CN1967663A - 薄膜压电微驱动器及其磁头折片组合和磁盘驱动单元 - Google Patents

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朱立彦
白石一雅
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Abstract

一种用于磁头折片组合的微驱动器，包括支撑结构及压电元件。该支撑结构包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的底支撑部，用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑部，及连接该底支撑部与顶支撑部的引柱。该引柱具有弱点，该弱点允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转。压电元件安装在所述顶支撑部与底支撑部之间。该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。

Description

薄膜压电微驱动器及其磁头折片组合和磁盘驱动单元
技术领域
本发明涉及一种信息记录磁盘驱动单元，具体地讲涉及一种用于磁盘驱动单元的磁头折片组合(head gimbal assembly，HGA)的微驱动器(micro-actuator)。
背景技术
一种常见的信息存储装置是磁盘驱动***，其使用磁性媒介来存储数据并通过设置于该磁性媒介上方的移动式读/写头来选择性地从磁性媒介上读取数据或将数据写在磁性媒介上。
消费者总是希望这类磁盘驱动***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驱动***，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，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/写头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头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/写头的位置控制的方式，以便利用不断增加的磁轨密度所带来的益处。
磁盘驱动器制造商经常使用的一种提高读/写头在高密度磁盘上的位置控制精度的方法为采用第二个驱动器，也叫微驱动器。该微驱动器与一个主驱动器配合使用共同实现对读/写头的位置控制精度及速度。所述包含微驱动器的磁盘驱动***被称为双驱动器***。
在过去曾经开发出许多用于提高存取速度及读写头在高密度磁盘的磁轨上定位精度的双驱动器***。这种双驱动器***通常包括一个主音圈马达驱动器及一个副微驱动器，比如PZT元件微驱动器(即压电元件微驱动器)。该音圈马达驱动器由伺服控制***控制，该伺服控制***驱动驱动器臂旋转，该驱动器臂上承载读/写头以便将读/写头定位于存储媒介上特定信息轨道上。PZT元件微驱动器与音圈马达驱动器配合使用用于共同提高存取速度及实现读/写头在特定磁轨上的精确的位置微调。所述音圈马达驱动器对读/写头进行位置粗调，而PZT元件微驱动器对读/写头相对于磁盘的位置进行精调。通过两个驱动器的配合，共同实现数据在存储盘上高效而精确的读写操作。
一种已知的用于实现对读/写头位置进行微调的微驱动器包含有PZT元件。该PZT元件微驱动器具有相应的电子装置，可导致微驱动器上的PZT元件选择性的收缩或扩张。所述PZT元件微驱动器具有适当的结构，使得PZT元件的收缩或扩张引起微驱动器的运动，进而引起读/写头的运动。相对于仅仅使用音圈马达驱动器的磁盘驱动***，该读/写头的运动可以实现对读/写头位置更快更精确的调整。这类范例性的PZT元件微驱动器揭露于许多专利中，比如名称为“微驱动器及磁头折片组合”的日本专利JP 2002-133803，及名称为“具有实现位置微调的驱动器的磁头折片组合、包含该磁头折片组合的磁盘驱动***及该磁头折片组合的制造方法”的日本专利JP 2002-074871。
图1、2所示为传统的磁盘驱动单元，其中，一个磁盘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包括含有磁头103的微驱动器105，该磁头103上安装有读/写头。一个音圈马达(voice-coil motor，VCM)用于控制音圈马达臂104的运动，进而控制磁头103在磁盘101表面上的磁轨之间移动，最终实现读/写头在磁盘101上数据的读写。在工作状态时，包含读/写头的磁头103与旋转的磁盘101之间形成空气动力性接触，并产生升力。该升力与由磁头折片组合100的悬臂施加的弹力大小相等方向相反且互相平衡，进而导致在马达臂104旋转的过程中，在旋转的磁盘101的表面上方形成并维持一个预定的飞行高度。
