KR100441418B1 - 부상형 광학/자기헤드 보호구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수백에서 수 나노미터 정도의 부상높이를 가지며 디스크 표면 위를 떠다니는 부상형 헤드 슬라이더의 광학 또는 자기 헤드를 보호하고 오염을 방지하기 위한 것이다.

본 발명의 부상형 광학/자기헤드 보호구조는, 슬라이더에 탑재된 광학/자기 헤드를 중심으로 그 주변 영역은 표면에너지를 크게하고, 상기 광학/자기 헤드는 표면에너지를 작게 하여 상기 슬라이더와 상기 광학 헤드 상의 표면에너지 차이를 형성하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 다른 특징은, 슬라이더에 광학/자기 헤드로 향하는 이물질의 유입을 차단하기 위해 광학/자기 헤드의 앞쪽에 임의의 미세홈이 있으며, 그 미세홈의 표면에너지는 광학/자기 헤드에 비해 상대적으로 높은 표면에너지를 형성하여 표면에너지 차이를 통해 헤드를 보호하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 헤드/슬라이더의 설계 변경 없이 헤드를 보호할 수 있으며, 슬라이더의 부상 안정성과 동작 에러를 줄이고, 광학식 정보저장장치의 수명을 연장할 수 있으며, 고속, 고밀도 정보저장기기에서 요구되는 저 부상높이의 슬라이더 구현을 위한 차세대 정보저장기기 설계에 유용하게 적용될 수 있다.

Description

부상형 광학/자기헤드 보호구조{Structure of magnetic-optical head for information storage Device}

본 발명은 수백에서 수 나노미터 정도의 부상높이를 가지며 디스크 표면 위를 떠다니는 부상형 헤드 슬라이더의 광학 또는 자기 헤드를 보호하고 오염을 방지하기 위한 것이다.

부상형 헤드 슬라이더를 적용하는 기술은 정보저장기기에서 광학 또는 자기 헤드와 디스크의 간격을 수십 나노미터 정도의 극소 간격으로 유지하여 디스크와의 원할한 상호작용이 가능하도록 하는 기술로서, 광학/자기헤드를 탑재한 슬라이더는 서스펜션으로 연결되어 일정한 부상높이(flying height)를 가지고 디스크 표면 위를 떠다니도록 설계하고 있다.

도 1은 이러한 부상형 헤드 슬라이더/디스크 인터페이스의 예로서, 그 기본 구조는 디스크(10) 표면으로부터 임의의 부상높이를 가지도록 자기/광학 헤드(20)를 탑재한 슬라이더(30)를 구성하고 이 슬라이더(30)는 헤드 김벌(gimbal)을 매개로 서스펜션(40)으로 지지시켜 놓은 형태이다. 따라서, 슬라이더(30)는 도 2와 같이 디스크(10) 표면간 원하는 부상높이를 형성하기 위하여 리딩 에지(31)와 트레일링 에지(32) 그리고 에어베어링표면(33) 등을 포함하는 형상으로 설계 되는데, 여기서, 부상형 슬라이더(30)의 아랫면에는 공기베어링을 위한 표면이 형성되고, 광학/자기 헤드(20)는 트레일링 에지(32)에 장착되게 된다.

여기서, 헤드(20)의 부상높이를 일정하게 유지시키기 위해서 에어베어링표면에 형성되어 있는 슬라이더의 트레일링 에지(32) 끝에 자기/광학 헤드(20)를 위치 시킨다. 또한 슬라이더(30)는 서스펜션(40)에 김벌로 연결되어 있어, 서스펜션(40)의 굽힘에 의하여 일정하중을 주고 디스크 회전시 발생하는 압력에 의하여 부상높이가 결정된다.

이와 같이 제작된 슬라이더의 공기 베어링 강성은 아주 크므로 상대적으로 낮은 굽힘 강성을 가지는 서스펜션에 장착되어 디스크의 수직방향 변위에 대하여 일정한 높이를 유지할 수 있다.

