压电元件、压电微致动器、磁头折片组合及磁盘驱动单元的制作方法

专利名称：压电元件、压电微致动器、磁头折片组合及磁盘驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信息记录磁盘驱动单元，尤其涉及一种压电元件、含有该
压电元件的压电微致动器、含有该压电微致动器的磁头折片组合(HGA， head gimbal assembly)以及含有该磁头折片组合的磁盘驱动单元。
背景技术：
磁盘驱动单元是一种常见的利用磁性介质来存储数据的信息存储装置，并 且该存储装置具有一个可移动的磁性读/写传感器，磁性读/写传感器定位在磁性 介质上，以便选择性地从,兹性介质读取或向磁性介质写入数据。
消费者总是希望这类磁盘驱动单元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^兹盘制造商一直致力于开发具有较高存储容量的》兹盘系 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(TPI, 每英寸所含的磁轨数量)，进而间接增加磁盘的存储容量。然而，随着磁轨密度 的增加，对读写传感器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 快更精确将读写传感器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传感器位置控制的方法，以便利用不断增加的磁轨密 度所带来的益处， 一种常用的方法为采用两级伺服驱动系统。
图1及图2所示为传统的具有两级祠服驱动系统的石兹盘驱动单元。其中， 所述两级伺服驱动系统包括一个主驱动器如音圈马达(VCM, voice-coil motor) 107和一个副驱动器如压电(PZT， piezoelectric)微致动器105。磁盘驱动单元的 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包括磁头103、压电微致动器105及支撑磁头103和压电微致动器105的悬臂件106,该磁头103上安装有读/写传感器。
作为主驱动器的音圈马达107控制音圈马达臂104的运动，进而控制磁头 103在磁盘101表面的磁轨间移动，最终实现读/写传感器在磁盘101上数据的 读写。相对于音圈马达107,该压电微致动器105以更小的幅度来调整磁头103 的位移，以便补偿音圏马达和(或)磁头臂组合的共振误差。所以，该压电微 致动器105使得更小的磁轨间距在应用上成为可能，从而提高了磁盘系统的磁 轨密度，同时也减少了磁头的寻道时间及定位时间。因此，压电微致动器105 的应用大幅度地提高了磁盘驱动单元的存储盘表面记录密度。
图3及图4详细展示了图1及图2所示传统磁盘驱动单元中含有双驱动器 的磁头折片组合100。磁头折片组合100的悬臂件106包括具有多个导线的挠性 件122、磁头支撑板121、金属基板123和具有凸点125以支撑所述》兹头支撑板 121和金属基板123的悬臂负载杆124。所述挠性件122通过导线将所述磁头支 撑板121与金属基板123连接起来，挠性件122的舌片区域具有一个用于放置 所述压电微致动器105的压电元件安装区域128和一个磁头安装区域129。磁头 103通过所述磁头安装区域129局部地安装在磁头支撑板121上。所述磁头支撑 板121上形成一个用于支持磁头背面中心的突起127。所述悬臂负载杆124的凸 点125支撑所述磁头支撑板121的突起127。这样确保当磁头103飞行于磁盘 101上方时，来自负载杆124的负载力施加于磁头103中心。压电微致动器105 包含两个互相连接起来的薄膜压电元件10,两个薄膜压电元件IO被安装在挠性 件122的压电元件安装区域128。
如图5所示，当将电压施加于所述两个薄膜压电元件10时，其中一个压电 元件会收缩，而另一个压电元件会膨胀，从而导致磁头支撑板121及^兹头103 相对于悬臂负载杆124上的凸点125旋转，进而实现了对磁头位置的微调。这 种压电元件的变形功能是由压电元件自身结构决定的。参考图5a,典型的压电 元件具有多层压电层，比如压电层702、 703叠压而形成层状结构，并且每个压 电层均夹设在一对正负电极层704/705 、 706/707之间。每个压电层的正极704、 707在层状结构内部借助比如喷溅加工手段(sputtering process)而互相连接起
9来形成压电元件的正极。类似地，每个压电层的负极705、 706也在层状结构内 部借助喷溅手段而互相连接起来形成压电元件的负极。每个压电元件IO的正、 负极分别设有电触点131、 132,在图4中，当将压电元件IO的电触点131、 132 分别与设置在挠性件122上的电触点133、 134电性连接(通常为金线焊接)起 来后，通过在电触点133、 134处施加电压即可使压电元件工作。
