專利名稱：可旋轉(zhuǎn)壓電微驅(qū)動器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信息記錄磁盤驅(qū)動設(shè)備，尤其涉及一種磁盤驅(qū)動設(shè)備的磁頭折片組合(HGA)中的微驅(qū)動器(micro-actuator)。更為具體地，本發(fā)明涉及一種旨在改善磁頭折片組合的共振性能的微驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
磁盤驅(qū)動器是一種已知的信息存儲裝置，它利用磁性介質(zhì)存儲信息，在所述磁性介質(zhì)之上設(shè)有一個可移動讀/寫頭用以從磁盤中讀取或?qū)懭胄畔ⅰ?br> 用戶總希望磁盤驅(qū)動器擁有更大的存儲能力，也同樣希望它能擁有更快更精確的讀/寫操作能力。正因為如此，磁盤驅(qū)動器生產(chǎn)廠家一直不斷開發(fā)擁有更大存儲能力的磁盤驅(qū)動器，例如通過把磁軌寬度和/或者磁軌間距設(shè)計的更窄以提高磁盤的信息存儲密度。但是，為了能夠在這種高密度磁盤上實現(xiàn)更快更精確的讀/寫操作，在增加磁軌密度的同時也得相應(yīng)地提高讀/寫頭的位置控制能力。這是因為，當(dāng)磁軌密度增加的同時，使用現(xiàn)有技術(shù)想達(dá)到既快速又準(zhǔn)確地將讀/寫頭定位在存儲介質(zhì)上的預(yù)定的信息磁軌上就變得越來越困難。因此，磁盤驅(qū)動器生產(chǎn)廠家為了在磁盤驅(qū)動器中使用磁軌密度不斷增加的磁盤而一直在尋找改善讀/寫頭位置控制性能的方法。
磁盤驅(qū)動器生產(chǎn)廠家所采用的一種有效改善高密度磁盤讀/寫頭位置控制性能的方法是使用一個副驅(qū)動器，叫做微驅(qū)動器，其與主驅(qū)動器聯(lián)合使用以實現(xiàn)對讀/寫頭快而準(zhǔn)確的位置控制。這種結(jié)合了微驅(qū)動器的磁盤驅(qū)動器被稱作雙驅(qū)動器系統(tǒng)。
過去，為了提高存取速度并且改善讀/寫頭在高密度存儲介質(zhì)的預(yù)定磁軌上良好的定位能力，人們發(fā)明了多種雙驅(qū)動器系統(tǒng)。一種典型的雙驅(qū)動器系統(tǒng)包括主音圈馬達(dá)(VCM)驅(qū)動器和次微驅(qū)動器，例如壓電(PZT)元件微驅(qū)動器。音圈馬達(dá)驅(qū)動器由伺服控制系統(tǒng)控制，該伺服控制系統(tǒng)控制著支撐讀/寫頭的驅(qū)動器臂的旋轉(zhuǎn)，以將讀/寫頭定位在存儲介質(zhì)上的預(yù)定信息磁軌上。所述壓電元件微驅(qū)動器則與音圈馬達(dá)驅(qū)動器結(jié)合使用，以達(dá)到提高讀/寫頭的存取速度的同時能夠精確定位讀/寫頭的目的。因此，音圈馬達(dá)驅(qū)動器的作用是對讀/寫頭作較大的位置調(diào)整而壓電元件微驅(qū)動器的作用則是對讀/寫頭的位置作相對于存儲介質(zhì)的微調(diào)。這樣，音圈馬達(dá)驅(qū)動器和壓電元件微驅(qū)動器的結(jié)合使用就能夠?qū)崿F(xiàn)在高密度存儲介質(zhì)上既快速又精確的讀寫信息的目的。
一種已知微驅(qū)動器采用壓電元件以進(jìn)行讀/寫頭的位置微調(diào)。所述壓電元件微驅(qū)動器包括可激發(fā)微驅(qū)動器上的壓電元件的電路從而使使壓電元件選擇性地膨脹或收縮。所述壓電微驅(qū)動器這樣配置使得壓電元件的膨脹或收縮引起微驅(qū)動器的移動，進(jìn)而引起讀/寫頭的移動。與僅使用音圈馬達(dá)驅(qū)動器的讀/寫頭相比，這種移動使得這種讀/寫頭具有了更快更好的位置調(diào)整能力。這種壓電微驅(qū)動器被揭露在申請?zhí)枮镴P 2002-133803，名稱為“微驅(qū)動器和磁頭折片組合”的日本專利申請和申請?zhí)枮镴P 2002-074871，名稱為“具有位置微調(diào)驅(qū)動器的磁頭折片組合、具有磁頭折片組合的磁盤驅(qū)動器和磁頭折片組合的制造方法”的專利申請中。專利號為U.S.6,671,131和U.S.6,700,749的兩個美國專利也揭露了這種壓電微驅(qū)動器技術(shù)。
圖1展示了一種現(xiàn)有磁盤驅(qū)動單元及裝在主軸馬達(dá)102上的磁盤101，該主軸馬達(dá)102用于旋轉(zhuǎn)磁盤101。一個音圈馬達(dá)臂104承載著一個包括微驅(qū)動器105和結(jié)合有讀/寫頭的磁頭103的磁頭折片組合(HGA)100。音圈馬達(dá)(VCM)控制音圈馬達(dá)臂104的運動，進(jìn)而控制磁頭103在磁盤101的表面上從一個磁軌移動到另一個磁軌，這樣就使讀/寫頭可在磁盤101上讀寫數(shù)據(jù)。磁盤驅(qū)動器工作時，裝有讀/寫傳感器的磁頭103和旋轉(zhuǎn)的磁盤101之間由于空氣動力的相互作用而產(chǎn)生一個提升力，所述提升力是與磁頭折片組合100的懸臂件施加的彈力大小相等、方向相反的反作用力，從而使磁頭103在音圈馬達(dá)臂104的全徑行程(full radial stroke)中可在旋轉(zhuǎn)磁盤101的表面上保持一個預(yù)定的飛行高度。
