JP2004192681A - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プリアンプからヘッド素子に至る差動線路において、特性インピーダンスを動的に変化させて所望の応答が得られる差動線路を有する磁気ディスク装置、また数多くのデータを効率良く取り、分析し、製品設計スピードを加速することができる磁気ディスク装置を提供する。
【解決手段】磁気ディスク装置であって、プリアンプからヘッド素子に至る差動線路２１において、その差動線路２１の周囲に微細な誘導電流を流す微細誘導電流線１０を多数配置し、その微細誘導電流線１０の接続を任意に組み合わせることにより、その伝送線路の相互インダクタンスを変化させ、その結果として特性インピーダンスを変化させる。これにより、記録電流波形、再生波形の各種パラメータを比較検討し、所望の応答を得ることができる。
【選択図】 図２
【解決手段】磁気ディスク装置であって、プリアンプからヘッド素子に至る差動線路２１において、その差動線路２１の周囲に微細な誘導電流を流す微細誘導電流線１０を多数配置し、その微細誘導電流線１０の接続を任意に組み合わせることにより、その伝送線路の相互インダクタンスを変化させ、その結果として特性インピーダンスを変化させる。これにより、記録電流波形、再生波形の各種パラメータを比較検討し、所望の応答を得ることができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置におけるプリアンプからヘッド素子に至るまでの伝送線路に関し、特にその特性インピーダンスの調整方法、記録電流波形、再生電流波形の各種パラメータを調整する方法に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討したところによれば、磁気ディスク装置などにおける伝送線路に関しては、以下のような技術が考えられる。
【０００３】
例えば、高周波回路で信号を伝送する際には、その高周波のために波長が線路に対して無視できない長さになり、インピーダンスミスマッチによる反射、それに伴うリンギング等の現象が見えてくるようになり、さらにそれらが引き起こす二次的な線路近傍へのクロストークや不要輻射、ロジック系ＩＣ等においてはタイミングのディレイや、最悪の場合、システムに障害を及ぼすようなロジック・ミスにつながりかねない。
【０００４】
磁気ディスク装置においてもその傾向は例外でなく、近年では、例えばプリアンプからヘッドに送られる周波数は年々速くなっている。上述のような不安は、その周波数の上昇に対し加速度的に増加する。そのため、プリアンプなどの能動素子や、抵抗、コイル、コンデンサなどの受動素子を接続する場合、その負荷とのインピーダンスを適切にマッチングさせる必要がある。
【０００５】
この特性インピーダンスを調整する方法としては、（１）マイクロストリップライン、（２）ストリップライン、（３）コプレーナライン等があり、作りやすさや、グランドとの容量的な結合によって特性インピーダンスを調整する手法が確立されている。以下において、マイクロストリップラインを始めとする代表的なインピーダンスのコントロールされた線路について説明する。
【０００６】
（１）マイクロストリップラインについては、この伝送線路は特性インピーダンスをコントロールするために片面をグランドにし、決まった厚さの誘電体を挟み、決まった幅のトレースを引くことによって特性インピーダンスを調整している。この特性インピーダンスを決定するパラメータは、誘電体の誘電率、信号線の厚み、誘電体の厚み、信号線の幅である。
【０００７】
（２）ストリップラインは、特性インピーダンスをコントロールするために両面をグランドにし、決まった厚さの誘電体を挟み、決まった幅のトレースを内部に埋め込むことにより、特性インピーダンスを調整する。この特性インピーダンスを決定するパラメータは、誘電体の誘電率、信号線の厚み、誘電体の厚み、信号線の幅である。
【０００８】
（３）コプレーナラインは、特性インピーダンスをコントロールするために信号の両脇をグランドにし、決まった厚さの誘電体をその下に配置し、グランドと信号線との間隙を調整することにより特性インピーダンスを調整する。この特性インピーダンスを決定するパラメータは、誘電体の誘電率、信号線の厚み、誘電体の厚み、信号線の幅、信号線とグランドとの間隙距離である。
【０００９】
前述のどの線路も、その設計方法として、その伝送線路をグランド等との容量的な結合、つまり物理構造から特性インピーダンスを調整できるようにしている。このような容量的な結合を考慮した技術には、マイクロストリップラインにおいて、ストリップ線路と基板との間に誘電体層を段階的に積層することにより、誘電体層の厚さを入出力側で異ならせて特性インピーダンスを変化させるものがある（例えば、特許文献１）。また、線路とグランドとの間の寄生容量を低減させるために、磁気ヘッド用線路の下方の金属フレクシャ及びロードビームを一部除去するようにした技術がある（例えば、特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２９１５１８号公報（第１頁の要約など）
【００１１】
【特許文献２】
特開２００１−２５６６２７号公報（第１頁の要約など）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のような磁気ディスク装置の伝送線路の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【００１３】
例えば、前述したマイクロストリップライン等のどの線路も、その伝送線路をグランド等との容量的な結合から特性インピーダンスを調整できるようにしているため、実際の回路の設計を行っている現場では電磁界シミュレータ、回路シミュレータ等を使って試作を行う前に特性インピーダンス等の各種設計値を所望の値になる様に検討を行う。
【００１４】
しかし、シミュレータはやはり模擬的な装置であるので、特性インピーダンスの実測とシミュレータ上の数値のズレや、ＩＣなどの能動素子の実際とシミュレータ上での理論値などにズレ等が生じる。そのため、シミュレータ上では適した設計であっても、実装状態でその特性インピーダンスで本当に所望の応答になるかどうかを判断するためには、あらかじめ信号線幅や信号線間隔を調整して特性インピーダンスを調整した伝送線路を多数用意し、数多くの測定を行わなければならない。
【００１５】
また、実際に線路を作成する際、個々の線路の特性インピーダンスがばらついてしまっても調整することができない。
【００１６】
このように、前述した伝送線路の設計技術では、一度、“もの”として物理的に製作してしまうと、特性インピーダンスを調整できないという課題が生じる。また、前述したマイクロストリップライン等の伝送線路、特許文献１及び２の技術は、いずれも容量的な結合から特性インピーダンスを調整するものであり、インダクタンスを考慮したものではない。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、インダクタンスを考慮して、物理的に伝送線路を製造した後からでも、特性インピーダンスを動的に変化させ、プリアンプ等の能動素子や抵抗、コイル、コンデンサ等の受動素子等の伝送線路を用いた接続において所望の性能が出るような伝送線路を有する磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、一つの伝送線路を評価する回路等に実装したままで特性インピーダンスを変化させることにより、数多くのデータを効率良く取り、分析し、製品設計スピードを加速することができる磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、磁気ディスク装置のプリアンプからヘッド素子へ至る差動で動作する伝送線路の周囲に、その伝送線路に比べて十分に微細であり、その断面積が、例えば２５０μｍ２以下で規定される微細誘導電流線を多数配置し、その微細誘導電流線をその伝送線路の差動性を崩さないように適切に接続し、相互インダクタンスを所望の値にコントロールすることにより、特性インピーダンスを調整する。その結果として、伝送線路を物理的に製造した後からでも、特性インピーダンスを所望の値になる様に細かく調整し、実機実装状態におけるプリアンプからヘッド素子へ至るまでの差動線路の伝送特性を所望の応答が得られるようにコントロール可能にしたものである。
【００２０】
すなわち、本発明は、プリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路を有する磁気ディスク装置に適用され、以下のような特徴を有するものである。
【００２１】
