具有可控电容的集成导体的悬浮装置的制作方法

专利名称：具有可控电容的集成导体的悬浮装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁盘驱动器中用于支撑靠近相对运动的记录介质的读写磁头的悬浮装置中的集成导体的结构及其产生的电容和阻抗的控制方法。更详细地说，本发明涉及集成悬浮装置和导体结构，其中悬浮装置包括空隙，使得悬浮装置中的各部分在总体上是导体结构的补充，本发明还涉及制造这种悬浮装置的方法。
现在的盘驱动器一般包括旋转的刚性存储盘和头定位器，后者用于把数据转换器定位在相对于盘旋转轴的不同的径向位置，借以在盘的每个记录表面上规定许多同心的数据存储道。头定位器一般称为驱动器。虽然现有技术中有许多驱动器结构，但最常用的是直接插入的旋转式音圈驱动器，这是由于它们简单，性能高，并能够围绕转轴质量平衡地旋转，这后者对于减少驱动器对干扰的灵敏度是重要的。使用闭环伺服系统操作驱动器，借以使头被相对于盘表面定位。
读写转换器可以设计成单元件或双元件的，它一般被设置在陶瓷滑动结构上，滑动结构具有一个空气承载表面，用于支撑转换器离开运动介质表面一个小的距离。单元件设计一般要求两根连线，而双元件设计要求4根连线。尤其是磁阻(MR)头一般要求4根线。空气承载滑动件和读写转换器的组合也叫作读写头或记录头。
滑动件一般安装在和悬浮装置的加载梁结构的远端相连的装有万向节头的柔性结构上。一个弹簧使加载梁并由此使头向盘偏移，同时在头下面的气压把头推离盘。此时，平衡距离确定头的“飞行高度”。通过利用这种“空气支撑”支撑头离开盘表面，头在头/盘界面以液动润滑方式下而不是在界面润滑方式下操作。空气支撑保持转换器和介质之间分开，这降低了转换器的效率，然而，避免直接接触却大大改善了头和盘元件的可靠性和使用寿命。然而，为了增加面积密度可能仍然要求头在伪接触或甚至在界面润滑接触方式下操作。
盘驱动器制造业一直致力于减少滑动件结构的尺寸和重量，以便减少驱动器组件的运动质量，使转换器的操作更靠近盘表面，前者改善查找性能，后者改善转换器效率，从而实现较高的面积密度。滑动件的大小(因此质量)通常参照所谓标准100％滑动件(小型滑动件)规定。因此，术语70％，50％，和30％滑动件(分别称为微滑动件，纳滑动件，和皮滑动件)指较新的低质量滑动件，它们具有线性的尺寸，可用标准的小型滑动件的大小的百分数标识。较小的滑动件结构通常要求更顺从的万向节头，因而和滑动件相连的导线的固有刚性可产生明显的偏移效果。
为了减少固有的导线刚性或偏移的影响，提出了集成的柔性/导体结构，其中用绝缘柔性合成树脂柔性件集成导线，使得导线被暴露在位于头附近的柔性件的远端的焊接点上，Matsuzaki的美国专利NO.5,006,946披露了一种这种结构的例子。虽然这种结构具有某些性能和组装的优点，但披露的柔性件中的柔性聚合物树脂材料和万向节头结构带来若干设计问题。例如，树脂材料的热胀性能和现有技术中的不锈钢材料不同，并且其中含有所需的粘合层的这种树脂结构的耐久性也是未知的。因此，又提出了混合的不锈钢柔性件和导体结构，它具有集成导体柔性电路结构的大部分优点，同时保留了和现有技术的制造方法以及加载梁固定方法的兼容性。这种混合设计通常使用不锈钢柔性件，其具有淀积的绝缘层和导电层，用于电气地连接头和有关的驱动器电子电路，例如预放大器芯片和读通道电路。
这些混合设计的柔性件使用相当长的导体，从在远端的、柔性件的固定头的一端的焊点延伸到柔性件的近端，以便沿着相关的悬浮结构的长度提供从读写头到前置放大或读通道芯片的导电路径。因为导体极其靠近在加载梁上接地的导电的不锈钢柔性件但又和其绝缘，所以导体的对地电容相对于常规的分立的绝缘导线对增加了。这增加的电容会使读写头，导线，和前置放大系统的性能变差，因而需要可制造的并且可靠的对地电容小的集成柔性件和导电结构。
本发明尤其提供了一种用于盘驱动器的悬浮装置的柔性件，其中包括集成导体结构，其设计得以限制导体结构和悬浮结构的其它部分之间的寄生电容，并提供了制造这种结构的方法。