현재 부상형 헤드 슬라이더(30)는 일반 하드 디스크 드라이브에 적용되고 있으며 근접장을 이용한 광학정보저장장치에 이용될 것으로 제시되고 있다. 또한 부상형 자기 헤드 슬라이더에 탑재되고 있는 MR(Magneto Resistive)이나 GMR(Giant Magneto Resistive) 헤드는 정전기를 가지는 이물질에 매우 취약하다. 또한 근접장 광학저장장치에서도 광학 헤드로써 제안되고 있는 마이크로 렌즈 역시 이물질이 응착될 경우 레이저의 파워가 떨어지고 에러를 유발하여 디스크 미디어에 데이터를 읽거나 쓰는 것이 불가능해진다. 즉 극저 부상높이를 가지는 부상형 슬라이더(30)는 외부로부터 이물질이 침입하여 헤드 슬라이더(30)/디스크(10)의 사이에 유입되어 헤드 슬라이더/디스크의 물리적인 접촉을 유발하거나 외란 등에 의하여 헤드 슬라이더/디스크의 접촉이 발생할 경우 슬라이더(30)와 디스크(10) 모두 손상되어 정보저장장치 자체의 파손을 유발하게 된다. 특히, 광학 기록 정보저장장치는 대부분 이동식 디스크 미디어를 사용하므로 외부에서 유입되는 이물질에 쉽게 노출된다. 점차 휴대성 및 이동성을 추구하는 정보저장장치의 발전을 고려할 때, 차세대 광학 기록 정보저장장치의 경우에도 이동식 디스크의 적용 및 부상형 슬라이더의 적용이 예상되므로 이물질로부터 광학 헤드를 보호하는 합리적이고 효과적인 방법이 요구되고 있다.

현재 부상형 헤드/슬라이더의 오염을 저감시키기 위한 기술은 헤드/디스크의간격을 일정하게 유지시켜 물리적인 접촉을 피하기 위하여 공기베어링의 강성을 크게하는 방법, 드라이브 내부에 필터를 삽입하여 청정도를 유지하는 방법, 이동식 디스크(removable disk)를 사용하는 경우 디스크를 카트리지 내에 넣어 공기 중에 완전히 노출되지 않도록 하는 방법 등이 적용되고 있는데, 이러한 방법으로 헤드 슬라이더의 오염을 줄이는데는 한계가 있다. 즉, 이물질은 드라이브 내의 각종 구성요소로부터 다량의 이물질이 발생하며, 외란(disturbance)에 의한 충격이나 오작동 등에 의하여 헤드/슬라이더와 디스크의 접촉이 발생할 경우 이물질이 생성되거나 마멸입자가 발생하게 된다. 또한 국부적인 표면의 온도 상승에 따라 증발이 일어나 렌즈 표면 등에서 응착이 되는 경우도 있다.

이와 같이 이물질이 광학 헤드 슬라이더/디스크 인터페이스에 유입될 경우에는 레이저 파워 손실을 유발하거나 슬라이더의 부상특성을 감소시키고, 데이터의 손실을 유발한다. 또한 자기헤드의 경우 정전기에 매우 취약하므로 여러 가지 이유로 인하여 발생하는 입자의 정전기적 성질에 의하여 자기헤드의 오작동을 유발한다.

그러나 현재까지 이물질로부터 부상형 헤드 슬라이더의 오염을 방지하는 기술은 유동해석을 통하여 공기의 흐름이 헤드를 피해가도록 설계하는 기술과 디스크 드라이브 내에 필터를 두어 디스크 드라이브 내의 청정도를 높이는 수준에 그치고 있다. 이와 같은 기술만으로는 차세대 기술에 속하는 근접장 광학계, 또는 기타 마이크로 렌즈를 이용한 광학정보저장장치 및 하드디스크의 자기 헤드를 각종 이물질로부터 보호하는데는 한계가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 부상형 자기 또는 광학헤드를 이물질로부터 보호하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기존 부상형 헤드 슬라이더의 설계를 크게 바꾸지 않으면서 각종 이물질로부터 헤드를 보호하여 부상안정성을 향상시킬 수 있게 하는 것이다.

