DE69217841T2

DE69217841T2 - Gleitkörper für magnetische Aufzeichnung

Info

Publication number: DE69217841T2
Application number: DE69217841T
Authority: DE
Inventors: Gerard Barrois; Marcel Dominiak; Jean-Marc Fedeli; Christian Pisella
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1991-10-30
Filing date: 1992-10-27
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2012-10-28
Also published as: EP0543690B1; EP0543690A1; FR2683369A1; DE69217841D1; FR2683369B1; JPH05210932A; JP3207269B2; US5748408A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung hat einen Gleitkörper zum Gegenstand. Sie findet Anwendung beim Lesen und/oder Schreiben von Daten auf einem magnetischen Träger.

Stand der Technik

Die magnetischen Aufzeichnungseinrichtungen umfassen sehr generell einen Aufzeichnungsträger (Platte, Band, etc.) und eine Lese- und/oder Schreibeinrichtung, gebildet durch einen Gleitkörper.
Ein Gleitkörper kann einen oder mehrere erhabene Schienen umfassen. Der Gleitkörper kann also einschienig sein oder zweischienig (einer sogenannten Katamaränstruktur entsprechend) oder dreischienig (nach einer sogenannten Trimaranstruktur).
Diese Schienen (oder nur bestimmte dieser Schienen) sind mit einem Lese- und/oder Schreibkopf versehen. Die Oberfläche der Schienen ist dem Aufzeichnungsträger zugewandt und dem Luftdruck ausgesetzt, wenn der Träger rotiert. Es ist dieser Druck, der den "Flug" des Gleitkörpers über dem Träger bewirkt.
Jede der erhabenen Schienen kann auf der hinteren Schnittfläche einen Magnetkopf tragen. Diese Magnetköpfe sind entweder in dünnen Schichten abgeschieden oder durch Klebung angebracht. Die Länge des Gleitkörpers wird im allgemeinen bestimmt durch die Dicke des Materials, aus dem der Träger hergestellt ist, der z.B. aus Aluminiumoxid oder Ferrit ist, und die Formgebung bzw. Bearbeitung erfolgt mechanisch.
Die Figur 1 zeigt eine Scheibe 10, auf der Dünnschichten-Köpfe 24, 25 abgeschieden sind.
Die Figur 2 zeigt einen Gleitkörper 20 im Falle einer Katamaranstruktur, mit seinen beiden erhabenen Schienen 21 und 22 und seinen beiden Köpfen 24, 25. Abschrägungen 26, 27 sind vorn an jeder erhabenen Schiene vorgesehen, um das Starten des Gleitkörpers zu ermöglichen, wenn der magnetische Träger eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit erreicht. Diese Abschrägungstechnik wird noch immer für die Gleitkörper des Katamarantyps benutzt, die nicht aus Silicium sind.
Da sich die Arten und Zeiten des Zugriffs auf eine Aufzeichnungsspur in der Vergangenheit schnell entwickelt haben, mußten Vorrichtungen geschaffen werden, die sich an die immer schnellere Beschleunigung anpassen. Im Falle der Platte befindet sich der Gleitkörper dann nicht mehr für alle Plattendurchmesser in einer zur Spur parallelen Stellung. Er kann einen positiven oder negativen Winkel aufweisen, je nach Radius der benutzten Spur.
Dies ist dargestellt in Figur 3, wo man eine Festplatte mit einem Kopf T sieht, angeordnet in drei verschiedenen Stellungen T&supmin;, To, T&spplus; in bezug auf die Tangentialrichtung der Spur. Das Vorhandensein einer Winkelverschiebung zwischen der Längsachse des Gleitkörpers und der Richtung der Spur führt zu einem seitlichen Kippen des Gleitkörpers um den Aufhängpunkt des Gleitkörpers (Gelenkpunkt). Diese Winkelverschiebung verursacht ebenfalls Gleithöhenveränderungen.
Um diese Nachteile zu beseitigen können die Schienen auf den Seiten abgeschrägt werden, parallel zur Längsachse.
