CN1947175A

CN1947175A - 头盘界面处的电流测量

Info

Publication number: CN1947175A
Application number: CNA2005800120322A
Authority: CN
Inventors: X·张; Z·冯; E·T·查; Y·付
Original assignee: SAE Magnetics HK Ltd
Current assignee: SAE Magnetics HK Ltd
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2007-04-11
Also published as: US20050174665A1; WO2005077043A2; US20090135512A1; JP2007522603A; WO2005077043A3; KR20060117350A

Abstract

按照本发明的实施例，通过测量头盘界面处的电流来确定头/盘接触事件。例如，安培计/电压电源部件可电耦合至盘驱动器的磁头/滑块以及耦合至转轴，所述转轴耦合至记录介质。施加于滑块的电压可导致更低的漂浮高度。通过安培计测得的更大的电流可表示头/盘接触并帮助调节所施加的电压以此获得想要的漂浮高度。

Description

头盘界面处的电流测量

技术领域

本发明涉及用于测量硬盘驱动器等上的电流的方法和设备。更具体地说，本发明涉及测量磁记录头和记录介质之间的电流。

背景技术

硬盘驱动器是通用的信息存储器件，基本上由被磁性读写元件存取的一系列可旋转盘组成。一般称为转换器的这些数据传送元件通常被滑块主体所承载并被嵌入滑块主体中，在形成于盘上的离散数据磁道上方，滑块主体被保持在很近的位置上，以此允许读/写操作可被实施。为了相对于盘表面适当地放置转换器，在滑块主体上形成的空气轴承表面(ABS)经受着流动的气流，该流动气流提供了足够的升力以使滑块和转换器在盘数据磁道上“漂浮”。磁盘的高速旋转产生了沿其表面以基本上平行于该盘切向速度方向的流动气流或者风。气流与滑块主体的ABS合作，使得滑块在自旋的盘上飘浮。实际上，悬置的滑块通过这个自激的空气轴承与盘表面物理分离。

ABS设计的某些主要目的是使滑块及其相伴的转换器尽可能近地在旋转盘的表面上漂浮，并且均匀维持不变的近距离而不考虑可变的漂浮状态。空气轴承滑块和旋转磁盘之间的高度或分离间隙一般被称为漂浮高度。通常，所安装的转换器或读/写元件仅在旋转盘表面上方大约不足微英寸之处漂浮。滑块的漂浮高度被认为是影响所安装的读/写元件的磁盘读取和纪录能力的最关键参数之一。相对较小的漂浮高度使转换器能够取得磁盘表面上不同数据位的位置之间更大的分辨率，从而提高数据密度和存储容量。随着利用相对较小而功能很强的硬盘驱动器的轻便、紧凑的笔记本类型计算机的日益普及，对于越来越低的漂浮高度的需求已经在持续增长。

如图1所示，因常见的双体船滑块5而众所周知的ABS设计由沿着面向盘的滑块表面的外边缘伸展的一对平行轨道2和4构成。包括三条或多条另外的轨道、具有各种不同表面面积和几何形状的其他ABS配置也已经被开发出来。两条轨道2和4通常沿着至少滑块主体长度的一部分从前缘6延伸到后缘8。前缘6被规定为在朝着后缘8延伸滑块5的长度之前旋转盘所经过的滑块边缘。如图所示，前缘6可以是锥形的，尽管较大的不合要求的容限通常与这个加工过程相关联。通常在沿着如图1所示的滑块的后缘8的某一位置处安装转换器或磁性元件7。轨道2和4构成了滑块在其上漂浮的空气轴承表面，并且在与由旋转盘产生的气流接触时提供了必要的抬升。当盘旋转时，所生成的风或气流沿着双体船滑块轨道2和4的下面和其间流动。当气流在轨道2和4的下面穿过时，轨道和盘之间的气压增加因此提供了正的增压和抬升。双体船滑块通常产生足够的抬升量或正的负荷力以此导致滑块在旋转盘上方的适当高度处漂浮。在没有轨道2和4时，滑块主体5的较大表面面积将产生非常大的空气轴承表面面积。通常，当空气轴承表面面积增加时，所产生的抬升量也被增加。在没有轨道时，滑块的漂浮将因此距离旋转盘太远从而放弃了具有较低漂浮高度时所描述的所有好处。

