专利名称：微致动器、微致动器悬臂件及磁头折片组合的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信息记录磁盘驱动单元，更具体地涉及一种用于磁盘驱动设备的微致动器、微致动器悬臂件及磁头折片组合(head gimbal assembly，HGA)或磁头驱动臂组合(head stack assembly)。
背景技术：
一种常见的信息存储设备是磁盘驱动系统，其使用磁性媒介来存储数据及设置于该磁性媒介上方的可移动读写头来选择性地从磁性媒介上读取数据或将数据写在磁性媒介上。
消费者总是希望这类磁盘驱动系统的存储容量不断增加，同时希望其读写速度更快更精确。因此磁盘制造商一直致力于开发具有较高存储容量的磁盘系统，比如通过减少磁盘上的磁轨宽度或磁轨间距的方式增加磁轨的密度，进而间接增加磁盘的存储容量。然而，随着磁轨密度的增加，对读写头的位置控制精度也必须相应的提高，以便在高密度磁盘中实现更快更精确的读写操作。随着磁轨密度的增加，使用传统技术来实现更快更精确将读写头定位于磁盘上适当的磁轨变得更加困难。因此，磁盘制造商一直寻找提高对读写头位置控制的方式，以便利用不断增加的磁轨密度所带来的益处。
磁盘制造商经常使用的一种提高读写头在高密度盘上位置控制精度的方法为采用第二个驱动器，也叫微驱动器。该微驱动器与一个主驱动器配合共同实现对读写头的位置控制精度及速度。包含微驱动器的磁盘系统被称为双驱动器系统。
在过去曾经开发出许多用于提高存取速度及读写头在高密度磁盘的磁轨上定位精度的双驱动器系统。这种双驱动器系统通常包括一主音圈马达驱动器及一副微驱动器，比如压电微驱动器(即压电微驱动器，以下简称为压电微驱动器)。该音圈马达驱动器由伺服控制系统控制，该伺服控制系统导致驱动臂旋转，该驱动臂上承载读写头以便将读写头定位于存储盘的磁轨上。压电微驱动器与音圈马达驱动器配合使用共同提高存取速度及实现读写头在磁轨位置的微调。音圈马达驱动器对读写头的位置粗调，而压电微驱动器对读写头相对于磁盘的位置的精调。通过两个驱动器的配合，共同实现数据在存储盘上高效而精确的读写操作。
一种已知的用于实现对读写头位置微调的微驱动器包含有压电元件。该压电微驱动器具有相关的电子装置，该电子装置可导致微驱动器上的压电元件选择性的收缩或扩张。压电微驱动器具有适当的结构，使得压电元件的收缩或扩张引起微驱动器的运动，进而引起读写头的运动。相对于仅仅使用音圈马达驱动器的磁盘系统，该读写头的运动可以实现对读写头位置更快更精确的调整。这类范例性的压电微驱动器揭露于许多专利中，比如名称为“微驱动器及磁头折片组合”的日本专利JP 2002-133803，及名称为“具有实现位置微调的驱动器的磁头折片组合，包含该磁头折片组合的磁盘系统及该磁头折片组合的制造方法”的日本专利JP 2002-074871。
图1-2所示为传统的磁盘驱动单元，磁盘101安装在主轴马达102上并由其旋转。音圈马达臂104上承载有磁头折片组合100，该磁头折片组合100包括含有磁头103的微驱动器105，该磁头103上安装有读写头。一音圈马达控制音圈马达臂104的运动，进而控制磁头103在磁盘101的表面上的磁轨之间的移动，最终实现读写头在磁盘101上数据的读写。
然而，由于音圈马达及磁头悬臂组合的固有误差，磁头103无法实现快速而精确的位置控制，相反地，而是影响读写头精确读写磁盘上数据的性能。为此，增加上述压电微驱动器105，以便提高磁头及读写头的位置控制精度。更具体地讲，与音圈马达比较，该压电微驱动器105以更小的幅度来调整磁头103的位移，以便补偿音圈马达和(或)磁头悬臂组合的共振误差。该压电微驱动器使得应用更小的磁轨间距成为可能，并且可以将磁盘系统的磁轨密度(TPI，每英寸所含磁轨数量)提高50％，同时可以减少磁头的寻轨时间(seeking time)及定位时间(settling time)。因此，压电微驱动器可以大幅度提高存储盘的表面记录密度。
