压电元件、压电微致动器、磁头折片组合及磁盘驱动单元

技术领域

本发明涉及一种信息记录磁盘驱动单元，尤其涉及一种压电元件、含有该压电元件的压电微致动器、含有该压电微致动器的磁头折片组合(HGA，headgimbal assembly)以及含有该磁头折片组合的磁盘驱动单元。

背景技术

磁盘驱动单元是一种常见的利用磁性介质来存储数据的信息存储装置，并且该存储装置具有一个可移动的磁性读/写传感器，磁性读/写传感器定位在磁性介质上，以便选择性地从磁性介质读取或向磁性介质写入数据。

消费者总是希望这类磁盘驱动单元的存储容量不断增加，同时希望其读写速度更快更精确。因此磁盘制造商一直致力于开发具有较高存储容量的磁盘系统，比如通过减少磁盘上的磁轨宽度或磁轨间距的方式增加磁轨的密度(TPI，每英寸所含的磁轨数量)，进而间接增加磁盘的存储容量。然而，随着磁轨密度的增加，对读写传感器的位置控制精度也必须相应的提高，以便在高密度磁盘中实现更快更精确的读写操作。随着磁轨密度的增加，使用传统技术来实现更快更精确将读写传感器定位于磁盘上适当的磁轨变得更加困难。因此，磁盘制造商一直寻找提高对读写传感器位置控制的方法，以便利用不断增加的磁轨密度所带来的益处，一种常用的方法为采用两级伺服驱动系统。

图1及图2所示为传统的具有两级伺服驱动系统的磁盘驱动单元。其中，所述两级伺服驱动系统包括一个主驱动器如音圈马达(VCM，voice-coil motor)107和一个副驱动器如压电(PZT，piezoelectric)微致动器105。磁盘驱动单元的磁盘101安装在主轴马达102上并由其旋转，音圈马达臂104上承载有磁头折片组合100，该磁头折片组合100包括磁头103、压电微致动器105及支撑磁头103和压电微致动器105的悬臂件106，该磁头103上安装有读/写传感器。

作为主驱动器的音圈马达107控制音圈马达臂104的运动，进而控制磁头103在磁盘101表面的磁轨间移动，最终实现读/写传感器在磁盘101上数据的读写。相对于音圈马达107，该压电微致动器105以更小的幅度来调整磁头103的位移，以便补偿音圈马达和(或)磁头臂组合的共振误差。所以，该压电微致动器105使得更小的磁轨间距在应用上成为可能，从而提高了磁盘系统的磁轨密度，同时也减少了磁头的寻道时间及定位时间。因此，压电微致动器105的应用大幅度地提高了磁盘驱动单元的存储盘表面记录密度。

图3及图4详细展示了图1及图2所示传统磁盘驱动单元中含有双驱动器的磁头折片组合100。磁头折片组合100的悬臂件106包括具有多个导线的挠性件122、磁头支撑板121、金属基板123和具有凸点125以支撑所述磁头支撑板121和金属基板123的悬臂负载杆124。所述挠性件122通过导线将所述磁头支撑板121与金属基板123连接起来，挠性件122的舌片区域具有一个用于放置所述压电微致动器105的压电元件安装区域128和一个磁头安装区域129。磁头103通过所述磁头安装区域129局部地安装在磁头支撑板121上。所述磁头支撑板121上形成一个用于支持磁头背面中心的突起127。所述悬臂负载杆124的凸点125支撑所述磁头支撑板121的突起127。这样确保当磁头103飞行于磁盘101上方时，来自负载杆124的负载力施加于磁头103中心。压电微致动器105包含两个互相连接起来的薄膜压电元件10，两个薄膜压电元件10被安装在挠性件122的压电元件安装区域128。

如图5所示，当将电压施加于所述两个薄膜压电元件10时，其中一个压电元件会收缩，而另一个压电元件会膨胀，从而导致磁头支撑板121及磁头103相对于悬臂负载杆124上的凸点125旋转，进而实现了对磁头位置的微调。这种压电元件的变形功能是由压电元件自身结构决定的。参考图5a，典型的压电元件具有多层压电层，比如压电层702、703叠压而形成层状结构，并且每个压电层均夹设在一对正负电极层704/705、706/707之间。每个压电层的正极704、707在层状结构内部借助比如喷溅加工手段(sputtering process)而互相连接起来形成压电元件的正极。类似地，每个压电层的负极705、706也在层状结构内部借助喷溅手段而互相连接起来形成压电元件的负极。每个压电元件10的正、负极分别设有电触点131、132，在图4中，当将压电元件10的电触点131、132分别与设置在挠性件122上的电触点133、134电性连接(通常为金线焊接)起来后，通过在电触点133、134处施加电压即可使压电元件工作。

