KR101475543B1 - 고성능 컴퓨터 하드 디스크 드라이브 - Google Patents

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마크 에이. 돌벡
프랭크 시코라
알리 에르데밀
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Abstract

고성능 하드 디스크 드라이브가 개시되고, 상기 고성능 하드 디스크 드라이브에서 플라잉 판독/기입 헤드가 회전하는 플래터와 접촉하거나 거의 접촉하여 진행한다. 이 설계에서 있어서, 헤드 및 플래터 모두가 밀봉된 불활성 가스 환경에서, 특별히 낮은 마찰 계수를 가진 비정질 탄소로 코팅되기 때문에 하드 디스크 플래터 또는 플라잉 헤드의 마모는 없다. 상기 오버코트는 약 52 내지 80 원자 퍼센트의 범위의 탄소 및 약 20 내지 48 원자 퍼센트의 범위의 수소를 함유한다. 이 설계에서 요구되는 윤활유는 없고, 윤활유의 산화, 정지 마찰 및 윤활유의 잔물결(rippling)로부터의 하드 드라이브 고장의 중요한 원인을 제거한다. 이 접촉 방법은 강하고 외부의 영향을 받지 않게 밀봉된 환경 내에서 마모가 없이 높은 면적 밀도를 이룬다.
하드 디스크 드라이브, 플래터, 헤드, 윤활유

Description

고성능 컴퓨터 하드 디스크 드라이브{HIGH PERFORMANCE COMPUTER HARD DISK DRIVE}
본 발명은 컴퓨터 저장 장치들, 특히 고성능 하드 디스크 드라이브 및 방법에 관한 것이다.
하드 디스크 드라이브는 소위 플래터들(platters)이라 하는 원형판 상에 디지털적으로 인코딩된 데이터를 저장한다. 상기 플래터들은 스핀들(spindle) 상에 실장되고, 고속 패스트(high speeds past) 판독(read)-기입(write) 헤드들에 일치하여 회전한다. 헤드들은 플래터들 상의 자기 층에 아주 근접하여 슬라이더들 상에서 플라잉(fly)된다. 센서들은 디지털화된 데이터를 기입(기록) 및 판독(검색)하고, 이때 상기 데이터는 자기 층들 상에 저장된다. 상기 자기 층들은 얇은 탄소 오버코트(overcoat)로 보호된다.
디스크 드라이브들은 밀봉된 하우징들에 실장되어, 먼지, 습기 및 다른 오염물에 대해 보호된다. 플라잉 헤드들은 플래터들 상에 있는 단지 나노미터(플라잉 높이, flying heights)의 에어 쿠션들(cushions of air) 상에서 지지된다. 플래터들은 헤드와 플래터들 사이에서 극도로 가까운 스패이싱(spacing)(플라잉 높이)을 유지하기 위해 오염물 및 결함이 없어야만 한다. 최신 하드 드라이브들은 약 5 내 지 15 나노미터의 플라잉 헤드 높이를 가진다.
10,000 ft 이상의 정상적인 고도에서의 낮은 압력 또는 파워 손실에 의해 일어난 플래터들과의 충격[충돌]은 비극적일 수 있는데, 그 이유는 중요한 기록들이 영구히 손실될 수 있기 때문이다. 결과적으로, 시간 소비용 백업 기록(time consuming back-up record)은 데이터를 보호하기 위해 종종 만들어지고, 이로써, 사업 비용은 증가된다. 백업 기록을 만들어 내는 것은 귀중한 기술적 인력의 사용에 있어 비효율적이다. 충돌로 인해, 드라이브를 교체하는데도 비용이 많이 든다.
