专利名称：压电元件及其制造方法以及磁头折片组合及磁盘驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁盘驱动装置，尤其涉及一种磁盘驱动装置的压电元件及该压电元件的制造方法。
背景技术：
一种常用信息存储装置是磁盘驱动装置，一种磁盘驱动装置是磁盘驱动装置，利用磁介质存储数据，并具有一可移动的磁性读/写头定位在磁介质上，以选择性地从磁盘读取或写入磁盘数据。
消费者一直在期望这类磁盘驱动装置的存储容量更大，且其读写速度及准确度更高。因此，磁盘驱动装置制造商一直在致力于开发高存储容量的磁盘驱动装置，例如通过使用窄轨道宽度和/或轨道间距相对较小的磁盘来增加磁盘的信道密度。然而，随着磁盘轨道密度的增加，对磁盘驱动装置内读/写头的位置控制要求也相应增加，以便在使用高密度磁盘时，能够实现快速而准确的读/写操作。随着磁盘轨道密度的增加，借助传统的技术来将读/写头快速而准确地定位在存储介质的特定信道上变得越来越困难。因此，为了利用轨道密度不断增大所带来的益处，磁盘驱动装置制造商一直在寻找能提高读/写头位置控制的方法。
一种经常被磁盘驱动装置制造商使用的、能提高在高密度磁盘上使用的读/写头位置控制的方法为采用一个副驱动器(secondary actuator)，即业界所知的微驱动器。该微驱动器与一主驱动器共同使用以便快速而准确地控制读/写头的位置。包含该微驱动器的磁盘驱动装置被称为双重驱动器系统。
过去业界已经开发了各种双重驱动器系统，用于提高存取速度及读/写头在高密度存储介质的特定轨道上的位置微调。这类双重驱动器系统通常包括一主音圈马达驱动器(VCM)及一次微驱动器，比如压电微驱动器。该音圈马达驱动器由一伺服控制系统所控制，该伺服控制系统可使承载读/写头的驱动臂旋转，以便将读/写头定位于存储介质的特定信息轨道上。该压电微驱动器与音圈马达驱动器共同使用，以便提高存取速度及读/写磁头在特定轨道上的位置微调。这样，音圈马达驱动器粗调读/写头的位置，而压电微驱动器精调读/写头相对于存储介质的位置。该压电微驱动器与音圈马达驱动器共同作用，使得数据信息可准确有效地被写入高密度存储介质中或自高密度存储介质中读出。
一种已知的用于微调读/写头位置的微驱动器含有压电元件。该微驱动器上具有相关电路用于激发微驱动器上的压电元件，使该压电元件选择性地收缩或膨胀。该微驱动器具有适当配置使得压电元件的收缩或膨胀可使该微驱动器移动，进而使读/写头移动。相对于仅仅使用音圈马达驱动器的磁盘驱动装置，该读/写头的移动可更加快速而精确地调整读/写头的位置。名称为“微驱动器及磁头折片组合”的日本专利申请第JP2002-133803号，及名称为“具有位置微调的微驱动器的磁头折片组合、具有该磁头折片组合的磁盘驱动器及磁头折片组合的制造方法”的日本专利申请第JP2002-074871号，均揭露了压电微驱动器的结构。
图1a所示为传统的磁盘驱动装置，其中磁盘101安装在用以旋转磁盘101的主轴马达102上。音圈马达臂104承载一个磁头折片组合100，该磁头折片组合100包括具有读/写头的磁头103及微驱动器105。音圈马达115控制音圈马达臂104的运动，进而控制磁头103沿磁盘101的表面从一个轨道移动到另一个轨道，从而令读/写头可从磁盘101读写数据。工作时，旋转的磁盘101与包含读/写头的磁头103之间形成空气动力作用，并产生提升力。该提升力与磁头折片组合100的悬臂件上施加的弹力的大小相等、方向相反，这样在音圈马达臂104的全径行程中，该升力使音圈马达臂104在磁盘101表面上保持一定的飞行高度。。
