DE69823854T2

DE69823854T2 - Substrat für speicherplatte mit fehlerfreier oberfläche

Info

Publication number: DE69823854T2
Application number: DE69823854T
Authority: DE
Inventors: K. Pattabhirami Reddy; A. Timothy ROE
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: DE69823854D1; JP2001511579A; US5993914A; KR20010022455A; EP1023128A4; EP1023128A1; WO1999006154A1; EP1023128B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen das Feld magnetischer Speicherplattensubstrate. Sie betrifft insbesondere Verbundsubstrate aus Keramik und Glas, die für die hierin beschriebenen Zwecke, überlegene Substrate für magnetische Speicherplattenprodukte erzeugen.
Der Schritt neuer Entwicklungen in der Computerindustrie ist hart. Die Aufzeichnungskapazität für Disketten bzw. Platten nimmt beispielsweise geometrisch zu, wobei offensichtlich noch kein Ende in Sicht ist. Platten mit höherer Kapazität erfordern defektfreie, glatte Oberflächen, um einen fehlerfreien Betrieb zu ermöglichen. Die heutigen Platten mit hoher Kapazität drehen sich während Lese/Schreibvorgängen typischerweise mit 5400 UpM. Die nächste Generation wird sich wahrscheinlich mit 8000 UpM drehen. Dies bedeutet, dass der Abtaster mit Geschwindigkeiten von nahezu 129 km/h (80 mph) konfrontiert ist. Bei diesen Geschwindigkeiten erzeugen sogar kleine Defekte in der Oberfläche des Substrates nicht akzeptable Fehler.
Traditionell wurden magnetische Speicherplatten bzw. magnetische Memory-Discs aus einem Aluminiummetall oder Legierungs-Substrat hergestellt, wobei die verschiedenen magnetischen und Schutzbeschichtungen darauf abgelagert waren.
Diese Konfiguration leidet unter mehreren Unzulänglichkeiten: die wichtigste unter diesen ist die fehlende Steifheit. Dieses Problem wird durch die hohen Geschwindigkeiten, die bei den heutigen Platten erforderlich sind, verschlimmert. In einem Versuch, das Plattensubstratmaterial zu verbessern, sind polykristalline Keramikmaterialien vielversprechend. Bekannt für ihre Steifheit und andere überlegene mechanische Eigenschaften eignen sie sich für diese Anwendung.
Leider wurde das Potential dieser Materialien bisher nicht ausgenutzt. Dies ist nicht zuletzt auf das Unvermögen der Arbeiter im Stand der Technik zurückzuführen, eine im wesentlichen defektfreie Beschichtung auf dem Keramikbasissubstrat-Material herzustellen, die sowohl herstellbar als auch kosteneffektiv ist.
Zur relevanten Arbeit auf diesem Gebiet zählt folgendes:

– US 4,808,463 betrifft ein Substrat für Magnetplatten, das ein polykristallines Keramikmaterial umfasst, das mit einer Lasur-Schicht beschichtet ist;
– US 4,816,128 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Magnetspeicherplatte durch Beschichten einer auf Aluminiumoxid basierten Keramik mit Glas und darauf durch Unterwerfen des beschichteten Gegenstandes gegenüber einem isostatischen Heisspress- (Hot Isostatic Pressure (HIP))-Schritt;
– US 4,738,885 betrifft ein Substrat für eine Magnetplatte, das Aluminiumoxid umfasst, das HIPiert und poliert ist;
– US 4,971,932 lehrt ein magnetisches Speichersubstrat, das aus einer Glaskeramik hergestellt ist;
– US 4,690,846 betrifft ein Substrat, das Aluminiumoxid umfasst, das durch Glas in einer Pasten- oder Pulverform beschichtet ist;
– US 4,808,455 betrifft ein Substrat, auf dem eine Glasschicht abgelagert wird und das darauf folgend poliert wird;
– JP 62-90451 betrifft ein Substrat aus einem kristallinen Material, das durch einen Glasfilm beschichtet ist;
– JP 62-90445 betrifft ein Substrat aus einem kristallinen Material, das durch einen Glasfilm beschichtet ist.

