专利名称：用于压电元件和头悬架的电连接结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电元件和布线构件之间的电连接结构，以及一种采用该电连接结构的头悬架。
背景技术：
小型精密信息设备正在迅速发展，而且，使用这种装置并能够进行极短距离定位控制的微型致动器的需求不断增长。例如，用于校正焦点和倾斜角度的光学系统、用于控制墨水头的喷墨打印以及用于控制磁头的磁盘驱动器非常需要这种微型致动器。通过增加每英寸轨道的数量(TPI)，即通过缩小磁盘上每个轨道的宽度，可以增加磁盘驱动器的存储容量。因此，磁盘驱动器需要能够使磁头精确定位在横跨轨道的极小范围内的致动器。为了满足此需求，在公开号为No. 2002-50140的日本未审查专利申请中，提出一种具有双致动器系统的头悬架。除了使用通常的音圈马达驱动附接有头悬架的载架之外， 该双致动器系统还采用了压电元件。压电元件由压电陶瓷制成并安置在头悬架的基座和负载梁之间。根据该相关技术，音圈马达转动头悬架通过载架，此外，压电元件与应用到其上的电压成比例变形，来沿着相对于基座板倾斜的方向(负载梁的宽度方向)轻微地移动在负载梁前端的头悬架。采用带有音圈马达和压电元件的双致动器系统，相关技术能够将磁头精确定位到磁盘上的目标位置。采用双致动器系统的头悬架用导电粘合剂互相连接压电元件的电极表面和布线构件的端子表面。为了提高压电元件和布线构件之间的连接的电特性，压电元件的电极表面通过镀金制成，并且布线构件的端子表面覆盖有金板层。金板层厚度约在0. 1至5.0微米范围内， 如0. 5微米的厚度。金板电极表面和端子表面上的金板层用导电粘合剂粘合在一起。这种技术似乎是在压电元件的电极表面和布线构件的端子表面获得了同样的粘合状态。然而，将压电元件的电极表面和布线构件的端子表面互相剥离的剥离测试显示出导电粘合剂并没有被破坏掉而均勻分散在端子表面和电极表面，而是从布线构件的端子表面上完全脱落并留在压电元件的电极表面上。这说明导电粘合剂原来的粘合强度不足以将端子表面和电极表面粘合到一起，因此，它们之间的电连接的可靠性不好。图沈是显示剥离测试后的布线构件的端子表面的照片，而图27是显示剥离测试后的压电元件的电极表面的照片。剥离测试后，布线构件(挠曲部)101的端子103的端子表面清楚地暴露了镀金层 105，如图沈所示，并且导电粘合剂109仅留在了压电元件107的电极表面107a上，如图27 所示。
本发明的发明人已经研究了导电粘合剂全部被留在压电元件107的电极表面 107a上的原因，虽然端子103的端子表面和电极表面107a同样镀有金。研究发现，由压电陶瓷制成的压电元件107的表面纹理是上述原因。也就是说，与挠曲部(布线构件)101的端子103的端子表面相比，压电元件107的电极表面107a粗糙。由于这点，镀金的压电元件107的电极表面107a上的粘合强度强于也镀金的挠曲部101的端子103的端子表面上的粘合强度。为了使端子103的端子表面的粗糙度与电极表面107a的相似，可采用工具对端子 103的端子表面进行加工或者刮划。然而，这会使得端子103的电特性恶化或污染端子103。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种电连接结构，用来互相连接压电元件的电极表面和布线构件的端子表面，其能够提高该电极表面和端子表面间的电连接的可靠性，不用恶化端子的电特性，或者污染端子。本发明的另一个目的是提供一种使用该电连接结构的头悬
