CN1093485A - 带有改进性能的磁头组件的接触式磁盘驱动器 - Google Patents

Abstract

接触式记录磁盘驱动器使用一个整体读/写头 悬挂组件，它有一个带有在读/写期间与磁盘接触的 双层磨损垫的载体。外磨损层的硬度和耐磨损度与 内层相比要差得多。外磨损层在读/写头载体的初 始磨合期能很快地磨损掉。于是读/写头的扩展到 磨损层中的极片就能很快与盘片相接触，从而给磨损 垫与盘片表面的初始未对准带来补偿。内磨损层则 在磁盘驱动器的寿命期间提供耐磨性。外层和内层 基本上都是用在非晶碳中掺入不同量的氢构成。

Description

本发明涉及磁性记录盘驱动器，尤其涉及接触记录型驱动器。这种驱动器中，记录传感器（或磁头）在读和写操作期间与磁性记录盘相接触。

在传统的非接触式刚性磁盘驱动器中，每个读/写磁头由一个载体（或滑块）支撑。与该磁头相关的磁盘以其工作速度旋转时在盘片表面产生一个气垫或空气轴承，载体（或滑块）就在该气垫上浮动。滑动借助于一个较易损坏的悬挂机构与一个线性或转动的传动机构相连接。这种带有能够支撑许多滑块的传动机构的磁盘驱动器可以有若干盘片。传动机构径向移动滑块，以使每个磁头可以访问与之相关的磁盘表面上的记录区域。在这些传统的磁盘驱动器中，滑块借助于来自悬挂装置的一个很小的力量斜置向磁盘表面。滑块从磁盘驱动器加电开始一直到磁盘达到足以使滑块可以在空气轴承上浮动的速度为止期间都与磁盘表面相接触，在磁盘驱动器断电且磁盘的转速降到不足以产生空气轴承时再次与磁盘相接触。

除以上所述的传统磁性记录盘驱动器外，还有接触式记录的刚性磁盘驱动器，其中磁头在读写操作时与磁盘相接触或几乎接触。接触式记录的磁盘驱动器具有磁头和磁盘非常接近的优点，还提高了写入效率、改进了读信号响应、以及相应的存贮密度。对某一类型的接触式记录，有时人们把其称之为“干式”接触记录以区别于液体轴承接触式记录。该磁盘驱动器使用一个磁头组件，组件中磁头载体和悬挂机构成为一整体部件，磁头载体使磁头在读和写操作期间与磁盘表面保持物理上的接触。在这种类型的磁头悬挂机构中，正如5，041，932号美国专利所描述的那样，磁头端极片和其载体的一部分在磁盘驱动器的使用寿命期间由于与磁盘的接触而产生的摩擦会带来实际的磨损。不幸的是，在这种磁盘驱动器中，要将磁盘驱动器组装得能使磁头端极片良对准并使之与磁盘完全接触是极其困难的。这样，就有必要研制出能提高耐磨性的制造过程，并使磁盘驱动器在初始磨合期将磁头载体磨损至一足够的量以使磁头的端极片能与磁盘完全接触。由于磁头载体是用相当坚硬的材料制成以保证磁盘驱动器有相当长的寿命，从而这一初始磨合期就会长得让人无法接受。

因此，需要一种改进了磁头组件性能的接触式记录的磁盘驱动器，它允许磁头端极片能快速而又精确地对准磁盘。

本发明是一个接触式记录的磁盘驱动器，它带有一个具有双层磨损垫的磁头载体的磁头悬挂组件。磨损垫的外磨损层与其里层相比相对较软。外磨损层在磁头载体初始磨合期以较快的速度磨损掉。在这种情况下，扩展进入磨损垫的磁头端极片可以很快与磁盘相接触，从而给磨损垫与磁盘表面的初始未对准带来补偿。在最佳实施例中，外层和里层都基本上用非晶碳制成，里层则添加有不等量的氢以控制耐磨度。在另一个实施例中，两层制作成一个完全单一的连续层，沿着层的厚度氢浓度得以增加或减少。

