CN1767005A - 具有用于接触记录的反倾斜滑块的盘驱动器 - Google Patents

具有用于接触记录的反倾斜滑块的盘驱动器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有用于接触记录的反倾斜滑块的盘驱动器。该磁记录盘驱动器具有在读取和写入数据期间与盘近接触或持续接触的负倾斜滑块。在盘以其工作速度转动时，滑块其上游或头部比其下游或尾部更靠近盘表面。头部和尾部都具有气浮面，使得滑块能够部分地支撑于盘面上方。一接触垫位于头部并支撑或容纳读取/写入磁头的磁性元件，该接触垫提供不充分气浮支撑。接触垫突出超过头部的气浮面并与盘接触。对于近接触记录，接触垫在初始磨合期间部分地磨损掉。对于持续接触记录，接触垫抗磨损并在读取和写入数据期间保持基本持续与盘接触。

Description

具有用于接触记录的反倾斜滑块的盘驱动器
技术领域
本发明总体上涉及磁记录盘驱动器，并且特别涉及一种使用用于接触记录的气浮滑块的磁记录盘驱动器。
背景技术
在传统的磁记录硬盘驱动器中，每个读取/写入换能器(或称磁头)支撑在气浮滑块上，在盘以其工作速度旋转时，该气浮滑块载于其相关盘面表面上方的衬垫或气垫上。滑块通过相对脆弱的悬臂连接于致动器。悬臂包括支撑着滑块并允许滑块倾斜和卷起的万向节或弯曲部、以及在滑块轴点上施加较小负荷力的具有凹陷或尖端的负载梁。由此悬臂关于轴点施加负载力和力矩，从而朝向盘面偏置滑块。滑块具有气浮面(ABS)，该气浮面设计用于产生气浮力从而抵消来自负载梁的偏置力、并由此确保滑块“浮动”于盘面上方并不与盘面相接触的。
最近，已经提出了连续接触记录(continuous-contact recording)，其使用具有仅部分支撑滑块于盘面上方的ABS的滑块形式的磁头载体，滑块的后部或尾部支撑磁头并在读取和写入数据期间保持与盘面接触。这种类型的连续接触滑块与盘之间的接触面已由J.Itoh等人研究，“连续接触记录技术的实验研究(An Experimental Investigation for Continuous-contact RecordingTechnology)”，IEEE Trans.on Magnetics，第37卷，第4期，2001年7月，第1806页。在美国专利6,157,519中介绍了连续接触记录磁头悬臂组件。
除了连续接触记录，已经提出了近接触记录(near-contact recording)。在近接触记录中，滑块或滑块的一部分在初始磨合期与旋转的盘相接触。在发生一定量的耗损后，滑块则以非常小的间隙浮动。在近接触记录中，滑块将在盘以工作速度旋转的相当大部分时间里与转动的盘相接触。美国专利6,762,909 B2介绍了一种用于近接触记录的滑块，其在尾部上具有突垫，该突垫支撑磁头并在初始磨合期之后部分地损耗掉。
在连接接触记录和近接触记录中，以及在传统的非接触记录中，在盘以工作速度旋转时滑块具有正“倾斜”。正倾斜表示滑块的头部、即面对由转动的盘引入的气流的“上游”部分，距离盘面比“下游”或尾部更远。读取/写入磁头位于尾部，通常在滑块的后或尾表面，使得其位于紧靠盘面处。
接触记录中遭遇到的严重问题在于由滑块与转动的盘之间的摩擦引起的滑块的反弹，如C.M.Mate等人所述，“接触磁头-盘界面的动力学(Dynamics of Contacting Head-Disk Interfaces)”，IEEE Trans.on Magnetics，第40卷(2004)，第3156至3158页。有几种方法已经表现出对于降低反弹可起到作用，但所有这些方法一般是无法接受的。例如，增加盘面粗糙度以无法接受的量增加了磁头与记录介质之间的磁间隔，ABS的纹理化增加了更多的处理步骤且可能损伤磁头，而降低盘面上液体润滑剂的流动性可能导致滑块-盘界面耐用性变差。正倾斜滑块对于反弹问题起贡献作用，因为滑块上的摩擦力在下游或尾端，且由此关于滑块轴点施加了力矩，其易于提起滑块的尾端离开盘。