Defekte in Form von Nadellöchern bzw. pin holes und Keimen bzw. seeds können in einem magnetischen Speicherplattensubstrat mit hoher Leistung nicht toleriert werden. Falls sie vorhanden sind, können sie bei der Datenübertragung ein Chaos verursachen, das durch ein Überspringen des Abnehmers verursacht wird, wodurch der verfügbare reale Aufnahmeplatz für die Speicherung gesenkt wird und können Probleme bei der Beschichtung der magnetischen Überschicht verursachen.
Im Allgemeinen werden pin holes und Keime gebildet, wenn die Materialien in dem auf dem Substrat abgelagerten Material eingeschlossen werden oder sich aus diesem Gas entwickelt. Es ist die tatsächliche Natur der Verfahren nach dem Stand der Technik, die diese Defekte verursacht. Zusätzliche zu vermeidende Defekte sind Inhomogenitäten aufgrund einer fehlenden Mischung und dergleichen. Weil die erfindungsgemäßen Verfahren ein geschmolzenes oder vorgeschmolzenes Glas verwenden haben die Anmelder die beim Stand der Technik eintretenden Probleme gelöst.
Aufgabe der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Speicherplattensubstrates bereit.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und weitere Aufgaben können durch die hierin beschriebenen Verfahren gelöst werden. Insbesondere haben die Anmelder ein neues Verfahren zur Herstellung eines Speicherplattenverbundsubstrates entwickelt, umfassend die Schritte, ein Aluminiumoxidsubstrat bereit zu stellen und das Aluminiumoxidsubstrat mit einer defektfreien Glasschicht zu beschichten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundspeicherplatte, das das Eintauchen eines Aluminiumoxidsubstrates in geschmolzenes Glas, wie im beigefügten Anspruch 1 definiert, umfasst.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm der Tauchbeschichtungsvorrichtung.
2 ist eine Schnittansicht des defektfreien beschichteten Gegenstands, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen wurde.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Wie vorher erwähnt sind Defekte (pin holes und insbesondere Keime) ein Fluch für die Hersteller von Magnetplatten. Die Anmelder haben ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundmagnetspeicherplatte entwickelt, die im wesentlichen frei von den Defekten ist, die bei den anderen Arbeitern auf diesem Gebiet eintraten. Jedoch ist die Tatsache am bemerkenswertesten, dass dieses Verfahren relativ preiswert und wiederholbar ist, und sich somit für die Art von Massenherstellung und Preis-Konkurrenzfähigkeit eignet, die von der Industrie gefordert wird.
Das vorliegende Verfahren schließt eine Beschichtung eines polykristallinen Substrates mit Glas ein. 2 zeigt einen typischen Querschnitt des Verbundartikels, wobei ein Aluminiumoxidsubstrat 1 mit einer defektfreien Glasschicht 2 beschichtet wird. Es besteht ein Unterschied zwischen dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Glas und der "Lasur", die von einigen Arbeitern auf diesem Gebiet verwendet wurde. Obwohl diese Begriffe manchmal inkorrekt und in austauschbarer Weise verwendet werden, haben sie unterschiedliche Bedeutungen. Im Kontext dieser Erfindung definieren wir Lasur als ein Material, das aufgebracht wird und daraufhin erhitzt werden muss, um zu schmelzen und zu fließen. Diese Materialien können in Pulverform oder suspendiert in einem Medium abgelagert und über Gießen, Bemalen, Siebdruck oder andere herkömmliche Mittel aufgebracht werden.
Die Eigenschaften des Endverbundstoffes sind in großem Umfang von der exakten Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien und der geometrischen Konfiguration, beispielsweise dem Seitenverhältnis, der Dicke etc. des Endproduktes abhängig. Geeignet für das Substratmaterial sind Materialien mit hohem Modul, beispielsweise Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Titandiborid, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid. Am meisten bevorzugt ist Aluminiumoxid. Beispiele für geeignetes Aluminiumoxid sind 96%–99% Aluminiumoxid von Kyocera oder Coors Ceramic. Dieses Material weist typischerweise ein Modul von 345 GPa (50 × 10⁶ psi) und eine Bruchzähigkeit von 4,0 MPa/m² auf. Diese Substrate sind preiswert und kosten in großen Mengen lediglich $0,8/dm² ($0,05/in²). Auf Grundlage dieser Eigenschaften stellen diese einen ausgezeichneten mechanischen Träger für Glasbeschichtungen bereit.
Die Glaszusammensetzungen können variieren. Spezielle Zusammensetzungen, die in dem nachstehenden Beispiel verwendet werden, wurden wegen ihrer Eigenschaften und Verfügbarkeit ausgewählt und sollten lediglich als veranschaulichend angesehen werden. Wenn beispielsweise ein Substrat mit anderen mechanischen Eigenschaften als Aluminiumoxid, beispielsweise Siliziumnitrid, verwendet wurde, wird angenommen, dass die Glaszusammensetzung sich ändern würde, um sich dem Siliziumnitrid anzupassen. Es kann zusätzlich erwünscht sein, Belastungen im Verbundstoff durch manipulieren der Wärmeausdehnungs-Übereinstimmung/-Abweichung zwischen dem Keramiksubstrat und der Glasbeschichtung zu erzeugen oder zu vermindern. Beispielsweise hat die Auswahl einer Glaszusammensetzung mit einer niedrigeren Wärmeausdehnung als das Substrat eine Restdruckspannung in den äußeren Glasschichten zur Folge, wodurch das Laminat gefestigt wird.
Beispiel 1
Das erste Beispiel ist grob als das Eintauschen/Tauchen eines Aluminiumoxidsubstrates in geschmolzenes Glas und dessen langsames Anheben zum Abfließen von überschüssigem Glas zu beschreiben. Ein reines Aluminiumoxidsubstrat wird zunächst bereit gestellt. Seine physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle I beschrieben. Tabelle I: Physikalische Eigenschaften von Aluminiumoxid

