特表2023-523591ＤＳＡサスペンション用の能動ＰＺＴ拘束層を備えた多層ＰＺＴマイクロアクチュエータ
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-06
(54)【発明の名称】ＤＳＡサスペンション用の能動ＰＺＴ拘束層を備えた多層ＰＺＴマイクロアクチュエータ
(51)【国際特許分類】
H02N 2/04 20060101AFI20230530BHJP
G11B 21/21 20060101ALI20230530BHJP
G11B 21/10 20060101ALI20230530BHJP
G11B 5/60 20060101ALI20230530BHJP
G11B 5/596 20060101ALI20230530BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20230530BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20230530BHJP
H10N 30/87 20230101ALI20230530BHJP
H10N 30/88 20230101ALI20230530BHJP
H10N 30/50 20230101ALI20230530BHJP
【ＦＩ】
H02N2/04
G11B21/21 D
G11B21/10 N
G11B5/60 P
G11B5/596
H10N30/20
H10N30/853
H10N30/87
H10N30/88
H10N30/50
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022564324
(86)(22)【出願日】2021-04-21
(85)【翻訳文提出日】2022-12-16
(86)【国際出願番号】 US2021028474
(87)【国際公開番号】W WO2021216766
(87)【国際公開日】2021-10-28
(31)【優先権主張番号】16/857,133
(32)【優先日】2020-04-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】517151084
【氏名又は名称】マグネコンプ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＭＡＧＮＥＣＯＭＰＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】グラース、デイビッド
(72)【発明者】
【氏名】イー、クエン チー
(72)【発明者】
【氏名】チャン、ロン
(72)【発明者】
【氏名】ダン、クリス
【テーマコード（参考）】
5H681
【Ｆターム（参考）】
5H681BB13
5H681BB18
5H681BC00
5H681DD15
5H681DD23
5H681DD27
5H681DD39
5H681DD82
5H681EE20
5H681FF08
5H681GG02
(57)【要約】
ハードディスクドライブ用等のＰＺＴマイクロアクチュエータは、ＰＺＴが取り付けられる側面とは反対側の側面に接合された抑制層を有する。抑制層は、ステンレス鋼等の高剛性の弾力材料を有している。抑制層は、ＰＺＴの上部の大部分または全体を覆っており、抑制層によって覆われていないＰＺＴに対して電気接続が行われる。抑制層は、取り付けられたＰＺＴの曲げを低減することによって有効ストローク長を増加させるか、または、曲げの符号を逆にすることによって有効ストローク長をさらに増加させる。抑制層は、主ＰＺＴ層とは反対方向に作用するＰＺＴ材料の１つまたは複数の能動層であってもよい。抑制層は主ＰＺＴ層よりも薄くてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロアクチュエータアセンブリであって、少なくとも１つのＰＺＴ素子と、
前記マイクロアクチュエータアセンブリの第１の側面に位置している第１の電極であって、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の前記第１の側面の全長にわたって延びる第１の幅を有する第１の電極と、
前記第１の電極の幅よりも小さい第２の幅を有する、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の第２の側面に位置する第２の電極と、を備えたマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項2】
前記第２の電極が、圧電接合接着剤によって及ぼされる前記第１の電極の拘束に対抗するように構成されている、請求項１に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項3】
前記第１の電極および第２の電極が、前記マイクロアクチュエータアセンブリを表面に接合している導電性接着剤によって電気的に連結されている、請求項１に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項4】
前記少なくとも１つのＰＺＴ素子が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された複数のＰＺＴ素子である、請求項１に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項5】
前記第２の電極の幅が、前記第２の電極の長手方向軸線に沿って変化している、請求項１に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項6】
前記第２の電極が、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の少なくとも２つの部位を露出させるように構成されている、請求項５に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項7】
前記第２の電極が、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の１つの部位を露出させるように構成されている、請求項５に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項8】
前記第２の電極の幅が、前記第２の電極の短手方向軸線に沿って変化している、請求項１に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項9】
前記第２の電極が、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の少なくとも２つの部位を露出させるように構成されている、請求項８に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項10】
前記第２の電極が、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の１つの部位を露出させるように構成されている、請求項８に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項11】
前記第２の電極が少なくとも１つの露出部を有している、請求項１に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項12】
前記第２の電極が、先端部と、基端部と、前記先端部と前記基端部とを接続している接続部とを有するように構成されている、請求項１１に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項13】
前記少なくとも１つの露出部が複数の露出部である、請求項１１に記載のマイクロアクチュエータアセンブリ。
【請求項14】
ディスクドライブ用のサスペンションであって、マイクロアクチュエータアセンブリを備えており、
前記マイクロアクチュエータアセンブリが、
少なくとも１つのＰＺＴ素子と、
前記マイクロアクチュエータアセンブリの第１の側面に位置している第１の電極であって、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の第１の側面の全長にわたって延びる第１の幅を有する第１の電極と、
前記第１の電極の幅よりも小さい第２の幅を有する、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の第２の側面に位置する第２の電極と、を有している、サスペンション。
【請求項15】
前記第２の電極が、圧電接合接着剤によって及ぼされる前記第１の電極の拘束に対抗するように構成されている、請求項１４に記載のサスペンション。
【請求項16】
前記少なくとも１つのＰＺＴ素子が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された複数のＰＺＴ素子である、請求項１４に記載のサスペンション。
【請求項17】
前記第２の電極の幅が、前記第２の電極の長手方向軸線に沿って変化している、請求項１４に記載のサスペンション。
【請求項18】
前記第２の電極が、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の少なくとも２つの部位を露出させるように構成されている、請求項１７に記載のサスペンション。
【請求項19】
前記第２の電極が、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の１つの部位を露出させるように構成されている、請求項１７に記載のサスペンション。
【請求項20】
前記第２の電極の幅が、前記第２の電極の短手方向軸線に沿って変化している、請求項１４に記載のサスペンション。
【請求項21】
前記第２の電極が、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の少なくとも２つの部位を露出させるように構成されている、請求項２０に記載のサスペンション。
【請求項22】
前記第２の電極が、前記少なくとも１つのＰＺＴ素子の１つの部位を露出させるように構成されている、請求項２０に記載のサスペンション。
【請求項23】
前記第２の電極が少なくとも１つの露出部を有している、請求項１４に記載のサスペンション。
【請求項24】
前記第２の電極が、先端部と、基端部と、前記先端部と前記基端部とを接続している接続部とを有するように構成されている、請求項２３に記載のサスペンション。
【請求項25】
前記少なくとも１つの露出部が複数の露出部である、請求項２３に記載のサスペンション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハードディスクドライブ用のサスペンションの技術分野に関する。より詳細には、本発明は、二段作動式サスペンションで使用される、１つまたは複数の能動圧電拘束層を有する多層圧電マイクロアクチュエータの技術分野に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気ハードディスクドライブおよび光ディスクドライブ等の他の種類の回転媒体ドライブは広く知られている。図１は、本発明を適用可能な従来例のハードディスクドライブおよびサスペンションの斜視図である。従来技術のディスクドライブユニット１００は、ディスクドライブに記憶されたデータを構成する１および０のパターンを磁気的に格納する回転磁気ディスク１０１を有している。磁気ディスクは駆動モータ（図示しない）によって駆動される。ディスクドライブユニット１００はディスクドライブサスペンション１０５をさらに有しており、ディスクドライブサスペンション１０５のロードビーム１０７の先端付近には磁気ヘッドスライダ（図示しない）が取り付けられている。サスペンションまたはロードビームの「基端」は、支持される端部、すなわち、かしめ等によってアクチュエータアームに取り付けられているベースプレート１２に最も近い端部である。サスペンションまたはロードビームの「先端」は、基端の反対側の端部であり、すなわち、「先端」は片持ち端部である。
【0003】
サスペンション１０５は、ボイスコイルモータ１１２に接続されたアクチュエータアーム１０３に接続されている。ボイスコイルモータ１１２は、ヘッドスライダをデータディスク１０１上の正しいデータトラックに位置決めするために、サスペンション１０５を円弧状に動かす。ヘッドスライダはジンバル上に載置されており、回転しているディスク上の正しいデータトラックを追従できるように、スライダのピッチおよびロールを可能としている。このため、ディスクの振動、バンピング等の慣性による事象、ディスク表面の不規則性等の変動に対応できる。
【0004】
一段作動式ディスクドライブサスペンションと二段作動式（ＤＳＡ）サスペンションの両方が周知である。一段作動式サスペンションでは、サスペンション１０５は、ボイスコイルモータ１１２のみによって動かされる。
【0005】
ＤＳＡサスペンションでは、例えば、Ｍｅｉらに付与された特許文献１および他の多くの例でみられるように、サスペンション全体を動かすボイスコイルモータ１１２に加えて、少なくとも１つのマイクロアクチュエータが追加されてサスペンション上に配置されている。このマイクロアクチュエータによって、磁気ヘッドスライダの微細な動きが可能となり、回転しているディスクのデータトラックに正しく位置合わせできる。マイクロアクチュエータが設けられていることによって、サスペンションおよび磁気ヘッドスライダを比較的粗く動かすことしかできないボイスコイルモータ単独と比較して、サーボ制御ループのより細かい制御と、大幅に高い帯域幅とが可能となる。マイクロアクチュエータモータとしては、単にＰＺＴと称される場合もある圧電素子が使用される場合が多いが、他の種類のマイクロアクチュエータモータが使用される場合もある。
