JP3931074B2

JP3931074B2 - Signal transmission line, suspension and recording apparatus including the same

Info

Publication number: JP3931074B2
Application number: JP2001344018A
Authority: JP
Inventors: 延昌西山
Original assignee: 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: JP2003152404A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
磁気ディスク装置等の記録装置のプリアンプから記録再生ヘッドへ至る記録系および再生系の伝送線路構造及び伝送線路を備えたサスペンション及び記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータの発展に伴い、磁気ディスク装置の大容量高速転送化が要求されるようになった。大容量高速転送化のためには、記録ヘッド・再生ヘッドをそれぞれ分離し、記録はインダクティブヘッド、再生は磁気抵抗効果を用いたＭＲヘッドが受け持つようになった。そのためにプリアンプからは記録ヘッド・再生ヘッドへそれぞれ専用の往復線路が隣接して設けられている。
【０００３】
情報の記録は、媒体上の磁化反転の有無に対応して情報の“１”、“０”を割り当てている。従って、情報を記録する場合、記録ヘッドからの反転磁界を記録することになる。
【０００４】
記録ヘッドで反転磁界を生成するために、記録ヘッドへ伝送する記録電流波形は、立上り／立下りでオーバーシュートを持つ矩形波を特徴として持たせている。
【０００５】
高速転送を進めるための、高周波記録では、記録電流の立上り／立下り部の時間を短くする必要がある。立上り／立下り時間を短くすると、波形のスペクトラムが高い周波数まで必要になる。
【０００６】
この観点から、線路の特性インピーダンスと記録系プリアンプ回路との間をインピーダンス整合する必要が有ることが知られている。（John D. Leighton, Sally Doherty, Carl Elliott; ”Design Considerations for High Data-Rate Pre-Amplifiers for Use in a Disk-Drive”, IEEE Trans. MAG., vol.37, No.2, pp.627-632）
インピーダンス整合をとるために、特開平９−２８２６２４号公報に開示の様に伝送線路下のステンレス部分に孔をあけることにより、線路導体とステンレス間の静電容量と相互インダクタンスを適切に調整して伝送線路の特性インピーダンスを調整する方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
伝送線路の特性インピーダンスを調整するために、線路導体下のステンレス部分に孔をあけた伝送線路を用いると、伝送信号帯域内にも係わらずある周波数以上では伝送損失が急激に増加し、帯域制限を持った伝送系になる。そのために、伝送波形が歪み、磁気記録電流の特性劣化、そして高記録密度化への障害になるという新たな課題が生じた。
【０００８】
しかしながら、上記の従来例においてはどのように孔を設ければ良いのかについては何ら記載されていないため、この課題について解決することが出来ない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題に対しいろいろ調査した結果、線路導体下のステンレス部分の開孔率を増加させることにより伝送損失低減が期待できるが、開孔ピッチが伝送損失を急激に増加させる周波数と関係していることがわかった。そこで、必要伝送信号帯域内で低損失線路を確保するために、ステンレス部分の開孔ピッチの最大値を制限した。
【００１０】
具体的には、差動信号を伝送する導体と、この導体と絶縁体を挟んで設けられた金属体とを備え、この金属体に導体と平行して２ｍｍ以下のピッチで設けた孔を設ける。
【００１１】
或いは、差動信号を伝送する少なくとも２本の導体と、これら導体と絶縁体を挟んで設けられた金属体とを備え、この金属体に導体の幅とこれら導体の間隔との和に０．１６ｍｍ以上を加算した値の幅を有する孔を備える。
【００１２】
また或いは、差動信号を伝送する導体と、この導体と絶縁体を挟んで設けられた金属体とを備え、伝送帯域の最大周波数の波長に対して５分の１以下のピッチで金属体の導体と平行する方向に孔を設ける。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を磁気ディスク装置に適用した例を、図面を用いて説明する。
【００１４】
まず、磁気ディスク装置の構成を図２及び図３を用いて説明する。磁気ディスク装置は、ヘッドディスクアセンブリ（ＨＤＡ）１０と記録再生制御回路１１で構成している。なお、ＨＤＡ１０と記録制御回路１１は同一の筐体内に納めるものも含む。ＨＤＡ１０は、磁気記録媒体１３を積層したスピンドル部１２と、磁気記録媒体１３に情報を記録し、また記録された情報を読み出す磁気ヘッド１４を搭載したキャリッジ部１５で構成している。
【００１５】
キャリッジ部１５は、サスペンション１９の先端に取付けた磁気ヘッド１４を磁気記録媒体上でシークおよび位置決めさせるためのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１７と、サスペンション１９を取付けたアーム１８と、磁気ヘッド１４に記録再生信号を伝送するフレキシブル・プリンティド・サーキッツ（ＦＰＣ；Flexible Printed Circuits）１６と、ＦＰＣ１６に搭載したＲ／Ｗ−ＩＣ（プリアンプ）２０と、Ｒ／Ｗ−ＩＣ２０と磁気ヘッド１４間の記録再生信号を中継する伝送線路２１で構成している。
【００１６】
ＨＤＡ１０と外部装置との間には、記録再生制御回路１１がある。記録再生制御回路１１には、信号処理ＬＳＩ２２とハードディスクドライブ制御（ＨＤＣcontrol）２３が搭載されている。ＨＤＡ側のコネクタ２５−１と記録再生制御回路１１側のコネクタ２５−２を接続することにより、Ｒ／Ｗ−ＩＣ２０と信号処理ＬＳＩ２２を接続する。記録再生制御回路１１の外部インタフェース２４を介して、外部装置と接続する。
【００１７】
次に、アーム１８の先端に設置している配線一体型のサスペンション１９について、図３を用いて説明する。サスペンション１９の構造は、ステンレス材料で形成したバネ部の上に伝送線路２１と磁気ヘッド１４を備えるジンバル部を組み合わせた部材を溶接などの接合方法を用いて積層一体化させたものである。伝送線路２１は、サスペンション上配線部分とアーム併走中継配線部分の２つに分けられる。アーム１８に沿うように伝送線路２１ａがある。さらに、サスペンション１９上にも、伝送線路２１ｂがある。伝送線路２１ｂの先端には、磁気ヘッド１４が接続されている。
【００１８】
伝送線路２１の第１の線路構成は、アーム併走中継配線部分からサスペンション上配線部分へ、配線形態が変わるところで接続する中継接続型である。また第２の線路構成は、サスペンション上のプリント配線と同構造のプリント配線でプリアンプまで延長したロングテール構造型である。本発明は、両構造に適用でき、特にロングテール構造の場合は、以下に述べるサスペンションのプリント配線部分の構造を適用すればよい。
【００１９】
次に、本発明が対象とする伝送線路２１（ｂ）構造について図１を用いて説明する。
【００２０】
まず、基板となる下層金属板がある。本実施例ではステンレス板３０を用いて説明するが、ステンレス以外の金属、例えば銅でもよい。この下層金属板であるステンレス板３０上にポリイミドに代表される絶縁層３１を塗布して絶縁体を形成し、この絶縁層３１上にメッキ法または蒸着法によって往復線路（並行導体、導体とも言う）３２を形成する。そして導体保護のために一部または全部の線路上にポリイミドでカバーした断面構造を持つ伝送線路を基本とする。
【００２１】
また伝送線路２１は、まず絶縁材料を板状にしたものに、一方の面にはステンレスなどの金属材料を接着し、他方の面には圧延銅などの導体３２形成材料を接着した積層基板を準備する。その積層基板の導体面をエッチングなどの手法で導体３２形状を削り出すことにより形成してもよい。何れの形成方法であっても、ステンレス材料の板３０がジンバル形成用部材にも共用される。
【００２２】
線路導体下のステンレス板３０に、導体と平行に所定の間隔で適切な孔３３を開け、孔３３の大きさの面積とステンレス板３０の面積との比率を適切に選ぶことにより、往復線路３２間のインダクタンスおよび静電容量を制御し、特性インピーダンスを適切な値に設定する。
【００２３】
ここで孔３３の面積とステンレス板３０の面積比を適切に選んだにもかかわらず、ある周波数以上では伝送損失が非常に大きくなり、伝送帯域が制限された線路になった。そこで、孔３３の大きさと伝送帯域との関係を調査した。
【００２４】
主要なパラメータは、ＨＰ：開孔ピッチ、Ｈ：開孔長、Ｍ：ステンレスカバー長＝ＨＰ−Ｈ、ＨＷ：開孔幅、Ｌｗ：導体幅、Ｓ：導体間隔である。その他には、開孔率＝Ｈ／ＨＰ（％）、Ｖｐ＝信号の伝搬速度、α：伝送損失、θ：回転偏角、ＢＷｗ：伝送帯域周波数、ｌｅｎｇｔｈ：線路長、にて定義するものである。
【００２５】
まず、伝送線路の伝送特性の測定方法について、図４を用いて説明する。
【００２６】
伝送線路の伝送特性をＳパラメータとして測定し、Ｓ２１（Ｓ行列の２行１列要素）より伝送損失（α）、伝搬速度（Ｖｐ）を求める。Ｓ２１をガウス平面に表したものが図４（ａ）である。周波数の増加とともに反時計方向に軌跡は回転する。回転偏角（θ）３４が、線路長に対する波長の比率になっている。そこで図４（ｂ）に示すように、横軸：周波数（Ｆｒｅｑ）、縦軸：回転偏角（θ）をとり、周波数毎の回転偏角（θ）をプロットすると、原点を通る直線になる。この直線の傾き（θ／Ｆｒｅｑ）の逆数に（−２π）を乗じたものが、信号が線路長（ｌｅｎｇｔｈ）を通過するに必要な時間を表している。従って、この直線は、伝搬速度（Ｖｐ）を表し、Ｖｐをこの図より求めることができる。
