Siłownik MEMS dla dysków HDD
Streszczenie-moving-slider microactuator wysokiej boisku toru HDD badano.Nowy projekt zwany microactuator. microactuator bipolarny, który umożliwia zarówno wysoki skok i dobre liniowość zostało zaproponowane. Dla ułatwienia montażu, nowy microactuator Technika wytwarzania został opracowany, że umożliwia wiązanie wkładki na boku układu microactuator.microactuator został zmontowany na serwer klasy HDD i servo przepustowość 8 kHz została wykazana z 80-kHz częstotliwości próbkowania. Indeks Warunki-Bipolar siłownik, wysokiej przepustowości servo tracking, MEMS microactuator, pad klejenie sidewall.
Rys 1. Schemat ruchomego suwaka microactuator.
I WPROWADZENIE
Aby śledzić dane gęstości dysków twardych dysków (HDD) wzrasta, Dokładność pozycja głowy potrzeb magnetycznych należy poprawić odpowiednio. Jednym z najskuteczniejszych sposobów poprawić dokładność pozycji jest zwiększanie śledzenia system serwo, którego wydajność jest zwykle mierzona pasma servo. Do pasma servo z dyskami zostały poprawione w ciągu ostatnich 20 lat, a ostatnich serwer klasy dysków twardych zazwyczaj serwo mają przepustowość z 1-2 kHz. Jednak przewiduje się, że poprawa serwo staje się pasma wyzwanie w przyszłości, jeśli prąd siłownika VCM jest używany, od mechanicznego rezonansu (zwykle około VCM 7/5 kHz) ogranicza osiągalną przepustowość serwo. W celu poprawy servo przepustowość dalej, dwustopniowe metoda siłownik był Proponowane, które składa się z dwóch rodzajów napędów: jeden tradycyjny VCM, który działa jako gruba, niska prędkość, ale duże-suwowy siłownika, natomiast inne siłownika (siłownik wtórny) jest przymocowane na VCM, i działa jak dobrze, szybki, ale smallstroke siłownika. Istnieją dwa podstawowe kandydatów na średnie Siłownik wykazano dotychczas: jest nazywany ruchu
metoda zawiesinowa, który ma umieszczony w dodatkowy siłownik. koniec ramienia uruchamiającego, tak, że całe siłownika macha zawieszenie. Ponieważ napęd w tej implementacji musi przenosić stosunkowo ciężkie masę zawiesiny (100 mg), Siłowniki, jak napędy PZT [1], [2] są stosowane. Innym wtórnym kandydat siłownik zwany moving-slider siłownik który znajduje się pomiędzy i suwak zawiesiny i porusza się w stosunku do suwaka zawieszenia. Od siłownika i głowa są wspólnie położony, nie ma żadnych problemów rezonansu. Tak więc, bardzo wysokie pasma servo można osiągnąć. Niniejszy artykuł przedstawić wyniki ruchomego suwaka microactuator.
II. MEMS MOVING-SLIDER DESIGN SIŁOWNIK
Ponieważ microactuator jest stosowany jako część dysku, jest kilka unikalnych wymogów dla siłownika, w tym produkcji siły wystarczająco wysoki, aby przesunąć ciało suwaka (2 mg) przy wysokiej częstotliwości, Z duża sztywność, że może wytrzymać siłę ładunku zastosowano suwaka z zawiesiny (20 mN), odporność dobry przed zewnętrznymi cząstek, transmisja sygnału z suwaka do zawiesiny, i łatwy montaż z zawiesiny i suwak. Schemat microactuator pokazano na rysunku. 1.microactuator pracuje jako obrotowej siłownika obracającego suwak. Ponieważ głowica znajduje się na krawędzi suwaka, głowica przesuwa poziomo (tracking kierunek).Ruch obrotowy jest realizowany przez spoke-jak struktury wiosny. Jeden koniec jest dołączony do centralne stałe kotwicy i jest w załączniku do zawieszonego ramki, że może obracać się w stosunku do podłoża przez elastyczność sprężyny. Suwak jest przymocowany na górze tego zawieszone ramki.Elektrostatyczny siłownik znajduje się w okolicach tej ramki, i napędza ramka w rotacji. Zatrudnia grzebień napęd elektrostatyczny siłownika. Ponieważ siła suwaka ładowania stosuje z zawiesiny suwaka, poprzez stosunkowo microactuator duża sztywność Ž. Jednakże microactuator musi bardzo niska sztywność w płaszczyźnie, w celu uzyskania dużej udar. Aby spełnić te dwa warunki, wysoki-aspect-ratio wiosna wykonane, którego typowy wymiar to 35 m wysokości i 3 m szerokości.Cały microactuator jest pokryta warstwą ochronną pokrywą. wykonane z niklu galwanicznie (nie pokazany na rysunku), aby uzyskać dodatkowe niezawodność. Szczegóły projektu microactuator zostały opisane w [3].
Rys.. 2. Microactuator dwubiegunowe.
Rys.. 3. Fotografia SEM microactuator. (a) Widok ogólny. (b) Sidewall
pad klejenie.
Rys.. 4. Fotografia SEM microactuator zmontowanego z zawieszeniem i
suwak.
Rys.. 5. Napięcie wejściowe kontra wyporność (przy 1 kHz, 30-V DC bias).
