TW201907394A - 用於硬碟驅動器的具有高速傳輸的氣密密封 - Google Patents

Abstract

本文中所公開的實施方式總體上涉及用於硬碟驅動器中的氣密電連接器。所述氣密電連接器包括屏障結構，所述屏障結構具有佈置在所述屏障結構的第一表面上的第一多個連接焊盤以及佈置在所述屏障結構的與所述第一表面相反的第二表面上的第二多個連接焊盤。多個導體被佈置在所述屏障結構內，並且每個導體耦合至所述第一多個連接焊盤中的連接焊盤以及所述第二多個連接焊盤中的相應連接焊盤。所述屏障結構進一步包括所述第一與第二表面之間的介電材料以及嵌入在所述介電材料中的一個或多個層。所述層的增加幫助抑制氦氣流動，由此在維持高速電傳輸的同時改進了對所述電連接器的密封。

Description

用於硬碟驅動器的具有高速傳輸的氣密密封

本文中所公開的實施方式總體上涉及電子設備的電連接器，並且更具體地涉及用於硬碟驅動器中的氣密電連接器。

硬碟驅動器（HDD）係非易失性存放裝置，其容置在保護性封殼中並且將數位編碼數據存儲在一個或多個磁介質（如磁片）上。當HDD運行時，每個磁片藉由中軸系統迅速自旋。利用讀取/寫入磁頭將數據從磁片讀取和寫入到磁片，所述讀取/寫入磁頭藉由致動器定位在磁片的特定位置上。 讀取/寫入磁頭使用磁場來從磁片的表面讀取數據並將數據寫入到磁片的表面。寫入磁頭利用電流經線圈，產生磁場。利用不同模式的正電流和負電流將電脈衝發送到寫入磁頭。寫入磁頭的線圈中的電流感應出跨所述頭與磁片之間的間隙的磁場，這反過來磁化記錄盤上的小區域。 因為氦氣密度係空氣密度的七分之一，所以在氦環境中操作HDD存在各種優點。例如，在氦中操作HDD減小了作用在自旋的盤堆疊上的拖曳力以及盤主軸電機所使用的機械功率。進一步，在氦氣中進行操作減小了盤的顫振和懸浮，允許將盤放置在靠近彼此的位置，並且藉由使能更小、更窄的數據磁軌間距增大了面密度。氦的更低的剪力和更有效的熱傳導還意味著HDD將運行地更冷並且將發出更少的聲學雜訊。由於低濕度、對高度和外部壓力變化的低敏感度、以及缺少腐蝕性氣體或污染物，因此還提高了HDD的可靠性。然而，已知的用於在氦中密封HDD的設備和方法導致HDD的成本顯著增加，並且可能犧牲高速電傳輸以便改進關於氦氣的HDD密封。 因此，本領域需要一種用於密封內部具有氦氣的HDD的改進之裝置。

