JP2007066504A - Method for eliminating defect of peripheral part of slider occurring in conventional machining processes - Google Patents
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Description
本発明は、磁気ハードディスク駆動装置のスライダに関する。さらに詳細には、本発明は、ハードディスク駆動装置用のスライダの製造に関する。 The present invention relates to a slider of a magnetic hard disk drive. More particularly, the present invention relates to the manufacture of a slider for a hard disk drive.
ハードディスク駆動装置は、磁気的な読取り及び書込み要素によってアクセスされる、基本的に一連の回転するディスクからなる共通情報記憶装置である。これらのデータの伝達要素、トランスデューサとして周知の伝達要素は、一般的にスライダ本体に組込まれ運ばれ、スライダ本体は、読取り又は書込み操作を実行出来るようにディスクに形成される不連続なデータトラック上で、密接な関係の位置に保持される。ディスク表面に対してトランスデューサを適切に位置付けるために、スライダ本体に形成された空気軸受表面(ABS)は、ディスクデータトラック上でスライダ及びトランスデューサを「浮上する」ために十分な揚力を提供する空気流動を受ける。磁気ディスクの高速回転は、ディスクの接線方向速度にほぼ平行な方向で、その表面に沿った空気流動又は風の流れを発生する。空気流動は、回転するディスク上でスライダを浮上することが出来るスライダ本体のABSと協働する。実際には、懸架されたスライダは、この自己作動する空気軸受を介して物理的にディスク表面から分離される。 A hard disk drive is a common information storage device consisting essentially of a series of rotating disks accessed by magnetic read and write elements. These data transfer elements, known as transducers, are generally carried and carried in the slider body, which is on a discrete data track formed on the disk so that it can perform read or write operations. And held in close relationship. In order to properly position the transducer relative to the disk surface, an air bearing surface (ABS) formed in the slider body provides an air flow that provides sufficient lift to "fly" the slider and transducer over the disk data track. Receive. High speed rotation of the magnetic disk generates air flow or wind flow along its surface in a direction substantially parallel to the tangential velocity of the disk. The air flow cooperates with the ABS of the slider body, which can float the slider on the rotating disk. In practice, the suspended slider is physically separated from the disk surface via this self-actuating air bearing.
ABS構造における幾つかの主要な目的は、スライダ及びその付属するトランスデューサを回転する表面に出来るだけ近づけて浮上すること、及び変化する浮上条件に関係なくその一定の近接する間隔を一様に維持することである。空気軸受スライダと回転する磁気ディスクとの間の高さ又は分離間隔は、一般的に浮上高さとして画定される。概ね、取付けられたトランスデューサ又は読取り/書込み要素は、回転するディスク表面上でほんの約数ナノメータを浮上する。スライダの浮上する高さは、搭載された読取り/書込み要素の磁気ディスクへの読取り及び記録する能力に影響を及ぼす最も重要なパラメータの一つと考えられる。相対的に小さな浮上高さは、ディスク表面の異なるデータビット位置の間で、トランスデューサがより高い分解能を達成することができ、従って、データ密度と記録容量を向上する。比較的に小型でさらにパワフルなディスク駆動装置を利用する軽量でコンパクトなノート型コンピュータへの高まる人気に伴って、段々により低い浮上高さに対する要求が、連続的に増大する。 Some key objectives in the ABS structure are to fly the slider and its associated transducer as close as possible to the rotating surface, and to maintain that constant close spacing regardless of changing flying conditions That is. The height or separation distance between the air bearing slider and the rotating magnetic disk is generally defined as the flying height. In general, the attached transducer or read / write element floats only about a few nanometers on the rotating disk surface. The flying height of the slider is considered one of the most important parameters affecting the ability of the mounted read / write element to read and record on the magnetic disk. A relatively small flying height allows the transducer to achieve higher resolution between different data bit positions on the disk surface, thus improving data density and recording capacity. With the growing popularity of lightweight and compact notebook computers that utilize relatively small and more powerful disk drives, the demand for increasingly lower flying heights increases continuously.