按照本发明的最佳实施例的悬浮装置包括柔性件，柔性件中具有一个或几个成形的空隙，并具有沿着和空隙相邻的柔性件延伸的集成导体。集成导体代替现有技术中的分立绝缘导线对，沿着相关的悬浮装置延伸的绝缘导线。控制柔性空隙的形状和导体的几何尺寸，以减少不希望的导体对地电容的影响。此外，可适当构成导体轨迹，以减少轨迹的相互电容。本发明提供了改进的电性能，而对悬浮装置的机械性能没有大的影响。
本发明的总的目的是提供一种小型的，坚固的，可靠的悬浮装置，其中具有集成导体，用于连接读写头和相关的读写电路，它克服了现有技术的限制和缺点。
本发明的一个更具体的目的是提供一种用于控制盘驱动器中的读写头使用的集成柔性件/导体结构的电容或阻抗的方法。
本发明的另一个目的是提供一种集成的柔性件和导体结构以及一种制造方法，使得双元件读写头的读元件和写元件的导体的电容和阻抗分别为最佳。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于支撑驱动器中的读写头的悬浮装置。
本发明提供一种经济可靠的方法，用于电气地连接安装在滑动件上的转换器和集成的柔性件/导体结构，后者提供一万向节头，并且包括暴露的，位于导体柔性件的远端的滑动件安装区域附近的导电焊点。焊点和相关导体通过绝缘层和滑动件电绝缘，绝缘层和导体一起被固定在柔性件上，导体沿着柔性件表面在同一平面内延伸。柔性件包括一个或几个空隙，且导体和空隙相邻地延伸。导体的形态比和导体中间间距的设置使得可以减少导体之间的相互电容，同时保持低的对地电容。空隙的边界被这样设置，使得避免沿着导电通路间断的阻抗变化。
本发明的这些和其它的目的，优点，方面和特点在结合附图详细地说明本发明的最佳实施例之后可以更加充分理解。其中

图1是按照本发明的集成的柔性件/导体结构的放大的平面图。
图2是沿着图1的A-A取的集成的柔性件/导体结构的截面图。
图2A是图1所示的集成的柔性件/导体结构的另一个截面图。
图3是按照本发明的头万向节头装置(HGA)的放大的平面图，其中包括加载梁，集成的柔性件/导体结构，和读写头。
图4是表示导体对地电容和相邻的空隙宽度的关系曲线。
图5A-5D是各种空隙形状的例子，它们可被限定在按照本发明的集成的柔性件/导体结构中。
图6是使用集成的柔性件/导体结构典型的读电路，导体，和读写头系统的等效电路图。
图7是模拟图6的电路的传递函数的曲线，其中假定一个没有和导体相邻的空隙的柔性件的对地电容值。
图8是模拟图6的电路的传递函数的曲线，其中假定一个通过使用和导体相邻的空隙而可得到的对地电容值。
图9是按照本发明的盘驱动器的平面图。
参看附图，在全部附图中，相同的标号代表相同或相应的部件，图1是按照本发明的集成的柔性件/导体结构10的放大的平面图。柔性件/导体结构10包括呈平面状的不锈钢柔性件12，其大约20微米厚，并且包括加工孔14和15，用于在制造和装配期间精确地对准元件。一对大约10微米厚的铜的导电轨迹形成导体结构16，从柔性件12的近端17延伸到柔性件12的头支撑远端18。导体结构16包括薄的(例如10微米)绝缘基膜25(为清楚起见省略了，但示于图2中)，位于导体结构的导电轨迹和不锈钢柔性件12之间，用于防止导体结构16的导电轨迹短路。柔性件12包括一个或几个空隙20，其位置和导体结构16走的路径相邻，用于减少导体结构和不锈钢柔性件12之间的电容。相应地，本发明提供了一种方法，用于控制导体结构16和不锈钢柔性件12集成一体而产生的电容。正如现有技术中熟知的，过大的导体或引线电容对于在相关的读写头和前置放大电路之间的信号传输有不利影响。
