KR100304023B1 - 센서와 드라이버가 일체로 형성된 밀리액츄에이터 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일 실리콘 기판 상에 형성되는 드라이버 및 상대 위치 에러 센서 회로와 일체형인 밀리액츄에이터에 관한 것이다. 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈은 서스펜션과 슬라이더/변환기 어셈블리 사이에 위치되어 자기 디스크 드라이브의 디스크 상의 데이터 트랙에 걸쳐 슬라이더/변환기의 신속하고 소량의 이동 위치에 대한 제어를 한다. 밀리액츄에이터 전자장치와 밀리액츄에이터를 일체로 형성하면 기생 부하(parasitic loading) 및 자기 변환기 신호와의 간섭 문제가 줄어든다. 전자장치 회로가 실리콘 웨이퍼 상에 장착되고 그 다음에 이 회로의 상부에 장착되는 밀리액츄에이터로부터의 절연용 평탄화층(planarization layer) 및 기준 평면층(ground plane layer)이 증착된다.
Description
본 발명은 일체형 기록 헤드 밀리액츄에이터(integral recording head milliactuators)에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 일체형 센서와 드라이버 전자장치를 갖는 밀리액츄에이터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
구동형 자기 저장 장치(magnetic storage devices), 특히 자기 디스크 드라이브(magnetic disk drives)는 흔히 선택되는 메모리 장치이다. 그 이유는 상대적으로 적은 비용으로 확장형 비휘발성 메모리 저장 능력을 얻을 수 있기 때문이다. 이러한 장치로부터의 저장된 정보를 정확히 검색하는 것이 중요하기 때문에 자기 변환기는 가능한 한 저장 매체에 가까이 위치될 필요가 있다. 일부 저장 장치에서, 변환기는 실제로 매체와 접촉한다.
자기 디스크 드라이브는 적어도 하나의 회전 가능한 자기 매체 디스크를 사용하는 정보 저장 장치인데, 이 회전 가능한 자기 매체 디스크는 데이터 저장을 위한 동심 데이터 트랙; 다수의 데이터 트랙으로부터 데이터를 판독하고/판독하거나 다수의 데이터 트랙으로 데이터를 기록하기 위한 판독/기록 변환기; 저장 매체 상에서 통상 플라잉 모드(flying mode)로 데이터 트랙에 인접한 변환기를 지지하기 위한 슬라이더; 데이터 트랙 상의 슬라이더와 변환기를 탄성적으로 지지하기 위한 서스펜션 어셈블리; 및 변환기/슬라이더/서스펜션 결합부에 연결되어 기록 또는 판독하는 동안 원하는 데이터 트랙에 대해 매체를 가로질러 변환기를 이동시키며 데이터 트랙 중심선 상에 변환기를 유지시키기 위한 위치 지정 액츄에이터를 가진다. 변환기는 슬라이더에 부착되거나 또는 슬라이더와 일체로 형성되는데, 이 슬라이더는 회전 디스크에 의해 발생되고 공기 베어링으로 불리우는 공기 쿠션에 의해 저장 디스크의 데이터 표면 상에서 변환기를 지지한다.
대안적으로, 변환기는 디스크의 표면과 접촉한 상태로 동작할 수 있다. 따라서, 서스펜션은 요구되는 슬라이더 로딩을 제공하며, 변환기/슬라이더/서스펜션 어셈블리를 액츄에이터에 결합시키는 액츄에이터 암과 슬라이더의 사이의 치수 안정성을 제공한다. 서스펜션은 디스크의 데이터 표면에 근접한 변환기 및 슬라이더를 가능한한 작은 로딩 힘(loading force)으로 유지하는 것이 요구된다. 액츄에이터는 판독 동작시 요구되는 데이터에 따라 정확한 트랙 상에 변환기를 위치시키고, 또는 기록 동작 동안 데이터 배치를 위해 정확한 트랙에 변환기를 위치시킨다. 액츄에이터는 서보 제어되어 데이터 트랙에 대해 통상 횡방향으로 디스크의 표면을 가로질러 결합부 어셈블리를 이동시킴으로써 원하는 데이터 트랙 상에 변환기를 위치시킨다. 디스크 드라이브 서보 제어 시스템은 데이터 트랙으로부터 데이터 트랙으로 자기 기록 헤드를 이동시키면서 일단 선택된 트랙 상에서 선택된 트랙의 중심선 상의 경로 내에 헤드를 유지시키기 위하여 디스크 표면을 가로질러 액츄에이터 암의 이동을 제어한다. 헤드를 트랙 상의 중심에 위치되도록 유지시키면 트랙 내에서 데이터를 정확하게 판독하고 기록할 수 있다.
