CN1173695A - 使传感器间距最佳化的浅蚀刻空气轴承表面特征 - Google Patents

使传感器间距最佳化的浅蚀刻空气轴承表面特征 Download PDF

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Abstract

一种在后沿移动板的浅蚀刻使滑板靠近记录媒体而浮动且对侧倾不敏感。滑板包括支承结构和移动板,移动板有侧沿和在支承结构上方抬起的空气轴承表面。移动板包含装于支承结构上的磁性元件。对接近磁性元件的移动板诸沿进行蚀刻,可使磁性元件在磁盘上的浮动高度减至最小同时防止移动板在侧倾状态时与磁盘碰撞;使接近磁性元件的移动板沿低于空气轴承表面但高于支承结构,且使极小机械滑板/磁盘间距与磁头/磁盘间距之间的差距最小又使传感器间距最佳化。

Description

使传感器间距最佳化的 浅蚀刻空气轴承表面特征
一般说来，本发明涉及用于记录媒体的空气轴承滑板；更详细地说，涉及一种有空气轴承面特点的滑板，这些特点可使最小机械滑板/磁盘间距与磁头/磁盘间距之间的差距为最小。
常规的磁盘驱动器都是信息存储设备，它们利用至少一个具有同心数据磁道的可转动磁媒体盘，一个用于在不同磁道上读和写数据的读/写传感器，一个通常在媒体上方以浮动方式支撑靠近磁道的传感器的空气轴承滑板，一个用于在数据磁道上方弹性地支撑空气轴承滑板和传感器的悬浮体，和一个连接于悬浮体的定位致动器，它用于把跨越媒体的传感器移到期望的数据磁道，并且在一个读或写操作期间在数据磁道的上方维持传感器。
在磁记录技术中，一直期望提高能够借以记录和可靠阅读信息的面积密度。因为磁盘驱动器的记录密度受限于传感器与磁媒体之间的距离，故空气轴承滑板设计之目的在于尽可能靠近磁媒体地“浮动”一个空气轴承滑板，同时避免与该媒体机械碰撞。期望间距或“浮动高度”较小，以便传感器能够对磁盘上密排区所发出的诸磁场进行识别。
区段位记录能够在磁盘存储文件方面提供显著的性能与容量改进。为了改进这一技术，最好是在从磁盘的内径(ID)到外径(OD)的全部区中都维持读/写头与磁盘之间的恒定间距。还期望在全部数据区都尽可能低地浮动，以提高幅度与分辨率，并且进一步提高面积密度和文件容量。然而，低的浮动高度使人担心文件存储器方面的力学可靠性：启动/停止寿命和长期浮动能力。
越过数据区的恒定浮动高度向滑板设计提出一个重大的挑战，因为由旋转盘产生的空气速度相对于空气轴承滑板在大小和方向方面都完全随旋转致动器文件存储器中半径而变。
空气轴承滑板也由于侧倾而经受浮动高度的变化。对于一个相对于磁盘转动有零斜交的空气轴承滑板来说，侧倾是对绕空气轴承滑板纵轴转动的角度的一种度量。当弹性安装的滑板经受一个斜交的气流，或者致动器经受一个与磁盘的碰撞时，就发生侧倾变化。对侧倾变化的不敏感性是空气轴承滑板的一个决定性要求。
最后，当致动器存取磁盘各种部位上的数据时，在致动器的高速径向移动期间，空气轴承滑板经受不断变化的条件。高速移过磁盘能够导致大的滑板侧倾、俯仰和倾斜数值，并产生浮动高度上的变化。这就是空气轴承滑板必须对侧倾、俯仰和倾斜的变化不敏感的又一个理由。
典型的锥形-平板型滑板不能够满足区位记录的恒定间距的要求。对大多数旋转致动器结构来说，锥形-平板型滑板的浮动高度会随着磁头从ID移出而迅速增加。当它接近数据区中部时，它达到一个最大的间距，可以增加到两倍于初始ID浮动高度。此后，当空气轴承滑板移向磁盘的外缘时，其间隙减小。
当发生浮动高度上的任何上述变化时，都可导致空气轴承滑板与快速旋转记录媒体接触。任何这类接触都可导致空气轴承滑板与记录表面磨损，且可能毁坏。
现有技术的滑板设计已试图通过解决一个或多个上述灵敏度问题来避免这一问题，以便生产一种在空气轴承滑板可能经受的变化条件下具有均匀浮动高度的空气轴承滑板。已开发出另一些用于空气轴承表面的结构，以提供所需的空气动力学性能。此外，这些结构常用一些滑板俯仰与侧倾之间的折衷办法去达到期望的平头/磁盘间距。然而，提供空气轴承表面的移动板宽度还必须能够适应读写传感器。因此，滑板浮动位置上的变化能够产生小得多的机械滑板/磁盘间距，因为磁头/磁盘间距相应地增加。