已经为非接触记录提出了负倾斜滑块。负倾斜滑块中，在盘以其工作速度旋转时，至少滑块头部中的一点比滑块尾部任何一点距离盘都要近。因为对于环境压力和盘上径向位置变化的浮动高度敏感性的降低，负倾斜滑块显示出在非接触记录中具有优势。美国专利6,751,063 B2介绍了一种具有负倾斜滑块的非接触记录盘驱动器。
所需要的是能够最小化滑块反弹问题的接触记录盘驱动器。
发明内容
本发明为一种磁记录盘驱动器，其使用在读取和写入数据期间与盘近接触或持续接触的负倾斜滑块。在盘以其工作速度转动时，滑块其上游或头部比其下游或尾部更靠近盘表面。头部和尾部都具有气浮面，其使得滑块能够部分地支撑于盘面上方。提供不充分气浮支撑的接触垫位于头部并支撑或容纳读取/写入磁头的磁性元件。接触垫突出超过头部的气浮面，并与盘接触。对于近接触记录，接触垫在初始磨合期期间部分地磨损掉。对于持续接触记录，接触垫抗磨损并在读取和写入数据期间保持基本持续与盘接触。
接触记录负倾斜滑块与盘的轴点上游接触，这允许从转动的盘向滑块施加摩擦力从而关于轴点产生力矩，这倾向于促使接触垫的朝向盘面移动，由此最小化滑块反弹。从滑块-盘界面的声学发射(AE)测量，其与滑块反弹相关，接触记录负倾斜滑块显示出提供无接触垫的负倾斜滑块以上一个量级大小的AE降低。
为更充分地理解本发明的性质和优点，说明书应结合附图进行以下详细介绍。
附图说明
图1为与转动的盘接触的正倾斜滑块的侧视图并说明了滑块反弹问题；
图2A和2B分别示出了非常简化的负倾斜滑块和其相对于无气流和有气流盘的取向；
图3为示出滑块面对盘的侧面的负倾斜滑块的透视图；
图4为与转动的盘接触的负倾斜滑块的侧视图并说明了本发明优于图1所示的接触记录正倾斜滑块的优点；
图5示出了相对于气流方向取向的本发明的接触记录负倾斜滑块；及
图6为示出突入到滑块接触垫的材料中并由其围绕的读取/写入磁头磁性元件的负倾斜滑块的近接触记录实施例的截面示意图。
具体实施方式
图1为与转动的盘接触的正倾斜滑块的侧视图。悬臂在轴点向滑块的顶侧施加了负载力和力矩MPSA，所谓“倾斜静态”力矩。悬臂负载力和MPSA两者都倾向于促使滑块的尾部与盘相接触。滑块的头部由于作用在ABS上的气浮提升而升高到盘以上。由于滑块尾部与转动的盘之间的接触而在尾部作用于滑块上的摩擦力关于轴点产生了与MPSA相反的力矩。此力矩倾向于促使滑块尾部脱离盘，由此导致滑块反弹。图1表现了传统滑块。
图2A和2B示出了非常简化的用于非接触记录的负倾斜滑块400。图2A示出了无气流情况下滑块400相对于盘100的取向，而图2B示出了有气流125的情况。滑块400具有头部410和尾部420，在气流125中头部410处于尾部420的上游。滑块400具有基体450和头部410上的气浮面或垫490。磁性记录头220位于垫490附近。基体450具有面对盘100的盘面侧415。滑块400按照在盘以其工作速度旋转时滑块400头部410中的至少一点比尾部420中的任何一点都更靠近盘100的方式取向。此取向可以使用由尾部420中的第一点540通过头部410中的第二点550的射线560来说明。选择该些点，使得在气流中，射线560一般平行于由盘100的表面限定的盘面115，如图2A所示。图2B所示中，滑块400相对于盘100的倾斜角显示为足够陡峭从而示出射线560与盘面115交叉。该倾斜角通常很小，例如小于几百分之一度，使得射线560将在由实际盘100所包括的范围以外与盘面115交叉。
