KR100465393B1 - 디스크 기반의 데이터 저장 장치용 헤드 현수 장치 - Google Patents

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히다치 글로벌 스토리지 테크놀로지스 네덜란드 비.브이.
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Abstract

판독-기입 헤드(30)와 데이터 저장 디스크(10) 사이의 갭을 유지하기 위한 본 발명의 헤드 현수 장치(20)는, 갭 내의 가스를 가열하기 위한 히터(190); 및 갭의 두께를 나타내는 출력을 발생하는 센서(90∼140)를 포함한다. 센서(90∼140)는 갭을 통한 열 전도에 기초하여 출력을 발생한다.

Description

디스크 기반의 데이터 저장 장치용 헤드 현수 장치{HEAD SUSPENSION FOR DISK-BASED DATA STORAGE APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 데이터 저장 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 디스크 기반의 데이터 저장 장치용 헤드 현수 장치(head suspension)에 관한 것이다.
종래의 디스크 기반의 데이터 저장 장치는 회전 가능한 데이터 저장 디스크와, 이 디스크의 표면을 가로질러 통상 방사형으로 이동하기 위한 판독/기입 헤드를 지지하는 헤드 현수 장치를 포함한다. 동작 시, 헤드는 디스크의 표면으로부터 에어 갭만큼 이격된 회전 디스크 위를 비행한다. 갭의 두께는 일반적으로 헤드의 "비행 고도(flying height)"로 지칭된다. 디스크 상에 디지털 데이터를 기록하는 기술이 지속적으로 진보함에 따라 데이터 기록 밀도가 증가되고 있다. 그러나, 데이터 기록 밀도를 증가시키기 위해서는 그에 대응하여 헤드와 디스크 사이의 간격을 감소시켜야 한다. 헤드의 비행 고도를 감소시키기 위해서는 헤드-디스크 간격에서의 안정성을 증가시킬 필요가 있다. 따라서, 디스크와 헤드 사이의 간격을 측정하기 위한 상당히 고속이면서 감도가 높은 센서 시스템을 제공하는 것이 요망된다.
본 발명에 따르면, 판독-기입 헤드와 데이터 저장 디스크 사이의 갭을 유지하기 위한 헤드 현수 장치에 있어서, 갭 내의 가스를 가열하기 위한 히터; 및 갭을 통한 열 전도에 기초하여 갭의 두께를 나타내는 출력을 발생하는 센서를 포함하는 헤드 현수 장치를 제공한다.
히터에서 발생된 열은 열 전도에 의해 갭을 통해 센서로부터 디스크로 전달된다. 디스크는 전달된 열을 방산시키는 히트 싱크(heat sink)로서 작용한다. 에어 갭의 두께가 감소하면, 센서로부터 디스크로의 열 전도가 증가한다. 히터의 온도는 그에 따라 감소한다. 히터에서 온도가 감소하고, 따라서 그에 대응하는 갭 두께의 감소가 센서에 의해 검출된다. 이와 반대로, 에어 갭의 두께가 증가하면, 센서로부터 디스크로의 열 전도가 감소한다. 히터의 온도는 그에 따라 증가한다. 히터에서 온도가 증가하고, 따라서 그에 대응하는 갭 두께의 증가가 센서에 의해 검출된다. 상술된 온도 변화는 예를 들어 감열성 저항을 통한 전류 흐름을 모니터링함으로써 전기적으로 용이하게 검출될 수 있다. 유사 기술이 원자력 마이크로스코피(atomic force microscopy)의 분야에 이용된다.
유리하게도, 본 발명은 디스크 저장 장치 내의 디스크와 헤드 사이의 간격을 모니터링하기 위한 상당히 저가이면서 고속이고 감도가 높은 센서 시스템을 제공한다.