圖2為圖1所示的引入雙驅(qū)動器的現(xiàn)有磁盤驅(qū)動裝置的磁頭折片組合100。然而，由于音圈馬達(dá)(VCM)和磁頭懸臂組合固有的容差，磁頭103無法獲得快速而準(zhǔn)確的位置控制，從而影響讀/寫頭從磁盤中準(zhǔn)確讀寫數(shù)據(jù)。因此應(yīng)用一種如上所述的壓電微驅(qū)動器105以改善磁頭和讀/寫頭的位置控制。具體來講，與音圈馬達(dá)相比，壓電微驅(qū)動器105以較小的幅度調(diào)整磁頭103的位移，從而補償音圈馬達(dá)和磁頭懸臂組合所產(chǎn)生的共振容差。例如，微驅(qū)動器105能夠適應(yīng)較窄的記錄磁軌寬度，從而使磁盤驅(qū)動單元的每英寸磁軌數(shù)(TPI)增加50％，同時也減少了磁頭尋軌和定位時間。因此，應(yīng)用壓電微驅(qū)動器105可以有效增加磁盤驅(qū)動設(shè)備的信息存儲磁盤的表面記錄密度。
參考圖2，所述磁頭折片組合100包括具有撓性件108的懸臂件106，所述撓性件108包括承載壓電微驅(qū)動器105和磁頭103的懸臂舌110。兩個向外突出的電纜112和114(outwardly protruding traces)設(shè)在撓性件108上位于所述懸臂舌110的相對兩側(cè)的位置。所述每個導(dǎo)線112和114的一端連接著浮動板116，另一端則與復(fù)數(shù)導(dǎo)線118相連，所述復(fù)數(shù)導(dǎo)線118與焊接觸點120電性連接。
參考圖3，一種現(xiàn)有壓電微驅(qū)動器105包括金屬框架130，其包括頂支撐臂132、底支撐臂134和連接所述頂支撐臂132和底支撐臂134的兩個側(cè)臂136，138。壓電元件140、142分別固定在所述側(cè)臂136、138上。所述頂支撐臂132支撐著磁頭103。
參考圖4，壓電微驅(qū)動器105通過框架130上的底支撐臂134物理連接到懸臂舌110上。所述底支撐臂134可以通過環(huán)氧膠或者激光焊接等方式安裝在懸臂舌110上。使用三個電連接球150(金球焊接(GBB)或者錫球焊接(SBB))將壓電微驅(qū)動器105與位于每個壓電元件140、142一側(cè)的懸臂導(dǎo)線118相連。另外，還要使用復(fù)數(shù)金屬球，例如四個金屬球152(GBB或SBB)將磁頭103與電纜118連接，從而實現(xiàn)讀/寫傳感器的電性連接。當(dāng)通過懸臂導(dǎo)線118施加電壓時，壓電元件140、142就會膨脹或收縮，從而使兩個側(cè)臂136、138向同一側(cè)彎曲，進(jìn)而導(dǎo)致金屬框架130剪切變形，例如，金屬框架130原本的矩形外形就會變成接近平行四邊形，從而引起頂支撐臂132的移動。這樣就引起與之相連的磁頭的移動，從而磁頭103在磁盤的磁軌上位移而微調(diào)了讀/寫頭的位置。以這種方式，磁頭103通過可控位移而實現(xiàn)了精確的位置微調(diào)。
圖5圖示了當(dāng)向壓電元件140，142施加電壓時，壓電微驅(qū)動器105的工作過程。例如，當(dāng)正的正弦電壓施加于具有正極化方向的微驅(qū)動器壓電元件140上時，在第一個半周期內(nèi)，壓電元件140收縮，從而引起側(cè)臂136呈水波形變形。由于磁頭103被安放在頂支撐臂132上，上述變形會導(dǎo)致磁頭103向左側(cè)移動或擺動。同理，當(dāng)負(fù)的正弦電壓施加于具有正極化方向的微驅(qū)動器壓電元件142上時，在第二個半周期內(nèi)壓電元件142將收縮，從而引起側(cè)臂138呈水波形變形，導(dǎo)致磁頭103向右側(cè)移動或擺動。當(dāng)然，這個工作過程取決于控制電路和壓電元件的極化方向，但是工作原理是眾所周知的。
壓電微驅(qū)動器105以平動或擺動的方式工作，其中，壓電元件140、142經(jīng)過間歇性地膨脹和收縮而導(dǎo)致壓電微驅(qū)動器呈水波狀變形，從而使磁頭以擺動的方式移動。上述間歇性的動作將通過安裝在懸臂舌110上的底支撐臂134產(chǎn)生一個施加在懸臂舌110上的反作用力。這些反作用力將產(chǎn)生懸臂件共振，該共振限制了磁盤驅(qū)動裝置的性能、特別是伺服帶寬。
例如，圖6是一種現(xiàn)有壓電微驅(qū)動器的共振測試數(shù)據(jù)圖。如圖所示，當(dāng)壓電微驅(qū)動器工作時(激發(fā)壓電元件)，由于較大的懸臂件反作用力而導(dǎo)致懸臂件共振。曲線160是懸臂件基板晃動或被激發(fā)時產(chǎn)生的共振曲線，曲線170則是微驅(qū)動器的壓電元件被激發(fā)時產(chǎn)生的共振曲線。如圖所示，曲線160、170外形相似。
因此，提供一種克服上述缺點的改良系統(tǒng)實為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面涉及一種旨在改善磁頭折片組合的共振性能的微驅(qū)動器。
本發(fā)明的另一方面涉及用于磁頭折片組合上的微驅(qū)動器。所述微驅(qū)動器包括金屬框架，該金屬框架包括適合支撐所述磁頭折片組合上的磁頭的頂支撐臂和一對分別從所述頂支撐臂的兩側(cè)垂直延伸出的側(cè)臂。所述頂支撐臂包括一個可旋轉(zhuǎn)底板和將該可旋轉(zhuǎn)底板分別連接到所述側(cè)臂上的連接臂。所述每個側(cè)臂上安裝有壓電元件。每個壓電元件都可以被激發(fā)從而引起所述側(cè)臂的選擇性移動。在所述側(cè)臂的與所述頂支撐臂相對的末端之間設(shè)有剛性梁。
