液晶聚合體碟片驅動器吊掛組件的製作方法

2023-06-01 21:51:46 2

專利名稱：液晶聚合體碟片驅動器吊掛組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種碟片驅動器吊掛組件，尤其涉及一種液晶聚合體碟片驅動器吊掛組件。
背景技術：
碟片驅動器吊掛組件為電子裝置提供撓性的支持，以在磁頭和碟片驅動器(如用於計算機設備中的)之間提供電氣連接。本質上，吊掛組件是帶有連接電路，並非常精細的金屬彈簧，它將記錄頭支持在可旋轉存儲裝置(即碟片驅動器)中與磁碟相距細微處。吊掛對於裝置的工作是至關重要的。在得到更好的裝置性能(包括更大的數據存儲能力、更快的數據存取以及增加的可靠性)中重要性已有所增加的組件使磁頭能夠接近裝置而不會因與正在旋轉的裝置接觸而破壞磁頭。
一種傳統的碟片驅動器吊掛組件包括用於提供彈簧動作的不鏽鋼箔部件、一個聚合體層，位於聚合體材料上的介質材料(典型地是聚醯亞胺)，其中在介質材料上有適當的電路焊接區和電路線。
在Albrechta等人的第5,145,553號美國專利中揭示了一種碟片驅動器吊掛組件，它具有不鏽鋼基件、在基件上的介質層(聚醯亞胺)和在介質層上的電路(銅)。使用氯化銅蝕刻溶液同時蝕刻含銅的電路以及不鏽鋼基件，以有效地去除這些金屬材料期望的部分，並產生期望的軟電路部件。雖然這種碟片驅動器吊掛組件在計算機工業中特別有用，但是它對於大氣變化(諸如溫度和相對溼度(溼熱條件))的靈敏性降低了計算機的容差，因此限制了它在變化的情況下的有用性。
在現有技術中所需要的是一種改進的可旋轉的數據存儲吊掛組件，它容易產生和具備改進的溼熱特性和電氣性能。
發明概述本發明涉及一種液晶聚合體碟片驅動器吊掛組件及其製造方法。該組件包含支持件；導電層；設置在所述支持件和導電層之間，並與它們密切接觸以及黏附到它們的介質液晶聚合體材料。
製造本發明的吊掛組件的方法包含步驟形成介質液晶聚合體薄膜；在支持件和導電層之間設置所述液晶聚合體薄膜；並將所述液晶聚合體層結合到所述導電層和所述支持件。
從下面附圖的簡要描述、詳細的描述以及所附的權利要求和附圖，本發明的這些和其他目的、特點和優點是顯然的。
附圖概述現在將僅通過例子，參照附圖描述本發明，這種描述只是示例而非限定行的，其中在幾個附圖中相同的元件使用相同編號，這些附圖是

圖1是碟片驅動器線跡組件的說明；圖2-5是曲線圖，根據23攝氏度時的乾燥條件，50％相對溼度，以及50攝氏度時沉浸在水中，說明本發明的液晶聚合體組件的介電常數變化；圖6是曲線圖，說明相對溼度對處於平衡狀態的聚醯亞胺組件的尺寸的影響。
實施本發明的最佳實施例本發明涉及一種可旋轉存儲裝置吊掛組件及其製造方法。該組件包含支持件、導電層，以及設置在它們之間的介質液晶聚合體層。該方法包含步驟形成液晶聚合體薄膜、將液晶聚合體薄膜設置在支持件和導電層之間，並通過熱和壓力層疊液晶聚合體薄膜薄膜。
這種支持件提供了為組件提供了足夠的硬度和結構完整性，還提供了足夠的彈性。能夠使用任何一種能與工作環境相適合的傳統的吊掛組件支持件材料，並且使用的材料最好彈性模量超過大約1.5×107mN/mm2(每平方毫米毫牛頓)，抗拉強度超過大約1×106mN/mm2，抗曲強度超過大約1×106mN/mm2，並且伸長率大約10％，最好是大約5％(在理想厚度時)。支持件可能包括，但是不限於鈹-銅、鈦、銅、鋅、不鏽鋼、其合金等，其中不鏽鋼是較好的。這些支持件可具有防腐塗層。例如，支持件可以是可購得的分級不鏽鋼，諸如A.I.S.I(美國鋼鐵協會)302鋼，A.S.T.M.(美國材料測試協會)制定的A-167和A-240不鏽鋼，在其他現有技術中已知的帶有防腐塗層的材料中，主要包含鉻、鋅、黃銅或其他傳統防腐材料。典型地，支持件厚度大約5.0密耳，厚度最好小於大約1.5密耳，更好的是小於大約1.0密耳。