図1に示されたように、一般的にカタマラン(catamaran)型スライダ104として知られるABS102の構造は、ディスクに向合うスライダ表面の外側端部に沿って延伸する一対の平行なレール106と108によって形成してもよい。様々な表面積及び外形を備える三つ又はそれ以上の追加のレールを含む、その他のABS102配置もまた開発された。二つのレール106と108は、一般的に先端部110から後端部112までのスライダ本体の長さの少なくとも一部分に沿って進む。先端部110は、回転するディスクが、後端部112に向かってスライダ104の長さを進む前に通過するスライダの端部として画定される。先端部110は、この機械加工工程に一般的に付随する大きな好ましくない許容誤差にもかかわらず先細りにしてもよい。トランスデューサ又は磁気要素114は、図1に示すようなスライダの後端部112に沿った場所に一般的に装着される。レール106と108は、スライダが浮上する空気軸受表面を形成し、回転するディスクによって生じた空気の流れに接した時に必要な揚力を提供する。ディスクが回転する時に、発生する風又は空気の流れは、カタマラン型スライダのレール106と108の下側及び二つの間沿って進む。空気の流れがレール106と108の下側を通過する時に、レールとディスクとの間の空気圧は増加し、それ故に加圧及び揚力を提供する。カタマラン型スライダは概ね、回転するディスク上で適切な高さにスライダを浮上させるための、十分な揚力量又はプラスの負荷力を生じる。レール106と108が無い場合に、スライダ本体104の大きな表面積は、過度に大きな空気軸受の表面積を生ずるだろう。概ね、空気軸受の表面積が増加すると、発生する揚力量もまた増加する。レールが無ければ、その結果スライダは回転するディスクからはるかに浮上し、それによって、低い浮上高さを有することによる述べられた利点の全てを捨てることになるであろう。
As shown in FIG. 1, the structure of the
現在のスライダ製造技術は、例えばスライス切断、研削、ラップ仕上げ、賽の目切断のようなダイヤモンドに関連する機械加工工程を含む。特に賽の目に切断する工程は、非常に重要であり、加工する材料の温度を下げるために冷却水の不断の供給によって、高速で回転するダイヤモンド丸のこ刃を使用してしばしば実施される。 Current slider manufacturing techniques include machining processes associated with diamond, such as slicing, grinding, lapping, and kerf cutting. In particular, the process of slicing is very important and is often performed using a diamond circular saw blade rotating at high speed with a constant supply of cooling water to reduce the temperature of the material being processed.
この賽の目に切断する工程中に、賽の目にされた表面に沿った端部116は、スライダの端部に沿って隆起を形成する機械加工の変形を受けやすい。変形量は、例えば送り出し速度、のこ刃の特性などのような機械加工のパラメータに依存し、高さにおいて一般的に10から15ナノメータの範囲となる。このスライダ端部の隆起は、それらがスライダのABSより高くなると、ハードディスクの界面で壊滅的な破損を導くことにもなる。この課題は、例えば、ピコ(PICO)型からフェムト(FEMTO)型までのスライダのように、駆動装置のヘッドの形状因子を減少することに伴って指数関数的に浮上する。
During this fringing process, the
従来のダイヤモンドのこ挽き工程の別の主要な課題は、機械加工中に発生する熱の結果として、スライダの端部に沿って微小クラック及び割れ目の発生である。装置に組込まれた場合に、これらは、スライダに熱的な又は機械的な衝撃荷重が掛かっている間に、破砕のための基点として振舞うだろう。スライダの容量が終始増大し、スライダの浮上高さが連続して減少するので、これは好ましくない欠点になる。 Another major challenge of the conventional diamond sawing process is the generation of microcracks and cracks along the end of the slider as a result of the heat generated during machining. When incorporated into the device, they will act as a starting point for crushing while the slider is subjected to thermal or mechanical shock loads. This is an undesirable disadvantage since the slider capacity increases throughout and the slider flying height decreases continuously.
基板の粒子の発生もまた、基板のスライダ端部の微小クラック及び割れ目によって潜在的に起こる重要課題である。これらの粒子は、賽の目切断の結果として、ABSの先端部及び賽の目に切断された端部から発生されるだろう。 Generation of substrate particles is also an important issue that is potentially caused by microcracks and cracks at the slider edge of the substrate. These particles will be generated from the tip of the ABS and the cut end of the eye as a result of the eye cut.
これらの課題を最小にするための一つのアプローチは、例えば送り出し速度、冷却材の流れ、及びスピンドルの回転速度のような賽の目に切断する機械装置の切断パラメータを最適化することによってなされる。この方法で、付着量と微小クラックの量は、ある程度減少させることが出来るだろうが、切断の仕組みの結果として、ある量の変形と割れ目が常にあるだろうから決して排除することは出来ない。 One approach to minimizing these issues is by optimizing the cutting parameters of the machine that cuts in the eye, such as feed speed, coolant flow, and spindle rotation speed. In this way, the amount of adhesion and the amount of microcracks can be reduced to some extent, but as a result of the cutting mechanism, there will always be a certain amount of deformation and cracks that can never be eliminated.