압력, 온도 및 습기는 하드 디스크 드라이브의 동작에 영향을 미친다. 드라이브에서의 공기압이 너무 높은 경우, 데이터는 부적절하게 기입 및 판독될 수 있다. 공기압은 온도에 영향을 받는다. 현재 드라이브들에서의 동작 조건은 너무 중요하여, 온도 보상이 환경에서 변화를 수용하기 위해 제공된다. 연장된 기간 경과에 따른 습기는 구성 요소 부식을 촉진시킨다. 자기 층의 부식은 불리하게 영향을 받는데, 탄소 오버코트가 완전한 적용 범위(coverage)를 제공하기 위해 충분하게 밀집되거나 두껍지 않은 경우가 그러하다. 헤드들이 장시간 기간 동안 놓아둘 시, 정지 마찰은 하드 드라이브 고장 및 데이터 손실을 일어나게 할 수 있다. 정지 마찰은, 하드 드라이브가 장기간 동안 사용되지 않은 경우 특히나 일어날 수 있다. 드라이브가 파워 업(powered up)이 되면, 플라잉 헤드는 디스크 윤활유 층에 달라붙을 수 있어, 디스크가 회전하는 것을 잠재적으로 방해할 수 있다.
마모, 부식, 제조 결함 및 헤드 충돌은 하드 드라이브 고장의 주요 원인이다. 충돌이 일어나면, 헤드는 플래터들을 긁고 손상을 입힌다. 현재 기법은 플래 터들의 데이터부들 상에 헤드 접촉을 방지하는 것이다. 충격 및 접촉은 파워 다운(power down) 및 파워 손실 동안에 일어날 수 있다. 하드 디스크 드라이브 제조는 이러한 문제점들을 해결하고 드라이브 수명을 연장시키기 위해 여러 실행을 취해 왔다.
한 실행은 파워 다운 동안 헤드가 접촉하는 플래터들의 내경에 일반적으로 근접한 데이터 프리(free) 랜딩 존들(Landing zones, "LZ")을 만드는 것이다. 랜딩 존들은 개시(strat up) 및 파워 다운 동안 데이터 저장 영역을 가진 헤드 접촉을 방지한다. 랜딩 존들은 저장 공간을 감소시키고, 비용을 증가시키고 그리고 기계적 공차 제어를 더 어렵게 한다.
더 새로운 드라이브들에 있어서, 회전하는 플래터들의 관성 및 스프링들은 예기치 못한 파워 손실 동안 랜딩 존들에서 플라잉 헤드들을 세워 둔다(park). 사용된 다른 기술들은 레이저 존 텍스쳐링(laser zone texturing)("LZT") 및 헤드 언로딩(head unloading)("HUT")을 포함한다. 레이저 존 텍스쳐링에 있어서, 정지 마찰 및 마모는 랜딩 존들, 스무스(smooth) 레이저로 발생된 나노미터 크기의 "범프들(bumps)"의 어레이에서 만들어짐으로써 감소된다. 헤드 언로딩에 있어서, 세워 둔 동안, 헤드들은 플래터들의 외부 에지에 근접한 플라스틱 "램프들(ramps)" 상으로 상기 플래터들을 벗어나 올라가고, 이로써 개시 및 파워 다운 동안 충격력을 감소시키고 정지 마찰을 제거한다. 양 기술들은 하드 드라이브들의 제조 비용, 복잡성 및 어려움을 증가시킨다.
경쟁 시장 압력들 및 소프트웨어 요건들은 하드 디스크 제조가 드라이브 용 량을 증가시키고, 그리고 검색 시간(데이터율)을 감소시키도록 한다. 전형적으로 1 제곱 인치 당 기가비트들로 설계된 드라이브 용량은 디스크의 면적 밀도에 의존한다. 감소된 검색 시간은 마찰을 감소시키고 회전 속도를 높인다. 회전 속도는 플래터들 상의 윤활유와 밀접하게 관계가 있고, 그리고 윤활유는 회전 속도를 한정하는 요인들 중 하나이다. 드라이브 모터 스핀들 베어링(bearing), 진원도(out of roundness) 및 런아웃(runout) 등의 불완전성은 면적 밀도를 증가시키는데, 그리고 검색 시간을 감소시키는데 한정되어 있다. 제조자들은 유체 동력 베어링들을 결합시킴으로써 검색 시간을 줄인다. 유체 베어링들이 금속-대-금속 접촉이 없기 때문에, 이들은 디스크 로딩(loading)에 영향을 미치지 않고, 더 높은 디스크 회전 속도를 다룰 수 있다.