Dichte 3,75 g/cm³

Biegefestigkeit 340 MPa (58.000 psi)

Elastizitätsmodul 303 GPa (44 × 10⁶ psi)

Wärmeausdehnungskoeffizient (25–500°C) 7,1 ppm/°C
Die alkalifreie Glasbeschichtungszusammensetzung in Tabelle II wurde ausgewählt, weil sie eine ähnliche Wärmeausdehnung (6,8 ppm/°C von RT-300°C) gegenüber Aluminiumoxid aufweist und ihre Viskosität bei 1400°C relativ gering ist (170 Poise). Tabelle II: Glaszusammensetzung

Ansatzmaterial Gewichts-%

SiO₂ 53,5

Al₂O₃ 6,3

CaO 8,6

SrO 13,9

BaO 16,7

As₂O₃ 0,8
Es wird nunmehr Bezug genommen auf 1, die ein Blockdiagramm der Vorrichtung für die Tauchbeschichtung eines Substrates darstellt. Die Vorrichtung umfasst im allgemeinen ein Gehäuse 10 und einen Ofen 20. Im Gehäuse 10 befindet sich ein Vorofen/Abkühlareal 21 und eine Abdeckung 22, die sich direkt zwischen dem Ofen und dem Vorofen/Abkühlareal befindet.
Die Abdeckung 22 dient dazu, Wärme im Ofen zu halten, während sie ermöglicht, dass Materialien in den Ofen eingebracht bzw. aus diesem entfernt werden.
Am Gehäuse 10 ist ein Motor 11 angebracht. Dieser Motor ist an einer Welle 12 drehbar befestigt. Die Welle weist erste und zweite Endanteile auf. Der erste Endanteil befindet sich im allgemeinen in der Nähe des Motors 11 und der zweite Endanteil ist derart angeordnet, dass er im Ofen 20 angeordnet sein kann. Die Welle 12 kann sowohl um ihre Zentralachse gedreht werden als auch in einer Richtung bewegt werden, die zu ihrer Zentralachse parallel ist, so dass der zweite Endanteil in oder aus dem Ofen 20 entnommen werden kann. Die Geschwindigkeit, in der die Probe in den Tiegel eingebracht und aus diesem entfernt wird, kann über einen Computer oder über eine andere Kontrollvorrichtung (nicht dargestellt), befestigt am Motor 11, kontrolliert bzw. gesteuert werden.
Befestigt am zweiten Endanteil des Schaftes 12 ist ein Probenhalter 23. Es sollte erwähnt werden, dass jeder Aufbau, der den Zweck erreicht, eine Probe zu halten bzw. aufzunehmen und eine Beschichtung der Probe erlaubt, von den Anmeldern in Erwägung gezogen wird und sich im Umfang der Erfindung befindet. Zusätzlich werden Probenhalter für einzelne oder vielfache Proben ebenfalls vom Anmelder in Erwägung gezogen.
Der Ofen 20 ist üblicherweise ein diskontinuierlicher Ofen, der in der Technik bekannt ist. Er ist aus Strukturelementen (nicht dargestellt), feuerfestem Stein (nicht dargestellt) und Heizelementen (nicht dargestellt) aufgebaut. Im Ofen 20 befindet sich ein Tiegel 30, der typischerweise aus Platin oder einem anderen feuerfesten, unreaktiven Material hergestellt ist.
In Betrieb wird eine Probe 40, die beschichtet werden soll, am Probenhalter 23 befestigt. Der Motor 11 oder irgendeine andere Einrichtung fügt den Probenhalter in das Vorofen/Abkühlareal 21 ein, das im allgemeinen bei einer Temperatur von 800–900°C gehalten wird. Hier wird die Probe vorerhitzt, so dass sie keinem Wärmeschock ausgesetzt wird, nachdem sie in den Ofen 20 eintritt. Nach dem Vorerhitzen wird der Probenhalter in den Ofen eingebracht. Die Probe wird dann in einer kontrollierten Geschwindigkeit in den Tiegel 30 abgesenkt, der das geschmolzene Glas der Zusammensetzung, mit der die Probe beschichtet werden soll, enthält. In diesem Beispiel wurde ein Aluminiumoxidsubstrat in einem Platintiegel in einer Geschwindigkeit von 1,8 cm/min (0,72 inch/min) abgesenkt. Andere Geschwindigkeiten können verwendet werden, abhängig von der Geometrie des Aufbaus.