자기 디스크 드라이브는 자기 기록 헤드에 의해 신뢰성 있게 기록 및 판독될 수 있는 자기 비트 크기가 매년 약 50% 비율로 계속해서 감소하고 있는 추세이다. 결론적으로, 순차 비트(sequential bit)를 포함하는 트랙의 폭이 또한 상기 비율의 대략 절반으로 감소되어야 한다. 따라서 오늘날 4000 내지 6000 인치 당트랙(track per inch; tpi)을 갖는 진보된 저장 장치는 몇 년 내에 20 내지 25 ktpi로 될 것이다. 이러한 데이터 밀도의 예정되는 증가에 부합하기 위해 액츄에이터 시스템이 기록 헤드를 데이터 트랙으로 이동시켜 트랙 상에 헤드를 유지시키는데 있어 극도의 정확도가 요구된다. 트랙 미스 정합(track mis-registration; TMR)으로 불리우는, 실제 헤드 위치와 트랙 중심 사이의 오프셋은 트랙의 폭(대략적으로 트랙 대 트랙 피치의 12%)으로 정해진다.
트랙 밀도가 증가하고 허용 TMR이 감소함에 따라, 헤드를 위치시키는 서보 시스템(head positioning servo system; 이하 헤드 위치 서보 시스템이라 함)이 응답할 수 있는 속도 또는 서보 대역폭(bandwidth)도 또한 증가되어 트랙을 효과적으로 추종할 수 있게 해야한다. 이러한 대역폭을 증가시키는 하나의 방법은 제2 액츄에이터(밀리액츄에이터)를 사용하여 기록 헤드가 신속한 소량의 이동, 위치 보정을 할 수 있도록하는 것이다. 이러한 개념에서, 통상적인 액츄에이터는 대략적으로 위치를 제어하며, 각 헤드에 있는 밀리액츄에이터는 선택된 트랙 상에 헤드 위치를 미세하게 제어하도록한다. 높은 트랙 밀도를 달성하기 위해, 이러한 밀리액츄에이터는 몇 트랙 피치 내의 이동 범위와, 기록 헤드에 10 내지 30 G의 가속도를 줄 수 있는 힘의 출력을 가져야 한다. 일체형 밀리액츄에이터/헤드 설계의 경우, 관계되는 질량(mass)은 밀리액츄에이터의 이동 가능한 부분의 질량과 슬라이더 질량의 합이므로 총 질량은 몇 밀리그램이다. 서스펜션 만곡부(flexure) 및 기록 헤드의 사이에 위치되는 피기백 정전(piggyback electrostatic) 밀리액츄에이터는 장래의 높은 트랙 밀도 애플리케이션에 요구되는 위치의 정확성과 고속 성능을 달성할 수 있다. 상기 정전 밀리액츄에이터는 양호한 서보 제어를 위해 높은 구동 전압과 용량성 위치 감지 신호(capacitive position sensing signals)를 필요로 한다.
서스펜션 만곡부와 기록 슬라이더의 사이에 밀리액츄에이터의 위치를 지정하는 하는 것에 대한 문제점은 구동 신호(drive signal)와 용량성 감지 신호가 서스펜션 상의 배선을 통해 전달될 필요가 있다는 것이다. 또한, 리드백(readback) 신호와 기록 전류는 밀리액츄에이터 전선에 가까이 근접하여 서스펜션 상에 배치되는 전선을 통해 전달된다. 밀리액츄에이터 및 드라이브/감지 집적 회로 칩 사이의 배선은 기생 부하(parasitic load)를 증가시키며 리드백 신호에 대한 간섭을 일으킨다.
따라서, 밀리액츄에이터의 구동과와 제어 신호 및 기록 헤드 리드백 신호 사이의 상호 작용과 간섭을 감소시키거나 제거시키는 방법이 필요하다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 밀리액츄에이터 드라이버 회로를 밀리액츄에이터와 일체로 형성하기 위한 방법 및 일체형 밀리액츄에이터를 개시하여 서스펜션 상의 상호 연결부에 의해 발생되는 자기 리드백 신호(magnetic readback signal)에 대한 간섭을 제거하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공통 밀리액츄에이터 전극을 사용하여 밀리액츄에이터 상에 상대적 위치를 지정하는 에러 센서 회로를 일체로 형성하는 방법을 개시하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 밀리액츄에이터가 배치되어 있는 동일한 실리콘 기판 상에 밀리액츄에이터 드라이버, 위치 에러 센서 회로 및 다른 신호 조절 회로를 일체로 형성하기 위한 방법을 개시하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단일 실리콘 기판 상에 밀리액츄에이터 드라이버, 위치 에러 감지 회로 및 다른 신호 조절 회로를 갖는 밀리액츄에이터를 제조하기 위한 방법을 개시하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 서보 피드백 제어기, 기록 헤드 드라이버, 판독 헤드 전치 증폭기(preamplifier), 및 정전 방전(electrostatic discharge; ESD) 다이오드(그러나 이것들에 제한되지는 않음)를 포함하는 밀리액츄에이터 상에 추가로 다른 신호 조절 회로를 일체로 형성하는 방법을 개시하는 것이다.