（１）差動線路より細い幅で形成され、差動線路の下層に配置され、誘導電流を流す複数の微細誘導電流線を有し、複数の微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を接続するものである。
【００２２】
（２）差動線路より細い幅で形成され、差動線路と同一層に配置され、誘導電流を流す複数の微細誘導電流線を有し、複数の微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を接続するものである。
【００２３】
（３）差動線路より細い幅で形成され、差動線路の上層または下層の一方に配置され、誘導電流を流す複数の微細誘導電流線と、差動線路の上層または下層の他方に配置され、基準電位となる基準電位層とを有し、基準電位層を差動線路の特性インピーダンスを所定の値に設定するように分割し、複数の微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を接続するものである。
【００２４】
（４）差動線路より細い幅で形成され、差動線路の上層および下層に配置され、誘導電流を流す複数の第１微細誘導電流線と、差動線路より細い幅で形成され、差動線路と同一層の左側および右側に配置され、誘導電流を流す複数の第２微細誘導電流線とを有し、複数の第１微細誘導電流線と複数の第２微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を組み合わせて接続するものである。
【００２５】
（５）差動線路より細い幅で形成され、差動線路の第１線路と第２線路との間の内側または外側に配置され、誘導電流を流す複数の微細誘導電流線を有し、複数の微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を接続し、シールド性能を持たせるように両端を接続した微細誘電電流線以外の微細誘電電流線を基準電位に接地するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
まず、図１により、本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置の構成の一例を説明する。図１は磁気ディスク装置の構成図を示す。
【００２８】
本実施の形態の磁気ディスク装置２０は、例えばハードディスク２２に対してデータをリード／ライトする磁気ヘッド２３と、リード／ライトデータを増幅するプリアンプ２４と、リード／ライトデータを選択するリードライトチャネル２５と、ハードディスク２２に対してリード／ライトするデータを制御するハードディスクコントローラ２６と、ボイスコイルモータ２７を駆動するボイスコイルドライバ２８と、スピンドルモータ２９を駆動するスピンドルドライバ３０と、ボイスコイルドライバ２８およびスピンドルドライバ３０を制御する制御回路３１などから構成されている。
【００２９】
この磁気ディスク装置２０では、プリアンプ２４から磁気ヘッド２３のヘッド素子に至るまでの伝送線路が、それぞれ、リード側に２本の線路が一対となる差動線路２１、ライト側に２本の線路が一対となる差動線路２１で形成されている。本発明は、リード側、ライト側の差動線路２１に適用され、所望の特性インピーダンスを得ることを特徴とするものである。以下において、伝送線路の構造例を説明する。
【００３０】
次に、図２〜図７により、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの伝送線路の構造例について説明する。図２〜図７はそれぞれ伝送線路の断面図を示す。なお、図２〜図７においては、ライト側の差動線路を例に説明するが、リード側の差動線路についても同様である。
【００３１】
図２の構造例は、差動線路２１より細い誘導電流を流す微細誘導電流線１０を差動線路２１の下に多数配置し、その微細誘導電流線１０の両端での接続方法を任意に接続するようにした伝送線路である。なお、これらの差動線路２１、微細誘導電流線１０は誘電体１２により覆われている。この伝送線路は、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に変化させることができる。
【００３２】
図３の構造例は、微細誘導電流線１０を差動線路２１と同一層に多数配置し、その微細誘導電流線１０の両端での接続方法を任意に接続するようにした伝送線路である。この伝送線路では、製造のしやすさを考慮しつつ、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に変化させることができる。
【００３３】
図４の構造例は、微細誘導電流線１０を差動線路２１の上下面のどちらか片側に多数配置し、その逆の面には、まずグランド（基準電位）となるグランド層１３を配置し、その面にエッチングを用いて分離溝１４を形成することにより大まかな特性インピーダンスを設定し、その後、微細誘導電流線１０を任意に接続するようにした伝送線路である。この伝送線路では、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に、かつ細かく変化させることができる。
【００３４】
図５の構造例は、差動線路２１を微細誘導電流線１０で取り囲むように多数配置し、差動線路２１の上下に配置された相互インダクタンスの大きい微細誘導電流線１０とその差動線路２１の左右、斜めに配置された相互インダクタンスの小さな微細誘導電流線１０を任意に組み合わせて接続するようにした伝送線路である。この伝送線路では、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に、かつ細かく変化させることができる。
【００３５】
図６の構造例は、差動線路２１をその差動線路２１の導体厚み方向に上下になるように配置し、さらにその差動線路２１の上下に微細誘導電流線１０を多数配置し、任意の微細誘導電流線１０を接続し、また接続しない微細誘導電流線１０を回路の基準電位に接地するようにした伝送線路である。この伝送線路では、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に変化させることができ、かつシールド性能を持たせることができる。
【００３６】
図７の構造例は、差動線路２１をその差動線路２１で誘電体１２を挟み込むように、かつ向かい合うように配置し、その挟んだ誘電体１２の間に微細誘導電流線１０を２層にわたって多数配置するようにした伝送線路である。この伝送線路では、差動線路２１からの外部磁束の漏れが非常に少なく、ノイズ誘導能力が極めて低く、さらに動的に特性インピーダンスを調整することができる。
【００３７】
次に、図８〜図１０により、前述した図２の伝送線路を例に、本発明の物理的な構造を詳細に説明する。それぞれ、図８（ａ），（ｂ）は丸線導体の差動線路によるインダクタンスの説明図、図９は微細誘導電流線を両端で接続しないときのインダクタンスの説明図、図１０は接続したときのインダクタンスの説明図を示す。
【００３８】
伝送線路において、微細誘導電流線１０は、上述したように特性インピーダンスを十分に細かく設定するためと、接続された微細誘導電流線１０の表面を最大限に活用し、表皮効果による損失を防ぐために十分に微細である必要がある。例えば、微細誘導電流線１０の断面積を２５０μｍ２以下とする。
【００３９】
ここでは、本発明の原理についての説明を明瞭化、単純化するために、図８に示すように、まず２本の丸線導体の差動線路について、特性インピーダンスや相互インダクタンスについて考えてみる。２本の差動で動作する丸線導体の実効インダクタンスＬｅｆｆは式（１）で与えられる。ここで、Ｌ１，Ｌ２は自己インダクタンスで、Ｍは相互インダクタンスである。
【００４０】
【数１】
【００４１】
丸線導体の自己インダクタンスＬｓｅｌｆは、ｌを導体の長さ、ａを丸線導体の断面の半径とし、ｌ＞＞ａが成り立つとすれば、式（２）で与えられる。
【００４２】
【数２】
【００４３】
また、相互インダクタンスＭは、式（３）で与えられる。ここで、ｌは導体の長さで、またｄは差動線間の距離である。
【００４４】
【数３】
【００４５】
加えて、特性インピーダンスＺについては、その導体の損失が無視できるとする時、式（４）が成り立つ。ここで、Ｌｅｆｆ，Ｃｅｆｆは単位長さ当たりの実効的な値である。
【００４６】
【数４】
【００４７】
以上のことから、導体の自己インダクタンスは、その物理形状から決まってしまうが、その導体間の距離を変化させることにより相互インダクタンスを変化させ、その結果、実効的なインダクタンスを変化させて、最終的に特性インピーダンスを変化させることができることがわかる。本発明のモデルでは、微細誘導電流線１０が多数あるので、上述した丸線導体ほど単純ではない。しかし、相互インダクタンスの調整により特性インピーダンスが変化する原理は同様である。