然而，由于音圈马达及磁头悬臂组合的固有容差，磁头103不仅无法实现快速而精确的位置控制，而且会影响读/写头精确读写磁盘上数据的性能。为此，增加上述PZT元件微驱动器105，以便提高磁头及读/写头的位置控制精度。更具体地讲，相对于音圈马达驱动器，该PZT元件微驱动器以更小的幅度来调整磁头103的位移，以便补偿音圈马达和/或磁头悬臂组合的制造容差。该PZT元件微驱动器使得应用更小的磁轨间距成为可能，并且可以将磁盘驱动***的磁轨密度(TPI，每英寸所含的磁轨数量)提高50％，同时可以减少磁头的寻轨及定位时间。因此，所述PZT元件微驱动器可以大幅度提高磁盘驱动***中存储磁盘的表面记录密度。
图3及图4展示了揭露于美国专利申请公开第2003/0168935号的压电微驱动器。如图所示，一个磁头133(包括读/写传感器)部分安装在悬臂件120的磁头支撑板121上。该磁头支撑板121上形成凸块(bump)127用于支撑磁头133的背面中心。具有若干导线的柔性电缆122与该磁头支撑板121及金属底挠性部123相连接。具有凸点125的悬臂负载杆124用于支撑上述磁头支撑板121及金属底挠性部123。该悬臂负载杆124上的凸点125支撑上述磁头支撑板121的凸块127。这种排列确保当磁头133在磁盘上飞行时，来自负载杆124的负载力总是施加到磁头133的中心。两个薄膜压电片140、142安装到柔性电缆122的舌片区域128，从而使得所述薄膜压电片140、142部分设置在磁头133的下方。当给薄膜压电片140、142施加电压时，其中一个压电片如图中字母C所示收缩，另一个压电片如图中字母E所示膨胀。这种运动将对磁头支撑板121产生旋转力矩T。由于磁头133部分安装在磁头支撑板121上，且该磁头支撑板121的凸块127支撑该磁头133的中心，磁头133及磁头支撑板121将沿着悬臂负载杆124的凸点125旋转。由于磁头支撑板121及负载杆124由金属材料形成，使用时，该凸块127上的金属材料与凸点125上的金属材料配合并且在该凸块127与凸点125之间产生实质性磨擦。该摩擦将会导致可靠性的问题。而且，该摩擦将产生金属微粒，金属微粒可能损坏磁头133、磁盘或同时损坏磁头133及磁盘，进而损坏磁盘驱动单元。另外，该摩擦将会对磁头动态性能产生较大的影响。
传统设计的另一个缺点是抗震性能。具体地讲，磁头133部分安装在磁头支撑板121上，该磁头支撑板121借助柔性电缆122与所述挠性件123相连接。这种结构具有非常差的抗震性能。因此，当震动或振动发生时，悬臂件120或薄膜压电片140、142可能会被损坏，比如产生裂纹或破裂。
因此有必要提供一种改进的微驱动器***，以克服现有技术的不足。
发明内容
本发明的一方面涉及一种具有适当结构的微驱动器，以便提供良好的磁头位置调整及较高的抗震性能。
本发明的另一方面涉及一种与磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的微驱动器。
本发明的另一方面涉及一种用于磁头折片组合的微驱动器。该微驱动器包括支撑结构及压电元件。该支撑结构包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的底支撑部，用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑部，及连接该底支撑部与顶支撑部的引柱。该引柱具有弱点，该弱点允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转。压电元件安装在所述顶支撑部与底支撑部之间。该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。
本发明的另一方面涉及一种磁头折片组合，其包括微驱动器，磁头，及具有悬臂挠性件的悬臂。该微驱动器包括支撑结构及压电元件。该支撑结构包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的底支撑部，用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑部，及连接该底支撑部与顶支撑部的引柱。该引柱具有弱点，该弱点允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转。压电元件安装在所述顶支撑部与底支撑部之间。该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。