^K O为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了采用导电粘合剂来互相连接压电元件和布线构件的电连接结构。该电连接结构包括形成在压电元件上的电极表面和形成在布线构件上且比电极表面光滑的端子表面。导电端子表面层形成在端子表面上，并且与电极表面用导电粘合剂连接。通过在导电端子表面层上进行激光加工，形成至少一个凹槽。本发明的第二方面是提供采用第一方面的电连接结构的头悬架。头悬架包括基座和连接基座上的负载梁、附接到负载梁上的读写头和采用该电连接结构的压电元件。该压电元件被安置在基座和负载梁之间，并且被设置成与应用到其上的电压成比例地变形，以沿着相对于基座倾斜的方向通过负载梁轻微地移动读写头。根据第一方面，在导电端子表面层上形成的一个或多个凹槽使端子表面的表面粗糙度接近或等于压电元件的电极表面的表面粗糙度。相对于电极表面上的粘合强度而言， 这提高了端子表面上的粘合强度，从而提高了电极表面和端子表面之间的电连接的可靠性。由于凹槽形成于导电端子表面层，所以位于导电端子表面层下的端子表面不受凹槽影响，从而能保持其原有电特性。导电端子表面层上的凹槽是通过激光加工形成的，因此不会给端子周围造成污
^fe ο根据第二方面，压电元件的电极表面和布线构件的端子表面间的提高的电连接和保留的电特性会确实地施加电压给压电元件，并可靠地使得磁头相对于基座沿倾斜方向移动非常短的距离。
图1是示出根据本发明的实施例的头悬架的平面图；图2是示出图1的头悬架的透视图；图3是示出图1中头悬架的挠曲部的一部分的透视图；图4是示出图3中的挠曲部的一部分从相对侧看去的透视图5A和5B是沿着图1的V-V线截取的剖视图，其中，图5A示出了连接前的压电元件和端子，图5B示出了连接后的二者；图6是示出形成在端子上的镀金层上的凹槽的放大的平面图；图7是示出图6的凹槽的放大的示意性剖视图；图8是示出在端子的镀金层上形成的凹槽的平面照片；图9是显示图8上的凹槽的放大的平面照片；图10是与图9相似的放大的平面照片，显示出用分光光度计测量的在镀金层上限定的区域；图11是示出图10上XI区域的测量结果的曲线图；图12是示出图10上XII区域的测量结果的曲线图；图13是显示端子的镀金层上形成的凹槽的放大的端面的照片；图14是显示根据一个比较例的没有凹槽的镀金层的放大的断面的照片；图15是显示根据该实施例形成在端子的镀金层上的凹槽的放大的平面照片；图16是显示图15中端子的背面的放大的平面照片；图17是显示图15中端子的背面的放大的平面照片；图18是显示图15中端子的背面的放大的平面透视照片；图19是显示剥离测试后在图15中的端子上的导电粘合剂附着情况的放大的平面照片；图20是放大的平面照片，显示了根据一个比较例通过对镀金层使用工具在端子上的镀金层上形成的凹槽；图21是平面照片，显示了图20中的端子的背面；图22是放大的平面照片，显示了剥离测试后，在图20中的端子上的导电粘合剂附着情况；图23是放大的平面照片，显示的是根据本发明实施方式的一种变型形成于端子的镀金层上的凹槽；图M是放大的平面照片，显示的是根据本发明实施方式的另一变型形成于端子的镀金层上的凹槽；图25是放大的平面照片，显示的是根据本发明实施方式的又一个变型形成于端子的镀金层上的凹槽；图沈是放大的平面照片，显示的是根据相关技术在端子表面上的镀金层；和图27是放大的平面照片，显示的是剥离测试后在图沈中的端子表面上的导电粘合剂附着情况。
具体实施例方式本发明的一个实施方式将参照附图进行解释。该实施方式通过激光加工在头悬架的端子表面上形成的导电端子表层上形成一个或更多凹槽，来提高端子表面和头悬架的压电元件的电极表面之间的电连接的可靠性，保持端子的电特性，并防止端子被污染。图1是平面图，显示的是根据本发明的一个实施方式的头悬架1，图2是显示同样结构的透视图。