면적 밀도 및 데이터율이 증가되기 위해서는, 플라잉 헤드들의 부수적인 충돌은 방지되어야만 한다. 플래터 표면들은 매우 매끄럽고 결함이 없어야만 한다. 그러나, 면적 밀도를 증가시키기 위해서, 자기 데이터 레코딩 층을 보호하는 탄소 오버코트는 더 얇아야만 하고, 더 얇은 오버코트는 핀 홀들(pin holes)로 인해 부식에 대해 자기 층을 노출시킬 수 있다. 면적 밀도는 레코딩 변환기 또는 판독/기입 헤드와 자기 레코딩 디스크의 자기 층 사이에서 스패이싱을 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 자기 스패이싱(magnetic spacing)은 자기 레코딩 헤드와 디스크 상의 자기 매체물 층 사이의 유효 간격이다. 자기 스패이싱은 헤드의 플라잉 높이, 헤드 폴 팁(head pole tip)의 오목한 부분(recession), 헤드 상의 탄소(DLC) 막의 두께, 및 디스크 표면 상의 탄소 및 윤활유 오버코트의 두께를 구성한다.
비자엔(Vijayen) 등의 미국 특허 제6,537,668호는 약 72 내지 92 원자 퍼센트 범위의 탄소 및 약 8 내지 18 원자 퍼센트 범위의 수소를 포함하는 비정질 탄소를 함유하는 자기 레코딩 매체물들을 위한 다이아몬드와 같은 탄소 물질을 개시한다.
현재 하드 디스크 드라이브의 개략적인 도 2는 약 100Gb/in2의 저장 밀도라고 언급될 수도 있는 면적 밀도에 대한 플라잉 헤드와 플래터 사이의 관계를 제시한다. 디스크 드라이브 하우징(100)은 플래터들 및 플라잉 헤드들을 둘러싼다. 플라잉 헤드는 전형적으로 슬라이더(101), 및 전형적으로 3 내지 5 ㎚ 두께의 탄소 오버코트(103)를 가진 자기 소자(102)로 구성된다. 플라잉 높이(104)는 플래터의 표면 및 플라잉 헤드를 분리시키는 물리적 간격이다. 플라잉 높이는 약 100 Gb/in2를 이루기 위해 5 ㎚ 내지 15 ㎚ 범위를 가진다.
수많은 물질로 제조될 수 있는 플래터의 하드 디스크 기판(108)은 탄소 오버코트(106)로 보호되는 자기 레코딩 층(107)을 가진다. 현재 드라이브들에서, 탄소 오버코트(106)는 약 3 ㎚ 내지 5 ㎚의 범위를 가진다. 퍼플루오로폴리에테르(perflouropolyether, PFPE) 윤활유 막(105)은 탄소 오버코트(106) 상에 증착된다. 윤활유(105) 및 탄소 오버코트(106)의 조합은 레코딩 헤드와 우연히 일어나는 접촉으로부터의 기계적 손상 및 부식으로부터 자기 데이터 레코딩 층(107)을 보호한다.
본 발명은 참조로서 병합된 2005년 5월 16일에 출원된 계류중인 출원 일련번호 제10/969,667호를 개선한 것이다. 출원 일련 번호 제10/969,667호는, 참조로서 본원에 완전하게 병합된 미국 특허 제6,548,173호에 개시된 컴퓨터 드라이브들에 대해 거의 마찰이 없고 극도로 마모가 낮고 구조적으로 비정질인 탄소 코팅의 출원에 관한 것이다. 참조로 병합된 특징적인 형태의 비정질 코팅은 약 52 내지 80 원자 퍼센트의 범위를 가진 탄소 및 약 20 내지 48 원자 퍼센트의 범위를 가진 수소를 포함한다.
본 발명의 주요 목적은 내구성을 증가시키고, 저장 용량을 증가시키고 하드 디스크 드라이브의 검색 시간을 감소시키는 것이다. 이러한 목적은 하나 이상의 다음 작동: (1) 플래터의 데이터 레코딩 자기 코팅의 면적 밀도를 증가시키는 것; (2) 헤드와 플래터 사이의 (자기 스패이싱) 동작 갭을 감소시키는 것; (3) 랜딩 존들을 제거시키는 것, (4) "거의 마찰이 없게" 헤드 및 플래터를 코팅하는 것 또는 미국 특허 제6,548,173호와 유사하게 코팅하는 것; 그리고 (5) 불활성 가스로 채워진, 밀봉된 하우징에 드라이브를 실장시키는 것에 의해 이루어진다. 이 변형물은 추가로 헤드 충돌을 제거하고, 부식을 제거하고, 정지 마찰을 제거하고, 비용을 감소시키고, 그리고 신뢰성을 개선시킨다. 헤드 언로딩 기술("HUT") 및 레이저 텍스쳐링("LT") 기술을 제거함으로써, 비용들은 더 감소되고, 신뢰성은 개선된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 하드 디스크 드라이브 용어는 광학 및 자기 디스크 드라이브들을 포함하기 위한 의도이다.