간단히 말해서, 본 발명은 밀리액츄에이터 드라이버 및 상대 위치 에러(relative position error; RPE) 감지 회로를 밀리액츄에이터와 일체로 형성함으로써, 리드선을 밀리액츄에이터와 상호 연결시킴으로써 발생되는 밀리액츄에이터 드라이버/센서 집적 회로(integrated circuit; IC)에 대한 기생 부하와 자기 리드백 신호를 제거하여 상술한 목적을 달성한다. 본 발명에 따르면, 밀리액츄에이터 드라이버 회로와 RPE 신호 감지 회로는 밀리액츄에이터가 장착되어 있는 동일한 실리콘 기판 내에 일체로 형성된다. 또한, 다른 신호 조절 회로는 드라이버 회로와 함께 장착된다.
밀리액츄에이터는 이러한 회로의 상부에 직접 장착되어 다음의 방법의 단계를 사용함으로써 전체 칩 면적을 감소시킬 수 있다. 회로가 장착되어 패시베이트(passivate)되고 접촉 패드용 비아(via)가 개방된후, 평탄화 층(planarization layer), 절연층 및 (기준 평면과 같은) 전도층이 회로의 상부에 증착되고 패터닝되어 발생 가능한 밀리액츄에이터 간섭으로부터 회로를 격리한다. 그 다음, 밀리액츄에이터가 회로의 상부에 일체로 형성되고 최종적으로 희생층(sacrificial layer) 에칭 공정에서 배출된다.
본 발명의 추가적인 목적, 특징 및 장점 뿐만 아니라 상술한 목적, 특징 및 장점은 이하 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 저장 시스템을 예시하는 도면.
도 2는 서스펜션 만곡부와 슬라이더/변환기 어셈블리 사이에 위치되는 일체형 드라이버 및 센서를 갖는 밀리액츄에이터의 사시도.
도 3은 서스펜션에 대한 본 발명의 밀리액츄에이터 드라이버 및 센서 회로의 위치를 예시하는 블록도.
도 4a는 단순화된 정전식 회전형 밀리액츄에이터의 평면도.
도 4b는 본 발명의 일체형 전자장치 모듈의 회전형 밀리액츄에이터에 대한 전기적 접속용 비아(via) 위치를 갖는 기준 평면의 평면도.
도 5a 내지 5e는 전자 회로를 밀리액츄에이터와 통합하기 위한 제조 공정의 일 실시예를 예시하는 도면.
도 6은 서스펜션에 대한 밀리액츄에이터와 자기 변환기 전자장치의 위치를 예시하는 본 발명의 제2 실시예의 블록도.
사용된 바람직한 실시예 뿐만 아니라 본 발명의 본질 및 장점의 충분한 이해를 위해 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조한다.
본 발명은 도면과 관련하여 이하의 기술 내용에 바람직한 실시예가 기술되는데, 유사한 참조 부호는 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타낸다. 본 발명이 발명의 목적을 달성하기 위한 최선의 모드로써 기술되지만, 당업자는 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어남이 없이 이러한 교시의 관점에서 변형이 이루어질 수 있다는 것을 명백히 이해할 수 있다.
도 1은 회전형 액츄에이터(14)가 장착된 하우징(12), 스핀들(22) 상에 장착되는 하나 이상의 관련 자기 저장 디스크(18) 및 디스크(18)을 회전시키기 위해 스핀들(22)에 결합되는 구동 수단(도시되지 않음)을 포함하는 자기 저장 시스템(10)을 예시한다. 회전형 액츄에이터(14)는 본 발명에 따른 슬라이더/밀리액츄에이터어셈블리(20)를 저장 디스크(18)의 표면을 가로질러 아치형 경로(arcuated path; 16)를 따라 이동시킨다. 회전형 액츄에이터(14)는 고정된 영구 자석 어셈블리(30)의 자기장 내에서 이동 가능한 코일(도시되지 않음)을 구비한 음성 코일 모터(voice coil motor)를 포함한다. 액츄에이터의 일단부 상에 형성되는 이동 코일을 갖는 액츄에이터 암(28)은 피봇 포스트(pivot post)에 회전식으로 장착된다. 서스펜션 어셈블리(24)는 액츄에이터 암(28)의 다른 단부에 부착되어 디스크(18)의 표면을 가로질러 이동된다. 서스펜션 어셈블리(24)는 디스크(18)의 표면 상에서 외팔보 형태(cantilever fashion)로 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리(20)를 지지한다. 단지 하나의 슬라이더/밀리액츄에이터만이 도시되지만, 자기 저장 시스템(10)은 자신 내에 포함되는 각 디스크(18)의 각 면에 대해 하나의 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리(20)를 가진다는 것을 알 수 있다.