此外，从图3、图4及图5a可以看出现有的压电微致动器105主要由两 个对称且互相连接起来的压电元件10构造而成。这两个相同的压电元件10借 助很薄的材质机械连接而互相结合起来，比如图5a中所示的借助衬底层701而 互相连接起来。
虽然上述现有压电微致动器105可以为磁头提供位置微调功能，然而，其 具有许多无法克服的缺点。首先，由于现有的用于磁头折片组合的压电微致动 器105是由两片式压电元件借助很薄的材质机械连接而成，通常情况下，这种 机械连接在连接处的强度非常低，因此，在压电微致动器105的工艺操作、搬 运或测试过程中，连接处容易变形或断裂，从而导致整体报废；其次，这种连 接一体的两片式压电元件容易引起制成成本的增加，比如，当检测出其中一片 压电元件已经损坏需要丢弃，而另一片尚且完好的时候，由于两片压电元件连 接在一起，因此，不得不将没有缺陷的压电元件也丢弃，因而造成制造成本的 增加；另外，如前所述，对于现有的压电元件，其所有压电层的相应电极层都 对应地连接起来(比如所有的正极连接起来，所有负极也互相连接起来)，即所 有的压电层并联于一对电极层之间，这样就无法对单个压电层的缺陷进行枱，测， 也就是说，当一个压电元件已经损坏的时候，无法检测出具体是哪一压电层损 坏了，所以也不得不将整片压电元件丢弃；同样因为所有压电层的相应电极层 都对应地连接起来，如前所述采用喷溅工艺连接，使压电元件的制造工序复杂， 进一步导致了较高的制作成本。
图3、 4所示传统磁头折片组合100的另一个缺点涉及电连接方法及其抗震 性能。如上所述，当将压电元件10粘贴到磁头折片组合100上后，压电元件IO 的电触点131、 132将分别与设置在挠性件122上的电触点133、 134以金线焊接方式连接起来，因为金线焊接整体结构的抗震性能非常差，特别是在外在振 动和/或震动现象发生时，易发生裂开或断开等，所以其整体结构的抗震性能非 常差。
此外，现有技术还具有其它缺点。由于所述磁头支撑板121通过所述挠性
件122的导线连接到所述金属基板123上，而且因为挠性件122的导线只有 10-20pm厚且由软聚合材料制成，所以在悬臂件制造过程中、磁头折片组合制造 过程中和处理过程中，所述挠性件122容易扭曲，相应地所述悬臂件也会产生 形变。并且，由这种弱结构导致的悬臂件形变还恶劣地导致悬臂件或者磁头悬 臂组合凸点分离。图6和图7分别展示了悬臂件变形和凸点脱离的情形。另夕卜， 由于所述磁头103局部安装在所述磁头支撑板121上，并且所述磁头支撑板121 通过所述挠性件122的导线与金属基板123相连，所以所述磁头103的静态姿 态，如横向静态姿态(PSA， pitch static attitude)或纵向静态姿态(RSA, roll static attitude)不稳定而且很难控制，这将导致磁头折片组合性能不稳定，并严重影响 磁头折片组合的动态性能，这种情况在震动或者撞击发生时或者在生产或者操 作过程中尤为明显。最后，上述结构使得整个磁头折片组合具有很差的防震性 能。当震动和撞击事件发生时，例如倾斜坠落撞击或者#:作撞击，所述悬臂件 或所述压电微致动器105的压电元件可能被损坏。
因此，有必要提供一种改进的结构来解决上述问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于磁头折片组合的压电微致动器，其避免了现有 技术中存在的结构脆弱问题；减少了压电元件在制造、检测时的浪费，可单独 对每个压电层进行缺陷检查，从而降低了制造成本。
本发明的另 一 目的在于提供一种具有压电微致动器的磁头折片组合，其避免 了现有技术中存在的结构脆弱问题；减少了压电元件在制造、4全测时的浪费， 可单独对每个压电层进行缺陷检查，从而降低了制造成本，还可以改善悬臂件 的抗震性能。本发明的又一 目的在于提供一种可降低制造成本的磁头折片组合的装配方法。
本发明的再一 目的在于提供一种可降低制造成本的磁盘驱动单元。 为了实现上述目的，本发明提供一种用于磁头折片组合的压电微致动器， 该压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及
若干电触点；其中，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这 些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少 两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件 的所有电触点之间偏移预定的距离以电性隔离。