【００４８】
これらのことを踏まえて、本発明の構造について考えてみると、微細誘導電流線１０をその伝送線路の両端で全く接続しないときは、図９に示すように差動線路２１自体の相互インダクタンスのみで結合する。すなわち、差動線路２１にそれぞれ逆方向の電流（Ｉ，−Ｉ）を流した場合の相互インダクタンスＭによる結合は弱くなる。
【００４９】
次に、差動線路２１の下の微細誘導電流線１０を両端で接続した図１０の場合を考えてみると、このときは差動線路２１自体の相互インダクタンスＭに加え、その差動線路２１が微細誘導電流線１０に誘導する電流（Ｉ）により、さらに強く結合する。そのため、微細誘導電流線１０を全く接続しない場合に比べ、相互インダクタンスＭが大きくなり、そのために実効的なインダクタンスが小さくなり、その結果、特性インピーダンスが低くなる。
【００５０】
また、微細誘導電流線１０の接続の組み合わせによりその微細誘導電流線１０と差動線路２１との距離は変化するので、その組み合わせによって相互インダクタンスＭが変化する。このことから、微細誘導電流線１０の組み合わせにより特性インピーダンスを調整することができることがわかる。ここで、微細誘導電流線１０の選び方であるが、信号線が差動線路２１なので、その対称性を崩さないように対称に選ぶ必要がある。
【００５１】
以上のように、本実施の形態の磁気ディスク装置２０においては、プリアンプ２４から磁気ヘッド２３のヘッド素子に至るまでの差動で動作する差動線路２１の特性インピーダンスを、その差動線路２１の周囲に微細誘導電流線１０を多数配置することによって所望の特性インピーダンスを得ることを特徴とした伝送線路である。
【００５２】
そのため、本実施の形態による効果を期待するには、その微細誘導電流線１０の両端での接続方法が重要となる。その具体的な接続方法を、以下において説明する。
【００５３】
次に、図１１〜図１３により、微細誘導電流線の接続方法の一例を説明する。それぞれ、図１１は圧着による接続方法の説明図、図１２はねじ止めによる接続方法の説明図、図１３は半田付けによる接続方法の説明図を示す。
【００５４】
図１１に示した実装方法は、微細誘導電流線１０を両端で圧着する手法である。微細誘導電流線１０の両端（一端のみを図示しているが他端も同様）にランドパターン９２を形成し、そのランドパターン９２をプラスチック等のある程度の強度があり、また加工が容易な絶縁物体９４で挟み込むことによって、絶縁物体９４に製作した接続パターン９３で接続を確保する。例えば、図１１において左端のランドパターン９２同士を接続パターン９３で接続したり、またはその右側、さらにその右側、右端のランドパターン９２同士を接続することができる。
【００５５】
なお、図１１には片側にしか微細誘導電流線１０を接続する接続パターン９３が無いが、前述した図５〜図７に示されるように微細誘導電流線１０を上下に配置した場合には、接続パターン９３をその絶縁物体９４の上下に製作することは言うまでもない。
【００５６】
また、ランドパターン９２への接続は一通りではなく、微細誘導電流線１０を接続する接続パターン９３を２つに限らず、一度に３つ以上などの複数の微細誘導電流線１０を接続できるような形状にすることにより、細かな特性インピーダンスの調整を実現できる。
【００５７】
図１２に示した実装方法は、微細誘導電流線１０をねじ止め式で微細誘導電流線１０のランドパターン１０２にコンタクトして接続する手法である。微細誘導電流線１０の両サイドにねじ穴１０３をあけ、コンタクトを支持する絶縁物体１０５を固定できるようにし、コンタクト部分はランドパターン１０２を接続するために必要十分な硬さを持った金属部分１０６を形成し、そのランドパターン１０２と金属部分１０６とのコンタクトの力の強さをねじ１０４と微細誘導電流線１０を形成しているパターンとの間にバネ１０７を挿入することにより調整する。なお、このバネ性はコンタクトする金属部分１０６に持たせても良い。
【００５８】
例えば、図１２において上側から１番目と６番目のランドパターン１０２同士を金属部分１０６で接続したり、または２番目と５番目、３番目と４番目のランドパターン１０２同士を接続することができる。あるいは、１番目のランドパターン１０２については、２番目〜５番目の任意のランドパターン１０２と接続することも可能であり、また２番目〜６番目のランドパターン１０２についても同様である。さらには、３つ以上のランドパターン１０２同士を接続することもできる。
【００５９】
図１３に示した実装方法は、微細誘導電流線１０のその両端にランドパターン１１２を用意し、そこに半田付けを行うことによって接続する。半田付けには、半田ごて１１３を用いてワイヤ１１４により接続する。もしくは、ワイヤーボンディングにより接続することも可能である。この接続方法においても、前記図１１などと同様に種々の変形が可能である。
【００６０】
なお、図１３にはランドパターン１１２が図１１と同じように配置されているが、図１２のように配置しても良い。また、本構造の場合は半田を接続に用いるため、あらかじめ必要な微細誘導電流線１０を接続しておいて、後からその接続を外していき、所望の特性インピーダンスを得ることも可能である。
【００６１】
以上のようにして、磁気ディスク装置２０におけるプリアンプ２４から磁気ヘッド２３のヘッド素子に至るまでの差動線路２１の特性インピーダンスを微細誘導電流線１０の適切な接続によって所望の値に設定できる。また、一つの伝送線路の構造で特性インピーダンスを細かく、かつダイナミックに変化させることができるので、データを細かく、効率良く採取することが可能になる。
【００６２】
次に、図１４〜図２０により、本実施の形態の伝送線路における効果を検証するためのシミュレーションについて説明する。それぞれ、図１４（ａ），（ｂ）は効果検証のために用いた伝送線路の断面図、図１５はＴＤＲ測定の回路の構成図、図１６はＴＤＲ測定の検証結果の特性図、図１７は記録電流波形を測定する回路の構成図、図１８は記録電流波形測定の検証結果の特性図、図１９は記録電流波形の各種パラメータの説明図、図２０は検証結果に基づいた各種パラメータ一覧の説明図を示す。
【００６３】
この検証においては、電磁界解析シミュレータ、回路シミュレータを用いてシミュレーションを行い、この効果を検証した。ここで、シミュレータを利用したのは実測における外乱の要因を排除し、本実施の形態の効果を純粋に説明するためにあえて用いた。
【００６４】
図１４に示すように、効果検証のために用いた伝送線路１８３には、前述した図２に示した物理的な構造の伝送線路を例に用いた。ここでは、差動線路２１をそれぞれＳ１とＳ２とし、また微細誘導電流線１０としてＳＵＳ１〜ＳＵＳ１１からなる１１個の場合で行った。図１４（ｂ）に示すように、差動線路２１は幅が１００μｍで厚さが１０μｍ、微細誘導電流線１０は幅が２５μｍで厚さが１０μｍで間隔が２５μｍの場合で、また差動線路２１の上方、差動線路２１と微細誘導電流線１０との間、微細誘導電流線１０の下方の厚さはそれぞれ１０μｍとした。
【００６５】
図１５に示すように、ＴＤＲ法を用いて伝送線路の特性インピーダンスを求める際の回路ブロックは、入力が振幅５００ｍＶ／立ち上がり５０ｐｓで、内部抵抗５０Ωを持つパルス１８１に特性インピーダンス５０Ω／線路長４０ｍｍの測定用ケーブル１８２を接続し、さらに本実施の形態の構造の伝送線路１８３を５０ｍｍ接続して構成した。この検証結果を、図１６に示す。
【００６６】
図１６においては、ＳＵＳ＿ｎｏ＿ｃｏｎｎｅｃｔ：微細誘導電流線１０を全く接続しない、ＳＵＳ５−ＳＵＳ７：微細誘導電流線１０のＳＵＳ５とＳＵＳ７を両端で接続する、ＳＵＳ４−ＳＵＳ８：微細誘導電流線１０のＳＵＳ４とＳＵＳ８を両端で接続する、ＳＵＳ３−ＳＵＳ９：微細誘導電流線１０のＳＵＳ３とＳＵＳ９を両端で接続する、ＳＵＳ２−ＳＵＳ１０：微細誘導電流線１０のＳＵＳ２とＳＵＳ１０を両端で接続する、ＳＵＳ１−ＳＵＳ１１：微細誘導電流線１０のＳＵＳ１とＳＵＳ１１を両端で接続する、ＳＵＳ＿ａｌｌ＿ｃｏｎｎｅｃｔ：微細誘導電流線１０のＳＵＳ１〜ＳＵＳ１１を全て接続する、場合の接続方法を例に示している。
【００６７】
図１６に示すように、時間Ｔｉｍｅ［ｎｓ］に対する測定端子間電圧［ｍＶ］の変化は、どの接続方法においても約０．２ｎｓ程度で約２５０ｍＶ程度まで急激に上昇し、約０．５ｎｓ程度まではこの約２５０ｍＶ程度の値を保持し、その後、約０．５ｎｓ程度〜約１．７ｎｓ程度の範囲でそれぞれの接続方法にばらつきが生じる。そして、約１．７ｎｓ程度以降は、どの接続方法も約５００ｍＶ程度の値に集約された結果となった。
【００６８】
図１７に示すように、実際に、プリアンプＩＣ１９１とヘッド素子１９２の間を伝送線路１８３で接続した回路ブロックでは、前述と同様に本実施の形態の構造の伝送線路１８３の線路長は５０ｍｍとした。この検証結果を、図１８に示す。