雖然可通過傳統的處理(諸如溶液塗布或熔體擠出等)，為支持件直接塗敷液晶聚合體，但最好製備單獨的液晶聚合體薄膜，並通過層疊將它與支持件和導電層組合。期望的液晶聚合體薄膜的重要特性包括彈性、得到期望的阻抗的足夠厚度、足以不負面影響支持件彎曲特性的厚度、均勻厚度、低介電常數(小於4.0)、介電常數均勻性、對支持件和導電層適當的黏性、良好的溼熱特性(即不論溫度和溼度如何，基本上恆定的介電常數、損耗因數(通過材料的電信號靈敏度的損失)、和尺寸變化)。
雖然本發明可使用多種熱致的和感膠的液晶聚合體，但是最好使用平衡的液晶聚合體，因為它方向的取向控制、熱膨脹係數和模量(硬度的控制)、和低成本。典型的液晶聚合體薄膜沿流向的機械特性和垂直於該方向的機械特性不同。例如，典型的壓擠成薄膜、纖維或杆的液晶聚合體沿流向和沿垂直於流向的方向相比，大小為一個數量級或更強，並且其熱膨脹係數只有沿流向要低得多。相反，平衡的液晶聚合體沿流向和垂直於流向的方向更加均勻。通常，平衡的液晶聚合體沿流向的抗拉強度相對於垂直於流向方向的抗拉強度小於10∶1，較好小於大約5∶1，更加好的是小於大約3∶1或更小，熱膨脹係數小於大約3∶1，較好地，小於大約2∶1，更好的是大約1.5∶1或更小。在其他材料中，本發明可使用的液晶聚合體包括，但不限於可從Ticona買到的Vectra，可從AmocoPolymers買到的Xyclar，以及可從DuPont買到的Zen.Zc。
考慮到要製造平衡的薄膜，可通過任何傳統方式(諸如擠壓或其它處理)形成液晶聚合體薄膜。較好地，使用吹塑薄膜擠壓製造平衡薄膜，其中，使用為薄膜取向的方法，諸如反向旋轉擠壓模製(利用吹塑薄膜擠壓)或T-壓模(利用伸拉)(雙軸延伸)。
利用液晶聚合體薄膜足以得到期望的阻抗的厚度。典型地，使用大約25到大約75歐姆的阻抗，其中，大約48到大約53歐姆的阻抗是較好的。為了得到這種阻抗，並使組件的動力彎曲特性最小化，可以是單層或一組子層的液晶聚合體薄膜典型地整個厚度小於大約2.0密耳，最好厚度小於大約1.5密耳，更好的是小於1.0密耳。
設置在液晶聚合體薄膜的一側上與支持件相對的導電層可以任何一種能夠用作組件的電路，並且其熱膨脹係數最好類似於支持件的材料。典型地，該層(其厚度足以不限制電流，同時足夠薄，以製成精細電路，即，一般為大約厚至2.0密耳，最好大約0.2到大約0.8密耳)可以是一種金屬箔，諸如銅、銅合金，和/或其它典型地用於電路工業中的導電金屬和合金，包括但不限於鐵、鎳、銀、鋁、磷、鋅、錳、矽樹脂等合金和混合物。導電箔的銅合金的一個例子是A.S.T.M.規格號B-465，它包含大約97.5％的銅，2.35％的鐵，0.03％的磷和0.12％的鋅。
當將導電層、介質液晶聚合體薄膜和不鏽鋼層層疊後，最好通過傳統的方式將這些層層疊在一起。可使用的層疊方法包括，但不限於層疊加壓、熱壓和連續卷裝(roll to roll)層疊，其中較好的方法根據使用的液晶聚合體薄膜的類型(熱硬化性的或熱塑性的)。另外，最好如此控制層疊溫度和壓力，以便得到適當的流動、黏性、精細的機械特性。例如，在低壓下將層疊物放置在層疊壓機中。當處於低壓時，將層疊物加熱到大約300攝氏度。然後以每平方英寸(psi)500磅壓縮層疊物足夠的時間，使液晶聚合體流動，並使金屬層的表面潤溼，並在各層之間形成強大和連續的結合。
當層疊時，使用傳統方法使層疊物構成電路。其中，可使用例如傳統的蝕刻處理(諸如化學蝕刻)蝕刻支持件和導電層。例如，化學蝕刻包括清潔層疊物、塗敷光致抗蝕劑以保護或掩蓋層疊物的不要蝕刻的金屬區域，從要蝕刻的區域去掉光致抗蝕劑，和蝕刻支持件以及導電層。其中，現有技術中傳統已知的內容中，在目前處理中可使用的蝕刻劑包括鹽酸、氯化鐵、氯化銅等。