本发明的另一方面涉及一种磁盘驱动装置，其包括磁头折片组合，连接于所述磁头折片组合的驱动臂；磁盘；及驱动该磁盘旋转的主轴马达。该磁头折片组合包括微驱动器，磁头，及具有悬臂挠性件的悬臂。该微驱动器包括支撑结构及压电元件。该支撑结构包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的底支撑部，用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑部，及连接该底支撑部与顶支撑部的引柱。该引柱具有弱点，该弱点允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转。压电元件安装在所述顶支撑部与底支撑部之间。该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。
本发明的另一方面涉及一种磁头折片组合，其包括微驱动器，磁头，及具有悬臂挠性件的悬臂。该微驱动器包括支撑结构及压电元件。该支撑结构包括与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的底支撑部，用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑部，及连接该底支撑部与顶支撑部的引柱。该引柱具有弱点，该弱点允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转。压电元件安装在所述顶支撑部与底支撑部之间。该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。该悬臂件包括负载杆，该负载杆具有与引柱的弱点配合的凸点，该磁头的中心、弱点及凸点沿共同轴对齐。
本发明的另一方面涉及一种制造磁头折片组合的方法，其包括将微驱动器支撑结构集成到悬臂挠性件，在上述微驱动器支撑结构上施加连接材料，将压电元件与所述微驱动器支撑结构对齐，用所述连接材料将压电元件连接到微驱动器支撑结构，从而将压电元件物理地及电性地连接到微驱动器支撑结构的悬臂电缆上，将磁头安装到所述微驱动器支撑结构，将该磁头电性地连接到所述微驱动器支撑结构的悬臂电缆，及执行电阻检查及外观检查。
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为传统磁盘驱动单元的立体图；
图2为图1所示传统磁盘驱动单元的局部立体图；
图3为传统悬臂件与压电微驱动器的分解图；
图4为图3所示传统悬臂件与压电微驱动器的俯视图；
图5为本发明一个实施例的含有压电微驱动器的磁头折片组合(head gimbalassembly，HGA)的立体图；
图6为图5所示磁头折片组合的局部立体图；
图7为图6所示磁头折片组合的侧视图；
图8为图5所示磁头折片组合的悬臂件的分解图；
图9为图6所示磁头折片组合的分解图；
图10为图5所示的磁头折片组合的磁头被移去时的局部立体图；
图11为图10所示磁头折片组合的剖视图；
图12为本发明一个实施例所述的制造及装配工艺的流程图；
图13a展示了图5所示压电微驱动器的压电元件之间电连接结构的一个实施例；
图13b展示了施加到图5所示压电微驱动器的压电元件上的电压；
图14a为图5所示磁头折片组合的磁头及压电微驱动器处于空闲状态时的俯视图；
图14b-14c为图5所示磁头折片组合的磁头及压电微驱动器在施加电压后的俯视图；
图15a展示了图5所示压电微驱动器的压电元件之间电连接结构的另一个实施例；
图15b展示了施加到图5所示压电微驱动器的压电元件上的另一个电压；
图16为图5所示压电微驱动器的共振增益的测试数据；
图17为图5所示压电微驱动器的共振相位的测试数据；
图18为本发明另一个实施例的含有压电微驱动器的磁头折片组合的局部立体图；
图19为图18所示的磁头折片组合的磁头被移去时的局部立体图；
图20为图18所示磁头折片组合的分解图；
图21为本发明另一个实施例的含有压电微驱动器的磁头折片组合的局部立体图；
图22为图21所示的磁头折片组合的磁头被移去的局部立体图；
图23为图21所示磁头折片组合的分解图；
图24为本发明另一个实施例的含有压电微驱动器的磁头折片组合的局部立体图；
图25为图24所示的磁头折片组合的磁头被移去时的局部立体图；
图26为图24所示磁头折片组合的分解图；
图27a为图21-23所示压电微驱动器的压电元件的立体图；
图27b为图24-26所示压电微驱动器的压电元件的立体图；
图27c为位移相对于图27a-27b所示压电元件的槽口长度的测试数据；
图28为本发明另一个实施例的含有压电微驱动器的磁头折片组合的分解图；及
图29为本发明另一个实施例的含有压电微驱动器的磁头折片组合的分解图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明旨在在使用微驱动器精确驱动磁头的同时，提高磁头折片组合内的抗震及共振性能。本发明一方面提供一种旋转型压电微驱动器，以提高磁头折片组合的抗震及共振性能。通过提高磁头折片组合的抗震及共振性能，磁盘驱动装置的性能特性得以提高。