本發(fā)明的再一方面涉及一種包括微驅(qū)動器、磁頭和支撐該驅(qū)動器和該磁頭的懸臂件的磁頭折片組合。所述微驅(qū)動器包括金屬框架，該金屬框架包括適合支撐所述磁頭折片組合上的磁頭的頂支撐臂和一對分別從所述頂支撐臂的兩側(cè)垂直延伸出的側(cè)臂。所述頂支撐臂包括一個可旋轉(zhuǎn)底板和將該可旋轉(zhuǎn)底板分別連接到所述側(cè)臂上的連接臂。所述每個側(cè)臂上均安裝有壓電元件。每個壓電元件都可以被激發(fā)從而引起所述側(cè)臂的選擇性移動。在所述側(cè)臂的與所述頂支撐臂相對的末端之間設(shè)有剛性梁。
本發(fā)明的又一方面涉及一種包括磁頭折片組合、與該磁頭折片組合連接的驅(qū)動臂、磁盤和帶動該磁盤旋轉(zhuǎn)的主軸馬達(dá)的磁盤驅(qū)動裝置。所述磁頭折片組合包括微驅(qū)動器、磁頭和支撐該驅(qū)動器和該磁頭的懸臂件。所述微驅(qū)動器包括金屬框架，該金屬框架包括適合支撐所述磁頭折片組合上的磁頭的頂支撐臂和一對分別從所述頂支撐臂的側(cè)部垂直延伸出的側(cè)臂。所述頂支撐臂包括一個可旋轉(zhuǎn)底板和將該可旋轉(zhuǎn)底板分別連接到所述側(cè)臂上的連接臂。所述每個側(cè)臂上均安裝有壓電元件。每個壓電元件都可以被激發(fā)從而引起所述側(cè)臂的選擇性移動。在所述側(cè)臂的與所述頂支撐臂相對的末端之間設(shè)有剛性梁。
本發(fā)明的又一方面涉及一種制造壓電微驅(qū)動器的方法。該方法包括如下步驟形成一個包括復(fù)數(shù)由互連的框架單元構(gòu)成的長形條(row bars)的薄片；從該薄片上切下單個長形條；將該單個長形條的相對側(cè)部彎曲以形成每個框架單元的側(cè)臂；在每個框架單元的所述側(cè)臂之間安裝剛性梁，在每個框架單元的所述側(cè)臂上安裝壓電元件；從所述單個長形條上切下單個框架單元以形成壓電微驅(qū)動器；檢查該壓電微驅(qū)動器。
本發(fā)明的又一方面涉及一種制造壓電微驅(qū)動器的方法。該方法包括如下步驟形成一個包括復(fù)數(shù)由互連的框架單元構(gòu)成的長形條(row bars)的薄片；從該薄片上切下單個長形條；在所述單個長形條的每個框架單元的相對兩側(cè)臂上安裝壓電元件；將所述單個長形條的相對兩側(cè)彎曲以形成每個框架單元的直立側(cè)臂；在每個框架單元的所述直立側(cè)臂之間安裝剛性梁；從所述單個長形條上切下單個框架單元以形成壓電微驅(qū)動器；檢查該壓電微驅(qū)動器。
本發(fā)明的其它方面和特征將在下面的具體實施方式
中結(jié)合附圖予以詳細(xì)說明，所述附圖是本發(fā)明所揭露的一部分，通過舉例的方式闡述本發(fā)明的原理。


圖1為一種現(xiàn)有磁盤驅(qū)動單元的立體圖；圖2為一種現(xiàn)有磁頭折片組合(HGA)的立體圖；圖3為圖2中所示的磁頭折片組合的壓電微驅(qū)動器和磁頭的立體圖；圖4為圖2中所示的磁頭折片組合的局部立體圖；圖5為圖2中所示的磁頭折片組合的壓電微驅(qū)動器和磁頭在使用時的俯視圖；圖6為一種現(xiàn)有壓電微驅(qū)動器的共振測試數(shù)據(jù)圖；圖7為本發(fā)明一個具體實施例中提供的一種包含壓電微驅(qū)動器的磁頭折片組合的立體圖；圖8為圖7中所示的磁頭折片組合的局部立體圖；圖9為圖8中所示的磁頭折片組合的側(cè)視圖；圖10為圖8中所示的磁頭折片組合的分解圖；圖11為圖7中所示的從磁頭和磁頭折片組合中取出的壓電微驅(qū)動器的分解圖；圖12為圖11中所示的壓電微驅(qū)動器的組合立體圖；圖13為圖12中所示的壓電微驅(qū)動器的側(cè)視圖；圖14a為圖7中所示的壓電微驅(qū)動器的壓電元件之間的電連接結(jié)構(gòu)的一個實施例的示意圖；圖14b為圖7中所示的壓電微驅(qū)動器的壓電元件被施加電壓時的示意圖；圖15a為圖7中所示的磁頭折片組合的壓電微驅(qū)動器和磁頭在自由狀態(tài)下的俯視圖；圖15b為圖7中所示的磁頭折片組合的壓電微驅(qū)動器和磁頭在被施加一個電壓時的俯視圖；圖16a為圖7中所示的壓電微驅(qū)動器的壓電元件之間的電連接結(jié)構(gòu)的另一實施例的示意圖；圖16b為圖7中所示的壓電微驅(qū)動器的壓電元件被施加另一個電壓時的示意圖；圖17為圖7中所示的壓電微驅(qū)動器的共振增益測試數(shù)據(jù)圖；圖18為圖7中所示的壓電微驅(qū)動器的共振相位測試數(shù)據(jù)圖；圖19為本發(fā)明的一個具體實施例提供的制造過程的流程圖；圖20a-20h為圖19所示的制造過程的工序圖；圖21為本發(fā)明的一個具體實施例提供的制造過程的流程圖；圖22a-22h為圖21所示的制造過程的工序圖；圖23為本發(fā)明的另一個具體實施例提供的一種壓電微驅(qū)動器的分解圖；圖24為圖23中所示的壓電微驅(qū)動器的組裝立體圖；圖25為本發(fā)明的另一具體實施例中提供的制造過程的流程圖；及圖26a-26h為圖25所示的制造過程的工序圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖描述幾個優(yōu)選實施例，在這些附圖中不同圖中的相同部分使用同一數(shù)字標(biāo)示。如前所述，本發(fā)明目的在于改善磁頭折片組合的共振性能同時使用微驅(qū)動器精確驅(qū)動磁頭。本發(fā)明一方面在于提供了一種旨在改善磁頭折片組合共振性能的旋轉(zhuǎn)型壓電微驅(qū)動器。通過改善磁頭折片組合的共振性能，磁盤驅(qū)動裝置的性能也得到改善。