图3为示出面对盘的侧面的非接触记录负倾斜滑块400的透视图。滑块400具有头部410中的气浮面或垫490和尾部420中的两个气浮面或垫470。头部面490和两个尾部面470通常同时形成，且设计为基本位于相同平面。两尾部垫470之间的尾部流出区域520允许气流脱离滑块400的限制。尾部垫470具有比头部垫490足够大的表面积，使得气流提升尾部420比提升头部410更多。在盘以其工作速度旋转时，头部和尾部410，420都保持不与转动的盘相接触。空气沿箭头125方向流动并对头部气浮面490和尾部气浮面470都产生气浮，使得负倾斜有助于滑块的包括磁头220在内的上游或头部410比下游或尾部420更靠近盘。
本发明为一种使用负倾斜滑块的接触记录盘驱动器，该滑块具有延伸超出头部气浮面并在盘以其工作速度旋转时与盘接触的接触垫或突起垫。图4为与转动的盘接触的负倾斜滑块的侧视图并说明了本发明优于图1所示的接触记录正倾斜滑块的优点。悬臂在轴点向滑块的顶侧施加了负载力和力矩MPSA，所谓“倾斜静态”力矩。悬臂负载力和MPSA(若力矩如图4所示逆时针取向)两者都倾向于促使滑块的头部、即面对气流的部分，与盘相接触。若MPSA顺时针取向，ABS应设计有适合的负压口，从而产生与MPSA相抵的力矩并促使滑块的头部与盘相接触。滑块的下游或尾部由于作用在ABS上的气浮提升而升高到盘以上。然而，与图1所示的正倾斜滑块不同，由于滑块头部与转动的盘之间的接触而在头部作用于滑块上的摩擦力关于轴点产生了逆时针的力矩。此力矩倾向于促使滑块头部朝向盘，由此最小化滑块反弹。
本发明为一种使用负倾斜滑块的接触记录盘驱动器，该滑块具有延伸超出头部气浮面并在盘以其工作速度旋转时与盘接触的接触垫或突起垫。图4为与转动的盘接触的负倾斜滑块的侧视图并说明了本发明优于图1所示接触记录正倾斜滑块的优点。悬臂在轴点向滑块的顶侧施加了负载力和力矩MPSA，所谓“倾斜静态”力矩。悬臂负载力和MPSA(或若滑块为负压滑块则是从负压口由力产生的力矩)两者都倾向于促使滑块的头部、即面对气流的部分，与盘相接触。滑块的下游或尾部由于作用在ABS上的气浮提升而升高到盘以上。然而，与图1所示的正倾斜滑块不同，由于滑块头部与转动的盘之间的接触而在头部作用于滑块上的摩擦力关于轴点产生了与MPSA同方向的力矩。此力矩倾向于促使滑块头部朝向盘，由此最小化滑块反弹。
图5示出了用于本发明的盘驱动器且相对于气流125的方向取向的接触记录负倾斜滑块200。传统的滑块设计开始于平坦抛光表面，从该平面通过诸如蚀刻或离子研磨的去除工艺建立图案化的气浮面(ABS)。滑块200具有后或尾部207和前或头部208，并使用三表面级210、212和216的双蚀刻形成。表面216为ABS并包括前气浮垫227和后气浮垫229。虽然示出了两个读取垫229，滑块可以在尾部仅具有单个后垫。随后执行第三次蚀刻从而产生第四表面级220。第三次蚀刻的深度在表面216上产生接触或突起垫221。现在顶面220成为突出超过表面216的小接触垫221的端部。传统的滑块，诸如“皮(pico)”滑块的长、宽和高的尺寸为1.2mm×1.0mm×0.3mm。对于该尺寸的滑块，表面216在表面212以上的高度近似为180nm，表面220在表面216以上的高度近似为10nm。