본 발명의 제 1 양태에 있어서, 불활성 가스 환경에서, 극도로 마찰이 낮고 극도로 마모가 낮은 구조적으로 비정질인 탄소 코팅으로 하드 디스크 플래터 상의 코팅으로 대체시킴으로써, 하드 디스크 드라이브의 면적 밀도는 증가되고, 검색 시간은 감소된다. 디스크 상의 윤활유 층은 없고, 플라잉 높이는 0 ㎚(완전 접촉, full contact) 내지 5.0 ㎚로 감소된다. 이와 같은 방식으로, 하드 디스크 드라이브 스핀들 모터에서, 일치하는 베어링(mating bearing) 구성 요소들은 불활성 가스 환경에서 극도로 마찰이 낮고 극도로 마모가 낮고 구조적으로 비정질인 탄소 코팅을 적용함으로써 이익을 가진다. 특히, 상기 스핀들 모터의 베어링 샤프트 및 부싱(bushing) 또는 슬리브(sleeve)는 극도로 마찰이 낮은 비정질 탄소 코팅으로 코팅된다.
도 4는 하드 드라이브 베어링 어셈블리의 단면으로서, NFC 오버코트로 코팅된 베어링 샤프트(400) 및 베어링 슬리브(401)를 도시하고; 여기서 402는 베어링 밀봉부이고, 403은 하드 디스크 플래터들이고, 404는 드라이브 베이스이고 405은 베어링 하우징이다.
본 발명의 제 2 양태에 있어서, 하드 디스크 드라이브 용량은 증가되고, 비용은 랜딩 존들, 헤드 언로딩("HUT") 및 레이저 텍스쳐링("LT") 기술을 제거함으로써 감소된다.
본 발명의 제 3 양태에 있어서, 저장 매체들의 볼륨은 terabits/in2와 유사한 디스크 저장을 이룸으로써 실질적으로 감소된다. 보다 큰 하드 드라이브들 및 서버들에서 다양한 디스크들은 감소될 수 있고, 그들의 복잡성 또한 감소될 수 있다.
본 발명을 개시함에 있어서, 복수의 교호적인 구성들은 소기의 결과 및 성능을 이루기 위해 제공될 수 있다. 이 개시에 있어서, 단지 여러 실시예들은 본 발명의 개시의 목적을 위해 나타난다. 그러나, 이러한 실시예들은 일례로서만 의도되고, 본 발명의 사상에 국한되는 것으로 간주되지 않아야 한다.
상술한 특징, 이점, 목적 및 본 발명을 실행하는 최적 모드, 그외에 추가적인 이점 및 목적은 바람직한 실시예의 계속되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고, 배타적인 속성 권리가 청구되는 주제 내용은 번호를 매긴 청구항들에서 앞으로 설정되고, 이때 상기 청구항들은 바람직한 실시예의 상세한 설명에 부가된 것이다.
추가적인 특징 및 이점은 본 발명을 실행하는데 고려된 최적의 모드를 개시하는 바람직한 실시예의 계속되는 상세한 설명 및 도면을 참조하여 명백해질 것이다. 청구된 배타적인 권리는 바람직한 실시예의 상세한 설명 다음에 번호로 매긴 청구항 각각에서 앞으로 설정된다.
본 발명을 더 이해할 수 있고, 그리고 추가적인 목적, 특징이 있는 형태, 설명 및 이들의 이점은 비-국한적인 일례만으로 본 발명의 특정 실시예를 설명하는 개략적인 도면을 참조하여 더 명확하게 명백해질 수 있다.
도 1은 전형적인 하드 디스크 드라이브의 사시도이다.