此外，因为在足够高的频率下，导体结构16对于在读写头和读通道电子电路之间通过的信号相当于传输线，所以空隙的几何状态对于控制和避免沿着导体结构16的信号通路阻抗的突然变化是一个重要因素。断续的阻抗变化会在传输线中产生不希望的反射作用。图2是沿着图1的A-A取的集成的柔性件/导体结构10的截面图。在本实施例中，导体结构16包括一对导电轨迹22和绝缘的聚酰亚胺(一种柔性聚合物树脂材料)层24，它横跨空隙20，用于提供导电轨迹的支撑。在本实施例中，一对轨迹被这样设置，使得其尽量靠近，以便减少导体之间的相互电容。虽然不是严格要求，但可以使用大约4微米厚的附加绝缘层，作为轨迹22的保护层。空隙最好有这样的形状，使得沿着柔性件/导体结构10长度方向的空隙的横截面积平滑地或相当连续地变化，从而避免沿着由导电结构限定的信号通路的阻抗发生突然变化。在空隙20跨过轨迹22的边界的区域中，希望使边界弯曲或倾斜，使得边界不以直角跨过轨迹，从而使沿着由导体结构16限定的传输线的阻抗变化较平缓。此外，限定空隙20的柔性件的内部边界可以被底切(undercut)(如图2或2A所示)，以便进一步平滑沿信号通路的阻抗变化。
用于层叠和成形不锈钢片，介电膜和导体的若干方法在现有技术中是公知的。此外，用于在不锈钢片上淀积并成形电介质和导体的方法也是公知的。按照本发明的最佳实施例，导电轨迹22被涂镀和光刻成形，而不是用层叠和刻蚀成形，使得绝缘的和导电的轨迹层可被作得适当地薄，从而对不锈钢柔性件的机械性能没有大的影响。在绝缘和导电结构形成之后，通过选择地刻蚀形成柔性件和空隙的外形，从而制成集成的柔性件/导体结构。
图3表示按照本发明完全装配好的头万向节头装置(HGA)30，其中包括基板32，用于把HGA固定在盘驱动器中的驱动器臂上，和加载梁34，用于在读写头36上施加加载力。头36被固定在柔性件/导体结构10的远端18，读写头36的转换器元件(未示出)和导体轨迹22电气相连。柔性件/导体结构10也可以按照常规被点焊在加载梁34上。加载梁34一般包括凸起部或加载按钮(未示出)，它在加载梁34和读写头36之间接近于点接触，从而使头36相对于加载梁35具有有限的相对移动和滚动。应该说明，虽然加载梁34在本发明的最佳实施例中是导电的不锈钢结构(如同柔性件12)，但导电轨迹22距离加载梁结构足够远，使得相对于加载梁不会产生大的对地电容。不过，如果使用具有集成的万向节头的加载梁结构，则按照本发明的原理不再需要结合图2所述的中间柔性体器件，加载梁本身可以被这样刻蚀，使得沿着信号通路包括空隙，以便减少对地电容。
图4是当柔性件被固定在接地的加载梁上时对地电容和空隙22的宽度的关系曲线。曲线42表明在没有接地的加载梁的情况下电容减少较少。因而不需要在加载梁本身中制造或刻蚀空隙，除非例如导体和具有整体的万向节头的加载梁集成在一起，此时用分立的柔性件是不能实现的。参见曲线40，如果空隙宽度太小，则电容仍然相当高，但是，如果宽度太大，则达到减少的返回点，并且结构的刚性会受影响。合适的空隙宽度在很大程度上取决于被试验的特定导体的形状，但是可以通过模拟或实验被容易地确定。应该说明，通过增加绝缘层的厚度也可以减少对地电容，不过这个方法不理想，因为这倾向于增加最终的悬浮装置的厚度，并且增加的材料和有关的质量会产生不利的机械影响。此外，可以使用窄的导体轨迹减少对地电容，但是较窄的导体轨迹会使导体的电阻增加，这是不希望的。因而，使用精确成形的空隙有助于制造较薄的具有改进的电性能的集成导体的悬浮结构。
图5A-5D说明几种不同的空隙形状，它们可以和读信号通路或写信号通路相邻地使用，以便控制信号通路的电容。图5A说明在柔性件中的基本上为矩形的内部边界限定的空隙。虽然所示的空隙有助于减少对地电容的值，但是导体的垂直交叉以及空隙的边界将产生沿导电通路阻抗的急剧的或呈阶跃函数的变化。
对于单根导体，每单位长度的电容近似地用下式表示Cgl=8.84ϵrKc(bt)pf/m]]>其中Cg＝对地电容1＝导体长度εr＝介电常数Kc＝电容边缘系数b＝导体宽度t＝绝缘层厚度因此，接近边界而靠近导电的柔性件的导体部分的对地电容和接近边界但靠近空隙的导体部分的对地电容非常不同。这一急剧的电容变化当导体跨过边界时在导体中产生近似阶跃函数的阻抗变化。
