CN101908345B - 用于盘驱动器的滑块气承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滑块、盘驱动器和制造盘驱动器的方法。本发明的滑块设计成用于缩小在多种飞行介质中的飞行高度西格玛。所述滑块包括气承表面、以及位于比所述气承表面深的第一水平上的前方浅台阶衬垫和后方浅台阶衬垫。所述滑块还包括：位于比所述气承表面深的第二水平上且大致呈多边形的第一后方侧袋部；以及位于比所述气承表面深的第二水平上、与所述第一后方侧袋部不对称、且体积比所述第一后方侧袋部大的、大致呈多边形的第二后方非对称侧袋部。

Description

用于盘驱动器的滑块气承

技术领域

本发明涉及滑块(slider)、盘驱动器和制造盘驱动器的方法。

背景技术

通常，盘驱动器用于存储数据。盘驱动器可以是例如直接存取存储器(DASD)或硬盘驱动器(HDD)等，并可包括一张或多张盘、和用于管理对盘的操作的盘控制器。可将心轴安装到盘的中心，而在心轴上垂直层叠盘。心轴可通过电机以3～15千转每分的速度转动。盘的最靠近心轴的部分一般称为内径(ID)，而盘的距心轴最远的部分一般称为外径(OD)。

读写头可用于将数据写入盘中和从盘中读取数据。读写头与滑块相关联。滑块提供对读写头的机械支承、以及头与驱动器之间的电连接。滑块可安装至悬架以形成头悬浮组件(HGA，head gimbal assembly)。头悬浮组件可安装至致动器臂，该致动器臂是致动器组件的一部分，用于移动和支承头悬浮组件。此外，滑块包括位于滑块的气承表面(ABS，air bearingsurface)上的型垫(shaped pad)图案，使得滑块能够在盘的上方以所需高度“飞行”在空气缓冲层上。

一组滑块的飞行高度可表示为如图1所示。纵轴代表频率，横轴代表飞行高度。该组的标准偏差σ(也称为“飞行高度西格玛(fly height sigma)”)可用于度量一组共享相同气承设计的零件的飞行高度分散度。例如，σ1表示该组的飞行高度与σ2那组相比，更加分散。

制造商尽力制造具有大致相同飞行高度的滑块。一组滑块的飞行高度越相近，则越容易制造以可预测方式工作的盘驱动器，并且制造商必须处理掉的滑块就越少。因此，滑块制造商不断地寻求能够提供尽可能小的飞行高度西格玛的滑块设计，以便能更快速地制造盘驱动器，并且使盘驱动器的质量更高、成本更低。

发明内容

本发明的实施例包括设计成用于缩小在多种飞行介质中的飞行高度西格玛的滑块。在一个实施例中，所述滑块包括气承表面、以及位于比所述气承表面深的第一水平上的前方浅台阶衬垫和后方浅台阶衬垫。所述滑块还包括：位于比所述气承表面深的第二水平上且大致呈多边形的第一后方侧袋部；以及位于比所述气承表面深的第二水平上、与所述第一后方侧袋部不对称、且体积比所述第一后方侧袋部大的、大致呈多边形的第二后方非对称侧袋部。

附图说明

包括在本说明书中并形成本说明书一部分的附图与后面的具体描述一起示出了本发明的实施例，并用于说明本发明的原理。附图中：

图1示出了一组滑块的飞行高度的分布；

图2示出了常规滑块；

图3示出了一个实施例的设计成用于缩小飞行高度西格玛的滑块；

图4示出了一个实施例的在盘面上方滑动的滑块；

图5示出了一个实施例的位于内径处和外径处的滑块；

图6示出了一个实施例的与大致从内径和外径朝滑块流动的空气相关的滑块；

图7示出了一个实施例的与后方浅台阶衬垫相关联的各种尺寸；

图8示出了一个实施例的与后方气承表面衬垫相关联的各种尺寸；

图9示出了一个实施例的滑块的各种蚀刻水平；

图10是一个实施例的用于制造硬盘驱动器的示例方法的流程图；

图11是用于帮助说明本发明各实施例的、盘驱动器的俯视图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的替代实施例：用于硬盘驱动器的滑块气承(sliderair bearing)。虽然将以替代实施例来描述本发明，但应该理解的是，它们并非用于将本发明限制于这些实施例。相反，本发明旨在覆盖被包括在权利要求书所限定出的本发明的精神和范围内的替代例、变型例和等同方案。