较佳地，所述每个电极-压电组合层包括至少一对电极层以及层压在该对电 极层之间的压电层，每个电极-压电组合层的所有电极层在本体内彼此分开，所 述电触点设在电极层上，且所有电极层均设有电触点，其中每个压电元件至少 一个电极-压电组合层的 一个电极层的电触点与另 一个电极-压电组合层的 一个 电极层的电触点之间的距离为适于焊球焊接的距离或线焊焊接的距离。所有电 极层并未像传统技术那样直接在本体的层状结构内将相应电极层连接起来，而 是将每个电触点延伸出来，在将压电元件装配到悬臂件的过程中，通过公用焊 接设置一次或分次将电极层上的电触点与悬臂件上的电触点焊接而连通，这样 就避免了喷溅工艺的使用，从而也降低了成本。
一种磁头折片组合，包括磁头、压电微致动器及支撑磁头和压电微致动器 的悬臂件，所述悬臂件包括挠性件，所述挠性件具有舌片区域，所述舌片区域 包括承载磁头的磁头承载区域和承载压电微致动器的压电元件承载区域，所述 压电元件承载区域设有若干电触点。其中，所述压电微致动器包括一对分离的 压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点；其中，所述本体包 括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接 而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点 向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距 离；所述一对压电元件安装在所述压电元件承载区域，且每个压电元件的不同
12电极-压电组合层的电触点与压电元件承载区域的电触点及每个压电元件的不同 电极-压电组合层的电触点通过公用焊接设置一次或分次对应焊接起来而实现压 电元件的不同电极-压电组合层之间及压电元件与悬臂件之间同时电连接。
在本发明的一个实施例中，所述压电元件承载区域的电触点包括第一电连 接触点、第二电连接触点及共同接地点，其中一个压电元件的所有电极-压电组 合层的一个电触点共同电连接到第一电连接触点，该压电元件的所有电极-压电
组合层的另 一个电触点共同连接到共同接地点；另 一个压电元件的所有电极-压 电组合层的一个电触点共同电连接到第二电连接触点，该另 一个压电元件所有 电极-压电组合层的另一个电触点共同连接到共同接地点。这样，两个压电元件 之间形成了串联的关系。
在本发明的另 一个实施例中，所述压电元件承载区域的电触点包括第一电 连接触点及第二电连接触点，所述两个压电元件的所有电极-压电组合层的 一个 电触点共同电连接到第一电连接触点，所述两个压电元件的所有电极-压电组合 层的另一个电触点共同电连接到第二电连接触点。这样，两个压电元件之间形 成了并联的关系。
较佳地，所述电触点之间的电连接是通过金属球焊接连接，如金球焊接、 银球焊接或锡球焊接。
该压电元件承载区域的两端外侧分别朝着该磁头承载区域延伸形成两侧加 强杆，所述磁头承载区域悬垂于该两侧加强杆之间。将悬臂件的挠性件上设置 两侧加强杆，有助于提高悬臂件的抗震性能，从而避免悬臂件的变形、凸点分 离等问题，并提高了悬臂件的横向静态姿态和纵向静态姿态控制能力，从而提 高了悬臂件的静态及动态性能。
优选地，所述加强杆与磁头承载区域之间连接有弹性臂，该弹性臂具有与 该加强杆靠近磁头承载区域的 一端连接的第 一端部及与该磁头承载区域连接的 的第二端部，所述磁头承载区域悬垂于该两个第二端部之间，该弹性臂的第一 端部与第二端部之间形成有弯曲部。所述弯曲部由多段不同方向弯曲的弹性区 段构成，并且相邻弹性区段之间以圆弧结构作为过渡。可选择地，所述弯曲部
13还可型成为u形、v形、弧形或曲线形。该弹性臂有助于减小磁头在转动时所
产生的反扭矩，从而提高了磁头转动的自由度。
一种磁头折片组合的装配方法，包括提供一个磁头；提供一个压电微致 动器，所述压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一 个本体及若干电触点，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层， 这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至 少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元 件的所有电触点之间偏移预定的距离；提供一个支撑磁头和压电微致动器的悬 臂件，所述悬臂件包括挠性件，所述挠性件具有舌片区域，所述舌片区域包括 承载磁头的磁头承载区域和承载压电微致动器的压电元件承载区域，所述压电 元件承载区域设有若干电触点；将所述压电微致动器的一对分离的压电元件同 时安装到悬臂件的压电元件承载区域，并使压电元件的电触点与压电元件承栽 区域的电触点位置对应，然后，借助金属球焊接机用焊料一次或分次焊接到上 述对应的电触点而实现压电元件的不同电极-压电组合层之间及压电元件与悬臂 件之间同时电连接起来；及将所述磁头安装到所述悬臂件的磁头承载区域，并 电性连接所述磁头与所述悬臂件。