下面將描述幾種用于磁頭折片組合的微驅(qū)動器的幾個具體實施例。需要說明的是，不管圖中所示的磁頭折片組合的具體結(jié)構(gòu)如何，這種微驅(qū)動器可以用于任何需要安裝微驅(qū)動器以改善共振性能的適合的磁盤驅(qū)動裝置中。也就是說，本發(fā)明可用于任何產(chǎn)業(yè)中具有微驅(qū)動器的適合的裝置中。
圖7-13圖示了本發(fā)明的第一個具體實施例中提供的一種結(jié)合了壓電微驅(qū)動器212的磁頭折片組合(HGA)210。該磁頭折片組合210包括壓電微驅(qū)動器212、磁頭214和裝載或懸掛該壓電微驅(qū)動器212和磁頭214的懸臂件216。
如圖所示，所述懸臂件216包括基板218、負(fù)載桿220、樞軸件222、撓性件224和位于該撓性件224上的內(nèi)外懸臂電纜226、227。所述基板218包括用于將所述懸臂件216連接到磁盤驅(qū)動裝置的音圈馬達(dá)的驅(qū)動臂上的安裝孔228。所述基板218的形狀隨磁盤驅(qū)動裝置的構(gòu)造或樣式而改變。此外，所述基板218要用相對較硬或剛性的材料，例如金屬制成，以能夠穩(wěn)定地支撐位于音圈馬達(dá)的驅(qū)動臂上的懸臂件216。
所述樞軸件222通過例如焊接等方式安裝到所述基板218和負(fù)載桿220之上。如圖所示，所述樞軸件222包括與位于所述基板218上的安裝孔228相匹配的孔230。而且，所述樞軸件222還包括為支撐所述負(fù)載桿220而設(shè)的保持條232。
所述負(fù)載桿220通過例如焊接等方式安裝在所述樞軸件222的保持條232之上。所述負(fù)載桿220具有形成于其上的與所述撓性件224配合的小凸起234(見圖9)。一個可選擇的提升片236設(shè)于所述負(fù)載桿220上用以在磁盤不旋轉(zhuǎn)時將所述磁頭折片組合210從磁盤上抬起。
所述撓性件224通過疊壓或焊接等方式安裝在所述樞軸件222和負(fù)載桿220上。所述撓性件224具有一個懸臂舌238，用于將所述壓電微驅(qū)動器212連接到懸臂件216上(見圖10)。所述懸臂舌238與所述負(fù)載桿220上的小凸起234相配合。如圖所示，該小凸起234位于所述磁頭214的中部。而且，所述撓性件224上的懸臂電纜226、227用于將復(fù)數(shù)連接觸點240(其與外部控制系統(tǒng)連接)與磁頭214和壓電微驅(qū)動器212上的壓電元件242，243電性相連。所述懸臂電纜226、227可以是柔性印刷電路(FPC)并且可以包括任何合適數(shù)目的線路。
參考圖8和圖10，復(fù)數(shù)焊接觸點244與所述內(nèi)懸臂電纜226直接相連從而將內(nèi)懸臂電纜226與所述壓電元件242、243上的復(fù)數(shù)焊接觸點246電性連接。同時，復(fù)數(shù)焊接觸點248與所述外懸臂電纜227直接相連從而將外懸臂電纜227與位于所述磁頭214上的復(fù)數(shù)結(jié)合觸點250電性相連。
在所述磁盤驅(qū)動裝置中設(shè)有一音圈馬達(dá)(VCM)，用于可控制地驅(qū)動所述驅(qū)動臂，進(jìn)而驅(qū)動磁頭折片組合210，從而使磁頭折片組合210可將磁頭214及與其結(jié)合的讀/寫頭定位在所述磁盤驅(qū)動裝置里的磁盤的特定信息磁軌上。所述壓電微驅(qū)動器212可使該磁盤驅(qū)動裝置的定位又快又精確，同時，也降低了工作時的尋軌和定位時間。因此，當(dāng)所述磁頭折片組合210裝入磁盤驅(qū)動裝置后，一個雙驅(qū)動器系統(tǒng)被形成，其中音圈馬達(dá)進(jìn)行大的位置調(diào)整而壓電微驅(qū)動器212則對讀/寫頭進(jìn)行微調(diào)。
圖10-13圖示了從所述磁頭214和所述懸臂件216中移出的壓電微驅(qū)動器212。如圖所示，壓電微驅(qū)動器212包括框架252，分別安裝在該框架252的側(cè)臂上的壓電元件242、243，以及安裝在所述框架252側(cè)臂之間的剛性梁或剛性塊254。
所述框架252包括頂支撐臂256和分列于該頂支撐臂256兩側(cè)的側(cè)臂258、259。該頂支撐臂256包括可旋轉(zhuǎn)底板260和將該底板260分別與所述側(cè)臂258，259相連接的連接臂或連接橋262、264。所述框架252最好用金屬制作，當(dāng)然，其它合適的材料也可以。
參考圖10-12，所述連接橋262為曲線形狀且有相對的末端262a和262b，所述連接橋264也為曲線形狀且有相對的末端264a和264b。所述末端262a和264a與所述可旋轉(zhuǎn)底板260相連，所述另一末端262b和264b則分別與所述側(cè)臂258、259相連。如該實施例所示，所述末端262b和264b分別與側(cè)臂258、259在Y軸方向的同樣位置處相連，即末端262b和264b分別與側(cè)臂258、259的連接點到其末端的距離相等。所述末端262a和264a與可旋轉(zhuǎn)底板260相連且以該可旋轉(zhuǎn)底板260的中心為基準(zhǔn)呈鏡像對稱。也就是說，所述末端262a和264a的連接點以旋轉(zhuǎn)底板260的重心為基點對稱。這樣的設(shè)計使得旋轉(zhuǎn)底板260在所述壓電元件242，243被激發(fā)時能夠以其本身重心為基點旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，所述連接橋262，264還可以設(shè)計為其它合適的形狀，進(jìn)行其它合適的連接安排。
