KR101821268B1 - 헤드-매체 간격 및 접촉 검출을 위한 다수의 저항 온도 센서들을 갖는 헤드 트랜스듀서 - Google Patents

헤드-매체 간격 및 접촉 검출을 위한 다수의 저항 온도 센서들을 갖는 헤드 트랜스듀서 Download PDF

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Abstract

자기 기록 매체(160)와 상호작용하도록 구성된 헤드 트랜스듀서(103)는, 저항 온도 계수(TCR)를 갖고 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성된 제 1 센서(105), 및 TCR을 갖고 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성된 제 2 센서(106)를 포함한다. 제 1 센서 및 제 2 센서 중 하나는 자기 기록 매체와 관련하여 헤드 트랜스듀서의 클로즈 포인트에 또는 클로즈 포인트 근처에 위치되고, 제 1 센서 및 제 2 센서 중 다른 하나는 클로즈 포인트로부터 이격되어 위치된다. 회로는 제 1 센서 신호와 제 2 센서 신호를 조합하고, 헤드-매체 간격에서의 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 나타내는 조합된 센서 신호를 생성하도록 구성된다. 센서들 각각은 동일한 부호를 갖는 TCR(포지티브 또는 네거티브)을 가질 수 있고, 또는 각각의 센서는 서로 다른 부호를 갖는 TCR을 가질 수 있다.

Description

헤드-매체 간격 및 접촉 검출을 위한 다수의 저항 온도 센서들을 갖는 헤드 트랜스듀서{HEAD TRANSDUCER WITH MULTIPLE RESISTANCE TEMPERATURE SENSORS FOR HEAD-MEDIUM SPACING AND CONTACT DETECTION}
본 개시물의 실시예들은 자기 기록 매체(magnetic recording medium)와 상호작용하도록 구성된 헤드 트랜스듀서(head transducer), 저항 온도 계수(TCR; temperature coefficient of resistance)를 갖고 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성된 제 1 센서, 및 TCR을 갖고 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성된 제 2 센서를 포함하는 장치에 관한 것이다.
본 개시물의 실시예들은 자기 기록 매체와 상호작용하도록 구성된 헤드 트랜스듀서, 저항 온도 계수(TCR)를 갖고 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성된 제 1 센서, 및 TCR을 갖고 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성된 제 2 센서를 포함하는 장치에 관한 것이다. 제 1 센서 및 제 2 센서 중 하나는 자기 기록 매체에 대한 헤드 트랜스듀서의 클로즈 포인트(close point)에 또는 클로즈 포인트 근처에 위치되고, 제 1 센서 및 제 2 센서 중 다른 하나는 클로즈 포인트로부터 이격되어 위치된다. 회로는 제 1 센서 신호와 제 2 센서 신호를 조합하고, 헤드-매체 간격에서의 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 나타내는 조합된 센서 신호를 생성하도록 구성된다. 제 1 센서는 포지티브 TCR 및 네거티브 TCR 중 하나를 포함할 수 있고, 제 2 센서는 포지티브 TCR 및 네거티브 TCR 중 다른 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 제 1 센서 및 제 2 센서는 차동 저항 온도 센서를 정의하도록 배열된다. 회로는 헤드-매체 간격에서의 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 나타내는 차동 신호를 생성하기 위해 제 1 센서 신호와 제 2 센서 신호를 조합하도록 구성된다. 검출기는 차동 신호를 이용하여 헤드-매체 간격 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 검출하도록 구성된다.
다양한 방법 실시예들은, 자기 기록 매체에 대해 이동하는 헤드 트랜스듀서를 통해서, 저항 온도 계수(TCR)를 갖는 제 1 센서를 이용하여 헤드-매체 간격에서의 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 감지하는 단계를 수반한다. 또한, 방법들은 TCR을 갖는 제 2 센서를 이용하여 헤드-매체 간격 변화 및 헤드-매체 접촉 이외의 요인들로 인한 온도의 변화를 감지하는 단계를 수반한다. 제 1 센서 신호는 제 1 센서에 의해 생성되고, 제 2 센서 신호는 제 2 센서에 의해 생성된다. 방법들은, 제 1 센서 신호 및 제 2 센서 신호를 이용하여 헤드-매체 간격에서의 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 나타내는 조합된 센서 신호를 발생시키는 단계, 및 조합된 센서 신호를 이용하여 헤드-매체 간격에서의 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 검출하는 단계를 더 수반한다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 센서는 포지티브 TCR 및 네거티브 TCR 중 하나를 포함하고, 제 2 센서는 포지티브 TCR 및 네거티브 TCR 중 다른 하나를 포함한다. 다른 실시예들에서, 제 1 센서 및 제 2 센서는 차동 저항 온도 센서를 정의하도록 배열된다.