现在描述用于磁头折片组合的微驱动器的若干实施例。应当注意该微驱动器适用于任何具有微驱动器以提高共振性能的磁盘驱动装置，而并不局限于附图中所示的磁头折片组合的特定结构。即本发明适用于任何领域内的任何适当的含有微驱动器的装置。
图5至图11为本发明一个实施例中的含有压电微驱动器212的磁头折片组合(head gimbal assembly，HGA)210。该磁头折片组合210包括压电微驱动器212、磁头或记录头214及悬臂件216。如下文详述，该磁头214集成于该悬臂件216上，用于支撑该磁头214。
如图5、7、8所示，该悬臂件216包括基板218、负载杆220、枢接件222、挠性件224及位于该挠性件224上的内外悬臂电缆226、227。该基板218包括一个安装孔228，用于将悬臂件216固定在磁盘驱动***的音圈马达(VCM)的驱动臂上。该基板218的形状随磁盘驱动装置的配置或型号而变化。并且该基板218由相对较硬或刚度较好的材料比如金属形成，以便稳定地将悬臂件216固定在音圈马达的驱动臂上。
该枢接件222通过比如焊接方式连接到基板218与负载杆220上。如图所示，该枢接件222包括与基板218的安装孔228对正的孔230。另外，该枢接件222还包括用于支撑负载杆220的保持条232。
该负载杆220通过比如焊接的方式固定在枢接件222的保持条232上。该负载杆220上形成与压电微驱动器212相配合的凸点234(参考图7)。该负载杆220上还可设有提升片236，当磁盘停止旋转时，该提升片236将磁头折片组合210自磁盘上提起。
该挠性件224通过诸如激光焊接方式安装到枢接件222和负载杆220上。该压电微驱动器212的支撑结构240，例如可由金属材料形成，集成于挠性件224上。该支撑结构240与负载杆220上的凸点234配合。而且，该支撑结构240支撑位于悬臂件216上的压电元件242及磁头214。
该挠性件224上的悬臂电缆226、227将若干连接触点238(与外部控制***连接)与磁头214及位于压电微驱动器212上的压电元件242电性连接。该等悬臂电缆226、227可为柔性印刷电路且可具有适当数量的导线。
如图9所示，所述触点244直接连接到内悬臂电缆226上，以便将内悬臂电缆226与压电元件242的触点246电性连接。同样，所述触点248直接连接到外悬臂电缆227上，以便将外悬臂电缆227与磁头214上的触点250电性连接。
所述磁盘驱动装置包括音圈马达，用于可控制地旋转驱动臂，进而可控制地驱动磁头折片组合210，使得磁头折片组合210可将磁头214及其读写头定位在磁盘驱动装置的磁盘的任何特定磁轨上。该压电微驱动器212用于实现磁盘驱动装置的精确快速的位置控制及减少磁盘工作时磁头寻轨及定位的时间。因此，当磁盘驱动装置中内置该压电微驱动器212时，便形成双驱动器***，其中所述音圈马达实现读/写头的较大位置调整，而所述压电微驱动器212实现对读/写头位置的微调。
如图7、9、10及11所示，该压电微驱动器212包括与挠性件224一体成形的支撑结构240及安装在该支撑结构240上的压电元件242。
该支撑结构240包括顶部或顶支撑部254，底部或底支撑部256及将该顶支撑部524连接到底支撑部256的引柱或连接件258。如图所示，该底支撑部256与挠性件224在舌片区域一体成形，并通过比如激光焊接的方式安装到负载杆220上。该引柱258与顶支撑部254成T型构造。而且，所述引柱上的槽口界定了该引柱258的弱点(weak point)260。该弱点260与负载杆220的凸点234对齐并相互配合(参考图7)。
在上述实施例中，所述压电元件242包括两片互相连接以形成一片式结构的薄膜压电片。具体地讲，该压电元件242包括一个具有自由端264的第一薄膜压电部262、具有自由端268的第二薄膜压电部266及将该第一薄膜压电部262与第二薄膜压电部266相连接的连接部270。
在另一个实施例中，该压电元件242可以为另一种压电材料，比如单陶瓷晶体材料。该压电元件242也可以为铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)单晶体薄膜材料或其它类型的晶体材料。任何具有这些功能的材料均可应用于上述压电元件。
如图9、10、11所示，通过将自由端264、268安装到顶支撑部254上并将连接部270安装到底支撑部256上，从而将该压电元件242安装到支撑结构240上。如图所示，自由端264、268借助环氧树脂胶点272而部分安装到顶支撑部254上，连接部270借助各向异性导电膜(anisotropic conductive film，ACF)274部分安装到底支撑部256上。然而，其它的连接方式，比如粘结剂、金球连接(golden ball bonding，GBB)、锡球连接(solder ball bonding，SBB)、胶带连接或焊接方式亦可以使用。
