JP2010086595A - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】筐体内の清浄度を高く維持でき、使用環境によらずヘッド浮上量を安定化できる磁気ディスク装置を得る。
【解決手段】磁気ヘッドアッセンブリと磁気ディスクを筐体内に組み込んだ磁気ディスク装置において、筐体内の気圧、温度及び湿度の少なくとも一つを検出するセンサと、センサ出力に基づいて磁気ヘッド内の発熱体への供給電流を増減し、ヘッド浮上量を一定に制御する浮上量制御回路とを備える。そして、センサは、筐体内に設け、高温焼成セラミックからなるパッケージにより収容した状態で、磁気ヘッドアッセンブリのフレキシブル配線基板の回路搭載面に実装する。
【選択図】図１
【解決手段】磁気ヘッドアッセンブリと磁気ディスクを筐体内に組み込んだ磁気ディスク装置において、筐体内の気圧、温度及び湿度の少なくとも一つを検出するセンサと、センサ出力に基づいて磁気ヘッド内の発熱体への供給電流を増減し、ヘッド浮上量を一定に制御する浮上量制御回路とを備える。そして、センサは、筐体内に設け、高温焼成セラミックからなるパッケージにより収容した状態で、磁気ヘッドアッセンブリのフレキシブル配線基板の回路搭載面に実装する。
【選択図】図１
Description
本発明は、熱膨張によりヘッド素子部を磁気ディスク側へ突出させる発熱体を備えた浮上型の磁気ヘッドを有し、発熱体への供給電流を増減させてヘッド浮上量を制御する磁気ディスク装置に関する。
浮上型の磁気ヘッドアッセンブリを有する磁気ディスク装置は、筐体内に磁気ディスクと磁気ヘッドアッセンブリが組み込まれており、近年の高記録密度化に伴ってヘッド浮上量が一層低下している。しかし、ヘッド浮上量は、気圧変化に伴って変動し、ヘッド浮上量が低くなりすぎると磁気ヘッドと磁気ディスクが接触するおそれがあり、逆に、ヘッド浮上量が高くなりすぎるとヘッド性能が低下して書込／再生エラーになるおそれがある。これを回避するため、近年では、気圧変化に応じて、ヘッド浮上量を調整する方法が提案されている。例えば特許文献１、２には、大気圧を検出する気圧センサを備え、大気圧の変化に応じて磁気ヘッドのヘッド荷重を変化させることでヘッド浮上量を安定化させることが記載されている。
特開昭６３−２７３２８７号公報
特開平０９−０６３２２０号公報
上記気圧センサを備えるタイプでは、該気圧センサを筐体内に収納してヘッド浮上量制御の精度を高めたいという要望があるが、清浄度の問題があって現状では実現されていない。特許文献１には気圧センサの具体的な配設位置が言及されておらず、特許文献２では、気圧センサはヘッドディスクアッセンブリの外壁に取り付けられている。
本発明は、筐体内の清浄度を高く維持でき、使用環境によらずヘッド浮上量を安定化できる磁気ディスク装置を得ることを目的とする。
すなわち、本発明は、熱膨張によりヘッド素子部を磁気ディスク側へ突出させる発熱体を備えた磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを支持する支持板と、この支持板に沿って設けられ、前記磁気ヘッドと回路系とを電気的に接続するフレキシブル配線基板とを一体に備えた磁気ヘッドアッセンブリを有し、この磁気ヘッドアッセンブリと磁気ディスクを筐体内に組み込んだ磁気ディスク装置において、前記筐体内の気圧、温度及び湿度の少なくとも一つを検出するセンサと、センサ出力に基づいて前記発熱体への供給電流を増減し、前記磁気ヘッドの浮上量を一定に制御する浮上量制御回路とが設けられており、前記センサは、高温焼成セラミックからなるパッケージに収容された状態で、前記筐体内の、前記フレキシブル配線基板の回路搭載面に実装されていることを特徴としている。