具有飞行高度调节装置的磁头折片组合、硬盘驱动器及其制造方法

摘要

本发明公开了一种磁头折片组合(HGA)，其包括磁头、用于支撑磁头的悬臂件及用于调整磁头飞行高度的飞行高度调节装置。所述飞行高度调节装置包括至少一片薄膜压电元件或陶瓷压电元件。所述飞行高度调节装置被置于磁头和悬臂件之间。在本发明中，所述磁头折片组合进一步包括一个用以在水平方向上调整磁头的位置的微驱动器。所述微驱动器为收缩型微驱动器或金属框架型微驱动器。本发明同时公开了该磁头折片组合的制造方法，及使用该磁头折片组合的硬盘驱动器结构及其制造方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁盘驱动器及其制造方法，尤指一种具有飞行高度调节装置的磁头折片组合及其制造方法。

背景技术

磁盘驱动器为一种使用磁介质储存数据的信息存储装置。参考图1a及1b，现有典型的磁盘驱动器(Disk Drive)包括一个磁盘101及一个用于驱动装有磁头203的磁头折片组合(Head Gimbal Assembly，HGA，未标示)的驱动臂104(Drive Arm)。其中，磁盘101装在一个用以驱动磁盘101旋转的主轴马达102上，一个音圈马达107(Voice-Coil Motor，VCM)用于控制装有磁头203的驱动臂104的运动，从而控制磁头203在磁盘101表面上从一个磁轨移动到下一个磁轨，进而从磁盘101中读取或写入数据。

然而，在磁头203的行程中，由于音圈马达(VCM)所固有的容差(Tolerance)，磁头203不能进行很好的位置微调(Position Fine Adjustment)。

为了解决上述问题，压电微驱动器(piezoelectric(PZT)micro-actuator)被用于调整磁头203的位移。亦即，压电微驱动器以一个较小的幅度调整磁头203的定位从而补偿音圈马达(VCM)及驱动臂(Drive Arm)104的容差。这样，可使磁轨宽度变得更小，可以增加50％的磁盘驱动器的TPI值(‘tracks perinch’value)(同时亦增加了其表面记录密度)。

参考图1d，传统的压电微驱动器205设有一个U形的陶瓷框架297。该U形陶瓷框架297包括两个陶瓷臂207，其中每个陶瓷臂207在其一侧设有一个压电片(未图示)。参考图1c及1d，压电微驱动器205与悬臂件213物理相连，其中，在每个陶瓷臂207一侧，有三个电连接球209(金球焊接或锡球焊接，goldball bonding or solder bump bonding，GBB or SBB)将微驱动器205连接到磁头折片组合的电缆210上。此外，还有四个电连接球208(GBB or SBB)用于实现磁头203与悬臂件213之间的电连接。图2则展示了将磁头203插入微驱动器205的详细过程。其中，磁头203通过环氧树脂胶212与两个陶瓷臂207上的两点206相连，从而使磁头203的运动独立于驱动臂104(参图1a)。

当电流通过悬臂件电缆210施加于压电微驱动器205上时，压电微驱动器205膨胀或者收缩从而导致U形陶瓷框架297变形而使磁头203沿着磁盘101的径向旋转。这样，就可以实现对磁头203的位置行程微调(PositionDisplacement Adjustment)。

然而，所述压电微驱动器205仅仅可用于磁头折片组合277(参图1c)的位置行程微调，而不能同时用于磁头折片组合277的飞行高度(Flying Height)调整。众所周知，飞行高度是磁盘驱动器一个非常重要的参数。亦即，如果飞行高度过高，将影响磁头203从磁盘101上读取或写入数据；反之，如果飞行高度过低，磁头203可能会刮擦磁盘101从而导致磁头203或磁盘101的损毁。在现代磁盘驱动器工业中，随着磁盘驱动器容量的快速增长，磁轨间距(trackpitch)及磁轨宽度亦变得愈来愈窄，对应地，磁头203的飞行高度变得愈来愈低，因此，一个良好的飞行高度调整对于磁头折片组合来说就显得尤为重要。