간단하게 하기 위해, 히터는 센서에 일체화되는 것이 바람직하다. 간략하게 설명될 본 발명의 바람직한 실시예에서, 센서는 실리콘으로 이루어진 막대부(bar)를 포함한다. 히터는 막대부의 협폭부를 포함하는 것이 바람직하다. 협폭부는 도핑부를 포함하고 이에 의해 센서의 감도를 향상시킨다. 본 발명의 특히 바람직한실시예에서, 헤드 현수 장치는, 제1 실리콘층, 이 제1 실리콘층 상에 적층된 실리콘 산화물층, 및 이 실리콘 산화물층 상에 적층된 제2 실리콘층을 구비하는 신장 본체(elongate body)를 포함하며, 막대부가 제2 실리콘층에 위치한다. 막대부의 일단부는 제2 실리콘층에서 종결되고, 막대부의 타단부가 제2 실리콘층과 절연된 전기적 접점에서 종결되는 것이 바람직하다. 협폭부의 단열성을 향상시키기 위해 협폭부와 실리콘 산화물층 사이에 개구부가 배치될 수 있다. 헤드 현수 장치는 일체형 판독-기입 헤드를 포함할 수 있다.
본 발명은 판독-기입 헤드와 데이터 저장 디스크 사이의 갭의 두께를 제어하기 위한 제어 장치까지로 확장될 수 있는데, 이 제어 장치는: 상술된 바와 같은 헤드 현수 장치; 센서로부터의 출력과 소정의 갭 두께 간의 임의의 차를 나타내는 오차 신호를 발생하기 위한 비교기; 및 이 오차 신호에 기초하여 헤드 현수 장치를 디스크에 대해 이동시켜 갭의 두께를 변화시키는 액츄에이터를 포함한다.
또한, 본 발명은, 데이터 저장 디스크; 판독-기입 헤드; 및 헤드와 디스크 사이의 갭의 두께를 제어하기 위한, 상술된 바와 같은 제어 장치를 포함하는 디스크 저장 장치까지로 확장할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 헤드 현수 장치에 의해 판독-기입 헤드를 지지하는 단계; 헤드 현수 장치 상에 제공된 히터에 의해 갭 내의 가스를 가열하는 단계; 및 갭을 통한 열 전도에 기초하여 갭의 두께를 나타내는 출력을 발생하는 단계를 포함하는 판독-기입 헤드와 데이터 저장 디스크 사이의 갭을 유지하기 위한 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 헤드 현수 장치에 의해 판독-기입 헤드를 지지하는 단계; 헤드 현수 장치 상에 제공된 히터에 의해 갭 내의 가스를 가열하는 단계; 갭을 통한 열 전도에 기초하여 갭의 두께를 나타내는 출력을 발생하는 단계; 센서로부터의 출력과 소정의 갭 두께 간의 임의의 차를 나타내는 오차 신호를 발생하는 단계; 및 오차 신호에 기초하여 헤드 현수 장치를 디스크에 대해 이동시켜 갭의 두께를 변화시키는 단계를 포함하는 판독-기입 헤드와 데이터 저장 디스크 사이의 갭의 두께를 제어하기 위한 방법이 제공된다.
도 1은 디스크 기반의 데이터 저장 장치의 평면도.
도 2는 데이터 저장 장치의 헤드 현수부의 밑면도.
도 3은 도 2의 A-A' 라인을 따라 절취한 헤드의 단면도.
도 4는 헤드 현수 장치의 센서의 밑면도.
도 5는 도 4의 B-B' 라인을 따라 절취한 헤드의 단면도.
도 6은 본 발명을 구체화한 센서의 사시도.
도 7은 본 발명을 구체화한 다른 센서의 사시도.