도 2는 현재 드라이브들에서 헤드-플래터 스패이싱을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 헤드-플래터 스패이싱을 도시하는 단면도이다.
도 4는 하드 드라이브 베어링 어셈블리의 단면도이다.
도 5는 건조 질소 환경에서 하드 디스크 플래터들 상의 CNx 대 NFC 비정질 탄소 오버코트의 마찰 특성의 그래프이다.
도면을 참조하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 동일 번호는 여러 시점을 통해 해당하는 동일 부분들을 지명하고, 하드 디스크 드라이브는 고속 패스트 판독-기입 헤드들(109)과 일치하여 회전하는 원형 플래터들(110)을 포함하는 하우징(100)으로 구성된다. 헤드들(109)은 플래터들(110) 상에 있는 에어 쿠션들(cushions of air) 상에서 지지된다. 이들은 판독-기입 헤드들(109) 상의 센서들에 의해 판독(검색)되는 얇은 자기 코팅 상에 디지털화된 데이터를 기입(기록)한다.
드라이브에서 신호 대 노이즈 비는 절반의 파워에 대해 비트당 자기 입자들의 수에 비례하고, 그리고 더 높은 디스크 보자력(coercivity)을 가진 더 작은 그레인들(grains)은 디스크 드라이브의 발생마다 면적 밀도의 증가를 요구한다. 스패이싱 법칙은, 면적 밀도가 증가됨에 따라서, 헤드와 플래터 사이에서 자기 스패이싱이 점차적으로 감소되는 것을 요구한다. 이는 더 얇은 보호 코팅뿐만 아니라 헤드 플라잉 높이 모두를 감소시킨다.
신뢰성이 높은 접촉 레코딩 경계면들을 구현하기 위한 2 가지 도전은 (i) 플래터 및 레코딩 헤드 마모, 특히 헤드 접촉에서 일어난 경우의 마모, 및 (ⅱ) 마찰 유도형 레코딩 헤드 바운스(bounce)가 있다. 현재 슬라이더들(sliders)은 슬라이딩 접촉력을 최적화시키기 위해 주의 깊게 기-적재(pre-loaded)된다. 종래의 플라잉 슬라이더들(flying sliders)로 사용된 뻣뻣한 에어(air) 베어링으로 인해, 그 결과 헤드 접촉들의 경우, 과잉의 접촉력들이 일어난다. 적은 기-적재를 가진 약한 에어 베어링은 원치 않은 바운스 양을 생성한다.
플래터들을 가진 헤드들의 슬라이딩 접촉들은 비트 에러율("BER")을 감소시키는 시점으로부터, 그리고 1인치 제곱 당 기가비트로 일반적으로 표현되는 면적 밀도가 극적으로 증가되는 시점으로부터 유리하다. 접촉 레코딩에서, 플래터 상의 레코딩 헤드의 매끄러운 슬라이딩은 가능한 최고의 레코딩 성능을 이루는 주요 요인(key factor)이다. 슬라이더의 트레일링 에지(trailing edge)에서의 바운스는 헤드-플래터 경계면에 접촉하는 거친 곳(contacting asperities) 주위에서 수용하는 경향이 있는 윤활유의 존재에 의해 부정적으로 영향을 미친다.
레코딩 헤드에 가해지는 정상 접촉력의 제어는 슬라이딩 헤드 및 플래터 모두에 대해 마모율을 판별하고, 그리고 소요시간(length of time)에 따른 접촉 레코딩의 성능을 제한하는 이 상호 작용의 마찰 특성을 나타낸다.
현재 드라이브들에 있어서, 1인치 제곱 당 1 테라비트의 레코딩 밀도(즉, 면적 밀도)는 약 제로(완전 접촉) 내지 5 ㎚의 헤드 플라잉 높이를 요구한다. 헤드-플래터 경계면은 극히 매끄러워야 하고, 몇 옹스트롱만을 가진 대향 표면들의 RMS 값이어야 한다. 이 낮은 범위의 플라잉 높이에 있어서, 매우-매끄러운(super-smooth) 경계면들은 헤드-플래터 경계면에 충돌하게 하는 강한 인력을 가진다. 일 치되는 매우-매끄러운 헤드-플래터 표면들 상의 분자 간의 인력은, 이 방식으로, 레코딩 밀도(면적 밀도)가 증가되는 것을 막을 수 있다.