다양한 실시예들에 따르면, 장치는 자기 기록 매체와 상호작용하도록 구성된 헤드 트랜스듀서 및 헤드 트랜스듀서에 의해 지지되는 차동 저항 온도 센서를 포함한다. 차동 저항 온도 센서는 저항 온도 계수를 갖고 자기 기록 매체에 대한 헤드 트랜스듀서의 클로즈 포인트에 또는 클로즈 포인트 근처에 위치된 제 1 센서, 및 그 제 1 센서로부터 이격된 헤드 트랜스듀서의 기록 엘리먼트를 포함한다. 검출기는 차동 저항 온도 센서에 의해 발생된 차동 신호를 이용하여 헤드-매체 간격 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 검출하도록 구성된다.
다른 실시예들에 따르면, 장치는 자기 기록 매체와 상호작용하도록 구성된 헤드 트랜스듀서, 및 헤드 트랜스듀서를 액츄에이팅하도록 구성된 히터를 포함한다. 센서는 헤드 트랜스듀서에 위치되고 저항 온도 계수를 갖는다. 센서는 헤드 트랜스듀서와 매체 사이의 접촉을 감지하도록 구성된다. 검출기는 센서 및 히터에 커플링되고, 센서의 저항에서의 변화 및 히터 전력에서의 변화에 기초하는 검출 메트릭(detection metric)을 이용하여 헤드-매체 접촉을 검출하도록 구성된다. 검출 메트릭은 센서의 저항에서의 변화의 레이트 및 히터 전력에서의 변화의 레이트에 기초할 수 있다. 예를 들어, 검출 메트릭은 비율 ΔR/ΔP에 의해 정의될 수 있고, 여기서 ΔR는 센서의 저항에서의 변화의 레이트이고, ΔP는 히터 전력에서의 변화의 레이트이다. 몇몇 실시예들에서, 검출기는 ΔR/ΔP의 직접 인시츄 측정(direct in situ measurement)을 행하도록 구성된다.
다양한 실시예들의 이러한 및 다른 특징들 및 양상들은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 고려하여 이해될 것이다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따라서, TCR 센서를 통합하는 히터-액츄에이팅된 헤드 트랜스듀서 어레인지먼트(heater-actuated head transducer arrangement)의 간략화된 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 히터-액츄에이팅된 헤드 트랜스듀서 어레인지먼트의 정면도이다.
도 3은 사전-액츄에이팅된 구성(pre-actuated configuration) 및 액츄에이팅된 구성에서 도 1 및 도 2의 히터-액츄에이팅된 헤드 트랜스듀서 어레인지먼트를 나타낸다.
도 4a는, 자기 기록 디스크의 표면과 헤드 트랜스듀서 사이의 접촉 이전, 접촉 동안, 그리고 접촉 이후에 도 1 내지 도 3에 나타낸 유형의 히터-액츄에이팅된 기록 헤드 트랜스듀서에 대한 대표적인 온도 프로파일을 예시한다.
도 4b는 자기 기록 디스크의 표면과 헤드 트랜스듀서 사이의 접촉 이전, 접촉 동안, 그리고 접촉 이후에 넌-써멀(non-thermal) 액츄에이팅가능 기록 헤드 트랜스듀서에 대한 대표적인 온도 프로파일을 예시한다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위한 방법들의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트들이다.
도 6a 및 도 6b는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위한 방법들의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트들이다.
도 7은 다양한 실시예들에 따라서 자기 기록 매체의 표면에 대해 디스크 인터페이스에서 헤드 트랜스듀서를 지지하는 슬라이더의 일부의 개략적인 예시이다.
도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 2개의 TCR 센서 위치들 각각에서 히터 전력의 함수로서 온도 상승을 나타내는 그래프들이다.
도 10은 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위해 헤드 트랜스듀서 상에 직렬로 배열된 2개의 TCR 센서들을 도시하는 등가 회로의 도면이다.
도 11은 명백한 접촉 시그니쳐(apparent contact signature)를 갖는 히터 엘리먼트 전력의 함수로서 도 10의 회로의 전기 접속 포스트들(electrical connection posts)에 걸친 전압을 나타내는 대표적인 커브이다.
도 12는 다양한 실시예들에 따라서 기록 헤드 트랜스듀서 내의 2개의 TCR 센서들의 레이아웃의 대표적인 예시를 나타낸다.
도 13은 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위해 병렬로 헤드 트랜스듀서 상에 배열된 2개의 TCR 센서들을 도시하는 등가 회로의 도면이다.
도 14는 다양한 실시예들에 따라서 히터 엘리먼트 전력의 함수로서 도 13에 도시된 등가 회로의 포스트들(A 및 B)에 걸친 전압들을 나타내는 대표적인 커브이다.