另外，位于连接部270上的多个连接触点246，比如三个连接触点，借助各向异性导电膜274与内悬臂电缆226上相应的连接触点244电性连接。具体地讲，如图11所示，当在各向异性导电膜连接过程中加热时，通过施加压力使得各向异性导电膜274的金属材料与连接触点244、246电性连接，而各向异性导电膜274的树脂材料则将压电元件242的连接部270物理连接到底支撑部256上。这样压电元件242与支撑结构240通过各向异性导电膜274而被物理及电性连接起来。这使得电压通过内悬臂电缆226而施加到压电元件242的第一、第二压电部262与266上。在使用时，所述连接触点244、246各自的中间触点作为共同接地端。该压电元件242最好由单层或多层结构的薄膜压电材料制成。在一个实施例中，该压电元件242可以为单陶瓷晶体材料或铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)单晶体薄膜。在另一个实施例中，该压电元件242下可设置易延展支撑材料以增强抗震性能。
如图7、9、10所示，所述顶支撑部254将支撑结构240与磁头214连接起来。具体地讲，该顶支撑部254包括由聚合体叠片(polymer laminate)形成的T形台阶部276。该T形台阶部276的厚度可以在10-30μm之间。该磁头214通过比如粘结剂或环氧树脂胶部分地安装到该T形台阶部276上。而且，磁头214上的多个连接触点250，比如四个触点，借助比如电连接球(金球焊接或锡球焊接，GBB or SBB)而电性连接到所述顶支撑部254上对应的连接触点248。然而，也可以使用其它连接方式比如胶带连接或焊接方式。从而将该顶支撑部254连接到磁头214上，并将该磁头214及其读/写头电性连接到外悬臂电缆227上。
如图7所示，当装配完毕后，所述磁头214的中心与引柱258的弱点260对齐，该弱点260则与负载杆220的凸点234对齐。这样，磁头214的中心、弱点260及凸点234沿一个共同轴线对齐。而且，磁头214与压电元件242之间形成一个平行间隙280，使得磁头214在使用时能自由移动。
也就是说，磁头214安装到顶支撑部245上，使得磁头214的中心轴线与引柱258的弱点260的中心轴线基本重合。而且，所述支撑结构240与挠性件224一体成形，使得弱点260的中心轴线与负载杆220的凸点234的中心轴线实质上重合。当通过激发该压电元件242使顶支撑部254转动时，该种结构允许磁头214及顶支撑部254沿着凸点234的中心轴线自由旋转。所述平行间隙280允许磁头214在使用时能自由旋转。这种结构减少了传递到悬臂件216上的应力，并获得了良好的共振转移功能特性。
图12解释了本发明一个实施例所述的磁头折片组合210的制造与装配工艺的主要步骤。当工艺开始后(步骤201)，将各向异性导电膜274及环氧树脂胶272施于与悬臂件216的挠性件224一体成形的支撑结构240上(步骤202)。将压电元件242与支撑结构240对齐，然后借助各向异性导电膜274及环氧树脂胶272将压电元件242连接到该支撑结构240上(步骤203)。从而将压电元件242与内悬臂电缆226电性连接起来。然后，将磁头214安装到支撑结构240上(步骤204)，并将该磁头214电性连接到外悬臂电缆227上(步骤205)。最后，执行电阻检查及外观检查(步骤206)，这样就完成了制造装配工序(步骤207)。
图13a、13b、14a-14c展示了本发明用于执行位置调整功能的压电微驱动器212的一种工作方式。具体地讲，图13a展示了压电微驱动器212的两个压电部262、266之间电连接结构的一种形式，图13b展示了工作电压。如图所示，压电部262、266的极化方向相反并具有共同的接地端。同时，施加正弦波形电压以便驱动压电部262、266。图14a展示了当压电微驱动器212的两个压电部262、266上未施加电压时，压电微驱动器212及磁头214的初始形态或最初位置。如图14b所示，当驱动电压位于第一个半周期时，电压增大导致压电部266收缩，而导致压电部262膨胀。上述压电部262、266的运动导致顶支撑部254沿着弱点260向左侧旋转。由于磁头214部分安装到顶支撑部254上，磁头214将随着顶支撑部254向左侧旋转。当电压减小时，顶支撑部254及磁头214将旋转到其如图14a所示的初始位置。如图14c所示，当驱动电压位于第二个半周期时，电压(在负性一侧)增大导致压电部266膨胀，而导致压电部262收缩。上述压电部262、266的运动导致顶支撑部254沿着弱点260向右侧旋转。由于磁头214局部安装到顶支撑部254上，磁头214将随着顶支撑部254向右侧旋转。当电压减小时，顶支撑部254及磁头214将旋转到其如图14a所示的初始位置。由于磁头214可绕该弱点260向两个方向旋转，这样可以实现较大的磁头位移及磁头位置微调。