【００６９】
図１８に示すように、時間Ｔｉｍｅ［ｎｓ］に対する記録電流Ｉｗ［ｍＡ］の変化は、どの接続方法においても約６１．４ｎｓ程度までは約−４０ｍＡ程度の値を保持し、その後、それぞれの接続方法でばらつきが生じて約６２．３ｎｓ程度までに約９０ｍＡ程度〜約１１０ｍＡ程度まで急激に上昇する。その後、約６３．２ｎｓ程度で約４０ｍＡ程度〜約１０ｍＡ程度まで下降し、そして約６４ｎｓ程度から約４０ｍＡ程度の値に集約される。
【００７０】
その後は逆に、約７１．５ｎｓ程度まではこの約４０ｍＡ程度の値を保持し、その後、それぞれの接続方法でばらつきが生じて約７２．５ｎｓ程度までに約−９０ｍＡ程度〜約−１１０ｍＡ程度まで急激に下降する。その後、約７３．２ｎｓ程度で約−１０ｍＡ程度〜約−３０ｍＡ程度まで上昇し、そして約７４ｎｓ程度から約−４０ｍＡ程度の値に集約される。
【００７１】
図１８の検証結果に基づいて、各種パラメータは図１９の記録電流波形例により求められる。すなわち、Ｉｗｐｐ：記録電流波形のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ［ｍＡ］、ｔｒ：記録電流波形の立ち上がり（１０％〜９０％）［ｎｓ］、ｔｐ：記録電流波形の反転前の直流部分からピークまで［ｎｓ］、ＯＳ：オーバーシュート（図１９においてＡ／Ｂ×１００％により算出）［％］、が求められる。
【００７２】
以上のような検証結果に基づいて、各種パラメータを表にすると図２０のようになる。例えば、ＳＵＳ＿ｎｏ＿ｃｏｎｎｅｃｔの接続方法においては、Ｚが１３８Ω、Ｉｗｐｐが１７７．９ｍＡｐｐ、ｔｒが０．２３６ｎｓ、ｔｐが０．８４０ｎｓ、ＯＳが５８．８％となる。同様に、ＳＵＳ５＋ＳＵＳ７の接続方法では、Ｚが７４Ω、Ｉｗｐｐが２０７．０ｍＡｐｐ、ｔｒが０．２１９ｎｓ、ｔｐが０．７７５ｎｓ、ＯＳが７８．０％となり、・・・、ＳＵＳ＿ａｌｌ＿ｃｏｎｎｅｃｔの接続方法では、Ｚが３４Ω、Ｉｗｐｐが２２９．４ｍＡｐｐ、ｔｒが０．２６５ｎｓ、ｔｐが０．９１１ｎｓ、ＯＳが９１．９％となる。
【００７３】
なお、各接続方法における特性インピーダンスＺ［Ω］については、Ｚ＝（（１＋ρ）／（１−ρ））×測定系のインピーダンス、から求めることができる。この場合に、反射率ρ＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ１となる。例えば、ＳＵＳ＿ｎｏ＿ｃｏｎｎｅｃｔの接続方法の場合には、前述した図１６の測定端子間電圧よりＶ１＝２５０ｍＶ、Ｖ２＝３６７ｍＶが求まり、ρ＝（３６７ｍＶ−２５０ｍＶ）／２５０ｍＶ＝０．４６８となり、この測定系のインピーダンスは５０Ωなので、Ｚ＝（（１＋０．４６８）／（１−０．４６８））×５０Ω＝１３８Ωとなる。
【００７４】
以上の結果より、伝送線路の特性インピーダンスを本実施の形態の構造により広く、細かく設定することができることが確認でき、またその伝送線路を接続した場合の各種パラメータを比較、検討することにより、所望の特性を得ることが確認できた。
【００７５】
なお、以上においては、前述した図２に示した物理的な構造の伝送線路を例に効果を検証したが、前述した図３〜図７に示した物理的な構造の伝送線路についても、図２と同様の検証結果が得られることはいうまでもない。
【００７６】
【発明の効果】
本発明を用いることによって、磁気ディスク装置におけるプリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路の特性インピーダンスを微細誘導電流線の適切な接続によって所望の値に設定できる。また、一つの伝送線路の構造で特性インピーダンスを細かく、かつダイナミックに変化させることができるので、データを細かく、効率良く採取することが可能になる。これは、製品を製造する上で設計のスピードを加速させ、かつ製品に対するフィードバックを強くかけられるという利点を生む。さらに、後から特性インピーダンスを調整できるため、個々の製造にバラツキが出ても、そのバラツキを吸収するように調整できる。これにより、製品の歩留まり、信頼性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの伝送線路を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、丸線導体の差動線路によるインダクタンスを示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、微細誘導電流線を両端で接続しないときのインダクタンスを示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、微細誘導電流線を両端で接続したときのインダクタンスを示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、圧着による接続方法を示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、ねじ止めによる接続方法を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、半田付けによる接続方法を示す説明図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、効果検証のために用いた伝送線路を示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、ＴＤＲ測定の回路を示す構成図である。
【図１６】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、ＴＤＲ測定の検証結果を示す特性図である。
【図１７】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、記録電流波形を測定する回路を示す構成図である。
【図１８】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、記録電流波形測定の検証結果を示す特性図である。
【図１９】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、記録電流波形の各種パラメータを示す説明図である。
【図２０】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、検証結果に基づいた各種パラメータ一覧を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…微細誘導電流線、１２…誘電体、１３…グランド層、１４…分離溝、２０…磁気ディスク装置、２１…差動線路、２２…ハードディスク、２３…磁気ヘッド、２４…プリアンプ、２５…リードライトチャネル、２６…ハードディスクコントローラ、２７…ボイスコイルモータ、２８…ボイスコイルドライバ、２９…スピンドルモータ、３０…スピンドルドライバ、３１…制御回路、９２…ランドパターン、９３…接続パターン、９４…絶縁物体、１０２…ランドパターン、１０３…ねじ穴、１０４…ねじ、１０５…絶縁物体、１０６…金属部分、１０７…バネ、１１２…ランドパターン、１１３…半田ごて、１１４…ワイヤ、１８１…パルス、１８２…測定用ケーブル、１８３…伝送線路、１９１…プリアンプＩＣ、１９２…ヘッド素子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置におけるプリアンプからヘッド素子に至るまでの伝送線路に関し、特にその特性インピーダンスの調整方法、記録電流波形、再生電流波形の各種パラメータを調整する方法に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討したところによれば、磁気ディスク装置などにおける伝送線路に関しては、以下のような技術が考えられる。
【０００３】
例えば、高周波回路で信号を伝送する際には、その高周波のために波長が線路に対して無視できない長さになり、インピーダンスミスマッチによる反射、それに伴うリンギング等の現象が見えてくるようになり、さらにそれらが引き起こす二次的な線路近傍へのクロストークや不要輻射、ロジック系ＩＣ等においてはタイミングのディレイや、最悪の場合、システムに障害を及ぼすようなロジック・ミスにつながりかねない。
【０００４】
磁気ディスク装置においてもその傾向は例外でなく、近年では、例えばプリアンプからヘッドに送られる周波数は年々速くなっている。上述のような不安は、その周波数の上昇に対し加速度的に増加する。そのため、プリアンプなどの能動素子や、抵抗、コイル、コンデンサなどの受動素子を接続する場合、その負荷とのインピーダンスを適切にマッチングさせる必要がある。
【０００５】
