CN109949832A - 一种基于超滑结构形成的接触式磁头滑块 - Google Patents

Abstract

以现有磁头滑块为基础，对其进行刻蚀形成多个直径约为几十微米的凹槽，无需再进行气垫面刻蚀。超滑结构基底选择具有一定刚度并且具有原子级平整的材料，尺寸比磁头滑块凹槽略小，在超滑结构基底材料底部进行刻蚀形成多个比超滑片尺寸稍大的凹槽，将超滑片通过点胶技术粘接于超滑结构基底的凹槽中，通过适当的压力使胶滴固化并使超滑片底部处于同一高度，再将带有超滑片的超滑结构基底粘接于磁头滑块凹槽中。

Description

一种基于超滑结构形成的接触式磁头滑块

技术领域

本发明涉及大容量存储设备，尤其是涉及一种基于超滑结构形成的接触式磁头滑块。

背景技术

随着硬盘存储容量与日俱增，盘片存储介质的颗粒日益减小，为了确保数据存取的可靠性、获得足够的分辨率，磁头的飞行高度不断减小，磁头滑块的体积及重量也越来越小。

磁存储技术是一种近场技术，现有技术中硬盘的读写大都是采用磁头悬浮在盘体上方几纳米高度进行读写，读写磁信息时磁场强度随着磁头与磁介质之间距离的增大会呈现指数级衰减。目前，随着磁存储单元的尺度的缩小，为了保证快速读写磁盘上的磁信息的准确度，磁头读写器与磁介质之间的距离越来越小。而距离的缩小受到磁头飞行高度、磁头滑块表面的类金刚石膜厚度以及磁介质上方的类金刚石保护膜厚度和润滑层厚度等多方面的限制。

读写稳定性也是另外一个影响硬盘性能的重要指标。在震动，高低温，高海拔等恶劣条件下，硬盘不但使用寿命会缩短，而且可能会因为突发故障影响正常使用。传统硬盘在跌落等冲击载荷下也很容易损坏，影响数据安全性。

目前已有一些方案试图取代飞行读写模式的传统硬盘，中国专利申请CN201010115892.1公开了一种接触式读写的硬盘设备，如图1所示，其利用具有低摩擦的原子级光滑表面的材料覆盖磁头和盘体以及利用该原子级光滑表面间范德华力支撑来降低磁头与盘体间距离，将磁头与盘体的间距从传统飞行模式的2-5nm范围降低至1nm以下。但其对于具体的低摩擦材料并没有进一步的探讨，磁头在接触式读取过程中还是会产生磁头和盘体表面材料的磨损，从而导致磁盘损坏。

中国专利申请CN201410100304.5公开了一种读写接触式硬盘的磁头、滑块与盘体的接触技术。如图2所示，其利用至少一层二维原子层将磁头滑块包裹，且磁头滑块与盘体之间直接接触的二维原子晶体两层结构具有非共度性，并呈现超润滑状态，可完全取消传统磁头滑块中的DLC保护层，进一步降低了磁头滑块与盘体之间的距离，实现更高存储密度、更快存储和读取速度、以及更小型化的硬盘设备。然而，该种方法需要的二维材料要比磁头滑块尺寸更大，至少要达到10um-1000um的尺寸，就单晶石墨烯来讲，目前产业上并不具备量产的工艺条件。即使随着工艺水平的提高，大尺寸单晶石墨烯的制造成为可能，大尺寸单晶石墨烯的转移以及后续工艺也存在着诸多隐患，由于尺寸大，工艺中破片的风险很大，两道工序的衬底剥离与转移，也进一步降低了量产的可能。

基于以上原因，需要提出一种更加易于实现的，且能够实现接触式读写的磁头，使其能够实现磁头滑块与盘体进行接触式读写，大幅提高读写速度，还能够提高硬盘的安全性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接触式硬盘的磁头、一种硬盘设备以及一种接触式硬盘磁头的制备方法，易于产业化，同时实现接触式读写，提高硬盘的安全性能。

为实现上述目的，本发明将现有磁头滑块刻蚀形成多个直径为几十至几百微米的凹槽，将包含有超滑片及超滑结构基底材料的超滑结构与磁头滑块凹槽粘接，并施加一定压力，最终控制超滑片底面与磁头极尖部位距离为0.3-5nm。

本发明提供了一种接触式硬盘的磁头，包括磁头滑块和极尖，其特征在于：所述磁头滑块包括：滑块基底和至少一个超滑结构，其中所述超滑结构包括：超滑结构基底和多个超滑片，所述多个超滑片设置在所述超滑结构基底上，多个所述超滑片以超滑面距离超滑结构基底表面的高度可进行调节的方式设置在超滑结构基底上。