图15a、15b、14a-14c展示了本发明用于执行位置调整功能的压电微驱动器212的另一种工作方式。具体地说，图15a展示了所述压电微驱动器212的两个压电部262、266之间电连接结构的另一种实施例，图15b展示了工作电压。如图所示，压电部262、266的极化方向相同，并具有共同的接地端。两个相反的正弦波形电压被施加在压电部262、266上以便驱动压电部262、266。图14a展示了当压电微驱动器212的两个压电部262、266上未施加电压时，压电微驱动器212及磁头214的初始形态或最初位置。如图14b所示，当驱动电压位于第一个半周期时，电压增加导致压电部266收缩及压电部262的扩张。上述压电部262、266的运动导致顶支撑部254沿着弱点260向左侧旋转。由于磁头214部分安装到顶支撑部254上，所述磁头214将随着顶支撑部254向左侧旋转。当电压减小时，顶支撑部254及磁头214将旋转到其如图14a所示的初始位置。如图14c所示，当驱动电压位于第二个半周期时，电压(在负性侧)增大引起压电部266的扩张及压电部262的收缩。上述压电部262、266的运动导致顶支撑部254沿着弱点260向右侧旋转。由于磁头214部分安装到顶支撑部254上，磁头214将随着顶支撑部254向右侧旋转。当电压减小时，顶支撑部254及磁头214将旋转到其如图14a所示的初始位置。与上述实施例类似，该磁头214可绕弱点260旋转以实现精确的位置调整。
图16、17图示了压电微驱动器212的共振测试数据。图16展示了共振增益图，图17展示了共振相位图。如图所示，曲线282、286分别展示了当悬臂件的基板被振动或激发时的共振增益及相位，曲线284、288展示了当压电微驱动器212的压电部262、264被激发时的共振增益及相位。上述数据显示了当压电微驱动器212工作时不具有传统的悬臂共振模型。这样，所述压电微驱动器212极大地改善了磁盘驱动装置的性能特性，比如改善了磁头脱轨(head off-track)状况及改善了磁盘驱动装置的伺服带宽(servo bandwidth)。
图18-20展示了本发明另一个实施例的压电微驱动器312。在该实施例中，所述引柱258的背部具有薄聚合体层(thin polymer layer)390。该聚合体层390的厚度可以在5-20μm之间。该聚合体层390具有适当结构使得引柱258在使用时不会变形。所述压电微驱动器312的其余部件与压电微驱动器212基本类似，并以相似的标号表示。虽然结构不同，所述压电微驱动器312与压电微驱动器212的工作原理实质上相似。
图21-23展示了本发明另一个实施例的压电微驱动器412。在该实施例中，压电元件442的每个压电部462、464均在其内侧形成一个槽口492。这些槽口492改善了上述压电部462、464的位移特性，并防止磁头214在使用时产生弯曲运动。所述压电微驱动器412的其余部件与压电微驱动器212基本类似，并以相似的标号表示。虽然结构不同，所述压电微驱动器412与压电微驱动器212的工作原理实质上相似。
图24-26展示了本发明另一个实施例的压电微驱动器512。在该实施例中，压电元件542的每个压电部562、564均在其外侧形成一个槽口592。这些槽口592改善了上述压电部562、564的位移特性，并防止磁头214在使用时产生弯曲运动。所述压电微驱动器512的其余部件与压电微驱动器212基本类似，并以相似的标号表示。虽然结构不同，所述压电微驱动器512与压电微驱动器212的工作原理实质上相似。
图27a为图21-23所示的槽口长度为L的压电元件442，图27b为图24-26所示的槽口长度为L的压电元件542。图27c为图27a-27b所示的压电元件442、542的槽口长度与相应位移的测试数据或行程模拟数据。如图所示，在压电部562、564的外侧具有槽口592的压电元件542在使用时可以提供更大的行程。
图28展示了本发明另一个实施例的压电微驱动器612。在该实施例中，压电元件642的每个压电部662、664均在其内侧形成一个槽口692。这些槽口692改善了上述压电部662、664的位移特性，并防止磁头214在使用时产生弯曲运动。同样，在引柱258的背部具有薄聚合体层(thin polymer layer)690。该聚合体层690的厚度可以在5-20μm之间。该聚合体层690具有适当结构使得引柱258在使用时不会变形。所述压电微驱动器612的其余部件与压电微驱动器212基本类似，并以相似的标号表示。虽然结构不同，所述压电微驱动器612与压电微驱动器212的工作原理实质上相似。
图29展示了本发明另一个实施例的压电微驱动器712。在该实施例中压电元件742的每个压电部762、764均在其外侧形成一个槽口792。这些槽口792改善了上述压电部762、764的位移特性，并防止磁头214在使用时产生弯曲运动。同样，在引柱258的背部具有薄聚合体层(thin polymer layer)790。该聚合体层790的厚度可以在5-20μm之间。该聚合体层790具有适当结构使得引柱258在使用时不会变形。所述压电微驱动器712的其余部件与压电微驱动器212基本类似，并以相似的标号表示。虽然结构不同，所述压电微驱动器712与压电微驱动器212的工作原理实质上相似。