所述壓電元件242、243分別安裝在所述框架252的側(cè)臂258、259的外側(cè)表面上。所述壓電元件242，243上有復(fù)數(shù)焊接觸點246，例如兩個觸點，用于將該壓電元件242，243和內(nèi)懸臂電纜226電性連接。所述壓電元件242，243外形呈板狀，可以為陶瓷壓電片或薄膜壓電片。
所述剛性梁或剛性塊254構(gòu)成所述框架252的底支撐臂，它的構(gòu)造要適合于將該框架252連接到所述懸臂件216上。該剛性塊254通過例如焊接等方式安裝在所述框架252的側(cè)臂258，259之間。如圖所示，該剛性塊254安裝在所述側(cè)臂258，259的與所述頂支撐臂256相對的末端之間。該剛性塊254安裝在側(cè)臂258、259上是為了在框架252的后側(cè)提供一個臺階266(見圖13)。該臺階266高度在35-70μm之間。所述剛性塊254(或其某部分，例如末端部分)可以是其它合適的形狀。
所述剛性塊254通過環(huán)氧膠、樹脂或焊接等方式部分安裝在所述撓性件224的懸臂舌238上，從而將壓電微驅(qū)動器212安裝在懸臂件216上。壓電元件242、243上各自設(shè)有復(fù)數(shù)壓電焊接觸點246，例如兩個焊接觸點，分別通過復(fù)數(shù)電連接球(GBB或SBB)268與內(nèi)懸臂電纜226上的復(fù)數(shù)焊接觸點244電性相連。這樣，電壓就可以通過內(nèi)懸臂電纜226而施加在壓電元件242，243上。
所述頂支撐臂254的結(jié)構(gòu)要適合將框架252連接到磁頭214上。具體地說，磁頭214在其一端對應(yīng)浮板270(float plate)上的復(fù)數(shù)磁頭焊接觸點248設(shè)有復(fù)數(shù)焊接觸點250，例如4個焊接觸點。所述頂支撐臂254在其上支撐著磁頭214，復(fù)數(shù)磁頭焊接觸點248則分別與磁頭214上的復(fù)數(shù)焊接觸點250通過例如復(fù)數(shù)電連接球(GBB或SBB)電性相連。這樣就將所述頂支撐臂254和所述磁頭214連接起來并且將磁頭214及其讀/寫元件與懸臂件216上的外懸臂電纜227電性相連。另外，在所述懸臂舌238和壓電微驅(qū)動器212之間設(shè)有一個平行間隙274，以便壓電微驅(qū)動器212在工作時可以自由移動，如圖9所示。所述平行間隙274通過位于所述框架252后部的剛性塊254上形成的臺階266而形成。
如實施例所示，磁頭214安裝在所述頂支撐臂256的可旋轉(zhuǎn)底板260上，該磁頭214的重心實質(zhì)上與所述可旋轉(zhuǎn)底板260的重心相匹配。并且微驅(qū)動器212的剛性塊254安裝在懸臂舌238上面，如此一來，可旋轉(zhuǎn)底板260的重心就與懸臂件216的折片(gimbal)234相匹配——這樣的設(shè)計使得磁頭214和旋轉(zhuǎn)底板260在壓電元件242、243被激發(fā)而導(dǎo)致可旋轉(zhuǎn)底板260旋轉(zhuǎn)時能夠以懸臂折片234中心為基點旋轉(zhuǎn)。所述通過臺階266形成的平行間隙274使可旋轉(zhuǎn)底板260和磁頭214工作時旋轉(zhuǎn)更順利。
圖14a圖示了壓電微驅(qū)動器212的兩個壓電元件242，243之間的電性連接結(jié)構(gòu)的一個實施例，圖14b則圖示了工作電壓的情況。如圖所示，壓電元件242、243的極化方向相同且共同接地。而且在壓電元件242、243上施加一正弦電壓。圖15a圖示了壓電微驅(qū)動器212未工作時的狀態(tài)，圖15b則圖示了壓電微驅(qū)動器212被施加電壓時的情況。如圖15b所示，在電壓到達(dá)第一個半周期時，壓電元件242、243將收縮，從而導(dǎo)致側(cè)臂258、259全都向外彎曲。因為兩個支撐橋262和264相對可旋轉(zhuǎn)底板260的中心呈偏移狀態(tài)連接在該可旋轉(zhuǎn)底板260上，并且磁頭214也安裝在該可旋轉(zhuǎn)底板260上，如此一來，所述磁頭214將以它的中心為基準(zhǔn)向右側(cè)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電壓到達(dá)第二個半周期時，壓電元件242、243將回位或延伸，從而使磁頭214向左側(cè)旋轉(zhuǎn)。