當已經蝕刻了支持件和導電層後，使用等離子、反應離子、雷射蝕刻、或化學蝕刻，液晶聚合體本身可產生輪廓。輪廓可以是用於進入一種金屬背面，或去除材料的通孔或窗，以便使介質對支持件的彎曲特性的影響最小。使用氧(O2)或摻雜其它化學成分，在真空中執行典型的等離子蝕刻。雖然也可以使用更多的氣體，通常，使用三種或更少的氣體與氧結合。其中，可以使用的氣體混合物的例子包括80體積％O2,15體積％CF4，和5體積％N2；以及85體積％O2和15體積％NF3。
例子1可以利用下面的例子形成本發明的液晶聚合體吊掛組件，它整個厚度為接近於2.1密耳(54微米(μ))；即，18μ不鏽鋼，18μ液晶聚合體，和18μ銅。
可通過吹塑薄膜擠壓工藝擠壓0.7密耳(18μ)厚的向熱的平衡液晶聚合體薄膜(FA-100，來自Kuraray有限公司，日本大阪)。
然後，將液晶聚合體薄膜設置在0.7密耳(18μ)厚的A.S.T.M.302不鏽鋼片和0.7密耳(18μ)厚的A.S.T.M.C7025銅合金箔之間，以形成層疊物。
然後可在加壓(平床)層疊工藝中對層疊物進行層疊，其中將層疊物放置在壓機中，並加壓到大約100psi。在100psi時，將層疊物加熱到295攝氏度，然後按壓到大約500psi的壓力。在拿到室溫下冷卻之前，保持295攝氏度和500psi時間至少5分鐘，然後離開壓機。層疊處理使液晶聚合體薄膜熔化，並黏附到不鏽鋼和銅合金箔。在從層疊物產生電路的製備中，首先使用傳統技術清潔。
然後，在將清潔過的層疊物的不鏽鋼和銅合金箔的兩個側面上，其中帶有用於為這些層遮擋蝕刻劑的光致抗蝕劑。可通過將Riston4106幹薄膜抗蝕劑熱軋到這個結構上，並在105攝氏度，以及30psi壓力下層疊，以便將光致抗蝕劑結合到這個結構，而將光致抗蝕劑提供給這個結構。
然後選擇性去掉光致抗蝕劑的一些區域，以使要蝕刻的層疊物區域暴露。例如，將光致抗蝕劑層暴露在紫外線(大約35毫焦耳的能量)下，以使要設置期望的電路圖案的區域暴露。然後使用諸如適當的顯影溶液，去掉光致抗蝕劑的適當的部分。
然後，可使用蝕刻溶液(包含例如，大約75重量百分比(wt％)的氯化銅，大約5wt％鹽酸和平衡去離子水；大約39.0到44.0wt％氯化銅，大約3.20到4.00wt％鹽酸和平衡去離子水；或另外一種現有技術中傳統已知的蝕刻溶液)，蝕刻暴露的光致抗蝕劑層疊物。
可在大約50攝氏度下，使蝕刻進行大約5分鐘時間，最好小於1分鐘。
接著必需選擇性去除液晶聚合體介質，將另外一層Riston幹薄膜光致抗蝕劑提供給層疊物兩側，暴露於UV光線(確定剩餘的液晶聚合體的幾何圖形)，然後顯影。然後，可將這種層疊物放置在高真空等離子蝕刻機中(在適當溫度、壓力和氣體混合條件下)，並將液晶聚合體材料去掉。
如果要使用保護性的電鍍(諸如鎳一金，或三鉛)，則將其電鍍到期望的電路區域上。
例子2下面的例子可用於形成以液晶聚合體為基礎的吊掛組件。可利用液晶聚合體撓曲電路材料製造另外一種吊掛組件。原本是薄的(＜4密耳)的不加固的薄膜基材料是軟的。這種組件將由液晶聚合體層疊物構成，其一側上有銅，使用傳統的撓曲電路工藝製成電路軌跡，然後將整個電路結合到不鏽鋼支持件上。在二次操作中用傳統的方法，將磁阻(MR)頭裝到銅電路上。
對於給出的幾何形狀和負荷，不鏽鋼可以是許多級別(諸如A.S.T.M.302)中的一種，並且具有適當厚度(大約0.5到大約2.0密耳)和寬度。不鏽鋼材料的主要功能是支持撓曲材料的質量，並將磁阻磁頭支持在與旋轉的存儲碟片相距適當距離處。液晶聚合體層疊物可由液晶聚合體薄膜材料(諸如FA-100，來自Kuaray)構成，其中將所述薄膜材料層疊到軋制的銅(諸如Olin的合金110)。液晶聚合體厚度的範圍可從大約0.4到大約2.0密耳，並且銅的厚度範圍可從大約0.1到大約2.0密耳。對於液晶聚合體，較好的厚度是大約0.7到大約1.0密耳，即，足以允許在傳統撓曲電路製造操作中進行處理的厚度。較好的銅的厚度是大約0.2到大約0.8，其中，更薄的銅允許構成更加精細的電路幾何形狀。
然後可通過黏合劑(諸如環氧樹脂或單個壓敏黏合劑(PSA))將液晶聚合體撓曲電路放置到不鏽鋼上。