图3展示了现有的一种微致动器，例如美国专利第6,198,606号所披露的微致动器。磁头112(包含读/写头)用于在磁盘表面上方维持预定的飞行高度。一个微致动器可以具有挠性梁(flexible beams)114，用于将支撑装置116与磁头容纳单元118连接起来。这种结构使所述磁头112能够独立于驱动臂移动。电磁组件或电磁/铁磁组件可用于对所述磁头112相对于所述驱动臂的位置进行微调。
图3展示的结构存在一些缺陷。首先，由于微致动器在磁头悬臂(suspension)上的位置很小，使得制造电磁组件或电磁/铁磁组件很困难。此外，它的重量可能会影响磁头折片组合的性能，例如共振性能。其次，挠性梁114制造困难，它的刚度可能会极大地影响微致动器的性能，例如位移和抗震性能。此外，当运行条件例如温度及湿度发生变化时，挠性梁114可能会产生微屑和老化的问题。另外，挠性梁和电磁组件或电磁/铁磁组件的装配是一个完整的过程，并且该装配过程不容易控制。这导致制造成本增加及过程变数更大。
因此有必要提供一种改进的系统以克服现有技术的不足。
发明内容
本发明一方面涉及用于磁头折片组合的微致动器。所述微致动器包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的支撑架、平衡块及一对压电元件。所述支撑架包括底支撑件、用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑件及将所述所述底支撑件和顶支撑件互相连接起来的一对边臂。所述边臂自底支撑件和顶支撑件的相应侧边垂直地延伸而出。所述块安装于所述底支撑件上用于提供共振平衡。所述每个压电元件安装在所述支撑架对应的边臂与所述块对应的侧面上。所述压电元件可被激励而导致所述边臂的选择性运动。
本发明另一方面涉及磁头折片组合，其包括微致动器、磁头及支撑所述微致动器及磁头的悬臂件。所述微致动器包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的支撑架、平衡块及一对压电元件。所述支撑架包括底支撑件、用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑件及将所述所述底支撑件和顶支撑件互相连接起来的一对边臂。所述边臂自底支撑件和顶支撑件的相应侧边垂直地延伸而出。所述块安装于所述底支撑件上用于提供共振平衡。所述每个压电元件安装在所述支撑架对应的边臂与所述块对应的侧面上。所述压电元件可被激励而导致所述边臂的选择性运动。
本发明另一方面涉及磁盘驱动器，该磁盘驱动器包括磁头折片组合、与所述磁头折片组合相连的驱动臂、磁盘及驱动所述磁盘旋转的主轴马达。所述磁头折片组合包括微致动器、磁头及支撑所述微致动器及磁头的悬臂件。所述微致动器包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的支撑架、平衡块及一对压电元件。所述支撑架包括底支撑件、用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑件及将所述所述底支撑件和顶支撑件互相连接起来的一对边臂。所述边臂自底支撑件和顶支撑件的相应侧边垂直地延伸而出。所述块安装于所述底支撑件上用于提供共振平衡。所述每个压电元件安装在所述支撑架对应的边臂与所述块对应的侧面上。所述压电元件可被激励而导致所述边臂的选择性运动。
本发明另一方面涉及压电微致动器的制造方法。该方法包括将微致动器支撑架与悬臂件的悬臂挠性件一体成形；将共振平衡块安装到所述微致动器支撑架的底支撑件；将压电单元安装到所述微致动器支撑架上，使所述每个压电元件沿着所述微致动器支撑架的对应边臂及所述共振平衡块的对应侧边延伸；将磁头安装在所述微致动器支撑架的顶支撑件上；将所述压电单元及磁头与所述悬臂件的悬臂导线电性连接；及目测检查。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
图1为传统磁盘驱动单元的立体图。
图2为图1所示传统磁盘驱动单元的局部立体图。
图3为现有技术中微致动器的平面视图。
图4为本发明一个实施例所述含有压电微致动器的磁头折片组合的立体图。