本文中所公開的實施方式總體上涉及用於硬碟驅動器中的氣密電連接器。所述氣密電連接器包括屏障結構，所述屏障結構具有佈置在所述屏障結構的第一表面上的第一多個連接焊盤以及佈置在所述屏障結構的與所述第一表面相反的第二表面上的第二多個連接焊盤。多個導體被佈置在所述屏障結構內，並且每個導體耦合至所述第一多個連接焊盤中的連接焊盤以及所述第二多個連接焊盤中的相應連接焊盤。所述屏障結構進一步包括所述第一與第二表面之間的介電材料以及嵌入在所述介電材料中的一個或多個層。所述層的增加幫助抑制氦氣流動，由此在維持高速電傳輸的同時改進了對所述電連接器的密封。 在一個實施方式中，氣密電連接器包括：外部連接器；內部連接器；以及屏障結構，所述屏障結構佈置在所述外部連接器與所述內部連接器之間。所述屏障結構包括介電材料（具有第一表面以及與所述第一表面相反的第二表面）以及嵌入在所述介電材料中的一個或多個層。所述一個或多個層各自包括多個開口。所述屏障結構進一步包括嵌入在所述介電材料中的多個導體。每個導體延伸通過每個層的多個開口中的相應開口。 在另一個實施方式中，氣密電連接器包括：外部連接器；內部連接器；以及屏障結構，所述屏障結構佈置在所述外部連接器與所述內部連接器之間。所述屏障結構包括：介電材料，所述介電材料具有第一表面以及與所述第一表面相反的第二表面；第一多個連接焊盤，所述第一多個連接焊盤佈置在所述第一表面上；第二多個連接焊盤，所述第二多個連接焊盤佈置在所述第二表面上；以及多個導體，所述多個導體嵌入在所述介電材料中。每個導體具有鄰近所述第一多個連接焊盤中的相應連接焊盤的第一端以及鄰近所述第二多個連接焊盤中的相應連接焊盤的第二端。所述屏障結構進一步包括：第一接地層，所述第一接地層嵌入在所述介電材料中，並且所述第一接地層與每個導體的所述第一端共面。所述屏障結構進一步包括：第二接地層，所述第二接地層嵌入在所述介電材料中，並且所述第二接地層與每個導體的所述第二端共面。所述屏障結構進一步包括：一個或多個層，所述一個或多個層嵌入在所述介電材料中，並且所述一個或多個層位於所述第一與第二接地層之間。 在另一個實施方式中，硬碟驅動器（HDD）包括：一個或多個磁介質；一個或多個滑塊；一個或多個磁頭組件；以及氣密電連接器。所述氣密電連接器包括：外部連接器；內部連接器；以及屏障結構，所述屏障結構佈置在所述外部連接器與所述內部連接器之間。所述屏障結構包括介電材料（具有第一表面以及與所述第一表面相反的第二表面）以及嵌入在所述介電材料中的一個或多個層。所述一個或多個層各自包括多個開口。所述屏障結構進一步包括嵌入在所述介電材料中的多個導體。每個導體延伸通過每個層的多個開口中的相應開口。