此外，在本发明的以下详细描述中，给出了多个特定细节以便更充分地理解本发明。然而，本领域的技术人员的应该意识得到，本发明能够在没有这些特定细节的情况下实施。另一方面，对众所周知的方法、程序、部件和电路等未作详细描述，以免不必要地模糊本发明。

概述

本发明的实施例提供在氦飞行介质以及环境空气飞行介质两者中以产品速度(10000～15000转每分)工作的硬盘驱动器用滑块。此外，本发明的滑块可在氦和空气的混合物中工作。此外，本发明的滑块适于在空气飞行介质和氦飞行介质两者中以小于6000转每分的伺服轨道写入速度(servotrack write speed)工作。伺服轨道在氦环境中写成，以减少轨道对准不良错误。

图2示出了常规滑块200。常规滑块200包括多种结构件，例如前方气承表面衬垫(frontABS pad)210、前方浅台阶衬垫(front shallow step pad)220、后方浅台阶衬垫(rear shallow step pad)240、后方气承表面衬垫(rearABS pad)250、和位于滑块200的后方角部附近的着陆衬垫(landing pad)230。结构件210-250具有实际为直角多边形变体的形状，因为结构件210-250的形状是基于直线的，并不包括弯曲轮廓。适于自然气流轮廓的流线型结构件能有助于改善气承的性能。滑块200的设计能达到何种流线程度，受限于与常规滑块200相关联的因素，尤其是结构件210-250的几何性质。

对比之下，图3示出了一个实施例的滑块300，其设计成在环境空气飞行介质以及氦飞行介质两者中，以操作速度和伺服轨道写入速度两者，来缩小飞行高度西格玛并改善其它性能参数。滑块300包括：连续延伸至侧部导轨360和着陆衬垫390的前方气承表面衬垫310、前方浅台阶衬垫320、后方浅台阶衬垫330、后方气承表面衬垫340、侧部导轨360、通道370、通道入口350、和后方侧袋部(rear side pockets)380。

后方浅台阶衬垫330具有与之(330)相关联的多条曲线，这些曲线实现了常规滑块设计未能提供的平稳气流性质。位于侧部并趋近滑块300后部的袋部380处于比气承表面深的第二水平上。特别地，袋部380使滑块300能够在多种飞行介质和操作速度中具有稳定的操作特性。前方气承表面衬垫310成形为增加滑块俯仰刚性(slider pitch stiffness)。后方气承表面衬垫340成形为减小与例如氦和/或空气/氦飞行介质等各种飞行介质相关的空气压力的飞行高度损失影响。

影响飞行高度西格玛的因素

飞行高度波动因制造参数的不可避免的波动而发生，并且因操作速度以及飞行介质而发生。这些波动生成有害的力，影响滑块的飞行高度、俯仰(pitch)和摇摆(roll)，因此使跨越各种速度和飞行介质的滑块的飞行高度分散(飞行高度西格玛增大)。缩小这种飞行高度分散度的一个好方法是，增加气承的刚性或者降低飞行高度对制造参数的敏感性，以使飞行高度与目标值的偏差最小化。本发明的实施例提供了一种滑块，其在用于各种飞行介质以及各种操作速度或伺服轨道写入速度时具有小的飞行高度分散度。