자기 저장 시스템(10)은 회전형 액츄에이터(14)에 고정되는 액츄에이터 칩(40)을 추가로 포함한다. 본 발명의 기술 분야에 잘 알려져 있는 바와 같이, 액츄에이터 칩(40)은 서스펜션 어셈블리(24) 상의 슬라이더/밀리액츄에이터와 협력하여 디스크(18)로부터 데이터를 판독하거나 디스크(18)에 데이터를 기록한다. 액츄에이터 암(28) 및 서스펜션 어셈블리(24) 상에 지지되는 전기 리드선(lead; 60, 61)은 액츄에이터 칩(40) 및 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리(20) 사이에서 신호를 전송한다. 유연성 인쇄 회로 부재 또는 액츄에이터 플렉스 케이블(34)은 액츄에이터 칩(40)과, 외부 신호 처리 전자장치와 인터페이스하는 커넥터 핀 어셈블리(도시되지 않음) 사이에서 신호를 전송한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서스펜션 어셈블리(24)에 고정되는 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리(20)를 예시한다. 서스펜션 어셈블리(24)는 디스크의 회전에 의해 공기 베어링 또는 공기 쿠션이 발생되는 경우 디스크 표면 상에서 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리(20)를 지지한다. 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리(20)는 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈(electronics module; 50) 및 일체형 슬라이더/변환기 어셈블리(56)를 포함한다. 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈(50)은 본 명세서에 기술되는 절차에 따른 밀리액츄에이터(54) 부분과 일체로 형성되는 전자장치 모듈(50) 부분을 포함한다. 슬라이더/변환기 어셈블리(56)는 밀리액츄에이터(54) 부분에 고정되며, 전자장치 모듈(52) 부분은 서스펜션 어셈블리(24)에 고정된다. 전자장치 모듈(52) 상의 접촉 패드(62, 64)에 연결되는 전기 리드선(60, 61)은 액츄에이터 칩(40)과 신호를 주고 받는다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예와 관련하여 서스펜션 어셈블리(24) 및 액츄에이터 칩(40)에 대해 전자장치 모듈(52) 내에 위치되는 밀리액츄에이터 드라이버 및 센서 회로의 배치를 예시한다. 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈(50) 내의 밀리액츄에이터 드라이버 및 센서 회로의 배치는 슬라이더/변환기 어셈블리(56)의 미세한 위치를 제어하기 위해 밀리액츄에이터(54)가 필요로 하는 신호에 대해 전자장치 모듈(52)로부터 디스크(18) 상의 원하는 데이터 트랙까지의 최단 경로를 제공한다. 액츄에이터 칩(40)에서보다 밀리액츄에이터(54)에 가까이 근접하도록 전자장치 모듈(52)을 위치시키면 액츄에이터 칩에 가까이 근접하여 전자장치 모듈이 위치되는 경우에 긴 전기 리드선 길이(2 내지 5cm)로 인해 발생되는 원하지 않는 기생 신호(parasitic signal)의 손실과 간섭을 없앨 수 있다. 슬라이더/변환기 어셈블리(56)를 미세하게 위치시키는데 사용되는 정전식(electrostatic) 밀리액츄에이터는 높은 구동 전압과, 용량성 센서(cpacitive sensor)로부터 상대 위치 에러 신호에 의해 제공되는 서보 제어를 필요로 한다. 전자장치 모듈(52)이 액츄에이터 칩(40)에 위치되는 경우, 구동 전압(2.5 Khz에서 대략 80 볼트)과 감지 정전 용량(대략 100fF)이 전자 리드선(60)과 가까이 근접해 있는 서스펜션 어셈블리(24) 및 액츄에이터 암(28) 상의 전기 리드선(61) 상에서 이동되는데, 전기 리드선(60)은 자기 기록 전류 신호를 슬라이더/변환기 어셈블리(56)으로 전송하며 슬라이더/변환기 어셈블리(56)로부터 리드백(readback) 신호를 전송받는다. 긴 리드선은 회로에 큰 기생 부하를 인가하며 자기 리드백 신호에 간섭을 일으킨다. 긴 리드선으로 인한 이러한 원하지 않는 효과가 밀리액츄에이터(54)와 일체로 형성되는 전자장치 모듈(52) 내에 밀리액츄에이터 드라이버 및 RPE 감지 회로를 배치시키는 본 발명에 의해 크게 줄어 든다. 전자장치 모듈(52)과 액츄에이터 칩(40) 사이의 신호는 밀리액츄에이터 드라이버로의 DC 바이어스(bias) 전압과 위치 감지 회로로부터의 증폭 RPE 신호로 대체된다.
도 4a는 본 발명의 기술 분야에 알려져 있는 미세 기계 가공에 의해 형성되는 단순화된 정전식 회전형 밀리액츄에이터(54)를 예시한다. 기판(72) 상에 형성되는 밀리액츄에이터(54)는 기판(72)으로부터 분리되어 기판(72)에 대해 작은 각도로 자유롭게 회전되는 회전자 구조(74), 회전자 구조(74)에 가까이 근접하여 증착되며 기판(72)에 견고하게 고정되는 고정자 구조(76, 78), 및 기판(72)에 견고하게 부착되는 거의 동일한 수의 지지 포스트(support post; 80)와 부착됨으로써 회전자 구조(74)용 기계적 지지부를 제공하는 다수의 스프링 구조(82)를 포함한다. 스프링 구조(82)는 미세 기계 가공 공정에 의해 형성되어 기판(72)에 대해서는 회전자 구조(74)의 병진 운동 강성(translational rigidity)을 제공하는 반면, 대칭부(84)의 중앙 부근에서는 회전자 구조(74)의 (종이의 평면 내에서) 상대적인 자유 회전 운동을 허용한다. 회전자 구조(74), 고정자 구조(76) 및 고정자 구조(78)은 기판(72) 상에 형성되는 적절한 박막 리드선 구조에 의해 서로 전기적으로 절연되는 전기 도전성 재료로 형성된다. 회전자 및 고정자 구조에 인가되는 전압은 회전자 구조(74)와 고정자 구조(76, 78) 사이에 당기고 미는 정전기력을 유도하여 스프링 구조(82)의 약한 구속력에 대항하여 회전자 구조(74)를 회전시킨다. 회전자 구조(74)의 회전 변위가 적절한 센서에 의해 측정되어, 신호는 상대 위치 에러(relative position error; RPE) 신호의 형태로 제어기에 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다. 회전자 구조(74)와, 고정자 구조(76) 또는 고정자 구조(78) 중 어느 하나 사이의 정전 용량은 RPE 신호를 제공하는데 사용될 수 있다. 밀리액츄에이터(54) 구조를 제조하기 위한 설계 및 공정은 본 발명의 기술 분야에 알려져 있다.
