微驅動器、磁頭折片組合及其製造方法
2023-09-23 11:02:55 2
專利名稱：微驅動器、磁頭折片組合及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種磁碟驅動器及其製造方法，尤指一種微驅動器、磁頭折片組合及其製造方法。
背景技術：
磁碟驅動器為一種使用薄膜磁介質儲存數據的信息存儲裝置。參考圖1a及1b，現有典型的磁碟驅動器(Disk Drive)包括一個裝有磁頭203的驅動臂(Drive Arm)104及一個磁碟101。其中，磁碟101裝在一個主軸馬達102上用以驅動磁碟101旋轉，一個音圈馬達(Voice-Coil Motor，VCM，未圖示)用於控制裝有磁頭203的驅動臂104的運動，從而控制磁頭203在磁碟101表面上從一個磁軌移動到下一個磁軌，進而從磁碟101中讀取或寫入數據。
然而，由於音圈馬達(VCM)所固有的容差(Tolerance)，磁頭203在定位時不能進行位置微調(Position Fine Adjustment)。
為了解決上述問題，壓電微驅動器(piezoelectric(PZT)micro-actuator)被用於調整磁頭的定位。亦即，壓電微驅動器以一個較小的幅度調整磁頭203的定位從而補償音圈馬達(VCM)及驅動臂(Drive Arm)104的容差。這樣，不僅可使磁軌寬度變得更小，而且可增加磁碟驅動器的TPI值(『tracks per inch』value)及其表面記錄密度。
參考圖1c及1d，傳統的壓電微驅動器205設有一個U形的陶瓷框架297。該U形陶瓷框架297包括兩個陶瓷臂207，其中每個陶瓷臂207在其一側設有一個壓電片(未圖示)。在本發明中，壓電微驅動器205與懸臂件213物理相連，其中，在每個陶瓷臂207一側，有三個電連接球209(金球焊接或錫球焊接，gold ball bonding or solder bump bonding，GBB or SBB)將微驅動器205連接到磁頭折片組合的電纜210上。此外，還有四個電連接球208(GBBor SBB)用於實現磁頭203與懸臂件213之間的電連接。圖2則展示了將磁頭203插入微驅動器205的詳細過程。其中，磁頭203通過環氧樹脂膠212與兩個陶瓷臂207上的兩點206相連，從而使磁頭203的運動獨立於驅動臂104(參圖1a)。
當電流通過懸臂件電纜210施加於壓電微驅動器205上時，壓電微驅動器205膨脹或者收縮從而導致U形陶瓷框架297變形而使磁頭203沿著磁碟101的徑向旋轉。這樣，就可以實現對磁頭203的位置微調(Position FineAdjustment)。
然而，一個具有微驅動器205的磁頭折片組合(Head Gimbal Assembly，HGA)277(參圖1c)製造起來相當困難。首先，將磁頭203插入微驅動器205並與之連接相當困難。其次，環氧樹脂膠212的長度難於控制，如果其長度過長，將影響微驅動器205的工作性能，例如，位移(displacement)不足；如果其長度過短，則磁頭203與微驅動器205間的結合力不足，從而導致磁頭折片組合的防震性能變差。此外，環氧樹脂膠212在高度方向上亦難於控制，如果環氧樹脂膠212太高，則會留在磁頭203的正邊或背邊，若留在磁頭203的正邊則影響磁頭203在磁碟101上運動，甚至會損毀磁頭203或磁碟101；若留在磁頭203的背邊則會影響磁頭203的焊接過程(GBB process)。
此外，由於微驅動器205增加了一個附加塊(U形陶瓷框架297)，所以不僅影響了懸臂件213的靜態性能，而且影響了其動態性能，例如共振性能(resonance performance)，從而降低了懸臂件213的共振頻率及增加了其增益(gain)。
同時，由於微驅動器205的U形陶瓷框架297十分易碎所以導致其抗震性能較差。此外，沒有有效的方法來識別U形陶瓷框架297的微裂(micro crack)也是一個大問題。再者，當施加電壓於壓電微驅動器或正常工作時，易碎的微驅動器205前後彎曲將會產生微粒進而影響微驅動器205的工作性能。