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如图1和图2所示，头悬架1包括压电元件3，根据本发明的实施方式的电连接结构被应用到其上；基座5 ；附接到基座5上的负载梁7 ；和附接到负载梁7前端的读写头9。压电元件3具有矩形形状并且由压电陶瓷制成，该压电陶瓷例如为PZT (锆钛酸铅)。压电元件3设置有通过在其第一表面上镀金制成的公共电极表面3a，和通过在其第二表面上镀金形成的一对电极表面北和3c。因此，电极表面3a，北和3c形成在压电元件 3上。压电元件3被配置在基座5和负载梁7之间，并被设置成与应用到其上的电压成比例地变形，来沿着相对于基座5倾斜的方向(负载梁7的宽度方向)通过负载梁7轻微地移动读写头9。基座5包括由导电材料(如不锈钢)制成的基板11和由导电材料(如不锈钢) 制成的加强板13。加强板13的基端部被安置在基座板11上并通过例如激光焊接而结合到其上。通孔15形成为穿过基座板11和加强板13。基座板11具有一体形成的凸台17，该凸台适于通过旋锻安装到载架的孔中，载架附接到音圈马达(无图示)上。音圈马达被驱动使得载架旋转，从而旋转头悬架1。加强板13的前端部用作压电元件3的安装部19。安装部19有开口 21，压电元件 3被安置在里面。开口 21包括通过蚀刻安装部19形成的接收器23和25。压电元件3被非导电粘合剂固定在接收器23和25上。沿着倾斜方向在开口的每侧上，具有挠性部件27a 和 27b.安装部19的前端是固定部四，负载梁7被固定到该固定部四上。在固定部四和压电元件3的电极表面北和3c之间，导电粘合剂31a和31b被用来电连接电极表面北和 3c到加强板13上。负载梁7向附接到负载梁7的前端的读写头9施加负载。负载梁7是由例如不锈钢薄板制成，并包括刚性部33和弹性部35.弹性部35通过窗口 37而分支，来减少厚度方向上的弯曲刚度。弹性部35的基端是固定部39，其如通过激光焊接被固定在基座5的固定部四上。沿着刚性部33的每个边缘，沿着厚度方向通过盒状弯曲形成弯曲部41a和41b。 弯曲部41a和41b在刚性部33的前端和基端间延伸。刚性部33的前端设置有加载-卸载突片43和凹陷(无图示)。读写头9具有滑块，其由作为布线构件的挠曲部45的舌4 支持。挠曲部45沿着负载梁7和基座5纵向延伸，并被附接到负载梁7上。图3是透视图，显示挠曲部45的一部分，图4是透视图，显示的是该挠曲部45的相对侧的一部分。尽管图3和图4所示的挠曲部45与图1和图2所示的挠曲部的形状不同，但图3和图4中的挠曲部45与图1和图2中的是相同的挠曲部。挠曲部45包括导电薄板47，该导电薄板例如为弹性的薄不锈钢轧制板(SST)； 在薄板47上形成的绝缘层49 ；和作为电线形成在绝缘层49上的铜布线图案51和53。导电薄板47的厚度在约10至25微米范围内，并根据该实施方式，厚度约18微米。铜布线图案51和53的厚度约为5至15微米范围内，并根据该实施方式，厚度约为9微米。布线图案51的一端电连接到由滑块支撑的读写头9的读写端子。布线图案53的一端，形成端子阳。
图5A和5B是沿着图1的V-V线的剖视图，其中，图5A显示了连接前的压电元件 3和端子55，图5B显示的是连接后的。正如图3到5B所示，导电薄板47围绕端子55被蚀刻掉，留下环57。也就是说，环 57通过导电薄板47制成，而导电薄板47由例如弹性薄不锈钢轧制板(SST)制成。在端子55处，绝缘层49具有圆形窗口 59，以将镀金层61暴露到压电元件3的电极表面3a。镀金层61通过在端子55上镀金形成，并作为导电端子表面层。如图5A所示，导电粘合剂63 (例如，银膏)填充在窗口 59和环57中，并被附接到压电元件3的电极表面3a上，如图5B所示。