センサは、気圧センサ、温度センサ及び湿度センサを同一のパッケージに収容して構成することができ、さらに、前記磁気ヘッドの書込再生動作を制御するプリアンプと同一の回路搭載面に実装されていることが実際的である。上記センサが単一の気圧センサである場合、この気圧センサは、ウエハレベルチップサイズパッケージで構成することができる。
本発明によれば、気圧、温度及び湿度の少なくとも一つを検出するセンサを、高温焼成セラミックからなるパッケージに収容してあるいはウエハレベルチップサイズパッケージで構成して筐体内に備えたので、筐体内の清浄度を高く維持でき、使用環境によらずヘッド浮上量を安定化できる磁気ディスク装置が得られる。
図１は、本発明による磁気ディスク装置１００の全体構造を示している。磁気ディスク装置１００は、筐体１０内に、回転軸１１ａを中心に回転駆動される磁気ディスク１１と、基端部に設けた回転軸１２ｂを中心に往復揺動自在に支持された磁気ヘッドアッセンブリ（ＨＧＡ）１２と、制御回路系１３とを組み込んで構成されている。アクチュエータ１２ａによって磁気ヘッドアッセンブリ１２が回転軸１２ｂを中心に往復揺動すると、磁気ヘッドアッセンブリ１２の自由端部が磁気ディスク１１の半径方向に往復移動する。
図２及び図３は、磁気ヘッドアッセンブリ１２の構造を示す上面図及び側面図である。磁気ヘッドアッセンブリ１２は、回転駆動中の磁気ディスク表面に生じる空気流により浮上し、浮上姿勢で磁気ディスク１１に対して磁気情報を記録再生する浮上型の磁気ヘッドアッセンブリであって、その自由端部に磁気ヘッド２０が設けられている。この磁気ヘッドアッセンブリ１２は、上記磁気ヘッド２０を支持するサスペンション２１が可撓性を有する金属薄板からなり、このサスペンション２１の表面にフレキシブル配線基板２２が接着剤による貼り付け等によって固定されている。
磁気ヘッド２０は、詳細には図示されていないが、例えば巨大磁気抵抗効果を利用して磁気情報を記録再生するヘッド素子部を、熱膨張により磁気ディスク１１側へ突出させる発熱体を備えている。このような発熱体は、例えばＮｉＦｅ、ＣｕＮｉ、ＣｕＭｎなどの抵抗材料からなり、ヘッド素子部の上層位置または下層位置、あるいはヘッド素子部より素子ハイト方向奥側位置に設けられるものが知られている。
サスペンション２１は、ロードビーム２３の先端部に、該ロードビーム２３に対して磁気ヘッド２０を弾性的に浮遊支持した状態で装着されている。磁気ヘッドアッセンブリ１２の回転軸１２ｂはロードビーム２３に設けられている。本実施形態の磁気ディスク１１は２枚備えられ、各磁気ディスク１１の表裏面に磁気情報を同時に記録再生できるように、一対の磁気ヘッド２０を対向させた状態でサスペンション２１をロードビーム２３に装着している。すなわち、積層した３枚のロードビーム２３に対し、磁気ヘッド２０を対向させた一対のサスペンション２１を二組装着している。磁気ディスク１１、磁気ヘッド２０、サスペンション２１及びロードビーム２３の数は、任意である。
フレキシブル配線基板２２は、サスペンション２１の先端部に配置された磁気ヘッド２１に導通する分枝状の端子部を有し、この端子部から各サスペンション２１の上面に沿って延びてサスペンション２１の後端縁部からさらに引き出され、該サスペンション２１の上面から側面に沿わせて曲折させた回路搭載面２２ａを介して一つにまとめられている。回路搭載面２２ａには、磁気ヘッド２０の記録再生動作を制御するプリアンプ３０が実装されている。このプリアンプ３０は、磁気ヘッド２０の浮上量（ヘッド浮上量）を制御する浮上量制御回路の一部を構成する。