图5为图4所示磁头折片组合从前面观察的局部立体图。
图6为图4所示磁头折片组合从后面观察的局部立体图。
图7为图4所示磁头折片组合的局部侧视图。
图8为图4所示磁头折片组合去掉压电微致动器中的磁头后的局部立体图。
图9为图4所示磁头折片组合的分解图。
图10为图4所示压电微致动器去掉平衡块后的立体图。
图11为图4所示压电微致动器安装平衡块后的立体图。
图12展示了图4所示平衡块与压电微致动器的边臂对齐的局部立体图。
图13展示了将压电元件安装到图4所示的平衡块与压电微致动器边臂上的局部立体视图。
图14-15展示了形成图4所示压电微致动器边臂的典型流程。
图16展示本发明一个实施例所述的制造和装配方法流程图。
图17a-17c为一系列视图，展示了图16所示制造和装配方法的流程。
图18展示了图4所示压电微致动器的共振测试数据。
图19-20为本发明另一个实施例所述压电微致动器的立体图。
图21-22为本发明另一个实施例所述压电微致动器的立体图。
具体实施例方式
现将参考
本发明的各种实施例，其中，不同图中相同的数字代表相似的部件。本发明旨在用微致动器精确地驱动磁头的同时，提高磁头折片组合的共振性能。通过提高磁头折片组合的共振性能，从而提高其工作特性。
现在说明磁头折片组合的几个实施例。应当注意微致动器可以使用到任何合适的含有微致动器的磁盘驱动装置中以提高其共振性能，而并不局限于附图中说明的磁头折片组合特定结构。也就是说，本发明可以用在任何行业中含有微致动器的合适装置内。
图4-17c展示了本发明一个实施例所述含有压电微致动器212的磁头折片组合210。所述磁头折片组合210包括微致动器212、磁头214及用于承载或悬挂所述压电微致动器212与磁头214的悬臂件216。
如图4-9所示，悬臂件216包括基板218、负载杆220、枢接件222、挠性件224及位于所述挠性件224上的内外悬臂导线226、227。所述枢接件222借助比如激光焊接的方式安装到所述基板218和负载杆220上。所述基板218和枢接件222上都设有孔228，用于将悬臂件216与磁盘驱动器的音圈马达的驱动臂连接起来。所述基板218由相对较硬的材料或刚性材料例如金属制成，以便稳定地将所述悬臂件216支撑于所述音圈马达的驱动臂上。所述基板218和枢接件222上还都设有另外的用于减轻重量的孔230。另外，枢接件222还包括一个用来支撑负载杆220的固持条232。
该负载杆220上形成用来支撑悬臂舌片238(参考图7)的凸点234。所述负载杆220上还可具有提举片(lift tab)236，当磁盘停止旋转时，该提举片236将磁头折片组合210自磁盘上分开。
所述挠性件224借助例如激光焊接方式而安装到所述枢接件222和负载杆220上。所述悬臂舌片238借助例如机械焊接方式而安装到挠性件224上。所述悬臂舌片238将压电微致动器212与悬臂件216连接在一起(参考图7)。比外，所述悬臂导线226、227形成于所述挠性件224，以便将复数连接触点240(其与外部控制系统连接)与磁头214及压电微致动器212上的压电元件242、243电性连接。
如图10-11所示，所述压电微致动器212包括微致动器支撑架252、安装在该微致动器支撑架252上的平衡块260及安装在该微致动器支撑架252与平衡块260上的压电元件242、243。
所述微致动器支撑架252与所述挠性件224一体成形或集成于其内。所述微致动器支撑架252包括顶支撑件254、底支撑件256及将所述顶支撑件254与底支撑件256相互连接起来的边臂258、259。所述微致动器支撑架252可以用相对硬的材料例如金属制成。
所述底支撑件256上形成多个连接触点244，例如在每个边上形成两个触点244。所述连接触点244直接与所述内悬臂导线226连接，以便将所述内悬臂导线226与设于所述压电元件242、243上的连接触点246，例如，每个压电元件242、243上的两个连接触点246电性连接起来。所述顶支撑件254上也设有连接触点248，例如四个连接触点248。所述连接触点248直接与所述外悬臂导线227连接，以便将所述外悬臂导线227与所述磁头214上的连接触点250，例如四个连接触点250电性连接起来。