這種方法的優點在於，採用工業標準撓曲電路製造技術產生軌跡電路(那些在液晶聚合體上的銅箔內蝕刻的導電元件)。這樣的成本低，大量處理。液晶聚合體撓曲材料的優點在於，它能夠在寬的環境條件的範圍內提供改進的尺寸和電氣性能，由此改進裝置的可靠性。
下面的表格將液晶薄膜組件與傳統聚醯亞胺薄膜進行比較。如可從表中看到的，所示的液晶聚合體材料基本上改進了溼熱特性(相對於聚醯亞胺的吸水率為2.90，其吸水率只有0.04；並且相對於聚醯亞胺的吸水膨脹係數為12到22，其吸水膨脹係數為4)，改進了當暴露於溼度中時的介質性能(體電阻和表面電阻)，並且彎曲性能改進了70％。


1層疊後2吸水膨脹係數3RH是相對溼度4JIS是日本工業標準除了表以外，在圖2到5中示出溼熱穩定性，這說明了在乾燥的條件下，以及在50％相對溼度條件下(23攝氏度)，液晶聚合體組件介電常數與頻率的關係(圖2和圖3)，以及在乾燥條件下，在沉浸在50攝氏度的水中9天以後，介電常數與頻率的關係(圖4和5)。如從這些圖中顯然的，介電常數本質上不在50％相對溼度變化，並且在沉浸在水中9天以後僅稍稍變化。相反，圖6示出聚醯亞胺組件在平衡狀態下的尺寸與相對溼度的關係。如這個圖中所示的，平衡狀態的尺寸隨著相對溼度顯著變化。
本發明的可旋轉存儲裝置吊掛組件具有相對於傳統的聚醯亞胺基的吊掛組件而言顯著改進的抗溼熱變化性，由於可修整的熱膨脹係數導致的改進的尺寸穩定性、和低模量(允許不鏽鋼支配層疊模量)，以及極好的環境耐力。另外，當使用平衡的液晶聚合體時，組件具有更為均勻的特性(和不均勻的液晶聚合體層疊物相比)，這改進了製造電路本身的容易度。
和傳統的吊掛組件(諸如聚醯亞胺吊掛組件)相比，本發明的組件具有低的溼熱膨脹係數(CHE)，它典型地小於大約每百分比的相對溼度為10(ppm/％RH)，較好地，小於大約5ppm/％RH，而傳統的組件的CHE超過大約20ppm/％RH。考慮到高的溼熱膨脹係數產生平整的問題。此外，本發明的組件具有低的熱膨脹係數，即，大約1.5/1或更少(流向與垂直於流向的方向相比)；以及隨著溼度的變化基本上恆定的介電常數。相反，傳統的組件的熱膨脹係數超過2/1，並且典型地超過5/1，並且介電常數隨著溼度變化。因此，本發明的這種獨特的吊掛組件是溼熱穩定的，在流向和垂直於流向的方向都具有基本上恆定的熱膨脹係數，並且具有基本上不受溼度變化影響的介電常數(DK)。
應當知道，熟悉本領域的人可在權利要求的範圍和意圖內，對這裡示出的較佳實施例進行修改。雖然已經通過以具體實施例實施本發明而描述了本發明，但是不是由此限定本發明，而是要將本發明廣泛地覆蓋於權利要求的範圍和主旨以內。
權利要求
1．一種吊掛組件，其特徵在於包含支持件；導電層；和介質液晶聚合體材料，設置在所述支持件和所述導電層之間，並且與它們密切接觸，並黏附到它們。
2．如權利要求1所述的吊掛組件，其特徵在於所述導電層包括銅和銅合金。
3．如權利要求1所述的吊掛組件，特徵在於所述液晶聚合體材料是向熱致的。
4．如權利要求1所述的吊掛組件，其特徵在於所述液晶聚合體材料是平衡的液晶聚合體。
5．如權利要求4所述的吊掛組件，其特徵在於所述液晶聚合體材料的抗拉強度在軋制方向和在垂直於所述軋制方向的方向的比小於10∶1。
6．如權利要求4所述的吊掛組件，其特徵在於所述液晶聚合體材料的抗拉強度在軋制方向和在垂直於所述軋制方向的方向的比小於5∶1。
7．如權利要求4所述的吊掛組件，其特徵在於所述液晶聚合體材料的抗拉強度在流向和在垂直於所述流向的方向的比大約3∶1或更小。
8．如權利要求4所述的吊掛組件，其特徵在於所述液晶聚合體材料的溼熱膨脹係數小於大約10ppm/％RH。
9．如權利要求4所述的吊掛組件，其特徵在於所述液晶聚合體材料的溼熱膨脹係數小於大約5ppm/％RH。
10．如權利要求4所述的吊掛組件，其特徵在於所述液晶聚合體材料的溼熱膨脹係數在流向和垂直於所述流向的方向的比為大約1.5∶1。
