CN1680076A - 在诸如动态电子测试的操作中处理诸如硬磁盘的媒体表面的方法和装置 - Google Patents

在诸如动态电子测试的操作中处理诸如硬磁盘的媒体表面的方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开一种用于在工作期间、诸如在动态电测试过程中、处理(例如抛光以去除缺陷)诸如硬磁盘的媒体表面的系统和方法。还公开一种用于制造处理所述媒体表面的抛光头的方法。

Description

在诸如动态电子测试的操作中处理 诸如硬磁盘的媒体表面的方法和装置
技术领域
本发明涉及硬磁盘驱动器制造。更具体地说，本发明涉及用于在诸如电测试的操作过程中处理(例如抛光以便去除缺陷)诸如硬磁盘的媒体表面的系统。
背景技术
在不停的改善硬磁盘的特性、效率和可靠性的努力过程中，人们采用了多种方法去改良其质量控制。该技术领域中的一种方法包括在淀积薄膜层之后对硬盘进行清洗和磨光以便去除表面的碎屑和粗糙。为了支持日益增长的面密度要求，诸如浮动间隙、磁盘粗糙度和碳层厚度等参数不断在减小，要成功地制造符合这些参数的磁盘就需要改进磁盘的制备过程。
在本领域中，代替诸如头弹簧片组件(HGA)的硬盘驱动器悬架的磁头滑块的抛光头用来在动态电测试(DET)过程中在线地擦拭磁盘表面。通常通过金刚石磨削装置来产生这种抛光头，所述金刚石磨削装置提供这样的抛光表面：它会导致不希望有的头颗粒的扩散和破裂倾向。而且，所述典型的抛光头设计会导致突然的移出(abrupttakeoff)以及很大的动态俯仰角，不能象对最佳抛光所要求的那样，提供基本上平行于媒体(硬磁盘)表面的抛光表面。
当前几种不同的抛光头设计用于媒体制造过程中(例如美国专利US6267645，US6249945，US5782680)。有些抛光头具有抛光刃，所述抛光刃形成与抛光头表面全宽度等宽的抛光缘。另外一些头设计仅仅在抛光面上的某些点上具有抛光垫(burnishing pad)，但两个构件之间具有纵向沟道。
无效的抛光头可能导致低的滑动率，同时，过度滑动的抛光头可能导致划痕和损坏磁盘表面，这会导致整个磁盘损坏。大多数常用的抛光头为多边形设计，例如矩形和三角形，并具有磨轮切割格状图案。
图1为本领域中典型的抛光头，这种格状抛光头的制造是通过借助金刚石磨轮在抛光头基片上开槽和锥度研磨来完成的。不幸的是，采用这些加工方法(来实现所述设计)很可能在陶瓷中产生微裂痕，并且产生高颗粒含量产品。这种设计的尖角102(典型的)是容易破裂并嵌入磁盘中的应力集中区。还有，如前面所述，所述抛光头通常在前缘106和/或后缘108具有锥形104。
图2是关于形成本领域中使用的“格状抛光头”图案的磨削步骤的图解说明。首先，利用磨轮在抛光头材料的斜向202上磨出若干平行的槽。接着，再利用磨轮在另外的(垂直的)斜向上磨出若干槽204。然后，沿着垂直于材料长度的方向206上整个地切开材料，产生多个单独的(“格状”)抛光垫208。
这种抛光头用来在媒体制造过程中抛光粗糙的表面，但由于刻蚀性太强而不适用于在磁头的动态电测试过程中擦洗媒体的测试表面。因此需要一种以在线的方式、在没有前面叙述的问题的情况下处理(例如抛光以便去除缺陷)诸如硬盘的媒体表面的系统。
发明内容
因此，发明的一个目的是提供一种改变媒体表面状态的系统。
发明的另一个目的是提供一种改变媒体表面状态的方法。
发明的再一个目的是提供一种制造抛光头的方法。
根据发明的一个方面，用于改变媒体表面状态的系统包括具有多个椭圆衬垫的部件，其中，所述部件用来随着媒体和所述部件彼此相对运动、借助于所述椭圆衬垫和所述媒体表面之间的物理干扰而改变所述媒体表面的状态。
根据本发明的另一个方面，用于改变媒体表面状态的方法包括：在所述媒体和所述部件彼此相对运动的情况下在所述部件的多个椭圆衬垫和所述媒体表面之间设置物理干扰。
根据本发明的再一个方面，用于制造抛光头的方法包括：在行条(row bar)上覆盖光致反应薄膜涂层；使特定波长范围的光通过掩模射向所述薄膜涂层；利用显影剂去除所述薄膜涂层上未曝光的部分，保留作为所述行条的光致抗蚀表面的所述薄膜涂层的已曝光部分；以及通过离子碾磨技术刻蚀所述行条，以形成抛光表面。
附图说明
图1提供本领域中典型的抛光头。
图2提供用于形成本领域中使用的“格状头”图案的磨削步骤的图解说明。
