減小柔性互連中的串擾和信號損失的方法及設備的製作方法
2023-06-12 22:05:31
專利名稱：減小柔性互連中的串擾和信號損失的方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電互連領域，更具體地，涉及用於減小在硬碟驅動器中使用的集成引線懸臂(integrated lead suspension，ILS)的柔性互連中的串擾和信號損失的方法和設備。
背景技術：
在數據存取存儲器件(DASD)例如硬碟驅動器(HDD)中使用的電引線懸臂(electrical lead suspension)(下文稱為ELS)包括通常由包括至少三層材料的疊層形成的柔性互連。這些層疊的層可包括信號導體層，由其形成信號路線；電介質層，例如聚醯亞胺，用於信號導體層的絕緣和支承；以及導電基體金屬層，其為電介質層提供支承。柔性互連跨越ELS的鉸鏈區(hinge area)，在該處負載梁(load beam)附於安裝板(mount plate)。ELS可通過減除工藝(subtractive process)形成，例如集成引線懸臂(ILS)；可通過加成工藝(additive process)形成，例如電路集成懸臂(CIS)；或者當懸臂上軟線(Flex-On Suspension，FOS)附於基體金屬層時形成為FOS；或者其可以是附於基體金屬層的柔性萬向懸臂組件(Flex Gimbal SuspensionAssembly，FGSA)；或者是任何形式的用於DASD的引線懸臂。
現有技術圖1是根據常規技術一實施例的柔性互連的一部分的頂視平面圖100，柔性互連具有由疊層中的信號導體層形成且由電介質層140支承的寫線路120和讀線路130、以及由疊層中的基體金屬層形成的單個蜿蜒圖案110。為了在疊層的鉸鏈區提供柔性，根據常規技術，支承性基體金屬層呈蜿蜒圖案110的形式。換言之，基體金屬層的一部分被去除以允許鉸鏈區中的柔性，從而允許磁頭適當地飛起，同時提供必要量的機械勁度(mechanical stiffness)用於支承作為讀和寫線路的信號線路120和130。
雖然蜿蜒圖案110可提供適當的機械勁度，但寫和讀線路120和130下面連接的蜿蜒圖案引起降低讀傳感器性能的寫對讀串擾(write-to-readcrosstalk)。大的寫驅動器電壓在寫線路120中產生大的電流，接著，寫電流通過蜿蜒的基體金屬層110在讀線路130中感應出電流，導致寫與讀線路之間的串擾。讀線路130連接對電壓非常靈敏的讀傳感器。
發明內容
本發明的實施例包括用於減小電互連中的串擾和信號損失的方法和設備。該電互連包括疊層。多條信號線路和後續(subsequent)多條線路在該疊層的第一成形層中。後續的多條線路可以是信號線路或電源線路。該疊層具有在第一成形層和第二成形層之間的電介質層。多個蜿蜒圖案在該疊層的第二成形層中。多個蜿蜒圖案與後續圖案分隔開。所述多個蜿蜒圖案支承所述多條信號線路，且後續多個圖案支承後續的多條線路。將多條信號線路與後續多條線路分開支承減小了寫對讀串擾和信號損失。
