JP2011034663A - スライダ装置及びそのオーバーコート層の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低いケイ素／炭素比を有するオーバーコートを提供すること。
【解決手段】情報記憶システムのスライダ。単一のオーバーコート層を備えるスライダであって、層は、フィルタ陰極アークプロセスによりスライダのＡＢＳ上に堆積し、層は、約１０％未満のＳｉ／Ｃ比を有すると共に、約１５Å未満の厚さを有する、スライダ。
【選択図】図１

Description

本技術の実施形態は、一般に、情報記憶システムにおけるスライダ装置及びそのオーバーコート層の製造方法に関する。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）環境では、磁気ディスクと磁気読み取り／書き込みヘッドとの磁気的間隔がますます小さくなりつつある。磁気的間隔が小さくなるにつれて、ディスク上のデータの密度が高くなると共に、ヘッドとディスクとの間の信号強度が高くなる。ヘッドは通常、ヘッドを腐食および機械的ダメージから保護する保護オーバーコートを有する。磁気的間隔を低減する一方法は、保護オーバーコートの厚さを低減することであり、それにより、読み取り／書き込みヘッドを磁気ディスクのより近くに配置することができる。しかし、薄いオーバーコートがヘッドに提供する保護は一般により低く、ＨＤＤの故障に繋がる恐れがある。

本発明の実施形態によるＨＤＤの一例を示す。 本発明の実施形態によるスライダを示す。 本発明の実施形態によるオーバーコート層を製造する方法のフローチャートの一例を示す。 本発明の実施形態による陽極を製造する方法のフローチャートの一例を示す。

この説明内で参照される図面は、特記される場合を除き、一定の縮尺で描かれていないと理解すべきである。

これより、例が添付図面に示される本技術の実施形態を詳細に参照する。この技術について、様々な実施形態と併せて説明するが、本技術はこれら実施形態に限定する意図がないことが理解される。逆に、本技術は、添付の特許請求の範囲により定義される様々な実施形態の趣旨および範囲内に含まれ得る代替、変更、および均等物を包含するものである。

さらに、以下の実施形態の説明では、本技術の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記される。しかし、本技術はそれら具体的な詳細なしでも実施し得る。場合によっては、周知の方法、手順、構成要素、回路については、本実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように、詳細に説明しない。

磁気的間隔または浮上高さは、ＨＤＤにおいて極めて重要である。スライダとディスクとの間の信号強度は、間隔に指数的に関連する。間隔が狭いほど、ディスク上に提供できるデータの密度が高くなると共に、スライダとディスクとの間の磁気信号の強度が高くなる。磁気的間隔を低減する一方法は、スライダ上の保護オーバーコート層の厚さを低減することである。スライダ上の保護層が薄くなるほど、スライダは、ＨＤＤの読み取り／書き込みプロセス中にディスクに接触せずに、ディスクのより近くを浮上することができる。しかし、保護オーバーコートが薄くなるにつれて、オーバーコート材料はその物理的限界およびプロセス限界に近づき、結果として、スライダに提供する機械的保護および化学的保護が低くなる。

通常、ＨＤＤでは、スライダは、少なくとも２つの別個の堆積層を有する保護オーバーコートを有する。少なくとも１つの層は、通常、ケイ素（Ｓｉ）または窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）から構成される接着層である。他の層は、接着層上に堆積して、スライダを機械的および化学的なダメージから保護する炭素（Ｃ）層である。接着層がなければ、堆積する炭素層はスライダに十分に接着しない。

オーバーコートの機械的保護とは、スライダおよびその構成要素を機械的ダメージから保護することである。機械的保護は、ＨＤＤ内の汚染物がスライダに衝突した場合にスライダをダメージから保護すること、またはスライダがＨＤＤ内の他の構成要素に物理的に接触した場合にスライダをダメージから保護することであり得るが、これらに限定されない。オーバーコートの化学的保護は、腐食の保護であり得るが、これに限定されない。例えば、湿気がＨＤＤ内に存在することが多く、湿気は、スライダが適宜保護されない場合、スライダおよび／またはその構成要素を腐食する恐れがある。スライダに対する機械的および／または化学的なダメージは、多くの場合、駆動故障を生じさせる。