图3提供根据本发明原理的抛光头的图解说明。
图4提供抛光头的横截面和根据本发明原理的椭圆形抛光垫的设计。
图5提供根据本发明原理的抛光头的底视图和侧视横截面。
图6提供根据本发明原理的抛光头的后缘横截面。
图7是空气支撑表面的抛物面轮廓的透视图，诸如用于术语说明目的的凸度、弯度和扭曲等。
图8为了说明的目的而示出各种抛光头相对于媒体表面的取向。
图9提供根据本发明原理的抛光头的等压线。
图10图解说明用于制造根据本发明原理的抛光头的离子碾磨和溅射的工艺过程。
图11示出根据本发明原理的顶部抛光头和底部抛光头的横截面，所述顶部抛光头和底部抛光头的相关的悬架与硬磁盘接触。
图12提供根据本发明原理的抛光头的顶视图，所述抛光头的相关的悬架与硬磁盘接触。
具体实施方式
图3图解说明根据本发明原理的抛光头(固定在HGA上)。在一个实施例中，抛光头(磁头滑块)302包括多个椭圆衬垫304，所述椭圆衬垫304(通常)对称于所述抛光头的(对称)轴线306的排列。在一个实施例中，通过离子碾磨而不是金刚石研磨来形成衬垫304以减少头颗粒产物和破裂倾向。另外，在一个实施例中，抛光头302的设计不再包括前缘308或后缘310上的锥度。这将避免抛光头的快速(突变的)移送(takeoff)和高的动态俯仰角。如下面所说明的，衬垫304的设计和布置与所述空气支承表面(ABS)的短的长度和平面度相结合，使抛光头(磁头滑块)能够基本上平行于媒体表面飞行。在一个实施例中，在抛光头底面涂敷一层硅或类金刚石碳(DLC)，以便优化头/盘界面(HDI)。如以下图11中所述，在与例如由Guzic TechnicalEnterprisesTM生产的动态电测试(DET)装置配合工作时，抛光头302在内径(ID)处装入、随着磁盘旋转而慢慢地滑向外径(OD)并在外径OD处被取出(见图11)。这有助于去除测试轨迹上的污染物和颗粒凹凸不平，提高产品合格率并降低媒体消耗。
在本发明的一个实施例中，抛光头302由空白磁晶片(magneticwafer)或常规陶瓷、例如回收的废旧晶片制成，离子碾磨工艺提供宽范围的抛光头设计可能性。光刻技术和离子碾磨的结合可以产生大量的椭圆几何形状。如上所述，与常见的磨削法相比，能够利用离子碾磨生成的椭圆形状可以改善性能、减少破裂、降低磁盘的损坏率。
在一个实施例中，抛光头302由空白磁晶片(行条)或矩形陶瓷材料(回收材料)制成，通过离子碾磨(IM)刻蚀衬垫304。采用离子碾磨而不是反应离子刻蚀(RIE)是因为与在氧化铝层上进行反应离子刻蚀相关的危险，例如使磁心金属暴露的危险。相比之下，对所有材料、以几乎相同的速率进行离子碾磨工艺。
如上所述，在一个实施例中，抛光头302不包括在空气支承表面(ABS)的前缘308或后缘310上的锥度、以避免快速移出或高的动态俯仰角。衬垫的设置与平坦的空气支承表面结合提供在被抛光媒体上方的基本上平行的飞行。，这确保轻的(柔和的)媒体接触能够去除表面缺陷。另外，采用用于抛光的完整的空气支承表面能够避免应力集中。抛光头302在磁盘上的强烈的接触会产生磁头震动、因而可能会破坏碳覆层。此外，在装入和取出(LUL)过程中，抛光头302的任何动态俯仰和滚动都会导致抛光头302的边缘擦伤媒体。此外，如上所述，在一个实施例中，为了改善磁头界面(HDI)，抛光头302表面涂敷一层硅或类金刚石薄膜，用于润滑和延长寿命。在离子碾磨之后形成所述硅或类金刚石涂层，以便处理由再淀积引起的松散粒子。
在一个实施例中，抛光头302的尺寸与目前应用的磁头滑块尺寸相同(1.235×1.0×0.3mm)，并且利用头万向支架组件装配工艺，把抛光头302安装在相关的悬架312上、以便在对所述对象进行动态电测试期间，在没有夹具限制的情况下在线使用。
图4提供抛光头的横截面以及根据本发明原理的椭圆抛光垫的设计。在一个实施例中，衬垫402横跨抛光头404的宽度均匀布置，每个衬垫402这样取向、使得抛光缘406的面向磁头404的前缘、以便收集污染物并且使磁盘的粗糙度变得平滑。在一个实施例中，椭圆形(泪滴形)衬垫设计402使抛光头404对在故障检查过程(见图12)中气流的倾斜角的敏感度降低。而且，所述衬垫设计402将与媒体的接触应力减至最小。如前所述，在一个实施例中，抛光头404表面具有平坦的空气支承表面、包括平坦的凸度、弯度和扭曲的轮廓(见图7)，确保了所有的抛光垫402平行于媒体表面并参与抛光。