現有技術圖1是根據常規技術一實施例的具有由電介質層電分隔開的讀、寫線路和單個蜿蜒圖案的柔性互連的一部分的頂視平面圖；圖2是根據本發明一實施例的硬碟驅動器的示意性頂視平面圖；圖3是根據本發明一實施例的具有柔性互連的ELS的頂視平面圖；圖4是根據本發明一實施例的具有讀和寫線路的柔性互連的一部分的頂視圖，所述讀和寫線路分別由雙蜿蜒圖案柔性互連支承件的第一蜿蜒圖案和第二蜿蜒圖案單獨地支承；圖5是根據本發明一實施例的ELS的底視平面圖，示出橫越ELS的鉸鏈區的雙蜿蜒圖案支承件；圖6是根據本發明一實施例的ELS的頂視平面圖，示出至少在ELS的鉸鏈區由雙蜿蜒圖案支承的讀和寫線路；圖7是根據本發明一實施例的用於在柔性互連中獲得低串擾和信號損失的方法的流程圖；圖8是根據本發明一實施例的在雙蜿蜒基體金屬層的一部分上的由電介質層分隔開的信號線路的頂視圖；圖9是根據本發明一實施例的具有讀和寫電連接的ELS的物理-電學示意圖；
圖10是根據本發明一實施例的相對現有技術單蜿蜒設計的串擾改善的曲線圖；以及圖11是根據本發明一實施例的本實施例的雙蜿蜒ELS與無氣隙的ELS之間的電壓傳輸差別的曲線圖。
具體實施例方式
現在將詳細介紹本發明的實施例，其示例顯示在附圖中。雖然將結合實施例描述本發明，但是將理解，不應將本發明局限於這些實施例。另外，在下面的詳細描述中，闡明多個特定細節以提供對本發明的徹底理解。在其它情況下，為了避免不必要地使本發明的觀點模糊，沒有詳細描述公知方法、工序、以及部件。
下面的本發明的實施例的詳細說明的某些部分以工藝和方法(例如圖7的方法700)的形式給出。儘管這裡公開了描述這些工藝和方法的操作的特定步驟，但是這些步驟是示例性的。即，本發明的實施例完全適用於實施各種其它步驟或此處工藝和方法中引用的步驟的變型。
圖2是示意圖，示出用於計算機系統的包括磁硬碟存貯器或驅動器111的信息存儲系統的一個實施例。驅動器111具有容納具有至少一個介質或磁碟115的盤疊(disk pack)的外殼或基座113。盤或多個盤115被具有中心驅動軸117的心軸馬達組件所旋轉。致動器121包括梳式的多個平行致動臂125(未示出)，其關於樞軸組件123可移動或可轉動地安裝於基座113。控制器119也安裝於基座113，用於相對於盤115選擇性移動臂125形成的梳。
在所示實施例中，每個臂125具有從其延伸的至少一個懸伸負載梁和電引線懸臂(ELS)127。應理解，在一個實施例中ELS 127可以是通過減除工藝形成的集成引線懸臂(ILS)。在另一實施例中，ELS 127可以通過加成工藝形成，例如電路集成懸臂(CIS)。在再一實施例中，ELS 127可以是附於基體金屬的懸臂上軟線(FOS)，或其其可以是附於基體金屬層的柔性萬向懸臂組件(FGSA)。ELS可以是可用於數據存取存儲器件例如HDD中的任何形式的引線懸臂。磁讀/寫換能器或頭安裝在滑塊129上且固定於柔性安裝到每個ELS 127的撓曲件(flexure)。讀/寫頭從盤115磁性地讀取數據和/或向其磁性地寫入數據。所述頭萬向組件的集成水平在於安裝在ELS127上的頭和滑塊129。滑塊129通常結合到ELS 127的端部。
ELS 127具有類似彈簧的性質，其將滑塊129的氣墊面偏向或壓向盤115，從而使得滑塊129以距離盤的精確距離飛行。ELS 127具有提供類似彈簧性質的鉸鏈區以及支承經過鉸鏈區的讀和寫線路的柔性互連(或某些柔性互連)。在傳統音圈馬達磁體組件134(頂極未示出)內自由移動的音圈133也與頭萬向組件相對地安裝於臂125。致動器125通過控制器119的移動(如箭頭135所示)使得頭萬向組件在盤115上沿徑向弧跨磁軌移動，直到頭位於其設定的目標磁軌上。頭萬向組件以傳統方式運行，且始終彼此一致地移動，除非驅動器111使用其中臂可以彼此獨立移動的多個獨立致動器(未示出)。