【0006】
図２は、図１の従来技術のサスペンション１０５の上面図である。２つのＰＺＴマイクロアクチュエータ１４が、ベースプレート１２に形成されたマイクロアクチュエータ取り付け用棚板部１８でサスペンション１０５に取り付けられており、ベースプレート１２の各隙間を跨ぐように配置されている。マイクロアクチュエータ１４の両端部は、エポキシ１６によって取り付け用棚板部１８に取り付けられている。サスペンションのフレキシブル配線トレースおよび／またはプレートに対するＰＺＴからの正および負の電気接続は、様々な手法によって行うことができる。マイクロアクチュエータ１４は、作動されると伸張または収縮することによって取り付け用棚板部の間の隙間の長さを変化させる。これによって、サスペンション１０５の先端に取り付けられた読み取り／書き込みヘッドの微細な動きがもたらされる。
【0007】
図３は、図２の従来技術のＰＺＴマイクロアクチュエータおよび組み付けの側断面図である。マイクロアクチュエータ１４は、ＰＺＴ素子２０自体と、ＰＺＴに配置されてＰＺＴを作動させる電極を形成している上部金属化層２６および下部金属化層２８とを有している。ＰＺＴ１４は、隙間を跨ぐように、図中左側および右側の両方で、エポキシまたははんだ１６によって取り付けられている。
【0008】
ＤＳＡサスペンションでは、概して、単位入力電圧あたりのＰＺＴのストローク距離（または単に「ストローク長」）を長くすることが望ましい。
これまでの多くのＤＳＡサスペンション設計では、マウントプレートにＰＺＴが取り付けられていた。そのような設計では、ＰＺＴの直線運動は、ＰＺＴの回転中心と読み取り／書き込みトランスデューサヘッドとの間のアームの長さによって拡大される。したがって、ＰＺＴの小さな直線運動によって、読み取り／書き込みヘッドが径方向に比較的大きく移動する。
これまでの多くのＤＳＡサスペンション設計では、マウントプレートにＰＺＴが取り付けられていた。そのような設計では、ＰＺＴの直線運動は、ＰＺＴの回転中心と読み取り／書き込みトランスデューサヘッドとの間のアームの長さによって拡大される。したがって、ＰＺＴの小さな直線運動によって、読み取り／書き込みヘッドが径方向に比較的大きく移動する。
【0009】
他のサスペンション設計では、ＰＺＴがジンバルまたはその近傍に取り付けられている。本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の特許文献２には、ジンバルに取り付けられたＰＺＴの一例であるＤＳＡサスペンションが記載されている。ジンバルに取り付けられたＤＳＡサスペンション（「ＧＳＡ」サスペンション）では、ＰＺＴと読み取り／書き込みトランスデューサヘッドとの間のアームの長さが長くないため、ストローク長を長くすることが特に重要である。アームの長さが短くなるにつれて、読み取り／書き込みヘッドの動きも小さくなる。したがって、ＧＳＡの設計においては、ストローク長を大きくすることが特に重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】米国特許第７４５９８３５号明細書
【特許文献2】米国特許第８８７９２１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本出願の発明者は、ＰＺＴマイクロアクチュエータが取り付けられた従来のサスペンションにおいてＰＺＴのストローク長の損失の原因を特定し、ストローク長の損失の原因を排除するＰＺＴマイクロアクチュエータ構造および当該構造を製造する方法を開発した。
【0012】
図４Ａは、図２の従来技術によるサスペンションに取り付けられたＰＺＴマイクロアクチュエータ１４の側断面図であり、ＰＺＴを伸張させるために印加された駆動電圧によってＰＺＴが作動されている状態を示す。ＰＺＴの下層２２は、取り付けられたサスペンション１８に接着されているので部分的に拘束されている。このため、下層２２は、上層２４ほど直線方向に伸張しない。上層２４は下層２２よりも大きく伸張するので、ＰＺＴ１４は下方に曲がり、上から見るとわずかに凸状になる。結果として生じた直線ストローク長の損失は、δ１として図に示されている。
【0013】
図４Ｂに、ＰＺＴを収縮させるために印加された駆動電圧によってＰＺＴが作動されている状態の、図４ＡのＰＺＴマイクロアクチュエータ１４を示す。ＰＺＴの下層２２は、取り付けられたサスペンション１８に接着されているので部分的に拘束されている。このため、下層２２は、上層２４ほど直線方向には収縮しない。上層２４は下層２２よりも大きく収縮するので、ＰＺＴ１４は上方に曲がり、上から見るとわずかに凹状になる。結果として生じた直線ストローク長の損失は、δ２として図に示されている。
【0014】
このように、作動時にはＰＺＴが直線的のみに伸張および収縮することが望ましいが、従来の組み付けでは、ＰＺＴが上または下に曲がり、ストローク長が失われる。
図５は、ＰＺＴの曲げにより追加または損失する有効直線ストロークの量を示す図および関連する式である。ビームが図４Ａに示されるように上に曲がる場合は、曲げ角度が小さいときには下側先端点に正の変位δがｘ方向に発生する。
図５は、ＰＺＴの曲げにより追加または損失する有効直線ストロークの量を示す図および関連する式である。ビームが図４Ａに示されるように上に曲がる場合は、曲げ角度が小さいときには下側先端点に正の変位δがｘ方向に発生する。
【0015】
図６は、厚さの異なる３つのＰＺＴについて、曲げ角度に対する、曲げに起因するストローク損失を示すグラフである。図に示すように、長さ１．５０ｍｍ、厚さ４５μｍのＰＺＴでは、曲げ角度が５度未満の場合、曲げによって正のｘ変位δが生じる。この曲げ量では、細いビームよりも太いビームの方により大きなｘ変位が生じている。同様に、印加電圧によってＰＺＴが収縮すると、ＰＺＴの右半分が下向きに曲がり、サスペンションに接着されたＰＺＴの下端に負のｘ変位が発生する。つまり、サスペンションに対する従来のＰＺＴの組み付けでは、曲げによる直線変位の成分δは、ＰＺＴの動作とは逆方向となる。したがって、このデルタを低減または排除するか、デルタの符号を逆にして、最終的な直線状の伸張または収縮の総量を実際に増加させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明は、作動されたＰＺＴの曲げの低減、排除、方向の変更または他の制御を行うために、ＰＺＴにおいて、サスペンションに取り付けられている側部または側面とは反対側の側部または側面に少なくとも接合された１つまたは複数の高剛性抑制層または抑制要素を有するＰＺＴ素子に関する。少なくとも名目上はＰＺＴの伸張と収縮を抑制する高剛性層が追加されていることによって、直観に反する結果ではあるが、達成される有効直線ストローク距離は実際に増加する。本発明に係る抑制層を有するＰＺＴは、ハードディスクドライブ用サスペンションのマイクロアクチュエータとして使用可能であるが、他の用途にも同様に使用できる。
【0017】
好ましい一実施形態では、抑制層の作用によって、曲げの方向が実際に変化する。したがって、下面がサスペンションに接合されたＰＺＴの場合、抑制層が設けられていることによって、圧電素子を伸張させる電圧によって圧電素子が作動した場合は、圧電素子はその上面が実質的に凹状となる方向に曲がる。圧電素子を収縮させる電圧によって圧電素子が作動した場合は、圧電素子はその上面が実質的に凸状になる方向に曲がる。このように、伸張モードでは有効な直線状の伸張を増加させ、収縮モードでは有効な直線状の収縮を増加させるように作用する。つまり、抑制層が設けられていることによって、実際の有効ストローク長が増加する。
【0018】
拘束層を有するＰＺＴは様々な手法で製造することができ、例えば、拘束層を既存のＰＺＴ素子に積層してもよいし、アディティブ法によってＰＺＴ素子および拘束層の一方を他方の上に形成してもよい。このようなアディティブ法では、ステンレス鋼（ＳＳＴ）等の基板上に薄膜ＰＺＴを成膜してもよい。拘束層は、ステンレス鋼、シリコン、実質的にはポーリング処理されていない（励起されていない）ことを除いてはＰＺＴ素子を構成するセラミック材料と同じセラミック材料または剛性の比較的高い他の材料から形成できる。抑制層が非導電性である場合、柱状の導電性材料からなる複数の電気ビアを抑制層に貫通させることによって、マイクロアクチュエータの表面から内部のＰＺＴ素子まで作動電圧または接地電位を送ることができる。
【0019】
拘束層は、ＰＺＴ素子よりも大きくてもよく（表面積が大きい）、ＰＺＴ素子と同じ大きさでもよく、ＰＺＴ素子よりも小さくてもよい（表面積が小さい）。好適な実施形態では、拘束層はＰＺＴ素子よりも小さいため、マイクロアクチュエータが段差面状構造を有しており、ＰＺＴ素子への電気接続が行われる箇所である段差の棚板部は拘束層によって覆われていない。電気接続が行われる棚板部を有する上記のような構造の利点のひとつは、電気接続を有する完成アセンブリの高さを、抑制層がＰＺＴ全体を覆う構造よりも低くできることである。高さを低くすることによって、所定のプラッタのスタック高さ内で、より多くのハードドライブプラッタおよびそれらのサスペンションを積み重ねることができるため、ディスクドライブアセンブリの所定の体積におけるデータストレージ容量を増やせるという利点がもたらされる。
【0020】
シミュレーションでは、本発明によって構成されたマイクロアクチュエータはストローク感度が向上しており、揺れモードゲインおよびねじりモードゲインが低減していることが示された。このため、ヘッド位置決め制御ループの帯域幅を上げることができ、その結果、データシーク時間を低減できるとともに、振動の影響を受け難くできるという効果がもたらされる。
【0021】
本発明に係るＰＺＴに拘束層または拘束要素を追加することの別の利点としては、現在のハードディスクドライブにおいて、サスペンションおよびＰＺＴを含む構成要素が一般的に非常に薄いことが挙げられる。ＰＺＴがマウントプレートに取り付けられている現在のＤＳＡサスペンション設計で使用されるマイクロアクチュエータの厚さは１５０μｍ程度である。ジンバルに取り付けられているＤＳＡサスペンション設計では、ＰＺＴはさらに薄く、厚さは１００μｍ未満である場合が多い。このため、ＰＺＴ材料は非常に薄く、かつ脆いため、ＰＺＴマイクロアクチュエータモータ自体の製造工程や、サスペンション組み立て工程での自動ピックアンドプレース動作を含む製造／組み立てにおいて簡単に割れる場合がある。次世代のハードドライブのＰＺＴの厚さは７５μｍ以下になると予想されており、さらに問題が悪化する可能性がある。ここまで薄いＰＺＴは、製造／組み立て中に損傷を受けやすいだけでなく、ディスクドライブが衝撃（ｇ力）を受けたときに亀裂や破損が生じやすいという懸念もある。本発明に係る高剛性および弾性の拘束層を追加することによって、ＰＺＴの強度および弾力性を高めることができ、その結果、製造／組立て中および衝撃事象において、ＰＺＴの割れ等の機械的損傷を抑制できる。
【0022】
本発明の別の態様では、マイクロアクチュエータアセンブリは多層ＰＺＴ素子であり、主能動ＰＺＴ層の作用に対抗する傾向を有する抑制層として機能する１つまたは複数の能動ＰＺＴ層を含む複数の能動ＰＺＴ層を有している。
【0023】
主ＰＺＴ層の動きに抵抗する１つまたは複数の層を追加することによって、全体的な有効ストローク長を増やすことができるという考えは、反直感的である。主ＰＺＴ層とは反対方向に能動的に作用する１つまたは複数の能動層を追加することで、全体的な有効ストローク長をさらに増やすことができるという考えは、さらに反直感的であるといえる。しかしながら、このような結果が、本発明者らによって実証された。
【0024】
図面を参照して本発明の例示的な実施形態を以下に説明する。図面において、同様の部分には同様の符号が付されている。図面は縮尺どおりではない場合もあり、特定の構成要素は、一般化または概略化された形式で示され、明確かつ簡潔にするために商業的名称によって特定されている場合もある。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】従来技術の磁気ハードディスクドライブの上面斜視図。
【図5】ＰＺＴの曲げによって追加または損失する直線ストローク量の図および関連式。
【図6】厚さの異なる３つのＰＺＴについて、曲げ角度に対する、曲げに起因するストローク損失を示すグラフ。
【図7】本発明に係る、拘束層が接合されたＰＺＴの側断面図。
【図9】厚さ１３０μｍのＰＺＴについて、拘束層の厚さに対する、単位入力電圧当たりのストローク長（単位はｎｍ／Ｖ）を示すグラフ。
【図10】本発明に係る、拘束層が接合されたＰＺＴの側面図。
【図12】異なる厚さのステンレス拘束層を有するＰＺＴを備えたサスペンションにおける、拘束層の厚さに対するＧＤＡストローク感度を示すグラフ。
【図13A】本発明に係る拘束層を有するＰＺＴを製造可能な１つの製造プロセスを示す図。
【図13B】本発明に係る拘束層を有するＰＺＴを製造可能な１つの製造プロセスを示す図。
【図13C】本発明に係る拘束層を有するＰＺＴを製造可能な１つの製造プロセスを示す図。
【図13D】本発明に係る拘束層を有するＰＺＴを製造可能な１つの製造プロセスを示す図。
【図13E】本発明に係る拘束層を有するＰＺＴを製造可能な１つの製造プロセスを示す図。