在磁頭折片組合277的製造過程中，由於磁頭折片組合277結構複雜，當連接磁頭203與U形陶瓷框架297時，磁頭203可能傾斜；而且當連接具有磁頭203的U形陶瓷框架297與懸臂213時，U形陶瓷框架297也可能傾斜。上述情況均會影響磁頭折片組合277的靜態姿態(static attitude)，進而增加了磁頭折片組合277的製造難度。
眾所周知，打磨是一個相當有效且被廣泛使用的用於清潔磁頭氣墊面(airbearing surface，ABS)微塵汙染的方式。然而，這種清潔方式不能用於上述磁頭折片組合277上，因為這種方式容易損毀微驅動器205的U形陶瓷框架297。
最後，因為磁頭203由U形陶瓷框架297支撐，所以將磁頭203和懸臂213接地以獲得靜電放電(Electro Static Discharge，ESD)保護將相當困難。此外，使用大的驅動電壓(40V，AC p-p)運行壓電微驅動器205亦浪費能源。
因此，提供一種微驅動器、磁頭折片組合及其製造方法以克服現有技術的缺點十分必要。
發明內容
基於現有技術的不足，本發明的主要目的在於提供一種改進的微驅動器、磁頭折片組合及其製造方法。
為了達到上述目的，本發明闡述了一種磁頭折片組合(head gimbalassembly)包括具有讀/寫感應器(sensor)的磁頭、用於支撐磁頭的懸臂件(suspension)及微驅動器(micro-actuator)。
所述微驅動器包括一個具有兩個壓電元件的壓電單元及一個支撐底，其中所述支撐底包括一個和懸臂件物理連接的底部，一個活動片連接著兩個壓電元件及一個連接底部及活動片的引柱。
在本發明中，所述底部、活動片及引柱由一片無縫材料製得。所述無縫材料優選為金屬。此外，所述引柱設有一輔助活動片水平移動的結構並且所述引柱的寬度小於活動片的寬度。所述兩個壓電元件為兩個薄膜壓電片或陶瓷壓電片。所述每個壓電元件上設有複數電極觸點。在本發明一個實施例中，所述兩個壓電元件設有三個電極觸點，其中包括兩個輸入觸點及一個由兩個壓電元件共用的接地觸點。另外，所述懸臂件包括一個設有懸臂舌片(suspension tongue)的撓性件(flexure)，所述懸臂舌片設有複數電極觸點，它們對應於壓電單元上的電極觸點。微驅動器的底部(base)通過各向異性導電膜(ACF)與所述壓電單元上的電極觸點電性連接和物理連接。所述支撐底的活動片通過各向異性導電膜(ACF)或粘接劑和磁頭物理及電性相連。
本發明一種微驅動器(micro-actuator)，包括具有兩個壓電元件的壓電單元；及一個支撐底，其中所述支撐底包括底部，和所述兩個壓電元件連接的活動片及一個連接底部及活動片的引柱。
在本發明中，所述底部、活動片及引柱由一片無縫材料製得。所述無縫材料優選為金屬。此外，所述引柱設有一輔助活動片水平移動的結構並且所述引柱的寬度小於活動片的寬度。所述兩個壓電元件為兩個薄膜壓電片或陶瓷壓電片。所述每個壓電元件上設有複數電極觸點。在本發明一個實施例中，所述兩個壓電元件設有三個電極觸點，其中包括兩個輸入觸點及一個由兩個壓電元件共用的接地觸點。
本發明中製造磁頭折片組合的方法包括如下步驟(A)製造一個磁頭，一個懸臂件及一個微驅動器，其中所述微驅動器包括兩個壓電元件的壓電單元；一個支撐底含有一個底部，一個活動片及連接著支撐底底部與活動片的引柱；(B)通過各向異性導電膜(anisotropic conductive film，ACF)或粘接劑將微驅動器與磁頭電性及物理相連；(C)通過GBB或SBB將磁頭與懸臂件電性相連。
在本發明中，一種製造微驅動器的方法包括如下步驟(1)製造一個具有兩個壓電元件的壓電單元；(2)製造一個支撐底包含一個底部，一個活動片及一個連接著支撐底底部與活動片的引柱；(3)將壓電單元連接到支撐底的一面。
其中，所述步驟(2)包括如下步驟(a)成型一組支撐底；(b)將該組支撐底分離成單一支撐底。所述步驟(a)可通過衝壓一原料片材而形成一組支撐底，或者通過如下步驟實現成型一由原料片材和間隔片材交替疊合而成的複合層片材；將所述複合層片材切割為一組支撐底。所述步驟(a)還可通過成型一批由一組支撐底構成的支撐底條而實現。
與現有技術相比，本發明提出了一種微驅動器包括一種由金屬製成的設計新穎的支撐底，使用金屬支撐底將大大提高微驅動器的抗震性能(shockperformance)，並且解決了傳統U形陶瓷框架產生塵埃的問題。