この特性インピーダンスを調整する方法としては、（１）マイクロストリップライン、（２）ストリップライン、（３）コプレーナライン等があり、作りやすさや、グランドとの容量的な結合によって特性インピーダンスを調整する手法が確立されている。以下において、マイクロストリップラインを始めとする代表的なインピーダンスのコントロールされた線路について説明する。
【０００６】
（１）マイクロストリップラインについては、この伝送線路は特性インピーダンスをコントロールするために片面をグランドにし、決まった厚さの誘電体を挟み、決まった幅のトレースを引くことによって特性インピーダンスを調整している。この特性インピーダンスを決定するパラメータは、誘電体の誘電率、信号線の厚み、誘電体の厚み、信号線の幅である。
【０００７】
（２）ストリップラインは、特性インピーダンスをコントロールするために両面をグランドにし、決まった厚さの誘電体を挟み、決まった幅のトレースを内部に埋め込むことにより、特性インピーダンスを調整する。この特性インピーダンスを決定するパラメータは、誘電体の誘電率、信号線の厚み、誘電体の厚み、信号線の幅である。
【０００８】
（３）コプレーナラインは、特性インピーダンスをコントロールするために信号の両脇をグランドにし、決まった厚さの誘電体をその下に配置し、グランドと信号線との間隙を調整することにより特性インピーダンスを調整する。この特性インピーダンスを決定するパラメータは、誘電体の誘電率、信号線の厚み、誘電体の厚み、信号線の幅、信号線とグランドとの間隙距離である。
【０００９】
前述のどの線路も、その設計方法として、その伝送線路をグランド等との容量的な結合、つまり物理構造から特性インピーダンスを調整できるようにしている。このような容量的な結合を考慮した技術には、マイクロストリップラインにおいて、ストリップ線路と基板との間に誘電体層を段階的に積層することにより、誘電体層の厚さを入出力側で異ならせて特性インピーダンスを変化させるものがある（例えば、特許文献１）。また、線路とグランドとの間の寄生容量を低減させるために、磁気ヘッド用線路の下方の金属フレクシャ及びロードビームを一部除去するようにした技術がある（例えば、特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２９１５１８号公報（第１頁の要約など）
【００１１】
【特許文献２】
特開２００１−２５６６２７号公報（第１頁の要約など）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のような磁気ディスク装置の伝送線路の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【００１３】
例えば、前述したマイクロストリップライン等のどの線路も、その伝送線路をグランド等との容量的な結合から特性インピーダンスを調整できるようにしているため、実際の回路の設計を行っている現場では電磁界シミュレータ、回路シミュレータ等を使って試作を行う前に特性インピーダンス等の各種設計値を所望の値になる様に検討を行う。
【００１４】
しかし、シミュレータはやはり模擬的な装置であるので、特性インピーダンスの実測とシミュレータ上の数値のズレや、ＩＣなどの能動素子の実際とシミュレータ上での理論値などにズレ等が生じる。そのため、シミュレータ上では適した設計であっても、実装状態でその特性インピーダンスで本当に所望の応答になるかどうかを判断するためには、あらかじめ信号線幅や信号線間隔を調整して特性インピーダンスを調整した伝送線路を多数用意し、数多くの測定を行わなければならない。
【００１５】
また、実際に線路を作成する際、個々の線路の特性インピーダンスがばらついてしまっても調整することができない。
【００１６】
このように、前述した伝送線路の設計技術では、一度、“もの”として物理的に製作してしまうと、特性インピーダンスを調整できないという課題が生じる。また、前述したマイクロストリップライン等の伝送線路、特許文献１及び２の技術は、いずれも容量的な結合から特性インピーダンスを調整するものであり、インダクタンスを考慮したものではない。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、インダクタンスを考慮して、物理的に伝送線路を製造した後からでも、特性インピーダンスを動的に変化させ、プリアンプ等の能動素子や抵抗、コイル、コンデンサ等の受動素子等の伝送線路を用いた接続において所望の性能が出るような伝送線路を有する磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、一つの伝送線路を評価する回路等に実装したままで特性インピーダンスを変化させることにより、数多くのデータを効率良く取り、分析し、製品設計スピードを加速することができる磁気ディスク装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、磁気ディスク装置のプリアンプからヘッド素子へ至る差動で動作する伝送線路の周囲に、その伝送線路に比べて十分に微細であり、その断面積が、例えば２５０μｍ２以下で規定される微細誘導電流線を多数配置し、その微細誘導電流線をその伝送線路の差動性を崩さないように適切に接続し、相互インダクタンスを所望の値にコントロールすることにより、特性インピーダンスを調整する。その結果として、伝送線路を物理的に製造した後からでも、特性インピーダンスを所望の値になる様に細かく調整し、実機実装状態におけるプリアンプからヘッド素子へ至るまでの差動線路の伝送特性を所望の応答が得られるようにコントロール可能にしたものである。
【００２０】
すなわち、本発明は、プリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路を有する磁気ディスク装置に適用され、以下のような特徴を有するものである。
【００２１】
（１）差動線路より細い幅で形成され、差動線路の下層に配置され、誘導電流を流す複数の微細誘導電流線を有し、複数の微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を接続するものである。
【００２２】
（２）差動線路より細い幅で形成され、差動線路と同一層に配置され、誘導電流を流す複数の微細誘導電流線を有し、複数の微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を接続するものである。
【００２３】
（３）差動線路より細い幅で形成され、差動線路の上層または下層の一方に配置され、誘導電流を流す複数の微細誘導電流線と、差動線路の上層または下層の他方に配置され、基準電位となる基準電位層とを有し、基準電位層を差動線路の特性インピーダンスを所定の値に設定するように分割し、複数の微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を接続するものである。
【００２４】
（４）差動線路より細い幅で形成され、差動線路の上層および下層に配置され、誘導電流を流す複数の第１微細誘導電流線と、差動線路より細い幅で形成され、差動線路と同一層の左側および右側に配置され、誘導電流を流す複数の第２微細誘導電流線とを有し、複数の第１微細誘導電流線と複数の第２微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を組み合わせて接続するものである。
【００２５】
（５）差動線路より細い幅で形成され、差動線路の第１線路と第２線路との間の内側または外側に配置され、誘導電流を流す複数の微細誘導電流線を有し、複数の微細誘導電流線のうち、差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の微細誘電電流線の両端を接続し、シールド性能を持たせるように両端を接続した微細誘電電流線以外の微細誘電電流線を基準電位に接地するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
まず、図１により、本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置の構成の一例を説明する。図１は磁気ディスク装置の構成図を示す。
【００２８】
本実施の形態の磁気ディスク装置２０は、例えばハードディスク２２に対してデータをリード／ライトする磁気ヘッド２３と、リード／ライトデータを増幅するプリアンプ２４と、リード／ライトデータを選択するリードライトチャネル２５と、ハードディスク２２に対してリード／ライトするデータを制御するハードディスクコントローラ２６と、ボイスコイルモータ２７を駆動するボイスコイルドライバ２８と、スピンドルモータ２９を駆動するスピンドルドライバ３０と、ボイスコイルドライバ２８およびスピンドルドライバ３０を制御する制御回路３１などから構成されている。