【００２７】
また、図４（ａ）の中心（座標（０，０））から半径１の円を基準として、各偏角（θ）における基準円からＳ２１軌跡への減少量がインピーダンスミスマッチによる影響を含めた伝送損失（α）３５を表している。
【００２８】
ステンレス板３０に孔３３がない線路サンプルを評価した結果、サンプル毎に周波数に対する回転偏角（θ）の比率は一定、すなわち伝搬速度（Ｖｐ）は、伝送帯域周波数（ＢＷｗ）に依存することなく一定であった。伝送損失（α）も評価した結果、概ね伝送帯域周波数（ＢＷｗ）の平方に比例して増加することがわかった。
【００２９】
以降で述べる伝送損失（α）の定義は、
α＝｛ｌｎ（損失量）｝／ｌｅｎｇｔｈ〔Ｎｐ／ｍ〕（数１）
で表す。ここでｌｎ（）は、自然対数を表す。
【００３０】
伝送線路は、入力したものをロス無く出力点まで伝送することがタスクである。従って、伝送線路での伝達効率を高めるには、伝送損失（α）を低減することが必要である。以下では、伝送損失（α）を評価値として、線路条件の比較を行う。
【００３１】
まず、伝送特性とステンレス材の開孔サイズとの関係について、図５〜図９を用いて説明する。
【００３２】
ＨＷ＝０．５６ｍｍ、開孔率＝５０％（Ｈ＝Ｍ）、Ｌｗ＝０．１６ｍｍ、Ｓ＝０．０８ｍｍ（２×Ｌｗ＋Ｓ＝０．４０ｍｍ）なる伝送線路について、導体３２下のステンレス板３０の開孔ピッチ（ＨＰ）をパラメータとした伝送損失（α）の周波数特性を図５に示す。６ＧＨｚまでの測定においては、開孔ピッチ（ＨＰ）＝３０ｍｍでは１．８ＧＨｚ以上で伝送損失（α）が急激に大きくなっており、開孔ピッチ（ＨＰ）＝１４ｍｍでは約３．７ＧＨｚ以上で伝送損失（α）が急激に大きくなっている。また、開孔ピッチ（ＨＰ）＝２ｍｍでは、少なくとも６ＧＨｚまでに伝送損失（α）が急激に大きくなる周波数はない。この結果から、線路の伝送帯域と開孔ピッチ（ＨＰ）との間に関係があることがわかる。また、開孔ピッチ（ＨＰ）を２ｍｍ以下とすることにより、周波数に関わらずに伝送損失（α）を小さく保つことが出来ることもわかる。もちろん伝送帯域周波数（ＢＷｗ）が３．７ＧＨｚよりも小さい場合には開孔ピッチ（ＨＰ）を１４ｍｍ以下で、また伝送帯域周波数（ＢＷｗ）１．８ＧＨｚよりも小さい場合には開孔ピッチ（ＨＰ）を３０ｍｍ以下で設計してもよいことはもちろんである。また、開孔ピッチ（ＨＰ）は２ｍｍ以下でいくら小さくしても良い。
【００３３】
一方、各線路の伝搬速度（Ｖｐ）を図４の測定で求めた結果、概ねＶｐ＝１．６×１０^８（ｍ／ｓ）であった。伝送損失（α）が急激に大きくなる周波数を伝送帯域（ＢＷｗ）と定義すると、伝搬速度（Ｖｐ）を用いて伝送帯域に対応した波長（λ）を求めることができる。
【００３４】
λ＝Ｖｐ／ＢＷｗ〔ｍ〕（数２）
そこで、開孔幅（ＨＷ）、開孔率（Ｈ／ＨＰ）などをパラメータとして、開孔ピッチ（ＨＰ）に対する伝送帯域と伝搬速度から求まる波長（λ）の関係を図６に示した。図中のＥ８は、１０^８を意味している。開孔幅（ＨＷ）、開孔率（Ｈ／ＨＰ）等をいろいろな条件で測定すると、波長（λ）（（２．５×ＨＰ）≦λ≦（５×ＨＰ））で示す範囲内に有り、伝送帯域（ＢＷｗ）に換算すると、（（Ｖｐ／（５×ＨＰ））≦ＢＷｗ≦（Ｖｐ／（２．５×ＨＰ）））が定まる。
【００３５】
現実には、どのように孔がばらついても、これ以上伝送帯域が狭くならない状態を最悪状態として取る。そのときの伝送帯域相当波長を（λｍａｘ）とすると、
λｍａｘ＝５×ＨＰ〔ｍ〕（数３）
の関係となる。よって、伝送帯域の最大周波数（ＢＷｗ）に対応した波長（λ）に対する開孔ピッチ（ＨＰ）の最大値が５分の１以下となるようにくり返しピッチを設けると良い。尚下限に関しは特に制限はないが、上記の範囲より５分の２以上とすれば良い。但しこの５分の２以上は、実質的に製造限界以上と考えても良い。
【００３６】
次に、ＨＷ＝０．５６ｍｍ，ＨＰ＝２ｍｍ、Ｌｗ＝０．１６ｍｍ、Ｓ＝０．０８ｍｍ（２×Ｌｗ＋Ｓ＝０．４０ｍｍ）なる伝送線路について、開孔率（Ｈ／ＨＰ）をパラメータとして測定した伝送損失（α）の周波数特性を図７に示す。この図によれば、開孔率（Ｈ／ＨＰ）を大きくするに従い、伝送損失（α）を低減できることがわかる。
【００３７】
次に、ＨＰ＝２ｍｍ、開孔率＝５０％（Ｈ＝Ｍ）、Ｌｗ＝０．１６ｍｍ、Ｓ＝０．０８ｍｍ（２×Ｌｗ＋Ｓ＝０．４０ｍｍ）なる伝送線路について、開孔幅（ＨＷ）をパラメータとして測定した伝送損失（α）の周波数特性を図８に示す。ＨＷ＝０．４０ｍｍより、ＨＷ＝０．５６ｍｍ、ＨＷ＝０．７２ｍｍ条件の伝送損失（α）が小さくなっていることがわかる。この結果から、少なくとも、ＨＷ≧０．５６であるならば、伝送損失（α）は十分低減できていることがわかる。よって、０．５６＝（２×Ｌｗ＋Ｓ＋０．１６ｍｍ）であるので、導体幅（Ｌｗ）と導体間隔（Ｓ）の和に０．１６ｍｍを加算した値以上の開孔幅（ＨＷ）とすることにより伝送損失（α）は十分低減できていることがわかる。この０．１６ｍｍの値はステンレス板３０の幅等には影響を受けない値である。尚、開孔幅（ＨＷ）はステンレス板３０の幅よりは狭いことは言うまでもない。
【００３８】
図５から図８の結果を基に、２条件で検討を行う。
【００３９】
条件Ａ：Ｌｗ＝０．１６ｍｍ、Ｓ＝０．０８ｍｍ、開孔幅（Ｈｗ）＝２×Ｌｗ＋Ｓ＋０．１６ｍｍ＝０．５６ｍｍ、とし、開孔ピッチ（ＨＰ）は２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で、特性インピーダンスの開孔率依存性を評価した。
【００４０】
条件Ｂ：Ｌｗ＝０．０８ｍｍ、Ｓ＝０．０８ｍｍ、開孔幅（Ｈｗ）＝２×Ｌｗ＋Ｓ＋０．１６ｍｍ＝０．４０ｍｍとし、開孔ピッチ（ＨＰ）は２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で、特性インピーダンスの開孔率依存性を評価した。
【００４１】
基準として、ステンレス板３０には孔３３を開けない伝送線路（開孔率＝０％）の特性インピーダンスをとる。基準特性インピーダンスを（Ｚｏ’）とすると、条件Ａにおける基準特性インピーダンス（Ｚｏ’）は、４４．８Ω、条件Ｂにおける基準特性インピーダンス（Ｚｏ’）は、６７．３Ωである。そして、ステンレス板３０に孔３３を開けた伝送線路（開孔率＞０）の特性インピーダンスを（Ｚｏ）とすると、ステンレス板に孔を開けたことによる特性インピーダンスの増加分（ΔＺｏ）は、
ΔＺｏ＝Ｚｏ−Ｚｏ’ （数４）
で求められる。そこで、条件Ａ、条件Ｂの線路を代表として、開孔率（Ｈ／ＨＰ）に対する特性インピーダンスの増加分（ΔＺｏ）の関係を図９に示した。開孔率（Ｈ／ＨＰ）を増すと特性インピーダンスは増加し、その増加割合は線路幅には依存せず、ほぼ同じである。また、開孔ピッチ（ＨＰ）を変えても特性インピーダンスの変化は僅かである。
【００４２】
従って、所望の特性インピーダンスを有する線路のステンレス板開孔率を求めるには、まず開孔率（Ｈ／ＨＰ）に対する特性インピーダンスの関係を求めるために、ステンレス板３０に孔を開けない伝送線路の特性インピーダンス（基準特性インピーダンスＺｏ’）と、線路導体部の構造は同じで、ステンレス板３０が無い伝送線路の特性インピーダンスＺ２、および開孔率（Ｈ／ＨＰ）が５０％の伝送線路の特性インピーダンスＺ３を求め、開孔率（Ｈ／ＨＰ）に対する特性インピーダンスのグラフ上で３点（Ｚｏ’、Ｚ２、Ｚ３）を通る２次曲線の関係を求める。その関係を用いて、所望の特性インピーダンスに対する開孔率（Ｈ／ＨＰ）を求めるという手段を用いる。
図９の関係は、特性インピーダンスの増加分（ΔＺｏ）＝３４．８０５×（開孔率＋０．３２５３）^２−３．６８２で近似できる。従って、特性インピーダンスは、特性インピーダンスの増加分に開孔率（Ｈ／ＨＰ）０％での特性インピーダンスを加算することにより得られる。
【００４３】
以上の検討では、ステンレス板の孔３３を長方形で表し、長方形の方向が導体３２に対して直角（９０°）になっている図として示しているが、機械加工の精度上長方形のコーナーは円弧になる場合でも同様の効果が得られる。また長方形と導体３２とが斜交していてもよい。ただし、孔３３の方向がどのようになっていても開孔ピッチ（ＨＰ）は導体３２方向に測定した値で表す。
【００４４】
以上の伝送特性を考慮し、伝送帯域を確保するための伝送線路構造を求める。
【００４５】
まず、伝送線路を用いる磁気ディスク装置の部位では、矩形波電流を伝送させる。磁気ディスク装置では、矩形波電流の立上り・立下りの傾きが重要である。そこで、立上り・立下り傾斜の許容範囲から許容伝送損失を求める。
【００４６】
伝送損失（α）をもつ線路を通過した波形の求め方は、入力波形のスペクトラムに損失の周波数特性を乗じることにより得られることを波形解析学で教えている。そこで、１ＧＨｚにおける伝送損失をαとし、かつ伝送損失（α）は周波数の平方に比例するとして、立上り・立下り（ｔｒ）の矩形波スペクトラムに乗じる。ここで線路損失（α）が周波数の平方に概ね比例することは、図５、図７、図８より明白である。損失を受けたスペクトラムの逆フーリエ変換を解くことにより、損失を受けた矩形波が求められる。
【００４７】
例として、ｔｒ＝０．１７ｎｓ（ナノ秒）について、損失を受けていない矩形波の立上り時間に対する損失を受けた矩形波の立上り時間の比率を立上り時間の劣化率（ｔｒＲａｔｉｏ）とし、伝送損失（α）の１ＧＨｚにおける損失量との関係で求めた。それを図１０に示す。ここで、５０ｍｍ線路長における立上り劣化（ｔｒＲａｔｉｏ）を
ｔｒＲａｔｉｏ≦１．０１５（１．５％劣化許容）（数５）
まで許容すると、
α≦３［Ｎｐ／ｍ］（数６）
となる。
【００４８】
もし、ｔｒが例と異なる場合、例えばｔｒ＝０．３４ｎｓの場合のｔｒ劣化１．０１５に対する１ＧＨｚでの伝送損失（α）は、次のようにして求められる。
【００４９】