举例来说，图1A说明一种现有技术的滑板10，它具有一个前沿12，一个后沿14和两个侧沿16，18。当磁盘开始旋转时，滑板如此俯仰：使前沿12相对于后沿14而抬起，如图1A所示。图1A所示的滑板包括两个侧移动板20，22和一个中央移动板24，它们都符合给定的性能标准。两个侧移动板20，22和一个中央移动板24都装在一个支承结构26上。一个传感器28在后沿14处装于中央移动板24上，以在盘上进行读/写操作。图1B示出在滑板10的后沿14的中央移动板24的近观图。还示出传感器28的磁头间隙32。在上面描述的条件下，滑板可能经受用纵向位移角34表示的侧倾，这可使滑板由于小得多的机械滑板/磁盘间距而接触旋转的磁盘。图2说明一个极小的侧倾角34是如何使中央移动板缘42的机械间距比磁头间隙浮动高度小得多的。
图2示出一个沿图1A的A-A线的现有技术滑板10的后视图。图2中的视图是为说明起见而放大的。在图2中，示出了装于支承结构26上的中央移动板24。当滑板10经受一个极小的侧倾角34时，在中央移动板24的缘42与磁盘44之间的机构间距40减小，而在磁头间隙48与磁盘44之间的磁间距46则减小程度较小，保持相同，或者变大，这取决于侧倾轴是否从滑板的中央纵轴移开。图2说明一种在磁头间隙48与磁盘44之间的磁间距46变大的情况。在机械间距40与磁头间隙浮动高度48之间的差值可以是相当大的。例如，一个具有400μm后沿移动板宽度和极小的50μrad浮动侧倾方位角的滑板将具有一个最小的机械间距40，它比期望的磁间距46浮动高度小10nm，期望的磁间距46浮动高度使滑板抬起，以提高耐磨性，即提高使用寿命。
因此可以看出，有必要使滑板具有一些使最小机械滑板/磁盘间距与磁头/磁盘间距之间差距为最小的空气轴承表面特点。
还可以看出，有必要使滑板具有一些容许传感器间距最佳化的浅蚀刻特点。
还可以看出，有必要使磁盘驱动器具有一个呈现窄后沿移动板的滑板，同时仍提供用于读/写传感器的足够区，从而使最小机械滑板/磁盘间距与磁头/磁盘间距之间的差距减至最小。
为了克服在上述现有技术中的限制，和克服会在阅读和了解本说明书中明了的其他限制，本发明公开一种容许滑板更靠近记录媒体浮动的在后沿移动板处的浅蚀刻。
一种根据本发明原理的系统包括一个支承结构，该结构具有，相对于记录媒体的运动来说，一些侧沿，一个前沿和一个后沿；并包括至少一个移动板，该板具有一些侧沿和一个在支承结构上方抬起的空气轴承表面；其中至少一个移动板包括一个磁性元件，并且其中靠近磁性元件的移动板的诸沿被蚀刻，使磁性元件在磁盘上方的浮动高度减至最小，同时防止移动板在处于侧倾状态期间与磁盘发生碰撞。移动板的蚀刻特点可产生一些辅助的后沿段，在此，靠近磁性元件的移动板沿可以低于其他的空气轴承表面，但高于支承结构。
本发明的一个方面是，滑板具有空气轴承特点，这些特点可使最小机械滑板/磁盘间距与磁头/磁盘间距之间的差距为最小。
本发明的另一个方面是，滑板具有浅蚀刻的特点，这些特点可使传感器的间距最佳化。
本发明的又一个方面是，磁盘驱动器可以包括一个滑板，该板呈现一个有窄后沿的移动板，同时仍提供用于读/写传感器的足够区，从而使最小机械滑板/磁盘间距与磁头/磁盘间距之间的差距减至最小。
在另一个实施例中，靠近磁性元件的空气轴承表面沿是用蚀刻或离子蚀刻方法变短的，即，它们不完全延伸到后沿。
表示本发明特征的这些和其他各种新颖性的优点和特点，会在此附上的权利要求书中具体指出，并且构成它的一部分。然而，为更好地了解本发明，它的优点和按其应用得到的目的，应参考构成本发明另一部分的图及其有关描述，其中有一些根据本发明的设备的说明和描述性具体实例。
现在参阅诸图，其中相同的标号始终表示相应的部分：
图1A说明一个现有技术的滑板；
图1B说明用于图1现有技术滑板的中央移动板的后沿；
图2说明沿图1A线A-A的现有技术滑板的后视图；
图3A说明根据本发明的具有浅蚀刻特点的滑板；
图3B说明根据本发明的用于有浅蚀刻特点滑板的中央移动板的后沿；
图4说明根据本发明的沿图3A线B-B的有浅蚀刻特点的滑板的后视图；
图5A说明一种负压滑板结构，其中在后沿未安装磁传感器；
图5B说明一种根据本发明的有浅蚀刻特点的滑板，它具有图5A中滑板的空气轴承表面几何形状；和
图6是一个载有图5A和5B中所述滑板的下述参数模拟结果的表：最小机械间距，最小间隙间距，和其间的差距。
在一个最佳实施例的下面描述中，参考构成本发明一部分的诸附图；在诸附图中，作为说明，示出一个可以实践本发明的具体实施例。要了解，其他的实施例也是可以利用的，因为可以作出结构上的变化而不脱离本发明的范围。