【００２９】
この磁気ディスク装置２０では、プリアンプ２４から磁気ヘッド２３のヘッド素子に至るまでの伝送線路が、それぞれ、リード側に２本の線路が一対となる差動線路２１、ライト側に２本の線路が一対となる差動線路２１で形成されている。本発明は、リード側、ライト側の差動線路２１に適用され、所望の特性インピーダンスを得ることを特徴とするものである。以下において、伝送線路の構造例を説明する。
【００３０】
次に、図２〜図７により、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの伝送線路の構造例について説明する。図２〜図７はそれぞれ伝送線路の断面図を示す。なお、図２〜図７においては、ライト側の差動線路を例に説明するが、リード側の差動線路についても同様である。
【００３１】
図２の構造例は、差動線路２１より細い誘導電流を流す微細誘導電流線１０を差動線路２１の下に多数配置し、その微細誘導電流線１０の両端での接続方法を任意に接続するようにした伝送線路である。なお、これらの差動線路２１、微細誘導電流線１０は誘電体１２により覆われている。この伝送線路は、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に変化させることができる。
【００３２】
図３の構造例は、微細誘導電流線１０を差動線路２１と同一層に多数配置し、その微細誘導電流線１０の両端での接続方法を任意に接続するようにした伝送線路である。この伝送線路では、製造のしやすさを考慮しつつ、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に変化させることができる。
【００３３】
図４の構造例は、微細誘導電流線１０を差動線路２１の上下面のどちらか片側に多数配置し、その逆の面には、まずグランド（基準電位）となるグランド層１３を配置し、その面にエッチングを用いて分離溝１４を形成することにより大まかな特性インピーダンスを設定し、その後、微細誘導電流線１０を任意に接続するようにした伝送線路である。この伝送線路では、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に、かつ細かく変化させることができる。
【００３４】
図５の構造例は、差動線路２１を微細誘導電流線１０で取り囲むように多数配置し、差動線路２１の上下に配置された相互インダクタンスの大きい微細誘導電流線１０とその差動線路２１の左右、斜めに配置された相互インダクタンスの小さな微細誘導電流線１０を任意に組み合わせて接続するようにした伝送線路である。この伝送線路では、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に、かつ細かく変化させることができる。
【００３５】
図６の構造例は、差動線路２１をその差動線路２１の導体厚み方向に上下になるように配置し、さらにその差動線路２１の上下に微細誘導電流線１０を多数配置し、任意の微細誘導電流線１０を接続し、また接続しない微細誘導電流線１０を回路の基準電位に接地するようにした伝送線路である。この伝送線路では、差動線路２１の特性インピーダンスを動的に変化させることができ、かつシールド性能を持たせることができる。
【００３６】
図７の構造例は、差動線路２１をその差動線路２１で誘電体１２を挟み込むように、かつ向かい合うように配置し、その挟んだ誘電体１２の間に微細誘導電流線１０を２層にわたって多数配置するようにした伝送線路である。この伝送線路では、差動線路２１からの外部磁束の漏れが非常に少なく、ノイズ誘導能力が極めて低く、さらに動的に特性インピーダンスを調整することができる。
【００３７】
次に、図８〜図１０により、前述した図２の伝送線路を例に、本発明の物理的な構造を詳細に説明する。それぞれ、図８（ａ），（ｂ）は丸線導体の差動線路によるインダクタンスの説明図、図９は微細誘導電流線を両端で接続しないときのインダクタンスの説明図、図１０は接続したときのインダクタンスの説明図を示す。
【００３８】
伝送線路において、微細誘導電流線１０は、上述したように特性インピーダンスを十分に細かく設定するためと、接続された微細誘導電流線１０の表面を最大限に活用し、表皮効果による損失を防ぐために十分に微細である必要がある。例えば、微細誘導電流線１０の断面積を２５０μｍ２以下とする。
【００３９】
ここでは、本発明の原理についての説明を明瞭化、単純化するために、図８に示すように、まず２本の丸線導体の差動線路について、特性インピーダンスや相互インダクタンスについて考えてみる。２本の差動で動作する丸線導体の実効インダクタンスＬｅｆｆは式（１）で与えられる。ここで、Ｌ１，Ｌ２は自己インダクタンスで、Ｍは相互インダクタンスである。
【００４０】
【数１】
丸線導体の自己インダクタンスＬｓｅｌｆは、ｌを導体の長さ、ａを丸線導体の断面の半径とし、ｌ＞＞ａが成り立つとすれば、式（２）で与えられる。
【００４２】
【数２】
また、相互インダクタンスＭは、式（３）で与えられる。ここで、ｌは導体の長さで、またｄは差動線間の距離である。
【００４４】
【数３】
加えて、特性インピーダンスＺについては、その導体の損失が無視できるとする時、式（４）が成り立つ。ここで、Ｌｅｆｆ，Ｃｅｆｆは単位長さ当たりの実効的な値である。
【００４６】
【数４】
以上のことから、導体の自己インダクタンスは、その物理形状から決まってしまうが、その導体間の距離を変化させることにより相互インダクタンスを変化させ、その結果、実効的なインダクタンスを変化させて、最終的に特性インピーダンスを変化させることができることがわかる。本発明のモデルでは、微細誘導電流線１０が多数あるので、上述した丸線導体ほど単純ではない。しかし、相互インダクタンスの調整により特性インピーダンスが変化する原理は同様である。
【００４８】
これらのことを踏まえて、本発明の構造について考えてみると、微細誘導電流線１０をその伝送線路の両端で全く接続しないときは、図９に示すように差動線路２１自体の相互インダクタンスのみで結合する。すなわち、差動線路２１にそれぞれ逆方向の電流（Ｉ，−Ｉ）を流した場合の相互インダクタンスＭによる結合は弱くなる。
【００４９】
次に、差動線路２１の下の微細誘導電流線１０を両端で接続した図１０の場合を考えてみると、このときは差動線路２１自体の相互インダクタンスＭに加え、その差動線路２１が微細誘導電流線１０に誘導する電流（Ｉ）により、さらに強く結合する。そのため、微細誘導電流線１０を全く接続しない場合に比べ、相互インダクタンスＭが大きくなり、そのために実効的なインダクタンスが小さくなり、その結果、特性インピーダンスが低くなる。
【００５０】
また、微細誘導電流線１０の接続の組み合わせによりその微細誘導電流線１０と差動線路２１との距離は変化するので、その組み合わせによって相互インダクタンスＭが変化する。このことから、微細誘導電流線１０の組み合わせにより特性インピーダンスを調整することができることがわかる。ここで、微細誘導電流線１０の選び方であるが、信号線が差動線路２１なので、その対称性を崩さないように対称に選ぶ必要がある。
【００５１】
以上のように、本実施の形態の磁気ディスク装置２０においては、プリアンプ２４から磁気ヘッド２３のヘッド素子に至るまでの差動で動作する差動線路２１の特性インピーダンスを、その差動線路２１の周囲に微細誘導電流線１０を多数配置することによって所望の特性インピーダンスを得ることを特徴とした伝送線路である。
【００５２】
そのため、本実施の形態による効果を期待するには、その微細誘導電流線１０の両端での接続方法が重要となる。その具体的な接続方法を、以下において説明する。
【００５３】
次に、図１１〜図１３により、微細誘導電流線の接続方法の一例を説明する。それぞれ、図１１は圧着による接続方法の説明図、図１２はねじ止めによる接続方法の説明図、図１３は半田付けによる接続方法の説明図を示す。
【００５４】
図１１に示した実装方法は、微細誘導電流線１０を両端で圧着する手法である。微細誘導電流線１０の両端（一端のみを図示しているが他端も同様）にランドパターン９２を形成し、そのランドパターン９２をプラスチック等のある程度の強度があり、また加工が容易な絶縁物体９４で挟み込むことによって、絶縁物体９４に製作した接続パターン９３で接続を確保する。例えば、図１１において左端のランドパターン９２同士を接続パターン９３で接続したり、またはその右側、さらにその右側、右端のランドパターン９２同士を接続することができる。
【００５５】
なお、図１１には片側にしか微細誘導電流線１０を接続する接続パターン９３が無いが、前述した図５〜図７に示されるように微細誘導電流線１０を上下に配置した場合には、接続パターン９３をその絶縁物体９４の上下に製作することは言うまでもない。