次に、ビット時間（ｔｂｉｔ）に対する立上り時間（ｔｒ）の決め方について図１１を用いて説明する。
【００５０】
最高記録周波数での記録電流波形を正弦波で近似し、電流振幅は、低周波電流波形でオーバーシュート（３０％）を含めた振幅と一致させる。その時の正弦波の立上り時間（ｔｒ’）は、低周波電流でいう立上り時間（ｔｒ）を定義する振幅１０％−９０％変化に対応した正弦波の振幅変化時間である。正弦波では、立上りが遅くなると振幅が減少するので、ｔｒ’より早くすることが賢明である。ビット時間（ｔｂｉｔ）に対する正弦波の立上り時間（ｔｒ’）の比率は、次のようにして求めることができる。
【００５１】
まず、正弦波の振幅を低周波電流波形の振幅と一致させると、正弦波の振幅（２．０）が低周波電流の振幅（１６０％）に相当する。今、低周波電流波形の振幅１０％、９０％に対応する正弦波での振幅は、１０％の振幅が（−０．５）、９０％の振幅が（０．５）に対応し、ｔｒ’に相当する回転角度（θｔ）は、

である。正弦波における１ビットに相当する回転角度（θｂ）は、
θｂ＝π （数９）
である。従って、ｔｂｉｔに対するｔｒ’の割合は、
ｔｒ’／ｔｂｉｔ＝θｔ／θｂ＝１／３＝０．３３（数１０）
である。さらに第５高調波成分まで通過させることにより、上述のように最高記録周波数での立上り時間を早めることをねらっている。また、正弦波近似波形の立上り時間（ｔｒ’）を、低周波電流の立上り時間（ｔｒ）以下にすることにより、最高記録周波数での電流振幅確保を保証している。
【００５２】
従って、伝送通過帯域は、最高記録周波数の５倍とし、かつ立上り時間（ｔｒ）は、ビット時間（ｔｂｉｔ）の３３％以下にする。
【００５３】
実施例として、記録速度２Ｇｂｐｓ、特性インピーダンス８０Ω、線路長５０ｍｍの記録系の線路構造を求める。特性インピーダンスは、インピーダンスマッチングの観点から定まるものであり、本実施例ではよく使われている８０Ωを一例として用いた。
【００５４】
２Ｇｂｐｓよりｔｂｉｔを求めると、
ｔｂｉｔ＝１／（２×１０^９）＝０．５〔ｎｓ〕（数１１）
になる。従って、立上り時間（ｔｒ）は、
ｔｒ＝ｔｂｉｔ×０．３３＝０．１７〔ｎｓ〕（数１２）
になる。立上り時間（ｔｒ）の劣化比率を１．０１５とすると、伝送損失（α）３．０Ｎｐ／ｍ（１ＧＨｚ）になる。また伝送帯域（ＢＷｗ）は、

である。
【００５５】
従って、特性インピーダンス８０Ω、伝送損失（α）が３．０Ｎｐ／ｍ（１ＧＨｚ）以下、伝送帯域５ＧＨｚ以上の伝送特性をもつ線路構造を求めることになる。
【００５６】
前述した特性を含めて、線路構造をパラメータとした特性インピーダンス（Ｚｏ）に対する伝送損失（α）の関係を図１２、図１３に纏めた。図１２は、導体厚（ｔＣｕ）＝０．０１８ｍｍ、ステンレスと導体の間隔（ｔＢＡＳＥ）＝０．０１８ｍｍの層形成素材で線路を形成した場合の関係を示す。図１３は、導体厚（ｔＣｕ）＝０．０１０ｍｍ、ステンレスと導体の間隔（ｔＢＡＳＥ）＝０．０１０ｍｍの層形成素材で線路を形成した場合の関係を示す。
【００５７】
図１２を用いて、特性インピーダンス８０Ωと伝送損失（α）が３．０Ｎｐ／ｍとの交点にある線路構造を求めると、線路幅（Ｌｗ）＝０．０８ｍｍ、線路間隔（Ｓ）＝０．０８ｍｍ、開孔率（Ｈ／ＨＰ）＝３０％になる。上述の結果より、開孔幅（Ｈｗ）は、

になる。一方、開孔ピッチ（ＨＰ）は、上述のように伝送帯域と伝搬速度の比によって求められる。
【００５８】
Ｈｐ＝（λｍａｘ／５）（数１５）
λｍａｘ＝Ｖｐ／ＢＷｗ（数１６）
を前式に代入すると、

となる。
【００５９】
従って、開孔長（Ｈ）は、

となる。
【００６０】
伝送帯域はディスク装置のデータ転送速度仕様から定まるが、伝搬速度は伝送線路構造から定まるものである。一般に開孔率（Ｈ／ＨＰ）が大きくなると、伝搬速度は速くなる。ここでは安全策をとるために、開孔率（Ｈ／ＨＰ）０％における伝搬速度を用いている。
【００６１】
そこで、上述の目標点を参考に、目標の範囲を、伝送損失（α）≦３ＮＰ／ｍ、特性インピーダンス（Ｚｏ）＝７５Ω〜８５Ωと定義する。
目標範囲に対応した線路構造は以下のようになる。線幅（Ｌｗ）は、Ｌｗ＝０．１２ｍｍ〜０．０８ｍｍ、導体間隔（Ｓ）＝０．０８ｍｍ、開孔率（Ｈ／ＨＰ）＝３０％〜９５％である。
以下同様に、開孔幅（Ｈｗ）は、