본 발명의 실시예는 밀리액츄에이터(54)를 드라이버 및 RPE 감지 회로를 포함하는 전자장치 모듈(52)을 형성하는 집적 회로(integrated circuit; IC)와 일체로 형성한다. 밀리액츄에이터/전자장치 모듈(50)을 형성하기 위한 통합은 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 공정을 사용하여 밀리액츄에이터 드라이버와 RPE 감지 기능용의 적절한 집적 회로를 실리콘 기판 상에 형성한 후 드라이버 및 RPE감지 회로를 밀리액츄에이터(54)에 적절히 전기적으로 접속시키는 공정에 의해 달성된다. 그 다음 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈(50)은 박막 증착 및 미세 기계 가공 공정을 사용하여 전자장치 모듈(52) 상에 또는 전자장치 모듈(52)와 접촉한 상태로 밀리액츄에이터(54)를 형성함으로써 완료된다.
도 4b는 전자장치 모듈(52)와 밀리액츄에이터(54) 사이에 요구되는 인터페이스의 형태를 예시하는 전자장치 모듈(52)의 평면도이다. 상기 인터페이스는 전자장치 모듈(52) 내의 드라이버 및 RPE 감지 회로로부터 회전자 구조(74) 및 고정자 구조(76, 78)로의 전기적 접속을 제공해야 한다. 또한 인터페이스는 전자장치 모듈(52) 및 밀리액츄에이터(54) 사이에서 적절한 전기적 차폐(shielding)를 제공하여 회전자 구조(74)를 편향(deflect)시키는데 필요한 높은 전기장으로부터 전자장치 회로를 스크린해야 한다. 드라이버 및 RPE 감지 회로에 대한 전기적 액세스는 잘 알려져 있는 포토리소그래피(photolithography) 및 에칭 공정에 의해 형성되는 작은 구멍 또는 비아(vias)에 의해 제공되어 후속 금속 증착에 의해 만들어질 전기적 접촉을 가능하게 한다. 비아(94)는 회전자(74)로의 전기적 접속이며, 4개의 비아(96, 98)는 고정자 구조(76, 78)로의 접속용이며, 4개의 다른 비아(100)는 외부 신호 처리 전자장치로부터 밀리액츄에이터/전자장치 모듈(50)로의 입력 및 출력 신호에 대한 접속용이다. 전기적 차폐는 전자장치 모듈(52) 및 밀리액츄에이터(54) 사이의 전체 인터페이스 표면에 걸쳐 전자장치 모듈(52)상에 형성되는 금속층(92)에 의해 제공된다. 금속층(92)에 의한 차폐는 매우 효과적인데, 그 이유는 전자장치 모듈(52)의 치수(측면 상에서 대략 1 내지 2 mm)를 갖는 기준 평면을 형성하고 비아(92 내지 100) 각각의 직경이 단지 약 100 μm이기 때문이다.
도 5a 내지 5e를 참조하면, 본 발명에 따른 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈(50)를 제조하는 공정이 도시된다. 간단히 설명하면, 도 5a는 차폐된 Si 회로 웨이퍼를 도시하고, 도 5b는 픽스(PIX)를 가지며, 패시베이트되어(passivated) 평탄화된(planarized) Si 회로 웨이퍼를 도시하고, 도 5c는 금속 접속/패시베이션층(passivation layer) 증착 및 패터닝(patterning)을 도시하고, 도 5d는 희생층(sacrificial layer) 증착 및 패터닝을 도시하며, 도 5e는 시드층(seed layer) 증착을 도시한다. 마이크로액츄에이터를 갖는 집적 회로의 중요한 특징은 전기장을 차폐시키기 위한 금속층(예를 들어, IC 내의 알루미늄 M3 층), IC 토포그래피(topography)를 평탄화하기 위한 두께층(thick layer)(예를 들어, 폴리이미드의 한 형태인 PIX), IC에 대해 임의의 공정 영향을 방지하기 위한 패시베이션층(예를 들어, 확산 장벽(diffusion barrier)로 작용하는 PIX 및 텅스텐의 조합), 및 IC와 마이크로액츄에이터 사이를 접속시키기 위한 비아 구멍(via hole)을 포함한다. 상술한 예에서, 텅스텐이 또한 마이크로액츄에이터용 상호접속부로서 사용된다.
