专利名称：具有减振器的微驱动器单元、磁头折片组合及其磁盘驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁盘驱动单元，尤指一种具有减振器的微驱动器单元及磁头折片组合。
背景技术：
磁盘驱动器为一种使用磁介质储存数据的信息存储装置。参考图1a，现有典型的磁盘驱动器(Disk Drive)包括一个磁盘及一个用于驱动磁头折片组合277(Head Gimbal Assembly，HGA)的驱动臂(磁头折片组合277设有一个装有磁头203的悬臂件(未标示))。其中，磁盘装在一个用以驱动磁盘旋转的主轴马达上，一个音圈马达(Voice-Coil Motor，VCM)用于控制驱动臂的运动，从而控制磁头203在磁盘表面上从一个磁轨移动到下一个磁轨，进而从磁盘中读取或写入数据。
然而，在磁头203的行程中，由于音圈马达(VCM)和悬臂件所固有的容差(Tolerance)导致磁头203偏轨，磁头203不能进行很好的位置控制，因而影响磁头203从磁盘中读取或写入数据。
为了解决上述问题，压电微驱动器(piezoelectric(PZT)micro-actuator)被用于调整磁头203的位移(displacement)。亦即，压电微驱动器以一个较小的幅度调整磁头203的位移，而且也补偿音圈马达(VCM)及悬臂件的容差。这样，可使磁轨宽度变得更小，可以增加50％的磁盘驱动器的TPI值(‘tracks perinch’value)，同时还可降低磁头导寻轨时间(即增加了其表面记录密度)。
参考图1b，传统的压电微驱动器205设有一个U形的陶瓷框架297。该U形陶瓷框架297包括两个陶瓷臂207，其中每个陶瓷臂207在其一侧设有一个压电片(未图示)。参考图1a及1b，压电微驱动器205与悬臂件213物理相连，其中，在每个陶瓷臂207一侧，有三个电连接球209(金球焊接(gold ball bonding，GBB)或锡球焊接(solder bump bonding，SBB))将微驱动器205连接到悬臂件电缆210上。此外，还有四个电连接球208(GBB或SBB)用于实现磁头203与悬臂件电缆210之间的电连接。图1c则展示了将磁头203插入微驱动器205的详细过程。其中，磁头203与两个陶瓷臂207上的两点206通过环氧胶点212相粘结，从而使磁头203的运动依赖于微驱动器205的陶瓷臂207。
当电流通过悬臂件电缆210施加于微驱动器205上时，微驱动器205的压电片将膨胀或者收缩从而导致U形陶瓷框架297的两个陶瓷臂207变形而使磁头203在磁盘的磁轨上移动。这样，一个良好的磁头位置调整(head positionadjustment)就可以实现。
然而，由于所述压电微驱动器205和磁头203被装在悬臂舌(未标示)上，当压电微驱动器205被激发时，它将作单纯的平动而使磁头203在磁盘上摇摆，所述摇摆运动将产生一个作用于悬臂舌的反作用力，从而引起一个与摇动悬臂件基板引起的共振相同的悬臂件共振。这将影响磁头折片组合的动态性能并且限制磁盘驱动器的伺服系统带宽以及存储容量的提高。如图2所示，标号201代表摇动悬臂件基板时的共振曲线，标号202代表激发微驱动器205时的共振曲线，在20K的频率范围内，该曲线在正侧及反侧有许多悬臂件频率响应的增益峰值，这种增益曲线显示了较差的共振特性。该图清楚地展示出上述问题。
因此，提供一种微驱动器单元、磁头折片组合、磁盘驱动器以解决上述问题实为必要。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种磁头折片组合，当激发微驱动器单元时此磁头折片组合具有良好的共振性能。
本发明的另一目的在于提供一种具有减振器的微驱动器单元。
本发明的再一目的在于提供一种具有较大伺服系统带宽和存储容量的磁盘驱动单元。
为达到上述目的，本发明一种磁头折片组合包括磁头；调整磁头位置的微驱动器；用于支撑所述微驱动器的悬臂件(suspension)；以及位于所述微驱动器和悬臂件之间的减振器。其中，所述微驱动器包括第一基部片、一对以第一方向从所述第一基部片上延伸出的驱动器侧臂、其中至少一个驱动器侧臂上具有压电元件。
在一个实施例中，所述减振器包括与微驱动器和悬臂件相连的第二基部片；以及至少一个从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的减振臂，所述至少一个减振臂上包含有至少一个压电元件。其中，所述第一方向和第二方向均垂直于所述第二基部片。在另一个实施例中，所述减振器包括两个从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的减振臂，所述两个减振臂的自由端相互连接。在又一个实施例中，所述减振器包括从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的单一减振臂，所述单一减振臂从所述第二基部片的中部或侧部延伸出来。