读取/写入磁头的磁性元件，即写入磁头磁极尖端和磁阻读取元件，可以设置在接触垫221内，其端部延伸到表面216以上。磁性元件还可以位于气浮垫227以上或其中且不延伸到接触垫221中。若滑块用于近接触记录，接触垫221可以具有外部薄碳覆盖层，在其与转动的盘接触时磨损掉。或者，接触垫221可以由耐磨材料形成，诸如金刚石类碳或氮化硅，或者可以具有沉积在其外端上的耐磨材料，并设计为在读取和写入数据期间保持与转动的盘持续接触。垫221突出超过前垫227的表面216且足够小使得表面220不为滑块220提供任何明显的气浮影响。若负倾斜滑块用于近接触记录，其制造得足够小，使得其迅速且轻易地磨损并在其磨损掉时将不影响浮动高度，这为垫221提供了实现与盘面基本零干扰的能力。
滑块200的基体通常为一种或多种材料，诸如氧化铝(Al2O3)、TiC/Al2O3合成物，或硅，其还可以构成垫221。垫221端部的表面积小于ABS总面积(气浮垫227、229的总面积)的5％。
图6为示出其磁性元件突入到突出垫221材料中并由其围绕的读取/写入磁头的截面示意图，用于负倾斜滑块200的近接触记录实施例。垫221突出超过作为滑块200的ABS的一部分的表面216。通常为非晶类金刚石碳的覆盖层形成为突出垫221端部和磁性元件240和244、245端部上方的薄膜230。读取磁头包括夹在第一和第二间隙层G1与G2之间的磁阻(MR)感应元件240，第一和第二间隙层G1与G2又夹在第一与第二磁性屏蔽层S1与S2之间。由MR传感元件240引出与传感电路连接的电导体(未示出)与MR传感元件240相接触并设置在元件240与间隙层G1、G2之间。间隙层G1、G2由此将电导线与屏蔽层S1、S2电性隔离开。写入磁头包括线圈层C和绝缘层I2，其夹在绝缘层I1和I3之间，而绝缘层I1和I3又夹在第一和第二极片P1和P2之间。间隙层G3在其靠近ABS的极端处夹在第一和第二极片P1(244)和P2(245)之间用于提供写入间隙。在写入期间，信号电流通过线圈层C引导，磁通量引入第一和第二磁极244和245，使得磁通量围绕所述极端的周围。在读取期间，转动的盘上的磁化区域将磁通量注入到MR感应元件240中，导致作为电压变化检测到的MR感应元件的电阻变化。图6所示的读取/写入磁头称作“合并”磁头，因为读取磁头的第二屏蔽层S2用作写入磁头的第一磁极片P1。在“背负式(piggyback)”读取/写入磁头(未示出)中，第二屏蔽层S2和第一磁极片P1是分开的层。
在本发明的盘驱动器中，滑块200以使垫221利用其外部碳覆盖层230与转动的盘接触的浮动高度浮动。在初始磨合期期间，在盘旋转时，垫221将与盘面相干扰，其通常由非晶碳形成，并且磨损到虚线250指示的水平。在达到此水平时，磨损将自我限制，并且因为由ABS(表面216)提供的支撑而不再进一步继续。如图6所示，在达到磨损点250时，覆盖层230将完全由垫221去除，由此暴露出磁性元件，即MR感应元件240的端部和磁极244、245的端部。覆盖层可以形成得较厚，使得覆盖层的一部分在磨合期后保留下来。在磨合期后，在磁性元件与盘之间将有很小的、很好限制的间隙。结果是很小或零物理间隔的磁头/盘干扰，提供读取/写入元件与盘的磁记录层之间非常小的磁性间隙。
图6中，磁性元件240、244和245的端部显示为延伸到突出垫221中并超出表面216。然而，磁性元件的端部可以设置在或低于表面216。这允许突出垫221更多地用作接触垫，其可能在负倾斜滑块用于连续接触记录时是理想的。在盘驱动器的寿命期间垫221保留与盘持续接触时，期望磁性元件的端部由接触垫的外表面凹陷进来。