所述边臂258、259自所述顶支撑件和底支撑件254、256的相应侧边垂直地形成。在一个实施例中，如图14所示，所述边臂258、259刚开始处于充分平坦的状态，然后垂直地形成可操作位置，如图15所示。如图所示，所述顶支撑件254、底支撑件256，与相应的边臂258、259之间形成内切口或空间(notchesor spaces)257，例如四个切口。这种结构将允许所述边臂258、259更自由地运动。
所述平衡块260借助例如焊接方式安装到所述微致动器支撑架252的底支撑件256上。该平衡块260用于共振平衡。如图11、图12所示，所述平衡块260安装在底支撑件256上，从而使得平衡块260的侧面262与对应边臂258、259的外表面264充分平坦地对齐。这种结构便于压电元件242、243的安装。
每个压电元件242、243安装在相应的边臂258、259与平衡块260的对应侧面上。具体地讲，如图8、13所示，所述压电元件242、243分别安装在相应边臂258、259的外表面264和平衡块260对应的侧面262上。所述每个压电元件242、243都设有连接触点246，例如两个连接触点，用于将所述压电元件242、243与直接连接于内悬臂导线226的连接触点244电性连接起来。
如图9所示，所述悬臂舌片238独立于挠性件224而形成，并包括中间区域(middle region)270及两个臂部元件(arm members)272。通过将所述两个臂部元件272借助比如激光焊接方式安装到挠性件224对应的侧边区域225上，从而将所述悬臂舌片238与挠性件224安装在一起。如图6所示，所述负载杆220上设有一个用于限制悬臂舌片238运动的限制件(limiter)268。
如图7-8所示，所述底支撑件256安装在悬臂舌片238上。在该实施例中，底支撑件256通过环氧树脂胶(epoxy)274而安装在悬臂舌片238上。然而，所述底支撑件256也可以通过其它适当方式，例如通过各向异性导电膜(ACF)或激光焊接方式而安装到悬臂舌片238。
另外，形成于相应压电元件242、243上的压电连接触点246例如两个连接触点，借助电连接球(金球焊接或锡球焊接，GBB or SBB)276而与所述底支撑件256上对应的连接触点244电性连接起来。从而允许电源通过所述内悬臂导线226而施加到所述压电元件242、243。
所述顶支撑件254具有适当结构使得所述微致动器支撑架252与磁头214连接起来。具体地讲，所述磁头214在其一端具有与所述顶支撑件254上的磁头连接触点248对应的连接触点250，例如四个连接触点。所述顶支撑件254将磁头214支撑于其上，所述磁头连接触点248借助例如电连接球278而与设在磁头214上的对应连接触点250电性连接。从而将所述顶支撑件254与磁头214连接起来，并且将磁头214及其读/写元件和外悬臂导线227电性连接起来。
如图7所示，所述微致动器支撑架252平行地安装在悬臂舌片238上，并且二者之间形成间隙280。这种结构允许微致动器支撑架252在使用时能够顺利地及自由地运动。
另外，所述悬臂舌片238的一端由所述负载杆220上的凸点234支撑，该凸点位于所述磁头214中心的下方。所述悬臂舌片238的另一端通过例如焊接的方式而安装到所述挠性件224的侧边区域225上。这种结构允许维持台阶结构(mechanical step)，并以与所述负载杆220平行的方式支撑所述悬臂舌片238，从而使悬臂件216保持良好的静态姿态。
图16及图17a-17c展示了本发明一个实施例所述压电微致动器212的制造及装配流程的主要步骤。当流程开始后(图16中的步骤1)，如图17a所示，将压电元件242、243及平衡块260安装到与悬臂挠性件224一体成形的微致动器支撑架252上(图16中的步骤2)；接下来，如图17b所示，将磁头214安装到微致动器支撑架252上(图16中的步骤3)；然后，如图17c所示，将压电元件242、243与悬臂导线226电性连接起来(图16中的步骤4)；将所述磁头214与悬臂导线227电性连接起来(图16中的步骤5)；目测检查(图16中的步骤6)，从而完成该制造及装配过程(图16中的步骤7)。