因此，提供一种可实现位置行程调整及飞行高度调整的同时进行，并确保磁头203可以成功地从磁盘101上存取数据且不损坏磁头203和/或磁盘101的磁头折片组合、硬盘驱动器及其制造方法以克服现有技术的缺点十分必要。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种可进行良好的飞行高度调整的磁头折片组合、硬盘驱动器及其制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种可同时对磁头进行位置行程调整及飞行高度调整的磁头折片组合、硬盘驱动器及其制造方法。

为了达到上述目的，本发明揭露了一种磁头折片组合(head gimbalassembly)，其包括磁头、用于支撑磁头的悬臂件及用于调整磁头飞行高度的飞行高度调节装置。其中，所述飞行高度调节装置包括至少一片薄膜压电元件或陶瓷压电元件。所述飞行高度调节装置被置于磁头和悬臂件之间。在本发明的一个实施例中，所述磁头折片组合进一步包括一个用以在水平方向上调整磁头的位置的微驱动器。其中，所述微驱动器为收缩型微驱动器(pinched typemicro-actuator)或金属框架型微驱动器(metal frame type micro-actuator)。在本发明中，所述微驱动器包括至少一片薄膜压电元件或陶瓷压电元件。

在本发明的一个实施例中，所述微驱动器进一步包括一个用以支撑所述压电元件的支撑底。所述飞行高度调节装置被置于所述悬臂件和支撑底之间。在另一个实施例中，所述飞行高度调节装置被置于所述磁头和支撑底之间。所述支撑底包括一个底片、一个顶片及一个物理连接所述底片及顶片的引柱。在本发明一个实施例中，所述支撑底亦可为一个由两个边梁及连接所述两个边梁的底梁构成的框架。

在本发明一个实施例中，所述飞行高度调节装置上设有复数电极触点。所述悬臂件上设有复数与飞行高度调节装置上的复数电极触点相对应的电极触点，所述飞行高度调节装置与悬臂件通过电性连接其上的电极触点而实现电性相连。在一个实施例中，所述飞行高度调节装置上的电极触点与悬臂件上的电极触点是通过导线焊接方式(wire bonding)进行电性连接的。

本发明一种制造磁头折片组合的方法，包括如下步骤：制造磁头、飞行高度调节装置及悬臂件；将飞行高度调节装置置于所述磁头与悬臂件之间；及将所述飞行高度调节装置与所述磁头及悬臂件相连结。在本发明中，所述飞行高度调节装置由薄膜压电材料或陶瓷压电材料制成。所述方法进一步包括制造一个用以在水平方向上调整磁头位置的微驱动器的步骤。其中，制造所述微驱动器包括如下步骤：成型至少一个压电元件；成型一个支撑底；将所述至少一个压电元件焊接到所述支撑底。在本发明一个实施例中，成型所述支撑底包括成型一个底片、一个顶片及一个连接所述底片及顶片的引柱的步骤。在另一个实施例中，成型所述支撑底包括成型两个边梁及连接所述两个边梁的底梁的步骤。在本发明中，成型所述飞行高度调节装置包括在其上成型复数电极触点的步骤。成型所述悬臂件包括在其上对应所述飞行高度调节装置上的复数电极触点成型复数电极触点的步骤。另外，在本发明中，连结所述飞行高度调节装置与所述悬臂件的步骤包括将所述飞行高度调节装置上的电极触点与所述悬臂件上的电极触点电性连接的步骤。在一个实施例中，电性连接所述飞行高度调节装置上的电极触点与所述悬臂件上的电极触点是通过导线焊接方式(wire bonding)进行的。

本发明一种硬盘驱动器，包括具有磁头、飞行高度调节装置及悬臂件的磁头折片组合、与所述磁头折片组合相连结的驱动臂、磁盘及用以旋转所述磁盘的主轴马达。其中，所述飞行高度调节装置包括至少一片薄膜压电元件或陶瓷压电元件。所述飞行高度调节装置被置于磁头和悬臂件之间。所述磁头折片组合进一步包括一个用以在水平方向上调整磁头的位置的微驱动器。

与现有技术相比，本发明由于使用了飞行高度调节装置，所以可得到良好的飞行高度调整。并且，本发明亦可同时采用飞行高度调节装置和微驱动器分别用于位置行程调整及飞行高度调整，从而使本发明硬盘驱动器可得到良好的位置行程调整及飞行高度调整，并且使其TPI值得到相应地提高。