【図13F】本発明に係る拘束層を有するＰＺＴを製造可能な１つの製造プロセスを示す図。
【図13G】本発明に係る拘束層を有するＰＺＴを製造可能な１つの製造プロセスを示す図。
【図13H】本発明に係る拘束層を有するＰＺＴを製造可能な１つの製造プロセスを示す図。
【図14A】本発明に係る薄膜ＰＺＴマイクロアクチュエータモータが組み付けられているＧＳＡサスペンションの斜視図。
【図14B】本発明に係る薄膜ＰＺＴマイクロアクチュエータモータが組み付けられているＧＳＡサスペンションの斜視図。
【図17A】本発明に係るステンレス基板を有する薄膜ＰＺＴ構造を製造するプロセスを示す図。
【図17B】本発明に係るステンレス基板を有する薄膜ＰＺＴ構造を製造するプロセスを示す図。
【図17C】本発明に係るステンレス基板を有する薄膜ＰＺＴ構造を製造するプロセスを示す図。
【図17D】本発明に係るステンレス基板を有する薄膜ＰＺＴ構造を製造するプロセスを示す図。
【図17E】本発明に係るステンレス基板を有する薄膜ＰＺＴ構造を製造するプロセスを示す図。
【図17F】本発明に係るステンレス基板を有する薄膜ＰＺＴ構造を製造するプロセスを示す図。
【図18】本発明に係るシリコン基板を有する薄膜ＰＺＴ構造の上面図。
【図22】本発明の一実施形態に係る、基板およびサイドビアを有する薄膜ＰＺＴの上面図。
【図24】本発明の追加の実施形態に係るＰＺＴマイクロアクチュエータの断面図。
【図29】ＰＺＴが多層ＰＺＴである、本発明の追加の実施形態に係る多層ＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリの側断面図。
【図30】極厚電極が抑制層として機能する、本発明の追加の実施形態に係る多層ＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリの側断面図。
【図31】マイクロアクチュエータアセンブリの抑制層が、主能動ＰＺＴ層とは反対方向に作用する傾向を有する１つまたは複数の能動ＰＺＴ層を有している実施形態の断面図。
【図34】様々な構造に関するシミュレーションに基づく、１つまたは複数の能動抑制層を有するマイクロアクチュエータのストローク感度（ｎｍ／Ｖ）を示すグラフ。
【図35】マイクロアクチュエータアセンブリが複数の能動ＰＺＴ層を有している別の実施形態を示す断面図であって、ポーリング処理および結果として生じる分極方向を概念的に示す図。
【図36】本開示の一実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリの一実施形態の等角図。
【図42】本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリを有しているサスペンションのジンバルの平面図。
【図45A】本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリを有しているサスペンションのジンバルの平面図。
【図46A】本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリを有しているサスペンションのジンバルの平面図。
【図47A】本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリを有しているサスペンションのジンバルの平面図。
【図48A】本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリを有しているサスペンションのジンバルの平面図。
【図49A】本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリを有しているサスペンションのジンバルの平面図。
【図50A】本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリを有しているサスペンションのジンバルの平面図。
【図51】本開示の一実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリの一実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0026】
図７は、本発明の一実施形態に係る、拘束層１３０が接合されたＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリ１１４の側断面図である。この図に示される配向を参照して、サスペンションに接合されるＰＺＴの側面を、ＰＺＴ１１４の下面１２９と称し、ＰＺＴがサスペンションに接合される側面とは反対側の側面は、ＰＺＴ１１４の上面１２７と称する。本発明によれば、１つまたは複数の拘束層または拘束要素１３０が、マイクロアクチュエータＰＺＴ素子１２０の上面１２７に接合される。拘束層１３０は、好ましくは、ステンレス鋼等の高剛性の弾性材料からなり、好ましくは、上部電極１２６を有しているＰＺＴ素子１２０の上面１２７に直接接合されるか、またはＳＳＴ材料自体が上部電極として機能することによって上面の金属被覆を不要とするように構成してもよい。拘束層１３０は、作動時にＰＺＴの曲げを大幅に低減、排除または反転させることが可能な剛性を有している。ＳＳＴ層１３０は、ＳＳＴに対する良好な電気的接続を確保するために、金または他の接点金属の層１３１を有することが好ましい。
【0027】
あるいは、拘束層１３０をステンレス鋼で形成するのではなく、圧電層１２０と同じセラミック材料であるが励起されていない（ポーリング処理または分極処理されていない）セラミック等の層としてもよく、接合または成膜によってアセンブリに組み込まれてもよい。セラミック材料が分極処理されていないとは、圧電層１２０を形成するポーリング処理されたセラミックよりも大幅に低い圧電効果を示し、例えば１０％未満の圧電効果を示すことを意味する。このような、下から上に電極／ポーリング処理されたＰＺＴ／電極／ポーリング処理されていないＰＺＴが積層されているアセンブリは、電極／ＰＺＴ／電極／ＳＳＴの積層よりも容易に製造できる。
【0028】
以下の説明では、説明を簡単にするために、上部電極１２６および下部電極１２８の図示および説明が省略される場合があるが、ほぼすべてのＰＺＴマイクロアクチュエータが、少なくとも何らかの種類の上部電極および下部電極を備えていることに留意されたい。
【0029】
本出願の譲受人によって所有されている、Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒらに付与された米国特許第８３９５８６６号明細書に記載されているように、ＳＳＴへの金の接着を高めるために、金層１３１を施す前に、銅またはニッケルの層をＳＳＴ層１３０上に成膜してもよい。上記特許は、ステンレス鋼上に他の金属を電着することに関し、その参照により本明細書に組み込まれる。同様に、電極１２６、１２８も、ニッケルおよび／またはクロムと、金（ＮｉＣｒ／Ａｕ）との組み合わせを含んでいてもよい。
【0030】
１２４ー１６７（図５）。シミュレーションによる例示的な一実施形態では、各層の厚さは以下の通りであった。
１３０ ＰＺＴ ３μｍ
１２６、１２８、１３１ ＮｉＣｒ／Ａｕ ０．５μｍ
薄膜ＰＺＴの長さは１．２０ｍｍ、両端のＰＺＴ接合部の幅は０．１５ｍｍ、圧電係数ｄ３１は２５０ｐｍ／Ｖであった。いくつかの実施形態では、ＳＳＴ層の厚さは、適切に支持できるように１２マイクロメートル以上とした。
１３０ ＰＺＴ ３μｍ
１２６、１２８、１３１ ＮｉＣｒ／Ａｕ ０．５μｍ
薄膜ＰＺＴの長さは１．２０ｍｍ、両端のＰＺＴ接合部の幅は０．１５ｍｍ、圧電係数ｄ３１は２５０ｐｍ／Ｖであった。いくつかの実施形態では、ＳＳＴ層の厚さは、適切に支持できるように１２マイクロメートル以上とした。
【0031】
シミュレーションによると、上記例では、ＤＳＡサスペンションのストローク感度は２６．１ｎｍ／Ｖであった。これに対し、同じ形状で厚さ４５μｍのバルクＰＺＴ（ｄ３１＝３２０ｐｍ／Ｖ）のストローク感度は、概して、わずか７．２ｎｍ／Ｖであった。
【0032】
ＳＳＴ層に対するＰＺＴ層の厚さの比は、１：１と大きく、または、１．２５：１またはそれ以上であった。拘束層とＰＺＴとの厚さの比率が約１：２５に達すると、拘束層によるストローク感度の向上が下降し始めたため、この比率がＰＺＴ拘束層の厚さの限界であることがわかった。
【0033】
図８Ａに、ＰＺＴに電圧を印加して伸張させた状態における、図７のＰＺＴマイクロアクチュエータ１１４の側断面図を示す。ＰＺＴストロークは２つのベクトルで構成される。一方は純粋な伸張ストロークδＥで、他方は拘束層による伸張寄与分δ１である。抑制層を有しないＰＺＴのように下向きに曲がるのではなく、拘束層が設けられているためＰＺＴの右先端が上向きに曲がることによって伸張寄与分δ１が発生している。合計のストローク長はδＥ＋δ１である。したがって、伸張モードでは、ＰＺＴは上から見るとわずかに凹状になり、すなわち、ＰＺＴの上面はわずかに凹んだ形状になり、曲げ方向は、図４の従来技術の曲げとは反対となる。このため、本発明における曲げは、有効ストローク長を減らすのではなく、有効ストローク長を増加させる。
【0034】
図８Ｂは、ＰＺＴ１１４に電圧を印加して収縮させた状態における、図７のＰＺＴマイクロアクチュエータの側断面図である。ＰＺＴストロークは２つのベクトルで構成される。一方は純粋な収縮ストローク－｜δＣ｜で、他方は拘束層による収縮寄与分δ２である。抑制層を有しないＰＺＴのように上向きに曲がるのではなく、拘束層が設けられているためＰＺＴの右先端が下向きに曲がることによって収縮寄与分δ２が発生している。合計のストローク長は－［δＣ＋δ２］である。したがって、収縮モードでは、ＰＺＴは上から見るとわずかに凸状になり、すなわち、ＰＺＴの上面はわずか凸状になり、曲げ方向は、図４の従来技術の曲げとは反対となる。このため、本発明における曲げは、有効ストローク長を減らすのではなく、有効ストローク長を増加させる。
【0035】
拘束層１３０をＰＺＴマイクロアクチュエータ１１４に追加しても、そのＰＺＴ１１４が拘束層１３０以外には拘束および接合されていない場合は、ストローク長に顕著な影響は及ぼされない。しかし、図４に示されるようにＰＺＴ１１４の下端がサスペンション１８に接合される場合、拘束層は、実際にはストローク長をわずかに増加させるように作用する。ステンレス鋼のヤング率は約１９０～２１０ＧＰａである。好適には、拘束層の材料のヤング率は、５０ＧＰａより大きく、より好適には１００ＧＰａより大きく、さらに好適には１５０ＧＰａより大きい。
【0036】
図９は、シミュレーションによる、ステンレス拘束層１３０が接合された厚さ１３０μｍのＰＺＴ１１４について、拘束層の厚さに対する単位入力電圧当たりのストローク長（単位はｎｍ／Ｖ）を示すグラフである。厚さ２０μｍ、４０μｍおよび６０μｍの各ＳＳＴ抑制層をＰＺＴの上面に追加することによって、総ストローク長が増加している。このように、拘束層を追加することによって、総ストローク長が実際に増加した。
【0037】
また、ＰＺＴと拘束層とを合わせた合計の厚さを一定に保ち、拘束層の最適な厚さを決定することもできる。図１０は、本発明に係る、合計の厚さが１３０μｍで一定に保たれている、ＰＺＴと、ＰＺＴに接合された拘束層との組み合わせを示す側面図である。図１１は、図１０のＰＺＴに関し、ＰＺＴと拘束層とを合わせた厚さが１３０μｍで一定である場合における、ＰＺＴ厚さに対するストローク長を示す、シミュレーションに基づくグラフである。拘束層が無い場合、厚さ１３０μｍのＰＺＴのストローク長は約１４．５ｎｍ／Ｖである。拘束層１３０の厚さが６５μｍでＰＺＴの厚さが６５μｍの場合、ＰＺＴのストローク長は約２０ｎｍ／Ｖである。つまり、拘束層を追加することによって、有効ストローク長が実際に約３５％増加した。
【0038】
図１２は、シミュレーションに基づく、図７のマイクロアクチュエータを有するＧＤＡサスペンションにおける拘束層の厚さに対するＧＤＡストローク感度を示すグラフである。ＰＺＴ素子の厚さは４５μｍであり、上に形成されるステンレス拘束層の厚さは異なる。このグラフからわかるように、厚さ３０μｍの拘束層によって、ＧＤＡストローク感度が９ｎｍ／Ｖから１４．５μｍをわずかに超えるまで増加した。つまり、ストローク長が５０％以上増加した。
【0039】
図１３Ａ～１３Ｈに、本発明に係る拘束層を有するＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリを製造可能な１つの製造プロセスを示す。この方法は、拘束層となる基板上にＰＺＴ材料を成膜するアディティブ法の一例である。図１３Ａに示すように、このプロセスは第１の基板１４０から始まる。図１３Ｂでは、第１のＵＶ／熱テープ１４２が基板に施されている。図１３Ｃでは、予め形成されたＳＳＴ層１３０がテープ上に追加されている。図１３Ｄでは、電極層１２６が、スパッタリングまたは他の周知の成膜処理等によってＳＳＴ上に成膜されている。図１３Ｅでは、ＰＺＴ層１２０が、ゾルゲル法または他の周知の方法によって電極層上に形成されている。図１３Ｆでは、第２の電極１２８が、スパッタリング等によってＰＺＴの露出面上に成膜されている。図１３Ｇでは、ＳＳＴ層１３０がテープから分離され、製品が第２のテープ１４３および第２の基板１４１上に裏返して配置されている。図１３Ｈでは、個々のマイクロアクチュエータ１１４に切り離すために、機械的な鋸引きまたはレーザー切断等によって、製品がダイスカットされている。上記プロセスによって、電極を備えたＰＺＴ素子１２０がＳＳＴ抑制層１３０に直接的に接合されているマイクロアクチュエータ１１４が形成され、抑制層の抑制効果を低減させる有機材料（例えばポリイミド）等の他の材料が介在していない。電極層の材料は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒおよび／またはＣｕ等である。Ａｕのヤング率は約７９ＧＰａ、Ｃｕのヤング率は約１１７ＧＰａ、Ｎｉのヤング率は約２００、Ｃｒのヤング率は約２７８である。好適には、ＳＳＴ抑制層１３０とＰＺＴ素子１２０との間に、２０ＧＰａ未満のヤング率、抑制層のヤング率より大幅に小さいヤング率、または抑制層のヤング率の半分よりも小さいヤング率を有する中間層が存在しないことが望ましい。