图1b所示为图1a中包含双重驱动器的传统磁盘驱动装置的磁头折片组合100。然而，由于音圈马达及磁头悬臂组合(HSA)的固有公差，磁头103无法实现快速而准确的位置控制，这将极大地影响读/写头准确地从磁盘读写数据。因此，必须使用如上所述的压电微驱动器105来改善磁头及读/写头的位置控制。更具体地讲，相对于音圈马达，该压电微驱动器105以更小的幅度纠正磁头103的位移，以便补偿音圈马达和/或磁头悬臂组合的共振公差。所述微驱动器105的存在，使得使用具有较小磁轨间距的磁盘成为可能，且可使磁盘驱动装置的TPI值(tracks per inch)提高50％，同时可以有效缩短磁头寻轨及定位时间。因此，压电微驱动器105可使信息存储磁盘的表面记录密度大幅度提高。
请参考图1c和1d，传统的压电微驱动器是U形压电微驱动器105。该U形压电微驱动器105具有U形陶瓷框架，U形陶瓷框架具有两陶瓷臂107，每一陶瓷臂107上具有一个压电元件。两陶瓷臂107将磁头103固持在其间，并通过陶瓷臂107的移动使得该磁头103产生位移。如图1b和图1c所示，该压电微驱动器105物理连接到悬臂件113的挠性件114上。三个电连接球109(金球焊接GBB或锡球焊接SBB)将该压电微驱动器105连接到位于每一陶瓷臂107一侧的悬臂电缆110上。另外，四个金属球108(GBB或SBB)将磁头103连接到悬臂电缆110上。图1d展示了磁头103组装到压电微驱动器105的典型过程，如图1d和2所示，磁头103通过环氧胶112在两预定位置106连接到两陶瓷臂107，该连接方式导致磁头103的移动取决于两陶瓷臂107的移动。压电微驱动器105的每一陶瓷臂107上安装一个压电元件116，以便通过激发压电元件116来控制磁头103的运动。更具体地讲，当通过悬臂电缆110对压电元件116供电时，该压电元件116会膨胀或收缩，结果导致U形微驱动器的两陶瓷臂107产生变形，进而导致磁头103在磁盘的磁轨上运动，从而微调读/写头的位置。通过这种方式，借助磁头103的可控制的运动可实现位置微调。
图1e展示了图1d所示的磁头103及压电微驱动器105组装在一起后的情况。图1e和图2还展示了两个可能的平移运动，如箭头117a和117b所示，该平移运动是压电微驱动器105受激发时所产生，同时在压电微驱动器105的基部产生合成反作用力118a、118b。
然而，如图2所示，当对压电元件116施加电压时，压电元件116只在沿垂直于电极层171和压电层172的厚度方向上产生弯曲位移，而在平行电极层171和压电层172的宽度方向(或横向)不产生弯曲位移。这大大限制了压电元件116的应用范围。
因此需要一种改良的压电元件及其制造方法来克服上述缺点。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明之一目的在于提供一种压电元件，对其施加电压时，该压电元件可以沿其横向产生弯曲位移。
本发明之另一目的在于提供一种具有压电元件的磁头折片组合，该压电元件可以沿其横向产生弯曲位移。
本发明之又一目的在于提供一种压电元件的制造方法，使该压电元件可以沿其横向产生弯曲位移。
本发明之再一目的在于提供一种具有压电元件的磁盘驱动装置，该压电元件可以沿其横向产生弯曲位移。
为了实现上述第一目的，本发明提供的压电元件包括叠层件(laminatedstructure)和至少一个支撑件。所述叠层件是由电极层和压电层交替层压而成并界定一厚度方向的叠层结构，其中每一压电层夹在两相邻电极层之间。所述支撑件设于所述叠层件的一侧，并沿所述叠层件的纵向延伸，当通过所述电极层对压电元件施加电压时，压电元件至少沿其横向弯曲。
在本发明的一个实施例中，所述支撑件设于所述叠层件的一侧面，该侧面平行于所述压电元件的厚度方向。
在本发明的另一个实施例中，所述支撑件包括绝缘层和设于其上的支撑层，所述绝缘层夹在所述支撑层和所述叠层件之间。
在本发明的又一个实施例中，所述叠层件内开设有槽口(notch)或狭槽(slot)，使压电元件更容易弯曲。
为了实现上述另一目的，本发明提供的磁头折片组合包括磁头、压电元件及支撑所述磁头和所述压电元件的悬臂件，所述压电元件夹在所述磁头和所述悬臂件之间，所述压电元件包括叠层件及至少一个支撑件，所述叠层件是由电极层和压电层交替层压而成并界定一厚度方向的叠层结构，其中每一压电层夹在两相邻电极层之间。所述支撑件设于所述叠层件的一侧，并沿所述叠层件的纵向延伸，当通过所述电极层对压电元件施加电压时，压电元件至少沿其横向弯曲。