为使本发明更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本发明磁头折片组合、硬盘驱动器及其制造方法的具体实施例。

附图说明

图1a为传统磁盘驱动器的立体图；

图1b为图1a的放大局部视图；

图1c为现有磁头折片组合(HGA)的立体图；

图1d为图1c的放大局部视图；

图2展示了将磁头插入图1c中磁头折片组合(HGA)的微驱动器中的详细过程；

图3是本发明磁头折片组合(HGA)第一实施例的立体图；

图4是图3中磁头折片组合(HGA)在其磁头及微驱动器单元未通过金属球与悬臂件连结前的局部放大立体分解图；

图5是图3中组装后的磁头折片组合(HGA)在其磁头及微驱动器单元未通过金属球与悬臂件连结前的局部放大立体图；

图6是图3中组装后的磁头折片组合(HGA)在其磁头及微驱动器单元通过金属球与悬臂件连结后的局部放大立体图；

图7是图3中磁头折片组合(HGA)在微驱动器单元区域的剖视图；

图8展示了图3所示的磁头折片组合(HGA)的微驱动器单元的一个实施例的立体图；

图9展示了装配图8所示的微驱动器单元并将磁头装于其上的过程；

图10a展示了图8所示的微驱动器单元的两个侧压电片间的电连接关系，根据本发明一个实施例所述两个侧压电片具有相同的极化方向；

图10b展示了图8所示的微驱动器单元的两个侧压电片间的电连接关系，根据本发明另一个实施例所述两个侧压电片具有相反的极化方向；

图10c展示了分别加在图10a所示两个侧压电片上的电压的波形图；

图10d展示了分别加在图10b所示两个侧压电片上的电压的波形图；

图10e和10f展示了图10a所示两个侧压电片的两种不同的工作方式，可使磁头沿平行于磁盘表面的方向移动；

图10g和10h展示了图8所示的微驱动器单元的底压电片的两种不同的极化方向，根据本发明两个实施例；

图10i展示了加在图10g或10h所示的底压电片上的电压的波形图；

图10j展示了图10g或10h所示的底压电片的两种不同的工作方式，可使磁头沿垂直于磁盘表面的方向移动；

图11展示了图8所示的微驱动器单元的另一种装配方式；

图12为具有图11所示的装配后的微驱动器单元的磁头折片组合的局部立体图；

图13展示了图11所示的微驱动器单元与悬臂件间的电连接关系；

图14为本发明微驱动器单元的第二实施例的立体分解图；

图15是展示磁头被装入图14所示微驱动器单元的U型框架的立体图；

图16为本发明具有图14所示微驱动器单元的磁头折片组合的部分立体分解图；图17是展示图14所示微驱动器单元的底压电片被装于图16所示磁头折片组合的悬臂件的部分立体图；