图3A说明一个根据本发明的滑板100，它类似于图1A所示的现有技术滑板。根据本发明的滑板100包括一个前沿112，一个后沿114，和两个侧沿116，118。符合给定空气动力学性能标准的两侧空气轴承表面或移动板120，122和一个中央移动板124，都装在一个支承结构126上。在滑板后沿114处的中央移动板124上，安装一个传感器128，用于在磁盘上执行读/写操作。然而，中央移动板124含有一些靠近磁性元件128的浅蚀刻功能部件150，使中央移动板124的一个分段相对于支承结构126的后沿114的距离被减小。因此，浅蚀刻在中央移动板124的后沿114产生一个槽口152，在槽口中布置磁头间隙132。
图3B示出了在滑板100的后沿114处的中央移动板124的近观图。还示出其磁头间隙132。然而，根据本发明，用角度134表示的上述侧倾条件，并未使差距象在机械滑板/磁盘间隙或间距与磁头/磁盘间距之间的差距一样大。
浅蚀刻区150有效地缩短在后沿114处的中央移动板124的宽度，同时仍然提供足够读/写传感器128用的区。中央移动板124的浅蚀刻段150包括一些靠近磁性元件128的辅助后沿段154，在此处去掉中央移动板124的一些段，因此不会在支撑结构126之上抬起到与中央移动板124的其余空气轴承表面相同的高度。最好是，蚀刻工序的深度应浅到足以避免干扰元件结构，使对传感器或空气轴承结构的影响减至最小。一般说来，蚀刻工序深度为0.5μm量级或更小。可以通过滑板制作专业技术人员熟知的离子蚀刻、活性离子蚀刻或其他适宜技术，来执行浅蚀刻过程。图4根据本发明说明，一个极小的侧倾角134是怎样影响滑板的机械的和磁的缝隙间距的。
图4沿图3A中的B-B线示出滑板100的后视图。此外，图4的视图是为阐明而放大的。在图4中，示出一个装于支承结构126上的中央移动板124。当滑板100经受一个极小的侧倾角134时，在中央移动板124的边缘152与盘144之间的机械间距不影响其最小机械间距。这样，浅蚀刻段150有效地减小在间隙148处的空气轴承表面的宽度。因此，在安排磁头缝隙148的中央移动板124的末梢中的槽口152的边缘，出现滑板的最小机械间距，结果，最小机械间距140的位置被移动到靠近磁缝隙146，并且在最小机械间距140与最小磁间距之间的差距被减小。例如，当一个经受50μrad极小浮动侧倾方位角的滑板具有0.125μm的蚀刻深度和80μm的有效槽口宽度时，则它具有的最小机械间距40只比期望的磁间距46小2毫微米(nm)。
本专业的技术人员会认识到，浅蚀刻特征不限于对中央移动板的应用，或对其中磁传感器是位于滑板后沿附近的移动板的应用。对其中磁传感器是不位于滑板后沿附近的平磁头结构，也能达到类似的效果。
图5A示出一种标准负压滑板结构200，它具有一个前沿212，一个后沿214，和两个侧沿216，218。在一个支承结构226上安置两个符合给定性能标准的侧移动板220，222。右侧移动板220包括一个在其后沿的扩展区260，用于支承传感器或磁头元件228，以便在磁盘上执行读/写操作。在右侧移动板220的后沿214处示出磁头间隙248。侧移动板220，222中的每一个都包括一个横杆段262和一个子移动板264，后者可建立一个负压袋266。此外，用一个通道268隔离两个侧移动板220，222。
图5B根据本发明，示出一个具有图5A所示滑板的空气轴承面几何形状的滑板300。然而，如图5B所示，在接近磁性元件328的右侧移动板320中制成一个浅蚀刻段350，并且在滑板300的后沿314处不安装磁性元件328。图5B所示浅蚀刻段350的形状可向滑板300提供最小侧倾和俯仰方位敏感性。
图6对图5A和5B所示的标准410和浅蚀刻412结构，示出模拟结果400。从图6明显看出，用于两种负压结构的最小机械浮动高度440是大体上相同的。然而，图5B所示的浅蚀刻负压结构412的最小缝隙浮动高度446，低于图5A所示的标准负压结构410的相应高度。总的说来，根据本发明的有成形浅蚀刻特征滑板的读/写磁头缝隙间距470，约比有这一个特征的结构小4nm。因此，有成形浅蚀刻特征412的滑板可产生一种改进的磁性能。
已经为说明和描述目的而介绍了本发明的一些上述最佳和替换的实施例。它们不用来完全包括本发明，也不用来把本发明限制为所公开的准确形式。基于上述认识，许多修正和变更都是可能的。打算不用这种详述，而用就此附上的权利要求书来限制本发明的范围。

Claims (42)

1.一种滑板，用来支承一个在一个移动记录媒体上的传感器，包括：
一个支承结构，具有相对于记录媒体的运动的一些侧沿，一个前沿和一个后沿；和
至少一个移动板，它具有一些侧沿和在支承结构上抬起的空气轴承面，其中至少一个移动板包含一个磁元件，并且其中最接近磁元件的移动板沿是被蚀刻的，以便使磁元件在记录媒体上方的浮动高度减至最小，并使移动板沿与记录媒体之间的间隙成为最大，从而防止移动板与记录媒体碰撞。