圖16a圖示了壓電微驅(qū)動器212的兩個壓電元件242、243之間的電性連接結(jié)構(gòu)的另一實施例，圖16b則圖示了工作電壓。如圖所示，壓電元件242、243極化方向相反且共同接地。另外，分別向壓電元件242、243上施加了兩個不同的正弦電壓。當(dāng)電壓在第一個半周期時，因為壓電元件242、243中有一個壓電元件為正極化方向而另一個壓電元件為負(fù)極化方向，所以壓電元件242、243將收縮，從而導(dǎo)致側(cè)臂258、259均向外側(cè)彎曲。因為兩個支撐橋262和264相對可旋轉(zhuǎn)底板260的中心呈偏移狀態(tài)連接在該可旋轉(zhuǎn)底板260上，并且磁頭214也安裝在該可旋轉(zhuǎn)底板260上，如此一來，所述磁頭214將以它的中心為基準(zhǔn)向右側(cè)旋轉(zhuǎn)(例見圖15b)。當(dāng)電壓到達(dá)第二個半周期時，壓電元件242，243將先回位或延伸，從而使磁頭214向左側(cè)旋轉(zhuǎn)。
圖17和圖18是所述壓電微驅(qū)動器212的共振測試數(shù)據(jù)圖。圖17是共振增益圖，圖18是共振相位圖。如圖所示，曲線280和284是懸臂基板被搖晃或激發(fā)時的共振增益曲線和共振相位曲線，而曲線282和286則是壓電微驅(qū)動器的壓電元件242、243被激發(fā)時的共振增益曲線和共振相位曲線。由于壓電微驅(qū)動器212以旋轉(zhuǎn)的方式(rotation-type)工作，而現(xiàn)有技術(shù)中的微驅(qū)動器則是以搖擺的方式(sway-type)工作，所以當(dāng)壓電微驅(qū)動器212工作時，施加在懸臂件上的反作用力就相對較小。即壓電微驅(qū)動器212不會像圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)中的微驅(qū)動器產(chǎn)生懸臂共振。因此，壓電微驅(qū)動器212明顯地改善了磁盤驅(qū)動裝置的性能，并且可獲得高伺服帶寬。
圖19和圖20a-20h圖示了本發(fā)明的一個具體實施例提供的一種制造和裝配壓電微驅(qū)動器212的主要步驟。在工藝開始(圖19中的步驟201)之后，一個包括由互連框架單元294構(gòu)成的復(fù)數(shù)排292，例如長形條，的薄片290通過例如蝕刻(圖19中的步驟202)等方法被形成，如圖20a所示。在這個實施例中，薄片290包括4個連接在一起的排292，每個排292包括3個連接在一起的框架單元294。當(dāng)然，薄片290還可以包括其它合適數(shù)目的排292和框架單元294。而且，如該實施例所示，每個框架單元294將被加工成如圖7-13所描述的框架的形狀。
接下來，如圖2 0b所示，單個長形條292從薄片290上被切下(圖19中的步驟203)。然后，該長形條292的側(cè)部被彎曲以形成每個框架單元294的側(cè)臂258、259(圖19中的步驟204)。如圖2 0c所示。
如圖20d和圖20e所示，剛性塊254通過焊接等方式安裝在每個框架單元294的側(cè)臂258、259之間(圖19中的步驟205)。該剛性塊254為圖7-13中所描述的那種類型。接下來，壓電元件242，243分別安裝在每個框架單元294的側(cè)臂258、259上(圖19中步驟206)，如圖20f和圖20g所示。壓電元件242、243為圖7-13中所描述的那種類型。
在剛性塊254和壓電元件242、243被安裝到長形條292的每個框架單元294上后，一個單個框架單元294從長形條292上被切下而形成壓電微驅(qū)動器212(圖19中的步驟207)，如圖20h所示。最后，檢查壓電微驅(qū)動器212(圖19中的步驟208)，這樣就完成了制造和組裝過程(圖19中的步驟209)。
圖21和圖22a-22h圖示了本發(fā)明的另一個具體實施例提供的一種制造和裝配壓電微驅(qū)動器212的主要步驟。在工藝開始(圖21中的步驟301)之后，一個包括復(fù)數(shù)由互相連接的框架單元394構(gòu)成的排392(例如長形條)的薄片390通過例如蝕刻(圖21中的步驟302)等方法形成，如圖22a所示。在這個實施例中，薄片390包括4個連接在一起的排392，每個排392包括3個連接在一起的框架單元394。當(dāng)然，薄片390還可以包括其它合適數(shù)目的排392和框架單元394。而且，如該實施例所示，每個框架單元394將被加工成如圖7-13所描述的框架的形狀。
接下來，如圖22b所示，單個的長形條392從薄片390上被切下(圖19中的步驟303)。然后，壓電元件242、243分別安裝在每個框架單元394的側(cè)臂258、259上(圖21中步驟304)，如圖22和圖22所示。所述壓電元件242、243為圖7-13中所描述的那種類型。
如圖22e所示，長形條392的側(cè)部被彎曲以形成每個框架單元394的直立側(cè)臂258、259(圖21中的步驟305)。然后，剛性塊254通過焊接等方式安裝在每個框架單元394的側(cè)臂258，259之間(圖21中的步驟306)。該剛性塊254為圖7-13中所描述的那種類型。
在將剛性塊254安裝到長形條392的每個框架單元394上后，單個框架單元394從長形條392上被切下而形成壓電微驅(qū)動器212(圖21中的步驟307)，如圖22h所示。最后，檢查壓電微驅(qū)動器212(圖21中的步驟308)而完成了制造和組裝過程(圖21中的步驟309)。
圖23和圖24圖示了本發(fā)明的另一個實施例提供的一種壓電微驅(qū)動器312。在這個實施例中，所述框架252包括一與側(cè)臂258、259相連的底支撐臂或底支撐板357。如圖所示，所述側(cè)臂258、259從頂支撐臂256和底支撐臂357相對兩側(cè)垂直形成。所述剛性塊254安裝在側(cè)臂258，259之間并且可以由底支撐臂357支撐。所述壓電微驅(qū)動器312的其它部分與壓電微驅(qū)動器212相應(yīng)的部分相同并使用同樣的數(shù)字標(biāo)示。盡管結(jié)構(gòu)不同，所述壓電微驅(qū)動器312與壓電微驅(qū)動器212的工作原理卻是相同的。