包含本发明的诸多实施例中描述的压电微驱动器212、312、412、512、612及712的磁头折片组合210可用于磁盘驱动器(HDD)中。该磁盘驱动器可以为图1描述的结构。由于磁盘驱动器的结构、工作及制造工艺为该领域内普通技术人员所熟悉，在此不再详述。所述压电微驱动器可使用于任何具有微驱动器的磁盘驱动器或具有微驱动器的任何装置中。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (47)

1.一种用于磁头折片组合的微驱动器，其包括：
支撑结构，所述支撑结构包括：
与所述磁头折片组合的悬臂挠性件一体成形的底支撑部；
用于支撑所述磁头折片组合的磁头的顶支撑部；及
连接该底支撑部与顶支撑部的引柱，该引柱包括一个允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转的弱点(weak point)；及
安装在所述顶支撑部与底支撑部之间的压电元件，该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。
2.根据权利要求1所述的微驱动器，其特征在于：所述压电元件为薄膜压电元件、陶瓷单晶体，或铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)单晶体。
3.根据权利要求1所述的微驱动器，其特征在于：所述顶支撑部与所述引柱成T形构造。
4.根据权利要求1所述的微驱动器，其特征在于：该压电元件包括第一压电部、第二压电部及连接所述第一、第二压电部的连接部。
5.根据权利要求4所述的微驱动器，其特征在于：该第一压电部及第二压电部安装在所述顶支撑部上，该连接部安装在所述底支撑部上。
6.根据权利要求5所述的微驱动器，其特征在于：该第一压电部及第二压电部借助环氧树脂胶点部分地安装在所述顶支撑部上。
7.根据权利要求5所述的微驱动器，其特征在于：该连接部通过各向异性导电膜(anisotropic conductive film，ACF)部分地安装在所述底支撑部上。
8.根据权利要求7所述的微驱动器，其特征在于：该压电元件的连接部包括多个连接触点，该底支撑部包括多个与所述悬臂挠性件的悬臂电缆相连接的连接触点，该连接部的多个连接触点借助各向异性导电膜而与底支撑部的多个连接触点电性连接。
9.根据权利要求5所述的微驱动器，其特征在于：所述第一及第二压电部均在其内侧形成一个槽口。
10.根据权利要求5所述的微驱动器，其特征在于：所述第一及第二压电部均在其外侧形成一个槽口。
11.根据权利要求5所述的微驱动器，其特征在于进一步包括形成于所述引柱上的聚合体层。
12.根据权利要求11所述的微驱动器，其特征在于：所述第一及第二压电部均在其内侧形成一个槽口。
13.根据权利要求11所述的微驱动器，其特征在于：所述第一及第二压电部均在其外侧形成一个槽口。
14.根据权利要求4所述的微驱动器，其特征在于：所述第一及第二压电部具有相同的极化方向。
15.根据权利要求4所述的微驱动器，其特征在于：所述第一及第二压电部具有相反的极化方向。
16.根据权利要求1所述的微驱动器，其特征在于：该压电元件由单层压电材料或多层压电材料形成。
17.根据权利要求1所述的微驱动器，其特征在于：该顶支撑部包括由聚合体叠片(polymer laminate)形成的台阶，该台阶用于支撑所述磁头。
18.根据权利要求1所述的微驱动器，其特征在于进一步包括形成于所述引柱上的聚合体层。
19.一种磁头折片组合，其包括：
微驱动器；
磁头；及
具有悬臂挠性件的悬臂；
其中，所述微驱动器包括：
支撑结构，该支撑结构包括
与所述悬臂挠性件一体成形的底支撑部，
用于支撑所述磁头的顶支撑部，及
连接该底支撑部与顶支撑部的引柱，该引柱具有一个允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转的弱点；及
安装在所述顶支撑部与底支撑部之间的压电元件，该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。
20.根据权利要求19所述的磁头折片组合，其特征在于：该压电元件为薄膜压电元件、陶瓷单晶体或铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)单晶体。
21.根据权利要求19所述的磁头折片组合，其特征在于：该悬臂件包括负载杆，该负载杆具有与引柱的弱点配合的凸点。
22.根据权利要求21所述的磁头折片组合，其特征在于：该磁头的中心、弱点及凸点沿一个共同轴线对齐。
23.根据权利要求19所述的磁头折片组合，其特征在于：该顶支撑部包括由聚合体叠片(polymer laminate)形成的台阶，该台阶用于支撑所述磁头。