Die Figur 4 zeigt also einen Gleitkörper 35 des Katamarantyps mit zwei Schienen 36 und 37, ihre Abschrägungen 38, 39 sowie ihre seitlichen Abschrägungen 41, 42 für die Schiene 36 und 43, 44 für die Schiene 37.
Dieser Gleitkörpertyp wird in dem Dokument US-A- 4 673 996 beschrieben.
Eine Variante dieser Technik ist in Figur 5 dargestellt, wo die Längsabschrägungen ersetzt wurden durch Längsabsätze, jeweils 51, 52 für die Schiene 50 und 55, 56 für die Schiene 54.
Diese Technik, TPC genannt ("Transverse Pressure Contour"), wird in dem Dokument US-A-4 870 519 beschrieben. Sie verleiht eine Gleithöhenstabilität für unterschiedliche Schreibund/oder Leseradien. Aber sie versucht nicht, die Probleme der von der Erhöhung der Geschwindigkeit abhängigen Gleithöhenunterschiede für den Fall zu lösen, wo es nicht gleichzeitig eine Winkelverschiebung gibt. Außerdem erfordert sie noch immer die Herstellung von Abschrägungen an der Vorderseite der erhabenen Teile.
Ebenfalls bekannt sind Gleitkörper, bei denen in jedem erhabenen Teil eine Quernut vorgesehen ist, wie dargestellt in Figur 6, wo diese Nuten die Bezugszeichen 61, 62 tragen.
Ein solcher Gleitkörper wird beschrieben in dem Artikel von G. CLIFFORD und D. HENZE, betitelt "An Air Bearing Minimizing the Effects of Slider Skew Angle", in "IEEE Transactions on Magnetics", Bd. 25, Nr. 5, Sept. 1989.
Außerdem gibt es Gleitkörper, die aus Silicium hergestellt werden können. Solche Gleitkörper werden in dem Patent US- A-4 698 708 erläutert. Die zu diesen Gleitkörpern gehörenden Magnetköpfe sind auf den Unterseiten der Gleitkörper angeordnet und tragen daher die Bezeichnung "Planarköpfe". Um das Starten und Landen diese Gleitkörperr zu verbessern, können diese letzteren auf der Vorderseite der erhabenen Teile Absätze aufweisen wie beschrieben in dem Dokument FR-A-2 629 247.
Das Dokument IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 26, Nr. 11, beschreibt einen Gleitkörper mit zwei Schienen, vorn verbunden durch ein Querstück. Die Leseköpfe sind auf der Rückseite der Schiene vertikal angeordnet.
Das Dokument 2244 Research Disclosure 2 (1991), Januar, Nr. 321, Emsworth, GB, beschreibt ein pfeilförmiges Muster mit zwei konvergierenden seitlichen Schienen und einer mittleren Schiene. Der Lesetransducer befindet sich wieder auf der Rückseite des Gleitkörpers, hinter der mittleren Schiene.
Die Kurzbeschreibung des japanischen Patents vorn 25. April 1986, Bd. 10, Nr. 111 (P-451) (2168), der Anmeldung 60-242548 entsprechend, beschreibt einen Gleitkörper mit zwei Schienen mit Längsabsätzen.
Die Anmeldung EP-A-262 655 beschreibt einen Gleitkörper mit einem zylinderförmigen Relief, dessen Außenumfang mit einer Abschrägung versehen ist. Der Lesekopf befindet sich auf der Rückseite des Gleitkörpers.
Wenn diese Vorrichtungen auch in mancher Hinsicht zufriedenstellen sind, so weisen sie doch noch Nachteile auf, denn die Betriebsbeanspruchungen werden immer härter. Die Gleitbedingungen eines Gleitkörpers müssen heute vollständig beherrscht werden, nicht nur bezüglich Nullwinkeln sondern auch für positive oder negative Winkel, die bis 20º gehen können. Außerdem erfordert der sehr schnelle Zugriff mit Erkennen der verlangten Spur eine sehr große Stabilität des Gleitkörpers. Außerdem müssen die Kontaktzeiten auf ein Minimum reduziert werden, um die Lebensdauer des Paars Kopf-Träger zu gewährleisten. Schließlich dürfen die gegebenen kleinen Gleithöhen (in der Größenordnung 0,1µm) bei Geschwindigkeiten bis 15m/s nur kleine Änderungen erfahren.

Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen und einen Gleitkörper mit Planarkpfen vorzuschlagen, mit dem diese hohen Leistungen erreicht werden können. Zu diesem Zweck empfiehlt sie am Ende der erhabenen Schiene einen Absatz vorzusehen. Dieser Absatz stabilisiert den hinteren Teil der Schiene.
In diesem Zusammenhang sei daran erinnern, daß bei den klassischen nicht-planaren Köpfen, da das magnetische Element sich auf der hinteren Flanke des erhabenen Teils befindet, der Zugriff auf die Fläche hinten auf den erhabenen Teilen unmöglich ist. Hingegen befinden sich bei den Planarköpfen insbesondere aus Silicium die magnetischen Elemente ungefähr 500µm von der Ruckseite auf den dem Träger gegenüberstehenden Flächen der erhabenen Teile. Es ist also einerseits vorteilhaft, die hintere Fläche des erhabenen Teils mit einem Rücksprung bzw. Absatz zu versehen, um bezüglich des Trägers keinen tieferen Punkt als den Magnetkopf zu haben, und andererseits diese hintere zurückspringende Fläche zu benutzen, um einen Unterdruck zu erzeugen. Dieser Unterdruck erhöht die Geschwindigkeit und ermoglicht, die Gleithöhenänderung zu begrenzen. Dieser Unterdruck trägt ebenfalls zur Festlegung der Neigung während des Gleitens bei. Der Anmelder hat für große Lineargeschwindigkeitsänderungen gute Resultate erzielt (wobei der Kopf immer tangential zur Spur war). Bei einer Geschwindigkeitsänderung zusammen mit einer Winkeländerung verbessert der Rücksprung bzw. Absatz der hinteren Fläche die Gleitstabilität. Beispielsweise kann hinten eine Ätzung einer Breite entsprechend der y-Achse von 40 bis 500µm auf eine Tiefe entsprechend der z-Achse von 0,2 bis 4µm durchgeführt werden.
Ein erfindungsgemäßer Gleitkörper ist definiert in Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft jede Gleitkörperform: einschienig, zweischienig bzw. Katamaran, dreischienig bzw. Trimaran. Wenn der Gleitkörper mehrere Schienen hat, umfaßt eine dieser Schienen hinten einen Absatz. Es können aber mehrere oder sogar alle Schienen diesen hinteren Absatz aufweisen.
Die Disposition der Erfindung, nach der hinten an der Schiene ein Absatz vorgesehen ist, kann kombiniert werden mit bekannten Dispositionen wie Längsabsahrägungen oder -absätzen (TPC) und/oder Abschrägung oder Absatz vorn. Man kann insbesondere auf dem gesamten Umfang der Schiene einen Absatz vorsehen. In diesem Fall wirkt jeder Absatz auf den Längsseiten und auf der Vorderseite zusammen mit dem hinteren Absatz, um bestimmte Funktionen zu erfüllen:
- die freien Flächen auf den Längsseiten der erhabenen Teile ermöglichen, das seitliche Kippen des Gleitkörpers um seinen Gelenkpunkt sowie die Gleithöhenänderungen zu vermeiden, wenn die Richtung des Gleitkörpers einen Winkel bildet mit der Spur; durch Verändern der Längen dieser Flächen in Richtung x-Achse auf jeder Längsseite des erhabenen Teils, kann man im Fall eines Gleitens mit Winkel in bezug auf die Spur einen Unterdruck erhalten, der mit der Geschwindigkeit und mit dem Winkel zunimmt, was ermöglicht, die Zunahme der Gleithöhe in Richtung einer Achse z zu begrenzen; der Anmelder hat beobachtet, daß man für Längen von 40 bis 500µm und Tiefen von 0,2 bis 4µm eine gute Stabilität bei den seitlichen Verschiebungen in Richtung x-Achse erhält und eine Gleithöhenänderung des Kopfes, die 20nm nicht überschreitet; jedoch wird diese gute Stabilität bei den Verschiebungen nur für z-Achsenrichtungstiefen von 0,2 bis 4µm erzielt;
- die freie Fläche vor dem erhabenen Teil bestimmt das Starten und Landen des Gleitkörpers und die Neigung während des Gleitens; die Länge dieser vorderen Zone in Richtung y- Achse beträgt 40 bis 500µm und ihre Tiefe in Richtung einer z-Achse des Absatzes 0,2 bis 4µm und vorzugsweise zwischen 0,7 und 2µm.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