此外，从图3、图4及图5a可以看出：现有的压电微致动器105主要由两个对称且互相连接起来的压电元件10构造而成。这两个相同的压电元件10借助很薄的材质机械连接而互相结合起来，比如图5a中所示的借助衬底层701而互相连接起来。

虽然上述现有压电微致动器105可以为磁头提供位置微调功能，然而，其具有许多无法克服的缺点。首先，由于现有的用于磁头折片组合的压电微致动器105是由两片式压电元件借助很薄的材质机械连接而成，通常情况下，这种机械连接在连接处的强度非常低，因此，在压电微致动器105的工艺操作、搬运或测试过程中，连接处容易变形或断裂，从而导致整体报废；其次，这种连接一体的两片式压电元件容易引起制成成本的增加，比如，当检测出其中一片压电元件已经损坏需要丢弃，而另一片尚且完好的时候，由于两片压电元件连接在一起，因此，不得不将没有缺陷的压电元件也丢弃，因而造成制造成本的增加；另外，如前所述，对于现有的压电元件，其所有压电层的相应电极层都对应地连接起来(比如所有的正极连接起来，所有负极也互相连接起来)，即所有的压电层并联于一对电极层之间，这样就无法对单个压电层的缺陷进行检测，也就是说，当一个压电元件已经损坏的时候，无法检测出具体是哪一压电层损坏了，所以也不得不将整片压电元件丢弃；同样因为所有压电层的相应电极层都对应地连接起来，如前所述采用喷溅工艺连接，使压电元件的制造工序复杂，进一步导致了较高的制作成本。

图3、4所示传统磁头折片组合100的另一个缺点涉及电连接方法及其抗震性能。如上所述，当将压电元件10粘贴到磁头折片组合100上后，压电元件10的电触点131、132将分别与设置在挠性件122上的电触点133、134以金线焊接方式连接起来，因为金线焊接整体结构的抗震性能非常差，特别是在外在振动和/或震动现象发生时，易发生裂开或断开等，所以其整体结构的抗震性能非常差。

此外，现有技术还具有其它缺点。由于所述磁头支撑板121通过所述挠性件122的导线连接到所述金属基板123上，而且因为挠性件122的导线只有10-20μm厚且由软聚合材料制成，所以在悬臂件制造过程中、磁头折片组合制造过程中和处理过程中，所述挠性件122容易扭曲，相应地所述悬臂件也会产生形变。并且，由这种弱结构导致的悬臂件形变还恶劣地导致悬臂件或者磁头悬臂组合凸点分离。图6和图7分别展示了悬臂件变形和凸点脱离的情形。另外，由于所述磁头103局部安装在所述磁头支撑板121上，并且所述磁头支撑板121通过所述挠性件122的导线与金属基板123相连，所以所述磁头103的静态姿态，如横向静态姿态(PSA，pitch static attitude)或纵向静态姿态(RSA，rollstaticattitude)不稳定而且很难控制，这将导致磁头折片组合性能不稳定，并严重影响磁头折片组合的动态性能，这种情况在震动或者撞击发生时或者在生产或者操作过程中尤为明显。最后，上述结构使得整个磁头折片组合具有很差的防震性能。当震动和撞击事件发生时，例如倾斜坠落撞击或者操作撞击，所述悬臂件或所述压电微致动器105的压电元件可能被损坏。

因此，有必要提供一种改进的结构来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于磁头折片组合的压电微致动器，其避免了现有技术中存在的结构脆弱问题；减少了压电元件在制造、检测时的浪费，可单独对每个压电层进行缺陷检查，从而降低了制造成本。

本发明的另一目的在于提供一种具有压电微致动器的磁头折片组合，其避免了现有技术中存在的结构脆弱问题；减少了压电元件在制造、检测时的浪费，可单独对每个压电层进行缺陷检查，从而降低了制造成本，还可以改善悬臂件的抗震性能。