图18是图16所示的装配后的磁头折片组合在其磁头及图14所示的微驱动器单元通过金属球与悬臂件连结后的部分立体图；

图19a展示了图14所示的微驱动器单元的两个侧压电片间的电连接关系，根据本发明的一个实施例，所述两个侧压电片具有相同的极化方向；

图19b展示了图14所示的微驱动器单元的两个侧压电片间的电连接关系，根据本发明另一个实施例，所述两个侧压电片具有相反的极化方向；

图19c展示了分别加在图19a所示两个侧压电片上的电压的波形图；

图19d展示了分别加在图19b所示两个侧压电片上的电压的波形图；

图19e及19f展示了图19a所示两个侧压电片的两种不同的工作方式，可使磁头沿平行于磁盘表面的方向移动；

图19g展示了图14所示微驱动器单元的底压电片的两种不同的工作方式，可使磁头沿垂直于磁盘表面的方向移动；

图20为图18所示的本发明磁头折片组合第二实施例的完整立体图。

具体实施方式

参考图3，本发明一种磁头折片组合3包括磁头203’、微驱动器单元30及一个用于承载所述磁头203’及微驱动器单元30的悬臂件213’。

同样请参考图3，悬臂件213’包括负载杆(load beam)326，挠性件(flexure)325、枢接件(hinge)324及基板(base plate)321。负载杆326上有三个用于层叠定位的开口408及复数小突起329(参图7)。在枢接件324及基板321上分别有两个孔322及323。其中，孔322用于铆合(swaging)磁头折片组合3及驱动臂(未图示)，而孔323则用于减轻悬臂件213’的重量。在挠性件325上设有复数电极触点318，复数电极触点318一端和控制系统相连(未图示)，另一端和复数电缆309，311相连。参考图4及7，所述挠性件325亦包括一个悬臂舌片(Suspension Tongue)328，所述悬臂舌片328用于支撑微驱动器30，并使得承载力总是通过负载杆326上的小突起329施加于磁头203’的中心区域。在本发明中，所述悬臂舌片328上设有复数电极触点801、802、803及805。

请参考图8，所述微驱动器单元30包括一个微驱动器(未标示)和一个飞行高度调节装置(未标示)。在本发明的一个实施例中，该微驱动器为金属框架型(metal frame type)微驱动器，其包括一个金属支撑底302及一个压电(Piezoelectric，PZT)单元，该压电单元包含二个侧压电片303。该飞行高度调节装置是一个设有两电极触点305的底压电片304。在本发明中，所述支撑底302最好用不锈钢制造。该支撑底302包括底片401、顶片402及物理连接所述底片401和顶片402的引柱404。在本发明一个实施例中，所述底片401两侧设有两个边臂401a和401b，同样地，顶片402亦在两侧设有两个边臂402a和402b。并且，所述顶片402和底片401的一侧分别设有两个与引柱404相连接的缺口409。该缺口409可以增大压电单元的移动长度从而可使磁头203’得到一个较大的位移(displacement)。在本发明一个实施例中，该底压电片304是T型的，其包括一个压电基片308和一个压电臂309。所述压电基片308上设有两个电极触点305。每个侧压电片303在其两端形成三个电极触点702和703。该侧压电片303和底压电片304最好是用压电薄膜材料制造，并且可以做成单层或多层结构。当然，该侧压电片303和底压电片304也可以由压电陶瓷材料做成。

图10a，10c，10e，和10f展示了两个侧压电片303实现位置行程调整功能的第一种工作方式。在该实施例中，所述两个侧压电片303具有相同的极化方向(Polarization Direction)，如图10a所示，该两个侧压电片303的一端404被共同接地，另一端401a和401b被分别施加具有相反相位的电压，其波形405和406如图10c所示。请参考图10e和10f，当被施加电压时，在相同的半个周期内，两个侧压电片303中的一个膨胀同时另一个收缩；当进入下半个周期时，两个侧压电片303将改变其收缩和膨胀状态，即一个收缩同时另一个膨胀，这样就可驱动所述磁头203’沿平行于磁盘的方向运动，进而进行磁头位置行程调整。

图10b和10d展示了两个侧压电片303实现位置行程调整功能的另一种工作方式。在该实施例中，所述两个侧压电片303具有相反的极化方向，如图10b所示。该两个侧压电片303的一端404被共同接地，另一端401a和401b被分别施加具有相同相位的电压，其波形407如图10d所示。当被施加电压时，在相同的半个周期内，两个侧压电片303中的一个膨胀同时另一个收缩；当进入下半个周期时，两个侧压电片303将改变其收缩和膨胀状态，即一个收缩同时另一个膨胀。这样，所述磁头203’被循环地从右边移到左边，再从左边移到右边。

图10g及10h展示了底压电片304可能具有的两种不同的极化方向。图10j则展示了底压电片304进行飞行高度调整的第一种工作方式，其中所述底压电片304被施加一直流电压，其波形411如图10i所示。参考图10j，当未被施加电压时，底压电片304停留在其原始位置412b；当被施加正的直流电压时，所述底压电片304将向上弯曲至位置412a；当被施加负的直流电压时，底压电片304将向下弯曲至位置412c。这样，所述悬臂件的静态间距角(Static Pitch)将改变，同时磁头203’的静态姿势(Static Attitude)亦发生变化，从而可实现磁头203’的飞行高度调整。

