CN104409082A - 具有自组装单层图案的滑动件 - Google Patents

Abstract

本申请公开具有自组装单层图案的滑动件。滑动件，具有前缘、后缘、工作表面、以及靠近所述后缘的读/写头。滑动件包括滑动件的工作表面上的保护涂层，以及滑动件的工作表面和保护涂层上的自组装单层涂层，所述涂层包括至少一种自组装单层材料。

Description

具有自组装单层图案的滑动件

背景技术

硬盘驱动器是常见的信息存储装置，其具有一系列可旋转的，由磁性读写元件进行访问的盘片。这些数据元件，通常被称为换能器，一般是由滑动件承载并嵌入在滑动件中，该滑动件被保持在形成在盘片上的分离的数据磁道上方的相对近的距离，以便能够进行读或写操作。在使用过程中，盘片的高速旋转产生沿着其表面流进的气流，其与滑动件体的空气轴承表面(ABS)相配合，从而使得滑动件能够在旋转的盘片上方“飞”，定位所述换能器来访问盘片上的数据。

由于日益增长的减小磁盘驱动器的尺寸和在每平方英寸上存储更多的数据的需求，滑动件和盘片之间的距离减小了，滑动件上任何污染所造成的潜在负面影响增加了。滑动件上不想要的污染物会不利地影响飞行高度行为，如升高或降低飞行高度、翻滚或俯仰特征的飞行不对称、过度调制、和由于滑动件上的污染物堆积和积累和/或磁头与盘片之间的“桥接”机制导致的磁头-盘片碰撞或接触。所有这些机制导致磁头的读或写操作性能下降(如跳过写入、调制写入、弱化写入、间隙的稳定性和沉降、以及间隙不正确的设置)。因此需要一种机制，从滑动件和盘片表面之间除去污染物。

发明内容

本公开提供一种其上具有表面涂层的滑动件，该滑动件被配置成提供一种路径，使得流体和其承载的污染物从滑动件表面移除。

本公开的一个特定实施例是滑动件，其具有前缘、后缘、工作表面、以及靠近所述后缘的读/写头。滑动件包括滑动件工作表面上的厚度至少为50埃的连续保护涂层，以及覆盖在滑动件工作表面上以及保护涂层上的自组装单层涂层，该涂层包括至少一种自组装单层材料。

本公开的另一特定实施例是一种具有工作表面的滑动件，其工作表面具有延伸至后缘的至少一个凹进部分。滑动件包括在工作表面的至少一部分上的连续保护涂层，以及工作表面上的自组装单层涂层，所述涂层包括至少一种自组装单层材料。

本公开的又一个特定实施例是一种滑动件，其具有在滑动件的工作表面上的具有预定图案的自组装单层涂层，该预定图案关于滑动件的纵向轴线对称。

通过阅读以下详细的描述，这些和各种其它特征和优点将是显而易见的。

附图说明

本公开可通过结合附图考虑说明书的各个实施例的以下详细说明而更全面地理解，其中：

图1示出的是硬盘驱动器的示意性顶视图。

图2示出的是第一个实施例的具有自组装单层图案的滑动件的示意性底视图。

图3示出的是图2的滑动件沿3-3线的横截面图。

图4示出的是第二实施例的具有自组装单层图案的滑动件的示意性底视图。

图5示出是图4的滑动件沿5-5线的剖视图。

具体实施方式

本实施例最一般地涉及用于磁盘驱动器的磁性滑动件上的涂层。滑动件的表面由陶瓷和/或氧化铝体形成，其在某些区域上具有保护性涂层(例如，保护性碳涂层)。滑动件表面上的自组装单层涂层形成为一种图形，用于引导流体(如光盘润滑剂、有机污染物、有机硅、微粒等)流动。

在下文的描述中，参考构成本发明的一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了至少一个具体实施例。下面的说明书提供了额外的具体实施例。但是应当理解的是，其他实施例是可以预期的，并且可以在不脱离本公开的范围或精神的情况下而制造出来。因此下述的详细说明，不应被视为具有限制意义。尽管本公开并不限于此，本公开的各个方面的理解将通过下面提供的示例的讨论来获得。