在高频应用中，沿着导体通路的阶跃函数的阻抗变化会产生使传输波形失真的行波反射。因此，弯曲的或斜的空隙边界例如图5B-5D所示似乎比图5A所示的边界提供较好的高频性能。当然，作为接地板的柔性件的厚度也可以改变(图2A)，以便使图5A-D所示的任何空隙形状具有比较平滑的阻抗变化。应该说明，空隙边界可以是柔性件的内部边界或外部边界，因为例如空隙可以沿着柔性件的横边缘形成。
图6是表示使用集成的导体型不锈钢柔性件的一般的读电路，导体，和磁阻(MR)读头系统的特征传输线模型49的等效电路图。MR头等效电路50是一个常规的150kfci(每英寸千通量变化)读元件。导电轨迹等效电路52代表和接地的导电柔性件结构相邻的导电轨迹。由导电轨迹产生的前视后视对地电容由电容53和54表示。驱动源56大约从10-mhz到5-Ghz扫描，以便分析整个电路的频率驱动的传递函数。图7和图8表示电路的传递函数模拟结果，分别对应于在和轨迹相邻的柔性件中没有空隙的情况和在柔性件中有空隙的情况。在前一种情况下，对地的前视和后视电容大约为14pf的数量级，而对于有空隙的情况，对地的前视和后视导体电容可以容易地被减少为大约4pf。在没有空隙的情况下，模拟电路比按照本发明使用空隙的相同结构具有减少的带宽和较早的衰减。因而，按照本发明的集成的导体柔性件提供了头电路中的较好的带宽和较高的截止频率。此外，整个电路的作用相当于带通滤波器，并由于空隙而有较高的Q值。本领域的技术人员应该认识到，按照本发明的原理，可以设计先进的双元件转换器(例如MR磁头)，使读写元件的信号通路的电容与/或阻抗通过对读写导电轨迹使用不同的导体几何结构与/或空隙配置，被分别最佳化。
图9说明在盘驱动器中使用的集成的导体柔性件。盘驱动器70包括刚性底板75和旋转的存储盘80，它通过常规的主轴电机装置(未示出)相对于底板75被可旋转地固定。驱动器70还包括旋转的驱动器装置82，其中包括音圈84，当它被选择地激励时，用于移动和定位HGA30(结合图3可详细看出)，从而相对于盘80的半径移动和定位头36。柔性电路82和柔性件10上的导体电气相连，实现头36和远方的信号处理电路(未示出)之间的通信。
虽然按照当前的最佳实施例即用于实现万向节头的镀覆的导体柔性结构对本发明进行了说明，本领域的技术人员应该理解，本发明也可以例如和集成的万向节头加载梁结构或其它的导电悬浮装置结合使用，其中具有带或不带绝缘包覆的直接固定的，镀覆的，或嵌入的导体。因而，应该理解，本说明并不是用来限制本发明。本领域的技术人员根据上述说明显然可以作出各种改变和改型。因而，所附的权利要求旨在用于解释和限制在本发明的构思内的这些改变和改型。
权利要求
1一种集成的柔性/导体结构，用于支撑靠近存储介质的读写头，并用于电气地互连所述头和读写电路，所述柔性/导体结构包括至少包括一个空隙的基本上为平面形的导电柔性件；设置在所述柔性件上的并至少部分地叠置于所述空隙的电绝缘层；以及设置在电绝缘层上的并至少部分地叠置于所述空隙的导电轨迹。
2如权利要求1所述的集成的柔性/导体结构，其中沿着空隙的边界附近的导体轨迹的阻抗变化基本上是连续的。
3如权利要求2所述的集成的柔性/导体结构，其中由柔性件的上下表面和空隙的边界限定的空隙的横截面积沿着柔性件的长度基本上连续地变化。
4一种集成的柔性/导体结构，用于支撑靠近存储介质的读写头，并用于电气地互连所述头和读写电路，所述柔性/导体结构包括具有限定空隙的边界的基本上为平面形的导电柔性件；靠近所述柔性件设置的并至少部分地叠置于所述空隙的导电轨迹；以及设置在所述柔性件和所述轨迹之间用于使柔性件和轨迹电气绝缘的电绝缘层。
5如权利要求4所述的集成的柔性/导体结构，其中导体轨迹包括不同的读写轨迹，用于从所述头传输信号。
6如权利要求4所述的集成的柔性/导体结构，其中所述边界是内部边界。
7如权利要求4所述的集成的柔性/导体结构，其中所述边界是外部边界。
8如权利要求6或7所述的集成的柔性/导体结构，其中沿着边界附近的导体轨迹的阻抗变化基本上是连续的。