本发明的又一目的在于提供一种可降低制造成本的磁头折片组合的装配方法。

本发明的再一目的在于提供一种可降低制造成本的磁盘驱动单元。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于磁头折片组合的压电微致动器，该压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点；其中，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离以电性隔离。

较佳地，所述每个电极-压电组合层包括至少一对电极层以及层压在该对电极层之间的压电层，每个电极-压电组合层的所有电极层在本体内彼此分开，所述电触点设在电极层上，且所有电极层均设有电触点，其中每个压电元件至少一个电极-压电组合层的一个电极层的电触点与另一个电极-压电组合层的一个电极层的电触点之间的距离为适于焊球焊接的距离或线焊焊接的距离。所有电极层并未像传统技术那样直接在本体的层状结构内将相应电极层连接起来，而是将每个电触点延伸出来，在将压电元件装配到悬臂件的过程中，通过公用焊接设置一次或分次将电极层上的电触点与悬臂件上的电触点焊接而连通，这样就避免了喷溅工艺的使用，从而也降低了成本。

一种磁头折片组合，包括磁头、压电微致动器及支撑磁头和压电微致动器的悬臂件，所述悬臂件包括挠性件，所述挠性件具有舌片区域，所述舌片区域包括承载磁头的磁头承载区域和承载压电微致动器的压电元件承载区域，所述压电元件承载区域设有若干电触点。其中，所述压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点；其中，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离；所述一对压电元件安装在所述压电元件承载区域，且每个压电元件的不同电极-压电组合层的电触点与压电元件承载区域的电触点及每个压电元件的不同电极-压电组合层的电触点通过公用焊接设置一次或分次对应焊接起来而实现压电元件的不同电极-压电组合层之间及压电元件与悬臂件之间同时电连接。

在本发明的一个实施例中，所述压电元件承载区域的电触点包括第一电连接触点、第二电连接触点及共同接地点，其中一个压电元件的所有电极-压电组合层的一个电触点共同电连接到第一电连接触点，该压电元件的所有电极-压电组合层的另一个电触点共同连接到共同接地点；另一个压电元件的所有电极-压电组合层的一个电触点共同电连接到第二电连接触点，该另一个压电元件所有电极-压电组合层的另一个电触点共同连接到共同接地点。这样，两个压电元件之间形成了串联的关系。

在本发明的另一个实施例中，所述压电元件承载区域的电触点包括第一电连接触点及第二电连接触点，所述两个压电元件的所有电极-压电组合层的一个电触点共同电连接到第一电连接触点，所述两个压电元件的所有电极-压电组合层的另一个电触点共同电连接到第二电连接触点。这样，两个压电元件之间形成了并联的关系。

较佳地，所述电触点之间的电连接是通过金属球焊接连接，如金球焊接、银球焊接或锡球焊接。

该压电元件承载区域的两端外侧分别朝着该磁头承载区域延伸形成两侧加强杆，所述磁头承载区域悬垂于该两侧加强杆之间。将悬臂件的挠性件上设置两侧加强杆，有助于提高悬臂件的抗震性能，从而避免悬臂件的变形、凸点分离等问题，并提高了悬臂件的横向静态姿态和纵向静态姿态控制能力，从而提高了悬臂件的静态及动态性能。

优选地，所述加强杆与磁头承载区域之间连接有弹性臂，该弹性臂具有与该加强杆靠近磁头承载区域的一端连接的第一端部及与该磁头承载区域连接的的第二端部，所述磁头承载区域悬垂于该两个第二端部之间，该弹性臂的第一端部与第二端部之间形成有弯曲部。所述弯曲部由多段不同方向弯曲的弹性区段构成，并且相邻弹性区段之间以圆弧结构作为过渡。可选择地，所述弯曲部还可型成为U形、V形、弧形或曲线形。该弹性臂有助于减小磁头在转动时所产生的反扭矩，从而提高了磁头转动的自由度。