【００５６】
また、ランドパターン９２への接続は一通りではなく、微細誘導電流線１０を接続する接続パターン９３を２つに限らず、一度に３つ以上などの複数の微細誘導電流線１０を接続できるような形状にすることにより、細かな特性インピーダンスの調整を実現できる。
【００５７】
図１２に示した実装方法は、微細誘導電流線１０をねじ止め式で微細誘導電流線１０のランドパターン１０２にコンタクトして接続する手法である。微細誘導電流線１０の両サイドにねじ穴１０３をあけ、コンタクトを支持する絶縁物体１０５を固定できるようにし、コンタクト部分はランドパターン１０２を接続するために必要十分な硬さを持った金属部分１０６を形成し、そのランドパターン１０２と金属部分１０６とのコンタクトの力の強さをねじ１０４と微細誘導電流線１０を形成しているパターンとの間にバネ１０７を挿入することにより調整する。なお、このバネ性はコンタクトする金属部分１０６に持たせても良い。
【００５８】
例えば、図１２において上側から１番目と６番目のランドパターン１０２同士を金属部分１０６で接続したり、または２番目と５番目、３番目と４番目のランドパターン１０２同士を接続することができる。あるいは、１番目のランドパターン１０２については、２番目〜５番目の任意のランドパターン１０２と接続することも可能であり、また２番目〜６番目のランドパターン１０２についても同様である。さらには、３つ以上のランドパターン１０２同士を接続することもできる。
【００５９】
図１３に示した実装方法は、微細誘導電流線１０のその両端にランドパターン１１２を用意し、そこに半田付けを行うことによって接続する。半田付けには、半田ごて１１３を用いてワイヤ１１４により接続する。もしくは、ワイヤーボンディングにより接続することも可能である。この接続方法においても、前記図１１などと同様に種々の変形が可能である。
【００６０】
なお、図１３にはランドパターン１１２が図１１と同じように配置されているが、図１２のように配置しても良い。また、本構造の場合は半田を接続に用いるため、あらかじめ必要な微細誘導電流線１０を接続しておいて、後からその接続を外していき、所望の特性インピーダンスを得ることも可能である。
【００６１】
以上のようにして、磁気ディスク装置２０におけるプリアンプ２４から磁気ヘッド２３のヘッド素子に至るまでの差動線路２１の特性インピーダンスを微細誘導電流線１０の適切な接続によって所望の値に設定できる。また、一つの伝送線路の構造で特性インピーダンスを細かく、かつダイナミックに変化させることができるので、データを細かく、効率良く採取することが可能になる。
【００６２】
次に、図１４〜図２０により、本実施の形態の伝送線路における効果を検証するためのシミュレーションについて説明する。それぞれ、図１４（ａ），（ｂ）は効果検証のために用いた伝送線路の断面図、図１５はＴＤＲ測定の回路の構成図、図１６はＴＤＲ測定の検証結果の特性図、図１７は記録電流波形を測定する回路の構成図、図１８は記録電流波形測定の検証結果の特性図、図１９は記録電流波形の各種パラメータの説明図、図２０は検証結果に基づいた各種パラメータ一覧の説明図を示す。
【００６３】
この検証においては、電磁界解析シミュレータ、回路シミュレータを用いてシミュレーションを行い、この効果を検証した。ここで、シミュレータを利用したのは実測における外乱の要因を排除し、本実施の形態の効果を純粋に説明するためにあえて用いた。
【００６４】
図１４に示すように、効果検証のために用いた伝送線路１８３には、前述した図２に示した物理的な構造の伝送線路を例に用いた。ここでは、差動線路２１をそれぞれＳ１とＳ２とし、また微細誘導電流線１０としてＳＵＳ１〜ＳＵＳ１１からなる１１個の場合で行った。図１４（ｂ）に示すように、差動線路２１は幅が１００μｍで厚さが１０μｍ、微細誘導電流線１０は幅が２５μｍで厚さが１０μｍで間隔が２５μｍの場合で、また差動線路２１の上方、差動線路２１と微細誘導電流線１０との間、微細誘導電流線１０の下方の厚さはそれぞれ１０μｍとした。
【００６５】
図１５に示すように、ＴＤＲ法を用いて伝送線路の特性インピーダンスを求める際の回路ブロックは、入力が振幅５００ｍＶ／立ち上がり５０ｐｓで、内部抵抗５０Ωを持つパルス１８１に特性インピーダンス５０Ω／線路長４０ｍｍの測定用ケーブル１８２を接続し、さらに本実施の形態の構造の伝送線路１８３を５０ｍｍ接続して構成した。この検証結果を、図１６に示す。
【００６６】
図１６においては、ＳＵＳ＿ｎｏ＿ｃｏｎｎｅｃｔ：微細誘導電流線１０を全く接続しない、ＳＵＳ５−ＳＵＳ７：微細誘導電流線１０のＳＵＳ５とＳＵＳ７を両端で接続する、ＳＵＳ４−ＳＵＳ８：微細誘導電流線１０のＳＵＳ４とＳＵＳ８を両端で接続する、ＳＵＳ３−ＳＵＳ９：微細誘導電流線１０のＳＵＳ３とＳＵＳ９を両端で接続する、ＳＵＳ２−ＳＵＳ１０：微細誘導電流線１０のＳＵＳ２とＳＵＳ１０を両端で接続する、ＳＵＳ１−ＳＵＳ１１：微細誘導電流線１０のＳＵＳ１とＳＵＳ１１を両端で接続する、ＳＵＳ＿ａｌｌ＿ｃｏｎｎｅｃｔ：微細誘導電流線１０のＳＵＳ１〜ＳＵＳ１１を全て接続する、場合の接続方法を例に示している。
【００６７】
図１６に示すように、時間Ｔｉｍｅ［ｎｓ］に対する測定端子間電圧［ｍＶ］の変化は、どの接続方法においても約０．２ｎｓ程度で約２５０ｍＶ程度まで急激に上昇し、約０．５ｎｓ程度まではこの約２５０ｍＶ程度の値を保持し、その後、約０．５ｎｓ程度〜約１．７ｎｓ程度の範囲でそれぞれの接続方法にばらつきが生じる。そして、約１．７ｎｓ程度以降は、どの接続方法も約５００ｍＶ程度の値に集約された結果となった。
【００６８】
図１７に示すように、実際に、プリアンプＩＣ１９１とヘッド素子１９２の間を伝送線路１８３で接続した回路ブロックでは、前述と同様に本実施の形態の構造の伝送線路１８３の線路長は５０ｍｍとした。この検証結果を、図１８に示す。
【００６９】
図１８に示すように、時間Ｔｉｍｅ［ｎｓ］に対する記録電流Ｉｗ［ｍＡ］の変化は、どの接続方法においても約６１．４ｎｓ程度までは約−４０ｍＡ程度の値を保持し、その後、それぞれの接続方法でばらつきが生じて約６２．３ｎｓ程度までに約９０ｍＡ程度〜約１１０ｍＡ程度まで急激に上昇する。その後、約６３．２ｎｓ程度で約４０ｍＡ程度〜約１０ｍＡ程度まで下降し、そして約６４ｎｓ程度から約４０ｍＡ程度の値に集約される。
【００７０】
その後は逆に、約７１．５ｎｓ程度まではこの約４０ｍＡ程度の値を保持し、その後、それぞれの接続方法でばらつきが生じて約７２．５ｎｓ程度までに約−９０ｍＡ程度〜約−１１０ｍＡ程度まで急激に下降する。その後、約７３．２ｎｓ程度で約−１０ｍＡ程度〜約−３０ｍＡ程度まで上昇し、そして約７４ｎｓ程度から約−４０ｍＡ程度の値に集約される。
【００７１】
図１８の検証結果に基づいて、各種パラメータは図１９の記録電流波形例により求められる。すなわち、Ｉｗｐｐ：記録電流波形のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ［ｍＡ］、ｔｒ：記録電流波形の立ち上がり（１０％〜９０％）［ｎｓ］、ｔｐ：記録電流波形の反転前の直流部分からピークまで［ｎｓ］、ＯＳ：オーバーシュート（図１９においてＡ／Ｂ×１００％により算出）［％］、が求められる。
【００７２】
以上のような検証結果に基づいて、各種パラメータを表にすると図２０のようになる。例えば、ＳＵＳ＿ｎｏ＿ｃｏｎｎｅｃｔの接続方法においては、Ｚが１３８Ω、Ｉｗｐｐが１７７．９ｍＡｐｐ、ｔｒが０．２３６ｎｓ、ｔｐが０．８４０ｎｓ、ＯＳが５８．８％となる。同様に、ＳＵＳ５＋ＳＵＳ７の接続方法では、Ｚが７４Ω、Ｉｗｐｐが２０７．０ｍＡｐｐ、ｔｒが０．２１９ｎｓ、ｔｐが０．７７５ｎｓ、ＯＳが７８．０％となり、・・・、ＳＵＳ＿ａｌｌ＿ｃｏｎｎｅｃｔの接続方法では、Ｚが３４Ω、Ｉｗｐｐが２２９．４ｍＡｐｐ、ｔｒが０．２６５ｎｓ、ｔｐが０．９１１ｎｓ、ＯＳが９１．９％となる。
【００７３】
なお、各接続方法における特性インピーダンスＺ［Ω］については、Ｚ＝（（１＋ρ）／（１−ρ））×測定系のインピーダンス、から求めることができる。この場合に、反射率ρ＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ１となる。例えば、ＳＵＳ＿ｎｏ＿ｃｏｎｎｅｃｔの接続方法の場合には、前述した図１６の測定端子間電圧よりＶ１＝２５０ｍＶ、Ｖ２＝３６７ｍＶが求まり、ρ＝（３６７ｍＶ−２５０ｍＶ）／２５０ｍＶ＝０．４６８となり、この測定系のインピーダンスは５０Ωなので、Ｚ＝（（１＋０．４６８）／（１−０．４６８））×５０Ω＝１３８Ωとなる。
【００７４】
以上の結果より、伝送線路の特性インピーダンスを本実施の形態の構造により広く、細かく設定することができることが確認でき、またその伝送線路を接続した場合の各種パラメータを比較、検討することにより、所望の特性を得ることが確認できた。