１５オングストローム（Å）以下のオーバーコート厚は、スライダへの十分な保護の提供に問題を生じさせる恐れがある。材料科学の観点から、ＳｉまたはＳｉＮ_ｘの接着層は、スライダ材料と炭素との十分な結合を提供するために、少なくとも５Åの厚さを有さなければならない。スライダ材料は、エアベアリング面（ＡＢＳ）材料、多孔性材料、またはセンサ材料であり得るが、これらに限定されない。ＳｉまたはＳｉＮ_ｘの厚さが５Åに近づくにつれて、薄膜はもはや連続した状態を保てなくなる。さらに、フィルタ陰極炭素（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｃａｔｈｏｄｉｃ ｃａｒｂｏｎ）（Ｔａ−Ｃ）等の機械的に頑強な炭素薄膜は、約１０Åの厚さで好ましくない高ピンホール密度を有する。炭素層のピンホール密度が高くなるほど、スライダに到達し、潜在的にスライダに腐食を生じさせ得る空気および他の汚染物の量が多くなる。

さらに、スライダ上に堆積する層の厚さを制御するプロセスを、特にそのような薄い厚さで制御することは、極めて困難である。例えば、スライダオーバーコートは、その厚さが１５Åであるべきであり、接着層が５Åの厚さを有し、炭素層が１０Åの厚さを有するという設計要件を有し得る。接着層の堆積を制御するプロセスが、６Åの厚さを有する接着層を堆積させ、続く炭素層が１０Åを必要とする場合、磁気的間隔は続けて、所要よりも大きくなり、駆動故障を生じさせる恐れがある。同様に、接着層が５Åの所要厚で堆積し、炭素層が１１Åの厚さである場合、磁気的間隔は設計よりも大きくなり、駆動故障を生じさせる恐れがある。

これより図１を参照して、コンピュータシステムの磁気ハードディスクファイルまたはＨＤＤ１１０を含む情報記憶システムの一実施形態の概略図を示すが、１つのみのヘッドおよび１つのみのディスク面の組み合わせが示される。ここでは、１つのヘッド−ディスク組み合わせについて説明するが、複数のヘッド−ディスク組み合わせに対しても適用可能である。換言すれば、本技術は、ヘッド−ディスク組み合わせの数から独立している。

一般に、ＨＤＤ１１０は、通常、基部（図示）と、上部またはカバー（図示せず）とを含む外側封止筐体１１３を有する。一実施形態では、筐体１１３は、少なくとも１つの媒体または磁気ディスク１３８を有するディスクパックを含む。ディスクパック（ディスク１３８で表される）は、回転軸およびディスクパックが回転可能な軸に対する半径方向を画定する。

中央駆動ハブ１３０を有するスピンドルモータ組立体が、軸として機能し、ディスクパックのディスク１３８または複数のディスクを筐体１１３に対して半径方向に回転させる。アクチュエータ組立体１１５は、１つまたは複数のアクチュエータアーム１１６を含む。いくつかのアクチュエータアーム１１６が存在する場合、通常、それらアーム１１６は、基部／筐体１１３に移動可能または旋回可能に取り付けられた櫛の形態で表される。コントローラ１５０も、基部１１３に取り付けられ、アクチュエータアーム１１６をディスク１３８に対して選択的に移動させる。アクチュエータ組立体１１５を可撓性ケーブル等のコネクタ組立体に結合して、データをアーム電子回路と、ＨＤＤ１１０が存在するコンピュータ等のホストシステムとの間でデータを伝達し得る。

一実施形態では、各アクチュエータアーム１１６は、各アクチュエータアーム１１６から延びる少なくとも１つの一体型リードサスペンション（ＩＬＳ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｌｅａｄ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）１２０を有する。ＩＬＳ１２０は、データアクセス記憶装置内で使用できる任意の形態のリードサスペンションであり得る。スライダ１２１、ＩＬＳ１２０、および読み取り／書き込みヘッドを含むこのレベルの一体性は、ヘッドジンバル組立体（ＨＧＡ）と呼ばれる。

