KR101101969B1 - 평면 코일을 구비한 보이스 코일 모터 - Google Patents

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Abstract

평면 코일을 구비한 보이스 코일 모터(voice coil motor)는 일군의 자기 센싱 소자들, 그 일군의 자기 센싱 소자들에 물리적으로 연결된 렌즈 캐리어(lens carrier), 페데스탈(pedestal), 및 그 페데스탈 상에 고정된 일군의 인쇄 회로 기판들을 포함한다. 패턴화된 금속층이 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 만들어져 평면 코일을 형성하고, 홀 센서(Hall sensor)가 그 인쇄 회로 기판들 중 하나에 설치되어 그 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 만들어진 트레이스(trace)들을 거쳐 신호들 (예: 동작 전압들 및 피드백 센싱 신호들) 전송을 통해, 그 평면 코일 및 트레이스들을 동시에 제조할 수 있고, 그에 의해서, 기존에 구리 코일들에 의해 점유되어진 공간을 절약할 수 있다. 홀 센서는 일군의 자기 센싱 소자들의 움직임으로부터 비롯되는 자기장의 변화를 감지하여 렌즈 캐리어의 움직임 상태를 결정할 수 있다.

Description

평면 코일을 구비한 보이스 코일 모터{Voice coil motor with flat coil}
본 발명은 보이스 코일 모터(voice coil motor)에 관한 것이고, 더 자세하게는 평면 코일(flat coil)을 구비한 보이스 코일 모터에 관한 것이다.
하드 디스크 드라이브의 액세스 암(access arm) 또는 일군(一群)의 렌즈들에 대한 더 정교한 위치 제어를 수행하기 위해, 보이스 코일 모터(VCM)가 하드 디스크 드라이브의 액세스 암 또는 일군의 렌즈들을 움직이게 하는데 채택된다. VCM의 구조는 주로 영구 자석(permanent magnet)을 포함하는 자기 회로 내에 배치된 코일이다.
VCM을 활용하는 광학 시스템에서, 일군의 렌즈들이 움직이는 거리는 코일을 통해 흐르는 전류에 대응된다; 그러므로, VCM이 광학적 줌 기능(optical zoom functionality)을 구현하는데 활용되는 경우, 정교한 제어는 명확한 전류값을 적용함으로써 용이하게 이루어질 수 있다. 예를 들어, "VOICE COIL MOTOR APPARATUS FOR POSITIONING"이라는 발명의 명칭을 가진 대만 특허 출원 번호 1239432 (미국 특허 공개 번호 2006/0055252)는 주로, 전류가 코일을 통해 흐를 때 코일과 영구 자석 간에 형성되는 자기장을 활용하고 있고, 그에 의해, 플레밍의 왼손 법칙에 따 라 힘을 발생시키는 상호작용을 유도하여 그 영구 자석에 물리적으로 연결된 캐리어(carrier)를 이동시킬 수 있다; 동시에, 그 캐리어에 부착된 일군의 렌즈들은 이에 상응하게 움직여서, 광학적 줌 및 포커스 기능들을 가능하게 한다. 움직임가능한 일군의 렌즈들에 더하여, 이 유형의 광학 시스템은 전체적인 볼륨을 증가시키지 않는 더욱 효과적인 포지셔닝 기술을 또한 요구한다.
도 1은 기존의 보이스 코일 모터를 예시하는 다이어그램이다. 도 1에서 보여지는 바와 같이, 기존의 VCM은, 렌즈 설치 동적 페데스탈(lens installation moving pedestal, 52)에 접하여 고정되고 나선형 코일의 형태로 VCM 페데스탈(53)에 전자적으로 연결되는, 동적 코일(moving coil, 511)을 포함한다. 자기석(magnetic stone, 513), 상위 철 요크(upper iron yoke, 512) 및 하위 철 요크(lower iron yoke, 514)로 이루어진 자기 회로는 외부 케이싱(50)의 내부 환상부에 설치되어, 동적 코일(511)이 정확하게 자기 회로에서 에어 갭(air gap, 515) 내에 배치되게 한다. 그러나, 동적 코일(511)의 구리 코일(copper coil)에 의해 점유되어지는 공간이 크기 때문에, 기존 VCM의 볼륨은 불가피하게 거대할 수 밖에 없다.