代替の方法においてレーザは、賽の目に切断するスライダの端部116に熱を加えるのに向いており、従って、スライダ端部の隆起が、スライダのABSより下流に移動する結果として、応力レベルを変える。この工程はまたスライダの曲率を、クラウン(crown)及びクロスクラウン(cross crown)の両方において変えるから、スライダによって要求される曲率が隆起の曲率より大きい場合に限って、工程はスライダの隆起に対して補正することが可能である。ABS構造の進歩に伴って、浮上高さは、スライダの曲率にほぼ無関係になり、又はいかなる曲率も無いスライダを要求することが可能になるだろう。さらにこの技術は、取出される粒子の源になり得る先端部に起因する粒子の発生に注意を向けていない。別の技術は、スライダの曲率を変えるためにレーザでスライダの背面を熱することと、同様にABS表面より下流にスライダ端部の隆起を変えることとによって、スライダ104の曲率を変える。
In an alternative method, the laser is directed to applying heat to the
先に述べられた技術の大部分は、スライダ材料を除去するために、従来の連続の又はパルス状のレーザを使用する。これらのレーザに関連する主要な課題の一つは、発生する局所的な熱の量である。この熱は、材料の再配置を導き、駆動装置レベルにおいて、悲惨な破損を広げうる、端部の微細クラックと割れ目をさらに起こすだろう。 Most of the techniques described above use a conventional continuous or pulsed laser to remove the slider material. One of the major challenges associated with these lasers is the amount of local heat generated. This heat will further cause micro cracks and cracks at the edges that can lead to material relocation and spread catastrophic failure at the drive level.
上に述べられたように、賽の目に切断する工程は、ヘッドジンバルアセンブリ(HGA)の製造工程が始まる前の製造ラインの最終機械加工段階であるから、スライダ製造において重要な段階である。図2に示されたように、賽の目に切断する段階は、空気軸受表面(ABS)102の端部116に沿って機械的なひずみ及び変形202を残している。これらの変形202は、ラッピングのような先行工程に起因して、ABS102で圧縮力の蓄積の結果となりうる。ディスクの記憶密度が連続的に増加するとともに、スライダに対するディスク表面により近接して浮上することの要求もまた増加する。スライダ端部116で、変形202がABSより高くなることが起こると、これはディスク駆動装置において壊滅的な破損を導くことになるだろう。
As mentioned above, the process of cutting in a cross-cut is an important stage in slider manufacturing because it is the final machining stage of the manufacturing line before the head gimbal assembly (HGA) manufacturing process begins. As shown in FIG. 2, the scissors cutting leaves mechanical strain and
スライダを機械加工する方法が開示される。一つの実施形態において、ウォータジェットによってガイドされるレーザが、ウェハからローバーを、ローバーからスライダを賽の目に切断してもよい。清浄な空気ジェットがスライダを乾燥してもよい。ウォータジェットガイド式レーザが、スライダの周縁部を微細研削してもよい。スライダの端部と先端部の角部を、所定の半径に面取りしてもよい。スライダを純水で洗浄し、それから加熱炉で乾燥する。 A method for machining a slider is disclosed. In one embodiment, a laser guided by a water jet may cut the row bar from the wafer and the slider from the row bar. A clean air jet may dry the slider. A water jet guide type laser may finely grind the peripheral portion of the slider. You may chamfer the edge part of a slider and the corner | angular part of a front-end | tip part to a predetermined radius. The slider is washed with pure water and then dried in a heating furnace.