발명의 또 다른 목적은 고속,고밀도화 되어가는 차세대 정보저장장치 및 정보저장기술에 다양한 활용범위를 가지는 헤드 보호 구조를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부상형 광학/자기헤드 보호 구조는, 광학/자기 헤드와, 상기 광학/자기 헤드를 탑재하며, 디스크 표면간 원하는 부상높이를 형성하기 위하여 리딩 에지와 트레일링 에지 그리고 에어베어링을 포함하는 슬라이더와, 상기 슬라이더를 지지하는 서스펜션으로 이루어지는 헤드 슬라이더/디스크 인터페이스에 있어서,

상기 슬라이더에는 광학/자기 헤드로 향하는 이물질의 유입을 차단하기 위해 광학/자기 헤드의 앞쪽에 임의의 미세홈이 있으며, 그 미세홈의 표면에너지는 광학/자기 헤드에 비해 상대적으로 높은 표면에너지를 형성하여 표면에너지 차이를 통해 헤드를 보호하는 것을 특징으로 한다.

이렇게 광학/자기 헤드 및 헤드가 탑재된 슬라이더의 표면에너지 차이를 형성하는 경우 큰 설계변경 없이 이물질 유입에 따른 헤드 오염을 줄일수 있어 헤드를 보호할 수 있다.

도 1은 부상형 헤드 슬라이더/인터페이스의 도식도

도 2는 부상형 광학/자기 헤드 슬라이더의 개략도

도 3은 본 발명에 따른 표면에너지 차이가 적용된 헤드 슬라이더 개략도

도 4는 본 발명에 따른 광학 헤드 슬라이더 구성도

도 5는 본 발명에 다른 자기 헤드 슬라이더의 구성도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:디스크 20:광학/자기 헤드

30:슬라이더 31:리딩 에지(Leading edge)

32:트레일링 에지(Trailing edge) 33:공기베어링표면

40:서스펜션 50:미세홈

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 부상형 광학/자기헤드 보호 구조는, 도 3과 같이, 광학/자기 헤드(20)를 탑재하며, 디스크 표면간 원하는 부상높이를 형성하기 위하여 리딩 에지와 트레일링 에지 그리고 에어베어링을 포함하는 슬라이더(30), 그리고 여기에 탑재되거나 장착되는 광학/자기 헤드(20) 사이에 인위적으로 표면에너지 차이를 부여하여 구성된 것으로, 광학/자기 헤드(20)가 탑재된 슬라이더(30)의 일부 지점을 중심으로 그 주변 영역은 표면에너지를 크게하고, 광학/자기 헤드(20)의 표면에너지를 크게하여 슬라이더(30)와 광학/자기 헤드(20) 상의 표면에너지 차이를 형성한다.

또 다른 부상형 광학/자기헤드 보호 구조는, 슬라이더(30) 상에 헤드로 향하는 이물질을 차단하는 미세홈이 형성된 경우에 적용된다. 이 경우 슬라이더(30)에는 광학/자기 헤드(20)로 향하는 이물질의 유입을 차단하기 위해 광학/자기 헤드(20)의 앞쪽에 임의의 미세홈(50)을 따라 그 주변부는 낮은 표면에너지를 형성하고 미세홈(50)의 표면에너지는 광학/자기 헤드(20)에 비해 상대적으로 높은 표면에너지를 형성하여 슬라이더(30), 미세홈(50), 광학/자기 헤드(20)간 표면에너지 차이를 형성하여 구성된다.