儘管以信息存儲系統中的ELS為背景描述本發明的實施例，但是應明白，所述實施例可以應用於利用可能遭受信號損失和信號路線之間的串擾的電互連的任何器件。例如，本發明的實施例可以應用於剛性印刷電路板。更具體地，本發明的實施例可以應用於用於高速信號處理的印刷電路板。本發明的實施例還適於用於柔性電路中，例如用於數位照相機和數字可攜式攝像機的柔性電路。根據一實施例信號路線還可以被電源路線代替。
圖3是根據本發明一實施例的具有柔性互連300的ELS 127的頂視平面圖。根據本發明一實施例，讀和寫線路120和130經過ELS 127的鉸鏈中部370，其中負載梁340經鉸鏈板350連接到安裝板360。滑塊129朝向ELS 127的端部定位，且容納讀/寫頭。滑塊129鍵合到讀和寫線路120和130，讀和寫信號由讀和寫線路120和130載入讀/寫頭或從其載出。
根據一實施例，ELS 127的柔性互連300可以由疊層形成，即，由至少三層材料形成。信號導體層可以是高導電金屬，例如銅，由其形成讀和寫線路120和130。中間層320可以是絕緣電介質層，例如聚醯亞胺，其分隔開由其形成寫和讀線路120和130的頂層與由其形成蜿蜒圖案的基體金屬層310例如不鏽鋼。
圖4是根據本發明一實施例的柔性互連例如圖3的柔性互連300的一部分400的頂視圖，其具有寫線路120和讀線路130，寫線路120和讀線路130由信號導體層形成、由電介質層140單獨地支承、且然後分別由基體金屬層形成的柔性互連支持件的雙蜿蜒圖案的第一蜿蜒圖案410a和第二蜿蜒圖案410b支承。
根據本發明一實施例，圖4的柔性互連的部分400包括用於支承附著的器件的疊層。根據一實施例，多條讀線路130由信號導體層形成，多條寫線路120亦如此。雙蜿蜒圖案410a和410b由疊層中的層例如圖3的基體金屬層310形成。第一雙蜿蜒圖案410a與第二雙蜿蜒圖案410b分隔開。至少在鉸鏈區例如ELS 127的鉸鏈區370上方，第一雙蜿蜒圖案410a支承多條寫線路120，第二雙蜿蜒圖案支承多條讀線路130。將多條寫線路120與多條讀線路130分開地支承的雙蜿蜒圖案減小了寫對讀串擾和信號損失。
根據一實施例，由其形成柔性互連300的分層的疊層至少包括信號導體層例如銅合金、電介質層例如聚醯亞胺、以及基體金屬層例如不鏽鋼。電介質層夾在信號導體層與基體金屬層之間從而形成疊層。多條讀線路130和多條寫線路120可由信號導體層形成。儘管此處明確說明為銅合金，但是應明白可由其形成寫線路120和讀線路130的具有高電導率的任何材料可以替代銅合金。電介質層可以是適於將讀和寫線路與支承的基體金屬層絕緣的任何電介質。
再參照圖4，根據一實施例，雙蜿蜒圖案410a和410b由基體金屬層形成。此層可以是不鏽鋼，或者其可以是具有所需的合適的機械勁度、電學特性和可製造性的任何基體金屬。參照圖8進一步了解電學特性的細節。
根據本發明一實施例，柔性互連和圖4的其部分400的機械勁度還受蜿蜒圖案410a和410b的周期和幾何構型的影響。雙蜿蜒圖案410a和410b中的至少一個圖案410a或410b的幾何構型是可變的從而實現預定的機械勁度。可以達到折衷從而實現用於信號線路的可接受的機械勁度和特徵阻抗。
圖5是根據本發明一實施例的ELS 127的底視平面圖500，示出橫越鉸鏈區370的中部且到ELS 127的鉸鏈板350上的雙蜿蜒圖案支承件410a和410b。
圖6是根據本發明實施例的ELS 127的頂視平面圖，示出具有讀線路130和寫線路120的柔性互連300，其具有至少在ELS 127的鉸鏈區B1-B2內帶有圖5的雙蜿蜒圖案410a和410b的基體金屬層。在另一實施例中，寫線路120和讀線路130可在沿ELS 127的柔性互連300的任何地方例如A1-A2由雙蜿蜒圖案410a和410b支承。