除非另有说明，表述特征尺寸、数量和物理属性的所有数字都可以理解为由术语“大约”修饰，而不管术语“大约”是否立即出现。因此，除非有相反的指示，前述的数值参数是近似值，其可根据所需的性能而改变，本领域技术人员应该可以利用本文所公开的教导得到。

如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“所述”涵盖具有复数对象的实施例，除非内容另有明确的规定。本说明书和所附权利要求中，术语“或”通常包括“和/或”的含义，除非内容另有明确规定。

与空间相关的术语，包括但不限于，“低于”，“高于”，“之下”，“下方”，“上方”，“上面”等，如果本文中使用，都是为便于说明来描述一个元件(多个)与另一个元件的空间关系。这种空间相关的术语涵盖装置的不同取向，除了附图和说明书中描述的特定方位。例如，如果附图中描述的结构被翻转或翻滚过去，前面描述的在其它元素的下方或下面的部分将高于其他元素。

参考图1，其示意性的示出了示例性的磁盘驱动器100。磁盘驱动器100包括底座102和顶盖104，以部分切去的方式示出。底座102与顶盖104相结合，以形成壳体106，其中设置了一个或多个可旋转的磁性数据存储介质或盘片108。磁性存储介质108连接到主轴114，用于围绕中心轴线共同旋转。但应当注意的是，某些实施例中会使用多张盘片或介质108的包，以及其它实施例中只使用单个盘片或介质108。每个盘片或介质表面具有相关联的磁头或滑动件112，该磁头或滑动件112安装为与其对应的盘片或介质108邻近并与其进行通信。磁头或滑动件112包括数据记录换能器和数据读出换能器(也称为读/写头及类似物)，其读取和写入数据到存储盘片或介质108。在图1所示的例子中，磁头或滑动件112由致动器组件110支撑，其包括本领域公知的多个部件。图1所示的致动器组件110属于旋转运动线圈致动器的公知常见类型，其包括音圈马达来旋转致动器组件110及其上附着的滑动件112，以沿着在介质108的盘片的内径和外径之间的弧形路径在期望数据磁轨上方定位滑动件112以及其读/写头。

许多磁头或滑动件112由铝钛碳化物(AlTiC)制成，其具有高能量表面。污染物颗粒、水分和润滑剂(例如，来自盘片或介质108或者来自主轴114)容易附着或吸附在滑动件112的表面。此外，AlTiC的复合结构由于震动和接触事件而导致从其晶粒中释放颗粒，从而当滑动件高速运行过颗粒时导致驱动器碰撞或失败。因此，磁头或滑动件112包括覆盖滑动件112各个部件(如读出磁头、写入磁头、空气轴承表面(ABS)或轨、和/或整个先进的空气轴承(AAB)表面)的保护涂层。保护涂层可以是，例如，类金刚石碳(DLC)(其具有类似于金刚石的晶格)，和/或无定形碳层。在一些实施例中，所述保护涂层可具有{100}晶面。保护外涂层是连续的和非中断的层，涂层中没有针孔或其他缺陷。保护涂层的厚度为至少50埃，在一些实施例中至少为100埃。

根据本发明，自组装单层(SAM)存在于保护涂层和滑动件体表面(例如，AlTiC)的至少一部分上。如本文所用，术语“自组装单层”和“SAM”是指薄的单层，其中将存在于反应溶液中的表面活性分子设置(例如，吸附和/或化学吸附)在保护涂层的表面上，以在它们之间产生化学键。SAM以这样一种图案存在，其引导流体(例如，空气、流体、颗粒、污染物)在期望的方向和/或向着所期望的位置流动；SAM可以是，例如，高表面能SAM或低表面能SAM。在一些实施例中存在不止一个SAM；例如，该图案可以由低表面能SAM和高表面能SAM形成。