如图2所说明的，磁头万向悬架组件40常常为滑块提供多个自由度，如垂直线间距离、或描述滑块漂浮高度的俯仰角和滚动角。如图2所示，悬架74使HGA 40保持在移动盘76(具有边缘70)上方并且在由箭头80表示的方向上移动。在如图2所示的盘驱动器的操作中，致动器72使HGA在圆弧78上磁盘76的各种直径范围内(如内径(ID)、中间直径(MD)和其他直径(OD))移动。

当滑块的漂浮高度减小时，滑块ABS和盘表面之间的干扰在频率上增加。这种干扰常常被称为“头盘干扰”(HDI)。其包括滑块和盘之间的直接接触以及通过盘表面上的碎片、润滑剂等的间接接触。HDI越大，滑块和其ABS上的磨损越厉害。HDI可直接损坏读-写头或通过使空气轴承无效而导致灾难性故障。

为了防止与HDI相关的问题，设置了滑块漂浮高度的容限。因此，假定如果测得的滑块漂浮高度太低，则将会有太多的HDI，从而对硬盘驱动器的操作产生不利的影响。然而，如上所述，滑块的漂浮高度越低，驱动器的数据容量就越大。

利用漂浮高度容限来控制HDI的一个问题是，当传统滑块的漂浮高度减小时，容限变得更严格。滑块的典型漂浮高度是几个纳米。盘和滑块的表面构形中的变化、两个表面的振动和碎片/润滑剂累积、迁移、以及离开两个表面，增加了在任何特定时间测量漂浮高度的复杂性。

当滑块已经变得越来越小时，会变得更难以包括传统的间隔转换器(如电容探头、光探头等)。此外，正如本领域已知的，测试透明盘上滑块的漂浮高度导致了额外的问题。因为在驱动器中使用的透明盘和磁盘在安装条件、盘的粗糙度以及由“摩擦生电”引起的静电引力方面是不同的，透明盘上漂浮高度的测量可能不与磁盘上的漂浮高度相关联。同样地，在这样低的漂浮高度处的漂浮高度的测量分辨率可能非常差，并且透明盘上漂浮高度的测量可导致滑块的污染或静电放电(ESD)损害。

因为漂浮高度在滑块的特定区域上是变化的，曾建议测量空气轴承表面的非常小的区域上的漂浮高度。例如，“磁间距”是直接在读-写头下面的间距并且可以通过分析来自读-写头的读回信号来测量。在磁间距、盘速度、气压的测量期间，滑块-盘界面上的气体成分被控制以此减小滑块的漂浮高度。还可以通过在滑块-盘界面两端施加DC电压来减小漂浮高度。磁间距的变化可以利用比如Wallace方程进行计算。因此，可具有明显减小的磁间距的滑块被认为具有适当的漂浮高度余量。为了实现这种测量磁间距的方法需要相对昂贵的仪器并且不保证滑块的其他部分已经影响了盘。

与推断滑块的漂浮高度相反，本领域已知的某些方法试图直接检测HDI。例如，滑块和盘之间的摩擦力可以通过应变或通过电动机功耗来测量。滑块-盘影响可以根据滑块的声发射或通过压电传感器来测量。滑块位置相对于盘的微扰可通过读回信号的幅度、频率或相位调制来检测。测量这些参数所需要的仪器可能是昂贵的并且不能够检测轻微的头盘干扰。另外一种HDI检测方法是检测读-写头上的温度变化。如同上述的磁间距测量一样，被监控的唯一区域是读-写头，并且滑块上的其他区域可能会影响盘。

正如本领域已知的，当滑块的漂浮高度被降低时，记录磁道密度和磁介质的整个数据容量增加。在当前的驱动器中，滑块的漂浮高度为小于10nm(纳米)数量级。因为磁头滑块和盘之间这个较低的分离距离，头盘接触是不可避免的。头盘接触事件可导致读/写错误、磁头滑块损坏、盘损坏和通常的盘驱动器故障。