도 15는 다양한 실시예들에 따라서 기록 헤드 트랜스듀서에서 병렬-접속된 저항 온도 센서의 대표적인 레이아웃을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위한 방법들의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트들이다.
도 17a는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위해 헤드 트랜스듀서 상에 배열된 2개의 TCR 센서들의 예시이다.
도 17b는 다양한 실시예들에 따라서 차동 저항 온도 센서로서 배열된 2개의 TCR 센서들을 도시하는 등가 회로의 도면이다.
도 17c는 다양한 실시예들에 따라서 기록 헤드 트랜스듀서 및 저항 온도 센서 어셈블리를 지지하는 슬라이더의 트레일링 섹션의 단면도이다.
도 18a 내지 도 18d는 다양한 실시예들에 따라서 차동 저항 온도 센서들을 이용하여 헤드-매체 접촉 검출 및 열잡음 검출(thermal asperity detection)의 개선된 신호-대-잡음비를 제공하는 저항 온도 센서 어셈블리의 효능을 입증하는 다양한 그래프들이다.
도 19 및 도 20은 다양한 실시예들에 따라서 기록 헤드 트랜스듀서의 라이터 코일(writer coil) 및 하나의 저항 온도 센서를 포함하는 차동 저항 온도 센서 어셈블리를 이용하는 효능을 입증하는 실험으로부터의 데이터의 플롯들을 나타낸다.
도 21은 다양한 실시예들에 따라서 낮은 조절 또는 비조절 헤드-매체 인터페이스에 대한 헤드-매체 접촉을 검출하기 위한 방법의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트이다.
도 22a는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 간격을 평가하고 헤드-매체 접촉 검출을 수행하기 위한 비-조절 기반 메트릭(non-modulation based matric)을 제공하도록 구성된 저항 온도 센서에 대한 저항 온도 센서 저항 대 히터 엘리먼트 전력의 플롯이다.
도 22b는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 간격을 평가하고 헤드-매체 접촉 검출을 수행하기 위한 비-조절 기반 메트릭의 플롯이다.
도 23은 다양한 실시예들에 따라서 하드 디스크 드라이브 인시츄에서 TCR 센서의 저항에서의 변화의 레이트 및 히터 전력에서의 변화의 레이트에 기초하여 검출 메트릭을 측정하기 위한 일 접근방식의 회로도이다.
보통, 데이터 저장 시스템들은 정보를 판독하고 기록 매체에 정보를 기록하는 하나 또는 둘 이상의 기록 헤드들을 포함한다. 종종 기록 헤드와 그의 관련 매체 사이에서 상대적으로 작은 거리 또는 간격(spacing)을 갖는 것이 바람직하다. 이 거리 또는 간격은 "플라이 높이(fly height)" 또는 "헤드-매체 간격(head-media spacing)"으로서 알려져 있다. 헤드-매체 간격을 감소시킴으로써, 기록 헤드는 통상적으로 데이터를 매체로부터 더 잘 판독하고 그리고 매체에 데이터를 더 잘 기록할 수 있다. 헤드-매체 간격을 감소시키는 것은, 또한 기록 매체 토포그래피의 조사, 예를 들어, 기록 매체 표면의 거칠기들(asperities) 및 다른 특징들을 검출하는 것을 허용한다.
다양한 실시예들에 따르고 그리고 도 1 내지 도 3을 참조하면, 슬라이더(100)는 회전하는 자기 저장 매체(160)에 아주 근접하여 서스펜션(101)에 의해 지지되는 것으로 도시되어 있다. 슬라이더(100)는 기록 헤드 트랜스듀서(103) 및 헤드 트랜스듀서(103)에 열적으로 커플링된 히터(102)를 지지한다. 히터(102)는, 전류가 히터(102)를 통과함에 따라서 열 가열(thermal heat)을 발생시키는 저항성 히터(resistive heater)일 수 있다. 히터(102)는 저항성 히터들로 한정되지 않고, 임의의 유형의 열원(heating source)을 포함할 수 있다. 히터(102)에 의해 발생된 열 에너지(thermal energy)는 헤드 트랜스듀서(103)의 열 팽창(thermal expansion)을 야기한다. 이러한 열 팽창은 데이터 저장 시스템 내의 헤드-매체 간격(107)을 감소시키는데 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 헤드-매체 간격(107)을 감소시키기 위해 넌-써멀 액츄에이터(non-thermal actuator)가 이용될 수 있다.