术语“低表面能”及其变型，如本文所使用的，指的是表面抑制被其它不需要的物质或溶液润湿(高接触角)或吸附的倾向；然而，“高表面能”指的是表面被其它不想要的物质或溶液增加或促进润湿(低接触角)或吸附的倾向。在低表面能材料中，例如低能量SAM，所选择的分子的官能端基导致涂层与流体之间弱的物理力(例如，范德瓦尔斯)，从而允许最后得到的涂层(即，流体和涂层之间的高接触角)的局部湿润或无润湿。相反，具有高表面能的材料，如高能量SAM中，被选择的分子的官能端基导致在该涂层和流体之间更强的分子力，从而允许流体的充分润湿(即，流体和涂层之间非常小的接触角)。代表“低表面能”的值都在5-30达因/厘米的范围内，高表面能材料的范围要比这个范围相对较高，通常大于30达因/厘米。当本公开存在高表面能涂层和低表面能涂层两者时，表面能是相对的。当本公开只有高表面能涂层或低表面能涂层之一时，表面能是针对在其上施加有涂层(例如，保护性碳涂层)的表面的。

用于形成自组装单层或SAM的前体化合物包含具有头部基团和具有官能端基的尾部的分子。常见的头部基团包括具有水解反应性基团的硫醇、硅烷(例如，卤化物：{F，Cl，Br，I}、和烷氧基：{甲氧基，乙氧基，丙氧基}、膦酸盐等。常用的尾部基团包括具有1-18个碳原子的烷基，以及其它不饱和烃的衍生物，如，芳基、芳烷基、链烯基、以及链烯基-芳基。另外上面所列的烃原料可以被氟取代基、胺端基、以及碳氧官能团(例如酮类和醇类等)功能化。通过诸如浸没或点涂、喷涂、化学气相沉积(CVD)、微接触印刷、蘸笔纳米光刻等工艺，SAM自气相或液相由头部基团化学吸附到衬底材料上(如，在本申请中，滑动件体和保护外涂层上)所形成。头部基团紧密组装在材料上，尾部基团从该材料延伸出去。自组装单层可以是，例如，有机硅烷(例如烷基三氯硅烷，氟化烷基三氯硅烷，三烷基硅烷，氟化三烷基硅烷等)。

SAM的前体化合物可存在于任何常规使用的有机溶剂、水、或其任意混合物中。合适的有机溶剂的示例可包括，但不限于，醇(如甲醇，乙醇，正丙醇，异丙醇，正丁醇，仲丁醇，叔丁醇，异丁醇，和双丙酮醇)；酮类(如丙酮，甲乙酮，甲基异丁基酮)；二醇(例如，乙二醇，二甘醇，三甘醇，丙二醇，丁二醇，己二醇，1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，1，2，4-丁三醇，1，5-戊二醇，1，2-己二醇，1，6-己二醇)；乙二醇醚(例如，乙二醇二甲醚，和三甘醇二乙醚)；乙二醇醚乙酸酯(例如，丙二醇单甲基醚乙酸酯(PGMEA))；乙酸酯(例如，乙酸乙酯，丁氧基乙氧基乙酸乙酯，丁基卡必醇醋酸酯(BCA)，二氢松油醇乙酸酯(DHTA))；松油醇(例如，三甲基戊二醇单异丁酸酯(TEXANOL))；二氯乙烯(DCE)；氯苯；和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。

在溶液中的前体化合物的浓度可以由本领域技术人员根据预期应用和目的确定，可以是在约5至约20mM的范围内。在无特别限制的情况下可实施浸渍步骤，并且可以在室温下进行约20-120分钟。类似地，其它方法可通过常规方法来进行。

选择用于形成自组装单层的前体化合物，使得所得的SAM具有所需的性能。在某些图案中，需要低表面能的SAM。市售的低表面能的SAM的一个例子是1H，1H，2H，2H-全氟癸基三氯硅烷(可选的，十七氟-1，1，2，2-四氢癸基-1-三氯硅烷)[CAS：78560-44-8]，当然，也可以使用其它低表面能SAM材料。一般类的含氟有机硅烷衍生物能作为低能量的SAM材料来使用。市售的低表面能SAM的其他例子包括：三氟丙基三甲氧基硅烷(trifluoropropyltrimethoxysilane)，二十一氟十二烷基三氯硅烷(heneicosafluorododecyltrichlorosilane)，九氟己基三甲氧基硅烷(nonafluorohexyltrimethoxysilane)，甲基三氯硅烷，乙基三氯硅烷，丙基三甲氧基硅烷，己基三甲氧基硅烷，正辛基三乙氧基硅烷，正癸基三氯硅烷，十二烷基三氯硅烷(dodecyltrichlorosilane)，和十八烷基三氯硅烷。在其他图案中，需要高表面能的SAM。市售的高表面能的SAM的一个例子是(3-氨基丙基)-三甲氧基硅烷[CAS：13822-56-5]。当然，也可以使用其它高表面能的SAM材料。具有胺，醇，或巯基取代基的一般类有机硅烷将提供具有相对于以上材料的高表面能的SAM。一些市售的例子包括：(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷，甲基11-[二氯(甲基)甲硅烷基]十一烷酸盐，乙酰氧基乙基三氯硅烷(acetoxyethyltrichlorosilane)，和乙烯基三乙氧基硅烷。