以下將參考各個實施方式。然而，應當明白，本公開不限於具體描述的實施方式。相反，以下特點和元素的任意組合，不管是否涉及不同的實施方式，被認為實施並實踐所要求保護的主題。此外，儘管本文中所描述的實施方式可以藉由其他可能解決方案和/或藉由先前技術實現優點，但是具體優點是否由給定實施方式實現並不限制所要求保護的主題。因此，下面的方面、特徵、實施方式以及優點僅僅是說明性的，並且不應認為係所附申請專利範圍的元素和限制，除非在申請專利範圍中有清楚記載。 本文中所公開的實施方式總體上涉及用於硬碟驅動器（HDD）中的氣密電連接器。所述氣密電連接器包括屏障結構，所述屏障結構具有佈置在所述屏障結構的第一表面上的第一多個連接焊盤以及佈置在所述屏障結構的與所述第一表面相反的第二表面上的第二多個連接焊盤。多個導體被佈置在所述屏障結構內，並且每個導體耦合至所述第一多個連接焊盤中的連接焊盤以及所述第二多個連接焊盤中的相應連接焊盤。所述屏障結構進一步包括所述第一與第二表面之間的介電材料以及嵌入在所述介電材料中的一個或多個層。所述層的增加幫助抑制氦氣流動，由此在維持高速電傳輸的同時改進了對所述電連接器的密封。 圖1A展示了根據本文中所描述的實施方式的示例性硬碟驅動器（HDD）100之示意性前視圖。如所展示的，HDD 100可以包括一個或多個磁介質110（如磁片）、致動器裝置120、與磁介質中的每個磁介質相關聯的致動器臂130、以及附裝在底盤150中的主軸電機140。如圖1A中所展示的，一個或多個磁介質110可以被垂直地安排。此外，一個或多個磁介質可以與主軸電機140相耦合。 一個或多個滑塊170可以被定位在靠近磁介質110，每個滑塊170支撐一個或多個磁頭組件180。磁介質110可以包括數據磁軌的任何合適的模式，如每個磁介質110的頂表面和底表面兩者上的同心數據磁軌的環形模式。隨著磁介質旋轉，滑塊170在頂表面和/或底表面中以及在其上方徑向移動，從而使得磁頭組件180可以訪問磁介質110的寫入期望的數據的不同磁軌。每個滑塊170經由懸掛臂（未示出）附接至致動氣臂130。致動器臂130可以被配置成繞致動器軸線131旋轉以便將磁頭組件180放置在特定數據磁軌上。懸掛臂提供了偏置滑塊170朝向磁介質110的輕微彈力。每個致動器臂130被附接至致動器裝置120。如圖1A中所示出的致動器裝置120可以是音圈電機（VCM）。VCM包括在固定磁場內可移動的線圈，線圈移動的方向和速度由控制單元（未示出）提供的電機電流信號控制。 在HDD 100操作期間，磁介質110的旋轉生成每個滑塊170與向滑塊170施加向上力或升力的磁介質110之間的空氣軸承。空氣軸承由此平衡懸掛臂的輕微彈力，並且在正常操作期間，支撐滑塊170離開並略高於介質110表面小且基本上恒定的間隔。本文中所使用的術語“空氣”可以包括任何合適的氣體。在一個實施方式中，HDD 100充滿氦氣。 如圖1A中所示出的，HDD 100進一步包括經由互連電纜162耦合至臂電子模組164的氣密電連接器160。氣密電連接器160可以用於將HDD 100的內部部件與電子設備（如電腦）電連接。 上述對典型的磁介質存儲系統的描述，以及附圖1A的展示，僅用於說明的目的。很明顯，介質存儲系統可以包含大量的介質和致動器，每個致動器可以支撐多個滑塊。 圖1B係根據本文中所描述的實施方式的具有後蓋172的HDD 100的示意性後視圖。如圖1B中所示出的，HDD 100可以包括氣密電連接器160，並且氣密電連接器160可以包括穿過後蓋172形成的外部連接器166。再次，外部連接器166可以用於將HDD 100與任何合適的電子設備（如電腦）電連接。氣密電連接器160的外部連接器166可以包括用於建立與電子設備的電連接的多個引腳168。在一個實施方式中，存在28個引腳，但是將理解的是，可以存在更多或更少的引腳。為了防止氣體（如氦氣）從HDD 100中洩漏出，在不犧牲高速電傳輸的情況下，氣密電連接器160可以氣密地密封HDD 100。 圖2係根據本文中所描述的實施方式的HDD 100的一部分之截面透視圖。如圖2中所示出的，HDD 100包括耦合至托架206的氣密電連接器160。在一個實施方式中，托架206耦合至底盤150並且不是底盤150的一部分。在另一個實施方式中，托架206係底盤150的一部分。氣密電連接器160可以包括：用於與電子設備電連接的外部連接器166；用於與HDD 100的內部部件電連接的內部連接器202；以及佈置在外部連接器166與內部連接器202之間的屏障結構204。屏障結構204可以被佈置在氣密電連接器160的中心（相對於氣密電連接器160的厚度）處，並且可以獨立於內部連接器202和外部連接器166中的電路層。其結果係，能夠抑制氣密電連接器160的電容的影響。此外，獨立且位於中心的屏障結構204（相對於氣密電連接器160）還確保特徵阻抗的一致性，所述特徵阻抗的一致性確保了通過氣密電連接器160的高速電傳輸。 圖3A至圖3B係根據本文中所描述的實施方式的屏障結構204之截面透視圖。如圖3A中所示出的，屏障結構204包括介電材料303，所述介電材料具有第一表面304以及與第一表面304相反的第二表面308。介電材料可以是任何合適的介電材料，如酚醛紙、環氧紙、複合玻璃、玻璃環氧樹脂、或聚合物。介電材料303可以是多層結構。第一多個連接焊盤302可以佈置在第一表面304上，並且第二多個連接焊盤306可以佈置在第二表面308上。第一表面304可以耦合至外部連接器166（圖1B），並且第一多個連接焊盤302可以電連接至多個引腳168（圖1B）。