광학 헤드(20)의 경우 도 4와 같이 렌즈 표면 처리를 통하여 표면에너지를 감소 시키고, 광학 헤드(20)가 장착된 슬라이더(30)는 형상을 고려하여 국부적으로 높은 표면에너지를 갖도록 한다. 즉, 렌즈의 표면 처리, 또는 광학 성질에 영향을 주지 않는 범위 내에서 코팅 등을 하여 표면에너지를 낮추고, 슬라이더(30)에 이물질 흡착을 위해 제작된 미세홈(50), 또는 이물질이 흡착되어도 작동 성능에 영향을 미치지 않는 헤드 주변 영역은 각종 재료 및 표면의 성질을 고려하여 표면에너지를 크게한다. 이같은 구조는 이물질이 헤드(20)에 흡착되는 것을 줄일 수 있으며, 특히 레이저에 의한 국부적인 온도 상승에 의해 발생하는 헤드의 오염을 줄일 수 있다.

자기 헤드(20)의 경우는 도 5와 같이 PTR(pole tip recession)에 의하여 새로운 코팅을 하는 것에 제약을 받으며, 헤드로 이용되는 재료는 자기적 성질을 띠어야 하므로 재료를 바꾸어 헤드의 표면에너지 자체를 조절하는 것이 쉽지 않으므로, 슬라이더(30)의 표면에너지를 자기 헤드(20)에 비하여 상대적으로 크게 한다. 즉, 슬라이더(30)의 단차를 적절하게 이용하여 작동 성능에 영향을 미치지 않는 곳의 표면에너지를 크게하거나 미세홈(50)이 적용된 경우 미세홈(50)의 표면에너지를 크게하여 입자를 많이 유도함으로써 자기 헤드(20)를 보호할 수 있다.

위 구조는 적절한 재료의 선정, 표면에너지를 변화시키기 위한 커팅 기술, 국부적 코팅 기술 등에 의해 완성할 수 있다.

부상형 헤드 슬라이더(30)에서 표면에너지를 고려한 설계시 중요하게 고려해야 할 점은 부상특성이나 슬라이더의 내구성에 영향을 미치지 않는 범위내에서 적용해야 하는 점이다. 표면에너지는 표면의 재료 특성 등에 의해 달라지게 되므로 먼저 적절한 재료의 선정이 필요하다. 그러나 광학 및 자기 헤드(20)의 경우 광학적 또는 자기적 성질을 유지해야 하므로 실제로 재료를 바꾸는 것 어려운데, 이 경우 표면의 특성을 바꾸기 위한 박막을 형성한다. 예를들어 광학 헤드(20)의 경우 표면에너지가 낮은 것으로 제시되고 있는 SAM(Self-Assembled Mono-layer)을 도입하면 1~2nm 정도의 두께 형성이 가능하므로 광학적 성질에 영향을 주지 않으면서 표면에너지를 감소시킬 수 있다.

이와 같은 방법을 이용하면 인터페이스로 유입되는 입자들 및 인터페이스에서의 물리적 접촉 또는 열에 의해 발생하는 입자들이 헤드를 오염시키는 것을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한 슬라이더의 부상 특성에 영향을 미치지 않는 곳(슬라이더의 recessed area)이나 만일 이물질을 유도하기 위한 미세홈이 형성되어 있는 곳의 표면에너지를 크게 하기 위해서는 그곳에 표면에너지가 큰 물질로 박막 코팅을 하거나 코팅 중 공정처리를 통하여 표면에너지를 향상 시킨다. 이를 통하여 인터페이스로 유입되는 입자들이 헤드에 도달하기 전에 흡착하여 헤드의 오염을 방지할 수 있다.

본 발명에서는 이와 같이 외부에서 유입되는 각종 이물질, 이동식 디스크 표면에 응착되어 광학헤드/디스크 사이로 유입되는 이물질, 광학헤드와 디스크의 접촉으로부터 발생하는 마멸입자 등으로부터 부상형 헤드를 효과적으로 보호함으로써, 광학정보저장장치의 신뢰성 및 내구성을 향상 시키는데 유리하다.