为了最小化正常盘驱动器操作中的头盘接触，强行控制漂浮高度、滑块和介质的表面粗糙度、以及微粒污染量。对于磁盘来说，实施滑动测试以此筛选出具有过多表面突出或微粒的盘。压电(PE)传感器或声发射(AE)传感器被安装在滑动磁头上，以此在滑动磁头碰撞到沉积在盘上的微粒时检测头盘接触。该技术的关键因素是测试设备的校准。为了这样做，通常要求在具有已知构形的盘介质上使用滑动磁头。由滑动磁头产生的信号以突起(或凸块)高度和仪器增益为基础。

利用现有技术的滑动磁头存在有若干问题。首先，磁盘上实际的微粒和突起的几何形状往往与校准磁盘的已知构形不同(例如，在与校准盘上的凸块比较时，磁盘上的凸块可具有更大的侧向尺寸，即使它们具有相同的高度)。这导致了可能低估能量的校准信号在实际驱动器中目前的头盘接触事件期间出现(导致漏测的头盘接触事件或更高的滑动产生)。其次，有时可以通过滑块中的空气轴承共振激发PE或AE传感器。因此，头盘接触事件可能在没有这样的事件发生的情形中被检测到。

尽管重要的是控制空气轴承滑块的表面粗糙度以此最小化头盘接触事件，但是可能不会针对这个特性测试滑块。这部分是由于在测试期间损坏滑块的静电振动放电(ESD)的可能性造成的。在这样的情形中，只有少量滑块将用来测试这个特性作为其他装置的样本。然而，对磁和电性能，可测试所有磁头(如利用动态电测试(DET))。然而，由于表面突起或滑块磁头上微粒的存在，DET测试可能不易用于测试头盘接触。

还可通过监控磁头的电性能或磁头的声发射来测量头盘接触事件。至于磁头的电性能，测量电信号所必需的仪器在盘驱动器的外部。至于声发射，如上所述，空气轴承共振可能会干扰测量精度。

考虑到上述内容，存在有对用于检测头盘接触事件的改进方法和设备的需求。

发明内容

按照本发明的实施例，在磁头滑块和磁介质之间的界面处测量电流。电流出现在介质(如磁记录盘)和磁头滑块之间是由于在滑块和盘上出现的电荷造成的，并且在两者之间的接触期间发生放电。这样的电流还可能是由于摩擦生电造成的，以及由于头盘接触事件而导致放电。这种放电电流非常低并且可能是微安或毫微安量级。介质和滑块-头之间的电流测量提供了滑块/盘接触事件的精确估计，从而允许确定盘的真实滑动或滑动雪崩点并识别被污染的磁头滑块(如空气轴承表面上的碎片)是具有对有效操作来说太低的漂浮高度的。

附图说明

图1是具有读和写元件组件的漂浮滑块的透视图，其具有锥形的传统双体船空气轴承滑块配置。

图2是在移动的磁存储介质上方安装的空气轴承滑块的平面图。

图3是按照本发明实施例的、用于测量磁头和磁记录介质之间电流的系统的框图。

图4是比较按照本发明实施例的HDI电流测量和现有技术的声能测量的曲线图。

图5是比较来自滑块/头的PW50信号和按照本发明实施例的滑块/头的HDI电流测量的曲线图。

图6是比较按照本发明实施例的HDI电流测量和现有技术的声能测量曲线图。

具体实施方式

参见图3，示出了用于测量头盘界面处的电流的设备。如同传统的盘驱动器一样，设置围绕转轴301旋转的磁记录介质(如磁记录盘303)。在这个实例中，盘303被夹至转轴301并通过电学方式被接地。头(如磁记录头305)设有空气轴承表面以使其在移动的盘表面上漂浮。提供了电流测量设备，如皮可安培计(例如由俄亥俄州Cleveland的Keithley仪器公司制造的6487型皮可安培计/电压电源)。

在本发明的第一实施例中，磁头万向悬架组件(HGA，包括磁头305及其支持挠曲部)与地面电绝缘。安培计309被连接到接触件313，所述接触件313在悬架307上被电连接到磁记录头。如图3所见，如果HGA与地面电绝缘，则安培计309将检测比如将在接触事件期间发生的、于盘和头之间流动的电流。