图18展示了将平衡块260安装到所述微致动器支撑架252前后的共振测试数据。具体地讲，曲线290显示了平衡块260安装之前的共振性能，曲线292显示了平衡块安装之后的共振性能。如图所示，当将平衡块260安装到微致动器支撑架252之后，共振频率和增益特性均得到了提高。
图19-20展示了本发明另一个实施例所述压电微致动器312。在该实施例中，共振平衡由两个独立的部件385提供。所述每个部件385包括互相成90度弯曲的第一及第二臂部387、389。如图20所示，所述部件385安装在所述微致动器支撑架252的底支撑件256上，从而使部件385的臂部387与相应边臂258、259的外表面264充分地对齐。所述压电微致动器312的其余结构与所述压电微致动器212充分相似，并用相似的标号表示。
图21-22展示了本发明另一个实施例所述的压电微致动器412。在该实施例中，共振平衡由部件485提供。所述部件485包括底臂486及互相成90度弯曲的第一、第二侧臂487、489。如图22所示，所述部件485安装在微致动器支撑架252上，从而使得部件485的两个侧臂487、489分别与相应边臂258、259的外表面264充分地对齐。所述压电微致动器412的其余组成部分与压电微致动器212充分相似，并用相似的标号表示。
根据本发明的实施例，含有微致动器212、312或412的磁头折片组合210可使用于磁盘驱动器(HDD)。所述磁盘驱动器可以为结合图1和图2描述的类型。由于磁盘驱动器的结构、运行及装配流程为业界普通技术人员所熟悉，在此不再详述。本发明压电微致动器可用于任何具有微致动器的合适磁盘驱动器，或任何具有微致动器的其他装置。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
权利要求
1.一种用于磁头折片组合的微致动器，包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的支撑架，所述支撑架包括底支撑件；用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑件；及将所述所述底支撑件和顶支撑件互相连接起来的一对边臂；其中所述边臂自底支撑件和顶支撑件的相应侧边垂直延伸出来；安装在所述底支撑件上用于提供共振平衡的块；及一对压电元件，每一个压电元件安装在所述支撑架对应的边臂与所述块对应的侧面上，其中所述压电元件可被激励而导致所述边臂的选择性运动。
2.根据权利要求1所述的微致动器，其特征在于所述支撑架由金属材料形成。
3.根据权利要求1所述的微致动器，其特征在于所述底支撑件包括与所述悬臂挠性件的悬臂导线相连的连接触点，所述连接触点与所述压电元件的对应连接触点电性连接。
4.根据权利要求1所述的微致动器，其特征在于所述顶支撑件包括与所述悬臂挠性件的悬臂导线相连的连接触点，所述连接触点与所述磁头的对应连接触点电性连接。
5.根据权利要求1所述的微致动器，其特征在于所述块具有与相应边臂面向外侧的表面互相对齐的侧面。
6.一种磁头折片组合，其包括微致动器；磁头；及支撑所述微致动器及磁头的悬臂件，其中，所述微致动器包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的支撑架，所述支撑架包括底支撑件；用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑件；及将所述所述底支撑件和顶支撑件互相连接起来的一对边臂；其中，所述边臂自底支撑件和顶支撑件的相应侧边垂直地延伸而出；安装在所述底支撑件上用于提供共振平衡的块；及一对压电元件，每一个压电元件安装在所述支撑架对应的边臂与所述块对应的侧面上，其中所述压电元件可被激励而导致所述边臂的选择性运动。