圖25和圖26a-26h圖示了本發(fā)明的一個實施例提供的一種壓電微驅(qū)動器312的制造和組裝的主要步驟。在工藝開始(圖25中的步驟401)之后，一個包括復(fù)數(shù)互相連接框架單元494的排492，如長形條的薄片490(sheet)通過例如蝕刻(圖25中的步驟402)等方法被形成，如圖26a所示。在這個實施例中，薄片490包括4個連接在一起的排492(row)，每個排492包括3個連接在一起的框架單元494。當(dāng)然，薄片490還可以包括其它合適數(shù)目的排492和框架單元494。而且，如該實施例所示，每個框架單元494將被加工成如圖23-24所描述的框架的形狀。
接下來，如圖26b所示，一個單一長形條492從薄片490上切下(圖25中的步驟403)。然后，該長形條492的側(cè)部被彎曲而形成每個框架單元494的側(cè)臂258、259(圖25中的步驟404)，如圖26c所示。
如圖26d和圖26e所示，所述剛性塊254通過焊接等方式安裝在每個框架單元494的側(cè)臂258、259之間(圖25中的步驟405)。該剛性塊254為圖7-13中所描述的那種類型。接下來，壓電元件242、243分別安裝在每個框架單元494的側(cè)臂258，259上(圖25中步驟406)，如圖26f和圖26g所示。所述壓電元件242，243為圖7-13中所描述的那種類型。
在將剛性塊254和壓電元件242、243安裝到長形條492的每個框架單元494上之后，從長形條492上切下一個單一框架單元494而形成壓電微驅(qū)動器312(圖25中的步驟407)，如圖26h所示。最后，檢查壓電微驅(qū)動器312(圖25中的步驟408)，從而完成了制造和組裝過程(圖25中的步驟409)。
一種結(jié)合了本發(fā)明實施例提供的壓電微驅(qū)動器212或312的磁頭折片組合210可應(yīng)用于磁盤驅(qū)動裝置(HDD)。該磁盤驅(qū)動裝置可以是如圖1所示的類型。因為磁盤驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)、工作和組裝過程為該領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知悉，在此不再贅述。所述壓電微驅(qū)動器可以應(yīng)用于任何需安裝微驅(qū)動器的合適的磁盤驅(qū)動裝置或其它需安裝微驅(qū)動器的裝置上。在一個實施例中，該壓電微驅(qū)動器應(yīng)用于一種高轉(zhuǎn)速磁盤驅(qū)動裝置中。
以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于磁頭折片組合上的微驅(qū)動器，包括金屬框架，該金屬框架包括適合支撐所述磁頭折片組合上的磁頭的頂支撐臂；和一對分別從所述頂支撐臂的兩側(cè)垂直延伸出的側(cè)臂；所述頂支撐臂包括一個可旋轉(zhuǎn)底板以及將該旋轉(zhuǎn)底板分別連接到所述側(cè)臂的連接臂；其中，所述每個側(cè)臂上均安裝有壓電元件，所述每個壓電元件可被激發(fā)而引起所述側(cè)臂的選擇性移動；并且在所述側(cè)臂的與所述頂支撐臂相對的末端之間設(shè)有剛性梁。
2.如權(quán)利要求1所述的微驅(qū)動器，其特征在于所述頂支撐臂的連接臂為曲線形狀。
3.如權(quán)利要求2所述的微驅(qū)動器，其特征在于所述連接臂在縱向上的同一位置分別與所述側(cè)臂相連接。
4.如權(quán)利要求2所述的微驅(qū)動器，其特征在于所述連接臂以所述旋轉(zhuǎn)底板的中心為基點呈鏡像對稱地與所述可旋轉(zhuǎn)底板相連接。
5.如權(quán)利要求1所述的微驅(qū)動器，其特征在于所述每個壓電元件用陶瓷壓電材料或薄膜壓電材料或PMN-PT壓電材料或其它壓電材料制成。
6.如權(quán)利要求1所述的微驅(qū)動器，其特征在于所述剛性梁適合與所述磁頭折片組合的懸臂件相連。
7.如權(quán)利要求6所述的微驅(qū)動器，其特征在于所述剛性梁在所述金屬框架的一側(cè)設(shè)有一臺階。
8.如權(quán)利要求7所述的微驅(qū)動器，其特征在于所述臺階高度為35-70μm。
9.如權(quán)利要求1所述的微驅(qū)動器，其特征在于該微驅(qū)動器還包括在所述側(cè)臂之間延伸的底支撐臂。
10.如權(quán)利要求1所述的微驅(qū)動器，其特征在于；所述壓電元件具有不同的極化方向。
11.如權(quán)利要求1所述的微驅(qū)動器，其特征在于所述壓電元件具有相同的極化方向。
12.一種磁頭折片組合，包括微驅(qū)動器；磁頭；和支撐該驅(qū)動器和該磁頭的懸臂件；所述微驅(qū)動器包括金屬框架，該金屬框架包括適合支撐所述磁頭的頂支撐臂；和一對分別從所述頂支撐臂的兩側(cè)垂直延伸出的側(cè)臂，所述頂支撐臂包括一個可旋轉(zhuǎn)底板和將該可旋轉(zhuǎn)底板分別連接到各自所述側(cè)臂上的連接臂；所述每個側(cè)臂上安裝有壓電元件，每個壓電元件可被激發(fā)而引起所述側(cè)臂的選擇性移動；在所述側(cè)臂與所述頂支撐臂相對的末端之間設(shè)有剛性梁。