TCR 센서(105)는 자기 기록 매체(160)에 대해 클로즈 포인트에 있는 헤드 트랜스듀서(103) 상에 위치되는 것으로 도시되어 있다. 클로즈 포인트는 일반적으로 헤드 트랜스듀서(103)와 자기 기록 매체(160) 사이의 접촉의 가장 가까운 포인트가 되는 것으로 이해된다. 사전에 논의된 바와 같이, 헤드 트랜스듀서(103)의 액츄에이션은 써멀 액츄에이터, 예를 들어, 히터(102), 또는 다른 액츄에이터(예를 들어, 라이터(writer))에 의해 실현될 수 있다. 헤드 트랜스듀서(103)의 인접 부분 및 센서(105)의 표면 온도를 자기 기록 매체(160)의 온도보다 실질적으로 더 높게 상승시키기 위해 TCR 센서(105)에 바이어스 전력이 인가된다.
바람직하게, TCR 센서(105)는 헤드-매체 접촉 및 매체(160)의 거칠기들(asperities)을 검출하기 위한 열 흐름(heat flow)에서의 변화들을 감지하도록 구성된다. 본 개시물의 다양한 실시예들에 따른 헤드-매체 간격 및 접촉 결정들과 관련된 세부사항들은, 2010년 11월 8일자로 출원되고, 인용에 의해 본원에 포함된, 본원과 양수인이 동일한 U.S 특허 출원 일련번호 제12/941,461호에 제공된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 헤드-매체 접촉 이전에, 뜨거운 헤드 표면과 상대적으로 차가운 디스크(160) 사이에 정의된 에어 갭(107)이 존재한다. 헤드 트랜스듀서(103), 에어 갭(107), 및 자기 기록 디스크(160)는 일 레벨의 열 전달율(heat transfer rate)을 정의한다. 예를 들어, 써멀 액츄에이터 또는 히터(102)의 작동 이후, 헤드 트랜스듀서(103)가 디스크(160)와 접촉될 때, 헤드 트랜스듀서(103)의 높은 열 전도성 재료들과 디스크(160) 사이의 직접 접촉은 열 전달율을 현저하게 증가시킨다. 이와 같이, 헤드 트랜스듀서(103) 상의 TCR 센서(105)는 온도의 강하(drop) 또는 온도 궤적의 편위(excursion)를 감지하며, 헤드-매체 접촉의 검출을 허용한다.
도 4a는, 자기 기록 매체(160)의 표면과 헤드 트랜스듀서(103) 사이의 접촉 이전의, 접촉 동안, 그리고 접촉 이후의 도 1 내지 도 3에 도시된 유형의 기록 헤드 트랜스듀서(103)에 대한 대표적인 온도 프로파일을 예시한다. 이 예시적인 예에서, 온도 프로파일은 정상 상태 DC 신호로서 나타난다. 헤드 트랜스듀서(103)가 써멀 액츄에이터(102)에 의해 작동될 때, 헤드 트랜스듀서 표면 온도는 써멀 액츄에이터(102)에 의해 발생된 열로 인한 액츄에이션으로 증가할 것이다. 헤드 트랜스듀서 온도는 디스크(160)의 온도보다 더 높을 것이다. 이와 같이, 디스크(160)는 이러한 시나리오에서 열 싱크(heat sink)로서 작동한다.
헤드 트랜스듀서(103)가 디스크(160)에 접촉할 때, 헤드 트랜스듀서 표면 온도는 그 접촉으로부터 초래되는 열 전달율의 변화로 인해 하강할 것이다. 열 트랜스듀서 표면 온도는 써멀 액츄에이터 가열 및 마찰 가열(frictional heating)로 인해 증가를 계속할 것이다. 온도의 변화 또는 온도 궤적의 편위는 헤드-매체 접촉을 선언하는데 이용될 수 있다.
도 4b는 넌-써멀 액츄에이터에 의해 작동되는 기록 헤드 트랜스듀서(103)에 대한 대표적인 온도 프로파일을 예시한다. 이 예시적인 예에서, TCR 센서(105) 바이어스 전력은 디스크(160)의 온도보다 실질적으로 더 높은 온도로 TCR 센서를 자체-가열한다. 디스크(160)는 이 시나리오에서 열 싱크로서 작동한다. 헤드 트랜스듀서(103)가 디스크(160)를 향해서 아래로 액츄에이팅될 때, 열 전달율은 점차적으로 증가하며, 이는 TCR 센서 온도에서의 점차적인 온도 감소를 야기한다. 헤드 트랜스듀서(103)가 디스크(160)와 접촉하게 될 때, 열 전달율이 변화할 것이며, 이는 헤드 트랜스듀서 표면 온도 편위를 야기할 것이다. 헤드 트랜스듀서 표면상의 TCR 센서(105)는 헤드-매체 접촉을 검출하기 위해 이러한 온도 편위를 측정한다. 헤드-매체 접촉으로의 추가적인 액츄에이션이 발생하면, 온도는 마찰 가열로 인해 결국 증가할 것이다.