【００７５】
なお、以上においては、前述した図２に示した物理的な構造の伝送線路を例に効果を検証したが、前述した図３〜図７に示した物理的な構造の伝送線路についても、図２と同様の検証結果が得られることはいうまでもない。
【００７６】
【発明の効果】
本発明を用いることによって、磁気ディスク装置におけるプリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路の特性インピーダンスを微細誘導電流線の適切な接続によって所望の値に設定できる。また、一つの伝送線路の構造で特性インピーダンスを細かく、かつダイナミックに変化させることができるので、データを細かく、効率良く採取することが可能になる。これは、製品を製造する上で設計のスピードを加速させ、かつ製品に対するフィードバックを強くかけられるという利点を生む。さらに、後から特性インピーダンスを調整できるため、個々の製造にバラツキが出ても、そのバラツキを吸収するように調整できる。これにより、製品の歩留まり、信頼性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの伝送線路を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、プリアンプから磁気ヘッドのヘッド素子に至るまでの別の伝送線路を示す断面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、丸線導体の差動線路によるインダクタンスを示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、微細誘導電流線を両端で接続しないときのインダクタンスを示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、微細誘導電流線を両端で接続したときのインダクタンスを示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、圧着による接続方法を示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、ねじ止めによる接続方法を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、半田付けによる接続方法を示す説明図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、効果検証のために用いた伝送線路を示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、ＴＤＲ測定の回路を示す構成図である。
【図１６】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、ＴＤＲ測定の検証結果を示す特性図である。
【図１７】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、記録電流波形を測定する回路を示す構成図である。
【図１８】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、記録電流波形測定の検証結果を示す特性図である。
【図１９】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、記録電流波形の各種パラメータを示す説明図である。
【図２０】本発明の一実施の形態の磁気ディスク装置において、検証結果に基づいた各種パラメータ一覧を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…微細誘導電流線、１２…誘電体、１３…グランド層、１４…分離溝、２０…磁気ディスク装置、２１…差動線路、２２…ハードディスク、２３…磁気ヘッド、２４…プリアンプ、２５…リードライトチャネル、２６…ハードディスクコントローラ、２７…ボイスコイルモータ、２８…ボイスコイルドライバ、２９…スピンドルモータ、３０…スピンドルドライバ、３１…制御回路、９２…ランドパターン、９３…接続パターン、９４…絶縁物体、１０２…ランドパターン、１０３…ねじ穴、１０４…ねじ、１０５…絶縁物体、１０６…金属部分、１０７…バネ、１１２…ランドパターン、１１３…半田ごて、１１４…ワイヤ、１８１…パルス、１８２…測定用ケーブル、１８３…伝送線路、１９１…プリアンプＩＣ、１９２…ヘッド素子。
Claims (5)
- プリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路を有する磁気ディスク装置であって、
前記差動線路より細い幅で形成され、前記差動線路の下層に配置され、誘導電流を流す複数の誘導電流線を有し、
前記複数の誘導電流線のうち、前記差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の誘電電流線の両端を接続することを特徴とする磁気ディスク装置。 - プリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路を有する磁気ディスク装置であって、
前記差動線路より細い幅で形成され、前記差動線路と同一層に配置され、誘導電流を流す複数の誘導電流線を有し、
前記複数の誘導電流線のうち、前記差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の誘電電流線の両端を接続することを特徴とする磁気ディスク装置。 - プリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路を有する磁気ディスク装置であって、
前記差動線路より細い幅で形成され、前記差動線路の上層または下層の一方に配置され、誘導電流を流す複数の誘導電流線と、
前記差動線路の上層または下層の他方に配置され、基準電位となる基準電位層とを有し、
前記基準電位層を前記差動線路の特性インピーダンスを所定の値に設定するように分割し、前記複数の誘導電流線のうち、前記差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の誘電電流線の両端を接続することを特徴とする磁気ディスク装置。 - プリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路を有する磁気ディスク装置であって、
前記差動線路より細い幅で形成され、前記差動線路の上層および下層に配置され、誘導電流を流す複数の第１誘導電流線と、
前記差動線路より細い幅で形成され、前記差動線路と同一層の左側および右側に配置され、誘導電流を流す複数の第２誘導電流線とを有し、
前記複数の第１誘導電流線と前記複数の第２誘導電流線のうち、前記差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の誘電電流線の両端を組み合わせて接続することを特徴とする磁気ディスク装置。 - プリアンプからヘッド素子に至るまでの差動線路を有し、前記差動線路は、第１層に形成される第１線路と、前記第１層の上層または下層の第２層に形成される第２線路とからなる磁気ディスク装置であって、
前記差動線路より細い幅で形成され、前記差動線路の前記第１線路と前記第２線路との間の内側または外側に配置され、誘導電流を流す複数の誘導電流線を有し、
前記複数の誘導電流線のうち、前記差動線路の特性インピーダンスを動的に変化させるように所定の誘電電流線の両端を接続し、シールド性能を持たせるように前記両端を接続した誘電電流線以外の誘電電流線を基準電位に接地することを特徴とする磁気ディスク装置。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010062325A (ja) * | 2008-09-03 | 2010-03-18 | Nitto Denko Corp | 配線回路基板およびその製造方法 |
-
2002
- 2002-12-09 JP JP2002356942A patent/JP2004192681A/ja active Pending
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| US8367937B2 (en) | 2008-09-03 | 2013-02-05 | Nitto Denko Corporation | Printed circuit board with a signal line pair and method of manufacturing the same |
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