도 8은 데이터 저장 장치의 제어 시스템을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 디스크
20 : 헤드 현수 장치
30 : 판독-기입 헤드
80 : 신장 본체
90∼140 : 센서
190 : 히터
230 : 비교기
240 : 액츄에이터
도 1을 참조하면, 본 발명을 구체화한 데이터 저장 장치의 일예는, 중앙 스핀들(40) 상에서 회전하도록 장착된 데이터 저장 디스크(10), 및 신장 헤드 현수 장치(20)에 장착된 판독/기입 변환기 헤드(30)를 포함한다. 헤드(30)는, 디스크(10)에 이용된 데이터 저장 매체에 따라, 자기 헤드, 자기 저항 헤드, 광자기 헤드, 광 헤드 또는 기타 유형의 헤드가 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 헤드(30)가 헤드 현수 장치(20)에 일체화될 수 있다. 헤드 현수 장치(20)는 디스크(10)로부터 떨어져 위치하는 피봇 포인트(50)에 피봇식으로 장착된다. 코일(60)은 헤드(30)로부터 떨어져 위치하는 헤드 현수 장치(20)의 단부에 인접 배치된다. 동작 시, 코일(60)은 피봇 포인트(50)에 대한 헤드 현수 장치(20)의 편향을 제어할 수 있어서, 디스크(10)의 표면을 가로질러 통상 방사형의 경로(70)를 따르는 헤드의 이동을 제어할 수 있다. 동작 시, 헤드(30)는 에어 갭 간격 즉, "비행 고도"만큼 디스크(10)의 표면으로부터 이격된 회전 디스크(10) 위를 비행한다.동시에, 헤드(30)는 헤드 현수 장치(20)에 의해 회전 디스크(10)의 표면을 방사상으로 가로질러 이동될 수 있다. 그러므로, 헤드 현수 장치(20)는 헤드(30)가 디스크(10) 표면 상의 임의의 지점도 실질적으로 어드레스할 수 있게 한다. 이제, 도 2를 참조하여 헤드(30)에 인접한 헤드 현수부(20)를 설명한다.
도 2를 참조하면, 헤드(30)에 인접한 헤드 현수부는 대략 U자형의 리세스부(150)가 내부에 형성되어 있는 신장 본체(80)를 포함한다. 센서(90) 및 센서(100)는 헤드(30)에 인접한 본체(80)의 단부에 위치된다. 또한, 센서(110) 및 센서(120)는 헤드(30)로부터 떨어져 위치하는 본체의 단부에 위치된다. 또한, 센서(130) 및 센서(140)는 리세스부(150)의 단부에 위치된다. 조립된 데이터 저장 장치에서, 센서(90∼140)는 각각 디스크(10)의 표면과 대향한다. 동작 시, 본체(80)와 회전 디스크(10) 사이의 리세스부(150)를 통해 공기가 흐른다. 이러한 공기 흐름은 헤드(30)가 회전 디스크(10) 위를 비행하게 하는 에어 베어링으로서 작용한다. 센서(90) 및 센서(100)는 디스크(10)와 헤드(30) 사이의 갭의 두께를 나타내는 신호를 발생한다. 센서(110) 및 센서(120)는 헤드 현수 장치(20)의 주변 환경의 온도 변화를 검출한다. 센서(130) 및 센서(140)는 리세스부(150)를 통과하는 공기 흐름의 변화를 검출한다. 본 발명의 일 실시예에서는, 센서(130)가 센서(110)와 합체될 수 있다. 마찬가지로, 센서(140)는 센서(120)와 합체될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본체(80)는 1∼5㎛ 두께의 실리콘 벌크층(85)을 포함한다. 이 벌크층(85) 상에는 0.2∼0.5㎛ 두께의 실리콘 산화물로 구성된 전기적절연층(160)이 적층된다. 이 절연층(160) 위에는, 리세스부(150)가 형성되는 대략 1㎛ 두께의 접지된 실리콘층(75)이 형성된다.