실제로, 헤드 충돌은, 헤드와 플래터의 표면 마무리가 더 매끄러워짐에 따라 증가하는데, 이는 경계면에서 운동 마찰로 인한 것이다. 개시 및 파워 다운 압력은, RMS 거칠기가 감소됨에 따라 상승한다. 저항 인자, 즉 윤활제 역할을 하거나 못하는 매체물들은 정지 마찰로 특징지어진다. 정지 마찰은 일반적인 탄소 오버코트 상에 1-3 ㎚ 정도의 두께로 전형적으로 적용되는 PFPE(퍼플루오로폴리에테르) 윤활유의 주요 결과이다. 이 얇은 층의 윤활유는 포밍 리플(forming ripple), 풀(pool) 및 재분포화된 다른 형태를 여전히 가진다. 슬라이더/플라잉 헤드는 윤활유 이형(anomalies)을 방해함에 따라 정지 마찰을 받는다. 베어링 표면들에서, 그리고 디스크 상에서 윤활유의 제거는 이 조건을 방해한다. 디스크 드라이브들에 대한 극도로 낮은 마찰 및 마모 코팅에 대한 필요성은 인식되지만, 여전히 이용되지 않는다.
참조로 본원에 병합된 미국 특허 제6,548,173호는 극도로 낮은 마찰(무마찰에 가까운 탄소 "NFC" 코팅으로 본원에서 종종 언급됨), 내식성 및 극도로 낮은 마모 비정질 탄소 다이아몬드와 같은 코팅을 개시한다. 다이아몬드, 다이아몬드와 같은 비정질 탄소 코팅은 기계적인 마모, 연마 및 화학적 부식을 저항하기 위해 기술분야에서 공지된다. 이들이 매우 단단하고 연마 저항성이 있지만, 이들 대부분은 높은 마찰 특성을 특히 건조 지역에서, 불활성(inert) 환경(습기 및 산소의 부재)에서 포함한다. 슬라이딩 마모 조건 하에서 사용될 시, 이들은 높은 마찰 손실 및 일치한 표면들 상에서 심한 마모를 만들어 낸다.
도 5는 건조 질소 환경(습기 및 산소가 존재하지 않거나, 아주 적게 존재함)에서, 하드 디스크 플래터들의 상의 CNx 대 NFC 비정질 탄소 오버코트의 마찰 특성의 아르곤국립연구소(Argonne National Laboratory)에서 테스트되어 전개된 그래프이다. 전형적인 DLC 오버코트는 0.17 마찰 계수를 내면서, NFC 오버코트는 0.005를 낸다. 테스트는 단지 표시된 것 일뿐 실제 동작 조건 하에서 진행되지는 않았다.
현재 보호 플래터 코팅을 대신하는 미국 특허 제6,548,173호에서의 비정질 탄소 및 다이아몬드와 같은 코팅은 극도로 매끄럽고 단단하고, 불활성 가스 환경에서 윤활유 없이도 거의 마찰이 없고, 부식에 대해 높은 저항력을 가진다. 윤활유의 부재는 슬라이딩 및 플라잉 헤드 주위에서 윤활유의 생성(build-up)으로 인한 에러들, 헤드 충돌의 주요 원인을 제거한다. 불활성 가스 환경 하에서, 대향하는 헤드 및 플래터 표면들 상의 양의 수소 이온들은 정지 마찰을 일으키기보다는 오히려 막는 대향하는 분자 간의 힘을 만들어 낸다.
불활성 가스 환경에서의 마찰 테스트는, 미국 특허 제6,548,173호에 대한 코팅의 마찰 계수가 0.001 내지 0.007의 범위 내에 있다는 것을 제시한다. 낮은 값은 테플론(teflon) 또는 미세하게 다듬어진 결정 다이아몬드 코팅보다 약 20 내지 100 배 작다. 공지된 다른 코팅을 가진 헤드 접촉 레코딩은 데이터가 손실되게 하는 하드 디스크 드라이브들의 큰 고장 및 헤드 충돌을 짧은 기간 동안 일으키게 한 다.