ＩＬＳ１２０は、スライダ１２１のエアベアリング面（ＡＢＳ）をディスク１３８に対して付勢または押して、スライダ１２１をディスク１３８から正確な距離上に浮上させる、バネのような性質を有する。ＩＬＳ１２０は、バネのような性質を提供するヒンジエリアと、トレースの読み書きおよびヒンジエリアを通しての電気接続をサポートする可撓性ケーブル型の相互接続とを有する。ボイスコイル１１２は、従来のボイスコイルモータ内を自由に移動でき、磁石組立体もヘッドジンバル組立体の逆側にアクチュエータアーム１１６に取り付けられる。コントローラ１５０によるアクチュエータ組立体１１５の移動により、ヘッドジンバル組立体を半径方向弧に沿ってディスク１３８の表面上のトラックを横切って移動させる。

図２は、単一のオーバーコート層２１０を有するスライダ２００を示し、層は、フィルタ陰極アークプロセスにより、スライダのＡＢＳ２３０上に堆積する。一実施形態では、スライダ２００は、磁気読み取り／書き込みヘッド２２０を有する。スライダが、磁気ディスクを対象とした情報の読み取りおよび／または書き込みを適宜行うために、様々な構成要素および物理的特徴を有し得ることを理解することができる。別の実施形態では、層２１０がスライダ２００の全体を覆う。層２１０は、機械的および／または化学的なダメージを受けやすいスライダのエリアを覆い、ＨＤＤが機械的および／または化学的なダメージにより故障しないようにすることが理解できる。

一実施形態では、層２１０はフィルタ陰極炭化ケイ素（ＦＣＡ−ＳｉＣ_ｘ）である。別の実施形態では、層はフィルタ陰極炭窒化ケイ素（ＦＣＡ−ＳｉＮ_ｘＣ_ｙ）である。一実施形態では、層２１０の厚さは約１５Å未満である。１５Åである層厚２１０に対する設計要件が、製造および工学の許容差内であることを理解することができる。

フィルタ陰極炭化ケイ素およびフィルタ陰極炭窒化ケイ素の１５Åのオーバーコートを生成するフィルタアークプロセスは、５ÅのＳｉ層および１０ÅのＣ層を作成するプロセスよりも有利である。フィルタ陰極アークプロセスのプロセスおよび厚さ制御は、Ｓｉ接着層をなくすため、より単純である。Ｓｉ接着層は単に、炭素層をスライダに接着するためのものであり、スライダを機械的および／または化学的なダメージから保護しない。接着層がオーバーコートプロセスからなくなった場合、磁気的間隔を小さくすることができ、これは、上述したように有利である。

さらに、一般に高いピンホール密度を生じさせる、炭素層が薄すぎる場合、ケイ素が酸化する恐れがある。結果として生成される二酸化ケイ素は、初期のケイ素層厚と比較して厚さを増大させる。二酸化ケイ素の厚さが、初期のケイ素層厚と比較して略２倍であり得ることを理解することができる。結果として、二酸化ケイ素の増大した厚さにより、所要磁気的間隔が変わり、これにより、駆動故障が生じる恐れがある。

ＦＣＡ−ＳｉＣ_ｘおよびＦＣＡ−ＳｉＮ_ｘＣ_ｙは、良好な機械的頑強性およびスライダ２００への接着性も有する。ＦＣＡ−ＳｉＣ_ｘおよびＦＣＡ−ＳｉＮ_ｘＣ_ｙ層は、低いＳｉ／Ｃ比を有する。低いＳｉ／Ｃ比は、炭素のｓｐ３相（ｓｐ３ ｐｈａｓｅ）を高くするため、ひいてはオーバーコート相内のｓｐ３を高くするために望まれる。換言すれば、ケイ素濃度が低い場合、ダイアモンド結合が多くなる。低いＳｉ／ｃ比は、オーバーコート表面上に天然ＳｉＯ_ｘ層を形成し、磁気的間隔要件を損ねる、炭素からのＳｉの拡散量または炭素への酸素の拡散量の低減の提供も提供する。一実施形態では、層２１０は、約１０％未満のＳｉ／Ｃ比を有する。理想的には、接着の問題がない限り、可能な限り低いＳｉ／Ｃ比を有することが望ましい。