개시물의 실시예들은 서로 다른 부호(sign)들의 저항 온도 계수(TCR)를 갖는 2개의 저항성 온도 센서들에 기초하여 헤드-매체 간격을 결정하고 헤드-투-디스크 인터페이스에서의 접촉을 검출하기 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은, 슬라이더 내의 상이한 위치들에 위치된 서로 다른 부호들의 저항 온도 계수를 갖는 다수의 저항 온도 센서들을 이용하고, 그 센서들의 출력을 분석하고, 구동 동작 조건의 피드백을 제공하기 위해 그 출력을 이용하는 것을 수반한다.
헤드-매체 접촉 검출 및/또는 헤드-매체 간격 감지 기술들은 하드 디스크 드라이브들의 성능 및 신뢰도를 위해 중요하다. 더 높은 접촉 검출 반복도는 더 낮은 활성 클리어런스(lower active clearance), 및 이에 따른 더 높은 기록 밀도를 가능하게 한다. 더 높은 접촉 검출 민감도는 마모를 감소시키며 신뢰도를 개선시킨다. 개시물의 실시예들은 2개의 센서들을 이용하여 헤드-매체 접촉 검출 및 간격 감지를 제공하며, 그 중 하나의 센서는 포지티브 TCR을 갖고, 다른 하나의 센서는 네거티브 TCR을 가지며, 이는 임의의 여분의 전기 접속 패드들의 요구를 유리하게 제거한다.
다양한 실시예들에 따르면, 방법들은 2개의 저항 온도 센서들을 이용하여 헤드-매체 접촉을 감지하고, 여기서 하나의 저항 온도 센서는 포지티브 TCR을 갖고, 다른 하나의 센서는 네거티브 TCR을 갖는다. 이러한 센서들은 슬라이더 내의 상이한 위치들에 바람직하게 임베딩된다. 예를 들어, 하나의 센서는, 그 응답이 헤드-매체 간격에서의 변화 및 헤드-투-디스크 접촉 그리고 히터-유도 온도 상승 및/또는 환경적 온도 변동들과 같은 다른 이벤트들에 민감하도록, 클로즈 포인트 근처에 위치된다. 다른 센서는, 그 응답이 오직 히터-유도 온도 상승 및/또는 환경적 온도 변동들과 같은 이벤트들에만 민감하도록, 클로즈 포인트로부터 이격되어 위치될 수 있다.
2개의 센서들이 서로 다른 부호들의 TCR을 갖기 때문에, 저항과 TCR 값들의 특정 조합을 갖는 2개의 센서들의 조합된 출력은 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-투-디스크 접촉 기여들만을 포함할 것이다. 따라서, 조합된 출력은 여분의 전기 접속 패드의 요구 없이 헤드-매체 간격 변화 및/또는 접촉 이벤트들을 감지하는데 이용될 수 있다. 이 기술이 여분의 전기 접속 패드들을 요구하지 않는다는 사실은, 헤드 설계의 간단함, 비용의 절감, 및 신뢰도의 증가를 위해 중요하다.
도 5a는 본 개시물의 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위한 방법의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트이다. 자기 기록 매체에 대해 이동하는 슬라이더를 포함하는 헤드 트랜스듀서를 통해서(140), 방법은 제 1 TCR 센서를 이용하여 헤드-매체 간격에서의 변화 및/또는 헤드-매체 접촉을 감지하고 그리고 제 1 센서 신호를 생성하는 단계(142)를 수반한다. 또한, 이 방법은 제 2 TCR 센서를 이용하여 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉 이외의 요인들로 인한 온도의 변화를 감지하고 그리고 제 2 센서 신호를 생성하는 단계(144)를 수반한다. 도 5a에 나타낸 방법은, 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉을 나타내는 조합된 센서 신호를 발생시키는 단계(146), 및 조합된 센서 신호를 이용하여 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉을 검출하는 단계(148)를 더 수반한다.
도 5b는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위한 방법의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트이다. 자기 기록 매체에 대해 이동하는 슬라이더를 포함하는 헤드 트랜스듀서를 통해서(180), 방법은 제 1 TCR 센서를 이용하여 매체에 대한 헤드 트랜스듀서의 클로즈 포인트에 있는 써멀 경계 조건을 나타내는 제 1 센서 신호를 생성하는 단계(182)를 수반한다. 이 방법은 또한 제 2 TCR 센서를 이용하여 써멀 경계 조건에 의해 영향을 받은 요인들 이외의 요인들로 인한 온도 변화를 나타내는 제 2 센서 신호를 생성하는 단계(184)를 수반한다. 이 방법은 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉을 나타내는 조합된 센서 신호를 발생시키는 단계(186), 및 조합된 센서 신호를 이용하여 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉을 검출하는 단계(188)를 더 수반한다.