为了较全面地理解本发明的优点和特征，请参阅以下结合附图所作的详细描述。

图1是移去上盖的接触式记录的磁盘驱动器的顶视图，用以大略地说明主要部件。

图2是一体化的磁头悬挂组件和磁盘的侧剖视图，用以说明磁头载体和磁盘之间的接合面。

图3是图2中所述的磁头载体的磨损垫的底部或磁盘侧面的视图。

图4是一个与磁盘表面初始未对准的磁头载体的磁头端极片和磨损垫的放大了的剖视图。

图5A-5F用以说明带有磁头载体的一体化的磁头悬挂组件在制造过程中的各个步骤。

图1用以说明一个接触式记录的磁盘驱动器，它包括：同装有一个旋转传动机构10的外罩8、安装在心轴13上的由可装至外罩8上的驱动马达（未示出）转动的一个相关的磁存贮盘12。旋转传动机构10在磁盘12上按准确的路径移动本发明的磁头悬挂组件。旋转传动机构10包含有一个音圈马达（VCM），它包括一个可在带有铁芯16的固定的永磁组件的磁场中移动的线圈14。传动机构的臂20与可移动线圈14相连。该臂20的另一端与本发明的组合磁头悬挂组件22相连。单片磁头悬挂组件22包括一个磁头载体段24和一个悬挂段26。尽管磁头悬挂组件22被描述为一个整体单元，但它也还可以具有一种两片结构，即其中载体段24与悬挂段26相连接。悬挂段26可以支撑磁头载体段24与磁盘12的表面相接触。传动臂20可以包括用以支撑各自磁头悬挂组件22的许多子臂，这些磁头悬挂组件22中的每个与装在磁盘驱动器中若干磁盘的各个磁盘表面相联系（接触）。因此，举例来说磁盘12可以同样有一个安装在传动臂20的磁头悬挂组件22以存取磁盘12的下边的媒体表面。此外，其他的磁头悬挂组件可以安装至传动机构10以存取包含在磁盘驱动器中的其他磁盘的上和下两面。

磁头悬挂组件22的悬挂段26为磁头载体段24提供一个载荷，该载荷通常与磁盘12的表面垂直。这一垂直载荷使磁头载体段24在磁盘12旋转期间与磁盘12的数据表面保持接触。

现在请看图2，包含悬挂段26和磁头载体段24的磁头悬挂组件22按放大的剖视图方式给出，该组件22与磁记录盘12相接触。磁头悬挂组件22的磁头载体24在面向盘片12的一端有一磨损垫30。正如在剖视图中所示，磁头载体24具有一个嵌入其中的感应读/写头。该读/写头包括有：一个磁极端片（由极端40、42组成）、一个磁轭32、以及一个水平排列的线圈34。磁极端片由邻近的极端40、42组成，两极端分开以形成记录磁隙44。在图2所示的实施例中，磁头载体24按单片方式做成，且与悬挂机构26做成一体。然而，磁头载体24可以按照一分离段（称为“片”）的方式做成，再连接至一分离的悬挂机构上。同样，在图2所描述的实施例中，由于磁极端片是感应读/写头的一部分，故带有磨损垫30的磁头载体24也可以与其它类型的磁记录头一起使用，例如：其中含有垂直记录传感器的磁极端片的磁头（正如所引用的，′932专利中所述），带有屏蔽罩的磁阻（MR）传感器，或者用于引导磁盘的磁力线到MR传感器的磁力线引导器。

图3用于说明面向磁盘12的磨损垫30的端面。该磨损垫30的端面有一个磨损面36，它基本上与磁极端40和42的端面共面。在磁盘驱动器工作期间，磨损垫30，尤其是磨损面36，保持与磁盘12的表面相接触，并在驱动器的使用寿命期内被一点一点地磨损掉。作为一体化磁头悬挂组件26一部分的包括磁轭32和34的感应读/写磁头结构及其制造方法在受让人的共同未决申请No.07/932，826中有更详细的描述。

现在请看图4，图中用放大的图例来说明磁头载体与磁盘12的初始未对准。如图所示，由于这种初始未对准，使得磁极端40和42不能与磁盘12的表面相接触，而只是磨损垫30的磨损面36的一部分与磁盘12的表面相接触。根据本发明，磨损垫30由两层组成：第一外层50和第二里层52，里层52与外层50相接触，且其耐磨性要比外层50好得多。