24.根据权利要求23所述的磁头折片组合，其特征在于：该磁头通过环氧树脂胶或粘结剂部分安装在该台阶上。
25.根据权利要求23所述的磁头折片组合，其特征在于：所述磁头与压电元件之间形成一个平行间隙。
26.根据权利要求19所述的磁头折片组合，其特征在于：所述顶支撑部与引柱成T形构造。
27.根据权利要求19所述的磁头折片组合，其特征在于：该压电元件包括第一压电部、第二压电部及连接上述第一及第二压电部的连接部。
28.根据权利要求27所述的磁头折片组合，其特征在于：该第一压电部及第二压电部安装在所述顶支撑部上，该连接部安装在所述底支撑部上。
29.根据权利要求28所述的磁头折片组合，其特征在于：该第一压电部及第二压电部借助环氧树脂胶点部分安装在所述顶支撑部上。
30.根据权利要求28所述的磁头折片组合，其特征在于：该连接部通过各向异性导电膜(anisotropic conductive film，ACF)部分安装在所述底支撑部上。
31.根据权利要求30所述的磁头折片组合，其特征在于：所述压电元件的连接部包括多个连接触点，所述底支撑部包括多个与悬臂挠性件的悬臂电缆连接的连接触点，所述连接部的多个连接触点借助各向异性导电膜(ACF)而与底支撑部的多个连接触点电性连接。
32.根据权利要求28所述的磁头折片组合，其特征在于：所述第一及第二压电部均在其内侧形成一个槽口。
33.根据权利要求28所述的磁头折片组合，其特征在于：所述第一及第二压电部均在其外侧形成一个槽口。
34.根据权利要求28所述的磁头折片组合，其特征在于进一步包括形成于所述引柱上的聚合体层。
35.根据权利要求34所述的磁头折片组合，其特征在于：所述第一及第二压电部均在其内侧形成一个槽口(notch)。
36.根据权利要求34所述的磁头折片组合，其特征在于：所述第一及第二压电部均在其外侧形成一个槽口。
37.根据权利要求27所述的磁头折片组合，其特征在于：所述第一及第二压电部具有相同的极化方向。
38.根据权利要求27所述的磁头折片组合，其特征在于：所述第一及第二压电部具有相反的极化方向。
39.根据权利要求19所述的磁头折片组合，其特征在于：该压电元件由单层压电材料或多层压电材料制成。
40.根据权利要求19所述的磁头折片组合，其特征在于进一步包括形成于所述引柱上的聚合体层。
41.一种磁盘驱动装置，包括：
磁头折片组合，该磁头折片组合包括微驱动器、磁头及含有悬臂挠性件的悬臂件；
连接于所述磁头折片组合的驱动臂；
磁盘；及
驱动该磁盘旋转的主轴马达，
其中，该微驱动器包括：
支撑结构，所述支撑结构包括：
与所述悬臂挠性件一体成形的底支撑部，
用于支撑所述磁头的顶支撑部；及
连接该底支撑部与顶支撑部的引柱，该引柱具有一个允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转的弱点；及
安装在所述顶支撑部与底支撑部之间的压电元件，该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。
42.一种磁头折片组合，包括：
微驱动器；
磁头；及
具有悬臂挠性件的悬臂；
其中，所述微驱动器包括：
支撑结构，其包括
与所述悬臂挠性件一体成形的底支撑部，
用于支撑所述磁头的顶支撑部，及
连接该底支撑部与顶支撑部的引柱，该引柱具有一个允许所述顶支撑部在使用时绕一个转轴旋转的弱点；及
安装在所述顶支撑部与底支撑部之间的压电元件，该压电元件可被激发而导致所述顶支撑部在使用时绕所述转轴作选择性的旋转运动。
其中，该悬臂件包括负载杆，该负载杆具有与引柱的弱点配合的凸点，该磁头的中心、弱点及凸点沿共同轴对齐。
43.根据权利要求42所述的磁头折片组合，其特征在于：该顶支撑部包括由聚合体叠片形成的台阶，该台阶用于支撑所述磁头。
44.根据权利要求43所述的磁头折片组合，其特征在于：该磁头通过环氧树脂胶或粘结剂部分地安装在该台阶上。
45.根据权利要求43所述的磁头折片组合，其特征在于：所述磁头与压电元件之间形成一个平行间隙。
46.一种制造磁头折片组合的方法，包括：
将微驱动器支撑结构集成到悬臂挠性件；
在上述微驱动器支撑结构上应用一种连接材料；
将一个压电元件与所述微驱动器支撑结构对齐；
用所述连接材料将压电元件连接到微驱动器支撑结构，从而将压电元件与所述微驱动器支撑结构的悬臂电缆物理及电性连接；
将磁头安装到所述微驱动器支撑结构；
将该磁头与所述微驱动器支撑结构上的悬臂电缆电性连接；及
执行电阻检查(resistance check)及外观检查。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：应用一种连接材料包括将各向异性导电膜(ACF)与环氧树脂胶应用到所述微驱动器支撑结构。
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