在第二实施例中，安培计309通过与悬架307分开的电线(图3中没有具体示出)耦合至滑块305。此外，记录磁头/滑块与地面电绝缘，并且安培计309将测量磁头305和记录介质303之间的电流。这个实施例可提供更低的电容并且因此对电流测量更敏感。

在上面的实施例中，6487型皮可安培计/电压电源适合于测量比如每次旋转时多个头盘接触事件所看到的、稍微恒定的低电平电流。由同一制造商制造的428型电流放大器可能更适合其中电流更瞬变(如由于磁头和盘上的微粒之间的接触造成的)的情形。

是否在测量磁头/滑块和盘之间的电流的过程中使用偏压取决于如上所述的漂浮高度和头盘接触的性质。例如，在其中每次盘旋转时多个头盘接触事件发生的环境中，取决于磁头/滑块和盘之间的间距，使用施加了0到2伏的外部电压的6487型皮可安培计。参见图4，示出了典型的头盘界面电流测量结果。在图4中，下部线条401代表如由曲线图左侧的Y轴指示值所看到的单位为毫微安的通过头盘界面的电流。X轴指施加到HDI的、以伏为单位测量的电压。在施加的电压增加时，HDI电流以接近指数(Expon.)的方式上升。上部线条403代表如由曲线图右侧的Y轴指示值所看到的、以毫伏为单位测量的声能均方根(RMS)。可以很容易看到，AE测量有些离散，其表示对头盘接触事件较小的敏感度。要注意的是，在施加的电压增加时，滑块的漂浮高度减小并且头盘接触事件的数目增加，导致HDI电流的增加。

参见图5，示出了表示所施加的电压和HDI电流的关系曲线图。在第一线条(线条501)中，绘制的是毫微安量级的HDI电流与伏特量级的所施加电压的关系曲线。第二线条(线条503)表示来自滑块磁头的读信号强度与所施加电压的关系曲线。在这个实例中，读信号强度被表示为微英寸(u”)并且与50％峰值高度处(PW50)的脉冲宽度有关。PW50信号随所施加电压的增加而减弱。值得注意的是，在这个实例中，PW50信号在接近4.5伏处看来似乎变得平稳。同样值得注意的是，HDI电流似乎同样在该点处急剧增加。迹象表明在该点处磁头滑块与盘接触。

磁头滑块和盘之间的相互作用可作为准并联电容器来模拟。盘和磁头滑块之间的引力f可表示如下：

f = \frac{{kV}^{2}}{d^{2}}

(方程1)

其中k为常数，V是所施加的电压，并且d是磁头/滑块到盘的间距。根据方程1，增加的施加电压导致磁头/滑块和盘之间更大的引力；距离d变得更低以进行补偿。如上所述，由于磁头/滑块和/或盘上的不平导致头盘接触事件发生。当接触发生时，存在有放电电流并且这个电流增加以及接触面积和/或接触次数增加。

如上所述，对于间歇性的头盘接触，可利用电流放大器测量瞬变电流(如Keithly 428电流放大器)。在图6中，上部线条601代表瞬变电流，其中磁头滑块已飘过磁盘上的微粒。下部线条603代表同一时间窗口范围内的声发射。如图6所看到的，瞬变电流示出了表示微粒存在的峰值。在这个实例中，时间窗口为10Φs并且电流幅度为29ΦA。

存在有可以有效地利用本发明的HDI电流测量的多种应用。例如，在用来测量磁性能的动态电测试(DET)中，HDI电流测量可表征滑块/磁头具有太低的漂浮高度。在这样的情形中，过量HDI电流可能表示滑块/磁头的空气轴承表面设计未提供足够高的漂浮高度。

如上所述，滑动测试用来测量表面突起或微粒。在给定的磁盘旋转中，如果存在有若干次“碰撞”，则HDI处的平均电流可用来确定滑动雪崩点。如图6所示，HDI电流测量系统可能比滑动测试中的标准声发射测量更敏感。