这时，环57用作阻挡器，来阻止导电粘合剂63(其在应用时为液体)围绕窗口 59 相对于端子表面6 从环57的周围渗出。由于发生了毛细现象和凝结，导电粘合剂63进入到在环57和电极表面3a之间的狭窄空间，如图5B所示。环57提高了端子55和压电元件3之间的结合强度。环57和凹槽61a和61b，以及镀金层61的类似物(后面说明)共同配合，以相互提高结合强度。压电元件3与应用在电极表面3a，北和3c上的电压成比例变形，从而沿着相对于基座5倾斜的方向通过负载梁7轻微地移动读写头9。基座5由音圈电机(无图示)转动通过载架(无图示)。凹槽6la、6Ib等将参照图6和图7进行说明，其中，图6是放大的平面图，显示在端子阳上的镀金层61上形成的凹槽，图7是放大的示意性截面图，显示的是在镀金层61 上的凹槽。如图6和图7所示，端子55具有铜端子体65，其与布线图案53的端部一体成形。 该端子体65具有端子表面65a。因此，该端子表面6 作为布线构件形成在挠曲部45上。 在端子表面6 上，通过在端子表面6 上镀镍而形成镀镍层67。镀镍层67作为中间层。 在镀镍层67上，镀金层61通过镀金形成于该层67上。因此，镀金层61作为导电的端子表面层形成于端子表面6 上。镀镍层67的厚度在0. 05到3. 0微米之间，并且根据该实施方式，该层厚度大约为1. 2微米。镀镍层67存在于端子表面6 和镀金层61之间，来防止端子表面6 被腐蚀。在镀金层61上，凹槽61a和61b等通过激光加工任意形成。在镀金层61上的凹槽61a和61b等可部分暴露镀镍层67。但是，进行采用受控的激光功率进行用于形成凹槽的激光加工，从而不让凹槽到达端子表面65a。压电元件3的镀金的电极表面3a根据由陶瓷(如PZT)制成的压电元件3的表面纹理进行粗糙处理。因此，如果在镀金层61上没有凹槽61a、61b等，那么形成于端子表面 65a上的镀金层61的表面比镀金的电极表面3a光滑。也就是说，形成于镀金层61上的凹槽61a、61b等使端子表面6 上的镀金层61 的表面粗糙度接近或者等于压电元件3的镀金电极表面3a的表面粗糙程度。如上所述，端子55用导电粘合剂63被固定到且粘附到压电元件3的电极表面3a 上。导电粘合剂63填充了镀金层61上的凹槽61a、61b等，使端子表面6 与镀金层61的粘合强度几乎等于电极表面3a上的粘合强度。图8是平面照片，显示形成于端子55的镀金层61上的凹槽61a，61b等，图9是放大的平面照片，显示图8中的凹槽，图10是放大的平面照片，显示了使用分光光度计测量出来的限定在镀金层61上的区域。图11是显示图10中XI区域的测量结果的曲线图，和，图 12是显示图10中XII区域的测量结果的曲线图。如图8和图9所示，凹槽61a、61b等形成于端子55的镀金层61上，限定在镀金层 61上的XI区域和XII区域(图10)用分光光度计测量，以分析XI区域和XII区域的成分。 测量结果是，只发现了金和镍，没发现铜，如图11和12所示。这说明，用于在镀金层61上形成凹槽61a、61b等的激光加工没有暴露端子表面65a。图13是放大的平面照片，显示了在端子55上的镀金层61上形成的凹槽61a、61b 等，图14是放大的平面照片，显示的是根据比较例的没有凹槽的镀金层。从图13和14之间比较明显可知，凹槽61a、61b等可能部分暴露镀镍层67表面， 但不是端子表面65a。图15是放大的平面照片，显示了形成于端子55上的镀金层61上的凹槽61a、61b 等，图16是放大的平面照片，显示了端子55的背面，图17是放大的平面照片，显示了端子 55的上述背面，图18是放大的透视照片，显示了端子55的上述背面，图19是放大的平面照片，显示了剥离测试后端子55的导电粘合剂的附着状况。