优选地，所述多个超滑片为2个以上。

优选地，所述超滑片包括超滑面。

优选地，所述超滑片以超滑面距离超滑结构基底表面的高度可进行调节的方式设置在超滑结构基底上。

优选地，所述超滑面是原子级光滑的二维材料。

优选地，所述可进行调节的方式为将所述超滑片通过点胶技术粘结于所述超滑结构基底的凹槽中，通过适当的压力使胶滴固化并使超滑结构底部处于同一高度。

优选地，所述超滑片的尺寸为1μm～100μm。

优选地，每个所述超滑片的厚度为100nm～10μm。

优选地，相邻所述超滑片之间的平均间隔为1μm～100μm。

优选地，不同超滑片的尺寸可以相等或不等。

优选地，不同超滑片的厚度可以相等或不等。

优选地，所述磁头滑块包括凹槽，所述凹槽用于容纳所述超滑结构。

优选地，所述凹槽的数量可以为一个或多个。

优选地，所述超滑片的材料包括具有结构超滑性质的材料。

优选地，所述超滑片的材料包括内部原子有局部存在层间非公度接触的材料。

优选地，所述具有超滑性质的材料为石墨。

优选地，所述石墨可以为高定向热解石墨(HOPG)、天然石墨。

优选地，通过弹性材料将所述超滑片设置在超滑结构基底上。

优选地，所述弹性材料可以为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶。

优选地，所述弹性材料的体积为10-7nl～10-3nl，优选10-6nl～10-4nl。

优选地，所述超滑结构基底包括多个凹槽，所述超滑片粘结于所述超滑结构基底的所述凹槽中，且一个超滑片粘结于一个凹槽中。

本发明还提供了一种硬盘设备，包括接触式硬盘磁头和盘体，所述接触式硬盘磁头为根据之前技术方案所述的磁头，所述盘体具有原子级光滑表面。

本发明还提供了一种接触式硬盘磁头的制备方法，所述方法包括：

步骤1，提供超滑结构基底；

步骤2，制备多个超滑片；

步骤3，将所述多个超滑片转移并设置在所述超滑结构基底上。

优选地，所述超滑结构基底通过微加工制备，所述超滑结构基底具有一定的平整度和刚度，使得所述超滑片在与工作表面接触或相对运动时，所述超滑结构基底不与工作表面接触，所述超滑结构基底材料优选为硅或云母或金属片，所述超滑结构基底上可以微加工有通孔或盲孔。

优选地，步骤2-1，在高定向热解石墨上至少覆盖光刻胶，所述光刻胶优选为通过旋转涂布的方式进行覆盖；

步骤2-2，构图所述光刻胶，保留多个光刻胶岛；

步骤2-3，刻蚀所述高定向热解石墨，以便去除未被光刻胶保护的部分高定向热解石墨，从而形成多个岛状结构，所述刻蚀优选是反应离子刻蚀；

步骤2-4，检测所述多个岛状结构是否具有超滑面，将所述岛状结构沿着超滑面分离后下表面为超滑面的片状结构即为超滑片；

优选地，所述步骤3包括：

将所述超滑片转移至带有弹性连接材料的所述超滑结构基底上，通过所述弹性连接材料将所述多个超滑片连接到所述超滑结构基底上，然后通过高度调整部件调节所述高度后固化所述弹性连接材料，优选的，所述弹性连接材料为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶，所述弹性连接材料的体积为10-7nl～10-3nl，优选10-6nl～10-4nl；或者在所述超滑结构基底上设置通孔，在所述多个超滑片上分别设置连接部件，连接部件对齐所述通孔，通过高度调整部件调整所述高度后将超滑片固定在所述通孔中，或者通过超滑结构基底的弹性或塑形变形来调节所述高度。