도 4를 참조하면, 각각의 센서(90∼140)는 실리콘으로 이루어진 막대부(180)를 포함한다. 막대부(180)는 실리콘층(75)의 주변부를, 예를 들어 화학적 에칭에 의해, 실리콘 산화물층(160)까지 제거함으로써 형성될 수 있다. 막대부(180)의 일단부는 접지된 실리콘층(75)에 연결된다. 막대부(180)의 타단부에는 전기적 접점(170)이 배치된다. 또한, 각각의 센서(90~140)는 일체형 히터(190)를 포함한다. 히터(190)는 막대부(180)의 협폭부(185)를 포함한다. 협폭부(185)는 500∼600㎚의 폭을 갖는다. 전기적 접점(170)은 정전원(도시되지 않음)에 접속된다.
다음으로, 센서(90∼140)의 동작을 설명한다. 센서들(100∼140)은 유사한 방식으로 동작한다. 동작 시, 전류가 전원으로부터 막대부(180)를 통해 접지로 흐른다. 협폭부(185)는 막대부(180)를 통과하는 전류 흐름에 증가된 저항을 인가한다. 그러므로, 막대부(180)를 통과하는 전류 흐름은 협폭부(185)를 가열시킨다. 협폭부(185)로부터의 열은 열 전도에 의해 갭을 통해 센서(90)로부터 회전 디스크(10)로 전달된다. 디스크(10)는 전달된 열을 방산시키는 히트 싱크로서 작용한다. 에어 갭의 두께가 감소하면, 센서(90)로부터 디스크(10)로의 열 전도가 증가한다. 따라서, 협폭부(185)의 온도가 감소한다. 그러므로, 협폭부(185)의 저항 또한 감소한다. 전원은 일정하게 유지된다. 따라서, 막대부(180)를 통한 전류 흐름은 증가한다. 이와 반대로, 에어 갭의 두께가 증가하면, 센서(90)로부터 디스크(10)로의 열 전도가 감소한다. 따라서, 협폭부(185)의 온도가 증가한다. 그러므로, 협폭부(185)의 저항이 증가한다. 따라서, 막대부(180)를 통한 전류 흐름은 감소한다. 본 발명의 일 실시예에서는, 센서(90∼140)로부터의 출력과 비교되는, 주변 온도를 나타내는 출력 신호를 발생하기 위해, 추가의 센서가, 디스크(10)로부터 떨어져 위치하는 헤드 현수 장치(20)의 표면 상에 제공될 수 있다.
상술된 막대부(180)를 통한 전류 흐름의 변화는 용이하게 검출되어, 센서(90)와 디스크(10) 사이의 에어 갭 두께의 변화에 대한 표시량을 제공할 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 센서(90)의 감도는 협폭부(185)의 적어도 일부(200)를 도핑함으로써 향상된다. 협폭부(185)의 일부(200)는 붕소 등의 양극성 도핑제 또는 비소 등의 음극성 도핑제로 도핑될 수 있다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 센서(90)의 감도는 협폭부(185)와 절연층(160) 사이에 400∼600 ㎚의 개구부(210)를 제공하여, 절연층(160)으로부터 협폭부(185)를 단열시킴으로써 더욱 향상된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 절연층(160) 내에 벌크층(85)까지 비아부(via)(220)가 형성된다. 전기적 접점(170)은 비아부(220)를 관통하여 센서(90)로부터 떨어져 위치하는 본체측까지 연장된다. 이러한 구성은 센서(90)가 정전원 및 기타 관련 회로에 편리하게 접속할 수 있도록 해준다. 도 6과 유사한 도 7은 협폭부(185)와 절연층(160) 사이에 개구부(210)가 제공되는 본 발명의 실시예를 예시하고 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예는 헤드 현수 장치(20)를 그 피봇축에 평행한 방향으로 이동시켜 헤드(30)와 디스크(10) 사이의 갭의 두께 H를 조정하는 갭 제어부(240)를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 갭 제어부(240)는 갭의 두께를 조정하기 위해 압전 변환기를 포함한다. 