図3は本発明の実施形態による、スライダを機械加工するための一つの方法をフローチャートで説明する。工程は図4で示されたように、ローバーをホルダ又は部分工具(part off tool)402に配置することによって開始する(ブロック305)。AlTiCの合成物から、ローバーを製作してもよい。ローバーをスライダに賽の目切断するために、従来のダイヤモンド鋸を使用してもよい(ブロック310)。先に図2に示されたように、この方法は一般的に、ABSパッドからスライダ端部に向かって20から40マイクロメータのオーダで、高さが約12マイクロメータの隆起を生じる。賽の目に切断した後に、清浄な空気ジェットを使用して、スライダを乾燥してもよい(ブロック315)。
FIG. 3 illustrates in flowchart form one method for machining a slider according to an embodiment of the present invention. The process begins by placing a rover in a holder or part off
図5aで示されたように、スライダ104のABS102の全周縁部504を微細研削するのに、レーザ502を使用する場合に、分かれたスライダ104が、ホルダ402に残ってもよい(ブロック320)。図5bで示されたように、レーザ502は、ウォータジェット506によってガイドされる。非常に小さなノズルを介して、ウォータジェット506をスライダ104に集中してもよい。レーザ502は、パルスレーザであってもよい。ビームは、ウォータジェット506を介して伝播し、スライダ104に当たる。ウォータジェット506を介してパルスレーザを使用することによって、冷却効果が、レーザの加熱効果を支配してもよい。ウォータジェット506は、主にレーザビーム502のための光学的ガイドとして使用される。レーザビームが材料を融除する場合に、ウォータジェットが冷却するから、スライダは熱の導入によって損傷されない。スライダの曲率は変化せず、端部504は、バリ、クラック、及び割れ目が無い。ウォータジェットガイド式レーザとして、シノヴァ(SYNOVA(登録商標)(R))マイクロジェット(Micro-jet(登録商標)(R))レーザを使用してもよい。
As shown in FIG. 5a,
代替として、ローバーを賽の目に切断するために、ウォータジェットガイド式レーザ502を使用してもよく、約30マイクロメータのより狭い賽の目に切断する切り溝幅404を可能にする。賽の目に切断する切り溝幅404は、賽の目に切断された表面406の間の間隔である。賽の目に切断する切り溝幅404を狭くすることは、より多くのスライダをローバーに詰めこむことを可能にし、材料のコストを低減する。
Alternatively, a water jet guided
スライダの微細研削量は、列ブロックの賽の目に切断すること及びスライダの形状因子に完全に依存する。図6に示されたように、スライダ端部の隆起506は、完全に取除かれ、賽の目に切断された先端部504に沿って小半径の曲率602に成ってもよい(ブロック330)。端部を丸くすることは、駆動操作中にスライダから粒子が落ち出る可能性を低減するかもしれない。この部分の工程のために、ウォータジェットのノズルを40マイクロメータに広げてもよい。
The amount of fine grinding of the slider is completely dependent on the cuts of the row blocks and the form factor of the slider. As shown in FIG. 6, the
先端部に形成される角部702が、駆動装置で衝撃荷重の発生中に、ディスクを損傷するかもしれない。図7aの斜視図及び図7bの平面図に示されたように、ウォータジェットガイド式レーザ502が、先端部702の角部を所望される半径に研削してもよい(ブロック335)。研削作業が賽の目に切断する工程に組込まれて、製造ラインの作業段階を減少することが出来るだろう。
A
それから、正規の純水を使用してスライダ104を洗浄してもよい(ブロック340)。それから、加熱炉でスライダを乾燥してもよい(ブロック345)。それから、部分工具402からスライダ104を取外し、正規の製造工程のためのトレイに配置してもよく(ブロック350)、工程は完了する。
Then, the
図8は、本発明の実施形態によるスライダを機械加工するための代替の方法を、フローチャートで説明する。工程は、ウェハに賽の目に切断する進路を作成することで開始する(ブロック805)。レーザ502が、ウェハをローバーに賽の目切断をしてもよい(ブロック810)。レーザ502は、ウォータジェット506によってガイドされる(ブロック815)。賽の目に切断する進路は、ローバー上に作成される(ブロック820)。ローバーは、ホルダ又は部分工具402に配置される(ブロック825)。ウォータガイド式レーザ502は、ローバーをスライダに賽の目切断する(ブロック830)。分割されたスライダ104は、ウォータジェットガイド式レーザ502が、スライダ104のABS102の全周縁部504を微細研削する場合に、ホルダ402に残ってもよい(ブロック835)。賽の目に切断された先端部504に沿って小半径の曲率602を作成し、スライダ端部の隆起506を完全に取除いてもよい(ブロック840)。ウォータジェットガイド式レーザ502が、先端部702の角部を所望する半径に研削してもよい(ブロック845)。それから、部分工具402からスライダ104を取外し、正規の製造工程のためのトレイに配置してもよく(ブロック850)、工程が完了する。
FIG. 8 illustrates in a flowchart an alternative method for machining a slider according to an embodiment of the invention. The process begins by creating a path on the wafer that cuts in a square (block 805).