在本发明中，在微驱动器和减振器间形成第一平行间隙；在悬臂件和所述至少一个减振臂之间形成第二平行间隙。所述至少一个压电元件为薄膜压电元件或陶瓷压电元件。所述每个压电元件可为单层结构或多层结构。本发明一种微驱动器单元，包括用于调整磁头位置的微驱动器；其中所述微驱动器包括第一基部片、一对以第一方向从第一基部片上延伸出的驱动器侧臂，其中至少一个驱动器侧臂上具有压电元件；以及和微驱动器相连的减振器。
在本发明中，所述减振器包括和微驱动器相连的第二基部片、至少一个从第二基部片上以第一方向或者第二方向延伸出的至少一个减振臂，所述至少一个减振臂上包含有至少一个压电元件。
本发明一种磁盘驱动单元，包括磁头折片组合；与所述磁头折片组合相连接的驱动臂；磁盘；及用以旋转所述磁盘的主轴马达。其中，所述磁头折片组合包括磁头；用以调整磁头位置的微驱动器，一个悬臂件支撑着磁头和微驱动器，以及位于微驱动器和悬臂件之间的减振器；其中所述微驱动器包括第一基部片、一对以第一方向从所述第一基部片上延伸出的驱动器侧臂、其中至少一个驱动器侧臂上具有压电元件；其中，所述减振器包括与微驱动器和悬臂件相连的第二基部片；至少一个从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的减振臂，所述至少一个减振臂上包含有至少一个压电元件。
与现有技术相比，本发明在微驱动器和悬臂件间设置一个减振器，这样，当微驱动器被激发并移动时，由此产生的第一反作用力将被传递至减振器，同时，减振器也被激发并自产生另一个与第一反作用力相抵消的反作用力。这样就没有力施加于悬臂件上，对应地，由于微驱动器工作而产生的悬臂件共振将被消除。此外，由于在低频段的悬臂件共振被消除，而仅有高频段的微驱动器共振发生，这样就增大了磁盘驱动装置的伺服带宽及存储容量。
为使本发明更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本发明不同的具体
图1a为现有磁头折片组合(HGA)的立体图；图1b为图1a的放大局部视图；图1c展示了将磁头插入图1a中磁头折片组合(HGA)的微驱动器中的一般过程；图2展示了图1a中磁头折片组合的共振曲线(resonance curve)；图3为本发明磁头折片组合(HGA)第一实施例的立体图；图4为图3中磁头折片组合的放大局部立体图；图4a为图4中磁头折片组合的压电片的局部放大剖视图；图5为图4的分解图；图6为图3中磁头折片组合在微驱动器区域的局部侧视图；图7a展示了图3中磁头折片组合的两个压电片间的电连接关系，根据本发明一个实施例，所述两个压电片具有相同的极化方向；图7b展示了图3中磁头折片组合的两个压电片间的电连接关系，根据本发明一个实施例，所述两个压电片具有相反的极化方向；
图7c展示了分别加在图7b所示两个压电元件上的两个电压的波形图；图7d展示了分别加在图7a所示两个压电元件上的电压的波形图；图7e展示了图3中磁头折片组合的减振器的工作原理；图8a和8b为图3中磁头折片组合的对比共振曲线图；图9a-9g为本发明减振器七个不同实施例的立体图；图10为本发明磁盘驱动单元一个实施例的立体图。
具体实施例方式
参考图3，本发明一种磁头折片组合3包括磁头31、微驱动器32及用于承载所述磁头31及微驱动器32的悬臂件8。所述磁头折片组合3进一步包括位于微驱动器32和悬臂件8之间的减振器33。
同样参考图3，悬臂件8包括负载杆(load beam)17，挠性件(flexure)13、枢接件(hinge)15及基板(base plate)11。在挠性件13上设有复数电极触点308，复数电极触点308一端和控制系统相连(未图示)，另一端和复数电缆309，311相连。参考图4及图5，所述挠性件13亦包括一个悬臂舌片(suspension tongue)328用于支撑所述减振器33、微驱动器32和磁头31。参考图6，负载杆17上设有一个小突起329用以支撑悬臂舌328。
参考图3至图5，一个限位装置207形成于所述负载杆17上，其穿过悬臂舌328用以阻止悬臂舌328在磁盘驱动器正常工作、受到震动或撞击时过度弯曲。所述悬臂舌328上设有复数电极触点113和310。磁头31在其一端对应悬臂舌328上的电极触点113设有复数电极触点204。