制御回路系１３は、磁気ディスク１１の駆動制御やアクチュエータ１２ａの駆動制御など磁気ディスク装置１００の全体動作を制御する回路系であって、フレキシブル配線基板２２（回路搭載面２２ａ）を介して磁気ヘッドアッセンブリ１２と電気的に接続されている。
上記構成の磁気ディスク装置１００において、筐体１０内にはさらに、ＨＴＣＣ（高温焼成セラミックス）からなるＨＴＣＣパッケージ４０に収容されたセンサ４１が設けられている。より具体的には、ＨＴＣＣパッケージ４０は、フレキシブル配線基板２２の回路搭載面２２ａに上記プリアンプ３０とともに実装され、磁気ヘッドアッセンブリ１２の側面に配設されている。
ＨＴＣＣパッケージ４０は、アルミナを主成分とするセラミック材料を１６００℃程度の高温で焼成してなり、筐体１０内に設けてもコンタミを発生させない。パッケージ製造過程で付着した塵やゴミは高温焼成時に昇華するので、完成品は高い清浄度が得られる。
図４はセンサ４１の構造を示し、図５はヘッド浮上量制御系を示している。センサ４１は、筐体１０の内部気圧を検出する気圧センサ４２と、筐体１０の内部温度及び内部湿度を検出する温度湿度センサ４３と、制御ＩＣ４４とを同一基板上に有している。
記録再生動作時、回転駆動している磁気ディスク１１によって生じる空気流が磁気ヘッド２０に与える浮上方向の力は、磁気ディスク装置１００が使用される環境の気圧変化、温度変化及び湿度変化に応じて変動する。すなわち、気圧が高くなるとヘッド浮上量は増大し、逆に気圧が低くなるとヘッド浮上量は減少する。また傾向として、温度が高くなるとヘッド浮上量は増大して、温度が低くなるとヘッド浮上量は減少し、湿度が高くなるとヘッド浮上量が減少して、湿度が低くなるとヘッド浮上量が増大する。
制御ＩＣ４４は、気圧センサ４２の出力から筐体内部の気圧変化を検知し、温度湿度センサ４３の出力から筐体内部の温度変化及び湿度変化を検知し、それぞれのセンサ出力に応じた出力信号をプリアンプ３０に与える。プリアンプ３０は、制御ＩＣ４４の出力信号に基づいて磁気ヘッド２０内の発熱体への供給電流を増減する。具体的には、気圧が高くなった場合、温度が高くなった場合及び湿度が低くなった場合は、発熱体２０ａへの供給電流を増大する。すると、熱膨張により磁気ヘッド２０（ヘッド素子部）がより磁気ディスク１１側へ突出して、ヘッド浮上量を小さくする方向に作用する。逆に、気圧が低くなった場合、温度が低くなった場合及び湿度が高くなった場合は、発熱体２０ａへの供給電流を減少する。すると、熱膨張による磁気ヘッド２０（ヘッド素子部）の磁気ディスク１１側への突出量が減少して、ヘッド浮上量を大きくする方向に作用する。これにより、筐体１０内の気圧、温度及び湿度が変化しても、ヘッド浮上量はほぼ一定に維持される。本実施形態では、制御ＩＣ４４とプリアンプ３０により、ヘッド浮上量制御回路が構成されている。
次に、上記ＨＴＣＣパッケージ４０と低温焼成セラミックからなるＬＴＣＣパッケージについて清浄度の評価検査を実施し、その結果について説明する。検査対象として用いたＨＴＣＣパッケージ４０（実施例）とＬＴＣＣパッケージ（比較例）は同一の表面積（２５ｍｍ2）を有しており、実質的にパッケージ部材のみが異なる条件下で評価する。