一种磁盘驱动单元，包括磁头折片组合、与磁头折片组合相连的驱动臂、 磁盘及用于旋转磁盘的主轴马达。磁头折片组合包括磁头、压电微致动器及支 撑磁头和压电微致动器的悬臂件，所述悬臂件包括挠性件，所述挠性件具有舌 片区域，所述舌片区域包括承载磁头的磁头承载区域和承载压电微致动器的压 电元件承载区域，所述压电元件承载区域设有若干电触点。其中，所述压电微 致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触 点；其中，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少两个所 述电触点，且所迷电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件的所有 电触点之间偏移预定的距离；所述一对压电元件安装在所述压电元件承载区域， 且每个压电元件的不同电极-压电组合层的电触点之间及每个压电元件的不同电极-压电组合层的电触点与压电元件承载区域的电触点通过公用焊接设置一次或 分次对应焊接起来而实现压电元件的不同电极-压电组合层之间及压电元件与悬 臂件之间同时电连接。
和现有技术相比，由于该压电微致动器由分离式的压电元件组成，因此不 存在现有技术中由两片式压电元件借助很薄的材质机械连接而引起的结构脆弱
的问题；此外， 一片压电元件的损坏并不影响另一片压电元件，因此不必同时 将有缺陷的压电元件与无缺陷的压电元件同时丢弃，从而减少了浪费；由于压 电元件所有电极-压电组合层均具有单独的电触点，并且电触点之间互相隔开， 因此可单独对每个压电层进行缺陷检查。此外，所有电极-压电组合层是电性隔 离的，不需要在本体内电连接，而是在将压电元件安装到悬臂件的过程中，才 通过公用焊接设置一次或分次将电极层通过金属球连接起来，这样就避免了喷 溅工艺的使用，进一步降低了制造成本。
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l是传统磁盘驱动单元的立体图。
图2是图1所示》兹盘驱动单元的的局部i文大图。
图3是图1所示磁头折片组合的立体分解图。
图4是图3所示^兹头折片组合组装后的局部立体图。
图5是图3所示磁头折片组合的局部平面示意图，展示了压电微致动器的工 作过程。
图5a展示了现有压电微致动器的结构示意图。
图6展示了传统磁头折片组合的悬臂舌片区域形变问题的示意图。
图7展示了传统磁头折片组合的凸点脱离问题的示意图。
图8a展示了根据本发明 一个实施例的用于磁头折片组合的压电微致动器。
图8b展示了图8a所示压电微致动器的一个压电元件的层状结构示意图。图8c展示了图8a所示压电微致动器的电连接图。 图8d展示了图8a所示压电微致动器另一种可选择的电连接图。 图9a展示了根据本发明一个实施例的悬臂件的立体分解图，该悬臂件上可 安装本发明提供的压电微致动器。
图9b展示了图9a所示悬臂件组装后的局部立体图。
图9c展示了将本发明提供的压电微致动器安装到图9b所示悬臂件的过程。
图9d-9e展示了图9c中的压电微致动器与悬臂件之间的电连接过程。
图10展示了根据本发明另 一个实施例的悬臂件的局部立体图。
图11 a展示了含有本发明压电微致动器的磁头折片组合的立体图。
图llb展示了图lla所示磁头折片组合的局部立体图。
图llc展示了图lla所示磁头折片组合的局部侧视图。
图12a反映了本发明提供的磁头折片组合的抗震性能曲线图。
图12b反映了本发明提供的磁头折片组合的位移灵敏度实验数据图。
图13是根据本发明一个实施例的磁盘驱动单元的立体图。
具体实施例方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元 件。首先叙述用于磁头折片组合的压电微致动器的实施例。图8a-8d展示了本发 明的压电微致动器的实施例。如图8a所示，与传统的由两片连接一体的压电元 件构成的压电微致动器相比，本发明提供一种由两片互相分离的压电元件21构 成的压电微致动器20。
每个压电元件21具有片状本体29以及设置在该片状本体29上的多个，比 如四个电触点1、 2、 3以及4。图8b展示了该压电元件21的详细结构。如图所 示，本体29包括多层互相层叠起来的压电层，比如第一压电层22以及第二压 电层23，并且，每个压电层的相对两个表面上层压有电极层，比如，在图8b中， 第一压电层22的上下两个表面上分别层压有第 一 电极层199及第二电极层299,
16且第一电极层199与第二电极层299在本体29内彼此分开；而第二压电层23 的上下两个表面上分别层压有第一电极层399及第二电极层499,且第一电极层 399与第二电极层499也在本体29内彼此分开。第一压电层22及层压于该第一 压电层22表面上的一对电极层199、 299构成了第一电极-压电组合层，类似地， 第二压电层23及层压于该第二压电层23表面上的一对电极层399、 499构成了 第二电极-压电组合层。并且，所述两个电极-压电组合层之间借助设置在电极层 299与399之间的隔离层24而互相物理连接但电性隔离。隔离层24可以由适当 的绝缘材料比如环氧树脂形成，从而将两个组合层电性隔开。