在本发明中，参考图3-5，所述微驱动器32包括一个U型框架，所述U型框架包括两个侧臂321、323和一个与之相连的底臂320。每个侧臂321、323上设有至少一个压电片，譬如压电片321a和323a。如图5所示，所述每个侧臂321、323上还包括复数个对应电极触点310而设的电极触点327。在一个实施例中，压电片321a与侧臂321的外壁相连接，压电片323a与侧臂323的外壁相连接。
在本发明中，所述减振器33包括一个框架和至少一个与之相连的压电片。所述框架和微驱动器32和悬臂件8相连。
参考图5，根据本发明的第一个实施例，所述框架亦为一个U型框架，所述U型框架包括两个侧臂331、333和一个与之相连的底臂330。当所述框架与微驱动器32连接时，所述侧臂321、323以第一方向从底臂320延伸出来，同时，侧臂331、333分别沿与第一方向相同的方向由底臂330延伸出来。所述每个侧臂331、333还包括复数个对应于电极触点310的电极触点337。所述U型框架可由金属(譬如不锈钢)、陶瓷、硅(例如单晶硅)或者聚合物制成。两个压电片331a、333a分别藉由传统的连接方式，如环氧胶连接或各向异性导电膜(anisotropic conductive film、ACF)连接，与侧臂331、333相连。在一个实施例中，压电片331a与侧臂331的内侧壁相连接，压电片333a与侧臂333的内侧壁相连接。
所述压电片321a、323a、331a、333a最好由薄膜压电材料制成，其可为单层或多层压电元件。同样，压电片321a、323a、331a、333a亦可由陶瓷压电材料制成，其可为单层或多层压电元件。。
参考图4a，作为一个实施例，压电片321a为由两种电极352或358交替叠合的多层结构。在压电片321a一端，两种电极352、358分别和两个电极触点355相连。在一个实施例中，所述压电片321a，323a，331a，333a具有单段结构或多段结构。
参考图3-5，在本发明一个实施例中，磁头31通过两个环氧胶点324与两个侧臂321，323通过两点(未标示)部分相连。所述微驱动器32和减振器33通过用环氧胶404将底臂320和底臂330相连所述减振器33通过ACF、胶粘剂或环氧胶并藉由底臂330部分连接于挠性件13的悬臂舌328上。接着，复数金属球305(GBB、SBB或者导电胶粘剂)用于将所述微驱动器32的电连接触点327与减振器33的电连接触点337电性连接。同时，复数金属球380(GBB，SBB或者导电胶粘剂)用于将减振器33的电连接触点337与悬臂舌328的电连接触点310相连接。这样，微驱动器32、减振器33就与悬臂件8的两个电缆311实现电性连接。此外，复数金属球405用于将磁头31的电连接触点113与悬臂舌328动片上的电极触点113电性相连，从而将磁头31和电缆309电性相连。通过电缆309、311，连接触点308将磁头31和微驱动器32和控制系统电性相连(未图示)。
在本发明中，参考图6，在减振器33和悬臂舌328之间形成一个平行间隙505，用以确保减振器33的自由移动。此外，在微驱动器32和减振器33之间还形成一个平行间隙503。这里，因为磁头31和两个侧臂321、323部分连接，并且微驱动器32和减振器33之间形成一个平行间隙503，所以当微驱动器32被驱动时，磁头31可自由移动。
下面参考图7a-7e具体阐述减振器是如何工作的。图7a展示了两个压电片323a，333a之间的电连接关系，所述压电片323a，333a设置在靠近悬臂舌328的同一侧。在该实施例中，参考图7a，所述两个压电片323a，333a具有相同的极化方向，它们通过一端404共同接地，另一端401a和401b被施加具有同一正弦波形407(见图7d)的两个电压。当正弦电压407被加到两个压电片323a、333a，在第一个半周期，所述两个压电片323a、333a将随着驱动电压增加而收缩，然后又随着驱动电压的降低逐渐回到其原始位置。因为压电片323a被粘在侧臂323的外侧，侧部323将被弯至外侧，对应地，一个反作用力F1产生在底臂320上。由于微驱动器32的底臂被粘结在减振器33的底片330上，所以所述反作用力F1将立即被传递到减振器底片330。同时，因为压电片333a粘结在侧片333的内侧，所以所述侧片333被弯至内侧。一个反作用力F2将在减振器33的底片上产生。这里，反作用力F1和F2被控制为大小相等，方向相反，所以施加于底臂330上的合力为零。可以理解，悬臂件8将不因侧臂323的运动而受到影响。当正弦电压407进入第二个半周期时(和第一个半周期具有相反相态)，压电片323a、333a将随着驱动电压增长而膨胀，然后又随着随着驱动电压降低而回到其原始位置。对应地，反作用力F1和F2将改变其方向，而施加于底臂330的合力仍然为零。压电片321a，331的工作原理和压电片323a，333a类似，在此不再详述。