圖7是根據本發明一實施例的用於在柔性互連(例如圖3的柔性互連300)中獲得低串擾和信號損失的方法700的流程圖。在方法700的步驟710，在柔性互連中提供疊層用於ELS(例如圖2的ELS 127)。根據一實施例，該疊層至少具有信號導體層、電介質層和基體金屬層。電介質層位於信號導體層與基體金屬層之間。
根據本發明一實施例，在方法700的步驟720，多條讀線路例如圖4的讀線路130至少在ELS的鉸鏈區上方被支承在雙蜿蜒圖案的第一蜿蜒圖案上，該第一蜿蜒圖案根據確定的氣隙(air gap)對基體金屬的尺寸比K由疊層的基體金屬層形成。根據一實施例，多條讀線路由信號導體層形成。
根據本發明一實施例，在步驟730，多條寫線路例如圖4的寫線路120至少在ELS的所述鉸鏈區上方被支承在雙蜿蜒圖案的第二蜿蜒圖案上。第二蜿蜒圖案根據確定的氣隙對基體金屬的尺寸比K由疊層的基體金屬層形成。根據一實施例，多條寫線路由信號導體層形成。第二蜿蜒圖案與第一蜿蜒圖案分隔開，由此將多條讀線路與多條寫線路分隔開。多條寫線路和多條讀線路的分隔性質減小了寫對讀串擾。
圖8是根據本發明一實施例的信號線路801(例如讀或寫線路)的頂視圖800，其中x1為氣隙803和804的周期寬度，x2為基體金屬層802的周期寬度。比值K＝x1/x2影響信號線路的特徵阻抗(Zo)。信號線路的特徵阻抗由比值K、信號線路寬度和疊層的橫截面尺寸確定。因此，所需的特徵阻抗可以通過適當設計K、信號線路寬度、以及疊層的橫截面尺寸來實現。圖8中的周期大小P＝x1+x2可以設計為相對於電信號的波長較低。另外，周期P可以是恆定的或沿著信號線路路徑可以變化，從而適應特定的電信號成形。
圖9是根據本發明一實施例的在雙蜿蜒基體金屬902上的讀和寫線路901(讀線路為1、2，寫線路為3、4)的物理電學示意圖900。串擾源為寫驅動器906，寫信號經ELS 907傳播至寫元件910。讀放大器905接收來自讀元件909的信號。此處，在904橫跨地測量串擾注入電壓(Vw)，在903橫跨地測量遠端串擾電壓(Vr)。相對串擾水平Vct以dB為單位，其中Vct＝20×log10(Vr/Vw)。對於讀和寫線路，雙蜿蜒的物理分隔減小了互耦項911(Cm和Lm)。
圖10是根據一實施例的相對現有技術單蜿蜒設計的串擾改善的曲線圖。虛線1020表示作為頻率的函數的現有技術的以dB為單位的讀對寫串擾，實線1010表示作為相同頻率的函數的本實施例雙蜿蜒ELS 907的以dB為單位的讀對寫串擾。另外，對於要求的特徵阻抗，交替的氣隙和基體金屬減小了通過帶有有損耗的(低導電的)基體金屬層的ELS 907的信號損失。
圖11是本實施例的雙蜿蜒ELS與現有技術的無氣隙ELS(圖8中的x1＝0)之間的電壓傳輸的差別的曲線圖。實線1110表示作為頻率的函數的雙蜿蜒ELS中以dB為單位的電壓傳輸損失，虛線1120表示現有技術中的電壓傳輸損失。另外，通過改變雙蜿蜒圖案中至少一個的幾何構型，可以實現預定的機械勁度。
因此，本發明在各個實施例中提供了減小ELS中柔性互連中的串擾和信號損失的方法和設備。儘管本發明的實施例是以信息存儲系統中的ELS為背景來描述，但是應理解，這些實施例可應用於採用可能遭受信號損失和信號線路之間的串擾的電互連的任何器件。例如，本發明的實施例可應用於剛性印刷電路板。更具體地，本發明的實施例可以在用於高速信號處理的印刷電路板中使用。本發明的實施例還適用於柔性電路，例如用於數位照相機和數字便攜攝像機的柔性電路。根據一實施例，信號線路也可以用電源線路替換。