11．如權利要求4所述的吊掛組件，其特徵在於所述液晶聚合體材料的介電常數基本上不受溼度變化的影響。
12．一種吊掛組件的製造方法，其特徵在於包含以下步驟形成介質液晶聚合體薄膜；將所述液晶聚合體薄膜設置在支持件和導電層之間；以及將所述液晶聚合體層結合到所述所述導電層和所述支持件。
13．如權利要求12所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於還包含步驟蝕刻所述支持件和所述導電層，以形成蝕刻的組件，和漂清所述蝕刻的組件以將蝕刻溶液從上面去掉。
14．如權利要求13所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述蝕刻溶液包含大約75重量百分比的氯化銅。
15．如權利要求13所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述蝕刻溶液包含大約50重量百分比的氯化銅。
16．如權利要求13所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述蝕刻溶液包含大約35重量百分比到大約45重量百分比的氯化銅，以及大約5重量百分比的鹽酸。
17．如權利要求12所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於，所述導電層是銅或其合金。
18．如權利要求12所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述液晶聚合體材料是平衡的液晶聚合體。
19．如權利要求18所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述液晶聚合體材料沿流動方向的抗拉強度和沿垂直於流動方向的抗拉強度的比小於10∶1。
20．如權利要求18所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於，所述液晶聚合體材料沿流動方向的抗拉強度和沿垂直於流動方向的抗拉強度的比小於5∶1。
21．如權利要求18所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述液晶聚合體材料沿流動方向的熱膨脹係數與沿垂直於流動方向的熱膨脹係數的比為大約3∶1或更小。
22．如權利要求18所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述液晶聚合體材料沿流動方向的熱膨脹係數與沿垂直於流動方向的熱膨脹係數的比小於1.5∶1。
23．如權利要求18所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述液晶聚合體材料的溼熱膨脹係數小於大約10ppm/％RH。
24．如權利要求18所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述液晶聚合體材料的溼熱膨脹係數小於大約5ppm/％RH。
25．如權利要求18所述的碟片驅動器吊掛組件的製造方法，其特徵在於所述液晶聚合體材料的介電常數基本上不受溼度變化的影響。
全文摘要
本發明是一種液晶聚合體吊掛組件。這種組件包含不鏽鋼層和導電層,並將介質液晶聚合體層設置在它們之間,並結合到它們上。由於液晶聚合體受到控制的熱膨脹係數、模量和非常低的吸溼性,本發明的吊掛組件和傳統組件相比,將具有改善的尺寸和溼熱特性,使得能夠生產密度更大、性能更好的組件。
文檔編號G11B5/60GK1324479SQ99812331
公開日2001年11月28日 申請日期1999年10月7日 優先權日1998年10月22日
發明者R·T·特拉斯科斯, B·G·科薩, M·E·聖勞倫斯 申請人:世界財產股份有限公司