为了实现上述又一目的，本发明提供的压电元件的制造方法包括以下步骤(1)沿厚度方向交替层压电极层和压电层以使每一个压电层夹在两相邻电极层之间，从而形成叠层件；(2)在叠层件的一侧组装至少一支撑件，以使支撑件沿叠层件的纵向延伸。
为了实现上述再一目的，本发明提供的磁盘驱动装置包括磁头折片组合、连接所述磁头折片组合的驱动臂、碟片以及使所述碟片旋转的主轴马达，其中所述磁头折片组合包括磁头、压电元件及支撑所述磁头和所述压电元件的悬臂件，所述压电元件夹在所述磁头和所述悬臂件之间，所述压电元件包括叠层件及至少一个支撑件，所述叠层件是由电极层和压电层交替层压而成并界定一厚度方向的叠层结构，其中每一压电层夹在两相邻电极层之间。所述支撑件设于所述叠层件的一侧，并沿所述叠层件的纵向延伸，当通过所述电极层对压电元件施加电压时，压电元件至少沿其横向弯曲。
与现有技术相比，压电元件不但在厚度方向上可以产生弯曲位移，还可以沿横向产生弯曲位移，从而精确控制与其连接的磁头的位置。
为使本发明更加容易理解，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
图1a为传统磁盘驱动装置的部分立体图。
图1b为传统磁头折片组合的立体图。
图1c为图1b所示磁头折片组合的局部放大图。
图1d展示了磁头组装到图1b所示磁头折片组合的微驱动器的过程。
图1e为现有技术之磁头与微驱动器组装后的立体图。
图2为图1e的俯视图，以展示压电元件的弯曲方向。
图3a为本发明第一实施例之压电元件的立体图。
图3b为图3a所示压电元件另一视角的立体图。
图3c为图3a所示压电元件的立体分解图。
图4为本发明第二实施例之压电元件的立体图。
图5为本发明第三实施例之压电元件的立体图。
图6为本发明第四实施例之压电元件的立体图。
图7为本发明第五实施例之压电元件的立体图。
图8为本发明第六实施例之压电元件的立体图。
图9为本发明第七实施例之压电元件的立体图。
图10a为图3a所示压电元件的电连接的示意图。
图10b为图3a所示压电元件的另一电连接的示意图。
图10c展示了本发明压电元件的电极层间的连接结构。
图11展示了图3a所示压电元件的工作状态。
图12为本发明磁头折片组合的立体分解图。
图13为本发明磁盘驱动装置的立体分解图。
图中各元件的附图标记说明如下压电元件90a、90b、90c、90d、90e、90f、90g叠层件 91、911、912、913 支撑件 94、944、945末端92 自由末端 93压电层 201电极层 202导电触点203、204 绝缘层 205支撑层 206槽口 501
固定部507纵向701极化方向 801厚度方向802横向 901磁头折片组合 70 磁头71悬臂件30 基板321铰链 324挠性件 325负载杆326悬臂舌片328磁盘驱动装置 80 碟片801主轴马达 802音圈马达807壳体 808具体实施方式
现在结合说明书附图3-13对本发明的几个最佳实施例进行描述，各附图中相同的元件以相同的附图标记标出。如上文所述，本发明旨在提供一种压电元件，该压电元件包括一叠层件，该叠层件是由电极层和压电层交替层压而成的叠层结构，具有一厚度方向，其中每一压电层夹在两相邻电极层之间；及至少一支撑件，设在叠层件的一侧，并沿叠层件的纵向方向延伸。当通过电极层对压电元件施加电压时，压电元件至少沿其横向弯曲。通过在叠层件的一侧设置至少一支撑件，本发明之压电元件获得一平行电极层和压电层的特定弯曲方向。换句话说，本发明之压电元件可以用于使物体，例如使磁头沿平行于电极层和压电层的弯曲方向位移。