通过激光加工形成于镀金层61上的图15中的凹槽61a、61b等基本上没有对端子 55产生影响或者破坏，参见图16至18。剥离测试(图19)表明，导电粘合剂63留在了端子55的镀金层61和环57上。图20是放大的平面照片，显示的是根据比较例将工具施加到镀金层上而在端子上的镀金层上形成的凹槽，图21是平面照片，显示图20中端子的背面，图22是放大的平面照片，显示剥离测试后根据是图20中的比较例中的端子的一个导电粘合剂的附着状态。如图20所见，凹槽6la、6Ib等可通过使用工具压制成形在端子55上。这种情况下，导电粘合剂63可以保留在端子55的镀金层61的表面上，见图22。然而，端子55的该背面会被破坏，见图21，从而恶化了端子55的电特性。从图15到19和图20到22之间的对比中清楚表明，该实施方式提高了端子55的粘合强度，并未破坏端子阳或者恶化其电特性。图23到25是放大的平面照片，显示了上面提到的本发明实施方式的变型。在图23中，单一凹槽61a形成于端子55的镀金层61上。图M中，凹槽61a和围绕凹槽61a的四个凹槽61b形成于端子55的镀金层61上。图25中，凹槽61a和围绕凹槽 61a的八个凹槽61b形成于端子55的镀金层61上。在每个变型中，凹槽61a和61b提高了端子55的粘合强度。在进一步的变型中，凹槽61a可以被忽略或者图对和25中的凹槽61a、61b等的数量可能被增加或者减少。将说明根据本发明的实施方式和其变型的电连接结构和头悬架的效果。该电连接结构利用导电粘合剂63将压电元件3和作为布线构件的挠曲部45连接。该电连接结构包括形成于压电元件3上的电极表面3a，和形成于挠曲部45上且比电极表面3a光滑的端子表面65a。该电连接结构进一步包括作为导电端子表面层的镀金层61， 其形成于端子表面6 上并与电极表面3a通过导电粘合剂63连接；和至少一个凹槽，即， 一个或多个凹槽61a、61b等，其通过激光加工形成于镀金层61上。一个或者多个凹槽使得端子55的铜端子表面6 上的镀金层61的表面粗糙度接近或者等于压电元件3的镀金的电极表面3a的表面粗糙度，从而相对于电极表面3a上的粘合强度提高镀金层61上的粘合强度，并且增强电极表面3a和端子表面6 之间的电连接的可靠性。因为凹槽61a等在镀金层61上，所以端子55的端子表面6 不受凹槽的影响，因此端子表面6 或者端子55能保持其电特性。凹槽61a等通过激光加工形成，因此，在形成凹槽时，在端子表面6 或者端子55 周围不发生不需要的污染。凹槽61a等通过激光加工形成，因此，在挠曲部45的布线图案51和53上没有热影响或者变形发生。凹槽61a等不是用机械工具形成的，因此，在端子55上或其周围没有机械磨损或接触。即使端子55非常小，激光加工也能在端子55的镀金层61上形成凹槽61a等，以使头悬架1微型化。在端子表面6 和镀金层61之间，导电的镀镍层67形成为中间层，来防止端子表面6 被腐蚀。即使镀金层61上的凹槽61a等暴露镀镍层67，端子表面6 也不会暴露， 因此不会受腐蚀。挠曲部45具有绝缘层49、形成于绝缘层49上的布线图案51和53和穿过绝缘层 49形成在端子55上的窗口 59。窗口 59将形成于端子55的端子表面6 上的镀金层61 暴露到压电元件3的电极表面3a。在窗口 59周围与端子表面6 相对，环57形成为阻挡器，以防止导电粘合剂63(在应用是为液体)从环57的周围渗出。因此，导电粘合剂63留在窗口 59里并且留在环57与电极表面3a之间的空间里。环57提高了压电元件3和端子55之间的粘合强度。