홀 효과(Hall effect)를 활용하는 광학적 줌 장치를 위한 포지셔닝이라는 목적을 달성하기 위해, 위치 피드백 센서 - 이는 홀 센서(Hall sensor, 45)를 포함 - 가 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB, 542) 상에 고정되고, PCB(542)가 외부 케이싱(50) 및 자기석(513) 간에 끼워 넣어진다(wedged). 자기장의 변화를 탐지하기 위해, 홀 센서(45)는 자기석(513)을 향하여야 하고(face), 홀 센서(45)는, 동적 코일(511)이 홀 센서(45) 및 인쇄 회로 기판(542)을 대응되게 움직이게 하는 동안, 출력 단자(543)를 거쳐 전압 신호를 출력한다. 그러면 그 전압 신호는 전압 차분 증폭기(voltage differential amplifier, 49)를 거쳐 프로세싱되어, 포지셔닝 콘트롤러(positioning controller, 552)로 출력된다.
피드백 신호들의 센싱 소자로서 작동하기 위한 홀 센서(45)를 활용하기 위해, PCB(542) 상의 트레이스(trace)들은 동작 전압들 및 피드백 센싱 신호들을 전송하도록 라우팅되어야 하고, 이는 단지 제조 및 조립 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 또한 VCM 내부의 소자 구조 설계의 복잡성을 증가시킨다. 홀 센서(45)에 의해 점유되어지는 여분의 공간은 또한 전체적인 볼륨을 너무 크게 만든다. 홀 센서(45)로부터 비롯되는 장애사항을 경감하기 위해, 여분의 PCB(542)가 더 효율적으로 활용되어야 한다.
본 발명의 첫 번째 목적들 중 하나는 VCM의 패턴화된 금속층의 평면 코일을 형성하는 것으로, 이는 구리 코일들에 의해 통상적으로 점유되어지는 공간을 절약하고, 그로 인하여, 과도하게 큰 볼륨을 방지할 수 있다.
본 발명의 두 번째 목적들 중 하나는 VCM의 패턴화된 금속층의 평면 코일 및 (동작 전압들 및 피드백 센싱 신호들을 전송하기 위해) 홀 센서에 의해 요구되는 트레이스들을 형성하고 그 홀 센서를 일군의 센싱 소자들 중 하나에 배치하여 평면 코일 및 트레이스들을 동시에 형성하는 것이고, 이는 구리 코일들에 의해 통상적으로 점유되어지는 공간 뿐만 아니라 제조 비용을 절약하는 것이고 과도한 크기의 볼륨을 방지한다.
본 발명의 두 번째 목적들 중 또 다른 하나는 평면 코일을 향하고 있는 자기 센싱 소자의 한 면에 그루브(groove)를 세팅하는 것으로, 여기서 그 그루브는 일군의 자기 센싱 소자들 중 하나 및 평면 코일 간에 홀 센서가 적합되기에 충분하게 크고, 이는 전체적인 볼륨을 감소시키고 그에 의해 홀 센서에 기인한 과도한 볼륨을 방지한다.
상기에서 언급한 목적들을 실현하기 위해, 본 발명은 평면 코일을 구비한 VCM을 제공하는데, 그 VCM은, 일군의 자기 센싱 소자들, 그 일군의 자기 센싱 소자들에 물리적으로 연결된 렌즈 캐리어, 페데스탈, 그 페데스탈 상에 고정된 일군의 인쇄 회로 기판들, 및 그 일군의 인쇄 회로 기판 상에 패턴화된 금속층에 의해 형성되고 각각 그 일군의 자기 센싱 소자들을 향하고 있는 일군의 평면 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다. 페데스탈 및 복수의 가이드 포스트(guide post)들은 단일체로(monolithically) 하나의 부품으로서 형성된다. 또한, 대칭적으로 그 페데스탈 상에 세팅된 적어도 두 개의 가이드 포스트들이 있다. 게다가, 전력을 공급받는 평면 코일 및 일군의 자기 센싱 소자들에 의해 제공되는 주 자속(main magnetic flux) 간의 상호작용은 렌즈 캐리어를 그 가이드 포스트들의 방향을 따라 직선으로 움직이게 한다.