7.根据权利要求6所述的磁头折片组合，其特征在于所述底支撑件安装在所述悬臂件的悬臂舌片上。
8.根据权利要求7所述的磁头折片组合，其特征在于所述悬臂舌片包括中间区域及两个臂部元件，所述两个臂部元件安装在所述悬臂挠性件对应的侧边区域。
9.根据权利要求7所述的磁头折片组合，其特征在于所述底支撑件通过环氧树脂胶、各向异性导电膜或激光焊接方式安装在所述悬臂舌片上。
10.根据权利要求7所述的磁头折片组合，其特征在于所述悬臂舌片支撑于所述悬臂件的负载杆的凸点及所述悬臂挠性件的侧边区域上。
11.根据权利要求7所述的磁头折片组合，其特征在于所述悬臂舌片具有支撑所述微致动器的台阶。
12.根据权利要求6所述的磁头折片组合，其特征在于所述支撑架由金属材料制成。
13.根据权利要求6所述的磁头折片组合，其特征在于所述底支撑件包括与所述悬臂挠性件的悬臂导线相连的连接触点，所述连接触点与所述压电元件的对应连接触点电性连接。
14.根据权利要求6所述的磁头折片组合，其特征在于所述顶支撑件包括与所述悬臂挠性件的悬臂导线相连的连接触点，所述连接触点与所述磁头的对应连接触点电性连接。
15.根据权利要求6所述的磁头折片组合，其特征在于所述块具有与相应边臂面向外侧的表面互相对齐的侧面。
16.一种磁盘驱动设备，包括由微致动器、磁头和支撑所述微致动器与磁头的悬臂件构成的磁头折片组合；与所述磁头折片组合连接的马区动臂；磁盘；及驱动所述磁盘旋转的主轴马达，其中，所述微致动器包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的支撑架，所述支撑架包括底支撑件；用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑件；及将所述所述底支撑件和顶支撑件互相连接起来的一对边臂；所述边臂自底支撑件和顶支撑件的相应侧边垂直地延伸而出；安装在所述底支撑件上用于提供共振平衡的块；及一对压电元件，每一个压电元件安装在所述支撑架对应的边臂与所述块对应的侧面上，其中所述压电元件可被激励而导致所述边臂的选择性运动。
17.一种压电微致动器的制造方法，包括将微致动器支撑架与悬臂件的悬臂挠性件一体成形；将共振平衡块安装到所述微致动器支撑架的底支撑件；将压电单元安装到所述微致动器支撑架上，使所述每个压电元件沿着所述微致动器支撑架的对应边臂及所述共振平衡块的对应侧边延伸；将磁头安装在所述微致动器支撑架的顶支撑件上；将所述压电单元及磁头与所述悬臂件的悬臂导线电性连接；及目测检查。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于还包含将悬臂舌片安装在所述悬臂挠性件上；及将所述微致动器支撑架的底支撑件安装到所述悬臂舌片上。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述悬臂舌片支撑于所述悬臂件的负载杆的凸点上。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于安装所述悬臂舌片包括将所述悬臂舌片的两个臂部元件安装到所述悬臂挠性件的相应侧边区域上。
全文摘要
本发明公开了一种用于磁头折片组合的微致动器，包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的支撑架、平衡块及一对压电元件。所述支撑架包括底支撑件、用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑件及将所述所述底支撑件和顶支撑件互相连接起来的一对边臂。所述边臂自底支撑件和顶支撑件的相应侧边垂直延伸出来。所述块安装于所述底支撑件上用于实现共振平衡。所述每个压电元件安装在所述支撑架对应的边臂与所述块对应的侧面上。所述压电元件可被激励而导致所述边臂的选择性运动。
文档编号G11B21/21GK101051511SQ20071009168
公开日2007年10月10日 申请日期2007年3月27日 优先权日2006年3月31日
发明者姚明高, 白石一雅 申请人:新科实业有限公司