為了示例和說明而給出了前述特定實施例地描述。他們不應被視作是詳盡無遺的或將本發明限制到所公開的精確形式，且在上述教導的啟示下可以作出許多修改和變化。選擇並介紹這些實施例是為了更好地說明本發明的原理及其實際應用，從而使本領域技術人員更好地利用本發明和帶有適於預期的特定應用的各種修改的各種實施例。本發明的範圍由所附權利要求及其等效物定義。
權利要求
1.一種電互連，包括疊層；多條信號線路，其在所述疊層的第一成形層中；後續多條線路，其在所述疊層的所述第一成形層中，其中所述後續多條線路選自主要含有信號線路和電源線路的組；所述疊層的電介質層；以及多個蜿蜒圖案，其在所述疊層的第二成形層中，所述多個蜿蜒圖案與後續多個圖案分隔開，所述多個蜿蜒圖案支承著支承所述多條信號線路的所述電介質層，所述後續多個圖案支承著支承所述後續多條線路的所述電介質層，其中所述將所述後續多條線路與所述多條信號線路分開支承減小了信號損失和所述多條信號線路與所述後續多條線路之間的串擾。
2.如權利要求1所述的電互連，其中所述後續多個圖案為蜿蜒圖案。
3.如權利要求2所述的電互連，其中所述電互連用於電引線懸臂，所述電引線懸臂還包括多條讀線路，其在所述疊層的所述第一成形層中；多條寫線路，其在所述疊層的所述第一成形層中；以及雙蜿蜒圖案，其在所述疊層的所述第二成形層中，所述雙蜿蜒圖案的第一個與所述雙蜿蜒圖案的第二個分隔開，至少在所述集成引線懸臂的鉸鏈區，所述雙蜿蜒圖案的所述第一個支承著支承所述多條讀線路的所述電介質層，所述雙蜿蜒圖案的所述第二個支承著支承所述多條寫線路的所述電介質層，其中所述將所述多條寫線路與所述多條讀線路分開支承減小了寫對讀串擾和信號損失。
4.如權利要求3所述的柔性互連，其中所述疊層至少包括信號導體層、電介質層和基體金屬層。
5.如權利要求4所述的柔性互連，其中所述多條讀線路和所述多條寫線路由所述信號導體層形成。
6.如權利要求4所述的柔性互連，其中由其形成所述雙蜿蜒圖案的所述疊層的所述第二成形層包括所述基體金屬。
7.如權利要求4所述的柔性互連，其中所述電介質層的厚度是可變的從而產生預定的電學特徵阻抗。
8.如權利要求4所述的柔性互連，其中所述電介質層的厚度是可變的從而產生預定的機械勁度。
9.如權利要求6所述的柔性互連，其中所述基體金屬層是不鏽鋼。
10.如權利要求8所述的柔性互連，其中在所述雙蜿蜒圖案的至少一個中氣隙對不鏽鋼的比值是動態可變的從而產生預定的特徵阻抗。
11.如權利要求3所述的柔性互連，其中所述雙蜿蜒圖案中的所述至少一個圖案的幾何構型是動態可變的從而實現預定的機械勁度。
12.一種用於在柔性互連中獲得低串擾和信號損失的方法，所述方法包括提供疊層；至少在電引線懸臂的鉸鏈區上將多條讀線路支承在雙蜿蜒圖案的第一蜿蜒圖案上，所述第一蜿蜒圖案由所述疊層形成；以及至少在所述電引線懸臂的所述鉸鏈區上將多條寫線路支承在所述雙蜿蜒圖案的第二蜿蜒圖案上，所述第二蜿蜒圖案由所述疊層的基體金屬層形成，其中所述第二蜿蜒圖案與所述第一蜿蜒圖案分隔開，且其中所述分隔性質以及所述多條寫線路和所述多條讀線路下的所述基體金屬層的所述蜿蜒圖案減小了寫對讀串擾和信號損失。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述提供疊層的步驟還包括在所述疊層中至少設置三層信號導體層、電介質層和基體金屬層。
14.如權利要求12所述的方法，其中所述提供疊層還包括由所述信號導體層形成所述多條讀線路和所述多條寫線路。