상기에서 언급된 목적들을 실현하기 위하여, 본 발명은 평면 코일을 가진 VCM을 또한 제공하고, 그 VCM은, 일군의 자기 센싱 소자들, 그 일군의 자기 센싱 소자들에 물리적으로 연결되어 있고 렌즈를 운반하는 렌즈 캐리어, 페데스탈, 그 페데스탈 상에 고정된 일군의 인쇄 회로 기판들, 그 일군의 인쇄 회로 기판 상에 패턴화된 금속층에 의해 형성되고 각자 그 일군의 자기 센싱 소자들을 향하고 있는 일군의 평면 코일, 및 그 일군의 인쇄 회로 기판들 중 하나에 세팅되어, 그 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 형성된 트레이스를 거쳐 신호들을 전송하기 위한 센싱 소자를 포함하고, 여기서 그 센싱 소자는 그 일군의 자기 센싱 소자들 및 그 평면 코일 간에 배치되고, 그 센싱 소자는 그 일군의 자기 센싱 소자들의 움직임(motion)으로부터 비롯되는 자기장의 변화를 감지하여 그 렌즈 캐리어의 움직임 상태를 결정하는 것을 특징으로 한다. 페데스탈 및 복수의 가이드 포스트들은 하나의 부품으로 형성된다. 또한, 대칭적으로 그 페데스탈 상에 세팅된 적어도 두 개의 가이드 포스 트들이 있다. 게다가, 전력을 공급받는 평면 코일 및 일군의 자기 센싱 소자들에 의해 제공되는 주 자속 간의 상호작용은 렌즈 캐리어를 그 가이드 포스트들의 방향을 따라 직선으로 움직이게 한다. 패턴화된 금속층은 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 만들어져 평면 코일을 형성하고, 홀 센서가 그 인쇄 회로 기판들 중 하나에 설치되어 그 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 만들어진 트레이스들을 거쳐 신호들 (예: 동작 전압들 및 피드백 센싱 신호들)을 전송하며, 이를 통해 그 평면 코일 및 트레이스들을 동시에 제조가 가능하여, 통상적으로 구리 코일들에 의해 점유되는 공간을 절약할 수 있다. 홀 센서는 일군의 자기 센싱 소자들의 움직임으로부터 비롯되는 자기장의 변화를 감지하여 렌즈 캐리어의 움직임 상태를 결정할 수 있다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 목적들은, 다양한 도면들과 그림들에 예시된 바람직한 실시예에 관한 다음의 상세한 설명을 읽어보면 관련 기술분야에서 통상의 숙련도를 가진 자에게는 의심의 여지 없이 자명할 것이다.
평면 코일이 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 형성됨에 따라, 기존에 구리 코일들에 의해 점유되어지는 공간이 절약될 수 있고, 그에 의해 VCM의 과도한 크기의 볼륨을 방지할 수 있다.
이하에서는 다양한 도면들 및 실시예들과 관련하여 본 발명을 더 상세하게 기술한다.
도 2를 참조하기로 하는데, 여기서 도 2는 본 발명에 따른 VCM에 관한 다이 어그램이다. 도 2에서 보여지는 바와 같이, 평면 코일을 구비하는 VCM(1)은, 일군의 자기 센싱 소자들(18), 일군의 자기 센싱 소자들(18)에 물리적으로 연결된 렌즈 캐리어(14), 페데스탈(10), 페데스탈(10) 상에 고정된 일군의 인쇄 회로 기판들(2), 및 평면 코일(3)을 포함한다. 렌즈 캐리어(14)는 렌즈 (도면에서 미도시)를 운반하기 위한 것이다. 페데스탈(10) 및 복수의 가이드 포스트들(5)은 단일체로 하나의 부품으로 형성되며, 적어도 두 개의 가이드 포스트들(5)이 페데스탈(10) 상에 설정된다. 렌즈 캐리어(14)는 그 가이드 포스트들에 들어맞는 복수의 홀(hole)들을 가진다.
평면 코일(3)은 일군의 인쇄 회로 기판들(2) 상에 형성되고, 그로 인해, 구리 코일들에 의해 점유되는 공간을 절약하고 과도한 크기의 볼륨을 방지할 수 있다.
비용 요인을 고려할 때, 만약 평면 코일(3), 그리고 센싱 소자, 예를 들어 홀 센서(4)에 의해 요구되는 트레이스들 (즉, 노출되는 센서 핀(pin)들(41) 그리고 솔더 마스크(solder mask)에 의해 커버되는 금속층들)이 동시에 제조된다면, 낮은 제조 비용이라는 목적이 달성될 수 있다.