表１に、加熱により試料（ＨＴＣＣパッケージ４０、ＬＴＣＣパッケージ）から発生したアウトガスをガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）で測定したアウトガス分析結果を示した。表１の分析条件は、
試料数ｎ＝５
スプリット比 １０：０１：００
パージ＆トラップガス流量 ７０ｍＬ
ガスクロマトグラフ温度 ４０〜３００℃ β＝１０℃／ｍｉｎ
外部標準 Ｄｅｃａｎｅの２００ｎｇをＩＰＡ（イソプロピルアルコール）希釈し、注入量１μＬとする。
である。
試料数ｎ＝５
スプリット比 １０：０１：００
パージ＆トラップガス流量 ７０ｍＬ
ガスクロマトグラフ温度 ４０〜３００℃ β＝１０℃／ｍｉｎ
外部標準 Ｄｅｃａｎｅの２００ｎｇをＩＰＡ（イソプロピルアルコール）希釈し、注入量１μＬとする。
である。
［表１］
表１から明らかなように、ＨＴＣＣパッケージ４０及びＬＴＣＣパッケージの両方から、アウトガス成分（汚染物質）は検出されていない。
表２に、試料（ＨＴＣＣパッケージ４０、ＬＴＣＣパッケージ）を純水で抽出し、その抽出液の各種イオンを測定したアウトイオン分析結果を示した。表２の分析条件は、
ｎ＝２５ｐｃｓ
抽出方法；ＤＩＰ（純水浸漬）
抽出温度；８０℃
抽出時間；６０分
である。
ｎ＝２５ｐｃｓ
抽出方法；ＤＩＰ（純水浸漬）
抽出温度；８０℃
抽出時間；６０分
である。
［表２］
表２から明らかなように、ＬＴＣＣパッケージではイオンコンタミネーションが多いが、ＨＴＣＣパッケージ４０ではイオンコンタミネーションが少ない。ＬＴＣＣパッケージでイオンコンタミネーションが多かったのは、ＬＴＣＣパッケージではつなぎにガラスを使用しており、このガラスに含まれるイオン不純物の影響によるものと考えられる。
表３に、試料（ＨＴＣＣパッケージ４０、ＬＴＣＣパッケージ）を有機溶媒で抽出し、その抽出液中の不揮発性残渣（ＮＶＢ）の測定結果を示した。表３の分析条件は、
試料数ｎ＝２５
使用溶媒；ｎ−ヘキサン
抽出方法；ＤＩＰ（浸漬）
抽出温度；常温
抽出時間；５分
である。
試料数ｎ＝２５
使用溶媒；ｎ−ヘキサン
抽出方法；ＤＩＰ（浸漬）
抽出温度；常温
抽出時間；５分
である。
［表３］
表３から明らかなように、ＨＴＣＣパッケージ４０及びＬＴＣＣパッケージから検出される不揮発性残渣は微量である。
図６に、超音波抽出法により試料（ＨＴＣＣパッケージ４０、ＬＴＣＣパッケージ）を純水に抽出し、抽出液中の微粒子を液中微粒カウンター（ＬＰＣ）で測定した分析結果を棒グラフで示した。図６の分析条件は、
試料数ｎ＝２（各５回ずつ測定）
印加する超音波振動；６８ｋＨｚ、３３０Ｗ
抽出時間；１分
である。
試料数ｎ＝２（各５回ずつ測定）
印加する超音波振動；６８ｋＨｚ、３３０Ｗ
抽出時間；１分
である。
図６から明らかなように、ＨＴＣＣパッケージ４０は、ＬＴＣＣパッケージに比べて、抽出液中の微粒子が大幅に少なく、かつ、その粒径も小さい。
以上の検査結果（表１〜３及び図６）によれば、ＨＴＣＣパッケージ４０は、加熱されてもアウトガスが発生しづらく、かつ、イオンコンタミネーション、不揮発性残渣及びＬＰＣ量が少なく、清浄度が高いことが明らかである。
よって、このＨＴＣＣパッケージ４０を介してセンサ４１を筐体１０内に設ければ、筐体１０内の清浄度を高く維持でき、かつ、センサ４１により筐体１０内の気圧変化、温度変化及び湿度変化を正確に検知でき、これら環境変化に応じてヘッド浮上量を制御することが可能である。