参考图9，制造微驱动器单元30包括如下步骤：首先，提供一个支撑底302及两个侧压电片303；然后，将所述两个侧压电片303固定到所述支撑底302的两侧；最后，提供一个底压电片304，并将其与所述支撑底302相连结。此后，提供磁头203’并将其安装在固定有两个侧压电片303和一个底压电片304的支撑底302上。

参考图8及9，作为本发明一个实施例，其中一个侧压电片303被固定在所述支撑底302的边臂401a和402a上，另一个侧压电片303则被固定在所述支撑底302的边臂401b和402b上。通过各向异性导电膜(anisotropicconductive film，ACF)、环氧胶或粘接剂将所述压电基片308连接在所述底片401背面，从而可将该底压电片304固定在所述支撑底302的后侧。对应地，所述压电臂309被置于所述支撑底302的引柱404下，所述压电基片308的二电极触点305向下露出。在本发明中，磁头203’一端以各向异性导电膜(ACF)、环氧胶或粘接剂与顶片402物理及电性连接，另一端则置于所述支撑底302的引柱404上。其中，物理连接可保持磁头203’与微驱动器单元30同时移动，而电性连接则可帮助阻止磁头203’被静电放电所损毁。

经上述装配后，请参阅图5，带有磁头203’的微驱动器单元30通过各向异性导电膜与挠性件325的悬臂舌片328部分连接，这样，所述底压电片304就被夹持在悬臂舌片328与支撑底302之间(图7可更清晰地表现)。对应地，所述底压电片304的两个电极触点305就与两个电极触点805电性连接，并通过电缆311与电极触点318建立电性连接。同时，磁头203’上的复数电极触点701及侧压电片303上的电极触点702、703被置于电极触点801、802及803的相应位置上。同时，一个平行间隙313也因此形成于所述微驱动器单元30与悬臂舌片328之间，从而保证微驱动器单元30可以流畅地运动，如图7所示。

请参阅图6，在本发明中，电极触点701与电极触点801通过四个金属球208’(GBB或SBB)电性连接，从而将磁头203’与悬臂件213’上的二电缆309电性连接。同时，电极触点702、703与电极触点802、803通过三个金属球209’建立电性连接，从而将微驱动器单元30与电缆311电性连接。通过所述电缆309、311，所述电极触点318将磁头203’及微驱动器单元30与控制系统电性相连(未图示)。

在本发明的另一个实施例中，请参考图11，该底压电片304也可以置于磁头203’与支撑底302之间，其中所述二电极触点305向上外露。随后，请参图12，底压电片304的电极触点305与悬臂舌片328的电极触点805电性连接。参考图13，在本发明的一个实施例中，所述电性连接是这样形成的：首先，将一个金属球901连接(如GBB、SBB或者激光焊接)到底压电片304上的电极触点305上，其中所述金属球901是通过熔化从一个连接装置(未图示)输出的一段线缆991而形成的；然后，将所述连接装置移动到悬臂舌片328上的电极触点805上并形成另外一个金属球902，在此过程中，线缆991不被切断。在该实施例中，除了上述变化之外，磁头折片组合的结构及装配没有其他变化，因此，这里不再对其进行详述。

请参阅图14，在本发明另一个实施例中的微驱动器装置30’同样包括一微驱动器(未标示)和一飞行高度调节装置(未标示)。在本实施例中，该微驱动器是一种收缩型微驱动器(pinched type micro-actuator)，其包括一个U型框架302’和一个压电单元。该U型框架302’包括两边梁207’及连接两边梁207’的底梁398。在本发明中，所述压电单元包括二侧压电片303’，所述二侧压电片303’被分别连接在所述U型框架302’的边梁207’上。在本实施例中，该飞行高度调节装置是具有二电极触点305’的一个底压电片304’。在本发明的一个实施例中，参考图16及17，所述底压电片304通过各向异性导电膜与悬臂舌片328完全接触，相应地，使该二电极触点305’与悬臂舌片328的二电极触点805相连接。其中，每一个侧压电片303’在其两端均设有三个电极触片702’、703’。所述底压电片304’最好是由单层或多层的压电薄膜材料做成。当然，所述侧压电片303’和底压电片304’也可以由压电陶瓷材料做成。