の範囲になる。
【００６２】
一方開孔ピッチ（ＨＰ）は、前述のように

となる。
【００６３】
従って、開孔長さ（Ｈ）は、

の範囲になる。
【００６４】
以上の結果は、導体膜厚（ｔＣｕ）が１８マイクロメータ、導体３２とステンレス板３０との間隔（ｔＢＡＳＥ）が１８マイクロメータのものである。導体３２とステンレス板３０との間隔を変えたものおよび導体膜厚を変えたものについても図１２と同様の関係が得られる。これらの結果を基に、各線路条件に対して上述の検討を行い、ディスク装置仕様に適した線路を選択する。
【００６５】
図１２とは異なる層形成素材による伝送線路について、例えば、導体膜厚（ｔＣｕ）＝１０マイクロメータ、導体とステンレス板との間隔（ｔＢＡＳＥ）＝１０マイクロメータの層形成素材で、特性インピーダンス８０Ω、伝送損失３．０Ｎｐ／ｍ以下、伝送帯域５ＧＨｚ以上の伝送特性を持つ線路構造を考える。図１３の特性インピーダンスと伝送損失（α）との関係図を用いて検討すると、上記特性を満足する解は得られなかった。従って、導体とステンレス板の間隔を広くする必要が有り、これにより伝送損失（α）が低減できることがわかる。
【００６６】
図１４には、導体膜厚および導体とステンレス板間隔の条件毎に線路特性を満たすための線路構造を纏めた。表より、ステンレスと導体との間隔（ｔＢＡＳＥ）が大きい方の（ｔＢＡＳＥ＝０．０１８ｍｍ）では、解は見つかるが、ｔＢＡＳＥが薄い方（ｔＢＡＳＥ＝０．０１ｍｍ）では解が得られないことがわかる。
【００６７】
尚、上記実施例においては本発明を磁気ディスク装置に適用した場合について説明をしたが、本発明の主な特徴は信号伝送線路にあるので、磁気ディスク装置に限らず、光ディスク装置や光磁気ディスク装置はもちろんのこと、信号伝送線路を備えたいかなる装置についても適用が可能であることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
本発明により、伝送線路の特性インピーダンスを調整するためのステンレス板孔のピッチが伝送帯域と関係していること、また開孔率が伝送損失にも影響を与えていることがわかり、必要な伝送帯域を確保しつつ伝送線路の伝送損失を低く押さえ、かつ特性インピーダンスが調整できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の伝送線路の構造を示す図である。
【図２】磁気ディスク装置の概略を示す図である。
【図３】Ｒ／ＷＩＣ（プリアンプ）を搭載したアーム先端部の拡大図である。
【図４】伝送特性評価法の説明図である。
【図５】ステンレス板孔の開孔ピッチをパラメータにした伝送損失の周波数特性を示す図である。
【図６】最小伝送帯域（最大波長）と開孔ピッチとの関係を示す図である。
【図７】開孔率をパラメータにした伝送損失の周波数特性を示す図である。
【図８】開孔幅をパラメータにした伝送損失の周波数特性を示す図である。
【図９】開孔率と特性インピーダンス変化量の関係図を示す図である。
【図１０】線路損失による矩形波立上り時間劣化特性を示す図である
【図１１】記録電流立上り時間の説明をする図である。
【図１２】各線路条件毎の特性インピーダンスと伝送損失との関係を示す図である。
【図１３】各線路条件毎の特性インピーダンスと伝送損失との関係を示す図である。
【図１４】材料条件毎に伝送特性を満たした線路構造を示す図である。
【符号の説明】
１０…ヘッドディスクアセンブリ（ＨＤＡ）、１１…記録再生制御回路、１２…スピンドル部、１３…磁気記録媒体、１４…磁気ヘッド、１５…キャリッジ部、１６…フレキシブル・プリンティド・サーキッツ（ＦＰＣ）、１７…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、１８…アーム、１９…サスペンション、２０…Ｒ／Ｗ−ＩＣ、２１…中継線路、２２…信号処理ＬＳＩ、２３…ハードディスクドライブ制御（ＨＤControl）、２４…外部インタフェース、２５…コネクタ、３０…ステンレス板、３１…絶縁層、３２…導体、３３…ステンレス板孔、３４…回転偏角（θ）、３５…伝送損失（α）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a recording system from a preamplifier of a recording device such as a magnetic disk device to a recording / reproducing head, a transmission line structure of the reproducing system, a suspension including the transmission line, and a recording device.
[0002]
[Prior art]
With the development of computers, there has been a demand for high-capacity high-speed transfer of magnetic disk devices. For high-capacity and high-speed transfer, the recording head and the reproducing head are separated from each other, and an inductive head is used for recording and an MR head using the magnetoresistive effect is used for reproducing. Therefore, a dedicated reciprocating line is provided adjacent to the recording head and the reproducing head from the preamplifier.
[0003]
In recording information, information “1” and “0” are assigned in accordance with the presence or absence of magnetization reversal on the medium. Therefore, when information is recorded, a reversal magnetic field from the recording head is recorded.
[0004]
In order to generate a reversal magnetic field by the recording head, the recording current waveform transmitted to the recording head is characterized by a rectangular wave having an overshoot at the rise / fall.
[0005]
In high frequency recording for advancing high-speed transfer, it is necessary to shorten the time of the rising / falling portion of the recording current. When the rise / fall time is shortened, the spectrum of the waveform is required up to a high frequency.
[0006]
From this point of view, it is known that impedance matching between the characteristic impedance of the line and the recording system preamplifier circuit is necessary. (John D. Leighton, Sally Doherty, Carl Elliott; “Design Considerations for High Data-Rate Pre-Amplifiers for Use in a Disk-Drive”, IEEE Trans. MAG., Vol.37, No.2, pp.627- 632)
In order to achieve impedance matching, by making a hole in the stainless steel part under the transmission line as disclosed in JP-A-9-282624, the capacitance and mutual inductance between the line conductor and stainless steel are adjusted appropriately. There is a method for adjusting the characteristic impedance of the transmission line.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
If a transmission line with a hole in the stainless steel part under the line conductor is used to adjust the characteristic impedance of the transmission line, the transmission loss increases rapidly above a certain frequency regardless of the transmission signal band, and the bandwidth is limited. A transmission system with For this reason, new problems have arisen in that the transmission waveform is distorted, the magnetic recording current characteristics deteriorate, and the recording density becomes an obstacle.
[0008]
However, since there is no description on how to provide the holes in the above-described conventional example, this problem cannot be solved.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various investigations on the above problems, transmission loss reduction can be expected by increasing the hole area ratio of the stainless steel part under the line conductor, but the hole pitch is related to the frequency at which transmission loss increases rapidly. I understood. Therefore, in order to secure a low-loss line within the necessary transmission signal band, the maximum value of the opening pitch of the stainless steel portion is limited.
[0010]
Specifically, a conductor for transmitting a differential signal and a metal body provided with the conductor and an insulator interposed therebetween, and holes provided at a pitch of 2 mm or less are provided in the metal body in parallel with the conductor. .
[0011]
Alternatively, it is provided with at least two conductors for transmitting a differential signal and a metal body provided with these conductors and an insulator interposed therebetween, and the sum of the width of the conductor and the interval between these conductors is set to 0. A hole having a width obtained by adding 16 mm or more is provided.
[0012]
Alternatively, it comprises a conductor for transmitting a differential signal and a metal body provided with this conductor and an insulator in between, and the metal body has a pitch of 1/5 or less of the wavelength of the maximum frequency of the transmission band. A hole is provided in a direction parallel to the conductor.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example in which the present invention is applied to a magnetic disk device will be described with reference to the drawings.
[0014]
First, the configuration of the magnetic disk device will be described with reference to FIGS. The magnetic disk apparatus includes a head disk assembly (HDA) 10 and a recording / reproducing control circuit 11. Note that the HDA 10 and the recording control circuit 11 include those housed in the same housing. The HDA 10 includes a spindle unit 12 in which magnetic recording media 13 are stacked, and a carriage unit 15 on which a magnetic head 14 that records information on the magnetic recording medium 13 and reads out the recorded information is mounted.
[0015]
The carriage unit 15 records on the magnetic head 14, a voice coil motor (VCM) 17 for seeking and positioning the magnetic head 14 attached to the tip of the suspension 19 on the magnetic recording medium, an arm 18 attached with the suspension 19, and the magnetic head 14. Flexible Printed Circuits (FPC) 16 for transmitting a reproduction signal, an R / W-IC (preamplifier) 20 mounted on the FPC 16, and a recording / reproduction signal between the R / W-IC 20 and the magnetic head 14 The transmission line 21 is a relay.
[0016]
A recording / reproducing control circuit 11 is provided between the HDA 10 and the external device. The recording / reproducing control circuit 11 includes a signal processing LSI 22 and a hard disk drive control (HDCcontrol) 23. The R / W-IC 20 and the signal processing LSI 22 are connected by connecting the HDA-side connector 25-1 and the recording / playback control circuit 11-side connector 25-2. The external device is connected via the external interface 24 of the recording / reproducing control circuit 11.