Microactuator Projektowanie Bipolar i sposób jazdy Wymagania dla napędu to największa siła dla danego napięcia zasilania, liniowości zależności siły napięcie wejściowe, a uziemienie suwak. Aby spełnić te wymagania, Nowy projekt microactuator został opracowany, zwany microactuator dwubiegunowe. Problem liniowości została omówiona wcześniej pracy, [4], ale jest to, że pierwszy dotyczy microactuator problem z uziemieniem suwak. Konstrukcja i struktura przedstawia Rys.. 2. Ruchoma część microactuator składa się z dwóch elektrycznie oddzielone, ale mechanicznie części. Izolacyjne Materiał łączy te dwie części. Jedna strona jest, gdy suwak jest zamocowane uziemione, i z drugiej strony jest siłownik Część, że ma napięcie Bias stosowana. Dwa Stojan, stator 1 i 2, mają Stator jazdy napięć i , Odpowiednio. Microactuator jest elektrycznie modelowane jako dwa kondensatory. Każdy kondensator pracuje jako napęd i generuje siły elektrostatyczne, gdy różnica napięcia jest stosowany na kondensatorze. Jeden z dwóch kondensatorów w prawo powoduje moment obrotowy i moment obrotowy w kierunku przeciwnym powoduje inne. Moment netto jest różnica obu napędów. Elektrostatycznego Siła jest siłownik proporcjonalny do kwadratu różnica napięcia przez kondensator. Zatem, moment obrotowy netto wytwarzane przez siłownik Bipolar gdzie stałe. Jest proporcjonalne do momentu obrotowego napięcia wejściowego Zamiast napięcia kwadratu. Siła wyjściowa może być maksymalnie przy użyciu jednego skrajnego napięcia zasilającego jak. Dla Przykładowo, gdy napięcie zasilania wynosi 30 V, można stosować 30 V i zmienić jazdy napięcie od 30 V do 30 V. Dzięki temu maksymalna różnica napięcia 60 V. konwencjonalny microactuator wykorzystuje część ruchomą wykonaną z pojedynczego kawałek metalu, tak że musi być utrzymywana na poziomie 0 V dla suwaka uziemienia. W tym przypadku, jazdy napięcie 30 V do 30 V generuje dokładnie ten sam moment obrotowy, i maksymalnego napięcia Różnica na siłowniku jest 30 V. Nowa konstrukcja pozwala na Zastosowanie 30 do 30 V napięcia jazdy, dlatego nowe Siłownik jest nazywany microactuator dwubiegunowe
Sidewall Bonding
Od microactuator montuje zawiesiną przy użyciu konwencjonalnej techniki montażu, to jest pożądane, aby Klocki w microactuator w klejenie na jego bocznej ścianie. Jednak Jest to wyzwanie, ponieważ ściana boczna jest pochowany w podłożu podczas procesu produkcyjnego. Powieść technika proces był opracowali umożliwiający klocki wiązania na boku urządzenia. Rys.. Figura 3 przedstawia fotografię SEM microactuator o ścianie bocznej poduszki klejenie, i ryc. 4 pokazuje microactuator zmontowane z zawiesiną i suwakiem. Suwak i microactuator Połączenie zostało wykonane przez lutowania reflow kulowym.
III. EKSPERYMENT
Po pierwsze, w porównaniu do relacji napięcie wejściowe przemieszczenie było mierzone przez LDV. W eksperymencie tym, napięcie polaryzacji V 30 zastosowano, a amplituda microactuator 1 kHz mierzono dla różnych amplitud napięcia wejściowego.wynik wykazuje dobrą liniowość. Pasmo częstotliwości microactuator mierzono oraz, że w porównaniu do z jednostopniowej VCM. Rys.. 6 przedstawia Pasmo częstotliwości microactuator i VCM. microactuator ma rezonansową pik przy 2,2 kHz, ze względu na jego sprężyny / masa Tryb, ale może być łatwo szczytowa sterowany servo system. Po tym szczycie, wzmocnienia i fazy microactuator są bardzo gładkie. Tak więc, korzystne jest, w przypadku wysokich servo pasma. Z drugiej strony, ma pierwszy VCM szczyt około 7 kHz, a powyżej tej częstotliwości wzmocnienia i fazy wykazują wiele szczytów i dolin w wyniku rezonansów mechanicznych siłownika. Te tryby rezonansowe ograniczyć maksymalny osiągalny przepustowość VCM systemu serwo. Ten microactuator montowano do 10 000 rpm serverclass HDD i występ był badany. Rys.. 7 przedstawia otwartej pętli funkcja przeniesienia VCM-microactuator dualstage serwo, w porównaniu z konwencjonalnym VCM jednostopniowej servo. Servo przepustowość serwa dwustopniowe jest około 8 kHz, margines fazy 28 stopni i marginesu zysk 5 dB.Częstotliwość próbkowania wynosi 80 kHz. Ponieważ maksymalna osiągalna przepustowość była ograniczona przez częstotliwość próbkowania (nie przez mechanika), Przepustowość może być łatwo powiększona dodatkowo jeśli badanie stawka wzrosła. Rys.. 8 przedstawia funkcję błędu odrzucenia. Servo microactuator może błędem odrzucającej przy wyższym częstotliwości. Szczegóły eksperymentu serwo będzie przedstawione w [5].
Rys 6. Przeniesienie funkcji microactuator i VCM.
Rys.. 7. Open-loop funkcja przeniesienia microactuator i serwo VCM.
IV. WNIOSEK
W celu wzmocnienia pozycji głowicy HDD Serwo moving-slider microactuator badano.Nowy projekt nazywa microactuator bipolarny został wyprodukowany i okazał
mieć dobrą liniowość. Dla ułatwienia montażu, łączenie ściany bocznej Proces pad został opracowany.8-kHz servo było wykazana przez napęd poziomu doświadczenia. Tak więc, że
ta microactuator mogą wspierać wysoki skok kół przyszłości HDD.