갭 제어부(240)는 오차 신호 E에 응답하여 갭의 두께를 조정한다. 오차 신호 E는 소정의 갭 두께를 나타내는 입력 신호 I와 실제 갭 두께 H를 나타내는 궤환 신호 F 간의 임의의 차에 기초하여 비교기에 의해 발생된다. 궤환 신호 F는 센서(90∼140)의 출력에 기초하여 발생된다. 따라서, 센서(90∼140)는 소정의 갭 두께 I와 실제 갭 두께 H 간의 부궤환 루프를 완성한다. 궤환 루프는 오차 신호 E를 최소화시키도록 동작하고, 이에 의해 실제 갭 두께 H를 소정의 갭 두께 I로 유지한다. 센서(90∼140)로부터의 출력은 궤환 신호 F를 발생하기 위해 여러 가지의 상이한 방식으로 조합될 수 있음은 자명할 것이다. 대안으로서, 본 발명의 일 실시예에서는, 각각의 센서(90∼140)가 복수의 궤환 제어 시스템 중의 다른 한 궤환 제어 시스템에 참여할 수 있는데, 각각의 궤환 제어 시스템은 디스크(10)의 표면에 관한 수평 비행 경로(level flight height) 상에 헤드(30)를 유지하는 공통의 목적을 가지고 헤드(30)의 비행 경로에 대해 서로 다른 특징을 제어한다. 이러한 특징의 예로는 디스크(10)의 표면에 관한 헤드(30)의 상하 요동(pitch) 및 좌우 요동(yaw)이 있다.
본 명세서에서 특정된 수치 및 범위는 본 발명의 바람직한 실시예에서 나타내진 특징부의 상대적인 크기를 예시하기 위한 목적으로 단지 일례로서 제공된 것이다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 나타내지는 특징부의 치수 및 상대적인크기는 본 명세서에 특정된 것과는 상이할 수 있음에 유념해야 한다.
본 명세서에 개시된 바람직한 실시예에서는 헤드(30)와 디스크(10) 사이의 갭이 공기로 채워진다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 이 갭이 다른 기체 물질로 채워질 수 있음에 유념해야 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 본 발명의 바람직한 실시예에서는 각각의 센서(90∼140)가 일체형 히터(190)를 포함한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 헤드 현수 장치(20)가 분리형 히터 및 센서를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 본 발명의 바람직한 실시예에서는 헤드 현수 장치(20)가 6개의 히터와 그에 대응하는 6개의 센서를 포함한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 헤드 현수 장치가 이보다 많거나 적은 수의 히터와 센서를 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 하나의 히터와 그에 수반하는 센서만으로도 충분할 것이라는 점에 유념해야 한다.
본 발명의 헤드 현수 장치에 의하면, 디스크와 판독-기입 헤드 사이의 에어 갭의 온도를 검출함으로써 판독-기입 헤드와 디스크 사이의 간격을 용이하게 제어할 수 있다.

Claims (13)

  1. 판독-기입 헤드(30)와 데이터 저장 디스크(10) 사이의 갭을 유지하기 위한 헤드 현수 장치(20)에 있어서,
    상기 갭 내의 가스를 가열하기 위한 히터(190); 및
    상기 갭을 통한 열 전도에 기초하여 상기 갭의 두께를 나타내는 출력을 발생하는 센서(90∼140)를 포함하되,
    상기 센서(90∼140)는 상기 헤드(30)와 인접한 본체(80)의 단부, 상기 헤드(30)로부터 떨어져 위치하는 본체(80)의 단부, 및 리세스부(150)의 단부에 위치하는 헤드 현수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터(190)는 상기 센서(90∼140)와 일체화되는 헤드 현수 장치.