표면에너지는 표면의 젖음성(wettability), 물에 의해 형성되는 접촉각(contact angle)과 관련을 가진다. 예를들어 표면에너지가 큰 친수성 표면은 큰 접촉각을 가지게 되며, 이는 젖음성이 크다는 의미이다. 표면에너지가 작은 소수성(hydrophobic)을 가지는 표면은 반대로 접촉각이 작게 형성되며, 젖음성이 나쁜 것을 의미한다.

입자가 표면에 달라붙게 되는 현상은 입자 및 표면간의 물리화학적 특성이 기인한 상호 작용에 의한 것이다. 여기서 중요하게 작용하는 것은 표면에너지이다. 입자가 표면에 달라붙게 되는 흡착 현상은 반 데어 발스의 힘, 정전기력, 모세관 힘(capillary force) 등인데, 이들은 표면에너지의 영향을 받는다. 즉, 표면에너지를 낮게하면 달라붙는 입자를 감소시킬 수 있으며, 반대로 표면에너지를 크게하면 입자가 흡착하기 쉽다.

본 발명에서는 이와 같은 성질을 이용하여 광학 헤드의 경우 렌즈 표면의 표면에너지를 감소 시키고, 슬라이더에 이물질 흡착을 위해 제작된 미세홈, 또는 이물질이 흡착되어도 작동성능에 영향을 미치지 않는 헤드 주변 영역은 각종 재료 및 표면의 성질을 고려하여 표면에너지를 크게 한다.

자기 헤드(20)의 경우 헤드의 표면에너지 자체를 조절하는 것이 쉽지 않으므로 슬라이더의 단차를 적절하게 이용하여 작동 성능에 영향을 미치지 않는 곳의 표면에너지를 크게 하여 입자를 많이 유도함으로써 자기 헤드를 보호한다. 이를 통해 인터페이스로 유입되거나 인터페이스에서 발생하는 입자들이 부상형 헤드에 유입되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기존 헤드/슬라이더의 설계 변경 없이 표면에너지를 조절하기 위한 공정을 추가함으로써 구현이 가능한 효과가 있다. 또한 각종 이물질에 의한 헤드 오염을 방지하여 부상형 슬라이더의 부상 안정성을 향상시키고 에러를 줄이는 효과가 있다. 또한 오염물질이 광학헤드에 축적되는 현상을 미연에 방지하여 광학식 정보저장장치의 수명을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 고속, 고밀도 정보저장기기에서 요구되는 저 부상높이의 슬라이더 구현을 위한 차세대 정보저장기기 설계에 유용하게 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 광학/자기 헤드와, 상기 광학/자기 헤드를 탑재하며, 디스크 표면간 원하는 부상높이를 형성하기 위하여 리딩 에지와 트레일링 에지 그리고 에어베어링을 포함하는 슬라이더와, 상기 슬라이더를 지지하는 서스펜션으로 이루어지는 헤드 슬라이더/디스크 인터페이스에 있어서,

   상기 슬라이더에는 광학/자기 헤드로 향하는 이물질의 유입을 차단하기 위해 광학/자기 헤드의 앞쪽에 임의의 미세홈이 있으며, 그 미세홈의 표면에너지는 광학/자기 헤드에 비해 상대적으로 높은 표면에너지를 형성하여 미세홈과 그 주변 영역에서 형성되는 표면에너지 차이를 통해 헤드를 보호하는 것을 특징으로 부상형 광학/자기헤드의 보호구조.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 미세홈의 표면에너지를 크게하기 위해 미세홈을 표면에너지가 큰 물질로 박막 코팅한 것을 특징으로 하는 부상형 광학/자기헤드의 보호구조.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 헤드가 광학 헤드인 경우 렌즈 표면 처리를 통하여 표면에너지를 감소 시키는 것을 특징으로 부상형 광학/자기헤드의 보호구조.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 헤드가 자기 헤드인 경우 슬라이더의 표면에너지를 자기 헤드에 비하여 상대적으로 크게 하기 위해 슬라이더의 단차를 이용하여 표면에너지를 조절하는 것을 특징으로 하는 부상형 광학/자기헤드의 보호구조.