为确定对于本发明的负倾斜滑块的滑块反弹的潜在降低，对于基本如图5所示的滑块和对于基本与图5所示的无接触垫的一致的滑块在8m/s的盘速度下进行摩擦力和声学发射(AE)测量。在接触记录盘驱动器的工作期间来自滑块-盘界面的高AE与滑块反弹的高度可能性相关联。对于无接触垫的负倾斜滑块，与有接触垫的滑块相比，AE近似高10倍，而摩擦力近似高3倍。
本法明已介绍了在空气中工作的盘驱动器。然而，已经提出了其中磁头-盘界面暴露于其它气体环境(诸如氮气和氦气)的盘驱动器。由此，本发明的负倾斜滑块在该气体不是空气时完全可以操作。
虽然已经参照优选实施例具体示出和介绍了本发明，本领域技术人员应理解可以在不脱离本发明的实质和范围的基础上进行形式和细节的各种改变。因此，所公开的发明仅应视作说明性的，而对范围的限制仅由所附权利要求指出。

Claims (14)

1.一种磁记录盘驱动器，包括：
可转动的磁记录盘；
滑块，用于支撑磁记录头，并包括暴露于由转动的盘引起的气流并具有气浮面的头部、处于头部下游并具有基本与头部气浮面共面的气浮面的尾部、以及在头部上并延伸超出头部气浮面的突出垫，滑块的头部与滑块的尾部相比更靠近该盘，且在存在由转动的盘引起的气流时突出垫与该盘相接触；
滑块头部上的磁头，用于在盘上读取和写入数据；以及
连接于滑块的致动器，用于在该盘转动时移动滑块和磁头跨过盘。
2.如权利要求1所述的盘驱动器，其中磁头在突出垫上且包括用于读取数据的磁阻读取元件和用于写入数据的写入磁极，读取元件和写入磁极的端部延伸超过滑块头部的气浮面。
3.如权利要求1所述的盘驱动器，其中磁头包括用于读取数据的磁阻读取元件和用于写入数据的写入磁极，读取元件的端部和写入磁极的端部延伸不超过滑块头部的气浮面。
4.如权利要求1所述的盘驱动器，还包括突出垫端部上的保护覆层。
5.如权利要求4所述的盘驱动器，其中头部和尾部上的气浮面在读取和写入数据期间保持突出垫基本与盘持续接触。
6.如权利要求4所述的盘驱动器，其中头部和尾部上的气浮面在初始磨合期间保持突出垫与盘接触。
7.如权利要求6所述的盘驱动器，其中头部和尾部上的气浮面在初始磨合期后在读取和写入数据期间保持突出垫与盘近接触。
8.如权利要求1所述的盘驱动器，其中滑块的尾部上的气浮面包括至少两个气浮垫。
9.如权利要求1所述的盘驱动器，还包括连接滑块至致动器并包括附着于滑块顶侧的弯曲部的悬臂和附着于弯曲部并具有在轴点接触滑块顶侧的尖端的负载梁，负载梁施加力促使突出垫在盘转动时接触盘；以及其中在突出垫接触转动的盘时施加于滑块的摩擦力关于轴点施加力矩从而促使突出垫朝向盘。
10.一种磁记录盘驱动器，包括：
头部，其在滑块保持在转动磁记录盘的表面附近时面对气流，该头部具有在滑块保持在转动磁记录盘的表面附近时面对盘的气浮面；
尾部，其处于头部下游并具有在滑块保持在转动磁记录盘表面附近时面对盘的气浮面，尾部的气浮面基本比头部气浮面大且基本与头部的气浮面共面；
接触垫，其在头部上并延伸超出头部气浮面，用于在盘转动时接触盘；以及
读取/写入磁头，其在接触垫附近的头部上。
11.如权利要求10所述的滑块，其中磁头在接触垫上并包括磁阻读取元件和具有延伸超出头部气浮面的端部的写入磁极。
12.如权利要求10所述的滑块，其中磁头包括磁阻读取元件和具有延伸不超出头部气浮面的端部的写入磁极。
13.如权利要求10所述的滑块，还包括接触垫端部上的保护覆层。
14.如权利要求10所述的滑块，其中尾部上的气浮面包括至少两个气浮垫。
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