该SAM图案占据滑动件底部表面区域的至少10％(即，在ABS或相对于盘片或介质的滑动件侧)，在一些实施方式中至少20％或至少25％。在一些实施例中，SAM图案可以占据ABS的多达100％。SAM图案通常关于滑动件的纵向轴线对称，虽然在有些实施例中图案可能是不对称的。此外，两个或更多个的SAM分子可以共沉积成具有多个SAM分子部分的随机化的混合膜。

图2至5示出了在滑动件上的SAM图案的两个例子，这两个图案由两个SAM材料形成。在其它未示出的实施例中，该图案可以由一个SAM材料或由不止两个的SAM材料形成。无论采用一个、两个或任意数量的SAM材料，所形成的图案被配置成引导流体(例如，介质润滑剂和/或污染物)在ABS上流动，无论是在介质盘旋转且滑动件定位在盘片上的使用过程还是滑动件处于静止状态时(离开磁盘)。

在图2和3中，滑动件下表面(即，ABS或面对盘片的滑动件表面)包括图案化的高表面能SAM，用于从自然出现的停滞区域吸走流体(例如，流体液滴)。底部表面还包括滑动件中心垫周围的图案化低表面能SAM以便减少润滑油的积累并由此清除沉淀。

转到图2所示，其示出了滑动件的底部表面(即，ABS或面对盘片的滑动件的表面)。滑动件120具有限定前缘124和后缘126的主体122，其位置都是本领域已知的。滑动件120包括工作表面或底部表面130(也称为先进的空气轴承(AAB)表面)，其包括形成ABS的多种形貌特征(例如，凸起部分132，134和凹进部分136，137，138)。读换能器140和写换能器142位于靠近后缘126。尽管图2已经示出了滑动件的一个特定实施例，可以理解的，对于形状特征以及读出换能器140和/或写入换能器142的位置，滑动件可以具有任何数目的多种替代配置。例如，在一些实施例中读出换能器140和/或写入换能器142可以不位于底部表面130上，而是在后缘126的侧壁上。

滑动件120的工作表面或底部表面130上具有连续的、不中断的保护性碳涂层144，最好参考图3。涂层144至少有50埃厚。在一些实施方案中，由于凹进部分136，137和凸起部分132，134的高度差，保护性碳涂层144在凹进部分136，137中可以不是连续的和非中断的。在此类实施例中，至少凸起部分132，134上具有连续的、非中断保护性碳涂层144，以及其上具有SAMS涂层的凹进部分136，137，138的任何部分。

SAM图案150存在于保护性碳涂层144的至少一部分上，当介质盘片旋转以及滑动件120被定位在盘片上时，其用于引导流体的流动。SAM图案150可存在于任何的凸起部分132，134和凹进部分136，137，138上。值得注意的是，在SAM图案150存在的所有位置中，其化学(例如，共价键，离子键)粘接到其所驻留的表面，如在碳保护涂层144上，或直接在底部表面130上。

在图2中示出了流体流动的线；当没有SAM图案存在时，这些流体流动的路径基于表面130上的多种形貌特征(例如，凸起部分132，134和凹进部分136，137，138)。SAM图案150便于流体(如润滑剂液滴)流动穿过整个表面130而流动到收集点，然后限定该流体离开表面130的路径。图案150关于滑动件120的纵向轴线(从前缘124延伸到后缘126)是对称的，其具有第一区域152和第二区域154。第一区域152具有第一SAM，在本实施例中，具有较低的表面能的SAM。第二区域154具有第二SAM，在本实施例中，具有高表面能量的SAM。对于滑动件120，第一区域152和第二区域154都在凹进部分138中。