도 6a는 본 개시물의 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위한 방법의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트이다. 자기 기록 매체에 대해 이동하는 슬라이더를 포함하는 헤드 트랜스듀서를 통해서(202), 헤드-매체 간격 변화들을 나타내는 온도의 변화는 제 1 TCR 센서를 이용하여 감지된다(204). 제 1 TCR 센서는 헤드 트랜스듀서에 의해 지지되고, 고정된 수의 전기 접속 패드들(예를 들어, 2개)을 통해서 접속된다(206). 또한, 이 방법은, 고정된 수의 전기 접속 패드들(예를 들어, 2개)을 통해서 또한 접속된 제 2 TCR 센서를 이용하여(210), 헤드-매체 간격 변화들 및 접촉 이외의 요인들로 인한 온도 변화들을 감지하는 단계(208)를 수반한다. 제 1 및 제 2 TCR 센서들은, 하나는 포지티브이고 다른 하나는 네거티브인 서로 다른 부호들의 TCR을 갖는다. 이 방법은, 헤드-매체 간격 변화 및/또는 헤드-매체 접촉을 나타내는 조합된 출력 신호를 생성하기 위해 제 1 및 제 2 TCR 센서들에 의해 출력된 신호들을 조합하는 단계(212)를 더 수반한다. 헤드-매체 간격 변화들 및/또는 헤드-매체 접촉은 조합된 출력 신호를 이용하여 측정된다(216). 특히, 온도-기반 헤드-매체 접촉 및 헤드-매체 간격 변화 측정들을 행하는 것은 여분의 전기 접속 패드의 추가 없이 달성된다(214).
도 6b는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 공간 변화들을 검출하기 위한 방법의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트이다. 자기 기록 매체에 대해 이동하는 슬라이더를 포함하는 헤드 트랜스듀서를 통해서(302), 이 방법은 고정된 수의 전기 접속 패드들을 갖는 제 1 TCR 센서를 이용하여 헤드 트랜스듀서의 클로즈 포인트의 써멀 경계에서의 온도 변화들을 우선적으로 감지하는 단계(304)를 수반한다. 이 방법은 또한, 고정된 수의 전기 접속 패드들을 갖고 그리고 제 1 TCR 센서의 부호와 다른 부호를 갖는 TCR을 갖는 제 2 TCR 센서를 이용하여 써멀 경계 이외에서의 온도 변화들을 감지하는 단계(306)를 우선적으로 수반한다. 제 1 및 제 2 센서들에 의해 출력된 신호들은 헤드-매체 간격 변화 및/또는 헤드-매체 접촉을 나타내는 조합된 출력 신호를 생성하는데 이용된다(308). 앞서 도 6a에 예시된 실시예들에서와 같이, 온도-기반 헤드-매체 접촉 및 헤드-매체 간격 변화 측정들을 행하는 것(312)은 여분의 전기 접속 패드의 추가없이 달성된다(310).
도 7은 본 개시물의 실시예들에 따라서 자기 기록 매체(160)의 표면에 대해 디스크 인터페이스에서 헤드 트랜스듀서(103)를 지지하는 슬라이더(100)의 부분의 개략적인 예시이다. 도 7에 나타낸 개략적인 예시는, 예를 들어 자기 기록 하드 드라이브 내에 디스크 인터페이스를 정의할 수 있다. 도 7에서, 디스크가 높은 RPM에서 회전하고, 기록 헤드(103)가 에어 베어링에 의해 제어된 간격만큼 디스크(106)의 표면으로부터 수 나노미터 이격되어 떠있는 것으로 가정한다. 디스크(160)의 표면에 더 가깝게 헤드(103)를 더 가져가기 위해, 헤드(103) 내에 임베딩된 히터 엘리먼트(102)는 헤드(103) 내에 열 팽창을 생성하고 헤드-매체 간격을 감소시키도록 액츄에이팅된다.