類似地，第二表面308可以耦合至內部連接器202，並且第二多個連接焊盤306可以電連接至佈置在內部連接器202上的多個引腳（未示出）。 如圖3A中所示出的，第一多個連接焊盤302和第二多個連接焊盤306可以藉由多個導體310電連接。每個導體310可以包括鄰近第一多個連接焊盤302中的相應連接焊盤302的第一端312，並且第一端312可以藉由導體316電連接至相應連接焊盤302。每個導體310還可以包括鄰近第二多個連接焊盤306中的相應連接焊盤306的第二端314，並且第二端314可以藉由導體318電連接至相應連接焊盤306。多個導體310和導體316、318可以嵌入在介電材料303中，並且可以由導電材料（如銅、導電聚合物、或鎳）構成。第一多個連接焊盤302和第二多個連接焊盤306可以偏移（即，不對齊）。 如圖3A中所示出的，屏障結構204還可以包括接地層320、322。接地層320、322可以由導電材料（如銅、導電聚合物、或鎳）構成。在一個實施方式中，接地層320與多個導體310的第一端312拉平或共面，並且接地層322與多個導體310的第二端314拉平或共面。在接地層320與連接焊盤302之間可以有距離D1，並且在接地層322與連接焊盤306之間可以有距離D2。距離D1和D2確保了連接焊盤302、306不與接地層320、322分別重疊，以便最小化寄生電容。為了進一步最小化寄生電容，距離D1和/或D2可以大於信號線的寬度。寄生電容係由於電子部件的零件的相互接近而存在於該等零件之間的不想要的電容。藉由增大零件之間（如導體310的兩端312、314分別與接地層320、322之間）的距離，減小了寄生電容。 介電材料303相對於小分子（如氦氣）可以是多孔的，因此HDD 100內的氦氣可以擴散或從介電材料303中洩漏出。一個或多個層330可以嵌入在介電材料303中，以便降低分壓梯度，即使分子很小。層330可以由金屬或具有約低於1.0e-14 g/cm*Torr的滲透率的材料構成，從而使得如氦等小分子無法擴散通過。一個或多個層330可以由以下材料構成：鋁、銅、陶瓷、石英、維克®、派熱克斯®7740硼矽酸鹽玻璃、康寧1720鋁矽酸鹽玻璃、氯丁橡膠、丁基橡膠、或丁腈橡膠（Buna-N）。一個或多個層330可以位於介電材料303內的中心。換言之，最接近第一表面304的層330與第一表面304之間的距離可以與最接近第二表面308的層330與第二表面308之間的距離相同。在一個實施方式中，如圖3A中所示出的，存在佈置在接地層320、322之間的兩個層330，但是將理解的是，可以存在更多或更少層330。在一個實施方式中，使用一個層330來替代兩個層330。兩個層330可以對齊且平行。每個層330中可以形成多個開口332，並且多個導體310中的每個導體310可以延伸通過層330的開口332。在每個層330與每個導體310之間可以有距離D3。距離D3可以小於距離D1和D2。在一個實施方式中，距離D3可以是約150微米或更多，如約200微米或500微米。因為氦氣無法擴散通過一個或多個層330，所以較小的距離D3減小了氦氣通過介電材料303的擴散速率。然而，距離D3不足以小到增大寄生電容。層330與導體310之間的距離D3足夠小以提高屏障結構204的氣密性，但是足夠大以不增大寄生電容。 圖3B係根據本文中所描述的另一個實施方式的屏障結構204的截面透視圖。如圖3B中所示出的，可以移除接地層320、322，以便進一步減小寄生電容。介電材料303的多個部分可以暴露在第一表面304上，並且所暴露的部分可以具有寬度D4。所暴露的部分可以位於多個連接焊盤302與金屬焊盤350之間或位於相鄰的連接焊盤302行之間。位於每個層330與導體310之間的距離D3可以小於寬度D4。在一個實施方式中，距離D3係約150微米。在另一個實施方式中，距離D3係約200微米。類似地，具有相比於D4更小的D3幫助抑制介電材料303中的氦氣流動，這減小了洩漏速率。在一個實施方式中，包括具有屏障結構204的氣密電連接器160的HDD 100的洩漏速率比具有傳統氣密電連接器的HDD的洩漏速率小約50%。 圖4係根據本文中所描述的實施方式的屏障結構204的截面透視圖。為了更好地展示，圖4中省略了介電材料303。如圖4中所示出的，每個導體310延伸通過一個或多個層330。每個導體310的第一端312經由導體316電連接至相應連接焊盤302。每個導體可以包括具有約300微米的截面直徑的圓柱體。每個層330中的每個開口332可以具有等於每個導體310的直徑加上距離D3（圖3A）的兩倍的直徑。在一個實施方式中，每個開口332的直徑等於導體310的直徑加上300微米。在另一個實施方式中，每個開口332的直徑等於導體310的直徑加上400微米。開口332可以是圓形的，並且每個導體310的圓柱體可以位於每個開口332的中心。換言之，每個導體310和相應的開口332可以是同心的。再次，氦氣可能洩漏或擴散通過介電材料303內的唯一位置係多個開口332。因為位於開口332內的導體310與層330之間的相對小的距離，所以抑制了介電材料303內的氦氣流動，導致減少氦氣從HDD 100中洩漏。 綜上所述，公開了用於HDD中的氣密電連接器。氣密電連接器可以包括具有介電材料的屏障層和嵌入在介電材料中的一個或多個層。一個或多個層幫助防止或減少小分子（如氦氣）擴散或洩漏通過介電材料。此外，每個層中可以形成多個開口，並且導體可以延伸通過每個開口。藉由具有每個導體與層之間的特定間隔，減小了寄生電容。 儘管以上針對本公開的實施方式，可構思其他及進一步實施方式而不悖離其基本範疇，且此範疇由以下的申請專利範圍決定。