参考图8a、 8b,每个电极-压电组合层均设有两个电触点，如图所示，第一 电极-压电组合层上设有电触点1、 2,第二电极-压电组合层上设有电触点3、 4。 更具体地，电触点l设在第一压电层22的第一电极层199上，电触点2设在第 一压电层22的第二电极层299上；类似地，电触点3设在第二压电层23的第 一电极层399上，电触点4设在第二压电层23的第二电极层499上，并且，这 些电触点l、 2、 3、 4均向外伸出其各自的电极层，之间偏移一定的距离而互相 电性地隔开。优选地，为了容易地实现压电微致动器20与其它构件比如图9b 所示的悬臂件之间的电性连接，可以将第一压电层22的第一电极层199的电触 点1与第二压电层23的一个电极层比如第二电极层499的电触点4设置的非常 靠近，但之间仍有适当的偏移距离，如10 200nm，从而可以同时将两个电触点 1、 4与悬臂件上对应的电触点通过金属球焊接如金球焊接(GBB, golden ball bonding)、银球焊接(SBB, silver ball bonding)、锡球焊接(SBB, solder ball bonding)等方式焊接起来。对应地，可以将第一压电层22的第二电极层299的 电触点2与第二压电层23的一个电极层比如第一电极层399的电触点3设置的 非常靠近，但之间仍有适当的偏移距离，如10~200nm，从而可以同时将两个电 触点2、 3与悬臂件上对应的电触点通过金属球焊接起来。这样一次金属球焊接 便同时实现了压电元件21的各电极-压电组合层之间及压电元件21与悬臂件之 间的电连接。
当将上述压电微致动器20安装于比如图9b所示的悬臂件，并且电性地与悬臂件连接之后，两个压电元件21之间可以形成多种电连接关系。比如在图8c 所示的实施例中，两个压电元件21之间形成了串联的关系，即两个压电元件21 串联于A、 B两个端点之间，其中一个压电元件21的电触点1、 4连接于A端， 另一压电元件21的电触点1、 4连接于B端，而两个压电元件21的电触点2、 3 均与接地端G连接。此时，第一压电层22与第二压电层23互为相反极化方向。 而在图8d所示的实施例中，两个压电元件21的四个压电层并联于A、 B两端之 间，即两个压电元件21的电触点1、 4均连接于A端，两个压电元件21的电触 点2、 3均连接于B端。此时，每个压电元件21的第一压电层22与第二压电层 23互为相反极化方向，该连接可保证该压电微致动器最大的旋转位移。
本发明提供的压电微致动器采用了分离式的两片压电元件，因此不存在现 有技术中由两片式压电元件借助很薄的材质机械连接而引起的结构脆弱的问 题；此外， 一片压电元件的损坏并不影响另一片压电元件，因此不必同时将有 缺陷的压电元件与无缺陷的压电元件同时丢弃，从而减少了浪费；并且，由于 每个压电元件的所有电极-压电组合层均具有单独的电触点，因此可单独对每个 压电层进行缺陷检查；再者，在本发明中，压电元件的所有电极层并未像传统 技术那样直接在本体的层状结构内将相应电极层连接起来，而是在将压电元件 安装到悬臂件的过程中，才将电极层通过金属球连接起来，这样就避免了喷溅 工艺的使用，从而也降低了成本。
图9a-e描述悬臂件的结构及压电微致动器20与悬臂件之间的装配方法。如 图所示，悬臂件244包括基板240以及负载杆241,两者借助枢接件242而互相 连接起来。基板240以及负载杆241可以由具有足够刚度的材料，比如不锈钢 等制成，以便为悬臂件244提供足够的强度。此外，负载杆241上支撑有具有 适当弹性的挠性件243。所述挠性件243的末端形成舌片区域，其包括用于承载 压电微致动器20的压电元件承载区域245以及用于承载磁头的磁头承载区域 246。所述压电元件承载区域245设有一组电触点，该组电触点包括第一电连接 触点248、第二电连接触点248，及共同接地点248"。此外， 一组内悬臂电缆255 在挠性件243上延伸至压电元件承载区域245，内悬臂电缆255的末端分别与第
18一电连接触点248及第二电连接触点248，连接，该组电触点248、 248，、 248"用 于与压电微致动器20的相应电触点电性地连接；类似地， 一组外悬臂电缆254 也在挠性件243上延伸，并延伸至磁头承载区域246，外悬臂电缆254的末端形 成一组电触点520，用于电性地与磁头连接。负载杆241上形成凸点280,该凸 点280设置在挠性件243的磁头承载区域246中心的下方，用于借助负载杆241 而给磁头提供足够的偏压力，磁盘驱动单元运行时对磁头产生的空气悬浮力可 4皮该偏压力所平衡，从而将磁头维持于适当飞行高度。