以上では、気圧センサ４２、温度湿度センサ４３及び制御ＩＣ４４を同一のＨＴＣＣパッケージ４０で収容したセンサ４１を設けているが、気圧センサ、温度センサ、湿度センサ及び制御ＩＣは個別にＨＴＣＣパッケージ４０で収容して設けてもよく、また、気圧センサ、温度センサ及び湿度センサのうち１以上を設ける構成であってもよい。また本実施形態では、すべてのセンサ出力を参照して発熱体への供給電流を制御しているが、気圧センサ及び温度湿度センサの出力を選択して参照する構成としてもよい。
図７〜図９は、上述のＨＴＣＣパッケージ４０で収容したセンサ４１に替えて設けられる、別の実施態様によるセンサを示している。センサ５１は、筐体１０の内部気圧を検出する気圧センサであって、ウエハ状態のままでパッケージングされたウエハレベルチップサイズパッケージ品である。
気圧センサ５１は、図８に示されるように、第１シリコン基板５２と第２シリコン基板５３を接合して構成されている。第１シリコン基板５２の一部にはキャビティ（凹部）５７が形成され、キャビティ５７の上側に位置する第２シリコン基板５３によってダイヤフラム５８が形成されている。別の態様としては、キャビティが第２シリコン基板５３の一部に形成され、キャビティの下側に位置する第１シリコン基板５２によってダイヤフラムが形成されていてもよい。図９に示されるように、キャビティ５７及びダイヤフラム５８は、平面視にて気圧センサ５１のほぼ中央に位置し、その平面視形状は略矩形状である。ダイヤフラム５８の周囲は第２シリコン基板５３に圧力が作用しても歪みが生じない固定領域５９である。第２シリコン基板５３の表面には、ダイヤフラム５８の輪郭線各辺のほぼ中央に位置させたピエゾ素子５４と、各ピエゾ素子５４に導通接続する配線部５５及び電極パッド５６が形成されている。本実施形態では、シリコン基板を用いたが、シリコン酸化膜を介してシリコン基板を接合したＳＯＩ基板を用いることもできる。
そして第２シリコン基板５３側には、図７に示されるように、支持基板６１と導通部６２からなるインターポーザ６０が設けられている。インタポーザ６０の略中央部には、上下面を貫通する通気孔６０ａが形成されている。支持基板６１は、ガラスからなり、導通部６２は導電性を有する低抵抗のシリコンからなる。導通部６２は、支持基板６１の四隅に設けた凹部内に形成され、その一部が露出している。この導通部６２の上には外部電極パッド６３が形成され、外部電極パッド６１とピエゾ素子５４は導通部６２と接合部６４を介して電気的に接続されている。この気圧センサ５１は、外部電極パッド６１上に設けた半田などの接合ボール７０を介して、筐体１０内のフレキシブル配線基板２２の回路搭載面２２ａに実装される。導通部６２は、金属から構成してもよい。
以上のように気圧センサ５１は、ウエハ状態で再配線、端子形成を行い、その後に個片化したウエハレベルチップサイズパッケージであるので、実装時のゴミや外付のパッケージ部材に因るアウトガス、イオンコンタミネーション、不揮発性残渣及びＬＰＣ量を考慮不要となる。よって、気圧センサ５１をウエハレベルチップサイズパッケージで構成すれば、高い清浄度を確保できる。これにより、筐体１０内に搭載しても、筐体１０内の清浄度を高く維持できる。なお、本実施形態では支持基板６１を設けて搭載したが、インタポーザ６０を設けず、第２シリコン基板５３上の電極パッド５６を接合ボール７０に替えて直接接合してもよい。
１００ 磁気ディスク装置
１１ 磁気ディスク
１１ａ 回転軸
１２ 磁気ヘッドアッセンブリ
１２ａ アクチュエータ
１２ｂ 回転軸
１３ 制御回路系
２０ 磁気ヘッド
２１ サスペンション
２２ フレキシブル配線基板
２２ａ 回路搭載面