图4示出了一个实施例的、在盘450的表面上方滑动时的滑块400。随着滑块400在盘450的表面上方滑动，空气在滑块400与盘450的表面之间移动。该空气使滑块400向上抬升。为抵抗该向上的抬升，悬架410对滑块400施加一个向下的力420，称作预加载荷。悬架410的挠性部还施加一个向上的俯仰力矩440、和一个很小或者为零的摇摆力矩430。预加载荷、俯仰力矩或摇摆力矩中任一个的波动都会影响飞行高度姿势。预加载荷力越大，将使滑块飞行越低。俯仰力矩越大，将使滑块俯仰度增大，从而降低飞行高度。摇摆力矩的波动既可使飞行高度增加，也可使飞行高度降低。

影响飞行高度西格玛的环境因素

人们希望能够在地球上不同地方使用盘驱动器。例如，他们开始可能希望在海平面使用计算机，后来可能又希望在山上使用同一计算机。空气压力在海平面处比在高海拔处高。空气压力会影响滑块的飞行高度。一般的环境空气压力效果是，空气压力越低，滑块的飞行高度也越低。

滑块下方的盘的速度大小会影响滑块飞行姿势。图5示出了一个实施例的、位于内径处和外径处的滑块500。滑块500在内径处的速度最小，因为盘在内径处的半径最小。随着滑块500向外径移动，由于盘径的增大，滑块500的速度持续增大。此外，盘驱动器在以产品速度运行(例如约15000转每分)时，与以伺服写入速度(例如约4000～8000转每分)运行时相比，工作速度更高。此外，本发明的滑块适于在各种飞行介质中被操作以及伺服轨道写入。

盘相对于滑块的速度和方向影响滑块飞行高度。较高的盘速有助于增加滑块下方的施压力，并增加滑块的飞行高度。盘切线速度与滑块长度之间的角度称作偏斜角(skew)。参考图5，线510代表滑块500位于内径附近时空气流向滑块500的方向，而线520代表滑块500位于外径附近时空气流向滑块500的方向。

气承的减振性

当一个部件工作时，它趋于在受到任意激励源激励时发生振动。减振性是该部件抵消该振动趋势的能力。当部件以共振工作时，如果它具有控制振动放大的足够的减振性，则该部件具有动态稳定性。各种实施例也能实现动态稳定，这也使得飞行高度西格玛能缩小。

根据一个实施例，滑块300呈矩形形状。例如，滑块300可为飞姆托L型(Femto-L type)，其中，长度约为1.25毫米，宽度约为0.7毫米。矩形滑块比正方形滑块更容易摇摆。然而，本发明的各种实施例可用于降低例如飞姆托L型矩形滑块发生摇摆的概率，从而缩小飞行高度西格玛。

前方气承表面衬垫

图6示出了一个实施例的、与大致从内径和外径朝滑块600的流动510、520的空气相关的滑块600。参考图3和6，如将变得更加明显的，前方气承表面衬垫310具有尤其能降低偏斜角510、520的影响的形状。前方气承表面衬垫310成形为使其各边缘612、614、622、624与空气流向滑块600的方向510、520一致。例如，如图6所示，趋近滑块600内径侧的内侧边缘614和外侧边缘612与空气流向滑块600外径侧的方向520基本一致。滑块600外径侧的内侧边缘624与空气流向滑块600内径侧的方向510基本一致。通过连续不间断地向侧导轨360和着陆衬垫390延伸，衬垫310能实现防止气承吸入可致使气承表面和盘产生划痕的外来微粒。该构造的另一优势是避免了例如切口或凹凸部(relief)等使各衬垫分开的特征部。通常，这些特征部的边缘会变成在滑块操作期间聚集存在于盘面或盘润滑剂表面上的碎屑的地方，并可引起飞行高度变化或者碎屑再次沉积到盘上。

根据一个实施例，例如，由于滑块的模拟结果，位于外径侧的外侧边缘622与空气流向滑块600内径侧的方向510不一致。模拟结果表明，根据一个实施例，边缘622不一定与内径侧的空气流的方向510一致。其一个可能原因是来自方向520的气流趋于比来自方向510的气流强。

后方浅台阶衬垫

参考图3，后方浅台阶衬垫330包括突部332(本文也称为“后方浅台阶衬垫突部”)，该突部332大致位于后方浅台阶衬垫330的前侧中部。后方浅台阶衬垫330还包括位于突部332各侧的凹部334、336(本文也称为“后方浅台阶衬垫凹部”)。