图9c-9e展示了将压电微致动器20安装于悬臂件244的过程及方法，首先 将压电微致动器20的一对压电元件21同时粘接在悬臂件244的一对压电元件 承载区域245上，并且根据前述的电连接关系将压电微致动器20的电触点1、2、 3以及4放置在悬臂件244的一组电触点248、 248'，上。具体地，在实现串联的 关系中，是将一个压电元件21的电触点1、 4放置在第一电连接触点248上， 该压电元件的电触点2、 3放置在共同接地点248"上；另一个压电元件21的电 触点1、 4 ;^文置在第二电连"J妄触点248，上，该另一个压电元件的电触点2、 3也 放置在共同接地点248"。然后，借助金属球焊接机256将适当的焊料257,比如 锡球或金球焊料一次或分次焊接到上述对应的电触点而实现压电元件的不同电 极-压电组合层之间及悬臂件与压电元件之间的同时电连接。在实现并联的关系 中，是将两个压电元件21的电触点1、 4共同连接到第一电连接触点248上， 该两个压电元件21的电触点2、 3共同连接到第二电连接触点248，上。同样， 借助金属球焊接机256将适当的焊料257,比如锡球或金球焊料一次或分次焊接 到上迷对应的电触点而实现压电元件的不同电极-压电组合层之间及悬臂件与压 电元件之间同时电连接。然后，将磁头203安装到所述悬臂件的磁头承载区域 246，并电性连接所述磁头203与所述悬臂件244。
此外，针对现有技术中抗震性差的问题，本发明提供了一种改进的悬臂件 来克服这些缺点。如图9c所示，悬臂件244的挠性件243的压电元件承载区域 245的两端外侧分别朝着磁头承载区域246延伸形成两侧加强杆250,该两侧加 强杆250与磁头承载区域246之间设有两侧弹性臂251,该两侧弹性臂251由易
19弹性变形的材料制成。每个弹性臂251具有第一端部252和第二端部253,第一 端部252与每个加强杆250靠近磁头承载区域246的一个端部连接；第二端部 253与磁头承载区域246连接，该磁头承载区域246悬垂于两侧两个第二端部 253之间；两侧弹性臂251的第一端部252与第二端部253之间形成弯曲部388。，
该弯曲部388由多段不同方向弯曲的弹性区^a构成，并且相邻弹性区,殳之间以
圓弧结构作为过渡。
从图中可以看出磁头承载区域246间接地悬垂于加强杆250之间。这种 悬垂结构改善了悬臂件的抗震性，具体地，改善了磁头承载区域246的抗震性 能，因为当震动发生时，具有足够强度的加强杆250自身能够抵抗震动，从而 避免了加强杆250以及间接地悬挂于加强杆250之间的磁头承载区域246的震 动变形。另外，由于磁头承载区域246直接悬挂于弹性臂251之间，而弹性臂 251具有由多段弯曲的弹性区段构成的弯曲部388,因此，当驱动压电元件时， 容易实现磁头的自由转动。在如图lla所示的磁头折片组合400中，磁头203 局部安装在压电元件21上方和-磁头承载区域246上，当压电元件21净皮驱动时， 由于弹性臂251的存在，磁头203的自由转动更容易实现。
图IO展示了本发明针对提高悬臂件抗震性设计的另一种结构。在图10中， 悬臂件244，的加强杆250，上形成适当弯曲部，比如U形、V形、弧形或曲线形 弯曲部290。该弯曲部290与上实施例中的弯曲部388不同的是，弯曲部388的 各弯曲的弹性区段是在挠性件243所在的平面内弯曲，可称为侧向弯曲成型， 而弯曲部290的弯曲段是在垂直挠性件243所在平面的方向上弯曲，或称竖直 弯曲成型。该形弯曲部2卯也有助于提高悬臂件的抗震性能。
所述悬臂件的加强杆250、 250，使得悬臂件的抗震性能得到了提高，从而使 得所述具有悬臂件的磁头折片组合能成功地避免悬臂件变形和凸点脱离的问 题。另外，所述具有上述加强杆250、 250，的悬臂件使得所述磁头折片组合具有 良好的静态性能，例如良好的横向姿态和纵向姿态控制能力，这也因此提高了 磁头在磁盘上飞行的过程中磁头折片组合的动态性能。
图lla-llc描述本发明的磁头折片组合，将磁头203安装于包含本发明的压电微致动器20的悬臂件244或244，上，即形成了磁头折片组合400。如图所示， 压电微致动器20的一对压电元件21安装于挠性件243的压电元件承载区域上 (未标号)，而磁头203则安装于挠性件243的磁头承载区域246上，并且磁头 203局部地位于一对压电元件21的上方，磁头203借助弹性臂251而悬垂于一 对加强杆250之间。负载杆241上的凸点280支撑于磁头203的中心。如上所 述，加强杆250、 250，的存在提高了磁头折片组合400的抗震性，而弯曲部388、 290则提高了磁头203运动的自由性。
图12a反映了本发明提供的磁头折片组合400的共振性能曲线图。在图中， 曲线1003代表悬臂件基板的振动特性，而曲线1004表示压电元件的振动曲线。 从图中可以看出，基板的共振频率为16KHZ,压电元件的共振频率为19KHZ, 当压电元件工作时，它并未激起基板的共振，这将极大的提高磁盘驱动单元的 伺服特性