根据本发明另一实施例，所述两个压电片321a、331a具有相反的极化方向，如图7b所示，其一端404被共同接地，另一端401a和401b被分别施加两个具有不同相态波形406、408(参图7c)的电压。在所述电压驱动下，压电片321a、331a在同一个半周期内将逐渐收缩，然后又回到其原始位置；当进入下半个周期，压电片321a、331a将逐渐收缩，然后又回到其原始位置。相似地，反作用力F1和F2将产生，并且其施加到底臂330的合力仍然为零。
图8a和8b展示了本发明磁头折片组合共振性能的测试结果。这里，标号802展示了微驱动器工作共振曲线(micro-actuator operation resonancecurve)，其具有相位曲线806；标号803展示了减振器工作的共振曲线，其具有相反相位804。在减振器33的帮助下，悬臂件8的振动被消除。标号805展示了本发明磁头折片组合的共振增益曲线，而标号808展示了其相位曲线。所述附图同样展示了悬臂件共振不发生在低频段，因而扩大了伺服带宽并增加了磁盘驱动器的容量，同时减少了寻轨和定位时间。
根据本发明第二实施例，参考图9a，微驱动器32和减振器33可按下述状态粘结在一起侧臂321、323以第一方向从底臂320上延伸出来，而侧臂331、333以与第一方向相反的方向从底臂330上延伸出来。根据本发明第三实施例，参考图9b，微驱动器32和减振器33的框架可一体成型为一个框架，即具有一体的底臂23和两个侧臂27、29。两个间隙25分别形成在两个侧臂27、29上，从而将侧臂27分为第一侧臂321’和第二侧臂331，，将，侧臂29分为第一侧臂323’和第二侧臂333’。
根据本发明第四实施例，参考图9c，减振器33的框架可进一步包括连接两侧臂331、333的顶臂334。在第五实施例中，参考图9d，所述两个压电片333a可被连接到侧臂331，333外侧。
根据本发明第六实施例，参考图9e，减振器33可以具有一个包含底臂330和单一侧臂337的框架，所述单一侧臂337从底臂330的中部延伸出来。两个压电片337a、337b粘结在侧臂337的两侧。根据本发明第七实施例，参考图9f，所述减振器33可以具有一个包含底臂330和单一侧臂338的框架，所述单一例臂338从底臂330的端部延伸出来。两个压电片338a粘结在侧臂338的两侧。根据本发明第八实施例，参考图9g，减振器33具有一个包含底臂330和单一侧臂339的框架，所述单一侧臂339从底臂330的端部延伸出来。两个压电片339a粘结在侧臂339的两侧。减振器33和微驱动器32通过粘结底臂320和底臂330而结合。同时，侧臂321、323以第一方向从底臂320上延伸出来，而侧臂339以与第一方向相反的方向从底臂330上延伸出来。上述实施例与第一实施例的工作原理类似，在此不在详述。
与现有技术相比，本发明在微驱动器和悬臂件间设置一个减振器，这样，当微驱动器被激发并移动时，由此产生的第一反作用力将被传递至减振器，同时，减振器也被激发并自产生另一个与第一反作用力相抵消的反作用力。这样就没有力施加于悬臂件上，对应地，由于微驱动器工作而产生的悬臂件共振将被消除。此外，由于在低频段的悬臂件共振被消除，而仅有高频段的微驱动器共振发生，这样就增大了磁盘驱动装置的伺服带宽及存储容量。
在本发明中，参考图10，本发明具有减振特性的磁盘驱动单元可通过组装壳体108、磁盘101、主轴马达102、以及带有依本发明设计的、在微驱动器作位置微调时具有良好共振性能的磁头折片组合3的音圈马达107而获得。由于磁盘驱动单元的这种结构、工作方式和组装工艺为本领域普通技术人员所知悉，在使本发明明确的前提下，对此不再详述。
权利要求
1.一种磁头折片组合(head gimbal assembly)，其特征在于包括磁头；调整磁头位置的微驱动器；其中所述微驱动器包括第一基部片、一对以第一方向从所述第一基部片上延伸出的驱动器侧臂、其中至少一个驱动器侧臂上具有压电元件；用于支撑所述微驱动器的悬臂件(suspension)；以及位于所述微驱动器和悬臂件之间的减振器。
2.如权利要求1所述的磁头折片组合，其特征在于所述减振器包括与微驱动器和悬臂件相连的第二基部片；至少一个从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的减振臂，所述至少一个减振臂上包含有至少一个压电元件。