一种磁头折片组合的装配方法，包括：提供一个磁头；提供一个压电微致动器，所述压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离；提供一个支撑磁头和压电微致动器的悬臂件，所述悬臂件包括挠性件，所述挠性件具有舌片区域，所述舌片区域包括承载磁头的磁头承载区域和承载压电微致动器的压电元件承载区域，所述压电元件承载区域设有若干电触点；将所述压电微致动器的一对分离的压电元件同时安装到悬臂件的压电元件承载区域，并使压电元件的电触点与压电元件承载区域的电触点位置对应，然后，借助金属球焊接机用焊料一次或分次焊接到上述对应的电触点而实现压电元件的不同电极-压电组合层之间及压电元件与悬臂件之间同时电连接起来；及将所述磁头安装到所述悬臂件的磁头承载区域，并电性连接所述磁头与所述悬臂件。

一种磁盘驱动单元，包括磁头折片组合、与磁头折片组合相连的驱动臂、磁盘及用于旋转磁盘的主轴马达。磁头折片组合包括磁头、压电微致动器及支撑磁头和压电微致动器的悬臂件，所述悬臂件包括挠性件，所述挠性件具有舌片区域，所述舌片区域包括承载磁头的磁头承载区域和承载压电微致动器的压电元件承载区域，所述压电元件承载区域设有若干电触点。其中，所述压电微致动器包括一对分离的压电元件，其中每个压电元件包括一个本体及若干电触点；其中，所述本体包括至少两个叠压在一起的电极-压电组合层，这些电极-压电组合层互相物理连接而电性隔离，每个电极-压电组合层上设有至少两个所述电触点，且所述电触点向外伸出各自的压电元件本体，每个压电元件的所有电触点之间偏移预定的距离；所述一对压电元件安装在所述压电元件承载区域，且每个压电元件的不同电极-压电组合层的电触点之间及每个压电元件的不同电极-压电组合层的电触点与压电元件承载区域的电触点通过公用焊接设置一次或分次对应焊接起来而实现压电元件的不同电极-压电组合层之间及压电元件与悬臂件之间同时电连接。

和现有技术相比，由于该压电微致动器由分离式的压电元件组成，因此不存在现有技术中由两片式压电元件借助很薄的材质机械连接而引起的结构脆弱的问题；此外，一片压电元件的损坏并不影响另一片压电元件，因此不必同时将有缺陷的压电元件与无缺陷的压电元件同时丢弃，从而减少了浪费；由于压电元件所有电极-压电组合层均具有单独的电触点，并且电触点之间互相隔开，因此可单独对每个压电层进行缺陷检查。此外，所有电极-压电组合层是电性隔离的，不需要在本体内电连接，而是在将压电元件安装到悬臂件的过程中，才通过公用焊接设置一次或分次将电极层通过金属球连接起来，这样就避免了喷溅工艺的使用，进一步降低了制造成本。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1是传统磁盘驱动单元的立体图。

图2是图1所示磁盘驱动单元的的局部放大图。

图3是图1所示磁头折片组合的立体分解图。

图4是图3所示磁头折片组合组装后的局部立体图。

图5是图3所示磁头折片组合的局部平面示意图，展示了压电微致动器的工作过程。

图5a展示了现有压电微致动器的结构示意图。

图6展示了传统磁头折片组合的悬臂舌片区域形变问题的示意图。

图7展示了传统磁头折片组合的凸点脱离问题的示意图。

图8a展示了根据本发明一个实施例的用于磁头折片组合的压电微致动器。

图8b展示了图8a所示压电微致动器的一个压电元件的层状结构示意图。

图8c展示了图8a所示压电微致动器的电连接图。

图8d展示了图8a所示压电微致动器另一种可选择的电连接图。

图9a展示了根据本发明一个实施例的悬臂件的立体分解图，该悬臂件上可安装本发明提供的压电微致动器。

图9b展示了图9a所示悬臂件组装后的局部立体图。

图9c展示了将本发明提供的压电微致动器安装到图9b所示悬臂件的过程。

图9d-9e展示了图9c中的压电微致动器与悬臂件之间的电连接过程。

图10展示了根据本发明另一个实施例的悬臂件的局部立体图。

图11a展示了含有本发明压电微致动器的磁头折片组合的立体图。

图11b展示了图11a所示磁头折片组合的局部立体图。

图11c展示了图11a所示磁头折片组合的局部侧视图。

图12a反映了本发明提供的磁头折片组合的抗震性能曲线图。

图12b反映了本发明提供的磁头折片组合的位移灵敏度实验数据图。

图13是根据本发明一个实施例的磁盘驱动单元的立体图。