图案150在滑动件120的中心垫区域周围具有低表面能第一区域152。低表面能区域152被配置成减小在中心垫上的扩散，以由此减少间隙沉降。第一区域152根据底部表面130的形貌和流动图案来设置位置、形状和尺寸。图案150具有高表面能第二区域154，其在自然出现的停滞区155的下游延伸到后缘126，其中流体液滴由于流体流动的路径而被自然收集。第二区域154的位置、形状和尺寸设置成引导在停滞区155自然收集的流体(特别是，任何润滑剂和/或污染物的液滴)远离滑动件120。由于有SAM图案150，流体(例如，润滑剂和/或污染物的液滴)容易沿着流体流线前行通过低能量的第一区域152到达停滞区域155，在停滞区域155它们在高能量的第二区域154的角部或端部收集。高表面能的第二区域154的存在使流体(例如，润滑剂和/或污染物液滴)通过归因于152和154之间表面能量的梯度的毛细力流过或吸离停滞区155到后缘126。

如图2可以看出，图案150从底部表面130的大致中点线延伸至后缘126，关于滑动件120的纵向轴线对称。在所示的实施例中，滑动件120，特别是底部表面130，具有约900,000平方微米的面积(约900平方毫米)和图案150占有底部表面130面积的约20-30％，第一区域152占据图案150面积的约90％和第二区154占据图案150面积的约10％。

在图4和图5中，滑动件的底部表面包括用于增强流体(如，润滑剂和/或污染物的液滴)沿着自然出现的停滞线流动的图案化的低表面能SAM，以及在低表面能区域的横向外侧的图案化的高表面能SAM。图4和5中的滑动件与图2和3中的滑动件120具有不同的表面形貌和不同的SAM图案。

转到图4，其示出了滑动件的底部表面(即，滑动件面对盘片的表面)。滑动件160具有限定了前缘164和后缘166的本体162，其位置都是本领域已知的。滑动件160包括工作或底部表面170，其包括形成ABS的多种形貌特征(例如，凸起部分172，173，174和凹进部分176，177，178)。读换能器180和写换能器182位于靠近后缘166处。

滑动件160的底部表面170上具有连续的、不中断的保护性碳涂层184，最好参见图5。在一些实施例中，由于凹进部分176，177，178和凸起部分172，173，174之间的高度差，保护性碳涂层184在凹进部分176，177，178中可以不是连续的和非中断的。在此类实施例中，至少凸起部分172，173，174上具有连续的、不中断的保护性碳涂层184。值得注意的是，在SAM图案存在的所有位置，其在上述任何凹进部分或凸起部分中化学(例如，共价键，离子键)附着于滑动件ABS。

SAM图案190存在于保护性碳涂层184的至少一部分上，当介质盘片旋转以及滑动件160被定位在盘片上时，或者当滑动件160在非工作态离开盘片时，其被配置成引导流体的流动(通过毛细力)。与图2类似，在图4中示出了各种流体流动的线；当没有SAM图案存在时，这些流体流动路径基于表面170上的多种形貌特征(例如，凸起部分172，173，174和凹进部分176，177，178)。SAM图案190便于流体(例如，润滑剂和/或污染物的液滴)由表面能梯度驱动而流动穿过表面170到达收集点，然后限定了该流体离开表面170的路径。图案190关于滑动件160纵向轴线对称，其具有第一区域192和第二区域194。第一区域192具有第一SAM，在本实施例中，具有较低的表面能的SAM。第二区域194具有第二SAM，在本实施例中，具有高表面能量的SAM。在本示例中，对于滑动件160，第一区域192和第二区域194都在凹进部分178中。

图案190具有低表面能第一区域192，第一区域192存在于流体流中的停滞线自然出现的区域。高表面能第二区域194位于第一区域192的横向外侧。另外，第二区域194的一小部分与第二区域194的较大部分不连续，该小部分为第一区域192的下游并紧靠后缘166。图案190使流体(如润滑剂液滴)平稳导流远离和离开ABS和ABB，从而减少读换能器180和/或写换能器182上的污染物积累。