图12b反映了本发明提供的磁头折片组合的位移灵敏度实验数据图。在图 中，横坐标表示对压电元件施加的电压，而纵坐标表示所施加的电压所产生的 磁头的位移。纵坐标与横坐标的比值，即图中所示直线图形的斜率可以反映压 电元件的位移灵敏度。经过计算可知，位移灵敏度大致为170nm/v。
图13展示了本发明一个实施例的磁盘驱动单元。如图所示，》兹盘驱动单元 可以通过组装壳体309、 ^兹盘301、用于旋转》兹盘301的主轴马达302、音圈马 达406和带有磁头折片组合400的驱动臂404来获得。因为》兹盘驱动单元的结 构和组装过程为本领域的一般技术人员所熟知，所以在此省略关于其结构和组 装的详细描述。
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压电微致动器，包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点；其中，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离以电性隔离。
2. 如权利要求1所述的压电微致动器，其特征在于所述每个电极-压电组 合层包括至少一对电极层以及层压在该对电极层之间的压电层，每个电极-压电 组合层的所有电极层在本体内彼此分开。
3. 如权利要求2所述的压电微致动器，其特征在于所述电触点设在电极 层上，且所有电极层均设有电触点。
4. 如权利要求1所述的压电微致动器，其特征在于其中至少一个电极-压 电组合层的一个电极层的电触点与另一个电极-压电组合层的一个电极层的电触 点之间的距离为适于焊球焊接的距离或线焊焊接的距离。
5. —种磁头折片组合，包括 磁头；压电微致动器；及支撑磁头和压电微致动器的悬臂件，所述悬臂件包括挠性件，所述挠性件 具有舌片区域，所述舌片区域包括承载磁头的磁头承载区域和承载压电微致动 器的压电元件承载区域，所述压电元件承载区域设有若干电触点；其中所述压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点； 其中，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这 些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上 设有至少两个所迷电触点，且所迷电触点向外伸出各自的压电元件本 体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离；所述一对压电元件安装在所述压电元件承载区域，且每个压电元 件的不同电极-压电组合层的电触点之间及每个压电元件的不同电极-压电组合层的电触点与压电元件承载区域的电触点通过公用焊接设置间及压电元件与悬臂件之间同时电连接。
6. 如权利要求5所述的磁头折片组合，其特征在于所述每个电极-压电组 合层包括至少一对电极层以及层压在该对电极层之间的压电层，每个电极-压电 组合层的所有电极层在本体内彼此分开。
7. 如权利要求6所述的磁头折片组合，其特征在于所述电触点设在电极 层上，且所有电极层均设有电触点。
8. 如权利要求7所述的磁头折片组合，其特征在于其中每个压电元件至 少一个电极-压电组合层的一个电极层的电触点与另一个电极-压电组合层的一 个电极层的电触点之间的距离为适于焊球焊接的距离或线焊焊接的距离。
9. 如权利要求5所迷的磁头折片组合，其特征在于所述压电元件承载区 域的电触点包括第一电连接触点、第二电连接触点及共同接地点，其中一个压 电元件的所有电极-压电组合层的一个电触点共同电连接到第一电连接触点，该 压电元件的所有电极-压电组合层的另 一个电触点共同连接到共同接地点；另一 个压电元件的所有电极-压电组合层的 一个电触点共同电连接到第二电连接触点，该另 一个压电元件所有电极-压电组合层的另 一个电触点共同连接到共同接 地点。
10. 如权利要求5所述的磁头折片组合，其特征在于所述压电元件承载区 域的电触点包括第 一 电连接触点及第二电连接触点，所述两个压电元件的所有 电极-压电组合层的 一个电触点共同电连接到第 一 电连接触点，所述两个压电元 件的所有电极-压电组合层的另 一个电触点共同电连接到第二电连接触点。
11. 如权利要求9或IO所述的磁头折片组合，其特征在于所述电触点之 间的电连接是通过金属球焊接连接。
12. 如权利要求5所述的磁头折片组合，其特征在于所述悬臂件的压电元 件承载区域的两端外侧分别朝着该磁头承载区域延伸形成加强杆，所述磁头承 载区域悬垂于该两侧加强杆之间。
13. 如权利要求12所述的磁头折片组合，其特征在于所述加强杆与磁头 承载区域之间连接有弹性臂，该弹性臂具有与该加强杆靠近^f兹头承载区域的一 端连接的第 一端部及与该/磁头承载区域连接的的第二端部，所述》兹头承载区域 悬垂于该两个第二端部之间，该弹性臂的第一端部与第二端部之间形成有弯曲 部。