9如权利要求4所述的集成的柔性/导体结构，其中由柔性件的上下表面和边界限定的空隙的横截面积沿着柔性件的长度基本上连续地变化。
10如权利要求4所述的集成的柔性/导体结构，其中柔性件具有朝向所述边界逐渐变薄的厚度。
11如权利要求4所述的集成的柔性/导体结构，其中内部边界被底切。
12如权利要求4所述的集成的柔性/导体结构，其中导电轨迹向平面的导电柔性件的正投影和所述空隙相交。
13如权利要求12所述的集成的柔性/导体结构，其中柔性件是不锈钢。
14如权利要求13所述的集成的柔性/导体结构，其中导电轨迹包括从铝，铜，和金构成的组中选择的材料。
15如权利要求14所述的集成的柔性/导体结构，其中绝缘层是柔性的聚合物树脂材料。
16一种层叠的导体和悬浮结构，用于支撑和存储介质相邻的读写头，所述结构包括基本上平面形的导电的加载梁，具有固定驱动器的近端和用于固定磁头的装有万向节头的磁头固定部分的远端，所述加载梁包括限定空隙的边界；设置在加载梁附近的并部分地叠置于所述空隙的导电轨迹，其中沿着边界附近的导电轨迹阻抗基本上连续地变化；以及电绝缘层，被设置在加载梁和轨迹之间，用于使加载梁和轨迹电绝缘。
17一种集成的导体悬浮装置，用于支撑靠近存储介质的读写头，并用于电气地互连所述头和读写电路，所述悬浮装置包括位于悬浮装置的固定驱动器的近端的底板；和底板相连的加载梁；和加载梁相连的并具有限定空隙的边界的基本上平面形的导电柔性件；靠近所述柔性件设置的并至少部分地叠置于所述空隙的导电轨迹，其中沿着边界附近的导电轨迹阻抗基本上连续地变化；以及设置在所述柔性件和所述轨迹之间用于使柔性件和轨迹电气绝缘的电绝缘层。
18一种集成导体磁头万向节头装置，用于从盘驱动器中的存储介质中读写信息，所述磁头万向节头装置包括位于磁头万向节头装置的近固定端的底板；和底板相连的加载梁；和加载梁相连的并具有限定空隙的边界的基本上平面形的导电柔性件；靠近所述柔性件设置的并至少部分地叠置于所述空隙的导电轨迹，其中沿着边界附近的导电轨迹阻抗基本上连续地变化；设置在所述柔性件和所述轨迹之间用于使柔性件和轨迹电气绝缘的电绝缘层；以及被固定在磁头万向节头装置的远端的柔性件上的并和导电轨迹电气相连的读写头。
19一种用于存储和重现信息的盘驱动器，包括盘驱动器底座；可旋转地安装在底座上的存储盘；用于使盘旋转的电机装置；用于从存储盘中读写信息的读写头；用于和磁头通信的信号处理装置；安装在底座上的可移动的驱动器，用于相对于盘的半径选择地定位磁头；以及固定在驱动器上的集成的导体悬浮装置，用于支撑靠近存储介质的读写头，并用于电气地互连所述头和信号处理装置，所述悬浮装置包括位于悬浮装置的固定驱动器的近端的底板；和底板相连的加载梁；和加载梁相连的并具有限定空隙的边界的基本上平面形的导电柔性件；靠近所述柔性件设置的并至少部分地叠置于所述空隙的导电轨迹，其中沿着边界附近的导电轨迹阻抗基本上连续地变化；设置在所述柔性件和所述轨迹之间用于使柔性件和轨迹电气绝缘的电绝缘层；以及其中所述磁头被机械地固定在位于悬浮装置远端的导电的柔性件上，并电气地和导电轨迹相连，并通过导电轨迹连接信号处理装置。
20如权利要求19所述的盘驱动器，其中磁头包括单独的读元件和写元件，导电轨迹包括不同的读轨迹和写轨迹，分别用于向读元件和写元件传送信号。
21如权利要求20所述的盘驱动器，其中所述边界相对于读轨迹被最佳化。
22如权利要求20所述的盘驱动器，其中所述边界相对于写轨迹被最佳化。
全文摘要
一种具有集成导体的悬浮装置,用于支撑盘驱动器中的读写磁头并使其和电子电路互连。导体的对地电容通过在靠近导体通路的悬浮装置部分设置成型空隙来进行控制。悬浮装置的一部分可以是导体结构的一部分。
文档编号G11B25/04GK1185855SQ97190246
公开日1998年6月24日 申请日期1997年3月21日 优先权日1996年3月25日
发明者斯蒂芬·P·威廉姆斯, 克里斯托弗·M·卡朋特, 小威廉姆·R·阿金 申请人:昆腾公司