13.如權(quán)利要求12所述的磁頭折片組合，其特征在于所述磁頭包括用于磁性記錄的讀/寫元件。
14.如權(quán)利要求12所述的磁頭折片組合，其特征在于所述頂支撐臂的連接臂為曲線形狀。
15.如權(quán)利要求14所述的磁頭折片組合，其特征在于所述連接臂在縱向上的同一位置分別與所述側(cè)臂相連接。
16.如權(quán)利要求14所述的磁頭折片組合，其特征在于所述連接臂以所述旋轉(zhuǎn)底板的中心為基點呈鏡像對稱與所述旋轉(zhuǎn)底板相連接。
17.如權(quán)利要求12所述的磁頭折片組合，其特征在于所述每個壓電元件用陶瓷壓電材料或薄膜壓電材料或PMN-PT壓電材料或其它壓電材料制成。
18.如權(quán)利要求12所述的磁頭折片組合，其特征在于所述剛性梁適于與所述懸臂件相連。
19.如權(quán)利要求18所述的磁頭折片組合，其特征在于所述剛性梁在所述金屬框架的一側(cè)設(shè)有一個臺階。
20.如權(quán)利要求19所述的磁頭折片組合，其特征在于所述臺階的高度為35-70μm。
21.如權(quán)利要求12所述的磁頭折片組合，其特征在于該磁頭折片組合還包括在所述側(cè)臂之間延伸的底支撐臂。
22.如權(quán)利要求12所述的磁頭折片組合，其特征在于所述壓電元件具有不同的極化方向。
23.如權(quán)利要求12所述的磁頭折片組合，其特征在于所述壓電元件具有相同的極化方向。
24.一種磁盤驅(qū)動裝置，包括磁頭折片組合，該磁頭折片組合包括微驅(qū)動器、磁頭、以及支撐該驅(qū)動器和該磁頭的懸臂件；和所述磁頭折片組合連接的驅(qū)動臂；磁盤；和用以旋轉(zhuǎn)所述磁盤的主軸馬達(dá)；其中，所述微驅(qū)動器包括一個金屬框架，該金屬框架包括一個適合支撐所述磁頭的頂支撐臂，和一對分別從所述頂支撐臂的兩側(cè)垂直延伸出的側(cè)臂，所述頂支撐臂包括一個可旋轉(zhuǎn)底板以及將該可旋轉(zhuǎn)底板分別連接到所述側(cè)臂上的連接臂；所述每個側(cè)臂上安裝有壓電元件，每個壓電元件可被激發(fā)從而引起所述側(cè)臂的選擇性移動；在所述側(cè)臂的與所述頂支撐臂相對的末端之間設(shè)有剛性梁。
25.一種制造壓電微驅(qū)動器的方法，該方法包括如下步驟形成一個包括復(fù)數(shù)由互連框架單元構(gòu)成的長形條(row bar)的薄片；從該薄片上切下單個長形條；將該單個長形條的相對側(cè)部彎曲以形成每個框架單元的側(cè)臂；在所述每個框架單元的所述側(cè)臂之間安裝剛性梁；在所述每個框架單元的所述側(cè)臂上安裝壓電元件；從所述單個長形條上切下單個框架單元以形成壓電微驅(qū)動器；及檢查該壓電微驅(qū)動器。
26.如權(quán)利要求25所述的制造壓電微驅(qū)動器的方法，其特征在于所述形成薄片的步驟是通過蝕刻方法形成的。
27.如權(quán)利要求25所述的制造壓電微驅(qū)動器的方法，其特征在于所述安裝剛性梁的步驟包括將剛性梁焊接在所述每個框架單元的所述側(cè)臂之間。
28.如權(quán)利要求25所述的制造壓電微驅(qū)動器的方法，其特征在于所述形成薄片的步驟包括形成一個包括復(fù)數(shù)互連的長形條、每個長形條包括復(fù)數(shù)互連的框架單元的薄片。
29.一種制造壓電微驅(qū)動器的方法，該方法包括如下步驟形成一個包括復(fù)數(shù)由互連框架單元構(gòu)成的長形條(row bars)的薄片；從該薄片上切下單個長形條；在所述單個長形條的每個框架單元的相對側(cè)臂上安裝壓電元件；將所述單個長形條的相對側(cè)部彎曲以形成每個框架單元的直立側(cè)臂；在每個框架單元的所述直立側(cè)臂之間安裝剛性梁；從所述單個長形條上切下單個框架單元以形成壓電微驅(qū)動器；及檢查該壓電微驅(qū)動器。
30.如權(quán)利要求29所述的制造壓電微驅(qū)動器的方法，其特征在于形成所述薄片的步驟是通過蝕刻方法形成的。
31.如權(quán)利要求29所述的制造壓電微驅(qū)動器的方法，其特征在于所述安裝剛性梁的步驟包括將剛性梁焊接在所述每個框架單元的所述直立側(cè)臂之間。
32.如權(quán)利要求29所述的制造壓電微驅(qū)動器的方法，其特征在于所述形成薄片的步驟包括形成一個包括復(fù)數(shù)互連的長形條、每個長形條包括復(fù)數(shù)互連的框架單元的薄片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于磁頭折片組合的微驅(qū)動器，包括金屬框架、壓電元件和剛性梁。該金屬框架包括一個適合支撐磁頭折片組合上的磁頭的頂支撐臂，和一對自頂支撐臂的相對兩側(cè)垂直延伸出的側(cè)臂。該頂支撐臂包括一個可旋轉(zhuǎn)底板和將該可旋轉(zhuǎn)底板分別連接到所述側(cè)臂上的連接臂。每個側(cè)臂上均安裝有壓電元件。每個壓電元件能夠被激發(fā)而引起側(cè)臂的選擇性移動。所述剛性梁安裝在側(cè)臂的與頂支撐臂相對的末端之間。
文檔編號G11B5/58GK1956062SQ20051011893
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者姚明高 申請人:新科實業(yè)有限公司