- die Figur 1 zeigt eine Scheibe mit diversen Dünnschichtköpfen,
- die Figur 2 zeigt einen Gleitkörper mit Köpfen auf den hinteren Flanken des Gleitkörpers,
- die Figur 3 zeigt den Winkel, den ein Gleitkörper mit der Spur bildet, abhängig von deren Radius,
- die Figur 4 zeigt einen Gleitkörper mit vorderen Abschrägungen und seitlichen Abschrägungen,
- die Figur 5 zeigt einen Gleitkörper mit vorderen Abschrägungen und seitlichen Absätzen,
- die Figur 6 zeigt einen Gleitkörper mit vorderen Abschrägungen und Quernuten,
- die Figur 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Gleitkörper mit einem peripheren Absatz um die erhabenen Teile herum,
- die Figuren 8, 9, 10 und 11 zeigen vier Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Gleitkörpers,
- die Figur 12 zeigt einen Sonderfall, bei dem die zentrale Eintiefung der Höhe des peripheren Absatzes entspricht,
- die Figur 13 zeigt eine besondere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Gleitkörpers,
- die Figur 14 zeigt einen einschienigen Gleitkörper mit einem peripheren Absatz konstanter Höhe,
- die Figur 15 zeigt einen Gleitkörper des Katamarantyps mit Absätzen verschiedener Höhen,
- die Figur 16 zeigt einen Gleitkörper des Katamarantyps mit Absatz hinten und Abschrägung vorn,
- die Figur 17 zeigt einen Gleitkörper des Trimarantyps mit hinterem Absatz bei nur einer der Schienen.