在磁头载体24的最佳实施中，外层50和里层52是由通过从石墨靶溅射或用强化的等离子化学汽相淀积（PECVD）得到的非晶碳构成的。掺入不等量的氢在这两个层中用于控制这两层的耐磨度和硬度。一般地，低量或高量的掺杂将导致产生低的耐磨度和硬度，而中间量的、最佳量的掺杂导致产生最好的耐磨度和硬度。在PECVD非晶碳的情况下，低度氢掺杂通常是指其原子百分数低于大约15%，中等量的氢掺杂指约在15-35%，而高量氢掺杂指约在35%以上。当两层用PECVD或溅射方法形成时，第一外层50用高度量或低度量的掺杂物淀积，而第二里层52用中等量的氢制备。能改变磨损层之耐磨度和硬度的其它掺杂物，例如氮，也一样可以采用。另外，一层可以用溅射方法形成，另一层则可以用PECVD淀积形成。其它的真空喷镀技术，象离子束喷镀和电子回旋共振这样的技术，可以用来代替溅射和PECVD技术。外层50的厚度最好在0.1-1.0微米范围内，而里层52的厚度则最好在1-10微米范围内。

至于本发明的磁头载体24的磨损垫30，其外层50的磨损速度要比里层52快的多，以便提供快速定位和使磁极端片40、42能与磁盘12的表面得到初始接触。因此，在加工过程中就要求初始磨合期非常短暂，以便使磁极端片40、42能与磁盘表面12及早接触。在外磨损层50的初始磨合完成之后，里层52将在磁盘驱动器的工作寿命期为磁头载体24提供耐磨性。

现在将参照图5A-5F说明制造带有磁头载体24的一体化的磁头悬挂组件22的最佳方法。首先，如图5A所示，有一个象硅或铝的氧化物/钛的碳化物陶瓷材料做成的合适的衬底，在衬底之上作一个定型了的蚀刻阻挡板102。蚀刻阻挡板所用的材料最好是通过溅射淀积或蒸镀形成的一层薄的铬或钽。然后，如图5B所示，将氧化铝（Al₂O₃）层104淀积在衬底100上，其厚度要达到磨损垫30所要求的高度（见图2）。在淀积完氧化铝之后，在氧化铝上蚀刻一个通路一直到蚀刻阻挡层10-2。其结果是形成一个如图5B所示的结构。这就为后续的磨损垫的制作构造了一个模型。为磨损垫构造模型的另外一种技术是，直接在衬底100上蚀刻以为磨损垫形成一个凹陷。这种情况下的磨损垫的高度决定于蚀刻所得凹陷的深度。

再看图5C，下一步是淀积一分离层106，最好用铜这样的材料，其厚度约为2微米。然后在分离层106上淀积外磨损层50。在最佳实施例中，层50基本上是由PECVD法形成的一层非晶碳薄膜，而其厚度则在0.1-1微米的范围内。接下来淀积磨损层52到外磨损层50上。内磨损层52最好用PECVD法形成，且形成的薄膜是掺杂有氢的非晶碳。在PECVD处理过程中提供象环己烷这样的有机源，以形成相对较硬的碳内层52。PECVD处理过程可通过掺杂入氮来进行进一步修正。内层52的厚度最好为1至10微米。

另外，通过改变氢的浓度，在每层中用溅射或PECVD碳的方法形成外磨损层50和内磨损层52。特别地，外层50是淀积的碳，掺杂有高或低浓度的氢，而内层52是淀积的碳掺杂有中等浓度的氢。

磨损层30同样可以在用PECVD或溅射法淀积期间通过连续改变掺入的氢的浓度来用碳制成。最初时掺杂物氢的浓度为高量或低量的是用于给外层提供一较低的耐磨度，以后掺杂物氢的浓度逐渐改变至中等量度。结果是得到了一个基本上具有不同等级硬度和耐磨度分布的单一的连续层。

氧化铝也可以用来作为软的外层50以替代非晶碳。

再请看图5D。磨损层50、52的一部份要用活性离子蚀刻法去除，这一去除部分位于中心区域107，即在后续形成磁头载体24的外部，且在这一部分将要形成感应读/写磁头的极片。

接着，形成包括磁极端40、42，磁轭32和线圈34的磁极端片，如图5E所示。通过淀积坡莫合金（NiFe）来形成磁轭32和磁极端片40，42。首先淀积一个磁极端片40，然后再均质地淀积象氧化铝或二氧化硅这样的间隙材料。不想要的间隙材料可通过象活性离子蚀刻这样的非均质蚀刻过程来去除，以使间隙材料仅仅保持在图5E所示那样的垂直面上。然后，淀积磁极片42，它邻近磁极片40，但现在由间隙44与之分隔开。在形成磁极端40、42和间隙44之后，该结构要覆盖有绝缘聚合物或无机材料，然后电镀铜线圈34，通路要打开以露出磁轭32的底部。再固定磁轭32的顶部以完成磁头结构。