히터 엘리먼트(102) 및/또는 라이터 코일에 의해 발생된 열은 헤드 트랜스듀서(103) 내의 온도 상승을 생성한다. 접촉 이전에, 열은 디스크(160)와 트랜스듀서 헤드(103) 사이의 에어 갭(107)을 통해서 헤드 트랜스듀서(103)로부터 디스크(160)로 주로 전도된다. 에어 갭(107)의 열 전도도(thermal conductance)는, 헤드-매체 간격이 감소하고 에어 압력이 증가함에 따라서 증가한다. 헤드 트랜스듀서(103)가 디스크(160)에 접촉할 때, 열 전도도는 극적으로 증가한다. 헤드 트랜스듀서(103)가 디스크(160)에 접촉한 후, 결과 마찰 가열은 여분의 열원을 발생시킬 것이다. 예를 들어, 히터 엘리먼트 가열, 라이터 코일 가열, 에어 베어링 냉각, 디스크 냉각, 및 마찰 가열과 같은 상이한 열 에너지 전달 메커니즘들의 조합된 효과는, 히터 엘리먼트 전력, 라이터 전류, 클리어런스(clearance), 및/또는 접촉 이벤트들의 함수로서 헤드 트랜스듀서(103) 내의 상이한 위치들에서 특징적인 온도 상승을 초래한다. 히터 전력의 함수로서 온도를 측정함으로써, 헤드-매체 간격 및/또는 접촉 이벤트들이 모니터링될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라서 그리고 도 7을 계속해서 참조하여, 하나의 TCR 센서 R1(105)은 클로즈 포인트 근처에 위치되고, 다른 TCR 센서 R2(106)는 클로즈 포인트로부터 이격되어 위치된다. TCR 센서 R1(105)을 클로즈 포인트에 또는 클로즈 포인트 근처에 위치시키는 것은, 헤드 트랜스듀서(103)의 클로즈 포인트의 써멀 경계에서 발생된 온도/온도 변화들의 우선적인 감지를 제공한다. TCR 센서 R2(106)를 클로즈 포인트로부터 이격되게(예를 들어, 헤드 트랜스듀서(103)/슬라이더(100)상의 다른 곳에) 위치시키는 것은, 클로즈 포인트에서 또는 클로즈 포인트 근처에서의 열원들 이외의 열원들로부터 발생된 온도/온도 변화들의 우선적인 감지를 제공한다. 도 7에 도시된 2개의 TCR 센서 위치들에서의 온도 상승의 대표적인 예들은, 도 8 및 도 9 각각에 예시된다.
TCR 센서 R1(105)의 온도 상승 ΔT1은 히터 엘리먼트 전력 Pheater의 함수로서 플로팅된 온도 커브(402)로 나타난다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, TCR 센서 R1(105)의 온도 상승은 전체 히터 엘리먼트 전력 범위에 대한 히터 엘리먼트 전력의 함수로서 증가한다. 증가의 속도는, 히터 엘리먼트 전력이 에어 갭(107)의 열 전도도의 증가로 인해 20mW에서 80mW로 증가될 때, 점차적으로 늦춰진다. 온도 커브(402)는, 근접 및/또는 접촉 효과로 인한 냉각시의 추가적인 증가 때문에, (화살표 401로 표시된 온도 커브(402)상의 위치에서 시작하는)80mW 내지 100mW의 숄더(403)를 나타낸다. 100mW 이후에, 온도 상승의 속도는 마찰 가열로 인해 약간 증가한다.
TCR 센서 R2(106)의 온도 상승 ΔT2는 도 9에 나타나고, 히터 엘리먼트 전력의 함수로서 증가하지만, TCR 센서 R2(106)가 클로즈 포인트에서 써멀 경계 조건에 덜 민감하기 때문에 숄더(도 8에 도시된 403)를 갖지 않는다. 도 8 및 도 9에 나타난 온도 커브들은 시연의 목적들을 위해서만 제공됨을 이해한다. 헤드 트랜스듀서(103) 내의 온도 분포가 열기계적 모델로부터 정확하게 획득될 수 있기 때문에, 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)의 위치들이 결정되고 최적화될 수 있다.
TCR 센서 R1(105) 및 R2(106)의 온도 변화 ΔT1 및 ΔT2는 이러한 TCR 센서들의 저항에서의 변화를 생성하며, 이는 이하와 같이 특징화될 수 있다.
Figure 112014088170867-pat00001
여기서, αi는 TCR 센서 R1(105)의 저항 온도 계수이고, Ri , 0는 TCR 센서 R1(105)의 주위 온도에서의 저항이다. 서로 다른 부호들의 TCR을 갖는 센서 재료들을 선택함으로써 그리고 이 재료들을 직렬로 또는 병렬로 결합시킴으로써, 접촉 검출 신호들은 여분의 전기 접속 패드들의 추가 없이 생성될 수 있다.
도 10은 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위해 헤드 트랜스듀서 상에 배열된 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)를 도시하는 등가 회로(500)의 도면이다. 도 10에 도시된 대표적인 실시예에 따르면, 서로 다른 부호들의 저항 온도 계수를 갖는(즉, 하나는 포지티브의 부호를 그리고 다른 하나는 네거티브의 부호를 갖는) 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)는 직렬로 접속된다. 전류 I를 가정하면, 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)에 걸친 전압 강하는:
Figure 112014088170867-pat00002
여기서, ΔT1 및 ΔT2은 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106) 각각의 온도 변화들이고, α1 및 α2는 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106) 각각의 저항 온도 계수들이며, R1 ,0 및 R2 , 0는 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)의 주위 온도에서의 저항들이다.