图5提供根据本发明原理的抛光头的底视图和侧视横截面。在一个实施例中，衬垫502包括第一行均匀布置的3个前缘衬垫504、接着是第二行均匀布置的4个衬垫506、接着是第三行均匀布置的3个衬垫508、接着是第四行均匀布置的4个衬垫510以及最后一行2个后缘衬垫512。衬垫502的布置(通常)形成一般的十字形图案。
在一个实施例中，所述椭圆衬垫设计使抛光头在媒体表面运动期间，各衬垫502之间的区域被局部地抽空。这种真空的产生是由气流的表面速度增加(与气流的表面速度比较)引起的。在一个实施例中，所产生的真空提供均匀的吸力，它使抛光头轻轻地依附着媒体表面(见图9)。这种特性有助于吸收和去除污染物，并且维持飞行的稳定性。
在一个实施例中，空气槽(通路)502的角度2(通常)大于25°，以避免在抛光头检查某些磁道时任何抛光间隙产生大的倾斜角(见图12)。此外，在一个实施例中，后缘衬垫512不包括中心衬垫，以便平衡抛光头下面的气压，得到理想的飞行姿态。
图6提供根据本发明原理的抛光头602的后缘的横截面。
图7为空气支承表面抛物面轮廓的透视图，例如用于项目说明目的的凸度(抛物面在长度方向变形)、弯度(抛物面在宽度方向变形)和扭曲(抛物面变形导致斜向移动)。
再做进一步的解释，“凸度”是长度方向上磁头滑决的抛物面变形，正凸度表示凸变形(磁头滑块中心处的较小间隔)，而负凸度表示凹变形(磁头滑块中心处的较大间隔)。凸度根据以下公式计算：
Figure A20051005452800111
其中，L为磁头滑块长度，R为凸度。
“弯度”是宽度方向上磁头滑块的抛物面变形，正的弯度为凸向变形(磁头滑块中心处的较小间隔)，负的弯度为凹向变形(磁头滑决中心处的较大间隔)。弯度按照以下公式计算：
其中，W为磁头滑块宽度，A为弯度。
“扭曲”为产生相等的斜角偏移的磁头滑块抛物面变形，正扭曲表示内前缘和外后缘是凹进的(较大间隔)，负扭曲表示内前缘和外后缘是凸出的(较小间隔)。扭曲根据以下公式计算：
Figure A20051005452800122
其中，L为磁头滑块长度，W为磁头滑块宽度，而T为扭曲度。
图8示出用于说明目的的各种磁头滑块(抛光头)802取向(相对于媒体表面)。
图9提供根据本发明原理的抛光头的等压线。如前所述，在一个实施例中，衬垫902(典型)的设计和分布产生低压(真空)区904(典型的)，所述低压区为抛光头提供平衡的吸力。
在一个实施例中，所述椭圆衬垫设计902在抛光头在媒体表面上运动期间使衬垫之间的区域904被局部地抽空，这种真空是由气流的增加的表面速度(与气流表面速度相比)产生的。在一个实施例中，所产生的真空提供均匀的吸力，它它使抛光头轻轻地依附着媒体表面。这种特性有助于吸收和去除污染物，并且维持飞行稳定性。
图10图解说明用于制造根据本发明原理的抛光头的离子碾磨和溅射的工艺过程。如前所述，离子碾磨能够制造大量复杂的几何形状。实际上可以在陶瓷磁头滑块的表面上用离子碾磨的方法加工任何2维形状，并且刻蚀的表面仍然没有应力、没有微裂纹、因而减少了抛光头颗粒产物和破裂倾向。此外，在一个实施例中，如前所述，抛光头由具有封闭的磁心材料的空白晶片制成，通过物理的离子碾磨而不是化学的反应离子刻蚀来刻蚀所述衬垫，避免了利用反应离子刻蚀对氧化铝层的破坏(例如，核心金属暴露)。
在一个实施例中，行条1002或陶瓷材料条全部覆盖光敏薄膜1004。在一个实施例中，采用限定所述衬垫配置的铬掩模1006。接着使所述薄膜涂层1004暴露在通过掩模1006的紫外光之下。在一个实施例中，用显影剂(0.75％Na2CO3)除去未曝光的区域，而曝光的区域形成固定在行条1002的表面上薄膜图案，所述薄膜图案是光导层1008，它保护所述区域免受离子刻蚀1010。空气槽的深度(衬垫高度)一般由离子刻蚀1010的时间来控制。
接着，在一个实施例中，在抛光头的全部表面(包括空气槽)形成碳薄膜保护涂层。用溅射1012技术，在抛光头的表面涂敷硅和类金刚石。如前所述，为了处理由再次淀积引起的颗粒，涂敷碳和和类金刚石是在离子碾磨之后进行的，并且所述碳和和类金刚石用于润滑和延长寿命。在一个实施例中，整个所述工艺过程在相对的真空中完成。
接下来，在一个实施例中，将各个抛光头分离、清洗和检查(用干涉仪，例如VeccoTM装置)，以便确定所述空气支撑表面的平面度。