2.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，磁元件是在支承结构的后沿支承的。
3.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，移动板还包括一些辅助后沿段，在此，靠近磁元件的移动板沿是相对于支承结构的后沿而被弄短的。
4.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，具有支承于其上的磁元件的移动板是以在支承结构的诸侧沿之间的滑板为中心的。
5.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，具有支承于其上的磁元件的移动板是沿着支承结构的一侧而安装的。
6.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，它还至少包括一个附加的移动板，用于提供滑板的空气动力学控制。
7.根据权利要求3所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的移动板的诸弄短沿是被完全去除到支承结构高度的。
8.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的移动板的诸沿是用活性离子蚀刻技术蚀刻的。
9.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的移动板的诸沿是用离子铣技术蚀刻的。
10.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的两侧的空气轴承面的诸沿是被除去的。
11.根据权利要求10所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的空气轴承面的诸沿是被去除到一个低于空气轴承表面但高于支承结构的高度的。
12.根据权利要求1所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的空气轴承面的诸沿是被去除到一个低于空气轴承表面但高于支承结构的高度的。
13.一种用于支承一个传感器的滑板，该滑板在一个移动记录磁盘上方浮动，并且具有一个机械磁盘/滑板间隙和一个磁头/磁盘间隙，它包括：
一个支承结构，具有相对于记录磁盘的运动的一些侧沿，一个前沿和一个后沿；和
至少一个空气轴承表面，它安排在面对着移动记录磁盘的支承结构上，其中至少一个空气轴承表面提供一个用于磁头的安装表面，并且其中至少一个接近磁头的空气轴承表面的沿是被去除的，以便增加磁盘与滑板之间的机械间隙。
14.根据权利要求13所述的滑板，其特征在于，接近磁头的两侧的空气轴承表面的诸沿是被去除的。
15.根据权利要求13所述的滑板，其特征在于，提供用于安装磁头的表面的空气轴承表面，是在滑板中心定位的。
16.根据权利要求15所述的滑板，其特征在于，接近磁头两侧的空气轴承表面的诸沿是被去除的。
17.根据权利要求16所述的滑板，其特征在于，接近磁头的空气轴承表面的诸沿是被完全去除的，以便露出其支承结构。
18.根据权利要求16所述的滑板，其特征在于，接近磁头的空气轴承表面的诸沿是被去除到一个低于空气轴承表面但高于支承结构的高度的。
19.根据权利要求16所述的滑板，其特征在于，接近磁头的空气轴承表面的诸沿是用活性离子蚀刻技术去除的。
20.根据权利要求16所述的滑板，其特征在于，接近磁头的空气轴承表面的诸沿是用离子铣技术去除的。
21.根据权利要求13所述的滑板，其特征在于，接近磁头的空气轴承表面的诸沿是用活性离子蚀刻法去除的。
22.根据权利要求13所述的滑板，其特征在于，接近磁头的空气轴承表面的诸沿是用离子铣技术去除的。
23.根据权利要求13所述的滑板，其特征在于，接近磁头的空气轴承表面的分段是相对于支承结构的后沿而弄短的，并且磁头是从该后沿凹进去的。
24.一种用于存储和检索信息的系统，包括：
至少一个旋转磁盘，具有一个记录表面，用于在其上记录数据；
一个外壳，耦合于该盘，用于屏蔽该盘；
一个致动臂组件，耦合于该外壳；
一个支承结构，耦合于接近可旋转磁盘的记录表面的致动臂组件，该支承结构可用致动器在旋转盘表面的上方选择地定位，该支承结构具有相对于记录媒体运动的一些侧沿，一个前沿和一个后沿；和