  3. 판독-기입 헤드(30)와 데이터 저장 디스크(10) 사이의 갭을 유지하기 위한 헤드 현수 장치(20)에 있어서,
    상기 갭 내의 가스를 가열하기 위한 히터(190); 및
    상기 갭을 통한 열 전도에 기초하여 상기 갭의 두께를 나타내는 출력을 발생하는 센서(90∼140)를 포함하되,
    상기 히터(190)는 상기 센서(90∼140)와 일체화되고,
    상기 센서(90∼140)는 실리콘으로 이루어진 막대부(180)를 포함하는 헤드 현수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히터(190)는 상기 막대부(180)의 협폭부(185)를 포함하는 헤드 현수 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 협폭부(185)는 도핑부(200)를 포함하는 헤드 현수 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 실리콘층(85)과, 상기 제1 실리콘층(85) 상에 적층된 실리콘 산화물층(160)과, 상기 실리콘 산화물층(160) 상에 적층되고 상기 막대부(180)가 그 안에 위치된 제2 실리콘층(75)을 구비하는 신장 본체(80)
    를 포함하는 헤드 현수 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 막대부(180)의 일단부는 상기 제2 실리콘층(75)에서 종결되고,
    상기 막대부(180)의 타단부는 상기 제2 실리콘층(75)으로부터 절연된 전기적 접점(170)에서 종결되는 헤드 현수 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 협폭부(185)와 상기 실리콘 산화물층(160) 사이에 개구부(210)를 포함하는 헤드 현수 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    일체형 판독-기입 헤드(30)를 포함하는 헤드 현수 장치.
  10. 판독-기입 헤드(30)와 데이터 저장 디스크(10) 사이의 갭의 두께를 제어하기 위한 제어 장치에 있어서,
    제1항에 청구된 바와 같은 헤드 현수 장치(20);
    센서(90∼140)로부터의 출력과 소정의 갭 두께 간의 임의의 차를 나타내는 오차 신호를 발생하는 비교기(230); 및
    상기 오차 신호에 기초하여 상기 헤드 현수 장치(20)를 디스크(10)에 대해 이동시켜 갭의 두께를 변화시키는 액츄에이터(240)
    를 포함하는 제어 장치.
  11. 디스크 저장 장치에 있어서,
    데이터 저장 디스크(10);
    판독-기입 헤드(30); 및
    상기 헤드(30)와 상기 디스크(10) 사이의 갭의 두께를 제어하기 위한, 제10항에 청구된 바와 같은 제어 장치
    를 포함하는 디스크 저장 장치.
  12. 판독-기입 헤드(30)와 데이터 저장 디스크(10) 사이의 갭을 유지하는 방법에 있어서,
    상기 판독-기입 헤드(30)를 헤드 현수 장치(20)에 의해 지지하는 단계;
    상기 헤드 현수 장치(20) 상에 제공된 히터(190)에 의해 상기 갭 내의 가스를 가열하는 단계; 및
    상기 헤드(30)와 인접한 본체(80)의 단부, 상기 헤드(30)로부터 떨어져 위치하는 본체(80)의 단부, 및 리세스부(150)의 단부에 위치하는 센서(90∼140)에 의해 상기 갭을 가로지르는 열 전도에 기초하여 상기 갭의 두께를 나타내는 출력을 발생하는 단계
    를 포함하는 판독-기입 헤드와 데이터 저장 디스크 사이의 갭 유지 방법.
  13. 판독-기입 헤드(30)와 데이터 저장 디스크(10) 사이의 갭의 두께를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 판독-기입 헤드(30)를 헤드 현수 장치(20)에 의해 지지하는 단계;
    상기 헤드 현수 장치(30) 상에 제공된 히터(190)에 의해 상기 갭 내의 가스를 가열하는 단계;
    상기 갭을 통한 열 전도에 기초하여 상기 갭의 두께를 나타내는 출력을 발생하는 단계;
    센서(90∼140)로부터의 출력과 소정의 갭 두께 간의 임의의 차를 나타내는 오차 신호를 발생하는 단계; 및
    상기 오차 신호에 기초하여 상기 헤드 현수 장치(20)를 상기 디스크(10)에 대해 이동시켜 상기 갭의 두께를 변화시키는 단계
    를 포함하는 판독-기입 헤드와 데이터 저장 디스크 사이의 갭 두께 제어 방법.
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