本发明的上述方案提供一种更加易于实现的，且能够实现接触式读写的磁头，降低了制作工艺的难度，提高了全工艺流程的可靠性。

附图说明

图1：现有技术1中的硬盘设备结构图；

图2：现有技术2中磁头滑块和盘体的结构图；

图3：本发明硬盘设备中磁头滑块的结构图。

图4：本发明硬盘设备中超滑结构基底与超滑片结合的示意图。

附图标记：1为磁头滑块，2为极尖，3为超滑结构基底，4为超滑片，5为高度调整部件/连接材料，6为超滑结构凹槽，7为磁头滑块凹槽，8为盘面。

具体实施方式

以下将参考附图详细描述本发明的结构超滑器件及其制备方法。

根据本发明的第一个实施例，带有凹槽的超滑结构基底与多个超滑片连接形成大尺度超滑结构，将包含有超滑片及超滑结构基底的大尺寸超滑结构与磁头滑块基底凹槽粘接。

如图3所示，提供了一种超滑结构，包括磁头滑块1，超滑结构基底3，超滑结构基底3上有多个凹槽6，多个超滑片4通过连接材料5与凹槽6连接在超滑结构基底3上。其中，通过微加工技术制备带有凹槽的磁头滑块1，磁头滑块1的尺寸约为1*0.8*0.2mm3，磁头滑块上有多个凹槽7，磁头滑块的凹槽的个数为4个，尺寸为200μm*120μm*20μm，；制备带有凹槽6的超滑结构基底薄片，超滑结构基底3尺寸为140μm*80μm*20μm，超滑结构基底凹槽6的个数为8个，尺寸为10μm*10μm*3μm；凹槽间距离均为20μm，均匀分布于超滑结构基底上。带有SiO2连接层的石墨超滑片4尺寸约为8μm*8μm，位置分布与超滑结构基底凹槽6相对应。大尺寸超滑结构连接至磁头滑块1的凹槽中，具体连接方法可以根据具体实施例的尺寸采用常见的胶粘或机械连接等方法。

超滑片的制备方法具体包括：(1)在高定向热解石墨(HOPG)上依次覆盖保护层和光刻胶，所述保护层可以是SiO2，厚度可以是例如50nm～500nm，可以利用等离子体化学气相沉积法沉积所述SiO2保护层。所述光刻胶可以通过旋转涂布的方式进行覆盖。(2)构图所述光刻胶，保留多个光刻胶岛。构图光刻胶的步骤即确定了后续步骤中所形成的岛状结构的布局，例如可以利用电子束刻蚀方法构图所述光刻胶，所形成的光刻胶岛可以是，例如平均直径为1μm～30μm，光刻胶岛之间的平均间隔为1μm～100μm，这样刻蚀后的岛状结构也具有相应的平均直径和平均间隔。(3)刻蚀所述超滑结构基底，以便去除未被光刻胶保护的保护层和部分超滑结构基底，从而形成多个岛状结构。所述刻蚀可以是例如反应离子刻蚀。当然也可以不覆盖所述保护层，而直接在超滑结构基底上覆盖光刻胶并进行岛状结构的刻蚀，从而形成不带保护层的岛状结构。(4)利用机械臂逐个推开所述岛状结构检测其是否具有超滑剪切面，将岛状结构推开后形成的下表面具有超滑剪切面的超滑片。

大尺寸超滑基本结构的制备方法具体包括：(1)将带有SiO₂连接层或者不覆盖有SiO₂连接层的石墨超滑片4进行与超滑结构基底上的凹槽6分布相同的排列，超滑片个数为8个，超滑片间距为20μm。(2)在带有微纳结构沟槽的微针尖上放置紫外光固化丙烯酸酯胶液滴5，液滴5在表面张力的作用下自发运动到微针尖的储液位置。(3)将带有液滴5的微针尖在移动装置的控制下运动到石墨超滑片4上方，并与石墨超滑片4形成点接触状态；液滴5在微针尖表面的微纳沟槽的毛细作用力作用下，由微针尖的储液位置顺着微针尖向下流淌至目标位置表面。(4)通过控制接触时间，在每个超滑片上方转移胶滴约10-6nl～10-4nl。然后将带有凹槽6的超滑结构基底1，在移动装置的控制下移动到带有SiO₂连接层的石墨超滑片4上方，将凹槽6与石墨超滑片4位置对应后，采用紫外光照射胶滴一段时间，使其成为具有一定的强度的弹性连接材料，再利用微机械手将超滑结构基底与带有胶滴的石墨超滑片形成接触状态。(5)通过原子力显微镜精准测量高度，通过原子力显微镜探针对超滑结构基底施加一定压力，调整超滑片4下表面与超滑结构基底3下表面的相对位置高度。采用紫外光照射丙烯酸酯胶滴一段时间，待胶滴完全固化后即得到所需高度精确控制的，面积为140μm*80μm的大尺度超滑基本结构。