【0040】
エポキシ等の接着剤によって抑制層をＰＺＴ表面に直接接着する等、他の方法によって製品を製造することも可能であるが、好適な方法であると現在考えられているのは図１３Ａ～１３Ｇに示す方法である。
【0041】
ＳＳＴ抑制層１３０は、アディティブ法製造プロセス中および完成した製品の両方において、ＰＺＴ層１２０の基板として機能する。このため、抑制層１３０を基板と称する場合もある。
【0042】
図１４Ａおよび１４Ｂは、本発明による薄膜ＰＺＴマイクロアクチュエータモータ１１４が組み付けられる、ジンバルに取り付けられた二段作動式（ＧＳＡ）サスペンション１５０の斜視図である。ＧＳＡサスペンションでは、ＰＺＴは、ジンバルアセンブリを有しているトレースジンバルに取り付けられ、読み取り／書き込みヘッドスライダ１６４を保持するサスペンションのジンバル領域に直接作用する。図１４Ａに、ＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリ１１４が取り付けられる前のサスペンション１５０を示す。２つのマイクロアクチュエータ１１４は、マイクロアクチュエータ１１４の先端が接合される舌状部１５４と、マイクロアクチュエータ１１４の基端が接合されるトレースジンバルの部分１５６とに接着され、これらの間の隙間１７０を跨いでいる。図１４Ｂに、ＰＺＴマイクロアクチュエータ１１４が取り付けられた後のサスペンション１５０を示す。マイクロアクチュエータアセンブリ１１４は、作動されると伸張または収縮するため、舌状部１５４とトレースジンバルの部分１５６との間の隙間１７０の長さを変化させる。これによって、読み取り／書き込みトランスデューサを保持しているヘッドスライダ１６４の微細な位置決め移動が可能となっている。
【0043】
図１５は、図１４ＢのＢ－Ｂ’線断面図である。ＧＳＡサスペンション１５０は、ステンレス層を含むトレースジンバル１５２と、ポリイミド等の絶縁体１５７と、ＡｕまたはＮｉ／Ａｕの組み合わせ等の保護金属１５９によって覆われたＣｕ等の信号伝達トレース１５８の層とを有している。マイクロアクチュエータ１１４の先端は、導電性接着剤１６２によって、ジンバル領域から延在するステンレス製の舌状部１５４に取り付けられている。接着剤１６２は、導電性を有するようにＡｇ粒子を含有しているエポキシ等である。マイクロアクチュエータ１１４の基端は、ステンレス製の取り付け部分１５６に、非導電性エポキシ等の非導電性接着剤１６１によって取り付けられている。駆動電圧の電気的接続は導電性接着剤１６０の箇所によってもたらされている。導電性接着剤１６０は、金めっきされた銅製の接触パッド１５８からＰＺＴマイクロアクチュエータ１１４の上面まで延び、この例においてさらに詳細には、マイクロアクチュエータの上部電極を構成するＳＳＴ層１３０まで延びている。ＳＳＴ基板の厚さは、開示された薄膜ＰＺＴ構造の利点を損なうことなく、ある程度変化させてもよい。図１６は、シミュレーションに基づく、図１５のＳＳＴ拘束層の厚さに対するストローク感度を示すグラフである。シミュレーションによると、厚さ４０μｍのＳＳＴ拘束層を有する薄膜ＰＺＴのストローク感度は、２０ｎｍ／Ｖであり、上記の厚さ４５μｍのバルクＰＺＴのストローク感度のおよそ３倍であった。ただし、厚さ４５μｍのＳＳＴ拘束層の方が、薄膜ＰＺＴマイクロアクチュエータをより良好に保護できる。
【0044】
図１７Ａ～１７Ｆに、本発明によるＳＳＴ拘束層を有する薄膜ＰＺＴ構造を製造するための代替的なプロセスを示す。図１７Ａに示すように、プロセスは、図１８Ｂのような基板１４０およびテープ１４２ではなく、シリコン基板１４４から始まる。図１７Ｂでは、ＳＳＴ層１３０がシリコンに接合されている。これ以外は、本プロセスは図１３Ｃ～図１３Ｈのプロセスと実質的に同じであり、図１７Ｅに示すように、アセンブリが裏返されて、シリコン基板が取り除かれる。さらに、図１３Ｅでは明示的に示されていなかったＮｉＣｒ／Ａｕ層１３１が最後に追加されていることがこの図では明瞭に示されている。
【0045】
前述したように、異なる用途では異なる種類の拘束層を使用できる。導電性または非導電性の他の高剛性材料も、拘束層または基板として使用できる。例えば、拘束層の材料はシリコンであってもよい。図１８は、本発明の一実施形態に係るシリコン拘束層を有する薄膜ＰＺＴ構造の平面図である。図１９は、図１８のマイクロアクチュエータのＡ－Ａ’線断面図である。シリコン拘束層２３０は非導電性であるため、シリコン２３０上のＡｕ等の導電性上層２３４からＰＺＴ素子１２０上の金属化電極１２６までＰＺＴ駆動電圧を送るために、ビア２３２が設けられる。形成されたビアは、Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒらに付与された米国特許第７７８１６７９号明細書に開示されているように、導電性金属で充填されてもよい。上記特許は、本発明の譲受人が所有しており、導電性ビアおよび導電性ビアの形成方法に関して、その参照により本明細書に組み込まれる。
【0046】
図２０は、シミュレーションに基づく、図１９のマイクロアクチュエータのシリコン基板厚さに対するストローク感度を示すグラフである。グラフに示されるように、厚さ３μｍの薄膜ＰＺＴおよび厚さ２０μｍのシリコン基板のストローク感度は、３１．５ｎｍ／Ｖである。これは、厚さ４５μｍのバルクＰＺＴを使用した設計のストローク感度の４倍以上である。シリコン基板は、薄膜ＰＺＴの信頼性向上にも寄与する。
【0047】
図２１Ａ～２１Ｅに、図１８の薄膜ＰＺＴ構造を製造するプロセスを示す。このプロセスは、図２１Ａおよび２１Ｂに示す、レーザー穿孔等によって形成されたホールまたはビア２３２を有するシリコン基板から始まる。図２１Ｃでは、ＮｉＣｒ／Ａｕ層がシリコン基板２３０に追加されて上部電極１２６を形成している。ＮｉＣｒ／Ａｕはホールにも充填されて、電気ビア２３２を形成している。より一般的には、ビアの充填には他の導電性材料を用いてもよい。図２２Ｄでは、ＰＺＴ薄膜１２０がゾルゲル法等によって成膜され、ＮｉＣｒ／Ａｕの別の層が追加されて下部電極１２８が形成されている。図２２Ｅでは、材料が裏返されて、最終的なＮｉＣｒ／Ａｕ層１３１が追加されている。層１３１および１２６は、導電性金層１３１に印加された電圧（または接地電位）がＰＺＴ素子１２６に伝達されるように、ビア２３２によって電気的に接続されている。シリコン基板を有する薄膜ＰＺＴマイクロアクチュエータの製造プロセスは、ＳＳＴ基板を有する薄膜ＰＺＴの製造プロセスよりも単純であるといえる。
【0048】
代替的な実施形態では、シリコン基板の中央のビアの代わりに、１つまたは複数のビアがシリコンの端部に形成される。このため、最後のダイシングの後には、シリコンの両端に半円が形成される。図２２は、上側にメタライゼーション層等の導電性上層２３１を有するシリコンまたは他の非導電性拘束層３３０を備え、上層２３１を上部電極１２６に電気的に接続するサイドビア２３４、２３６を備えた薄膜ＰＺＴマイクロアクチュエータの上面図である。図２３は、図２２のＰＺＴのＡ－Ａ’線断面図である。本実施形態の製造プロセスは、上記以外の点では、図２１Ａ～２１Ｅの製造プロセスと同じである。
【0049】
拘束層は、ＰＺＴ素子よりも大きくてもよく（表面積が大きい）、ＰＺＴ素子と同じ大きさでもよく、ＰＺＴ素子よりも小さくてもよい（表面積が小さい）。図２４は、拘束層４３０がＰＺＴ素子４２０よりも小さいため、マイクロアクチュエータが、段差４３４と、抑制層４３０に覆われていない露出棚板部４２２とを有する段差面状構造を備えているＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリ４１４を示す側断面図である。ＰＺＴ素子４２０への電気接続は、棚板部４２２において行われる。電気接続が行われる段差を有する上記のような構造の利点のひとつは、電気接続を有する完成アセンブリの高さを、抑制層４３０がＰＺＴ４２０全体を覆う場合よりも低くできることである。高さを低くすることによって、所定のプラッタのスタック高さ内で、より多くのハードドライブプラッタおよびそれらのサスペンションを積み重ねることができるため、ディスクドライブアセンブリの所定の体積におけるデータストレージ容量を増やせるという利点がもたらされる。拘束層４３０は、棚板部４２２上での電気接続を可能とするために、ＰＺＴ素子４２０の上面の５０％を超えるが９５％よりは小さい範囲を覆うと想定される。
【0050】
シミュレーションでは、本発明によって構成されたマイクロアクチュエータはストローク感度が向上しており、揺れモードゲインおよびねじりモードゲインが低減していることが示された。このため、ヘッド位置決め制御ループの帯域幅を上げることができ、その結果、データシーク時間を低減できるとともに、振動の影響を受け難くできるという効果がもたらされる。
【0051】
図２５は、図２４のＰＺＴマイクロアクチュエータ４１４を一対有するＧＳＡサスペンションの斜視図である。
図２６は、図２５のＧＡＳサスペンションのＡ－Ａ’線断面図である。この実施形態では、導電性エポキシ等の導電性接着剤４６０は、抑制層４３０の上には配置されない。その代わりに、導電性エポキシ４６０は、ＰＺＴ素子４２０の上側の棚板部４２２上に位置し、その表面によってＰＺＴ４２０およびマイクロアクチュエータアセンブリ４１４全体への電気接続がもたらされる。図示のように、導電性エポキシ４６０によって形成される電気接続部の最も高い部分は、ＳＳＴ抑制層４３０の上面よりも低い。より一般的には、電気接続が導電性接着剤、超音波熱圧着等によって接合されるワイヤ、はんだ付けまたは他の手法等のいずれによって行われるかを問わず、マイクロアクチュエータアセンブリ４１４の電気接続部４６１は、マイクロアクチュエータ４１４の最上部よりも高くない位置、またはより低い位置に設けられる。このため、電気接続を有しているマイクロアクチュエータアセンブリ４１４をできるだけ薄くすることができ、その結果、ディスクドライブアセンブリのプラッタスタック内にデータ記憶ディスクプラッタをより高密度に積層できる。
図２６は、図２５のＧＡＳサスペンションのＡ－Ａ’線断面図である。この実施形態では、導電性エポキシ等の導電性接着剤４６０は、抑制層４３０の上には配置されない。その代わりに、導電性エポキシ４６０は、ＰＺＴ素子４２０の上側の棚板部４２２上に位置し、その表面によってＰＺＴ４２０およびマイクロアクチュエータアセンブリ４１４全体への電気接続がもたらされる。図示のように、導電性エポキシ４６０によって形成される電気接続部の最も高い部分は、ＳＳＴ抑制層４３０の上面よりも低い。より一般的には、電気接続が導電性接着剤、超音波熱圧着等によって接合されるワイヤ、はんだ付けまたは他の手法等のいずれによって行われるかを問わず、マイクロアクチュエータアセンブリ４１４の電気接続部４６１は、マイクロアクチュエータ４１４の最上部よりも高くない位置、またはより低い位置に設けられる。このため、電気接続を有しているマイクロアクチュエータアセンブリ４１４をできるだけ薄くすることができ、その結果、ディスクドライブアセンブリのプラッタスタック内にデータ記憶ディスクプラッタをより高密度に積層できる。
【0052】
この図には、マイクロアクチュエータ４１４が取り付けられるトレースジンバルのステンレス部分１５４上の金層４６９も明瞭に示されている。金層４６９は、ＳＳＴに耐腐食性を与え、導電性を高める。
【0053】
この実施形態では、他のすべての実施形態と同様に、拘束層、より一般的にはＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリの上面には、通常、電気接続部以外には何も接合されていない。
【0054】
図２７は、シミュレーションに基づく、図２６のサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数の周波数応答を示すグラフである。このサスペンションでは、拘束層４３０の無いシミュレーションと比較して、揺れモードゲインおよびねじりモードゲインが低減していた。このため、ヘッド位置決め制御ループの帯域幅を上げることができ、その結果、データシーク時間を低減できるとともに、振動の影響を受け難くできるという効果がもたらされる。
【0055】
図２８Ａ～２８Ｊに、図２４の薄膜ＰＺＴアセンブリ１１４を製造するプロセスを示す。図２８Ａでは、バルクＰＺＴウェハ４２０が転写テープ４２２上に配置されている。図２８Ｂでは、上部電極層４２６が、スパッタリングおよび／または電着等によって形成されている。図２８Ｃでは、マスク４３６が上部電極４２６の一部の上に配置されている。図２８Ｄでは、導電性エポキシ４３２が施されている。図２８Ｅでは、拘束層４３０となるステンレス層がエポキシ上に施された後に硬化されている。図２７Ｆでは、マスク４３６が除去されている。図２７Ｇでは、アセンブリが裏返されて第２の転写テープ４４３上に置かれている。図２７Ｈでは、下部電極層４２８が、スパッタリングおよび／または電着等によって形成されている。次いで、ＰＺＴ素子４２０に分極処理が施される。図２７Ｉでは、アセンブリはもう一度裏返されて、第３の転写テープ４４４に配置されている。図２８Ｊでは、完成した状態のＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリ４１４を形成するために、アセンブリが個々に切断されている。