在镀金层61上的凹槽61a 等和环57互相配合，以共同提高端子55和电极表面3a间的粘合强度。头悬架1采用了本发明的电连接结构应于其上的压电元件3。头悬架1具有基座 5、连接到基座5上的负载梁7和附接到负载梁7的前端的读写头9。压电元件3被配置在基座5和负载梁7之间，并被设置成与应用到其上的电压成比例地变形，从而沿相对于基座 5倾斜的方向通过负载梁7轻微地移动读写头9。用电连接结构来提高压电元件3和挠曲部45的端子55之间的电连接的可靠性， 头悬架1能准确且可靠地对读写头9进行定位操作。也就是说，采用包含音圈马达和电连接结构的压电元件3的双致动器系统，头悬架1能够精确定位读写头9到磁盘的目标位置。镀金层61上的凹槽61a等可以使用激光打标机形成。具有适当调节激光功率的激光打标机能够在镀金层61上迅速形成凹槽61a等。激光打标机仅通过改变字体数据就能够形成各种形状的凹槽。端子55的端子表面6 可以由铜或者其他任何导电材料制成。端子55的端子表面6 上的导电端子表面层(镀金层)61可以由金或者任何其他导电材料制成。端子55的端子表面6 上的中间层67可以由镍或者任何其他导电材料制成。该中间层67可以被略去，并且导电端子表面层61可以直接形成于端子表面6 上。
权利要求
1.一种电连接结构，用于使用导电粘合剂互相连接压电元件和布线构件，所述电连接结构包括电极表面，其形成于所述压电元件上；端子表面，其形成于所述布线构件上并且比所述电极表面光滑；导电端子表面层，其形成于所述端子表面上并用导电粘合剂连接到所述电极表面；和至少一个凹槽，其通过激光加工形成于所述导电端子表面层上。
2.根据权利要求1所述的电连接结构，其中，所述端子表面由铜制成，并且所述导电端子表面层通过在所述端子表面上镀金形成。
3.根据权利要求1所述的电连接结构，进一步包括导电的中间层，其形成于所述端子表面和所述导电端子表面层之间，以防止所述端子表面腐蚀。
4.根据权利要求3所述的电连接结构，其中，所述导电的中间层通过在所述端子表面上镀镍形成。
5.根据权利要求1所述的电连接结构，其中，所述布线构件包括绝缘层和形成于所述绝缘层上的布线，窗口贯通所述绝缘层形成，以将所述端子表面上的所述导电端子表面层暴露到所述压电元件的电极表面，阻挡器，其在所述绝缘层的与所述导电端子表面层相对的表面上围绕所述窗口形成， 以防止施加时为液体的所述导电粘合剂渗出，并且使所述导电粘合剂存在于窗口中并且存在于所述阻挡器与所述压电元件的电极表面之间的空间中。
6.一种头悬架，其具有压电元件，权利要求1的所述电连接结构被应用到所述压电元件上，所述头悬架包括基座和连接到所述基座上的负载梁；读写头，附接到所述负载梁上；和所述压电元件被配置在所述基座和所述负载梁之间，并且被构成为与应用到其上的电压成比例地变形，以沿着相对于所述基座倾斜的方向通过所述负载梁轻微地移动所述读写头。
全文摘要
一种电连接结构用导电粘合剂连接压电元件到挠曲部上。电极表面形成于压电元件上，并且端子表面形成于布线构件上，并比电极表面光滑。镀金层形成于端子表面并与电极表面用导电粘合剂连接。至少一个凹槽通过激光加工形成于导电端子表面层上。该电连接结构使得带有镀金层的端子表面的表面粗糙度与电极表面的表面粗糙度基本相等，以提高端子表面的粘合强度，接近电极表面的粘合强度，提高电极表面和端子表面之间的电连接的可靠性，保持端子表面的电特性，并且防止端子表面周围发生污染。
文档编号G11B5/58GK102290053SQ20111012635
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月11日 优先权日2010年5月12日
发明者金龙弘 申请人:日本发条株式会社