陰極アークプロセスにより堆積するオーバーコート内のケイ素量は、陰極アークプロセスに使用される陰極内のケイ素量に関連する。通常、Ｓｉはグラファイト粉と混合され、その混合物がホットプレスされ、陰極が形成される。陰極アークプロセス中、陰極内のＳｉがまず溶融し、結果として、堆積層は高いＳｉ濃度を有する。特に、堆積層は通常、陰極のＳｉ／Ｃ比よりも高いＳｉ／Ｃ比を有する。この差は、アーク電圧、電流、アルフロー等であるが、これらに限定されない陰極アークプロセスに依存することがある。多くの場合、この差の一因は、グラファイト（３５５０Ｃ）と比較して、Ｓｉの溶融点がはるかに低い（１４１４Ｃ）ことである。これと比較して、ＳｉＣの溶融温度は２８２５Ｃである。Ｓｉ_３Ｎ_４の解離点は約１９５０Ｃであり、これはＳｉよりも５００Ｃ、高い。

Ｓｉ／グラファイト陰極からの堆積層のＳｉ／Ｃ比がより高いことは、アーク溶接を通してＳｉ粒子が引き出され、次に蒸発することの一因になり得ることを理解することができる。結果として生成される堆積層は、非常に粗く凸凹した表面を有する。５％Ｓｉ／グラファイト化合物を有する陰極は、結果として３０％Ｓｉ／Ｃ比を有する堆積層を生成し得る。

一実施形態では、陰極アークプロセスの陰極は、ＳｉＣおよびグラファイトの混合物で構成される。別の実施形態では、陰極は、Ｓｉ_３Ｎ_４およびグラファイトの混合物で構成される。別の実施形態では、陰極はホットプレスされる。さらなる実施形態では、陰極は、熱間静水圧処理（ＨＩＰ）プロセスにより形成される。様々な実施形態では、陰極化合物内のＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４の割合が、１０％未満であることを理解することができる。１０％未満のＳｉ／Ｃ比を有する堆積層が、Ｎ_２あり、またはＮ_２なしで、Ｓｉおよびグラファイト粉から作られたホットプレスまたはＨＩＰの陰極に対するフィルタ陰極アークプロセス等の他の既知の技法により達成されないことも理解することができる。

一実施形態では、５％ＳｉＣ／グラファイト陰極からの堆積層のＳｉ／Ｃ比は、約８％である。別の実施形態では、表面酸素は、５％ＳｉＣ／グラファイト陰極から作られるＦＣＡ−ＳｉＣ_ｘ膜の場合、５％Ｓｉ／グラファイト陰極からの場合よりも劇的に低下する。

図３は、低Ｓｉ／Ｃ比オーバーコート層を製造する方法３００のフローチャートを示す。方法３００のステップ３１０において、フィルタ陰極アークプロセスで使用するための、ケイ素化合物およびグラファイトを含む陰極が作成される。一実施形態では、化合物はＳｉＣである。別の実施形態では、ケイ素化合物はＳｉ_３Ｎ_４である。別の実施形態では、陰極は、ホットプレスプロセスを利用することにより作成される。さらなる実施形態では、陰極は、熱間静水圧処理プロセスを利用することにより作成される。

ステップ３２０において、保護層が表面上に堆積し、この層は、フィルタ陰極アークプロセスにより堆積し、Ｓｉ／Ｃ比は約１０％未満である。一実施形態では、層はフィルタ陰極炭化ケイ素である。別の実施形態では、層はフィルタ陰極炭窒化ケイ素である。別の実施形態では、層は約１５Å未満の厚さを有する。さらなる実施形態では、層は実質的にｓｐ３結合で構成される。別の実施形態では、層のＳｉ／Ｃ比は、層がＳｉＣおよびグラファイトを含む陰極から堆積し、陰極が５％ＳｉＣである場合、約８％である。

一実施形態では、方法３００は、中間接着層を必要としない。中間接着層はＳｉであることを理解することができる。一実施形態では、表面とはスライダの表面である。表面が、ＦＣＡ−ＳｉＣ_ｘまたはＦＣＡ−ＳｉＮ_ｘＣ_ｙのいずれかの単層により機械的かつ／または化学的に保護できる任意の表面であり得ることを理解することができる。