【0056】
図２９は、本発明の追加の実施形態に係る多層ＰＺＴアセンブリ５１４の側断面図である。このアセンブリは、多層ＰＺＴ素子５２０と、素子を包囲する第１の電極５２６と、第２の電極５２８と、導電性エポキシ５３２によってＰＺＴ素子５２０に接合された拘束層５３０とを有している。図示されているのは、２層ＰＺＴ素子である。より一般的には、素子はｎ層ＰＺＴ素子であってもよい。
【0057】
図３０は、極厚電極が抑制層として機能する、本発明の追加の実施形態に係る多層ＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリ６１４の側断面図である。この実施形態では、ＰＺＴ素子６２０は、上部電極６２６および下部電極６２８を有している。上部電極６２６は、棚板部を形成しているより薄い第１の部分６２２と、抑制機能の大部分を担うより厚い第２の部分６３０とを有している。段差６３４は、より薄い第１の部分６２２からより厚い第２の部分６３０への移行部に位置している。第２の電極６２６は、段差６３４を形成するためのマスキング工程を含んだ成膜処理によって、または、段差を形成するために材料を選択的に除去する成膜処理によって、ＰＺＴ素子６２０に施すことができる。あるいは、第２の電極６２６は、別個に形成されてからＰＺＴ素子６２０に接合されるＳＳＴ等の導電性材料の部品であってもよい。したがって、上部電極６２６の材料は、下部電極６２８の材料と同じであっても異なっていてもよい。より厚い第２の部分６３０は、より薄い部分６２２および／または第２の電極６２８よりも少なくとも５０％厚くてもよい。または、より厚い第２の部分６３０は、より薄い部分６２２および／または第２の電極６２８より少なくとも２倍厚くてもよい。図２４～２６の実施形態と同様に、電気接続部は、より薄い部分６２２によって形成されている棚板部に設けることができ、抑制層を形成しているより厚い部分６３０の上面以上の高さとならないように形成できる。
【0058】
本発明の範囲は、記載されている実施形態に厳密に限定されない。当業者であれば、本明細書の教示に基づいて、様々な変更を行うことができる。例えば、抑制層はステンレス鋼である必要はなく、他の比較的剛性の高い弾性材料であってもよい。抑制層は、１つの材料の単一層である必要はなく、材料の異なる複数の層から構成してもよい。抑制層は表面全体または実質的に上面全体を覆っていてもよい。しかしながら、抑制層は、表面全体よりも少ない部分、例えば、上面の面積の９０％、７５％、５０％または２５％よりも大きい部分を覆っていてもよい。段差を有する実施形態では、抑制層は、マイクロアクチュエータの上面の９５％未満を覆うと想定される。拘束層は、単一の一体的な層である必要はなく、ＰＺＴの上面に並んで配置された複数の拘束片等の複数の部分を有していてもよい。このような拘束片は、伸張／収縮の方向またはこれに垂直な方向に延びていてもよい。一実施形態では、拘束層は、ＰＺＴの上面に接合されたステンレス鋼または他の材料の２つの拘束片を含み、２つの拘束片のサイズ、位置および接合は、ＰＺＴの下面が接合される２つの取り付け用棚板部の取り付け領域と略対称をなしている。素子の上側の抑制層によって加えられる全体的な剛性が、サスペンションに接合することによって素子の下部に加えられる全体的な剛性と略一致し、接合された領域が互いに略対称的である場合は、結果として生じる実質的な曲げはゼロまたはゼロに近くなる。このため、サスペンションに取り付けおよび実装されたＰＺＴマイクロアクチュエータは、作動時にほとんど曲がらない。
【0059】
本明細書に記載または示唆される実施形態のいずれにおいても、拘束層は、拘束層が無い場合には作動時に発生する曲げを低減させるように選択してもよいし、ＰＺＴの曲げを可能な限り排除するように選択してもよいし、ＰＺＴ曲げの符号を逆にするように選択してもよい。ＰＺＴがハードディスクドライブのマイクロアクチュエータとして使用される用途では、多くの場合、上記の例示的な例で図示および記載されているように拘束層を用いることによって曲げの符号を逆にすることが望ましいと考えられる。なぜなら、この形態では、有効ストローク長を長くできるからである。ただし、符号を逆にすることは望ましくないＰＺＴの用途もある。したがって、一般的には、本発明は、ＰＺＴが特定の用途において他の部品にどのように取り付けまたは装着されるかに関係なく、ＰＺＴの曲げの方向と量の両方を制御するために使用できる。拘束層を用いることによって、選択した用途およびパラメータに応じて、拘束層が無い場合の曲げの５０％未満または２５％未満に曲げを低減させてもよいし、または、曲げの符号を逆にしてもよい。符号が逆になった場合、下面の端部またはその近傍で接合されているとともに上側に抑制層を有しているＰＺＴは、伸張モードまたは拡張モードでは、上面が凹状になるように曲がる。つまり、抑制層を有していない類似のＰＺＴのように凸状にはならない。同様に、収縮モードでは、ＰＺＴは、抑制層を有していない類似のＰＺＴのように凹状になるのではなく、凸状になる。
【0060】
特定の用途においては、様々な理由からＰＺＴ素子に予め応力が加えられている場合があり、ＰＺＴが電圧によって作動されていない状態でも所定の方向に曲がっている。つまり、すでに凹状または凸状になっている。当然ながら、このように予め応力の加えられたＰＺＴも、本発明においてマイクロアクチュエータとして使用できる。この場合、ＰＺＴは、実質的もしくは完全な凹状または実質的もしくは完全な凸状に曲がらない可能性がある。例えば、ＰＺＴに予め応力が加えられてすでに凹状である場合は、正の作動電圧によって作動されると、素子がより凹んだ形状に曲がる。一方、負の作動電圧で作動されると、凹みの小さくなった形状に曲がり、名目上は平坦な形状または凸状になる。特に定義しない限り、「凹状」および「凸状」という用語は、絶対的な用語ではなく相対的な用語として理解されるべきである。
【0061】
図３１は、多層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ３１００の一実施形態の断面図である。このマイクロアクチュエータアセンブリの抑制層は、主能動ＰＺＴ層３１２０とは反対方向に作用する傾向を有する１つまたは複数の能動ＰＺＴ層３１３０、３１４０を含んでいる。主能動ＰＺＴ層３１２０は、マイクロアクチュエータ３１００が接合されるサスペンションの表面の近傍に位置している。ＰＺＴ抑制層３１３０、３１４０は、主ＰＺＴ層３１２０の動作を拘束し、能動的に対抗するため、「拘束層」または「対抗層」と称する場合もある。
【0062】
ＰＺＴ層３１２０、３１３０および３１４０は、平らに互いに積み重ねられた関係で配置される。主ＰＺＴ層３１２０は、能動ＰＺＴ領域３１２１と、非能動ＰＺＴ領域３１２２および３１２３とを有している。能動ＰＺＴ領域３１２１は、ポーリング処理時に電界が印加されて分極されているため、素子の作動時に電界が印加されると伸張または収縮する。非能動ＰＺＴ領域３１２２および３１２３は、ポーリング処理および作動の際に有意な電界が印加されないため、圧電的に有意に作用しない。この素子は、第１の電極または下部電極３１２４と、能動ＰＺＴ領域のための第２の電極または上部電極３１２６と、端部３１２８を有し、第１の能動拘束層３１３０と第２の能動拘束層３１４０との間に延在するとともにＰＺＴの端部を包囲している第３の電極３１３２と、第２の能動拘束層３１４０の上に位置して、素子の側面と下面の両方を包囲する包囲部３１４３を有している第４の電極３１４２と、を備えている。素子は、導電性エポキシ３１６０等の導電性接着剤によってサスペンションに接合されている。導電性エポキシ３１６０は、電極３１４２を、マイクロアクチュエータ駆動電圧を供給する駆動電圧電気接触パッド１５８に機械的および電気的に接合している。また、素子は、電極３１２４および３１２８をサスペンションの接地部分１５４に機械的および電気的に接合する導電性エポキシ３１６２によってもサスペンションに接合されている。
【0063】
素子の動作を理解するためには、素子がどのようにポーリング処理されているかを理解する必要がある。図３２に、図３１の素子のポーリング処理を示す。この図には、結果として生じる、能動ＰＺＴ材料の複数の層の分極方向が示されている。印加される電圧は３つであり、正電圧（Ｖｐ＋）が電極３１２４に印加され、電極３１２８に負電圧（Ｖｐ－）が印加され、アースは電極３１４２に印加される。図中の矢印は、能動ＰＺＴ層３１２０、３１３０および３１４０の、結果として得られる分極方向を示している。
【0064】
図３１を再び参照すると、この図は、例示的な本実施形態において素子３１００がどのように接続されるかを示している。導電性エポキシ３１６２が電極３１２４と３１３２との間の隙間を埋めることによってこれらを電気的に連結するため、ポーリング処理時に３極であった素子を、動作時には２極素子に変更する。電極の連結は、他の周知の電気接続手段を用いて、導電性エポキシ３１６２以外の手段で達成することもできるが、サスペンションアセンブリへの素子の接合に用いられている導電性エポキシ３１６２を利用することによって、別の連結工程を必要とせずに連結機能を得ることができる。
【0065】
電極３１４２に電圧が印加され、能動領域３１２１の伸張によって、主ＰＺＴ層３１２０が図示されるようにｘ方向（左右方向）に伸張するときには、能動ＰＺＴ拘束層３１３０および３１４０は、ｘ方向に収縮する。すなわち、２つの拘束層３１３０、３１４０は、主ＰＺＴ層３１２０と対抗する、すなわち反対方向に作用する傾向を有している。
【0066】
より詳細に説明すると、素子が図３２に示されるようにポーリング処理され、図３１に示すように電気接続されている場合、素子は以下のように動作する。電極３１２４が接地された状態で電気接触パッド１５８および電極３１４２に印加される正の素子作動電圧によって、以下の反応が生じる。主ＰＺＴ層３１２０に印加される作動電圧の極性は、ポーリング処理時の極性とは逆である。したがって、主ＰＺＴ層３１２０はｚ方向に収縮し、このためｘ方向に伸張する。一方、この作動電圧の極性は、ポーリング処理で２つの拘束層３１３０、３１４０に印加された極性と同じである。したがって、これらのＰＺＴ層はｚ方向に伸張し、このためｘ方向に収縮する。このように、２つの拘束層３１３０、３１４０は収縮する傾向を有し、主ＰＺＴ層３１２０は対応する方向に伸張する傾向を有している。
【0067】
主ＰＺＴ層と反対方向に作用する拘束層の効果は、図１０の拘束層１３０のような受動的拘束層や、上記の他の実施形態の同様の抑制層２３０、３３０、４３０、５３０および６３０の効果と同様である。能動ＰＺＴ抑制層の作用により、主ＰＺＴ層と、サスペンションへの主ＰＺＴ層への組み付け（接合）とによって発生する曲げが減少し、曲げの符号を逆にすることさえ可能となる。いずれの場合でも、取り付けられたマイクロアクチュエータによってもたらされる実質的な変位が増加する。
【0068】
図３３は、図３１のマイクロアクチュエータアセンブリの分解図であり、電気接続が概念的に示されている。図３１および図３２には図示していないが図３３に示されている任意選択の特徴には、電極３１３２のパターニング３１３３と、電極３１４２に対応付けられた電圧抑制器３１４４とが含まれるが、これらの機能については後述する。
【0069】
マイクロアクチュエータアセンブリを薄くすることが望ましい理由は以下の通りである。（１）サスペンション、特にジンバルを用いるＤＳＡサスペンション（ＧＳＡサスペンションと称されることもある）のジンバルまたはその近傍の質量を小さくでき、その結果、ｇ力として測定されるリフトオフ力、すなわち、衝撃に対する耐性が上がる。（２）風損を低減できる。（３）ヘッド積層アセンブリの積層密度を高めることができるため、同じ体積のディスクドライブ積層アセンブリスペースにより多くのデータを格納できる。このような理由により、ＰＺＴ拘束層を非常に薄くすることが望ましい。ただし、ＰＺＴ拘束層が薄いほど、動作中にこれらの層全体の電界強度が高くなるため、過度に高い電界強度によって動作中に消極が発生しやすくなる。したがって、名目上、主ＰＺＴ層および拘束ＰＺＴ層の厚さを同じにする必要がある。
【0070】
拘束ＰＺＴ層の消極を発生させることなく薄くする方法のひとつは、主ＰＺＴ層の電界を大幅に減少させることなく、１つまたは複数の手段によって、拘束層全体の電界強度を下げることである。この目的を達成するための第１の手段は、能動ＰＺＴ拘束層の１つと動作的に関連付けられているが、主ＰＺＴ層とは動作的に関連付けられていない１つまたは複数の電極をパターニングすることである。パターニングは、電極３１３２に穴３１３３を追加することや、他の電気的ボイドを追加することによって行える。パターニングは、平行または交差する導体のグリッド等のメッシュパターンであってもよく、間に電気的ボイドを有していてもよい。平面電極３１３２における導電体の面積の割合を減少させることによって、主ＰＺＴ層３１２０の電界強度を低減させることなく、拘束層３１３０および３１４０の電界強度を効果的に下げることができる。
【0071】