HDI电流的测量还可用来测试装配之后的盘驱动器。HDI可用来测量在不同操作环境下(如在正常环境压力和高空环境压力下)盘驱动器的磁头/盘接触事件。HDI电流测量还可用来检测头盘接触事件，此时滑块/磁头被加载或从盘上被卸载(比如，利用接线夹)。同样，可借助于HDI电流测量通过监控头盘接触事件来测试机械震动期间驱动器的性能。

虽然已经参考前述的应用对本发明进行了描述，但是不意味着是在限制意义上解释优选实施例的这个说明。应当理解，本发明的所有方面不限于这里所提出的依赖于各种原理和变量的特定描述、配置或尺寸。根据对本公开内容的参考，各种形式上的修改和所公开设备的细节以及本发明的其他变更对本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，可以预计所附权利要求将覆盖属于本发明的真实精神和范围的所述实施例的任何这样的修改或变更。

例如，关于图3，可在已有的盘驱动器的印刷电路板(PCB)上设置滑块的电连接。如图5所示，随着所施加电流的增加，磁头/滑块的漂浮高度减小。利用HDI电流的测量作为反馈信号，可适当调节所施加的电流并因此调节滑块的漂浮高度。一旦施加的电流量被确定，在正常操作期间，其将被施加于滑块(比如借助于盘驱动器的PCB)。考虑到这一点，取决于其中将使用磁盘驱动器的环境，施加的电流可能是不同的。

Claims

1.一种设备，包含：

电流测量装置；

磁头万向悬架组件，其包括从/向移动存储介质进行读取和写入信息信号的至少其中之一的头，所述电流测量装置电耦合至所述头和所述存储介质；以及

所述电流测量装置用来测量所述头和所述存储介质之间的电流。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述头是磁头/滑块。

3.一种用来测量磁记录头和存储介质之间接触的设备，包含：

电流测量装置；

磁头万向悬架组件，其包括磁记录头，所述记录头电耦合至所述电流测量装置；以及

存储介质，其耦合至所述电流测量装置；以及

所述电流测量装置用来测量所述磁记录头和所述存储介质之间的电流。

4.如权利要求3所述的设备，其中所述存储介质是旋转的磁存储盘。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述磁存储盘耦合至转轴，以及所述转轴耦合至所述电流测量装置。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述电流测量装置是电流放大器。

7.如权利要求5所述的设备，其中所述电流测量装置是安培计/电压电源。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述安培计/电压电源用来向所述磁记录头提供电压。

9.一种测量电流的方法，包含：

将电流测量装置耦合至磁头万向悬架组件的头，所述头从/向移动存储介质进行读取和写入信息信号的至少其中之一；

将所述电流测量装置耦合至所述存储介质；以及

利用所述电流测量装置来测量所述头和所述存储介质之间的电流。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述头是磁记录头/滑块，以及所述存储介质是磁存储盘。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述磁存储盘耦合至转轴，以及所述电流测量装置耦合至所述转轴。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述电流测量装置是电流放大器。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述电流测量装置是安培计/电压电源。

14.如权利要求13所述的方法，还包含：

利用所述安培计/电压电源将电压施加于所述磁记录头。

15.一种确定磁盘驱动器的漂浮高度特征的方法，包含：

将所述电流测量装置耦合至所述存储介质；

利用所述电流测量装置来测量所述头和所述存储介质之间的电流；以及

基于所述电流测量来确定所述头是有缺陷的。

16.一种确定盘驱动器的滑动高度特征的方法，包含：

将电流测量装置耦合至磁头万向悬架组件的滑动头；

将所述电流测量装置耦合至所述存储介质；

基于所述电流测量来确定所述盘不平的存在。

17.一种控制盘驱动器中磁头的漂浮高度的方法，包含：

将安培计/电压电源耦合至磁头万向悬架组件的磁头；

将所述安培计/电压电源耦合至旋转的磁存储介质；

将电压施加于所述磁头；

利用所述安培计/电压电源来测量所述头和所述存储介质之间的电流；以及

基于所述测量电流来调节施加于所述磁头的电压的量。