图19a、19c、19e及19f展示了两个侧压电片303’实现位置行程调整功能的第一种工作方式。在该实施例中，所述两个侧压电片303’具有相同的极化方向，如图19a所示，该两个侧压电片303’的一端404’被共同接地，另一端401’a和401’b被分别施加具有相反相位的电压，其波形405’和406’如图19c所示。请参考图19e和19f，当被施加电压时，在相同的半个周期内，两个侧压电片303’中的一个膨胀同时另一个收缩，当进入下半个周期时，两个侧压电片303’将改变其收缩和膨胀状态，这样可驱动所述磁头203’沿平行于磁盘的方向运动，进而进行磁头位置调整。

图19b和19d展示了两个侧压电片303’实现位置行程调整功能的另一种工作方式。在该实施例中，所述两个侧压电片303’具有相反的极化方向，如图19b所示，该两个侧压电片303’的一端404’被共同接地，另一端401’a和401’b被分别施加具有相同相位的电压，其波形407’如图19d所示。当被施加电压时，在相同的半个周期内，两个侧压电片303’中的一个膨胀同时另一个收缩，当进入下半个周期时，两个侧压电片303’将改变其收缩和膨胀状态，所述磁头203’被循环地从右边移到左边，再从左边移到右边。

图19g展示了底压电片304’实现飞行高度调整功能的两种工作方式，其中，底压电片304’可以选择性地应用两种不同的极化方向。在本发明中，所述底压电片304’被施加一个具有单一波形的电压，当未被施加电压时，底压电片304’停留在其原始位置412b’；当被施加正的电压时，所述底压电片304’将向上弯曲至位置412a’；当被施加负的电压时，底压电片304’将向下弯曲至位置412c’。这样，所述磁头203’上下移动，从而实现磁头203’的飞行高度调整。

请参考图16，制造微驱动器单元30’包括以下步骤：首先，提供一具有两个侧压电片303’的U型框架302’；然后，提供底压电片304’并将其与所述悬臂舌片328连接起来，如图17所示；最后，提供磁头203’并通过二点907与边梁207’相连接，如图15所示，然后将带有磁头203’的U型框架302’安装于悬臂舌片328上，从而将底压电片304’夹持在所述U型框架302’及悬臂舌片328之间。

在本发明中，参考图14及16，所述带有磁头203’的U型框架302’通过将其底梁398部分连接于悬臂舌片328上而被装设于所述悬臂舌片328上。对应地，二侧压电片303’上的电极触点702’、703’和磁头203’上的电极触点701被相应置于悬臂舌片328上的电极触点802、803及801上。随后，请参考图18，电极触点701与电极触点801通过四个金属球310(GBB或SBB)电性连接，从而将磁头203’与悬臂件213’上的二电缆309电性连接。同时，电极触点702’，703’与电极触点802和803通过三个金属球320建立电性连接，从而将微驱动器单元30’与电缆311电性连接，进而组成一个带有微驱动器单元30’的磁头折片组合，如图20所示。通过所述电缆309、311，电极触点318将磁头203’及微驱动器30’与控制系统电性相连(未图示)。

当给微驱动器单元30’施以一工作电压，二侧压电片303’将使磁头203’沿平行于磁盘表面的方向移动，从而实现磁头位置行程调整。同时，底压电片304’可使磁头203’沿垂直于磁盘表面方向移动，从而实现飞行高度调整。

在本发明中，将所述磁头折片组合与磁盘驱动器底座、磁盘、主轴马达、音圈马达等进行组装即可形成一个磁盘驱动器。因为用本发明微驱动器单元组装磁头折片组合，进而组装磁盘驱动器的过程为业界普通技术人员所知晓，故在此不再详述。

在本发明中，所述微驱动器单元可置换成仅用于调整飞行高度的单个压电元件(如底压电片304或304’)。根据以上对磁头折片组合3和磁盘驱动器的描述，具有所述单个压电元件的磁头折片组合及磁盘驱动器的结构及其制造方法容易为业界普通技术人员所实施，故在此不再详述。

以上所揭露的仅为本发明磁头折片组合、磁盘驱动器及其制造方法的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。