더욱 상세히 설명하면, 상기 공정은 본 발명의 기술 분야에 잘 알려져 있는 공정을 사용하여 드라이버 및 RPE 감지 회로가 구성되고 패시베이트되며, 비아가 개방된 실리콘 웨이퍼(108)을 예시하는 도 5a에서 도시되는 바와 같이 시작된다.대략 1 내지 2 미크론 두께로 된 실리콘 산화물 평탄화(silicon oxide planarization) 및 절연층(110)은 화학적 증기 증착(vapor deposition) 또는 플라즈마 강화 증착(plasma enhanced deposition) 공정에 의해 패시베이트된 실리콘 웨이퍼(108) 상에 증착된다. 대략 1 μm 두께로 된 Al-Si-Cu 층 또는 Cu 층(112)이 스퍼터 증착 공정(sputter deposition process)에 의해 평탄화층(110) 상에 증착되어 기준 평면(92)(도 4b 참조)를 형성한다. Al-Si-Cu 층(112)은 포토레지스트(photoresist) 및 화학적 에칭물(etchant), 또는 비아를 통해 드라이버 및 RPE 감지 회로에 전기적으로 접속되는 절연 접촉 패드를 정의하도록 에칭하는 반응 이온(reactive ion)을 사용하여 패터닝된다. 이산화 규소 절연층(110) 내에서 개방되며, Al-Si-Cu 접촉 패드를 전자 회로와 접속하기 위한 비아 내부의 텅스텐(111)은 화학적 증기 증착 공정에 의해 증착된다. 대략 5 μm 두께로 된 유전체 PIQ(또는 PIX) 폴리이미드층(polyimide layer)(114)은 마스크(mask) 또는 화적적 용제를 사용하여 패터닝되어 Al-Si-Cu 층(112)에서 정의되는 절연 접촉 패드로 비아를 개방시킨다. 결과적인 구조가 도 5b에 도시된다.
밀리액츄에이터(72) 구조는 스퍼터링(sputtering) 공정을 사용하여 대략 0.2 μm 두께로 PIQ(또는 PIX) 층(114) 상에 증착되는 텅스텐(W) 또는 다른 재료층(116)으로 시작한다. W 층(116)은 포토레지스트 및 화학적 에칭물을 사용하여 패터닝되어 PIQ(또는 PIX) 층(116) 내에 개방되는 비아를 통해 Al-Si-Cu 층(112) 내에서 정의되는 접촉 패드에 전기적으로 접속되는 절연 상호 접속 패드를 정의한다. 결과적인 상호 접속 구조가 도 5c에 도시된다. 대략 3 μm 두께로 W층(116) 상에 증착되는 Al2O3층 또는 Cu 층(118)이 포토레지스트 및 화학적 에칭 공정을 사용하여 패터닝되어 높은 종횡비(aspect ratio)의 밀리액츄에이터 회전자 및 고정자 구조가 형성될 희생층(120)을 남긴다. 결과적인 구조가 도 5d에 도시된다. 대략 1000 Å의 두께로 된 크롬(Cr) 및 구리(Cu)의 시드층(122)의 스택은 스퍼터링 공정을 사용하여 패터닝된 희생층(120) 및 W 층(116)을 포함하는 전체 표면 상에 증착된다. 결과적인 구조가 도 5e에 도시된다. 시드층(122)은 Ni-Fe 도금(plating) 공정용의 적절한 기판을 제공하여 밀리액츄에이터를 형성한다. 밀리액츄에이터 제조는 Ni-Fe 도금, 포토레지스트 및 리소그래피(lithography) 공정을 사용하여 본 발명의 기술 분야에 알려져 있는 방법으로 완성된다. 마지막으로, 밀리액츄에이터는 희생층 에칭 공정 내에서 배출되어 Al2O3또는 Cu 희생층을 제거한다.
