or the electrodes (701), (702), are shifted relative to those of the higher level, in order to form an electrostatic motor which, according to the polarization of the electrodes, generates a movement cumulative and with the same sense of a level of electrodes to its higher level. 10. Micro-actioner for memory to disc, according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the capacity of the engine electrostatic is wedge between a few tens and a few hundred P of pico-farads. 11, Micro-actioner for memory to disc, according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it is constituted of an elastic material that absorbs mechanical shocks, between the suspension (J 02) , and the head (103).