请参考图3a-3c，为本发明之压电元件的第一实施例，该压电元件90a包括一叠层件91和一支撑件94。该叠层件91是通过交替层压电极层和压电层形成的，例如，交替层压四层电极层202和三层压电层201。这样，每一压电层201都被夹在两相邻的电极层202之间，通过电极层202就可对压电层201施加激发电压。在本发明的一个实施例中，有用到薄膜成型法，如镀覆工艺或光掩模工艺，逐层制作叠层件91的压电层201，该方法相对简单，而且成本低。此外，还有若干导电触点，例如二导电触点203、204设在最外侧电极层202的一末端，以便通过导电触点203、204对压电元件90a施加电压。
请参考图3a，压电元件90a界定一纵向701、一厚度方向802和一横向901，这三个方向彼此相互垂直，其中纵向701和横向901平行压电层201和电极层202，厚度方向802垂直压电层201和电极层202。在本发明的一个实施例中，所有的压电层201都有相同的厚度和相同的结构。请参考图10a，每一压电层201还具有一极化方向801，该极化方向801是经过磁化处理而形成的，该磁化处理既可在叠层件91形成之前，也可在形成之后进行。在本发明的一个实施例中，相邻的压电层201的极化方向是相反的。
再请参考图3a，电极层202是由铜、黄金或其他具有良好电导率的导电材料制成的。电极层202的尺寸与压电层201大致相同，以便电极层202能够完全覆盖压电层201的表面。在本发明的一个实施例中，所有电极层202具有相同的厚度及相同的结构。
续请参考图3a，二导电触点203、204之间没有电连接，而是分别电连接于相邻的电极层202，其中相邻的两层电极层202之间夹一层压电层201。这样，当两个导电触点203、204分别与外部电源(图未示)连接时，电压就施加在每一压电层201上，从而使压电层201伸长或缩短。
仍请参考图3a，支撑件94设在叠层件91的一侧，并沿叠层件91的纵向701延伸。在本发明的一个实施例中，支撑件94包括一绝缘层205和一支撑层206，支撑层206位于绝缘层205的外面。在本发明的一个实施例中，支撑层206可以具有导电性，由不锈钢、硅、铜合金或其他合适的导电材料制成。当支撑件94组装在叠层件91上时，绝缘层205被夹在支撑层206和叠层件91之间，以阻止支撑层206与叠层件91电接触，从而防止短路。
在本发明的另外一个实施例中，支撑层206也可用合适的非导电材料制作，在这种情况下，支撑件94中就可以不用绝缘层205。
图4-5分别显示了本发明压电元件可选择的第二、第三实施例。请参考图4，第二实施例之压电元件90b的结构与图3a所示之压电元件90a相似，但是压电元件90b的叠层件911内设有一个槽口501，此槽口501的设计可使压电元件90b容易弯曲。在本实施例中，槽口501呈矩形，但槽口501的形状并不局限于矩形，任何其他适当的形状也都适用。请参考图5，压电元件90c的叠层件912内设有三个槽口501，这样可使压电元件90c更容易弯曲。可以理解的是，在本发明压电元件的叠层件上可以设置任何适当个数的槽口501。而且，槽口(notch)501也可用狭缝(slot)等适当的结构代替，只要能使压电元件容易弯曲。
图6所示为本发明第四实施例之压电元件90d。该压电元件90d的结构与图3a所示的压电元件90a相似。不同的是，压电元件90d有两个支撑件944，代替压电元件9a中的一个支撑件94。两个支撑件944分别装在叠层件91一侧的上表面和下表面，并与叠层件91的电极层202和压电层201相平行。
图7所示为本发明第五实施例之压电元件90e。该压电元件90e的结构与图6所示的压电元件90d相似。不同的是，在压电元件90e的叠层件91的一末端上形成一固定部507，该固定部507的设置是为了将压电元件90e安装在支撑部件如悬臂件30上(如图12所示)。
图8所示为本发明第六实施例之压电元件90f。该压电元件90f的叠层件913是通过将两层电极层202和一层压电层201交替层压形成的，由绝缘层205和支撑层206组成的支撑件94组装在叠层件913的一侧。