Detaillierte Darstellung der Ausführungsarten

In Figur 7 trägt der dargestellte Gleitkörper das allgemeine Bezugszeichen 70. Dieser katamaranförmige Gleitkörper umfaßt zwei erhabene Schienen 71 und 72, getrennt durch eine Vertiefung 74. Um jeden erhabenen Teil 71, 72 herum verläuft ein Absatz 76 bzw. 78 einer in Richtung z-Achse konstanten Tiefe. In Figur 7 sieht man, daß die zentrale Vertiefung in Richtung z-Achse eine Tiefe P aufweist und die Absätze in Richtung z-Achse eine Höhe h aufweisen.
Die Figur 7 zeigt ebenfalls mit Bezugszeichen 80 und gestrichelt die Position des magnetischen Lese- und/oder Schreibkopfs an. Ein Magnetkopf kann auf einem der erhabenen Teile oder jeweils auf jedem erhabenen Teil angeordnet sein.
Die Figuren 8, 9, 10 und 11 zeigen verschiedene Ausführungsarten des Gleitkörpers, bei denen die erhabenen Teile 71 und 72 diverse, vor allem runde Formen aufweisen (Figur 10), und wo die Absätze asymmetrisch sind (Figuren 8, 9, 10, 11).
Diese unterschiedlichen Formen ermöglichen, abhängig von den Benutzungsbedingungen, die Unterdrücke oder die Drücke vorn, hinten und auf den Seiten des Gleitkörpers zu kontrollieren, um eine optimale Gleitstabilität zu erzielen.
Bei den bekannten Gleitkörpern beträgt die Vertiefung zwischen den erhabenen Teilen 70 bis looijm in Richtung z-Achse. Der Anmelder hat festgestellt, daß sich die Gleitcharakteristika bei einer Reduzierung der Vertiefung auf Tiefen von ungeführ 15µm nicht verändern. Für kleinere Werte, insbesondere zwischen 2µm und 10µm verursacht diese Vertiefung einen Unterdruck, wenn der Gleitkörper mit der Spur einen Winkel bildet. Dieser Unterdruck ermöglicht ebenfalls, die Gleithöhe des den Schreib-Lesekopf enthaltenden erhabenen Teils zu kontrollieren.
Die Erfindung betrifft also auch einen Gleitkörper, bei dem die erhabenen Teile durch eine Vertiefung getrennt sind, deren Tiefe P kleiner als 15µm ist. Für bestimmte Anwendungen kann der Wert der Tiefe P der Vertiefung zwischen den erhabenen Teilen gleich der Höhe h des Absatzes sein, der erfindungsgemäß an der Peripherie der erhabenen Teile vorgesehen ist. Der Gleitkörper besitzt dann bezüglich der Oberflächen der erhabenen Teile nur noch eine einzige Rücksprung- bzw. Grundfläche.
Dies ist dargestellt in Figur 12, wo die Vertiefung mit 74 bezeichnet ist und die jeweiligen Absätze mit 76 und 78. Die gemeinsame Tiefe (P, h) kann die Größenordnung von einigen µm aufweisen (z.B. 2µm).
So geringe Tiefen sind insbesondere durch kollektive Ätzherstellung möglich, die eine ausreichende Genauigkeit gewährleistet.
Der oben beschriebene Gleitkörper kann durch diverse Photoätzoperationen hergestellt werden. Als nicht einschränkendes Beispiel zeigt die Figur 13 ein Verfahren mit den folgenden Schritten:
a) Abscheiden einer photosensiblen Harzschicht auf einer Scheibe (z.B. aus Silicium) (Teil a);
b) Durchführen einer Bestrahlung dieses Harzes durch eine die zu ätzende Oberfläche definierende Maske (Teil b);
c) Entwickeln des bestrahlten Harzes, um die zu ätzenden Teile freizulegen (Harzrelief 86) (Teil c),
d) Durchführen eines reaktiven Ionenätzens des Siliciums, um die erhabenen Teile 88 herzustellen; diese Operation wird durchgeführt, indem man die Tiefe (h) kontrolliert;
e) Entfernen des Harzes durch einen chemischen Prozeß; man erhält dadurch die erhabenen Teile 88;
f) Bilden einer Harzmaske 90 durch analoge Operationen auf der Oberseite der erhabenen Teile 88 (Teil f) und eventuell am Boden der Vertiefung, um die herzustellenden Absätze zu definieren;
g) Ätzen der Peripherie der erhabenen Teile, um die Absätze 92 mit einer zwischen 0,2 und 4µm enthaltenen Tiefe zu bilden (vorzugsweise zwischen 0,7 und 2µm) (Teil g).
Wenn P = h, dann genügt eine einzige Maske 84 von geeigneter Form, um zugleich die erhabenen Teile und die Absätze zu definieren (Vertiefung und Absätze gehen ineinander über).
Die Figur 14 zeigt eine Variante der Erfindung, einen Gleitkörper 100 mit einer einzigen Schiene 102 umfassend, die einen peripheren Absatz 104 von konstanter Höhe aufweist.
Die Figur 15 zeigt eine weitere Variante, einem Gleitkörper des Katamarantyps 110 mit zwei Schienen 112, 114 mit peripheren Absätzen entsprechend. Jedoch haben die Absätze vom 116, 118 andere Höhen als die Absätze hinten 120, 122 und an den Seiten. Die Höhe h1 vorn kann 0,5µm betragen, während die Höhe h2 hinten 3µm betragen kann.
Ebenso kann man einen Kopf dieses Typs herstellen, dessen seitliche Absätze eine andere Höhe aufweisen als der hintere Absatz.
Die Figur 16 zeigt noch eine andere Variante, bei der der Gleitkörper 130 zwei Schienen 132, 134 mit Abschrägungen vorn 136, 138 und zwei Absätzen hinten 140, 142 umfaßt.
Schließlich zeigt die Figur 17 einen Gleitkörper 150 des Trimarantyps, mit drei Schienen 151, 152, 153, von denen nur die mittlere Schiene 152 einen peripheren Absatz 154 umfaßt.