14. 如权利要求13所述的磁头折片组合，其特征在于所述弯曲部由多段 不同方向弯曲的弹性区段构成，并且相邻弹性区段之间以圆弧结构作为过渡。
15. 如权利要求13所述的磁头折片组合，其特征在于所述弯曲部为U形、 V形、弧形或曲线形。
16. —种^f兹头折片组合的装配方法，包括 提供一个磁头；提供一个压电微致动器，所述压电微致动器包括一对分离的压电元件，其 中每个压电元件包括一个本体及若干电触点，所述本体包括至少两个叠压在一 起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电 极-压电组合层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电 元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离；提供一个支撑磁头和压电微致动器的悬臂件，所述悬臂件包括挠性件，所 述挠性件具有舌片区域，所述舌片区域包括承载磁头的磁头承载区域和承载压 电微致动器的压电元件承载区域，所述压电元件承载区域设有若干电触点；将所述压电微致动器的一对分离的压电元件同时安装到悬臂件的压电元件 承载区域，并使压电元件的电触点与压电元件承载区域的电触点位置对应，然 后，借助金属球焊接机用焊料一次或分次焊接到上述对应的电触点而实现压电 元件的不同电极-压电组合层之间及压电元件与悬臂件之间同时电连接起来；及将所述磁头安装到所述悬臂件的磁头承载区域，并电性连接所述磁头与所 述悬臂件。
17. 如权利要求16所述的磁头折片组合的装配方法，其特征在于所述压 电元件承载区域的电触点包括第 一 电连接触点、第二电连接触点及共同接地点， 其中将所述压电微致动器的一对分离的压电元件同时安装到悬臂件的压电元件 承载区域的方法包括使一个压电元件的所有电极-压电组合层的一个电触点共 同放置在第 一 电连接触点上，使该压电元件的所有电极-压电组合层的另 一个电 触点共同放置在共同接地点上；使另一个压电元件的所有电极-压电组合层的一 个电触点共同放置在第二电连接触点上，使该另一个压电元件所有电极-压电组 合层的另 一个电触点共同放置在共同接地点上。
18. 如权利要求16所述的磁头折片组合的装配方法，其特征在于所述压电元件承载区域的电触点包括第 一 电连接触点及第二电连接触点，其中将所述 压电微致动器的一对分离的压电元件同时安装到悬臂件的压电元件承载区域的方法包括使所述两个压电元件的所有电极-压电组合层的一个电触点共同放置 在第 一 电连接触点上，使所述两个压电元件的所有电极-压电组合层的另 一个电 触点共同放置在第二电连接触点上。
19. 一种磁盘驱动单元，包括 磁头折片组合；与磁头折片组合相连的驱动臂； 磁盘；及用于旋转磁盘的主轴马达； 其中，所述^^兹头折片组合包括 磁头；压电微致动器；及支撑磁头和压电微致动器的悬臂件，所述悬臂件包括挠性件，所述 挠性件具有舌片区域，所述舌片区域包括承载磁头的磁头承载区域和承 载压电微致动器的压电元件承载区域，所述压电元件承载区域设有若干 电触点；其中所述压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点；其中，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层， 这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合 层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电 元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离；所述一对压电元件安装在所述压电元件承载区域，且每个压电元件的不同电极-压电组合层的电触点之间及每个压电元件的不同 电极-压电组合层的电触点与压电元件承载区域的电触点通过公用 焊接设置一次或分次对应焊接起来而实现压电元件的不同电极-压 电组合层之间及压电元件与悬臂件之间同时电连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于磁头折片组合的压电微致动器，该压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离以电性隔离。本发明还公开了具有所述压电微致动器的磁头折片组合及磁盘驱动单元。
文档编号G11B5/48GK101499287SQ20081008040
公开日2009年8月5日 申请日期2008年2月2日 优先权日2008年2月2日
发明者姚明高, 雨 孙, 林 郭 申请人:新科实业有限公司