100‧‧‧硬碟驅動器（HDD）

110‧‧‧磁介質

120‧‧‧致動器裝置

130‧‧‧致動器臂

131‧‧‧致動器軸線

140‧‧‧主軸電機

150‧‧‧底盤

160‧‧‧氣密電連接器

162‧‧‧互連電纜

164‧‧‧臂電子模組

166‧‧‧外部連接器

168‧‧‧引腳

170‧‧‧滑塊

172‧‧‧後蓋

180‧‧‧磁頭組件

202‧‧‧內部連接器

204‧‧‧屏障結構

206‧‧‧托架

302‧‧‧連接焊盤

303‧‧‧介電材料

304‧‧‧第一表面

306‧‧‧連接焊盤

308‧‧‧第二表面

310‧‧‧導體

312‧‧‧第一端

314‧‧‧第二端

316‧‧‧導體

318‧‧‧導體

320‧‧‧接地層

322‧‧‧接地層

330‧‧‧層

332‧‧‧開口

350‧‧‧金屬焊盤

D1‧‧‧距離

D2‧‧‧距離

D3‧‧‧距離

D4‧‧‧寬度

為了讓本公開內容的上述特徵能被更詳細地理解，可參考實施方式產生上述簡要概括的本公開的更具體的描述，該等實施方式的一些被圖示在附圖中。然而應注意，附圖僅圖示本公開的典型實施方式，且因此不應被考慮為限制本公開的範疇，因為本公開可接納涉及磁感測器的任何場的其他等效實施方式。 圖1A和圖1B示意性地展示了根據本文中所描述的實施方式之HDD。 圖2係根據本文中所描述的實施方式的HDD的一部分之透視截面圖。 圖3A至圖3B係根據本文中所描述的實施方式的屏障結構之透視截面圖。 圖4係根據本文中所描述的實施方式的屏障結構之透視截面圖。 為了便於理解，在可能的情況下已使用相同的參考數字以便指定與附圖共同的相同元件。應理解，不必特別說明，一個實施方式中公開的部件可以有益地使用於其他實施方式中。