図４は、堆積層内のＳｉ／Ｃ比を約１０％未満に制御するために、フィルタ陰極アークプロセスに使用するための陰極を製造する方法４００のフローチャートを示し、堆積層は、フィルタ陰極炭化ケイ素またはフィルタ陰極炭窒化ケイ素からなる群から選択される。方法４００のステップ４１０において、ケイ素化合物およびグラファイトが結合され、ケイ素化合物は、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４からなる群から選択される。

ステップ４２０において、陰極が形成され、陰極の形成は、ホットプレスまたは熱間静水圧処理プロセスからなるプロセスから選択される。陰極を様々な陰極アークプロセスで利用できることを理解することができる。

本発明の趣旨を構造的特徴および／または方法論的動作に固有の用語で説明したが、添付の特許請求の範囲において定義される趣旨が、上述した特定の特徴または動作に必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、上述した特定の特徴および動作は、特許請求の範囲を実施する形態例として開示されている。

１１０ ＨＤＤ
１１２ ボイスコイル
１１３ 外側封止筐体
１１５ アクチュエータ組立体
１１６ アクチュエータアーム
１２０ 一体型リードサスペンション
１２１、２００ スライダ
１３０ 中央駆動ハブ
１３８ 磁気ディスク
１５０ コントローラ
２１０ オーバーコート層
２２０ 磁気読み取り／書き込みヘッド
２３０ エアベアリング面。

Claims (15)

1. 情報記憶システムのスライダ装置であって、
   スライダと、
   フィルタ陰極アークプロセスにより前記スライダのエアベアリング面（ＡＢＳ）に堆積し、約１０％未満のＳｉ／Ｃ比を有する、単一のオーバーコート層と
   を備える、スライダ装置。
2. 前記層は、フィルタ陰極炭化ケイ素、またはフィルタ陰極炭窒化ケイ素である、請求項１に記載のスライダ装置。
3. 前記層は、ＳｉＣおよびグラファイトを含む陰極、またはＳｉ_３Ｎ_４およびグラファイトを含む陰極から形成される、請求項１に記載のスライダ装置。
4. 前記層は実質的にｓｐ３結合を含む、請求項１に記載のスライダ装置。
5. 前記スライダは、前記単一のオーバーコート層と前記スライダとの間に接着層を必要としない、請求項１に記載のスライダ装置。
6. 前記層は、前記スライダを機械的ダメージから保護し、前記スライダを腐食から化学的に保護する、請求項１に記載のスライダ装置。
7. 前記スライダオーバーコート層は約１５Å未満の厚さを有する、請求項１に記載のスライダ装置。
8. 低Ｓｉ／Ｃ比のオーバーコート層を製造する方法であって、
   フィルタ陰極アークプロセスで使用する、ケイ素化合物およびグラファイトを含む陰極を作成すること、および
   前記層を表面上に堆積させることであって、前記層は、前記フィルタ陰極アークプロセスにより堆積し、前記Ｓｉ／Ｃ比は約１０％未満であり、前記層は約１５Å未満の厚さを有すること、を含む方法。
9. 前記層はフィルタ陰極炭化ケイ素、またはフィルタ陰極炭窒化ケイ素である、請求項８に記載の方法。
10. 前記陰極を作成することは、ホットプレスプロセスを利用すること、または熱間静水圧処理プロセスを利用することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記ケイ素化合物はＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４である、請求項８に記載の方法。
12. ＳｉＣおよびグラファイトを含む陰極からの前記Ｓｉ／Ｃ比は約８％であり、前記陰極は５％ＳｉＣである、請求項８に記載の方法。
13. 前記層が実質的にｓｐ３結合を含むことをさらに含む、請求項８に記載の方法。
14. 中間接着層を必要としないことをさらに含む、請求項８に記載の方法。
15. 堆積層内のＳｉ／Ｃ比を約１０％未満に制御するために、フィルタ陰極アークプロセスに使用される陰極を製造する方法であって、前記堆積層は約１５Å未満の厚さを有し、フィルタ陰極炭化ケイ素またはフィルタ陰極炭窒化ケイ素からなる群から選択され、前記方法は、
    ケイ素化合物およびグラファイトを結合することであって、前記ケイ素化合物は、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４からなる群から選択されること、および
    前記陰極を形成することであって、形成はホットプレスまたは熱間静水圧処理（ＨＩＰ）プロセスからなる群から選択されることを含む方法。

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