根据一个实施例，后方浅台阶衬垫330呈非几何和非多边形形状。例如，后方浅台阶衬垫330可具有与之(330)相关联的多条曲线。突部332是弯曲的，凹部334、336是弯曲的，并且后方浅台阶衬垫330的侧部338、339是弯曲的。突部332能降低滑块300的摇摆概率，因为例如突部332能改变气流的方向。突部332有助于抵消空气压力的变化，并且有助于动态稳定性。突部332的趋近滑块300外径侧的曲线有助于抵消从外径侧流动的空气的增加的强度。根据一个实施例，凹部334、336能降低空气压力变化对飞行高度的影响。包括突部332的后方浅台阶衬垫330的形状能实现降低对空气压力变化的敏感性，能通过增加的减振来实现更好的动态稳定性，并且能增加气承刚性和缩小飞行高度西格玛。

图7示出了一个实施例的与后方浅台阶衬垫330相关联的各种尺寸。参考图3和7，突部332的长度710的范围可约为150～500微米。根据一个实施例，突部332的长度710约为300微米。突部332的宽度701可约为100微米或更小。根据一个实施例，突部332的宽度701约为30微米。根据一个实施例，突部332的宽度701为制程允许的最窄宽度。

后方浅台阶衬垫凹部334、336的宽度702、704约为10～100微米。根据一个实施例，后方浅台阶衬垫凹部334、336的宽度702、704约为35微米。根据一个实施例，内径侧的凹部336比外径侧的凹部334略深。例如，凹部336可比凹部334深几个微米。

根据一个实施例，突部332略微向外径侧弯曲。例如，突部332可相对于沿突部332中心的轴线708弯曲(706)约60微米。

后方气承表面衬垫

根据一个实施例，后方气承表面衬垫的前部呈凹形。后方气承表面衬垫的形状有助于增加气承的刚性、增加减振性、降低海拔(altitude)敏感性。

图8示出了一个实施例的、与后方气承表面衬垫340相关联的各种尺寸。后方气承表面衬垫340的长度812的范围可约为100～400微米。根据一个实施例，后方气承表面衬垫340的长度812约为250微米。后方气承表面衬垫340前侧的凹部342的长度814约为20～100微米。根据一个实施例，凹部342的长度814约为30微米。

后方侧袋部

根据一个实施例，趋近滑块的后部的侧袋部使滑块能够在例如氦和空气等多种飞行介质中被操作。本发明的滑块还能以各种操作速度被操作，并且能以伺服写入速度良好运行。后方侧袋部尤其能增加气承的摆动刚性，并降低滑块摇摆的概率。根据一个实施例，袋部紧邻着陆衬垫。袋部380处于比气承表面深的第二水平上。在一个实施例中，侧袋部呈多边形形状。在一个实施例中，侧袋部是是滑块气承表面的唯一的多边形特征部。在一个实施例中，侧袋部为在形状上不对称。

图9示出了一个实施例的滑块的各种蚀刻水平。例如，浅台阶衬垫320、330和通道370处于比气承表面深的第一水平上。袋部380、381处于比前方浅台阶衬垫320、后方浅台阶衬垫330和通道370深的另一个水平上。随着空气与滑块的前部相遇，空气的压力增大。该图示的目的，此时的空气压力将称为空气压力水平A。随着空气流进通道入口350中并沿着通道370流动，空气压力降低。当空气与袋部380、381相遇时，空气压力增大至高于空气压力水平A的水平。空气压力在滑块两侧的增加使滑块摆动的概率降低。因此，根据一个实施例，通道或袋部或其组合有助于降低滑块摇摆的概率。在一个实施例中，袋部380、381处于相同水平，但是其中一个的体积比另一个大。