Claims (20)

1. 一種密封電連接器，包括： 一外部連接器； 一內部連接器；及 一屏障結構，設置在該外部連接器與該內部連接器之間，其中該屏障結構包括： 一介電材料； 一個或多個接地層，嵌入該介電材料中；及 一個或多個氣體流動抑制層嵌入該介電材料中。
2. 如請求項1之密封電連接器，其中該屏障結構位於該密封電連接器內的中心。
3. 如請求項1之密封電連接器，其中該一個或多個氣體扼流層包括鋁、銅、陶瓷、石英、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、氯丁橡膠、丁基橡膠或丁腈橡膠（Buna-N）。
4. 如請求項1之密封電連接器，其中該一個或多個氣體流動抑制層包括兩層。
5. 如請求項1之密封電連接器，其中該一個或多個氣體流動抑制層包括一層。
6. 如請求項1之密封電連接器，其中該多個開口中的開口具有約至少600微米的直徑。
7. 一種密封電連接器，包括： 外部連接至設備之裝置； 內部連接至設備之裝置；及 在該外部連接至設備之裝置與該內部連接至設備之裝置之間提供屏障/連接的裝置，該屏障/連接提供裝置包括介電材料多層結構及嵌入該介電材料中的一個或多個氣體流動抑制層多層結構。
8. 如請求項7之密封電連接器，其中該一個或多個氣體流動抑制層由選自鋁、銅、陶瓷、石英、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、氯丁橡膠、丁基橡膠或丁腈橡膠（Buna-N）的材料製成。
9. 如請求項7之密封電連接器，其中該屏障/連接提供裝置之一個或多個氣體流動抑制層包括多個開口。
10. 如請求項9之密封電連接器，其中，該屏障/連接提供裝置包括與該多個開口的相應開口同心的導體。
11. 一種硬碟驅動器，包括： 一個或多個磁介質； 一個或多個滑塊； 一個或多個磁頭組件；及 一種密封電連接器，包括： 一外部連接器； 一內部連接器；及 一屏障結構，設置在外部連接器和內部連接器之間，其中該屏障結構包括： 嵌入介電材料中的一個或多個層，其中該一個或多個層各自包括多個開口； 第一複數個連接焊盤設置在該屏障結構的第一表面上；及 第二複數個連接焊盤設置在該屏障結構的第二表面上，其中第一多個連接焊盤從第二多個連接焊盤偏移。
12. 如請求項11之硬碟驅動器，其中該一個或多個層的層包括鋁、銅、陶瓷、石英、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、氯丁橡膠、丁基橡膠或丁腈橡膠（Buna-N）。
13. 如請求項11之硬碟驅動器，其中，該屏障結構位於該密封電連接器內的中心。
14. 如請求項11之硬碟驅動器，其中，該一個或多個層包括兩個層。
15. 如請求項11之硬碟驅動器，其中，該一個或多個層包括一個層。
16. 如請求項11之硬碟驅動器，其中該多個開口的開口具有約至少600微米的直徑。
17. 如請求項1之密封電連接器，其中，該屏障結構進一步包括設置在該屏障結構的第一表面上的第一多個連接焊盤及設置在該屏障結構的第二表面上的第二多個連接焊盤。
18. 如請求項17之密封電連接器，其中，該一個或多個接地層不與該第一多個連接焊盤及該第二多個連接焊盤重疊。
19. 如請求項17之密封電連接器，其中該一個或多個氣體流動抑制層與該第一多個連接焊盤和該第二多個連接焊盤重疊。
20. 如請求項7之密封電連接器，其特徵在於，該外部連接裝置和內部連接裝置是偏置的。