图11显示根据本发明的原理，在其相关的悬架1104与硬磁盘1110相接触的情况下、上抛光头和下抛光头1102的横截面。如前所述，所述抛光头1102在磁盘的内圈(ID)1106处装入，并且随着媒体1110的转动慢慢地从内圈(ID)滑到外圈(OD)1108，最后在外圈(OD)处1108处卸载。这有助于去除测试磁道上的污染物和粗糙，能够提高产品合格率并减少媒体消耗。
图12提供根据本发明的原理，在其相关的悬架1204与硬磁盘1206相接触的情况下、抛光头1202的顶视图。此外，图解说明了气流倾斜角1208，所述倾斜角由磁头滑块1212和气流方向1210之间的角度取向的差值来定义。
尽管本文中具体地图解说明和描述了若干实施例，但是，应当指出，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对本发明的修改和变化都被以上的论述所覆盖、并且在所附权利要求书的范围之内。

Claims (30)

1.一种用于改变媒体表面状态的系统，所述系统包括：
具有多个椭圆衬垫的部件，其中，
所述部件用来随着所述媒体和所述部件彼此相对运动、借助于所述椭圆衬垫与所述媒体表面之间的物理干扰而改变所述媒体表面的状态。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述各椭圆衬垫以基本上对称于所述部件的轴的形式设置在所述部件上，所述轴一般地平行于所述部件的运动矢量，以及
所述衬垫分布在所述多个衬垫之间形成多个气流通道。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述各椭圆衬垫以这样的尺寸和分布设置在所述部件上、以便当所述部件经过所述媒体表面时，提供一般地等于所述磁头滑块的宽度、基本上连续的物理干扰区。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：所述部件用于抛光所述媒体表面，而所述多个椭圆衬垫构成抛光表面。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于：
所述抛光表面在所有平面方向上基本上是平坦的，以及
这样设计和布置所述抛光垫、使得在所述多个通道中由所述衬垫之间的气流产生至少一个低压区域。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述部件是废晶片材料的陶瓷空磁头滑块。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述部件是抛光头，而所述媒体是硬磁盘。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于：所述抛光头用来抛光所述硬盘，其方法是：当所述盘旋转时，所述抛光头从所述盘的内径移动到所述盘的外径，所述硬盘具有这样的角速度额定值并且所述磁头滑块具有这样的径向速度额定值、使得所述磁头滑块形成总体上覆盖所述硬盘的所述整个表面的螺旋形路径。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于：所述抛光头在略高于所述盘表面飞行的同时抛光所述盘的所述表面。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述抛光头在所述盘表面之上基本上平坦地飞行的同时抛光所述盘的所述表面。
11.如权利要求8所述的系统，其特征在于每一个所述椭圆衬垫具有：前缘，所述前缘为第一弧线，所述第一弧线的轴垂至于所述盘表面；以及后缘，所述后缘为第二弧线，所述第二弧线的轴垂至于所述盘表面并且其直径大于所述第一弧线的直径。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于：每一个所述椭圆衬垫是泪滴形的。
13.如权利要求8所述的系统，其特征在于：采用离子刻蚀和润滑剂涂敷的方法在所述抛光头中形成所述多个椭圆衬垫。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于：每一个椭圆衬垫通过圆形衬垫表面接触所述盘，并且所述润滑剂涂敷包括涂敷硅和类金刚石碳(DLC)。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于：所述抛光头包括16个椭圆衬垫的基本上均匀的分布，其中，具有以下衬垫数目的各衬垫行按次序从前缘排列到后缘：