如图4所示，滑动件160从前缘164到后缘166的长度约为1220微米，以及图案190开始于距前缘164约750微米并延伸至后缘166，关于滑动件160的纵向轴线对称。在图示的实施例中，滑动件160，特别是底部表面170，具有约900,000平方微米(大约900平方毫米)的面积，图案190占据底部表面170约20-30％的面积，第一区域192占据图案190约1/3的区域，以及第二区域194占据图案190大约2/3的区域。

因此，具有自组装单层图案的滑动件的实施例被公开了。自组装单层图案(SAM)被配置成以高效的方式引导流体流经滑动件的工作表面。上述的实施例和其他实现方式都在所附权利要求的范围之内。本领域技术人员可以理解的是，本发明可以基于不同于所公开的实施例而实施。所公开的实施例是出于说明目的而不是限制目的，并且本发明仅由所附的权利要求所限制。

Claims (20)

1.一种滑动件，其包括前缘、后缘、工作表面、以及靠近所述后缘的读/写头，所述滑动件包括：

所述滑动件的工作表面上的厚度至少为50埃的连续保护涂层；以及

在所述滑动件的工作表面以及保护涂层上的自组装单层涂层，所述涂层包括至少一种自组装单层材料。

2.如权利要求1所述的滑动件，其中所述自组装单层涂层包括低表面能材料。

3.如权利要求2所述的滑动件，其中所述低表面能材料是氟化有机硅烷自组装单层材料。

4.如权利要求2所述的滑动件，其中所述自组装单层涂层包括所述低表面能材料和第二高表面能材料。

5.如权利要求4所述的滑动件，其中所述高表面能材料是氨基有机硅烷自组装单层材料。

6.如权利要求4所述的滑动件，其中所述高表面能材料延伸到所述滑动件的后缘。

7.如权利要求1所述滑动件，其中所述自组装单层涂层占据所述滑动件的工作表面的至少20％。

8.如权利要求1所述的滑动件，其中所述滑动件的工作表面包括凹进部分和凸起部分，并且其中所述自组装单层涂层存在于所述凹进部分和凸起部分两者中。

9.如权利要求1所述的滑动件，其中所述自组装单层涂层的形状和尺寸构造成引导流体流远离所述读/写头并到达所述滑动件的后缘。

10.一种滑动件，包括前缘、后缘、具有延伸至所述后缘的至少一个凹进部分的工作表面，所述滑动件还包括：

所述工作表面的至少一部分上的连续保护涂层；以及

所述工作表面上的自组装单层涂层，所述涂层包括至少一种自组装单层材料。

11.如权利要求10所述的滑动件，其中所述自组装单层涂层位于所述保护涂层上。

12.如权利要求10所述的滑动件，其中所述自组装单层涂层包括低表面能材料。

13.如权利要求12所述的滑动件，其中所述自组装单层涂层包括所述低表面能材料和高表面能材料。

14.如权利要求13所述的滑动件，其中所述高表面能材料是氨基有机硅烷自组装单层材料。

15.如权利要求12所述的滑动件，其中所述低表面能材料是氟化有机硅烷自组装单层材料。

16.如权利要求10所述的滑动件，其中所述自组装单层涂层包括具有多个SAM分子部分的两个或更多自组装单层材料。

17.如权利要求16所述滑动件，其中所述两个或更多自组装单层材料是随机的。

18.一种滑动件，包括前缘、后缘、工作表面、靠近所述后缘的读/写头以及从所述前缘延伸到所述后缘的纵向轴线，所述滑动件包括：

所述滑动件的工作表面上的自组装单层涂层的预定图案，所述预定图案关于所述纵向轴线对称。

19.如权利要求18所述的滑动件，其中所述预定图案包括低表面能的自组装单层涂层，其图案关于所述纵向轴线对称。

20.如权利要求19所述的滑动件，其中所述预定图案还包括高表面能的自组装单层涂层，其图案关于所述纵向轴线对称。