２３ ロードビーム
３０ プリアンプ
４０ ＨＴＣＣパッケージ
４１ センサ
４２ 気圧センサ
４３ 温度湿度センサ
４４ 制御ＩＣ
５１ 気圧センサ
５２ 第１シリコン基板
５３ 第２シリコン基板
５４ ピエゾ素子
５５ 配線部
５６ 電極パッド
５７ キャビティ
５８ ダイヤフラム
５９ 固定領域
６０ インタポーザ
６１ 支持基板
６２ 導通部
６３ 外部電極パッド
６４ 接合部
７０ 接合ボール
１１ 磁気ディスク
１１ａ 回転軸
１２ 磁気ヘッドアッセンブリ
１２ａ アクチュエータ
１２ｂ 回転軸
１３ 制御回路系
２０ 磁気ヘッド
２１ サスペンション
２２ フレキシブル配線基板
２２ａ 回路搭載面
２３ ロードビーム
３０ プリアンプ
４０ ＨＴＣＣパッケージ
４１ センサ
４２ 気圧センサ
４３ 温度湿度センサ
４４ 制御ＩＣ
５１ 気圧センサ
５２ 第１シリコン基板
５３ 第２シリコン基板
５４ ピエゾ素子
５５ 配線部
５６ 電極パッド
５７ キャビティ
５８ ダイヤフラム
５９ 固定領域
６０ インタポーザ
６１ 支持基板
６２ 導通部
６３ 外部電極パッド
６４ 接合部
７０ 接合ボール
Claims (4)
- 熱膨張によりヘッド素子部を磁気ディスク側へ突出させる発熱体を備えた磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを支持する支持板と、この支持板に沿って設けられ、前記磁気ヘッドと回路系とを電気的に接続するフレキシブル配線基板とを一体に備えた磁気ヘッドアッセンブリを有し、この磁気ヘッドアッセンブリと磁気ディスクを筐体内に組み込んだ磁気ディスク装置において、
前記筐体内の気圧、温度及び湿度の少なくとも一つを検出するセンサと、センサ出力に基づいて前記発熱体への供給電流を増減し、前記磁気ヘッドの浮上量を一定に制御する浮上量制御回路とが設けられており、
前記センサは、高温焼成セラミックからなるパッケージに収容された状態で、前記筐体内の、前記フレキシブル配線基板の回路搭載面に実装されていること、
を特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項１記載の磁気ディスク装置において、前記センサは、気圧センサ、温度センサ及び湿度センサをすべて前記パッケージに収容してなる磁気ディスク装置。
- 請求項１または２記載の磁気ディスク装置において、前記センサは、前記磁気ヘッドの書込再生動作を制御するプリアンプと同一の回路搭載面に実装されている磁気ディスク装置。
- 熱膨張によりヘッド素子部を磁気ディスク側へ突出させる発熱体を備えた磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを支持する支持板と、この支持板に沿って設けられ、前記磁気ヘッドと回路系とを電気的に接続するフレキシブル配線基板とを一体に備えた磁気ヘッドアッセンブリを有し、この磁気ヘッドアッセンブリと磁気ディスクを筐体内に組み込んだ磁気ディスク装置において、
前記筐体内の気圧を検出する気圧センサと、センサ出力に基づいて前記発熱体への供給電流を増減し、前記磁気ヘッドの浮上量を一定に制御する浮上量制御回路とが設けられており、
前記気圧センサは、ウエハレベルチップサイズパッケージで構成され、前記筐体内の、前記フレキシブル配線基板の回路搭載面に実装されていること、
を特徴とする磁気ディスク装置。
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