3.如权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于所述第一方向和第二方向均垂直于所述第二基部片。
4.如权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于所述减振器包括两个从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的减振臂，所述两个减振臂的自由端相互连接。
5.如权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于所述减振器包括从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的单一减振臂，所述单一减振臂从所述第二基部片的中部或侧部延伸出来。
6.如权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于在微驱动器和减振器间形成第一平行间隙；在悬臂件和所述至少一个减振臂之间形成第二平行间隙。
7.如权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于所述至少一个压电元件为薄膜压电元件或陶瓷压电元件。
8.如权利要求2所述的磁头折片组合，其特征在于所述每个压电元件为单层结构或多层结构。
9.一种微驱动器单元，包括用于调整磁头位置的微驱动器；其中所述微驱动器包括第一基部片、一对以第一方向从第一基部片上延伸出的驱动器侧臂，其中至少一个驱动器侧臂上具有压电元件；以及和微驱动器相连的减振器。
10.如权利要求9所述的微驱动器单元，其特征在于所述减振器包括和微驱动器相连的第二基部片、至少一个从第二基部片上以第一方向或者第二方向延伸出的至少一个减振臂，所述至少一个减振臂上包含有至少一个压电元件。
11.如权利要求10所述的微驱动器单元，其特征在于所述第一方向及第二方向均垂直于所述第二基部片。
12.如权利要求10所述的微驱动器单元，其特征在于所述减振器包括两个从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的减振臂，所述两个减振臂的自由端相互连接。
13.如权利要求10所述的微驱动器单元，其特征在于所述减振器包括从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的单一减振臂，所述单一减振臂从所述第二基部片的中部或侧部延伸出来。
14.如权利要求10所述的微驱动器单元，其特征在于在所述微驱动器和减振器间形成一个平行间隙。
15.如权利要求10所述的微驱动器单元，其特征在于所述至少一个压电元件为薄膜压电元件或陶瓷压电元件。
16.如权利要求10所述的微驱动器单元，其特征在于所述每个压电元件为单层结构或多层结构。
17.一种磁盘驱动单元，包括磁头折片组合；与所述磁头折片组合相连接的驱动臂；磁盘；及用以旋转所述磁盘的主轴马达；其特征在于所述磁头折片组合包括磁头；用以调整磁头位置的微驱动器；其中所述微驱动器包括第一基部片、一对以第一方向从所述第一基部片上延伸出的驱动器侧臂、其中至少一个驱动器侧臂上具有压电元件；支撑磁头和微驱动器的悬臂件；以及位于微驱动器和悬臂件之间的减振器。
18.一种如权利要求17所述的磁盘驱动单元，其特征在于包括所述减振器包括与微驱动器和悬臂件相连的第二基部片；至少一个从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的减振臂，所述至少一个减振臂上包含有至少一个压电元件。
全文摘要
本发明一种磁头折片组合包括磁头；调整磁头位置的微驱动器；用于支撑所述微驱动器的悬臂件(suspension)；以及位于所述微驱动器和悬臂件之间的减振器。其中，所述微驱动器包括第一基部片、一对以第一方向从所述第一基部片上延伸出的驱动器侧臂、其中至少一个驱动器侧臂上具有压电元件。所述减振器包括与微驱动器和悬臂件相连的第二基部片；以及至少一个从第二基部片上以第一方向或第二方向延伸出的减振臂，所述至少一个减振臂上包含有至少一个压电元件。本发明同时揭露了具有减振器的磁盘驱动器。
文档编号G11B21/20GK1797549SQ20041008230
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者姚明高, 白石一雅 申请人:新科实业有限公司