평면 코일(3) 및 홀 센서(4)에 의해 요구되는 트레이스들을 형성하기 위해, 절연 기판(미도시) 상의 포일(foil) 수단들(도면에 미도시) 상으로 기계적 또는 레이저 에칭(etching)함으로써 패턴화(patterning)가 구현된다. 그에 의해 평면 코일(3) 및 홀 센서(4)에 의해 요구되는 트레이스들의 패턴화된 금속층이 일군의 인쇄 회로 기판들(2) 상에 형성되고, 솔더 마스크는 평면 코일(3)의 코일 핀들(31), 홀 센서(4)의 센서 핀들(41) 및 홀 센서(4)의 연결 패드들(connecting pads)(미도시)을 노출하는 동안 그 패턴화된 금속층 상으로 펼쳐진다. 평면 코일(3)은 실질적으로 루프(loop)들로서 나타나는 표면 금속층이다. 코일 핀들(31)은 평면 코일(3)에 전류를 제공하기 위한 것이고, 센서 핀들(41)은 외부 콘트롤러가 동작 전압들을 제공하고 센싱 신호들을 설치된 홀 센서(4)로 피드백하기 위한 것이다. 홀 센서의 연결 패드들은 홀 센서(4)의 설치를 위한 것이다.
평면 코일(3)을 구비한 일군의 인쇄 회로 기판들(2)이 페데스탈(10) 상에 고정될 때, 최적의 주밍(zooming)을 달성하기 위해, 평면 코일(3)은, 평면 코일(3)이 전원공급받을 때, 평면 코일(3) 및 일군의 자기 센싱 소자들(18)에 의해 제공되는 주 자속 간의 상호작용이 렌즈 캐리어(14) 및 그것의 렌즈를 가이드 포스트들(5)의 방향을 따라 직선으로 움직이게 하도록, 일군의 자기 센싱 소자(18)를 향하는 것을 필요로 한다.
전술한 패턴화된 금속층을 완성한 후, 홀 센서(4)는 일군의 인쇄 회로 기판들(2) 상에 설치되고, 신호들(동작 전압 및 피드백 센싱 신호들)은 일군의 인쇄 회로 기판들(2) 상에 형성된 트레이스들을 거쳐 외부 콘트롤러에게로 전송될 수 있다.
홀 센서(4)가 설치된 일군의 인쇄 회로 기판들(2)이 페데스탈(10) 상에 고정될 때, 포지셔닝 기능을 제공하도록 홀 센서(4)를 활용하기 위해서, 홀 센서(4)는 일군의 자기 센싱 소자들(18) 및 평면 코일(3) 간에 배치되어 일군의 자기 센싱 소자들(18)의 움직임으로부터 비롯되는 자기장의 변화를 감지하고, 그에 의해 렌즈 캐리어(14) 및 그것의 렌즈의 움직임 상태를 결정하는 것을 필요로 한다. 홀 센서(4)는 일군의 인쇄 회로 기판들(2) 중 단지 하나에만 배치될 수 있음이 유념되어야 할 것이다.
여분의 홀 센서(4) - 이는 포지셔닝을 위해 설치됨 - 는 홀 센서(4)의 고유한 볼륨에 기인하여 VCM(1)이 거대한 전체적 볼륨을 갖는 결과를 쉽게 가져올 수도 있다. 그러므로, 홀 센서(4)의 할당을 고려시 소정의 특별한 고려사항들이 고려되어야 할 것이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하기로 하는데, 여기서 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 VCM에 관한 다른 다이어그램들이다. 도면들에서 보여지는 바와 같이, 그루브(181)는 일군의 자기 센싱 소자들(18)의 한 면 상에 세팅되고, 여기서 일군의 자기 센싱 소자들(18)의 그 면은 평면 코일(3)을 향하고, 그루브(181)의 크기는, 홀 센서(4)가 VCM(1)의 전체적인 볼륨을 증가시키지 않으면서 일군의 자기 센싱 소자들(18) 및 평면 코일(3) 사이에 들어맞을 수 있도록, 홀 센서(4)의 볼륨에 대응된다.
모든 실시예들에서, 평면 코일(3)이 일군의 인쇄 회로 기판들(2) 상에 형성됨에 따라, 기존에 구리 코일들에 의해 점유되어지는 공간이 절약될 수 있고, 그에 의해 VCM의 과도한 크기의 볼륨을 방지할 수 있다.
관련 기술분야에서 숙련된 자들은 본 기기 및 방법에 관한 수많은 변형예들 및 대체예들이 본 발명의 교시내용을 유지하며 만들어질 수도 있다는 것을 용이하게 파악할 것이다.