Nachdem das Aluminiumoxid vollständig im geschmolzenen Glas eingetaucht war wurde es für zwei Minuten stabil gehalten, um die Einstellung eines Wärmegleichgewichtes zu ermöglichen. Die Ofentemperatur betrug ungefähr 1400°C. Weil die Viskosität die wichtigste Eigenschaft an diesem Punkt ist, hängt die Ofentemperatur in großem Maße von der Glaszusammensetzung ab. Nach zwei Minuten wurde die Probe in einer Geschwindigkeit von 0,36 cm/min (0,14 inch/min) aus der Glasschmelze angehoben. Die Geschwindigkeit muß sorgfältig gesteuert werden. Bei einem Entfernen in einer zu raschen Geschwindigkeit wird sich eine zu dicke Beschichtung ergeben. Im allgemeinen wird eine Geschwindigkeit von bis zu 1,27 cm/min (0,5 inch/min) akzeptable Ergebnisse ergeben. Wenn einmal die Probe vollständig aus dem Glas entfernt ist wird die Geschwindigkeit auf 6,4 cm/min (2,5 inch/min) angehoben, um sie in das Vorofen/Abkühlareal 21 anzuheben. Wenn die Probe einmal in das Areal 21 angehoben wurde wird die Energiezufuhr des Ofens abgestellt und die Vorrichtung auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
Tabelle III gibt die Werte der durchschnittlichen Glasbeschichtungsdicke an, die bei verschiedenen Eintauchtemperaturen erzielt wurden.
Tabelle III: Glassbeschichtungsdicke bei unterschiedlichen Eintauchtemperaturen
Für dieses Beispiel wurde das Aluminiumoxidsubstrat auf beiden Seiten beschichtet – es ist ebenfalls möglich, eine Seite des Substrates zu maskieren, um eine Beschichtung auf lediglich einer Seite bereit zu stellen.
Spezielle mechanische Eigenschaften des Endverbundstoffes können in einem bestimmten Umfang durch die exakte Zusammensetzung des Glases, der Aluminiumoxidbasisschicht und dem Dickenverhältnis jeweils zueinander, maßgeschneidert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Speicherplatten-Verbundsubstrats mit den Schritten: (a) Bereitstellen eines polykristallinen Keramiksubstrats; und (b) Einsetzen des Keramiksubstrats in eine Vorbrennkammer, die auf eine erste Temperatur erhitzt wird, sodass das Keramiksubstrat vorerhitzt wird; (c) Überführen des Keramiksubstrats aus der Vorbrennkammer in eine auf eine zweite Temperatur erhitzte Brennkammer, wobei die Brennkammer geschmolzenes Glas enthält, wobei das Keramiksubstrat in das geschmolzene Glas eingetaucht wird, um das Keramiksubstrat zu beschichten; (d) Herausnehmen des mit einer Schicht des geschmolzenen Glases beschichteten Keramiksubstrats aus der das geschmolzene Glas enthaltenden Brennkammer; (e) Halten des mit der Schicht des geschmolzenen Glases beschichteten Keramiksubstrats in der Vorbrennkammer bei der ersten Temperatur; und (f) Abkühlenlassen des Substrats auf Raumtemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Keramiksubstrat in das geschmolzene Glas für eine Zeitdauer eingetaucht wird, die ausreichend ist, um das thermische Gleichgewicht zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Keramiksubstrat aus der das geschmolzene Glas enthaltenden Brennkammer mit einer kontrollierten Geschwindigkeit herausgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Keramiksubstrat durch Abschalten der Energie der Brennkammer auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Keramiksubstrat Aluminiumoxid-Substrat ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Aluminiumoxid-Substrat in dem geschmolzenen Glas auf beiden Seiten beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Aluminiumoxid-Substrat in dem geschmolzenen Glas auf einer Seite beschichtet wird.