前方气承表面衬垫、后方浅台阶衬垫、后方气承表面衬垫和袋部等部分论述了这些结构件的设计的合理性。滑块设计合理性的论述提供了这种设计能实现飞行高度西格玛缩小的部分原因。但这些论述并非旨在提供这种设计能实现飞行高度西格玛缩小的全部原因。

滑块的蚀刻水平

参考图9，第一水平比气承表面约深0.05～0.40微米，第二水平比气承表面约深1～4微米，而第三水平比气承表面约深1.05～4.4微米(即前两个水平之和)。根据一个实施例，第一水平比气承表面约深0.18微米，第二水平比气承表面约深2.0微米。前方气承表面衬垫310、后方气承表面衬垫340、侧导轨360和侧衬垫390处于气承表面水平，因此最靠近盘。前方浅台阶衬垫320、后方浅台阶衬垫330、通道入口350和通道370比气承表面水平深一个水平(第一水平)。袋部380、381比气承表面深两个水平(第二水平)。以点示出的区域比气承表面深三个水平(第三水平)。

制造硬盘驱动器的示例性方法

图10是制造本发明一实施例的硬盘驱动器的示例性方法1000的流程图。

在1010，方法1000包括在盘驱动器滑块上设置气承表面。

在1020，方法1000包括在比气承表面深的第一水平上形成前方浅台阶衬垫和后方浅台阶衬垫。

在1030，方法1000包括在比气承表面深的第二水平上形成大致呈多边形的第一后方侧袋部。

在1040，方法1000包括在比气承表面深的第二水平上形成与第一后方侧袋部不对称、体积比第一后方侧袋部大、且大致呈多边形的第二后方侧袋部。

在一个实施例中，不相对称的侧袋部使滑块在不同飞行介质以及操作速度下工作时能够具有小的西格玛。

示例性盘驱动器

图11是用于帮助说明本发明各实施例的、盘驱动器的俯视图。盘驱动器1110包括基底铸件1113、电机套筒组件1130、盘1138、致动器轴1132、致动器臂1134、悬架组件1137、套筒1140、音圈电机1150、磁头1156和滑块1155。

各部件组装到为各部件和子组件提供安装点和对准点(registrationpoint)的基底铸件1113中。致动器臂(示出一个)可以梳子形式安装有多个悬架组件1137(示出一个)。多个传感器头或滑块1155(示出一个)可分别安装至各悬架组件1137。滑块1155定位成靠近盘1138的表面1135，以通过磁头1156(示出一个)进行数据读写。旋转音圈电机1150使致动器臂1135绕致动器轴1132旋转，以将悬架组件1150移动至盘1138上的所需径向位置。致动器轴1132、套筒1140、致动器臂1134和音圈电机1150可合称为旋转致动器组件。

数据以被称为数据轨道1136的同心环模式记录到盘面1135上。盘面1135通过电机套筒组件1130高速旋转。数据轨道1136通过通常位于滑块1155端部的磁头1156记录到旋转的盘面1135上。

图11是只示出一个头、滑块和盘面组合的俯视图。本领域的技术人员应该明白，对于一个头盘组合所述的内容同样适用于多个头盘组合，例如盘组(未示出)。然而，为简明起见，图11只示出了一个头和一个盘面。

结论

虽然各实施例适于在多种飞行介质中缩小飞行高度西格玛，但各实施例也可彼此单独、或以各种组合使用，来缩小飞行高度西格玛。

本发明的上述特定实施例只起示意和描述作用，并非用于将本发明限制于所公开的特定形式，可根据上述教导进行多种修正和变化。本文所述实施例是被选择描述的，以最佳地说明本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够根据所考虑的特定应用来最好地利用本发明及其具有各种修正的实施例。本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案限定出。

本发明的上述特定实施例只起示意和描述作用。它们并非用于将本发明限制于所公开的特定形式，显然可根据上述教导进行多种修正和变化。本文所述实施例是被选择描述的，以最佳地说明本发明的原则及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够根据所考虑的特定应用来最好地利用本发明及其具有各种修正的实施例。本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案限定出。

Claims (18)