图9所示为本发明第七实施例之压电元件90g。该压电元件90g的结构与图8所示的压电元件90f相似。不同的是，压电元件90g的支撑件945是一个，支撑件945固定在叠层件913一侧的上表面，并与叠层件913的电极层202和压电层201平行。
图10a为图3a所示的压电元件90a的电连接示意图，并显示了其中相邻压电层201的极化方向801是相反的。可以理解的是，图10a所示电连接也可适用于图4-9所示的压电元件90b-90g。
再请参考图10a，每两相邻电极层202之一通过导电触点203被施加电压V，另一电极层202通过导电触点204接地。这样，加在每一压电层201上的电压与该压电层201的极化方向801相反，从而使所有的压电层201同时缩短或同时伸长。
图10b为图3a所示的压电元件90a的另一电连接的示意图，其中导电触点203接地，而导电触点204被施加电压V。这样加在每一压电层201上的电压就与该压电层201的极化方向801相一致，从而使所有的压电层201同时伸长或者同时缩短。
图10c为图3a所示的电极层202之间的典型连接。如图所示，相邻的电极层202之间没有电连接，但是每隔一层的电极层202之间通过其中的导电层相互电连接。
图11显示了图3a所示的压电元件90a的工作状态。当叠层件91，也就是压电层201(见图3a)，被施加电压时，他们同时缩短或者同时伸长。然而，由于支撑件94具有适当的硬度，从而制约了压电层201的缩短或者伸长，所以压电层201的缩短或者伸长就会对支撑件94施加一个反作用力，并使支撑件94和叠层件91一起沿着其横向901弯曲，该横向901与压电层201平行。在本发明中，压电元件90a的一末端92固定在一硬支撑部件上，例如如图12所示的悬臂件30，另一末端为自由末端93，可以产生位移，从而精确控制物体如磁头的位置。压电元件90a的详细工作过程相信为本领域的技术人员所熟悉，因此不再作进一步的讨论。
在本发明中，压电元件的制造方法包含以下步骤(1)沿厚度方向交替层压电极层和压电层以使每一个压电层夹在两相邻电极层之间，从而形成叠层件；(2)在叠层件的一侧组装至少一支撑件，并使支撑件沿叠层件的纵向延伸。在本发明的一个实施例中，支撑件组装在叠层件的一侧面上，此侧面与所述压电元件的厚度方向平行。在本发明的另一个实施例中，形成支撑件的步骤包括形成绝缘层，并在绝缘层外侧形成支撑层；将绝缘层与叠层件连接一起。在本发明中，形成叠层件的步骤还包括在叠层件内形成至少一槽口或狭缝，以使压电元件容易弯曲。
请参考图12，本发明之磁头折片组合70包括一磁头71、一压电元件90a及支撑磁头71和压电元件90a的悬臂件30。该悬臂件30具有基板321、铰链324、挠性件325和负载杆326，这些部件组装在一起。挠性件325有一悬臂舌片328，压电元件90a安装在悬臂舌片328上，夹在磁头71和悬臂舌片328之间。具体的讲，压电元件90a的一末端92固定在悬臂件30上，自由末端93用来精确地调节磁头71的位置。可理解的是，本发明其他实施例中的压电元件也同样适用于磁头折片组合。
请参考图13，根据本发明的一种实施方式，本发明之磁盘驱动装置80由壳体808、碟片801、主轴马达802、音圈马达807和本发明之磁头折片组合70组成。由于本发明磁盘驱动装置的组装工艺为本技术领域的普通技术人员所熟知，因此不再详述。
可以预期本发明之磁盘驱动装置80不但适用于的磁盘装置，例如如图13所示的磁盘，而且还适用于其他形式的装置，如用驱动器调节光头位置的光盘驱动装置，但并不局限于光盘驱动装置，只要是用驱动器调节磁头位置的磁盘驱动装置均可。因此，图13所示的磁盘装置仅是本发明的一个实施例，当然不是对本发明的限制。相应的，也无意把本发明的申请限制在特定的装置上，如磁盘装置。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.一种压电元件，包括叠层件，所述叠层件是由电极层和压电层交替层压而成并界定一厚度方向的叠层结构，其中每一压电层夹在两相邻电极层之间，其特征在于所述压电元件还包括至少一支撑件，该支撑件设于所述叠层件的一侧，并沿所述叠层件的纵向延伸，当通过所述电极层对压电元件施加电压时，压电元件至少沿其横向弯曲。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于所述支撑件设于所述叠层件的一侧面，该侧面平行于所述压电元件的厚度方向。