[0017]
Next, the wiring-integrated suspension 19 installed at the tip of the arm 18 will be described with reference to FIG. The suspension 19 has a structure in which a member in which a transmission line 21 and a gimbal portion including the magnetic head 14 are combined on a spring portion formed of a stainless material is laminated and integrated using a joining method such as welding. The transmission line 21 is divided into two parts: a suspension upper wiring part and an arm parallel relay wiring part. A transmission line 21 a is provided along the arm 18. Further, there is a transmission line 21 b on the suspension 19. The magnetic head 14 is connected to the tip of the transmission line 21b.
[0018]
The first line configuration of the transmission line 21 is a relay connection type in which the wiring is changed from the arm-parallel relay wiring part to the wiring part on the suspension where the wiring form changes. The second line configuration is a long tail structure type that is extended to the preamplifier with a printed wiring having the same structure as the printed wiring on the suspension. The present invention can be applied to both structures, and in the case of a long tail structure, the structure of the printed wiring portion of the suspension described below may be applied.
[0019]
Next, the structure of the transmission line 21 (b) targeted by the present invention will be described with reference to FIG.
[0020]
First, there is a lower metal plate that becomes a substrate. In the present embodiment, the description will be made using the stainless steel plate 30, but a metal other than stainless steel, for example, copper may be used. An insulating layer 31 typified by polyimide is coated on the stainless steel plate 30 as the lower metal plate to form an insulator, and a reciprocating line (also referred to as a parallel conductor or conductor) is formed on the insulating layer 31 by plating or vapor deposition. ) 32 is formed. A transmission line having a cross-sectional structure covered with polyimide on a part or all of the line for conductor protection is basically used.
[0021]
Further, the transmission line 21 is a laminated substrate in which an insulating material is first formed into a plate shape, a metal material such as stainless steel is bonded to one surface, and a conductor 32 forming material such as rolled copper is bonded to the other surface. prepare. The conductor surface of the multilayer substrate may be formed by cutting out the shape of the conductor 32 by a technique such as etching. In any of the forming methods, the stainless steel plate 30 is also used for the gimbal forming member.
[0022]
An appropriate hole 33 is formed in the stainless steel plate 30 below the line conductor at a predetermined interval in parallel with the conductor, and the ratio of the area of the size of the hole 33 and the area of the stainless steel plate 30 is appropriately selected, whereby the round trip line 32 is obtained. Control the inductance and capacitance between them, and set the characteristic impedance to an appropriate value.
[0023]
Here, although the area ratio of the hole 33 and the area of the stainless steel plate 30 was appropriately selected, the transmission loss became very large above a certain frequency, and the transmission band was limited. Therefore, the relationship between the size of the hole 33 and the transmission band was investigated.
[0024]
The main parameters are HP: opening pitch, H: opening length, M: stainless steel cover length = HP-H, HW: opening width, Lw: conductor width, S: conductor spacing. In addition, the aperture ratio = H / HP (%), Vp = signal propagation speed, α: transmission loss, θ: rotational declination, BWw: transmission band frequency, length: line length. is there.
[0025]
First, a method for measuring transmission characteristics of a transmission line will be described with reference to FIG.
[0026]
The transmission characteristic of the transmission line is measured as an S parameter, and the transmission loss (α) and propagation speed (Vp) are obtained from S21 (2 rows and 1 column element of S matrix). FIG. 4A shows S21 on a Gaussian plane. As the frequency increases, the trajectory rotates counterclockwise. The rotation declination angle (θ) 34 is the ratio of the wavelength to the line length. Therefore, as shown in FIG. 4B, when the horizontal axis: frequency (Freq) and the vertical axis: rotation declination angle (θ) are plotted and the rotation declination angle (θ) for each frequency is plotted, a straight line passing through the origin is obtained. . A value obtained by multiplying the reciprocal of this straight line slope (θ / Freq) by (−2π) represents the time required for the signal to pass the line length. Therefore, this straight line represents the propagation speed (Vp), and Vp can be obtained from this figure.
[0027]
Further, with reference to a circle having a radius of 1 from the center (coordinates (0, 0)) in FIG. 4A, the amount of decrease from the reference circle to the S21 locus at each declination angle (θ) includes the effect of impedance mismatch. The transmission loss (α) 35 is represented.
[0028]
As a result of evaluating the line sample without the holes 33 in the stainless steel plate 30, the ratio of the rotation declination angle (θ) to the frequency is constant for each sample, that is, the propagation speed (Vp) does not depend on the transmission band frequency (BWw). It was constant. As a result of evaluating the transmission loss (α), it was found that the transmission loss (α) increases in proportion to the square of the transmission band frequency (BWw).
[0029]
The definition of transmission loss (α) described below is
α = {ln (loss amount)} / length [Np / m] (Equation 1)
Represented by Here, ln () represents a natural logarithm.
[0030]
The transmission line is tasked with transmitting the input to the output point without loss. Therefore, in order to increase the transmission efficiency in the transmission line, it is necessary to reduce the transmission loss (α). In the following, line conditions are compared using transmission loss (α) as an evaluation value.
[0031]
First, the relationship between the transmission characteristics and the aperture size of the stainless steel will be described with reference to FIGS.
[0032]
Stainless steel plate 30 below conductor 32 for a transmission line with HW = 0.56 mm, hole area ratio = 50% (H = M), Lw = 0.16 mm, S = 0.08 mm (2 × Lw + S = 0.40 mm) FIG. 5 shows the frequency characteristics of the transmission loss (α) with the aperture pitch (HP) of the filter as a parameter. In the measurement up to 6 GHz, the transmission loss (α) suddenly increases at 1.8 GHz or more when the opening pitch (HP) = 30 mm, and the transmission loss is about 3.7 GHz or more when the opening pitch (HP) = 14 mm. The loss (α) increases rapidly. In addition, when the aperture pitch (HP) is 2 mm, there is no frequency at which the transmission loss (α) suddenly increases up to at least 6 GHz. From this result, it can be seen that there is a relationship between the transmission band of the line and the aperture pitch (HP). It can also be seen that by setting the aperture pitch (HP) to 2 mm or less, the transmission loss (α) can be kept small regardless of the frequency. Of course, when the transmission band frequency (BWw) is smaller than 3.7 GHz, the opening pitch (HP) is 14 mm or less, and when the transmission band frequency (BWw) is smaller than 1.8 GHz, the opening pitch (HP). Of course, it may be designed to be 30 mm or less. The aperture pitch (HP) may be as small as 2 mm or less.
[0033]
On the other hand, as a result of obtaining the propagation speed (Vp) of each line by the measurement of FIG. 4, Vp = 1.6 × 10 ⁸ (M / s). If the frequency at which the transmission loss (α) suddenly increases is defined as the transmission band (BWw), the wavelength (λ) corresponding to the transmission band can be obtained using the propagation speed (Vp).