15.如權利要求12所述的方法，其中所述提供疊層還包括由所述基體金屬層形成所述雙蜿蜒圖案。
16.如權利要求12所述的方法，其中所述提供疊層還包括通過提供所述電介質層的相應厚度來實現預定的特徵阻抗。
17.如權利要求12所述的方法，其中所述提供疊層還包括通過提供由所述信號導體層形成的相應的信號線路寬度來實現預定的特徵阻抗。
18.如權利要求12所述的方法，還包括通過改變所述雙蜿蜒圖案的至少一個中的氣隙對基體金屬的比值來產生預定的特徵阻抗。
19.如權利要求12所述的方法，還包括通過改變所述雙蜿蜒圖案的至少一個的幾何構型來實現預定的機械勁度。
20.一種硬碟驅動器，包括外殼；盤疊，其安裝於外殼且具有多個相對於外殼可旋轉的盤，該盤疊定義旋轉軸和相對於該軸的徑向方向，且該盤疊具有氣體離開該盤流動的下遊側、以及氣體朝向該盤流動的上遊側；致動器，其安裝於外殼且相對於盤疊可動，該致動器具有多個用於從盤讀數據和向其寫數據的頭；以及電引線懸臂的柔性互連，所述電引線懸臂耦接到所述致動器，所述柔性互連包括疊層；多條讀線路，其由所述疊層形成；多條寫線路，其由所述疊層形成；以及雙蜿蜒圖案，其由所述疊層的層形成，所述雙蜿蜒圖案的第一個與所述雙蜿蜒圖案的第二個分隔開，至少在所述電引線懸臂的鉸鏈區上方，所述雙蜿蜒圖案的所述第一個支承所述多條讀線路，所述雙蜿蜒圖案的所述第二個支承所述多條寫線路，其中所述將所述多條寫線路與所述多條讀線路分開支承減小了寫對讀串擾和信號損失。
21.如權利要求20所述的硬碟驅動器，其中所述疊層至少包括三層信號導體層、電介質層和基體金屬層。
22.如權利要求20所述的硬碟驅動器，其中所述多條讀線路和所述多條寫線路由所述信號導體層形成。
23.如權利要求20所述的硬碟驅動器，其中由其形成所述雙蜿蜒圖案的所述疊層的所述層包括所述基體金屬層。
24.如權利要求20所述的硬碟驅動器，其中所述雙蜿蜒圖案的至少一個中氣隙對基體金屬的比值是動態可變的從而產生預定的特徵阻抗。
25.如權利要求20所述的硬碟驅動器，其中所述雙蜿蜒圖案的至少一個圖案是動態可變的從而實現預定的機械勁度。
26.一種電引線懸臂中的柔性互連，包括疊層裝置，其用於為附著裝置提供支承；多條讀線路裝置，其在所述疊層的成形層中用於傳輸讀信號；多條寫線路裝置，其在所述疊層的成形層中用於傳輸寫信號；以及雙蜿蜒圖案裝置，其在所述疊層的成形層中，所述雙蜿蜒圖案的第一個與所述雙蜿蜒圖案的第二個分隔開，至少在所述電引線懸臂的鉸鏈區上方，所述雙蜿蜒圖案的所述第一個支承所述多條讀線路裝置，所述雙蜿蜒圖案的所述第二個至少支承所述多條寫線路裝置，其中所述將所述多條寫線路裝置與所述多條讀線路裝置分開支承減小了寫對讀串擾和信號損失。
全文摘要
本發明公開了一種用於減小電互連中的串擾和信號損失的方法和設備。該電互連包括疊層。多條信號線路和後續多條線路在疊層的第一成形層中。後續多條線路可以是信號線路或電源線路。疊層具有在第一成形層和第二成形層之間的電介質層。多個蜿蜒圖案在疊層的第二成形層中。多個蜿蜒圖案與後續圖案分隔開。多個蜿蜒圖案支承多條信號線路，後續多個圖案支承後續多條線路。將多條信號線路與後續多條線路分開支承減小了寫對讀串擾和信號損失。
文檔編號H05K3/34GK1838250SQ200510136198
公開日2006年9月27日 申請日期2005年12月20日 優先權日2005年1月13日
發明者薩特亞·P·阿雅, 約翰·T·康特雷拉斯, 克拉斯·B·克拉森, 西山延昌 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司