본 발명에서 헤드 및 디스크 모두에 적용된 미국 특허 제6,548,173호에 대한 코팅에서 고유의 낮은 마찰 계수는 헤드-디스크 경계면에서 극도로 낮은 마찰을 제공한다. 외부의 영향을 받지 않게(hermetically) 밀봉된 하우징에서 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스는 산소 및 습기가 없는 환경에서 낮은 마찰을 받고, 그리고 드라이브 구성요소의 부식을 막는다.
본 발명은, 1 Tb/in2 보다 큰 면적 밀도, 현재 저장 용량 이상의 상당한 증가를 이루기 위해 플라잉 높이를 감소시킴으로써, 플라잉 헤드와 하드 디스크 사이의 전형적인 관계를 변형시킨다. 도 3에 기술된 이 실시예에서, 하드 드라이브 케이스(109)는 영구히 밀봉되고 불활성 가스(117)로 주입된다. 슬라이더(110) 및 자기 소자(111)로 구성된 플라잉 헤드는 0.3 ㎚ 내지 5.0 ㎚의 두께 범위를 가진 높게 수소화된 탄소 오버코트(112)로 코팅된다. 플라잉 높이(113)는 현재 이루어질 수 있는 설계 용량 상의 크기 순으로 면적 밀도를 증가시키는 0 ㎚(완전 접촉) 내지 5.0 ㎚으로 감소된다. 하드 디스크 기판(116)은 일반적으로 사용된 자기 레코딩 층(115)을 가진 수많은 물질로 제조될 수 있고, 그 후에 제시된 바와 같이, 높게 수소화된 탄소 코팅(114)으로 오버 코팅된다. 이 상황에서 탄소 코팅(114)은 0.5 ㎚ 내지 5.0 ㎚ 두께이다. 이 실시예에서 사용된 윤활유는 없다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 하드 디스크 드라이브는 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스로 채워진, 외부의 영향을 받지 않게 밀봉된 하우징에 실장된다. 플래 터들의 데이터 레코딩 자기 코팅의 면적 밀도는 증가된다; 위에 놓여지는(overlying) 코팅들 및 윤활유는 미국 특허 제6,548,173호의 얇고 극도로 마찰이 낮고, 극도로 마모가 낮고 구조적으로 비정질인 탄소 코팅으로 대체될 수 있다; 그리고 헤드들의 플라잉 높이는 0 ㎚(완전 접촉) 내지 5.0 ㎚ 플라잉 높이의 범위 내이다.
제 2 실시예에서, 하드 디스크 드라이브는 제 1 실시예 특징들의 기술된 특징들로 구성되고, 그리고 추가적으로, 랜딩 존들, 레이저 존 텍스쳐링("LZT") 및 헤드 언로딩("HUT") 특징들은 제거된다.
상기로부터, 본 발명은 종래 기술에 비해 수많은 중요 이점을 제공한다는 것을 이해할 것이다. 한 이점은 하드 드라이브의 저장 용량이 증가된다는 것이다. 또 다른 이점은 하드 디스크 탐색 시간이 감소된다는 것이다. 또 다른 이점은 하드 디스크 드라이브 충돌이 감소된다는 것이다. 또 다른 이점은 하드 드라이브 구성요소 부식이 제거된다는 것이다. 또 다른 이점은 하드 디스크 드라이브 비용이 감소된다는 것이다.
본 발명의 2 개의 실시예가 기술되지만, 본 발명은 이러한 실시예들에 국한되지 않는데, 이는 다른 실시예들이 그의 권리 범위로부터 벗어남 없이 물질 치환과 같은 명백한 변화들로 기술분야의 당업자에 의해 전개될 수 있기 때문이다.