도 1은 기존의 보이스 코일 모터에 관한 다이어그램이다.
도 2는 본 발명에 따른 보이스 코일 모터에 관한 다이어그램이다.
도 3a는 본 발명에 따른 보이스 코일 모터에 관한 또 하나의 다이어그램이다.
도 3b는 본 발명에 따른 보이스 코일 모터에 관한 또 하나의 다이어그램이다.

Claims (11)

  1. 일군의 자기 센싱 소자들;
    상기 일군의 자기 센싱 소자들에 물리적으로 연결되어 있고, 렌즈를 운반하기 위한, 렌즈 캐리어(lens carrier);
    페데스탈(pedestal);
    상기 페데스탈 상에 고정된 일군의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)들; 및
    상기 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 패턴화된 금속층에 의해 형성되고, 각각 상기 일군의 자기 센싱 소자들을 향하는, 일군의 평면 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터(voice coil motor).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페데스탈 및 복수의 가이드 포스트(guide post)들은 단일체로(monolithically) 하나의 부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    전력을 공급받는 상기 평면 코일 및 상기 일군의 자기 센싱 소자들에 의해 제공되는 주 자속(magnetic flux) 간의 상호작용은 상기 렌즈 캐리어를 상기 복수 의 가이드 포스트들의 방향을 따라 직선으로 움직이게 하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    대칭적으로 상기 페데스탈 상에 세팅된 적어도 두 개의 가이드 포스트들이 있는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    전력을 공급받는 상기 평면 코일 및 상기 일군의 자기 센싱 소자들에 의해 제공되는 주 자속 간의 상호작용은 상기 렌즈 캐리어를 상기 적어도 두 개의 가이드 포스트들의 방향을 따라 직선으로 움직이게 하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
  6. 일군의 자기 센싱 소자들;
    상기 일군의 자기 센싱 소자들에 물리적으로 연결되어 있고, 렌즈를 운반하기 위한, 렌즈 캐리어(lens carrier);
    페데스탈(pedestal);
    상기 페데스탈 상에 고정된 일군의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)들;
    상기 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 패턴화된 금속층에 의해 형성되고, 각각 상기 일군의 자기 센싱 소자들을 향하는, 일군의 평면 코일; 및
    상기 일군의 인쇄 회로 기판들 중 하나에 설치되어, 상기 일군의 인쇄 회로 기판들 상에 형성된 트레이스(trace)를 거쳐 신호들을 송신하기 위한, 센싱 소자 [상기 센싱 소자는, 상기 센싱 소자가 상기 일군의 자기 센싱 소자들의 움직임(motion)으로부터 비롯되는 자기장의 변화를 감지하여 상기 렌즈 캐리어의 움직임 상태를 결정할 수 있도록, 상기 일군의 자기 센싱 소자들 및 상기 평면 코일 간에 배치됨]를 포함하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터(voice coil motor).
  7. 제6항에 있어서,
    그루브(groove)가 상기 일군의 자기 센싱 소자들의 한 면에 세팅되고,
    상기 일군의 자기 센싱 소자들의 상기 한 면은 상기 평면 코일을 향하며, 그리고
    상기 그루브의 크기는, 상기 센싱 소자가 상기 일군의 자기 센싱 소자들 및 상기 평면 코일 간에 들어맞을 수 있도록, 상기 센싱 소자의 볼륨에 대응되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 페데스탈 및 복수의 가이드 포스트(guide post)들은 단일체로(monolithically) 하나의 부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
  9. 제8항에 있어서,
    전력을 공급받는 상기 평면 코일 및 상기 일군의 자기 센싱 소자들에 의해 제공되는 주 자속(magnetic flux) 간의 상호작용은 상기 렌즈 캐리어를 상기 복수의 가이드 포스트들의 방향을 따라 직선으로 움직이게 하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
  10. 제6항에 있어서,
    대칭적으로 상기 페데스탈 상에 세팅된 적어도 두 개의 가이드 포스트들이 있는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    전력을 공급받는 상기 평면 코일 및 상기 일군의 자기 센싱 소자들에 의해 제공되는 주 자속(magnetic flux) 간의 상호작용은 상기 렌즈 캐리어를 상기 적어도 두 개의 가이드 포스트들의 방향을 따라 직선으로 움직이게 하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모터.
KR1020090074266A 2009-03-17 2009-08-12 평면 코일을 구비한 보이스 코일 모터 KR101101969B1 (ko)

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