此外，在現有技術中，由於其磁頭折片組合的複雜製造過程，因而很難控制其靜態姿態(static attitude)，而本發明通過相似的製造過程卻可使磁頭折片組合的靜態姿態更好控制或者能用傳統的方法對其進行控制。
再者，本發明在製造過程中對微粒汙染的控制也得到顯著改善。另外，傳統的打磨清潔方式也得以在本發明清潔過程中使用。同時，由於本發明在磁頭安裝過程中使用ACF焊接，從而使得磁頭折片組合的接地過程更容易，並且ACF焊接易於返修及回收再利用其他材料。最後，本發明降低了薄膜壓電微驅動器的工作電壓而同樣可得到與現有微驅動器相同的位移(displacement)。
為使本發明更加容易理解，下面將結合附圖進一步闡述本發明微驅動器、磁頭折片組合及其製造方法的具體實施例。
圖1a為傳統磁碟驅動器的立體圖；圖1b為圖1a的放大局部視圖；圖1c為現有磁頭折片組合(HGA)的立體圖；圖1d為圖2a的放大局部視圖；圖2展示了將磁頭插入圖1c中磁頭折片組合(HGA)的微驅動器中的詳細過程；圖3a是本發明磁頭折片組合(HGA)的立體圖；圖3b是圖3a中磁頭折片組合(HGA)的立體分解圖；圖3c是圖3a中磁頭折片組合(HGA)上suspension的立體圖；圖4a是本發明微驅動器壓電單元一個實施例的立體圖；圖4b展示了具有圖4a所示壓電單元的微驅動器的一個實施例；圖4c是圖3a的局部放大視圖；
圖4d是圖3a中磁頭折片組合(HGA)在微驅動器區域的剖視圖；圖5-8展示了本發明製造支撐底方法的四個不同的實施例的示意圖；圖9-12展示了根據本發明四個不同的實施例而形成的另外四種不同形狀的支撐底及微驅動器的示意圖。
具體實施例方式
參考圖3a，本發明一種磁頭折片組合(head gimbal assembly，HGA)3包括磁頭203』，微驅動器(micro-actuator)30及懸臂件(suspension)213』。
參考圖3b，磁頭203』包括一個製造過程中植入其中的讀/寫感應器(未圖示)參考圖4a及4b，微驅動器30包括一個金屬支撐底302及一個壓電(piezoelectric，PZT)單元304。壓電單元304包括兩個薄膜壓電片303和設於其一側的複數電極觸點308，398。參考圖4b-4c，支撐底302包括一個底部301，一個引柱307及一個在其兩邊設有兩個邊臂306的活動片305。在本發明一個實施例中，引柱307的寬度窄於活動片305的寬度。壓電單元304通過傳統方式，如粘結，與支撐底302物理連接，連接時兩者的頂端被對齊。
參考圖3b及3c，懸臂件213』包括負載杆(load beam)326，撓性件(flexure)325，樞接件(hinge)324及基板(base plate)321.負載杆326上有三個用於層疊定位的開口408及複數小突起329(參圖4d)。在樞接件324及底盤321上分別有兩個孔322 and 323。其中，孔322用於鉚合(swaging)磁頭折片組合3及驅動臂(未圖示)，而孔323則用於減輕懸臂件213』的重量。在撓性件325上設有複數電極觸點318，複數電極觸點318一端和控制系統相連(未圖示)，另一端和複數電纜309，311相連。參考圖3c和4d，撓性件325亦包括懸臂舌片(suspension tongue)328用於支撐微驅動器30並使得承載力總是通過負載杆326上的小突起329施加於磁頭203』的中心區域。懸臂舌片328在對應於壓電單元304上的電極觸點308、398的設定位置設有複數電極觸點(未圖示)。通過上述懸臂舌片328上的電極觸點，懸臂舌片328與壓電單元304電性相連。
參考圖4d，在本發明中，微驅動器30通過各向異性導電膜(anisotropicconductive film，ACF)與撓性件325上的懸臂舌片328電性及物理連接。一個平行間隙313因此形成於微驅動器30與懸臂舌片328之間，從而保證了微驅動器30的流暢運動。同時，支撐底302的活動片305通過ACF或粘接劑與磁頭203』電性及物理連接。物理連接可保持磁頭203』與微驅動器30同時移動，而電性連接則可幫助阻止磁頭203』被靜電放電所損毀。在本發明中，平行間隙313的長度優選為35-50μm。