Claims (19)

  1. 디지털적으로 인코딩된 데이터를 레코딩하고 검색하는 복수의 플래터들 및 헤드들을 가지는 타입의 컴퓨터 하드 디스크 드라이브에 있어서,
    상기 헤드들은 0 ㎚(완전 접촉) 내지 5 ㎚의 범위 내의 플라잉 높이를 가지고,
    상기 플래터들은 52 내지 80 원자 퍼센트의 범위의 탄소 및 20 내지 48 원자 퍼센트의 수소를 함유하는 탄소 오버코트들을 가지며,
    상기 플래터들과 상기 헤드들 사이의 자기 스패이싱은 6.5 ㎚보다 작은 것을 특징으로 하는 컴퓨터 하드 디스크 드라이브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드들은 25-95% 수소 및 75-5%의 탄소 함유 물질을 포함하는 플라즈마로부터 성장된 오버코트들을 가지는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 하드 디스크 드라이브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오버코트는 상기 플래터들 상에서 구조적으로 비정질인 탄소 오버코트이고, 0.5 내지 5 ㎚의 두께를 가지며, 마찰 계수가 0.001 내지 0.007의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 하드 디스크 드라이브.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 헤드 상의 오버코트는 구조적으로 비정질인 탄소 오버코트이고, 0.3 내지 5 ㎚의 두께를 가지며, 마찰 계수가 0.001 내지 0.007의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 하드 디스크 드라이브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플래터들 각각은 1 Tb/in2보다 큰 면적 밀도를 가진 자기층을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 하드 디스크 드라이브.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이브의 내부에서 불활성 가스 환경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 하드 디스크 드라이브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 환경은 수소 가스 및 질소 가스를 혼합한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 하드 디스크 드라이브.
  9. 디지털적으로 인코딩된 데이터를 레코딩하고 검색하는 하드 디스크 드라이브에 있어서,
    외부의 영향을 받지 않게 밀봉된 하우징;
    베어링 스핀들 및 슬리브;
    상기 하우징에서 상기 스핀들로 회전하기 위해 실장된 복수의 플래터들;
    상기 플래터들로부터 디지털적으로 인코딩된 데이터를 레코딩하고 검색하는 상기 플래터들에 근접한 복수의 헤드들;
    0 ㎚(완전 접촉) 내지 10 ㎚ 미만인 플라잉 높이를 가진 각각의 상기 헤드들; 및
    52 내지 80 원자 퍼센트의 범위의 탄소 및 20 내지 48 원자 퍼센트의 범위의 수소를 함유하는 오버코트를 가지는 플래터들 및 헤드들 각각 상에 있는 구조적으로 비정질인 탄소 오버코트를 포함하고,
    상기 플래터들과 상기 헤드들 사이의 자기 스패이싱은 6.5 ㎚보다 작은 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 베어링 스핀들 및 슬리브 상에서, 0.5 내지 3 ㎛ 두께를 가지는 구조적으로 비정질인 탄소 오버코트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브.
  11. 제 9 항에 있어서,
    구조적으로 비정질인 탄소 코팅은, 드라이브 동작 동안 서로 반발하는 코팅된 대향 표면들 상에 양 전하를 제공하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브.
  12. 제 9 항에 있어서,
    1 Tb/in2 보다 큰 면적 밀도를 가진 상기 플래터 상의 자기 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브.
  13. 삭제
  14. 하드 디스크 드라이브의 성능을 개선시키는 방법에 있어서,
    52 내지 80 원자 퍼센트의 범위의 탄소 및 20 내지 48 원자 퍼센트의 범위의 수소를 함유하고, 마찰 계수가 0.001 내지 0.007의 범위인 구조적으로 비정질인 탄소 오버코트를 상기 드라이브의 헤드들 및 플래터들의 표면들에 도포하는 단계;
    상기 드라이브의 내부에 불활성 가스 환경을 제공하는 단계;
    상기 헤드들의 플라잉 높이를 0 ㎚(완전 접촉) 내지 5 ㎚로 감소시키는 단계; 및
    상기 플래터들과 상기 헤드들 사이의 자기 스패이싱을 6.5 ㎚보다 작게 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 성능 개선 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 구조적으로 비정질인 탄소 오버코트를, 상기 플래터들이 회전하기 위해 실장되는 스핀들 및 슬리브에 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 성능 개선 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 플래터들로부터 상기 헤드들을 위한 파킹 존들(parking zones)을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 성능 개선 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    레이저 텍스쳐링을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 성능 개선 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 플래터들의 오버코트들로부터 윤활유를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 성능 개선 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 플래터들의 자기 층들의 면적 밀도를 1 Tb/in2 보다 크도록 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 성능 개선 방법.
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