在制成感应读/写磁头之后，如图5F所示，淀积氧化铝，其厚度达悬挂机构26所要求的那样。最后，蚀刻氧化铝层104和分离层106，以便将完成了的磁头悬挂组件22从衬底100和初始氧化铝层104分离出来。

下面的表1给出了可用来作为磨损垫的各种材料的磨损速率的实验数据。数据是从传统的转速为360转/每分钟的2.5英寸的磁盘驱动器中得到的。磨损垫的接触表面区域大小为35微米×35微米，磨损垫加载至一光滑的覆盖有碳的润滑的磁盘上，加载力为20mgmf;磨损垫下磁盘的局部速度为10m/sec。

材料    初始磨合率    长期磨合率

氧化铝    3800纳米/天    75纳米/天

溅射碳    150纳米/天    13纳米/天

(4%氢)

溅射碳    18纳米/天    5纳米/天

(30%氢)

PECVD碳    6纳米/天    2纳米/天

(33%氢)

表1

通过适当选择表1中的材料，可以形成一个双层，或者通过逐渐改变非晶碳中掺杂物的浓度，如从外层到内层增加氢的浓度以提供一个基本上连续的单一磨损层，就可以制造出一个能解决与磁盘初始未对准问题，而在磁盘驱动器使用寿命期内具有高耐磨性的磨损垫。

虽然对本发明的最佳实施例已经进行了详细说明，但很明显，在不脱离本文权利要求书所提出的本发明的范围的情况下，本领域的一般技术人员可对这些实施例作一些修改和调整。

Claims (10)

1、一个接触式记录的磁盘驱动器，其特征在于包括：

一个存贮数据用的刚性磁盘；

与磁盘相连用来转动磁盘的装置；

一个含有磨损垫的载体，磨损垫包括有外磨损层和与外层接触的内磨损层，且内磨损层的耐磨度高于外层；

一个用于读或写磁盘数据的位于载体内的读/写头，该读/写头有一个扩展到载体的磨损垫内的极片；

与载体相连的装置，用于在读/写头读或写数据期间使载体的磨损垫通常与磁盘相接触；以及

与载体相连的装置，用于在磁盘上移动载体和被支撑的读/写头。

2、权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：其读/写头含有一个感应式读/写头，且其中的极片含有一对由一个记录头间隙分开的两个极端。

3、权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：磨损垫的外层基本上由实质上不含有的非晶碳构成。

4、权利要求3的磁盘驱动器，其特征在于：磨损垫的内磨损层基本上由含有氢的非晶碳制成。

5、权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：磨损垫的内层和外层基本上是一个单一的连续层，且其耐磨度在从外向里的方向上不断增加。

6、权利要求5的磁盘驱动器，其特征在于：该单一连续的耐磨层基本上由含有氢的非晶碳构成，氢的浓度在从外向里的方向上不断增加或减少。

7、权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：内磨损层和外磨损层可以是用PECVD淀积或用溅射淀积方法得到的镀层。

8、权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：一个磨损层可以是一个溅射淀积层，而另一个则可以是一个PECVD淀积层。

9、一个接触式磁性记录磁盘驱动器的特征在于包括：

一个刚性磁记录磁盘;

一个与磁盘相连用来转动磁盘的电动机;

一个含有在磁盘驱动器读/写操作期间与磁盘相接触的磨损垫的载体，该磨损垫包括含有一个外磨损层和一个与外层接触的内磨损层，且在耐磨度上内层高于外层;

一个用于读/写磁盘上数据的位于载体内部的感应读/写头，该读/写头有一对被记录头间隙隔开的两个极端且扩展进入载体的磨损层中;

与载体相连的装置，用于在读/写头读/写数据期间使载体的磨损垫通常与盘片相接触;

与载体相连的传动机构，用于在磁盘上通常快速移动载体以便读/写头可以存取磁盘上不同区域的数据;以及

用于支撑电动机和传动机构的装置。

10、用在接触式记录的刚性磁盘驱动器中的读/写头组件的特征在于包括;

一个与磁盘相接触的含有磨损垫的载体，磨损垫含有一个外磨损层和一个与之接触的内磨损层，且在耐磨度上内层比外层高;

一个位于载体内部的用于读/写磁盘上数据的读/写头，该读/写头有一个扩展进入载体的磨损垫的极片。

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