至少一个移动板，具有一些侧沿和一个在支承结构上抬起的空气轴承表面，其中至少一个移动板包含一个装在移动板后沿附近的磁性元件，并且其中，接近磁性元件的移动板诸沿是相对于支承结构的后沿而缩短某一距离的，使磁性元件在磁盘上方的浮动高度减至最小，并使移动板诸沿与记录媒体之间的间隙变成最大，以防移动板与记录媒体发生碰撞。
25.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，该移动板还包括一些辅助的后沿段，在此，接近磁性元件的移动板诸沿是相对于支承结构的后沿而弄短的。
26.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，具有在其上支承的磁性元件的移动板是以在支承结构的诸侧沿之间的滑板为中心的。
27.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，具有在其上支承的磁性元件的移动板是沿着支承结构的一侧而安置的。
28.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，它还至少包括一个附加的移动板，用于提供滑板的空气动力学控制。
29.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的移动板诸变短沿是被完全去除到支承结构的高度的。
30.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的移动板的诸沿是用活性离子蚀刻法弄短的。
31.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的移动板的诸沿是用离子铣法弄短的。
32.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的两侧的空气轴承表面的诸沿是被去除的。
33.根据权利要求32所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的空气轴承表面的诸沿是被去除到一个低于空气轴承表面但高于支承结构的高度的。
34.根据权利要求24所述的滑板，其特征在于，接近磁性元件的空气轴承表面的诸沿是被去除到一个低于空气轴承表面但高于支承结构的高度的。
35.一种制作一个滑板的方法，旨在使磁头到磁盘的间距最佳化，它包括下述步骤：
制成一个支承结构，它具有一些侧沿，一个前沿和一个后沿；
在该支承结构上制成至少一个空气轴承表面，该空气轴承表面面对着移动的记录磁盘，该空气轴承表面提供一个用于磁头的安装表面；和
去除接近磁头的空气轴承表面的至少一个沿，以增加磁盘与滑板之间的机械间隙。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，还包括一个步骤：去除接近磁头两侧的空气轴承表面的诸沿。
37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在提供一个用于安装磁头的表面的步骤中还包含一个步骤：把磁头定位于滑板的中心。
38.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在去除接近磁头的空气轴承表面的诸沿的步骤中包含一个步骤：完全去除诸沿，以露出支承结构。
39.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在去除接近磁头的空气轴承表面的诸沿的步骤中包含一个步骤：把诸沿去除到一个低于空气轴承表面但高于支承结构的高度。
40.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在去除接近磁头的空气轴承表面的诸沿的步骤中还包含一个步骤：用活性离子蚀刻技术去除诸沿。
41.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在去除接近磁头的空气轴承表面的诸沿的步骤中还包含一个步骤：用离子铣法去除诸沿。
42.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，在去除接近磁头的空气轴承表面的一个分段的步骤中还包含一些步骤：相对于支承结构的后沿而弄短空气轴承表面，和从后沿把磁头置于凹处。
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