第２の手段は、拘束層が消極され難くするために、拘束層の抗電界強度を増加させることである。抗電界強度（圧電材料を指す場合は単に「抗電力（ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）」）とは、圧電材料の消極に要する電界強度の尺度である。拘束層３１３０、３１４０の抗電力を主ＰＺＴ層３１２０よりも高くすることによって、主ＰＺＴ層と同じ作動電圧が印加されたときに消極が発生するリスクを回避しながら、これらの拘束層をより薄くできる。拘束層３１３０、３１４０は、異なるもしくはわずかに異なる圧電材料を使用することや、他の処理を行うことによって、ｄ３１ストローク長または他の望ましい特性のある程度の損失と引き換えに、より高い抗電力を有するように形成することもできる。
【0072】
別の方法は、分圧抵抗ネットワーク、ダイオード、電圧レギュレータまたは機能的に類似した各種の周知装置等の電圧抑制器を使用して、拘束層に関連付けられた駆動電極に印加される有効電圧を下げることである。図では、一般的な電圧抑制器３１４４によって、電極３１４２が受け取る電圧が低くされるため拘束層３１４０が受ける電界強度が低下しているが、主ＰＺＴ層３１２０が受ける電界強度は低下していない。分圧器は、例えば、ＰＺＴ材料の表面上に分圧器抵抗ネットワークを形成するように金属化処理を行って電極層を形成することによって、隣接する圧電層間に一体的に形成および配置できる。単純な抵抗分圧器はグランドを必要とする場合もあるが、グランドは同じ層に設けることができる。このような装置の設計者には明らかであるように、多くの構成が可能である。
【0073】
パターニング３１３３および電圧抑制器３１４４はいずれも拘束層３１４０の電界強度を弱めるため、好ましくない消極を動作時に発生させることなく、拘束層３１４０をより薄くできる。電極パターニング、電圧抑制器、拘束層３１３０および／または３１４０の電界強度を減少させる他の手段等を使用できる。パターニング３１３３は、電極３１３２と一体的に形成されるため、マイクロアクチュエータアセンブリに一体形成されて組み込まれる。電極の１つに対する電圧抑制器は、アセンブリと一体形成されて組み込まれてもよいし、対応する電極自体が電気リードを有し、他の電極と接合されていない場合は、アセンブリの外部に設けてもよい。
【0074】
【0075】
図３４は、様々な拘束層構造（ＣＬＣ）のシミュレーションに基づく、１つまたは複数の能動抑制層を有するマイクロアクチュエータのストローク感度（ｎｍ／Ｖ）を示すグラフである。このグラフは、主ＰＺＴ層の厚さが４５μｍであり、電界強度を弱めるためのパターニング３１３３または電圧抑制器３１４４を有していない以下の３つの異なる構造に関するグラフである。
ａ）１つの非能動抑制層（「受動ＣＬＣ」、ひし形のデータ点）
ｂ）１つの能動抑制層（「単層」、正方形のデータ点）
ｃ）２つの能動抑制層（「２層」、三角形のデータ点）
このデータから、少なくとも検討したパラメータについては、主ＰＺＴ層と反対方向に作用する能動抑制層を１つ備えたＰＺＴマイクロアクチュエータは、抑制層が非能動材料である場合よりもストローク感度が常に高いことがわかる。最も高いストローク感度は、抑制層として機能する（つまり、主ＰＺＴ層とは反対方向に作用する）の複数の能動ＰＺＴ薄層によって達成されている。具体的には、最も高いストローク感度は、厚さがそれぞれ５μｍまたは主ＰＺＴ層の厚さの約１１％である２つの抑制層を設けることによって達成されている。したがって、拘束層の厚さは、好適には主ＰＺＴ層の厚さの５０％未満、より好適には主ＰＺＴ層の厚さの２０％未満、さらに好適には主ＰＺＴ層の厚さの５～１５％であることが望ましい。
ａ）１つの非能動抑制層（「受動ＣＬＣ」、ひし形のデータ点）
ｂ）１つの能動抑制層（「単層」、正方形のデータ点）
ｃ）２つの能動抑制層（「２層」、三角形のデータ点）
このデータから、少なくとも検討したパラメータについては、主ＰＺＴ層と反対方向に作用する能動抑制層を１つ備えたＰＺＴマイクロアクチュエータは、抑制層が非能動材料である場合よりもストローク感度が常に高いことがわかる。最も高いストローク感度は、抑制層として機能する（つまり、主ＰＺＴ層とは反対方向に作用する）の複数の能動ＰＺＴ薄層によって達成されている。具体的には、最も高いストローク感度は、厚さがそれぞれ５μｍまたは主ＰＺＴ層の厚さの約１１％である２つの抑制層を設けることによって達成されている。したがって、拘束層の厚さは、好適には主ＰＺＴ層の厚さの５０％未満、より好適には主ＰＺＴ層の厚さの２０％未満、さらに好適には主ＰＺＴ層の厚さの５～１５％であることが望ましい。
【0076】
２つの能動抑制層の構成の場合、ストローク感度は抑制層の厚さが増加するにつれて顕著に減少し、厚さ約５μｍの２つの能動拘束層の構成のストローク感度が最も高かった。したがって、マイクロアクチュエータは、合計の厚さが主ＰＺＴ層の厚さよりも薄い２つ以上の抑制層を有することが好ましく、合計厚さが主ＰＺＴ層の厚さの５０％未満であることがより好ましい。より好適には、各拘束層の厚さは主ＰＺＴ層の厚さの半分未満である。さらに好適には、各拘束層の厚さは主ＰＺＴ層の厚さの２０％未満であり、さらに好適には、主ＰＺＴ層の厚さの５～１５％である。
【0077】
単一の能動抑制層を有するマイクロアクチュエータアセンブリの場合、抑制層の厚さの増加に伴うストローク感度の低下は、２つの能動抑制層の場合ほど顕著ではなかった。単一の能動抑制層の局所的な最大値は、厚さ約１０μｍで発生している。したがって、単一の能動抑制層を有するマイクロアクチュエータアセンブリの場合、層の厚さは、主ＰＺＴ層の厚さの１０～４０％であることが好ましく、主ＰＺＴ層の厚さの約１０～２０％であることがより好ましい。
【0078】
図３５は、マイクロアクチュエータアセンブリが複数の能動ＰＺＴ層を有している別の実施形態を示す断面図であって、ポーリング処理および結果として生じる分極方向を概念的に示す図である。図３５の素子が、電極３５２４および３５２８が導電性エポキシによって連結された状態で図３１に示すようなサスペンションに電気的および機械的に接合されると、１つの主能動ＰＺＴ層と、３つの能動ＰＺＴ層とが形成される。３つの能動ＰＺＴ層は、主能動ＰＺＴ層とは反対方向に作用する傾向を有しているため抑制層として機能する。つまり、下側のＰＺＴ層が伸張して上側の３つのＰＺＴ層が収縮する。または、この逆の状態になる。
【0079】
マイクロアクチュエータアセンブリの構成は、図３１～３３に示す１つの主能動ＰＺＴ層および２つの能動ＰＺＴ抑制層を有する素子や、図３５に示す１つの主能動ＰＺＴ層と３つの能動ＰＺＴ抑制層を有する素子から、任意の数の主能動層および能動抑制層を有する素子に拡張可能である。１つまたは複数の拘束層の電界強度は、電極パターニングおよび／または電圧抑制器を含む様々な手段によって低減できる。用途に応じた最適な拘束層の数と最適な厚さは実験を行うことによって判断できる。
【0080】
本明細書で開示されるＰＺＴマイクロアクチュエータは、ディスクドライブサスペンション以外の技術分野でもアクチュエータとして使用できる。したがって、そのようなマイクロアクチュエータおよびそれらの構造の詳細は、使用される環境、ディスクドライブのサスペンション環境またはその他の環境に関係なく、本発明に係る素子に含まれる。
【0081】
図３６は、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４０００の一実施形態の等角図である。図３７は、ＰＺＴの幅方向のＣ－Ｃ’切断線に沿った、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４０００の断面図である。この単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４０００も、上部電極４０４２、ＰＺＴ素子４０４０および下部電極４０３２を有している。上部電極４０４２は、ＰＺＴ素子４０４０の上面４０４８に取り付けられている。下部電極４０３２は、ＰＺＴ素子４０４０の下面４０３４に取り付けられている。
【0082】
上部電極４０４２の幅Ｗ１は、下部電極４０３２の幅Ｗ２よりも狭い。上部電極４０４２は、上部電極４０４２の終端である段差４０４４を有している。ＰＺＴ素子４０４０は、上面４０４８に、上部電極４０４２によって覆われていない露出部４０４６を有している。いくつかの実施形態では、上部電極４０４２は、ＰＺＴ接合面の反対側でＰＺＴ素子４０４０に配置される。
【0083】
上部電極４０４２は、段差４０４４を形成するためのマスキング工程を含んだ成膜処理によって、または、段差４０４４を形成するために材料を選択的に除去する成膜処理によって、ＰＺＴ素子４０４０に施すことができる。あるいは、上部電極４０４２は、別個に形成されてからＰＺＴ素子４０４０に接合されるＳＳＴまたは本明細書に記載の他の導電性材料の部品であってもよい。したがって、上部電極４０４２の材料は、下部電極４０３２の材料と同じであっても異なっていてもよい。
【0084】
図３８Ａは、本開示の一実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４０００を有しているサスペンションのジンバル４０５０の平面図である。露出部４０４６（すなわち電極デッドゾーン）は、ＰＺＴの内側に配置され、ＰＺＴ上面の残りの部分は上部電極４０４２である。ＰＺＴは、ジンバルアセンブリを有しているジンバルに取り付けられ、読み取り／書き込みヘッドスライダを保持するサスペンションのジンバル領域に直接作用する。２つのマイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４０００は、マイクロアクチュエータ４０００の基端が接合される舌状部４０５４と、マイクロアクチュエータ４０００の先端が接合されるトレースジンバルの部分４０５６とに接着され、これらの間の隙間を延びている。
【0085】
図３８Ｂは、本開示の一実施形態に係る図３８Ａのサスペンション４０５０のＤ－Ｄ’線断面図である。ＰＺＴ下部電極４０３２の基端および先端は、非導電性接着剤５０２および導電性接着剤５０４によってそれぞれ接合される。上部電極４０４２の基端にも導電性接着剤５０４が施され、ＰＺＴ電気接続を形成している。マイクロアクチュエータアセンブリ４０００は、作動されると伸張または収縮するため、舌状部４０５４とトレースジンバルの部分４０５６（図３８Ａ）との間の隙間の長さを変化させる。これによって、読み取り／書き込みトランスデューサを保持しているヘッドスライダの微細な位置決め移動が可能となっている。
【0086】
上部電極４０４２の幅寸法が狭くされていることによって、基端の非導電性接着剤５０２と先端の導電性接着剤５０４での接着接合によって下部電極４０３２に加えられる抑制に対抗する作為的な抑制が生じている。上部電極４０４２の幅を適切に選択することにより、サスペンションＰＺＴ励起周波数応答関数（ＦＲＦ）のゲインを、周波数帯域全体にわたっていくつかの主要モードで小さくできる。
【0087】
図３９に、シミュレーションに基づく、図３８のサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数のグラフを示す。上部電極４０４２の幅は、下部電極４０３２よりも０．０５ｍｍ狭い。その結果、第１ジンバルねじりモード（ＧＴ１）、回路ねじりモード、ロードビーム揺れモードのゲインが改善されている。特に、ロードビーム揺れモードのゲインは３ｄＢ小さくなり、ヘッド位置決めサーボ制御の帯域幅が改善され、その結果、データシーク時間を低減できるとともに、振動の影響を受け難くできる。
【0088】
図４０は、本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４０００を有しているサスペンションのジンバル４１５０の平面図である。図４０では、露出部４０４７（電極デッドゾーン）は、ＰＺＴ上面４０４８の外側に配置され、ＰＺＴ上面の残りの部分は上部電極４０４２である。
【0089】
図４１に、シミュレーションに基づく、図４０のサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数のグラフを示す。このサスペンションでは、第１のジンバルねじりモード、回路ねじりモードおよびロードビーム揺れゲインが変化した。本明細書に記載の単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリの本実施形態は、反対のゲインピークを有する１つのサスペンションのＰＺＴのＦＲＦを調整して上記モードでのＰＺＴのＦＲＦを最適化するために使用できる。
【0090】
図４２は、本開示の一実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４１００を有しているサスペンションのジンバル４２５０の平面図である。図４２では、露出部４１４６（電極デッドゾーン）は、ＰＺＴ上面４１４８の内側および外側の両方に配置され、ＰＺＴ上面４１４８の残りの部分は上部電極４１４２である。図４３は、ＰＺＴの幅方向のＥ－Ｅ’切断線に沿った、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４１００の断面図である。単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４１００は、上部電極４１４２、ＰＴＺ素子４１４０および下部電極４１３２を有している。上部電極４１４２は、ＰＺＴ素子４１４０の上面４１４８に取り付けられている。下部電極４１３２は、ＰＺＴ素子４１４０の下面４１３４に取り付けられている。上部電極４１４２の幅Ｗ３は、下部電極４１３２の幅Ｗ４よりも狭い。上部電極４１４２は、上部電極４１４２の終端である段差４１４４を有している。ＰＺＴ素子４１４０は、上面４１４８に、上部電極４１４２によって覆われていない露出部４１４６を有している。いくつかの実施形態では、上部電極４１４２は、ＰＺＴ接合面の反対側でＰＺＴ素子４１４０に配置される。