具有3个衬垫的前缘行；
具有4个衬垫的第二行；
具有3个衬垫的第三行；
具有4个衬垫的第四行；以及
具有2个衬垫的后缘行；
所述衬垫分布形成各椭圆衬垫的总体上十字形图案。
16.一种改变媒体表面状态的方法，所述方法包括：
当媒体与部件彼此相对运动时，在所述部件的多个椭圆衬垫与所述媒体表面之间形成物理干涉。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于：
所述各椭圆衬垫以基本上对称于所述部件的轴的分布设置在所述部件上，所述轴一般地平行于所述部件的运动矢量，以及
所述衬垫分布在所述多个衬垫之间形成多个气流通道。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述各椭圆衬垫以这样的尺寸和分布设置在所述部件上、以便当所述部件经过所述媒体表面时，提供一般地等于所述磁头滑块的宽度、基本上连续的物理干扰区。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：所述部件用于抛光所述媒体表面，而所述多个椭圆衬垫构成抛光表面。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于：
所述抛光表面在所有平面方向上基本上是平坦的，以及
这样设计和分布所述抛光垫、使得在所述多个通道中由所述衬垫之间的气流形成至少一个低压区域。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述部件是废晶片材料的陶瓷空磁头滑块。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述部件是抛光头，而所述媒体是硬磁盘。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：所述抛光头用来抛光所述硬盘，其方法是：当所述盘旋转时，所述抛光头从所述盘的内径移动到所述盘的外径，所述硬盘具有这样的角速度额定值并且所述磁头滑块具有这样的径向速度额定值、使得所述磁头滑块形成总体上覆盖所述硬盘的所述整个表面的螺旋形路径。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于：所述抛光头在略高于所述盘表面飞行的同时抛光所述盘的所述表面。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于：所述抛光头在所述盘表面之上基本上平坦地飞行的同时抛光所述盘的所述表面。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于每一个所述椭圆衬垫具有：前缘，所述前缘为第一弧线，所述第一弧线的轴垂至于所述盘表面；以及后缘，所述后缘为第二弧线，所述第二弧线的轴垂直于所述盘表面并且其直径大于所述第一弧线的直径。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于：每一个所述椭圆衬垫是泪滴形的。
28.如权利要求23所述的方法，其特征在于：采用离子刻蚀和润滑剂涂敷的方法在所述抛光头中形成所述多个椭圆衬垫。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于：每一个椭圆衬垫通过圆形衬垫表面接触所述盘，并且所述润滑剂涂敷包括涂敷硅和类金刚石碳(DLC)。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于：所述抛光头包括16个椭圆衬垫的基本上均匀的分布，其中，具有以下衬垫数目的各衬垫行按次序从前缘排列到后缘：
前缘行具有3个衬垫；
第二行具有4个衬垫；
第三行具有3个衬垫；
第四行具有4个衬垫；以及
后缘行具有2个衬垫；
所述衬垫分布形成各椭圆衬垫的总体上十字形图案。
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