[0034]
λ = Vp / BWw [m] (Equation 2)
Therefore, FIG. 6 shows the relationship between the transmission band and the wavelength (λ) obtained from the propagation speed with respect to the aperture pitch (HP), using the aperture width (HW), aperture ratio (H / HP), and the like as parameters. E8 in the figure is 10 ⁸ Means. When the aperture width (HW), aperture ratio (H / HP), etc. are measured under various conditions, the wavelength (λ) ((2.5 × HP) ≦ λ ≦ (5 × HP)) is within the range indicated. Yes, when converted to the transmission band (BWw), ((Vp / (5 × HP)) ≦ BWw ≦ (Vp / (2.5 × HP))) is determined.
[0035]
In reality, no matter how the holes vary, the worst condition is that the transmission band does not become narrower. If the wavelength corresponding to the transmission band at that time is (λmax),
λmax = 5 × HP [m] (Equation 3)
It becomes the relationship. Therefore, it is preferable to provide a repetitive pitch so that the maximum value of the aperture pitch (HP) for the wavelength (λ) corresponding to the maximum frequency (BWw) of the transmission band is 1/5 or less. The lower limit is not particularly limited, but may be 2/5 or more from the above range. However, it may be considered that more than two-fifths is substantially above the production limit.
[0036]
Next, for the transmission line with HW = 0.56 mm, HP = 2 mm, Lw = 0.16 mm, S = 0.08 mm (2 × Lw + S = 0.40 mm), the aperture ratio (H / HP) is measured as a parameter. The frequency characteristics of the transmission loss (α) are shown in FIG. According to this figure, it can be seen that the transmission loss (α) can be reduced as the hole area ratio (H / HP) is increased.
[0037]
Next, for a transmission line with HP = 2 mm, aperture ratio = 50% (H = M), Lw = 0.16 mm, S = 0.08 mm (2 × Lw + S = 0.40 mm), aperture width (HW) FIG. 8 shows the frequency characteristics of the transmission loss (α) measured using as a parameter. From HW = 0.40 mm, it can be seen that the transmission loss (α) under the conditions of HW = 0.56 mm and HW = 0.72 mm is smaller. From this result, it is understood that the transmission loss (α) can be sufficiently reduced if at least HW ≧ 0.56. Therefore, since 0.56 = (2 × Lw + S + 0.16 mm), by setting the opening width (HW) to be equal to or larger than the value obtained by adding 0.16 mm to the sum of the conductor width (Lw) and the conductor interval (S). It can be seen that the transmission loss (α) is sufficiently reduced. The value of 0.16 mm is a value that is not affected by the width of the stainless steel plate 30 and the like. Needless to say, the opening width (HW) is narrower than the width of the stainless steel plate 30.
[0038]
Based on the results of FIG. 5 to FIG.
[0039]
Condition A: Lw = 0.16 mm, S = 0.08 mm, aperture width (Hw) = 2 × Lw + S + 0.16 mm = 0.56 mm, aperture pitch (HP) in the range of 2 mm to 30 mm, characteristic impedance The hole area dependency of was evaluated.
[0040]
Condition B: Lw = 0.08 mm, S = 0.08 mm, aperture width (Hw) = 2 × Lw + S + 0.16 mm = 0.40 mm, aperture pitch (HP) in the range of 2 mm to 30 mm, characteristic impedance The hole area ratio dependency was evaluated.
[0041]
As a reference, the characteristic impedance of the transmission line (opening ratio = 0%) in which the hole 33 is not formed in the stainless steel plate 30 is taken. When the reference characteristic impedance is (Zo ′), the reference characteristic impedance (Zo ′) in the condition A is 44.8Ω, and the reference characteristic impedance (Zo ′) in the condition B is 67.3Ω. When the characteristic impedance of the transmission line (opening ratio> 0) having the hole 33 in the stainless steel plate 30 is (Zo), the increase in characteristic impedance (ΔZo) due to the hole in the stainless steel plate is
ΔZo = Zo−Zo ′ (Equation 4)
Is required. Therefore, the relationship between the increase in characteristic impedance (ΔZo) with respect to the aperture ratio (H / HP) is shown in FIG. When the aperture ratio (H / HP) is increased, the characteristic impedance increases, and the rate of increase does not depend on the line width and is almost the same. Further, even if the aperture pitch (HP) is changed, the change in characteristic impedance is slight.
[0042]
Therefore, in order to obtain the stainless plate opening ratio of a line having a desired characteristic impedance, first, in order to obtain the relationship of the characteristic impedance to the opening ratio (H / HP), a transmission line that does not have a hole in the stainless plate 30 is used. The characteristic impedance (reference characteristic impedance Zo ′) is the same as the structure of the line conductor, the characteristic impedance Z2 of the transmission line without the stainless steel plate 30, and the characteristic impedance of the transmission line having a hole area ratio (H / HP) of 50%. Z3 is obtained, and the relationship of the quadratic curve passing through three points (Zo ′, Z2, Z3) on the characteristic impedance graph with respect to the hole area ratio (H / HP) is obtained. By using this relationship, a means for obtaining the aperture ratio (H / HP) with respect to a desired characteristic impedance is used.
The relationship of FIG. 9 is that the increase in characteristic impedance (ΔZo) = 34.805 × (opening rate + 0.3253) ² -3.682 can be approximated. Therefore, the characteristic impedance can be obtained by adding the characteristic impedance with an opening ratio (H / HP) of 0% to the increase in the characteristic impedance.
[0043]
In the above examination, the hole 33 of the stainless steel plate is represented by a rectangle, and the rectangular direction is perpendicular to the conductor 32 (90 °). The same effect can be obtained even when Moreover, the rectangle and the conductor 32 may cross each other. However, the opening pitch (HP) is represented by a value measured in the direction of the conductor 32 regardless of the direction of the hole 33.
[0044]
Considering the above transmission characteristics, a transmission line structure for securing a transmission band is obtained.
[0045]
First, a rectangular wave current is transmitted in a part of a magnetic disk device using a transmission line. In the magnetic disk device, the rising and falling slopes of the rectangular wave current are important. Therefore, the allowable transmission loss is obtained from the allowable range of the rising / falling slope.
[0046]
Waveform analysis teaches that how to find the waveform that has passed through a line with transmission loss (α) can be obtained by multiplying the spectrum of the input waveform by the frequency characteristics of the loss. Therefore, assuming that the transmission loss at 1 GHz is α, and the transmission loss (α) is proportional to the square of the frequency, the square wave spectrum of the rising and falling (tr) is multiplied. Here, it is apparent from FIGS. 5, 7, and 8 that the line loss (α) is approximately proportional to the square of the frequency. By solving the inverse Fourier transform of the spectrum that has suffered loss, a rectangular wave that has suffered loss can be obtained.
[0047]
As an example, for tr = 0.17 ns (nanoseconds), the ratio of the rising time of the rectangular wave that has received the loss to the rising time of the rectangular wave that has not received the loss is the deterioration rate of the rising time (trRatio), and the transmission loss ( α) in relation to the loss amount at 1 GHz. This is shown in FIG. Here, the rise degradation (trRatio) at 50 mm line length
trRatio ≦ 1.015 (1.5% deterioration tolerance) (Equation 5)
Allow up to
α ≦ 3 [Np / m] (Equation 6)
It becomes.
[0048]
If tr is different from the example, for example, the transmission loss (α) at 1 GHz with respect to the tr degradation of 1.015 when tr = 0.34 ns is obtained as follows.
[0049]