Claims

1. Gleitkörper für magnetische Aufzeichnung, wenigstens eine Schiene umfassend (21, 22, 36, 37, 50, 54, 71, 72, 102, 112, 114, 132, 134, 151, 152, 153) mit einem auf der Seite der Schienenvorderkante befindlichen Vorderteil und einem auf der Seite der Schienenhinterkante befindlichen Hinterteil, wobei die Schiene ausgestattet ist mit Einrichtungen (80) zum Lesen und/oder Schreiben, und dieser Gleitkörper wenigstens eine Schiene (71, 72, 102, 112, 114, 132, 134, 152) umfaßt, die wenigstens an ihrem Hinterteil einen Absatz (78, 104, 120, 122, 140, 142, 154) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lese- und/oder Schreibeinrichtungen gebildet werden durch wenigstens einen Planarkopf, angeordnet auf dem Hinterteil wenigstens einer den genannten Absatz aufweisenden Schiene.

2. Gleitkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine einzige Schiene (102) umfaßt, wobei diese Schiene wenigstens hinten einen Absatz aufweist.

3. Gleitkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei erhabene bzw. hervorstehende Schienen aufweist (71, 72, 112, 114, 132, 134), wobei wenigstens eine dieser Schienen hinten einen Absatz (78, 120, 122, 140; 142) aufweist.

4. Gleitkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er drei Schienen (151, 152, 153) umfaßt, wobei wenigstens eine dieser Schienen (152) hinten einen Absatz (154) aufweist.

5. Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schiene, die hinten einen Absatz (140, 142) aufweist, vorn eine Abschrägung (136, 138) aufweist.

6. Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schiene, die hinten einen Absatz (120, 122) aufweist, einen solchen ebenfalls vorn aufweist (116, 118).

7. Gleitkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz vorn (116, 118) eine erste Höhe (h1) aufweist und der Absatz hinten (120, 122) eine zweite Höhe (h2), wobei die zweite Höhe (h2) anders ist als die erste (h1) und diese Höhen gemessen werden in bezug auf die Oberseite der Schiene, die den fraglichen Absatz aufweist.

8. Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schiene, die hinten einen Absatz aufweist, ebenfalls einen an den Seitenrändern aufweist (76, 78, 104, 154).

9. Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schiene (71, 72, 102, 152), die hinten einen Absatz aufweist, diesen Absatz auf der Gesamtheit ihrer Peripherie aufweist (76, 78, 104, 154).

10. Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vertiefung (74) zwischen zwei Schienen (71, 72, 112, 114, 132, 134, 151, 152, 153) umfaßt, wobei diese Vertiefung eine bestimmte, von der Oberseite der Schienen aus gemessene Tiefe (P) hat.

11. Gleitkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (P) der Vertiefung (74) gleich der Höhe (h) des hinteren Absatzes (76. 78) ist.

12. Gleitkörper nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (P) der Vertiefung (74) gleich der Höhe (h) des Absatzes an der Peripherie der Schiene ist.

13. Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Absätze, gemessen in bezug auf die Oberseite der diese Absätze aufweisenden Schienen enthalten ist zwischen 0,2 und 4 µm.

14. Gleitkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Absätze enthalten ist zwischen 0,7 und 2 µm.