參考圖3a及4c，在本發明中，四個金屬球310(GBB or SBB)被用於電性連接磁頭讀/寫感應器(未圖示)與位於懸臂件213』上的活動部312上的兩個電纜(electric multi-trace)309。在懸臂舌片328上的壓電單元304被ACF或導電膠(conductive adhesive)通過電極觸點398與電纜311相連，其中電極觸點308為兩個薄膜壓電片303所共用的接地觸點。通過電纜309、311，電極觸點318將磁頭203』及微驅動器30與控制系統電性相連(未圖示)。
根據本發明，一種製造磁頭折片組合3的方法包括如下步驟(A)製造一個磁頭203』，一個懸臂件213』及一個包括兩個壓電元件303和一個由底部301，引柱307及活動片305構成的支撐底302的微驅動器30；(B)通過各向異性導電膜(ani sotropic conductive film，ACF)或粘接劑將微驅動器30與磁頭電性及物理相連；(C)通過GBB或SBB將磁頭203』與懸臂件213』電性相連。
根據本發明，一種製造微驅動器的方法包括如下步驟(1)製造一個具有兩個壓電元件303的壓電單元304；(2)製造一個具有底部301，引柱307及活動片305的支撐底302；(3)將壓電單元304連接到支撐底302的一面。
下面以如下幾個實施例具體闡述支撐底302的製造過程。
實施例1參考圖5，製造支撐底302的方法包括如下步驟(1)衝壓不鏽鋼片為單元T形支撐底；(2)固定單元T形支撐底於切割夾具上並將其切割為單獨的T形支撐底302；(3)清洗並檢查單獨的T形支撐底302。
在本實施例中，具有多單元T形支撐底刀具602的加工模具(tooling die)601用於衝壓不鏽鋼片603，衝壓後，不鏽鋼片603被製成具有複數一單元T形支撐底的框架，接著，所述框架被切成單獨條605並被分成單獨的T形支撐底302。
圖6展示了另一種具有多單元T形支撐底刀具702的加工模具701用於衝壓不鏽鋼片703，衝壓後，不鏽鋼片703製成具有複數一單元T形支撐底的框架，接著，所述框架被切成單獨條705並被分成單獨的T形支撐底302。
實施例2參考圖7，又一製造支撐底302的方法包括如下步驟(1)固定不鏽鋼片901，然後將間隔塊902層壓於不鏽鋼片901上；(2)將第二個不鏽鋼片903層壓於間隔塊902上；(3)將第二個間隔塊層壓於第二個不鏽鋼片903上；(4)重複上述步驟直至獲得一個複合層單元904；(5)固定複合層單元904到一個合適的夾具上並通過雷射或將其切割為T形複合層單元906；(6)取出間隔塊，則T形複合層單元906自動分離為單獨的支撐底302；(7)清洗並檢查單獨的支撐底302。
實施例3參考圖8，另一種製造支撐底302的方法包括如下步驟(1)成型支撐底條501；(2)用機械方式或機加工方式(machining)將支撐底條501切成單獨支撐底302；(3)從支撐底條501上分離T形支撐底302。
參考圖9-12，在本發明中，支撐底302也可以為其他形狀的支撐底302』，302」，302或302」」，對應地，由其製成的微驅動器亦可有不同的形狀。
在本發明中，由於組裝微驅動器及磁頭折片組合(HGA)的過程為業界人士所熟知，在此不再贅述。另外，本發明中的薄膜PZT片也可以為陶瓷PZT片。
以上所揭露的僅為本發明微驅動器、磁頭折片組合及其製造方法的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
權利要求
1.一種磁頭折片組合(head gimbal assembly)包括具有讀/寫感應器(sensor)的磁頭；用於支撐磁頭的懸臂件(suspension)；及微驅動器(micro-actuator)；其特徵在於所述微驅動器包括一個具有兩個壓電元件的壓電單元及一個支撐底，其中所述支撐底包括一個和懸臂件物理連接的底部，一個和所述兩個壓電元件連接的活動片及一個連接底部及活動片的引柱。
2.如權利要求1所述的磁頭折片組合，其特徵在於所述底部、活動片及引柱由一片無縫材料製得。
3.如權利要求2所述的磁頭折片組合，其特徵在於所述無縫材料是金屬。