Next, how to determine the rise time (tr) with respect to the bit time (tbit) will be described with reference to FIG.
[0050]
The recording current waveform at the highest recording frequency is approximated by a sine wave, and the current amplitude is matched with the amplitude including the overshoot (30%) in the low frequency current waveform. The rise time (tr ′) of the sine wave at that time is the amplitude change time of the sine wave corresponding to the change of amplitude 10% -90% that defines the rise time (tr) in the low frequency current. In the case of a sine wave, the amplitude decreases as the rising edge becomes late, so it is wise to make it faster than tr ′. The ratio of the rise time (tr ′) of the sine wave to the bit time (tbit) can be obtained as follows.
[0051]
First, when the amplitude of the sine wave is matched with the amplitude of the low frequency current waveform, the amplitude of the sine wave (2.0) corresponds to the amplitude of the low frequency current (160%). Now, the amplitude of the sine wave corresponding to the amplitudes 10% and 90% of the low frequency current waveform is 10% amplitude (-0.5), 90% amplitude (0.5), tr The rotation angle (θt) corresponding to '

It is. The rotation angle (θb) corresponding to 1 bit in the sine wave is
θb = π (Equation 9)
It is. Therefore, the ratio of tr ′ to tbit is
tr ′ / tbit = θt / θb = 1/3 = 0.33 (Equation 10)
It is. Further, by allowing the fifth harmonic component to pass, the rise time at the highest recording frequency is aimed at as described above. Further, by ensuring that the rise time (tr ′) of the approximate sinusoidal waveform is equal to or less than the rise time (tr) of the low-frequency current, the current amplitude is ensured at the highest recording frequency.
[0052]
Accordingly, the transmission passband is set to five times the maximum recording frequency, and the rise time (tr) is set to 33% or less of the bit time (tbit).
[0053]
As an example, a recording line structure having a recording speed of 2 Gbps, a characteristic impedance of 80Ω, and a line length of 50 mm is obtained. The characteristic impedance is determined from the viewpoint of impedance matching, and 80Ω, which is often used in this embodiment, is used as an example.
[0054]
When tbit is calculated from 2 Gbps,
tbit = 1 / (2 × 10 ⁹ ) = 0.5 [ns] (Expression 11)
become. Therefore, the rise time (tr) is
tr = tbit × 0.33 = 0.17 [ns] (Equation 12)
become. If the deterioration rate of the rise time (tr) is 1.015, the transmission loss (α) is 3.0 Np / m (1 GHz). The transmission band (BWw) is

It is.
[0055]
Therefore, a line structure having a transmission characteristic with a characteristic impedance of 80Ω, a transmission loss (α) of 3.0 Np / m (1 GHz) or less, and a transmission band of 5 GHz or more is obtained.
[0056]
The relationship between the transmission loss (α) and the characteristic impedance (Zo) using the line structure as a parameter including the above-described characteristics is summarized in FIGS. FIG. 12 shows the relationship when a line is formed of a layer forming material having a conductor thickness (tCu) = 0.018 mm and a distance between stainless steel and conductor (tBASE) = 0.018 mm. FIG. 13 shows a relationship when a line is formed of a layer forming material having a conductor thickness (tCu) = 0.010 mm and a distance between stainless steel and conductor (tBASE) = 0.010 mm.
[0057]
Referring to FIG. 12, when a line structure in which the characteristic impedance 80Ω and the transmission loss (α) are at the intersection of 3.0 Np / m is obtained, the line width (Lw) = 0.08 mm, the line interval (S) = 0. It becomes 08 mm and the hole area ratio (H / HP) = 30%. From the above results, the aperture width (Hw) is

become. On the other hand, the aperture pitch (HP) is obtained by the ratio between the transmission band and the propagation speed as described above.
[0058]
Hp = (λmax / 5) (Equation 15)
λmax = Vp / BWw (Equation 16)
Is substituted into the previous equation,

It becomes.
[0059]
Therefore, the opening length (H) is

It becomes.
[0060]
The transmission band is determined by the data transfer speed specification of the disk device, but the propagation speed is determined by the transmission line structure. In general, the propagation speed increases as the hole area ratio (H / HP) increases. Here, in order to take a safety measure, the propagation velocity at an aperture ratio (H / HP) of 0% is used.
[0061]
Therefore, referring to the above-mentioned target points, the target ranges are defined as transmission loss (α) ≦ 3 NP / m and characteristic impedance (Zo) = 75Ω to 85Ω.
The track structure corresponding to the target range is as follows. The line width (Lw) is Lw = 0.12 mm to 0.08 mm, the conductor interval (S) = 0.08 mm, and the hole area ratio (H / HP) = 30% to 95%.
Similarly, the opening width (Hw) is

It becomes the range.
[0062]
On the other hand, the opening pitch (HP) is as described above.