将大尺寸超滑结构连接至带有凹槽7的磁头滑块的方法具体包括：(1)制造4个140μm*80μm大尺度的超滑基本结构，把它们按照并排扩展式组合方式排布成2×2的方形阵列，相邻超滑基本结构的边线距离为400μm。(2)取一磁头滑块，在其上制备多个凹槽，凹槽的数量为4个，组合方式排布成2×2的方形阵列。(3)在磁头滑块的凹槽底面或是大尺度的超滑基本结构的待连接面涂上丙烯酸酯胶水5，采用紫外光照射胶水一段时间，使其成为具有一定的强度的弹性连接材料，再将磁头滑块1与带有石墨超滑片的超滑结构基底形成接触状态；(4)然后利用光学显微镜可观察磁头滑块与超滑结构的位置状态，根据磁头滑块所需的高度，通过原子力显微镜探针控制对磁头滑块施加一定压力，使其达到磁头滑块所需的高度，待胶滴完全固化后即得到所需高度可精确控制的磁头滑块。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种接触式硬盘的磁头，包括磁头滑块和极尖，其特征在于：所述磁头滑块包括：滑块基底和至少一个超滑结构，其中所述超滑结构包括：超滑结构基底和多个超滑片，所述多个超滑片设置在所述超滑结构基底上，多个所述超滑片以超滑面距离超滑结构基底表面的高度可进行调节的方式设置在超滑结构基底上。

2.如权利要求1所述的磁头，其特征在于：所述超滑结构包括超滑面，优选地所述超滑面是原子级光滑的二维材料，更优选地所述超滑结构包含超滑基本结构且由超滑基本结构再次排列组合形成的更大尺度的超滑结构，更优选地超滑片的尺寸为1μm～100μm，更优选地每个所述超滑片的厚度为100nm～10μm。

3.如权利要求1所述的磁头，其特征在于：所述超滑片的底面处于基本相同的平面上，优选地相邻所述超滑片之间的平均间隔为1μm～100μm。

4.如权利要求1所述的磁头，其特征在于：所述可进行调节的方式为将所述超滑片通过点胶技术粘结于所述超滑结构基底的凹槽中，通过适当的压力使胶滴固化并使超滑片底部处于同一高度。

5.如权利要求1所述的磁头，其特征在于：所述磁头滑块包括凹槽，所述凹槽用于容纳所述超滑结构，优选地所述凹槽的数量可以为一个或多个，更优选地所述超滑片的材料包括具有结构超滑性质的材料，更优选地所述具有结构超滑性质的材料为石墨，更优选地石墨可以为高定向热解石墨(HOPG)、天然石墨；更优选地所述滑块基底包括多个凹槽，所述超滑结构粘结于所述滑块基底的所述凹槽中，且一个超滑结构粘结于一个凹槽中。

6.如权利要求1所述的磁头，其特征在于：通过弹性材料将所述超滑片设置在超滑结构基底上；优选地所述弹性材料可以为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶。

7.一种硬盘设备，包括接触式硬盘磁头和盘体，所述接触式硬盘磁头为根据权利要求1-7所述的磁头，所述盘体具有原子级光滑表面。

8.如权利要求8所述的磁盘设备，其特征在于：磁头滑块与盘体可以是平行的或者形成一定夹角。

9.一种接触式硬盘磁头的制备方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤1，提供超滑结构基底；

步骤2，制备多个超滑片；

步骤3，将所述多个超滑片转移并设置在所述超滑结构基底上。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述超滑结构基底通过微加工制备，所述超滑结构基底具有一定的平整度和刚度，使得所述超滑片在与工作表面接触或相对运动时，所述超滑结构基底不与工作表面接触，所述超滑结构基底材料优选为硅或云母或金属片，所述超滑结构基底上可以微加工有通孔或盲孔；

优选地，步骤2进一步包括：

步骤2-1，在高定向热解石墨上至少覆盖光刻胶，所述光刻胶优选为通过旋转涂布的方式进行覆盖；

步骤2-2，构图所述光刻胶，保留多个光刻胶岛；

步骤2-3，刻蚀所述高定向热解石墨，以便去除未被光刻胶保护的部分高定向热解石墨，从而形成多个岛状结构，所述刻蚀优选是反应离子刻蚀；

步骤2-4，检测所述多个岛状结构是否具有超滑面，将所述岛状结构沿着超滑面分离后下表面为超滑面的片状结构即为超滑片；

优选地，所述步骤3包括：

将所述超滑片转移至带有弹性连接材料的所述超滑结构基底上，通过所述弹性连接材料将所述多个超滑片连接到所述超滑结构基底上，然后通过高度调整部件调节所述高度后固化所述弹性连接材料，优选的，所述弹性连接材料为环氧树脂胶、聚丙酯胶、丙烯酸酯胶，所述弹性连接材料的体积为10-7nl～10-3nl，优选10-6nl～10-4nl；或者在所述超滑结构基底上设置通孔，在所述多个超滑片上分别设置连接部件，连接部件对齐所述通孔，通过高度调整部件调整所述高度后将超滑片固定在所述通孔中，或者通过超滑结构基底的弹性或塑形变形来调节所述高度。