4.如權利要求1所述的磁頭折片組合，其特徵在於所述引柱設有一輔助活動片水平移動的結構。
5.如權利要求4所述的磁頭折片組合，其特徵在於所述引柱的寬度小於活動片的寬度。
6.如權利要求1所述的磁頭折片組合，其特徵在於所述兩個壓電元件為兩個薄膜壓電片或陶瓷壓電片。
7.如權利要求1所述的磁頭折片組合，其特徵在於所述每個壓電元件上設有複數電極觸點。
8.如權利要求7所述的磁頭折片組合，其特徵在於所述兩個壓電元件設有三個電極觸點，其中包括兩個輸入觸點及一個由兩個壓電元件共用的接地觸點。
9.如權利要求7所述的磁頭折片組合，其特徵在於懸臂件包括一個設有懸臂舌片(suspension tongue)的撓性件(flexure)，所述懸臂舌片設有複數電極觸點，它們對應於壓電單元上的電極觸點。
10.如權利要求9所述的磁頭折片組合，其特徵在於微驅動器的底部(base)通過各向異性導電膜(ACF)與所述懸臂的撓性件的電極觸點電性連接，並通過各向異性導電膜(ACF)與撓性件物理連接。
11.如權利要求1所述的磁頭折片組合，其特徵在於所述支撐底的活動片通過各向異性導電膜(ACF)或粘接劑和磁頭物理及電性相連。
12.一種微驅動器(micro-actuator)，其特徵在於包括具有兩個壓電元件的壓電單元；及一個支撐底，其中所述支撐底包括一個底部，一個活動片連接著兩個壓電元件及一個連接底部及活動片的引柱。
13.如權利要求12所述的微驅動器，其特徵在於所述底部、活動片及引柱由一片無縫材料製得。
14.如權利要求13所述的微驅動器，其特徵在於所述無縫材料是金屬。
15.如權利要求12所述的微驅動器，其特徵在於所述兩個壓電元件為兩個薄膜壓電片或陶瓷壓電片。
16.如權利要求12所述的微驅動器，其特徵在於所述每個壓電元件上設有複數電極觸點。
17.如權利要求16所述的微驅動器，其特徵在於所述兩個壓電元件設有三個電極觸點，其中包括兩個輸入觸點及一個由兩個壓電元件共用的接地觸點。
18.一種製造微驅動器的方法，其特徵在於包括如下步驟(1)製造一個具有兩個壓電元件的壓電單元；(2)製造一個支撐底包含一個底部、一個活動片及一個連接著支撐底底部與活動片的引柱；(3)將壓電單元連接到支撐底的一面。
19.如權利要求18所述的製造微驅動器的方法，其特徵在於所述步驟(2)包括如下步驟(a)成型一組支撐底；(b)將該組支撐底分離成單一支撐底。
20.如權利要求18所述的製造微驅動器的方法，其特徵在於所述步驟(a)是通過衝壓一原料片材而形成一組支撐底的。
21.如權利要求18所述的製造微驅動器的方法，其特徵在於所述步驟(a)通過如下步驟實現成型一由原料片材和間隔片材交替疊合而成的複合層片材；將所述複合層片材切割為一組支撐底。
22.如權利要求18所述的製造微驅動器的方法，其特徵在於所述步驟(a)是通過成型一批由一組支撐底構成的支撐底條而實現的。
23.一種製造磁頭折片組合的方法，其特徵在於包括如下步驟(A)製造一個磁頭，一個懸臂件及一個微驅動器，其中所述微驅動器包括步驟製造包括兩個壓電元件的壓電單元；製造一個由底部，引柱及活動片構成的支撐底；將壓電單元連接到支撐底一側；(B)通過各向異性導電膜(anisotropic conductive film，ACF)或粘接劑將微驅動器與磁頭電性及物理相連；(C)通過金球焊接或錫球焊接(GBB或SBB)將磁頭與懸臂件電性相連。
全文摘要
本發明公開了一種磁頭折片組合機構(headgimbal assembly)，其包括具有讀/寫感應器(sensor)的磁頭、用於支撐磁頭的懸臂件(suspension)及微驅動器(micro－actuator)。其中，微驅動器包括一個具有兩個壓電元件的壓電單元及一個支撐底，其中所述支撐底包括一個和懸臂件物理連接的底部，一個和所述兩個壓電元件連接的活動片及一個連接底部及活動片的引柱。本發明同時公開了該磁頭折片組合及微驅動器的製造方法。
文檔編號G11B5/596GK1632865SQ20031012105
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月24日 優先權日2003年12月24日
發明者姚明高, 白石一雅 申請人:新科實業有限公司