図9aからbは、スライダ104の一つの実施形態を平面図と側面図で説明する。スライダ基板902は、重量比が70対30のアルミナ(Al2O3)対炭化チタン(TiC)から成ってもよい。それから、優れた誘電媒体である、スパッタされた透明なアルミナの下塗り膜材料904を用いて、基板902に付着してもよい。付着の厚さは、異なる製造条件に基づく個々のウェハ構造に依存するかもしれない。従来のホトリソグラフィ技術及び電気付着技術を使用して、スパッタされた透明なアルミナに遮蔽層906と読取り/書込みセンサ908を組込んでもよい。それから、保護膜材料910を用いて、読取り/書込みセンサ908を注意深く付着してもよく、保護膜材料910はまた、ヘッドの読取り/書込みセンサ908を覆う誘電媒体として役立っている。
FIGS. 9a-b illustrate one embodiment of the
図10aからdは、ウェハから個別のスライダを製作するための工程をブロックダイヤグラムで説明する。図10aにおいて、ウェハ1002をブロック1004に切断してもよい。図10bにおいて、ブロック1004からローバー1006を切断してもよいことが示される。図10cにおいて、ローバー1006からスライダ104を切断してもよい。図10dにおいて、ローバーから切断された一組のスライダ104が示される。
FIGS. 10a to 10d illustrate the process for fabricating individual sliders from the wafer in a block diagram. In FIG. 10 a, the
保護膜及び下塗り膜の、材料の透明度は、レーザエネルギーの不均一な吸収となるかもしれず、後端部で不均一な切断の原因になる。レーザエネルギーの吸収は、例えば、下塗り膜及び保護膜の材料に対して、アルミニウム窒化物のような異なる材料を使用することによって改善されるかもしれない。代替として、透明なアルミナを不透明にするために、化学的な含有量を変化することによって透明なアルミナを着色してもよい。図11aからdは、化学的な含有量を変化することなく切断のために、ローバーを段取りするための一つの実施形態を、ブロックダイヤグラムで説明する。図11aにおいて、賽の目に切断する進路1102が、切断する前にウェハ1002にエッチングされる。一般の機械加工技術を使用して、ウェハ1002をエッチングしてもよく、切断されるべき唯一のものとして基板材料を残す。図11bにおいて、第二の賽の目に切断する進路1104は、ローバー1006にエッチングされる。図11cにおいて、賽の目に切断する進路1106は、レーザがウェハ1002上を移動すべき経路に沿って、一片の不透明な材料を敷設することによって準備される。不透明な材料は、シリコン又はその他のどのような材料であってもよく、これらは、スライダヘッドの特性に有害な影響を及ぼさないだろう。図11dにおいて、不透明な材料の第二の賽の目に切断する進路1108は、ローバー1006に置かれる。
The material transparency of the overcoat and undercoat may result in non-uniform absorption of the laser energy and cause non-uniform cutting at the trailing edge. Laser energy absorption may be improved, for example, by using different materials such as aluminum nitride for the undercoat and protective film materials. Alternatively, the transparent alumina may be colored by changing the chemical content in order to make the transparent alumina opaque. Figures 11a to d illustrate in block form one embodiment for setting up a rover for cutting without changing the chemical content. In FIG. 11a, a
幾つかの実施形態が、ここで明確に説明され記述されているが、当然のことながら、本発明の改良と変更は、上述の教示によって及び本発明の精神と意図した範囲から逸脱することなく添付された請求項の範囲内に包含される。 While several embodiments have been specifically described and described herein, it will be appreciated that modifications and variations of the present invention can be made by the above teachings and without departing from the spirit and intended scope of the invention. It is encompassed within the scope of the appended claims.
102 空気軸受表面(ABS)
104 スライダ
502 レーザ
504 周縁部
506 ウォータジェット
904 下塗り膜材料
908 読取り/書込みセンサ
910 保護膜材料
1002 ウェハ
1006 ローバー
1102 賽の目に切断する進路
102 Air bearing surface (ABS)
DESCRIPTION OF
Claims (18)
レーザを用いてローバーからスライダを賽の目に切断する段階と、
レーザを用いてスライダの周縁部を微細研削する段階と、
ウォータジェットを用いてレーザをガイドする段階とを含む方法。 A method,
Cutting the slider from the rover using a laser to the crease;
Finely grinding the peripheral edge of the slider using a laser;
Guiding the laser with a water jet.
ローバーからスライダを賽の目に切断し、スライダの周縁部を微細研削するためのレーザと、
レーザをガイドするためのウォータジェットとを具備する、スライダ製造システム。 A slider manufacturing system,
A laser for cutting the slider from the rover into fine grains and finely grinding the peripheral edge of the slider;
A slider manufacturing system comprising a water jet for guiding a laser.
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007066504A true JP2007066504A (en) | 2007-03-15 |
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