완성된 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈(50)은 밀리액츄에이터(54)의 회전자 구조에 고정되는 접착 플랫폼(bonding platform)을 갖는다. 슬라이더/변환기 어셈블리(56)는 접착제 또는 다른 적절한 수단을 사용하여 접착 플랫폼에 접착된다. 그 다음에 밀리액츄에이터/전자장치 모듈 및 슬라이더/변환기의 전체 어셈블리가 본 발명의 기술 분야에 잘 알려져 있는 방법을 사용하여 서스펜션 만곡부(24)에 접착된다. 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈의 전자장치 모듈 부분을 서스펜션 만곡부(24)에 고정시키고 슬라이더/변환기 어셈블리(56)를 밀리액츄에이터 회전자 구조에 고정시키는 것이 바람직한 방법인데, 그 이유는 이러한 구성이 디스크(18)의 데이터 트랙 상에서 변환기의 위치를 조정하는 동안 밀리액츄에이터에 의해 이동되는 매스(mass)를 최소화하기 때문이다. 그 다음, 본 발명의 기술 분야에 잘 알려져 있는 방법을 사용하여 리드선(61)은 전자장치 모듈(52) 상의 패드(62)에 접착되고 리드선(60)은 슬라이더/변환기 어셈블리(56) 상의 패드(64)에 접착된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는데, 여기서 슬라이더/변환기 어셈블리(56)의 자기 신호 변환기용 기록 전류 드라이버 및 판독 전치 증폭기를 전자장치 모듈(52) 내에 통합시킴으로써 전자장치 회로의 추가적인 통합이 수행된다. 이러한 실시예에서, 기록 전류 드라이버 및 판독 전치 증폭기 회로는 종래 기술의 액츄에이터 칩(40) 부분을 포함하며, 드라이버와 밀리액츄에이터(54)용 RPE 감지 회로를 형성하는 공정 중에 전자장치 모듈(52) 내에 형성된다. 그 다음에 기록 전류 드라이버 및 판독 전치 증폭기가 종래에 사용되던 것보다 더 짧은 길이의 리드선을 사용하여 슬라이더/변환기 어셈블리(56) 상의 기록 헤드 및 판독 헤드에 각각 연결된다. 이러한 자기 변환기 회로 배치의 장점은 대형 진폭 기록 전류 신호로부터 간섭이 감소된다는 것과, 자기 리드백 신호에 대하여 신호 대 잡음비가 향상된다는 것을 포함한다. 기록 전류 드라이버에 대한 제어 신호와 판독 헤드로부터 증폭된 리드백 신호는 리드선(60)에 의해 전자장치 모듈(52)로부터 액츄에이터 칩(40)까지 수행된다. 제2 실시예의 경우 이러한 밀리액츄에이터(54)와 전자장치 모듈(52)을 일체로 형성하기 위한 처리 단계는 도 5a 내지 도 5e를 사용하여 바람직한 실시예에 대해 상술한 것과 동일하다.
본 발명의 실시예는 회전형 밀리액츄에이터에 대해 기술하였지만, 선형 밀리액츄에이터가 본 발명에 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 명백히 이해될 수 있다.
또한, 서보 피드백 제어기 및 정전 방전(electrostatic discharge; ESD) 다이오드를 포함하며 이에 한정되지 않는 다른 신호 조절 회로가 본 발명에 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백히 이해될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 구체적으로 도시되고 기술되었지만, 형태와 세부 사항의 다양한 변경이 본 발명의 정신, 범위 및 교시를 벗어남이 없이 행해질 수 있다는 것은 당업자에 의해 이해될 수 있다. 따라서, 개시되어 있는 본 발명은 단지 예시적인 것으로만 고려되며 첨부된 특허청구범위 내에 명시되는 범위 로만 제한된다.
본 발명은 밀리액츄에이터 드라이버 및 RPE 감지 회로를 밀리액츄에이터와 일체로 형성하는 것에 의해서, 리드선을 밀리액츄에이터와 상호 접속시킴으로써 발생되는 밀리액츄에이터 드라이버/센서 집적 회로에 대한 기생 부하와 자기 리드백 신호를 제거할 수 있다.
Claims (20)
- 자기 저장 시스템용 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리에 있어서,a) 전자장치 모듈;b) 상기 전자장치 모듈 상에 형성되는 밀리액츄에이터; 및c) 상기 밀리액츄에이터에 병치(juxtapose)되며, 상기 자기 저장 시스템 내의 데이터를 판독 및/또는 기록하기 위한 슬라이더/변환기 어셈블리를 포함하는 자기 저장 시스템용 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리.
- 제1항에 있어서,상기 전자장치 모듈이 밀리액츄에이터 드라이버 회로 및 센서 회로―여기서 밀리액츄에이터 드라이버 회로 및 센서 회로 양자는 상기 밀리액츄에이터에 전기적으로 접속됨―를 추가로 포함하는 자기 저장 시스템용 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리.
- 제2항에 있어서,상기 전자장치 모듈 및 밀리액츄에이터 사이의 전기적 차폐부(electrical shield)를 추가로 포함하는 자기 저장 시스템용 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리.
- 제3항에 있어서,상기 차폐부가 상기 전자장치 모듈 및 밀리액츄에이터 사이의 전체 인터페이스 표면에 걸쳐 전자장치 모듈 상에 형성되는 금속층인 자기 저장 시스템용 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리.
- 제3항에 있어서,상기 밀리액츄에이터가a) 기판;b) 상기 기판으로부터 분리되어 있으며, 상기 기판에 대해 소정 각도로 자유롭게 회전하는 회전자 구조;c) 상기 회전자 구조에 근접하여 배치되며 상기 기판에 견고하게 고정되는 복수의 고정자 구조; 및d) 상기 기판에 견고하게 부착되는 적어도 하나의 지지 포스트(support post)에 부착됨으로써 회전자 구조에 대해 기계적 지지를 제공하는 적어도 하나의 스프링 구조를 추가로 포함하는 자기 저장 시스템용 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리.
- 제5항에 있어서,상기 회전자 구조 및 고정자 구조가 상기 기판 상에 형성되는 박막 리드선구조에 의해 서로 전기적으로 절연되는 전기 도전성 재료로 형성되는 자기 저장 시스템용 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리.