1.一种设计成用于缩小在多种飞行介质中的飞行高度西格玛的滑块，包括：

气承表面；

位于比所述气承表面深的第一水平上的前方浅台阶衬垫和后方浅台阶衬垫；

位于比所述气承表面深的第二水平上且大致呈多边形的第一后方侧袋部；和

位于比所述气承表面深的第二水平上、与所述第一后方侧袋部不对称、且体积比所述第一后方侧袋部大的大致呈多边形的第二后方非对称侧袋部，

其中，所述第一水平比所述气承表面深0.05～0.40微米，所述第二水平比所述气承表面深1.0～4.0微米。

2.如权利要求1所述的滑块，其中，所述滑块还包括位于所述第一后方侧袋部和所述第二后方非对称侧袋部前方的通道，其中空气流过所述通道，并流进所述后方侧袋部中。

3.如权利要求1所述的滑块，其中，所述第一后方侧袋部位于所述气承表面的内径侧。

4.如权利要求1所述的滑块，其中，所述第一后方侧袋部和所述第二后方非对称侧袋部紧邻与所述滑块相关联的着陆衬垫。

5.如权利要求1所述的滑块，其中，所述气承表面能在氦介质和环境空气介质两者中使用。

6.如权利要求1所述的滑块，其中，所述第一后方侧袋部和所述第二后方非对称侧袋部呈矩形。

7.一种提供缩小了的飞行高度西格玛的盘驱动器，包括：

盘；和

滑块，所述滑块包括用于将数据写入所述盘中并且用于从所述盘中读取数据的读写头，并且所述滑块还包括：

气承表面；

位于比所述气承表面深的第一水平上的前方浅台阶衬垫和后方浅台阶衬垫；

位于比所述气承表面深的第二水平上且大致呈多边形的第一后方侧袋部；和

位于比所述气承表面深的第二水平上、与所述第一后方侧袋部不对称、且体积比所述第一后方侧袋部大的大致呈多边形的第二后方非对称侧袋部，

其中，所述第一水平比所述气承表面深0.05～0.40微米，所述第二水平比所述气承表面深1.0～4.0微米。

8.如权利要求7所述的盘驱动器，其中，所述滑块还包括位于所述第一后方侧袋部和所述第二后方非对称侧袋部前方的通道，其中空气流过所述通道，并流进所述后方侧袋部中。

9.如权利要求7所述的盘驱动器，其中，所述第一后方侧袋部位于所述气承表面的内径侧。

10.如权利要求7所述的盘驱动器，其中，所述第一后方侧袋部和所述第二后方非对称侧袋部紧邻与所述滑块相关联的着陆衬垫。

11.如权利要求7所述的盘驱动器，其中，所述气承表面能在氦介质和环境空气介质两者中使用。

12.如权利要求7所述的盘驱动器，其中，所述第一后方侧袋部和所述第二后方非对称侧袋部呈矩形。

13.一种用于制造盘驱动器的方法，包括：

在盘驱动器滑块上设置气承表面；

在比所述气承表面深的第一水平上形成前方浅台阶衬垫和后方浅台阶衬垫；

在比所述气承表面深的第二水平上形成大致呈多边形的第一后方侧袋部；以及

在比所述气承表面深的第二水平上形成与所述第一后方侧袋部不对称、且体积比所述第一后方侧袋部大的、大致呈多边形的第二后方侧袋部，

其中，所述第一水平比所述气承表面深0.05～0.40微米，所述第二水平比所述气承表面深1.0～4.0微米。

14.如权利要求13所述的方法，其中，还包括：

在所述盘驱动器内部提供氦气氛；以及

在所述盘驱动器内部的盘上写出伺服轨道。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述伺服轨道以5000～6000转每分的速度写成。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述伺服轨道以11000～12000转每分的速度写成。

17.如权利要求14所述的方法，其中，还包括：

以环境空气气氛代替所述盘驱动器内部的所述氦气氛；以及

基于所述伺服轨道操作所述盘驱动器。

18.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一后方侧袋部形成在所述气承表面的内径侧。