【0091】
上部電極および下部電極は、段差４１４４を形成するためのマスキング工程を含んだ成膜処理によって、または、上面を形成するために材料を選択的に除去する成膜処理によって、ＰＺＴ素子４１４０に施すことができる。あるいは、上部電極は、別個に形成されてからＰＺＴ素子４１４０に接合されるＳＳＴ等の導電性材料からなる別個の部分であってもよい。したがって、上部電極の材料は、下部電極４１３２の材料と同じであっても異なっていてもよい。
【0092】
上部電極４１４２の寸法が狭くされていることによって、下部電極の基端および先端でのＰＺＴ接合によって下部電極４１３２に加えられる抑制に対抗する作為的な抑制が生じている。上部電極の幅を適切に選択することにより、サスペンションＰＺＴ励起ＦＲＦのゲインを、周波数帯域全体にわたっていくつかの主要モードでさらに小さくできる。
【0093】
図４４Ａは、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４０００が回転した状態の、サスペンション４２５０のジンバルの斜視図である。単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４０００が回転しているため、上部電極４０４２が第１の側部電極５０４２になり、露出部４０４６も側面に位置している。下部電極４０３２は第２の側部電極５０３２になっている。この構成では、第１の側部電極５０４２および第２の側部電極５０３２は、２つの側面において銅接合パッドに電気的に接続されている。
【0094】
図４４Ｂは、本開示の一実施形態に係る、図４４ＡのＦ－Ｆ’線断面図である。ＰＺＴの第１の側部電極５０４２は、導電性接着剤６０４によって先端側銅パッド６０６に接合されている。第１の側部電極５０４２には、非導電性接着剤６０２も施されている。図４４Ｃは、本開示の一実施形態に係る、図４４ＡのＧ－Ｇ’線断面図である。ＰＺＴの第２の側部電極５０３２は、導電性接着剤６０４によって基端側銅パッド６０８に接合されている。マイクロアクチュエータアセンブリ４０００は、作動されると伸張または収縮するため、読み取り／書き込みトランスデューサを保持しているヘッドスライダの微細な位置決め移動が可能となっている。
【0095】
第１の側部電極５０４２の幅寸法が狭くされていることによって、先端の非導電性接着剤６０２および基端の導電性接着剤６０４での接着接合によって第２の側部電極５０３２に加えられる抑制に対抗する作為的な抑制が生じている。第１の側部電極５０４２の幅を適切に選択することにより、サスペンションＰＺＴ励起周波数応答関数（ＦＲＦ）のゲインを、周波数帯域全体にわたっていくつかの主要モードでさらに小さくできる。
【0096】
図４５Ａは、本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４２００を有しているサスペンション４３５０のジンバルの平面図である。図４５Ａでは、露出部４２４６（電極デッドゾーン）は、ＰＺＴ上面４２４８の内側と外側の両方に配置され、ＰＺＴ上面４２４８の残りの部分は上部電極４２４２である。露出部４２４６（電極デッドゾーン）は、内側に湾曲するように構成されており、ＰＺＴ上面４２４６の中心またはその付近で上部電極４２４２の表面積が小さくなっている。上部電極４２４２の断面積は、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４２００の先端および基端に近づくほど大きくなっている。
【0097】
図４５Ｂは、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４２００の中心をＰＺＴ幅方向に横断する切断線Ｈ－Ｈ’に沿った単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４２００の断面図である。上部電極４２４２は、ＰＺＴ素子４２４０の上面４２４８に取り付けられている。下部電極４２３２は、ＰＺＴ素子４２４０の下面４２３４に取り付けられている。上部電極４２４２は、基端および先端に向かって増加する不定幅Ｗ５を有している。上部電極４２４２の不定幅Ｗ５は、下部電極４２３２の幅Ｗ６よりも狭い。上部電極４２４２は、上部電極４２４２の終端である段差４２４４を有している。ＰＺＴ素子４２４０は、上面４２４８に、上部電極４２４２によって覆われていない露出部４２４６を有している。いくつかの実施形態では、上部電極４２４２は、ＰＺＴ接合面の反対側でＰＺＴ素子４２４０に配置される。
【0098】
上部電極および下部電極は、段差４２４４を形成するためのマスキング工程を含んだ成膜処理によって、または、上部電極を形成するために材料を選択的に除去する成膜処理によって、ＰＺＴ素子４２４０に施すことができる。あるいは、上部電極４２４２は、別個に形成されてからＰＺＴ素子４２４０に接合される、ＳＳＴまたは本明細書に記載の他の材料等の導電性材料からなる別個の部品であってもよい。したがって、上部電極４２４２の材料は、下部電極４２３２の材料と同じであっても異なっていてもよい。
【0099】
上部電極４２４２の断面が一定ではないことによって、下部電極の基端および先端でのＰＺＴ接合によって下部電極４２３２に加えられる抑制に対抗する作為的な抑制が生じている。上部電極４２４２の幅を変化させることによって、サスペンションＰＺＴ励起ＦＲＦのゲインを、周波数帯域全体にわたっていくつかの主要モードでさらに小さくできる。
【0100】
図４５Ｃは、シミュレーションに基づく、図４５ＡのサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数のグラフである。電極の両側の湾曲した露出部（電極のデッドゾーン）は、第２のジンバルねじりモード（ＧＴ２）ゲインの最適化に使用できる。
【0101】
図４６Ａは、本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４３００を有しているサスペンション４４５０のジンバルの平面図である。図４６Ａでは、露出部４３４６（電極デッドゾーン）は、ＰＺＴ上面４３４８の内側に配置され、ＰＺＴ上面４３４８の残りの部分は上部電極４３４２である。露出部４３４６（電極デッドゾーン）は、内側に湾曲するように構成されており、ＰＺＴ上面４３４８の中心またはその付近で上部電極４３４２の表面積が小さくなっている。上部電極４３４２の断面積は、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４３００の先端および基端に近づくほど大きくなっている。
【0102】
図４６Ｂは、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４３００の中心をＰＺＴ幅方向に横断する切断線Ｊ－Ｊ’に沿った単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４３００の断面図である。上部電極４３４２は、ＰＺＴ素子４３４０の上面４３４８に取り付けられている。下部電極４３３２は、ＰＺＴ素子４３４０の下面４３３４に取り付けられている。上部電極４３４２は、基端および先端に向かって増加する不定幅Ｗ７を有している。上部電極４２４２の不定幅Ｗ７は、下部電極４３３２の幅Ｗ８よりも狭い。上部電極４３４２は、上部電極４３４２の終端である段差４３４４を有している。ＰＺＴ素子４３４０は、上面４３４８に、上部電極４３４２によって覆われていない露出部４３４６を有している。いくつかの実施形態では、上部電極４３４２は、ＰＺＴ接合面の反対側でＰＺＴ素子４３４０に配置される。
【0103】
上部電極および下部電極は、段差４３４４を形成するためのマスキング工程を含んだ成膜処理によって、または、上部電極を形成するために材料を選択的に除去する成膜処理によって、ＰＺＴ素子４３４０に施すことができる。あるいは、上部電極４３４２は、別個に形成されてからＰＺＴ素子４３４０に接合されるＳＳＴまたは本明細書に記載の他の材料等の導電性材料からなる別個の部品であってもよい。したがって、上部電極４３４２の材料は、下部電極４３３２の材料と同じであっても異なっていてもよい。
【0104】
上部電極４３４２の断面が一定ではないことによって、下部電極の基端および先端でのＰＺＴ接合によって下部電極４３３２に加えられる抑制に対抗する作為的な抑制が生じている。上部電極４３４２の幅を変化させることによって、サスペンションＰＺＴ励起ＦＲＦのゲインを、周波数帯域全体にわたっていくつかの主要モードでさらに小さくできる。
【0105】
図４６Ｃは、シミュレーションに基づく、図４６ＡのサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数のグラフである。電極の内側の湾曲した露出部（電極のデッドゾーン）は、第１ジンバルねじりモード（ＧＴ１）のゲイン（ＧＴ１位相遅れの増加）と揺れゲイン（揺れモードの位相進みの増加）の最適化に使用できる。
【0106】
図４７Ａは、本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４４００を有しているサスペンション４５５０のジンバルの平面図である。図４７Ａでは、露出部４４４６（電極デッドゾーン）は、ＰＺＴ上面４４４８の外側に配置され、ＰＺＴ上面４４４８の残りの部分は上部電極４４４２である。露出部４４４６（電極デッドゾーン）は、内側に湾曲するように構成されており、ＰＺＴ上面４４４８の中心またはその付近で上部電極４４４２の表面積が小さくなっている。上部電極４４４２の断面積は、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４４００の先端および基端に近づくほど大きくなっている。
【0107】
図４７Ｂは、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４４００の中心をＰＺＴ幅方向に横断する切断線Ｋ－Ｋ’に沿った単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４４００の断面図である。上部電極４４４２は、ＰＺＴ素子４４４０の上面４４４８に取り付けられている。下部電極４４３２は、ＰＺＴ素子４４４０の下面４３３４に取り付けられている。上部電極４４４２は、基端および先端に向かって増加する不定幅Ｗ９を有している。上部電極４４４２の不定幅Ｗ９は、下部電極４４３２の幅Ｗ１０よりも狭い。上部電極４４４２は、上部電極４４４２の終端である段差４４４４を有している。ＰＺＴ素子４４４０は、上面４４４８に、上部電極４４４２によって覆われていない露出部４４４６を有している。いくつかの実施形態では、上部電極４４４２は、ＰＺＴ接合面の反対側でＰＺＴ素子４４４０に配置される。
【0108】
上部電極および下部電極は、段差４４４４を形成するためのマスキング工程を含んだ成膜処理によって、または、上部電極を形成するために材料を選択的に除去する成膜処理によって、ＰＺＴ素子４４４０に施すことができる。あるいは、上部電極４４４２は、別個に形成されてからＰＺＴ素子４４４０に接合されるＳＳＴまたは本明細書に記載の他の材料等の導電性材料からなる別個の部品であってもよい。したがって、上部電極４４４２の材料は、下部電極４４３２の材料と同じであっても異なっていてもよい。
【0109】
上部電極４４４２の断面が一定ではないことによって、下部電極の基端および先端でのＰＺＴ接合によって下部電極４４３２に加えられる抑制に対抗する作為的な抑制が生じている。上部電極４４４２の幅を変化させることによって、サスペンションＰＺＴ励起ＦＲＦのゲインを、周波数帯域全体にわたっていくつかの主要モードでさらに小さくできる。
【0110】
図４７Ｃは、シミュレーションに基づく、図４７ＡのサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数のグラフである。電極の外側の湾曲した露出部（電極のデッドゾーン）は、第１ジンバルねじりモード（ＧＴ１）のゲイン（ＧＴ１位相遅れの増加）と揺れゲイン（揺れモードの位相進みの増加）の最適化に使用できる。
【0111】
図４８Ａは、本開示の一実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４５００を有しているサスペンションのジンバル４６５０の平面図である。露出部４５４６（すなわち電極デッドゾーン）は、ＰＺＴの先端に配置され、露出部の外側の部分が内側の部分よりも大きくなるように湾曲している。ＰＺＴ上面の残りの部分は上部電極４５４２である。２つのマイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４５００は、マイクロアクチュエータ４５００の基端が接合される舌状部４５５４と、マイクロアクチュエータ４５００の先端が接合されるトレースジンバルの部分４５５６とに接着され、これらの間の隙間を延びている。
【0112】