- 제6항에 있어서,상기 회전자 구조 및 고정자 구조에 인가되는 전압이 회전자 구조 및 고정자 구조 사이에 당기는 정전력과 미는 정전력을 유도함으로써 스프링 구조의 구속력에 대항하여 회전자 구조를 회전시키는 자기 저장 시스템용 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리.
- 자기 저장 시스템에 있어서,a) 동심 데이터 트랙의 데이터 표면을 갖는 디스크;b) 상기 디스크를 지지하며, 상기 디스크에 통상적으로 수직인 축을 중심으로 상기 디스크를 회전시키는 스핀들 샤프트(spindle shaft);c) 상기 디스크가 회전하는 경우 상기 데이터 표면과 동작하는 관계로 유지되는 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리―여기서 일체형 슬라이더/밀리액츄에이터 어셈블리는i) 전자장치 모듈;ii) 상기 전자장치 모듈 상에 형성되는 밀리액츄에이터; 및iii) 상기 밀리액츄에이터와 병치되며(juxtaposed), 상기 자기 저장 시스템 내의 데이터를 판독 및/또는 기록하기 위한 슬라이더/변환기 어셈블리를 포함함―; 및d) 상기 데이터 표면으로부터 판독되는 데이터 및 상기 데이터 표면으로 기록되는 데이터를 처리하기 위한 제어기를 포함하는 자기 저장 시스템.
- 제8항에 있어서,상기 전자장치 모듈이 밀리액츄에이터 드라이버 회로 및 센서 회로―여기서 밀리액츄에이터 드라이버 회로 및 센서 회로 양자는 상기 밀리액츄에이터에 전기적으로 접속됨―를 추가로 포함하는 자기 저장 시스템.
- 제9항에 있어서,상기 전자장치 모듈 및 밀리액츄에이터 사이에 전기적 차폐부(electrical shield)를 추가로 포함하는 자기 저장 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 차폐부가 상기 전자장치 모듈 및 밀리액츄에이터 사이의 전체 인터페이스 표면에 걸쳐 전자장치 모듈 상에 형성되는 금속층인 자기 저장 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 밀리액츄에이터가a) 기판;b) 상기 기판으로부터 분리되어 있으며, 상기 기판에 대해 소정 각도로 자유롭게 회전하는 회전자 구조;c) 상기 회전자 구조에 근접하여 배치되며 상기 기판에 견고하게 고정되는 복수의 고정자 구조; 및d) 상기 기판에 견고하게 부착되는 적어도 하나의 지지 포스트에 부착됨으로써 상기 회전자 구조에 대해 기계적 지지를 제공하는 적어도 하나의 스프링 구조를 추가로 포함하는 자기 저장 시스템.
- 제12항에 있어서,상기 회전자 구조 및 고정자 구조가 상기 기판 상에 형성되는 박막 리드선 구조에 의해 서로 전기적으로 절연되는 전기 도전성 재료로 형성되는 자기 저장 시스템.
- 제13항에 있어서,상기 회전자 구조 및 고정자 구조에 인가되는 전압이 회전자 구조 및 고정자 구조 사이에 당기는 정전력과 미는 정전력을 유도함으로써 스프링 구조의 구속력에 대항하여 회전자 구조를 회전시키는 자기 저장 시스템.
- 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈을 제조하는 방법에 있어서,a) 기판 상에 회로를 형성하는 단계;b) 상기 회로를 패시베이트(passivate)하는 단계;c) 상기 회로 상에 평탄화 층(planarization layer)을 증착하는 단계;d) 비아(vias)를 상기 회로로 개방시키는 단계;e) 상기 평탄화 층 상에 전도층을 증착하는 단계;f) 상기 비아를 통해 상기 감지 회로에 전기적으로 접속되는 접촉 패드를 형성하도록 상기 도전층을 패터닝하는 단계;g) 상기 도전층 상에 유전체층(dielectric layer)을 증착하는 단계;h) 비아를 상기 전도층 내에 정의되는 상기 접촉 패드로 개방시키도록 상기 유전체층을 패터닝하는 단계; 및i) 폴리이미드층 상에 밀리액츄에이터 구조―여기서 밀리액츄에이터 구조 내의 제1 전도층은 패터닝되어 상기 폴리이미드층 내에 개방되어 있는 비아를 통해 상기 도전층 내의 접촉 패드와 접속함―를 형성하는 단계를 포함하는 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 회로가 RPE 감지 회로인 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 회로가 액츄에이터 드라이버 회로인 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 밀리액츄에이터 구조 내의 제1 전도층이 텅스텐으로 형성되는 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈 제조 방법.
- 제15항에 있어서,상기 밀리 액츄에이터 내의 제2 도전층이 상기 제1 도전층 상에 형성되는 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈 제조 방법.
- 제19항에 있어서,상기 제2 도전층이 패터닝되어 상기 밀리액츄에이터 회전자 및 고정자 구조가 형성되는 희생층(sacrificial layer)을 남기는 일체형 밀리액츄에이터/전자장치 모듈 제조 방법.
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