It becomes.
[0063]
Therefore, the opening length (H) is

It becomes the range.
[0064]
The above results are for the conductor film thickness (tCu) of 18 micrometers and the distance (tBASE) between the conductor 32 and the stainless steel plate 30 of 18 micrometers. The same relationship as in FIG. 12 can be obtained for the conductor 32 and the stainless steel plate 30 with different intervals and the conductor film thickness. Based on these results, the above examination is performed for each line condition, and a line suitable for the disk device specifications is selected.
[0065]
For a transmission line made of a layer forming material different from that of FIG. 12, for example, a conductor film thickness (tCu) = 10 micrometers, a distance between a conductor and a stainless steel plate (tBASE) = 10 micrometers, and a characteristic impedance of 80Ω, Consider a line structure having transmission characteristics of a transmission loss of 3.0 Np / m or less and a transmission band of 5 GHz or more. When the relationship between the characteristic impedance and the transmission loss (α) in FIG. 13 is examined, a solution that satisfies the above characteristics cannot be obtained. Therefore, it is necessary to widen the distance between the conductor and the stainless steel plate, and it can be seen that the transmission loss (α) can be reduced.
[0066]
FIG. 14 summarizes the line structure for satisfying the line characteristics for each condition of the conductor film thickness and the distance between the conductor and the stainless steel plate. From the table, it can be seen that the solution is found when the distance between the stainless steel and the conductor (tBASE) is large (tBASE = 0.018 mm), but the solution is not obtained when the tBASE is thin (tBASE = 0.01 mm). .
[0067]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a magnetic disk device has been described. However, since the main feature of the present invention is a signal transmission line, the present invention is not limited to a magnetic disk device. Needless to say, the present invention can be applied to any device having a signal transmission line as well as the device.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, it can be seen that the pitch of the stainless steel plate holes for adjusting the characteristic impedance of the transmission line is related to the transmission band, and that the aperture ratio also affects the transmission loss, and the necessary transmission While ensuring the bandwidth, the transmission loss of the transmission line can be kept low, and the characteristic impedance can be adjusted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a transmission line according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a magnetic disk device.
FIG. 3 is an enlarged view of a tip portion of an arm on which an R / W IC (preamplifier) is mounted.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a transmission characteristic evaluation method.
FIG. 5 is a diagram showing a frequency characteristic of transmission loss using a hole pitch of a stainless plate hole as a parameter.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the minimum transmission band (maximum wavelength) and the aperture pitch.
FIG. 7 is a diagram showing a frequency characteristic of transmission loss using a hole area ratio as a parameter.
FIG. 8 is a diagram showing the frequency characteristics of transmission loss with the aperture width as a parameter.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a hole area ratio and a characteristic impedance change amount;
FIG. 10 is a diagram showing a rise time degradation characteristic of a rectangular wave due to line loss.
FIG. 11 is a diagram for explaining a recording current rise time.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between characteristic impedance and transmission loss for each line condition.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between characteristic impedance and transmission loss for each line condition.
FIG. 14 is a diagram showing a line structure satisfying transmission characteristics for each material condition.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Head disk assembly (HDA), 11 ... Recording / reproducing control circuit, 12 ... Spindle part, 13 ... Magnetic recording medium, 14 ... Magnetic head, 15 ... Carriage part, 16 ... Flexible printed circuit (FPC), 17 ... Voice coil motor (VCM), 18 ... arm, 19 ... suspension, 20 ... R / W-IC, 21 ... relay line, 22 ... signal processing LSI, 23 ... hard disk drive control (HDControl), 24 ... external interface, 25 ... Connector, 30 ... stainless steel plate, 31 ... insulating layer, 32 ... conductor, 33 ... hole in stainless steel plate, 34 ... rotational declination angle (θ), 35 ... transmission loss (α).

Claims

A signal transmission line comprising two conductors for transmitting a differential signal, and a metal body provided with these conductors and an insulator interposed therebetween,
The metal body has a certain width in a direction perpendicular to the two conductors directly below the two conductors, and both ends of the certain width are holes outside the two conductors, the constant width that but a plurality along the 0. 16 mm or wider holes than the sum of the interval width and these conductor of the two conductors to the two conductors, each hole is provided at a pitch of not more than 2mm A characteristic signal transmission line.

Two conductor you transmitting differential signals, a signal transmission line and a metallic member provided across these conductors and insulators,
The metal body has a certain width in a direction perpendicular to the two conductors directly below the two conductors, and both ends of the certain width are holes outside the two conductors, the constant width There a plurality along the 0. 16 mm or wider holes than the sum of the interval width and these conductor of the two conductors to the two conductors, each hole, the maximum frequency of the transmission band of the signal A signal transmission line characterized by being provided at a pitch of 1/5 or less of the wavelength.

The signal transmission line according to claim 1, wherein the hole is a rectangular hole.

A suspension provided with a spring part formed of a stainless steel material and a line for transmitting a signal from the head to the amplifier on the spring part,
The line includes two conductor transmitting the signal, and provided we metal body across these conductors and insulators,
The metal body has a certain width in a direction perpendicular to the two conductors directly below the two conductors, and both ends of the certain width are holes outside the two conductors, the constant width that but a plurality along the 0. 16 mm or wider holes than the sum of the interval width and these conductor of the two conductors to the two conductors, each hole is provided at a pitch of not more than 2mm suspension and features.

A suspension provided with a spring part formed of a stainless steel material and a line for transmitting a signal from the head to the amplifier on the spring part,
The line includes two conductor you transmitting the signal, and provided we metal body across these conductors and insulators,
The metal body has a certain width in a direction perpendicular to the two conductors directly below the two conductors, and both ends of the certain width are holes outside the two conductors, the constant width There a plurality along the 0. 16 mm or wider holes than the sum of the interval width and these conductor of the two conductors to the two conductors, each hole, the maximum frequency of the transmission band of the signal A suspension characterized by being provided at a pitch of 1/5 or less of the wavelength.

The suspension according to claim 4 or 5, wherein the hole is a rectangular hole.

A recording medium for recording information, a spindle motor for rotating the recording medium, a head for recording information on the recording medium and reading the recorded information, a suspension on which the head is mounted, and a suspension attached A magnetic disk drive comprising: an arm; a line for transmitting the information to the head along the arm; and a voice coil motor for positioning the head on the recording medium;
The line includes two conductor for transmitting the information, and provided we were metallic body across these conductors and insulators,
The metal body has a certain width in a direction perpendicular to the two conductors directly below the two conductors, and both ends of the certain width are holes outside the two conductors, the constant width that but a plurality along the 0. 16 mm or wider holes than the sum of the interval width and these conductor of the two conductors to the two conductors, each hole is provided at a pitch of not more than 2mm A magnetic disk device.

A recording medium for recording information, a spindle motor for rotating the recording medium, a head for recording information on the recording medium and reading the recorded information, a suspension on which the head is mounted, and a suspension attached A magnetic disk drive comprising: an arm; a line for transmitting the information to the head along the arm; and a voice coil motor for positioning the head on the recording medium;
The line includes two conductors for transmitting the information, and a metal body provided with the conductor and an insulator interposed therebetween,
The metal body has a certain width in a direction perpendicular to the two conductors directly below the two conductors, and both ends of the certain width are holes outside the two conductors, the constant width Has a plurality of holes extending along the two conductors by 0.16 mm or more wider than the sum of the width of the two conductors and the interval between the conductors, and each hole has a maximum frequency of the signal transmission band. A magnetic disk device, wherein the magnetic disk device is provided at a pitch of 1/5 or less of the wavelength.

9. The magnetic disk device according to claim 7, wherein the hole is a rectangular hole.