図４８Ｂは、本開示の一実施形態に係る、図４８Ａのサスペンション４６５０のＬ－Ｌ’線断面図である。ＰＺＴ下部電極４５３２の基端および先端は、非導電性接着剤５０２および導電性接着剤５０４によってそれぞれ接合される。上部電極４５４２の基端にも導電性接着剤５０４が施され、ＰＺＴ電気接続を形成している。マイクロアクチュエータアセンブリ４５００は、作動されると伸張または収縮するため、舌状部４５５４とトレースジンバルの部分４５５６（図４８Ａ）との間の隙間の長さを変化させる。これによって、読み取り／書き込みトランスデューサを保持しているヘッドスライダの微細な位置決め移動が可能となっている。
【0113】
図４８Ｃは、シミュレーションに基づく、図４８ＡのサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数のグラフである。電極の先端の湾曲した露出部（電極デッドゾーン）は、第１のねじりモード（Ｔ１）ゲインと第１のジンバルねじりモード（ＧＴ１）の最適化に使用できる。
【0114】
図４９Ａは、本開示の代替的な実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４６００を有しているサスペンション４７５０のジンバルの平面図である。図４９Ａでは、露出部４６４６（電極デッドゾーン）は、ＰＺＴ上面４６４８の外側に配置され、ＰＺＴ上面４４４６の残りの部分は上部電極４６４２である。具体的には、上部電極４６４２は、先端部、基端部および先端部と基端部とを接続する接続部を有している。図示のように、上部電極４６４２の基端部の表面積は、先端部の表面積より大きい。あるいは、上部電極４６４２の先端部の表面積は、基端部の表面積より大きくてもよい。他の実施形態では、基端部および先端部の表面積は同じまたは実質的に同じである。露出部４６４６（電極デッドゾーン）は、上部電極４６４２の先端部、基端部および接続部によって画定されている。先端部および基端部の断面積は、上部電極４６４２の接続部の断面積よりも大きい。
【0115】
図４９Ｂは、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４４００の中心をＰＺＴ幅方向に横断する切断線Ｍ－Ｍ’に沿った単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４６００の断面図である。上部電極４６４２は、ＰＺＴ素子４６４０の上面４６４８に取り付けられている。下部電極４６３２は、ＰＺＴ素子４６４０の下面４６３４に取り付けられている。上部電極４６４２の接続部の幅Ｗ１１は、基端部および先端部（図示しない）の幅よりも小さい。また、上部電極４６４２の幅Ｗ１１は、下部電極４６３２の幅Ｗ１２よりも狭い。上部電極４６４２は、上部電極４６４２の終端である段差４６４４を有している。ＰＺＴ素子４６４０は、上面４６４８に、上部電極４６４２によって覆われていない露出部４６４６を有している。いくつかの実施形態では、上部電極４６４２は、ＰＺＴ接合面の反対側でＰＺＴ素子４６４０に配置される。
【0116】
上部電極および下部電極は、段差４６４４を形成するためのマスキング工程を含んだ成膜処理によって、または、上部電極を形成するために材料を選択的に除去する成膜処理によって、ＰＺＴ素子４６４０に施すことができる。あるいは、上部電極４６４２は、別個に形成されてからＰＺＴ素子４６４０に接合されるＳＳＴまたは本明細書に記載の他の材料等の導電性材料からなる別個の部品であってもよい。したがって、上部電極４６４２の材料は、下部電極４６３２の材料と同じであっても異なっていてもよい。
【0117】
上部電極４６４２が複数の断面積を有していることによって、下部電極の基端および先端でのＰＺＴ接合によって下部電極４６３２に加えられる抑制に対抗する作為的な抑制が生じている。上部電極４６４２の幅を変化させることによって、サスペンションＰＺＴ励起ＦＲＦのゲインを、周波数帯域全体にわたっていくつかの主要モードでさらに小さくできる。
【0118】
図４９Ｃは、シミュレーションに基づく、図４９ＡのサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数のグラフである。電極の外側の湾曲した露出部（電極のデッドゾーン）は、第１ジンバルねじりモード（ＧＴ１）のゲイン（ＧＴ１位相遅れの増加）と揺れゲイン（揺れモードの位相進みの増加）の最適化に使用できる。
【0119】
図５０Ａは、本開示の一実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４７００を有しているサスペンションのジンバル４８５０の平面図である。マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ４７００は、複数の露出部４７４６（すなわち電極デッドゾーン）を含み、それぞれがＰＺＴ上面４７４８の外側の一部分に配置されている。ＰＺＴ上面４７４８の残りの部分は上部電極４７４２である。具体的には、上部電極４７４２は、先端部と、基端部と、先端部と基端部との間の１つまたは複数の中間部と、ＰＺＴ上面４７４８の内側に沿って上記各部を接続する接続部とを有している。別の実施形態では、パターニングされたデッドゾーンは、ＰＺＴ上面４７４８の内側に配置される。他の実施形態では、パターニングされたデッドゾーンは、ＰＺＴ上面４７４８の内側とＰＺＴ上面４７４８の外側とに交互に配置される。
【0120】
上部電極４７４２の上記各部の表面積は同じまたは実質的に同じであってもよい。露出部４７４６（電極デッドゾーン）は、上部電極４７４２の先端部、基端部、中間部および接続部によって画定されている。先端部、基端部および中間部の断面積は、上部電極４７４２の接続部の断面積よりも大きい。
【0121】
図５０Ｂは、本開示の一実施形態に係る、図５０Ａのサスペンション４７５０のＮ－Ｎ’線断面図である。ＰＺＴ下部電極４７３２の基端および先端は、非導電性接着剤５０２および導電性接着剤５０４によってそれぞれ接合される。上部電極４７４２は、先端部４７４２Ｃと、基端部４７４２Ａと、先端部と基端部との間でＰＺＴ上面４７４８の内側に沿って配置された１つまたは複数の中間部４７４２Ｂとを有している。基端部４７４２Ａにも導電性接着剤５０４が施され、ＰＺＴ電気接続を形成している。マイクロアクチュエータアセンブリ４７００は、作動されると伸張または収縮するため、舌状部４７５４とトレースジンバルの部分４７５６（図５０Ａ）との間の隙間の長さを変化させる。これによって、読み取り／書き込みトランスデューサを保持しているヘッドスライダの微細な位置決め移動が可能となっている。
【0122】
図５０Ｃは、シミュレーションに基づく、図５０ＡのサスペンションのＰＺＴ周波数応答関数のグラフである。パターニングされたＰＺＴ上部電極４７４２のデッドゾーンは、第１ねじりモードｚ（Ｔ１）（Ｔ１位遅れの増加）、第１ジンバルねじりモード（ＧＴ１）（ＧＴ１位相進みの増加）および揺れ（揺れ位相遅れの増加）の共振最適化に使用できる。グラフからわかるように、３．４ｎｍ／Ｖに対して３．７ｎｍ／Ｖであり、ストロークへの影響は小さい。
【0123】
図５１は、本開示の一実施形態に係る、単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリの一実施形態の断面図である。この単層マイクロアクチュエータＰＺＴアセンブリ５０００も、上部電極５０４２、ＰＺＴ素子５０４０および下部電極５０３２を有している。上部電極５０４２は、ＰＺＴ素子５０４０の上面５０４８に取り付けられている。下部電極５０３２は、ＰＺＴ素子５０４０の下面５０３４に取り付けられている。
【0124】
上部電極５０４２の幅Ｗ１は、ＰＺＴ素子５０４０の幅よりも狭い。上部電極５０４２は、上部電極５０４２の終端である段差５０４４を有している。ＰＺＴ素子５０４０は、上面５０４８に、上部電極５０４２によって覆われていない露出部５０４６を有している。いくつかの実施形態では、上部電極５０４２は、ＰＺＴ接合面の反対側でＰＺＴ素子４０４０に配置される。いくつかの実施形態においては、上部電極は、不定幅を有しているか、または本明細書に記載の技術に従ってＰＺＴ素子の一部を露出させるように構成されている。
【0125】
下部電極５０３２の幅Ｗ２は、ＰＺＴ素子５０４０の幅よりも狭い。下部電極５０３２は、下部電極５０３２の終端である段差を有している。ＰＺＴ素子５０４０は、下面に、下部電極５０３２によって覆われていない露出部を有している。いくつかの実施形態においては、下部電極は、不定幅を有しているか、または本明細書に記載の技術に従ってＰＺＴ素子の一部を露出させるように構成されている。いくつかの実施形態は、ＰＺＴ素子の上面および下面に同様の露出面を有するように構成された上部電極および下部電極を有している。他の実施形態は、ＰＺＴ素子の上面および下面が異なる露出面を有するように、上部電極および下部電極を有している。したがって、上部電極は、ＰＺＴ素子の表面全体を覆っていなくてもよく、形状およびサイズは第２の電極と同じでも異なっていても良いが、ＰＺＴ素子の外寸内とする。
【0126】
上部電極５０４２および下部電極５０３２は、段差を形成するためのマスキング工程を含んだ成膜処理によって、または、段差を形成するために材料を選択的に除去する成膜処理によって、ＰＺＴ素子５０４０に施すことができる。あるいは、上部電極５０４２および／または下部電極５０３２は、別個に形成されてからＰＺＴ素子５０４０に接合されるＳＳＴまたは本明細書に記載の他の材料からなる別個の導電性部品であってもよい。したがって、上部電極５０４２の材料は、下部電極５０３２の材料と同じであっても異なっていてもよい。
【0127】
本明細書では単一のＰＺＴ層が示されているが、開示される実施形態は、本明細書に記載の技術と同様の技術を使用して、複数のＰＺＴ素子を有する多層ＰＺＴマイクロアクチュエータアセンブリに適用できる。上部電極の幅を適切に選択することにより、一組の多層ＰＺＴを使用する配列されたマイクロアクチュエータサスペンションのＰＺＴのＦＲＦを効果的に調整できる。
【0128】
本明細書および特許請求の範囲内で使用される「概ね」、「略」、「約」、「実質的に」および「同一平面上にある」という用語は、任意の正確な寸法、測定値からの一定量の変動を許容することが理解される。これらの用語は、本明細書に開示されている本発明の説明および動作の文脈内で理解されるべきである。
【0129】
本明細書の明細書および特許請求の範囲内で使用される「上部」、「下部」、「上」および「下」等の用語は、任意の特定の空間的または重力の方向ではなく、各部の互いに対する空間的関係性を表す便宜的な用語である。したがって、これらの用語は、アセンブリの図示および明細書に記載されている特定の方向、その反対の方向または他の回転方向に配向されるかに関わらず、構成部品のアセンブリを包含することを意図している。
【0130】
特許請求の範囲、要約および図面を含む明細書に開示されたすべての特徴ならびに開示された方法またはプロセスのすべてのステップは、特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。特許請求の範囲、要約および図面を含む明細書に開示されている各特徴は、別段の明示的な記載がない限り、同じ、同等または同様の目的を果たす代替的な特徴に置き換えることができる。したがって、明示的な記載がない限り、開示された各特徴は、一連の同等または類似の一般的な特徴の一例にすぎない。
【0131】
本明細書における「本発明」という用語は、単一の必須要素または要素群を有する単一の発明のみが提示されることを意味すると解釈されるべきではない。同様に、「本発明」という用語は、それぞれ別個の発明とみなすことができる複数の別個の技術革新を包含すると理解される。好適な実施形態および図面を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者には、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の様々な変形例および変更例を実施できることは明らかである。したがって、上記の詳細な説明および添付の図面は、本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、以下の特許請求の範囲および適切に解釈されたその法的均等例からのみ推測されるべきであることが理解される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図13E】
【図13F】
【図13G】
【図13H】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図17E】
【図17F】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図21D】
【図21E】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28A】
【図28B】
【図28C】
【図28D】
【図28E】
【図28F】
【図28G】
【図28H】
【図28I】
【図28J】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38A】
【図38B】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44A】
【図44B】
【図44C】
【図45A】
【図45B】
【図45C】
【図46A】
【図46B】
【図46C】
【図47A】
【図47B】
【図47C】
【図48A】
【図48B】
【図48C】
【図49A】
【図49B】
【図49C】
【図50A】
【図50B】
【図50C】
【図51】
【国際調査報告】