3.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于所述支撑件包括绝缘层和位于其上的支撑层，所述绝缘层夹在所述支撑层和所述叠层件之间。
4.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于所述叠层件内开设有至少一槽口或狭槽。
5.一种磁头折片组合，包括磁头、压电元件及支撑所述磁头和所述压电元件的悬臂件，所述压电元件夹在所述磁头和所述悬臂件之间，包括叠层件，所述叠层件是由电极层和压电层交替层压而成并界定一厚度方向的叠层结构，其中每一压电层夹在两相邻电极层之间，其特征在于所述压电元件还包括至少一支撑件，该支撑件设于所述叠层件的一侧，并沿所述叠层件的纵向延伸，当通过所述电极层对压电元件施加电压时，压电元件至少沿其横向弯曲。
6.如权利要求5所述的磁头折片组合，其特征在于所述支撑件设于所述叠层件的一侧面，该侧面平行于所述压电元件的厚度方向。
7.如权利要求5所述的磁头折片组合，其特征在于所述支撑件包括绝缘层和位于其上的支撑层，所述绝缘层夹在所述支撑层和所述叠层件之间。
8.如权利要求5所述的磁头折片组合，其特征在于所述叠层件内开设有至少一槽口或狭槽。
9.一种压电元件的制造方法，其特征在于包括以下步骤(1)沿厚度方向交替层压电极层和压电层以使每一个压电层夹在两相邻电极层之间，从而形成叠层件；及(2)在叠层件的一侧附设至少一支撑件，以使所述支撑件沿叠层件的纵向延伸。
10.如权利要求9所述的压电元件的制造方法，其特征在于所述支撑件连接于所述叠层件的一侧面，该侧面平行于所述压电元件的厚度方向。
11.如权利要求9所述的压电元件的制造方法，其特征在于所述支撑件的形成步骤包括形成绝缘层及所述绝缘层上的支撑层；将所述绝缘层与所述叠层件连接在一起。
12.如权利要求9所述的压电元件的制造方法，其特征在于形成所述叠层件的步骤还包括在所述叠层件内开设至少一槽口或狭槽。
13.一种磁盘驱动装置，包括磁头折片组合、连接所述磁头折片组合的驱动臂、碟片以及使所述碟片旋转的主轴马达，其中所述磁头折片组合包括磁头、压电元件及支撑所述磁头和所述压电元件的悬臂件，所述压电元件夹在所述磁头和所述悬臂件之间，所述压电元件包括叠层件，所述叠层件是由电极层和压电层交替层压而成并界定一厚度方向的叠层结构，其中每一压电层夹在两相邻电极层之间，其特征在于所述压电元件还包括至少一支撑件，该支撑件设于所述叠层件的一侧，并沿所述叠层件的纵向延伸，当通过所述电极层对压电元件施加电压时，压电元件至少沿其横向弯曲。
全文摘要
本发明公开了一种压电元件，该压电元件包括叠层件，所述叠层件是由电极层和压电层交替层压而成并界定一厚度方向的叠层结构，其中每一压电层夹在两相邻电极层之间，其特征在于所述压电元件还包括至少一支撑件，该支撑件设于所述叠层件的一侧，并沿所述叠层件的纵向延伸，当通过所述电极层对压电元件施加电压时，压电元件至少沿其横向弯曲，从而精确控制与其连接的磁头的位置。本发明同时公开了该压电元件的制造方法，还公开了具有该压电元件的磁头折片组合及磁盘驱动装置。
文档编号G11B21/10GK101079468SQ20061008410
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月23日 优先权日2006年5月23日
发明者李汉辉 申请人:新科实业有限公司