R1 ,0, α1, R2 ,0 및 α2의 적절한 조합들을 선택함으로써,
Figure 112014088170867-pat00003
접촉 이전의 모든 히터 엘리먼트 전력 레벨들에 대해, 즉, 도 8 및 도 9에 나타난 예시적인 예에서 60mW 보다 작은 히터 엘리먼트 전력에 대해, 클로즈 포인트 근처의 써멀 경계 조건에서의 변화에 의해 생성된 저항 변화가 증폭될 수 있다. 도 11은 명백한 접촉 시그니쳐를 갖는 히터 엘리먼트 전력 Pheater의 함수로서 도 10의 회로(500)의 포스트들 A 및 B)에 걸친 전압 V를 나타내는 대표적인 커브(510)이다. 약 80mV에서 시작하는 전압 커브(510)에서의 갑작스런 변화는 헤드-매체 접촉의 시작(onset)을 나타낸다.
도 12는 다양한 실시예들에 따라서 기록 헤드 트랜스듀서(103) 내의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)의 레이아웃(600)의 대표적인 예를 나타낸다. 도 12에 도시된 레이아웃(600)에서, TCR 센서 R1(105)은 클로즈 포인트 CP에 위치되고, TCR 센서 R2(106)는 클로즈 포인트 CP로부터 이격되어 위치된다. 이 예시적인 실시예에서, 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)는 리드들(614 및 610)을 통해서 전기 접속 패드들 또는 포스트들(602)(포스트 A) 및 (606)(포스트 B) 사이에서 직렬로 접속된다. 리드들(604 및 608)은 전기 접속 패드들(602 및 606)에 각각 접속되어 있는 것으로 도시된다. 도 12에 예시된 레이아웃(600)은, TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)가 기존의 리드들을 이용하여 여분의 전기 접속 패드의 부가 없이 기록 헤드 트랜스듀서에 통합될 수 있다.
다른 실시예에 따라서 그리고 도 13에 예시된 등가 회로(700)에 도시된 바와 같이, 서로 다른 부호들의 저항 온도 계수를 갖는(즉, 하나는 포지티브 부호를 갖고 다른 하나는 네거티브 부호를 갖는) 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)는 병렬로 접속된다. 조합형 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)에 걸친 전압 강하는:
Figure 112014088170867-pat00004
로 주어진다.
R1 ,0, α1, R2 ,0 및 α2의 조합을 선택함으로써,
Figure 112014088170867-pat00005
그리고
Figure 112014088170867-pat00006
접촉 이전의 모든 히터 엘리먼트 전력 레벨들에 대해, 즉, 도 13 및 도 14에 나타난 예시적인 예에서 60mW 보다 작은 히터 엘리먼트 전력에 대해, 클로즈 포인트 근처의 써멀 경계 조건에서의 변화에 의해 생성된 저항 변화가 증폭될 수 있다. 대부분의 재료의 TCR이 1 보다 훨씬 작기 때문에, 전술된 식(5)에 의해 정의된 조건은 보다 더 높은 차수의 항 α1ΔT1α2ΔT2 을 생략함으로써 해결될 수 있다.
도 14는 히터 엘리먼트 전력 Pheater의 함수로서 도 13의 회로(700)의 포스트들(A 및 B)에 걸친 전압 V을 나타내는 대표적인 커브(720)이다. 이 대표적인 예에서, R1 ,0
Figure 112014088170867-pat00007
R2 , 0 이고, α1
Figure 112014088170867-pat00008
α2이다.
도 15는 다양한 실시예들에 따라서 기록 헤드 트랜스듀서에서 병렬-접속된 저항 온도 센서의 대표적인 레이아웃(750)을 나타낸다. 도 15에 도시된 레이아웃(750)에서, TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)는 병렬로 접속되며, 여기서 TCR 센서 R1(105)은 클로즈 포인트 CP에 위치되고 그리고 TCR 센서 R2(106)는 클로즈 포인트 CP로부터 이격되어 위치된다. 이 예시적인 실시예에서, 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)는 리드들(764 및 760)을 통해서 전기 접속 패드들 또는 포스트들(752(포스트 A) 및 756(포스트 B)) 사이에서 병렬로 접속된다. 리드들(754 및 758)은 전기 접속 패드들(752 및 756) 각각에 접속되어 있는 것으로 도시된다. 도 15에 예시된 레이아웃(750)은, TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)가 여분의 전기 접속 패드 없이 기존의 리드들을 이용하여 기록 헤드 트랜스듀서에 통합될 수 있다는 것을 나타낸다. 직렬-접속된 저항 온도 센서 어레인지먼트는 병렬-접속된 저항 온도 센서 어레인지먼트보다 상당히 잘 수행한다는 것에 유의한다.
본 개시물의 실시예들에 따라서 TCR 센서의 구성에 이용될 수 있는 포지티브 저항 온도 계수를 갖는 다양한 재료들은, 무엇보다도 Cr, FeNi 합금, Ni, 및 W을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 본 개시물의 실시예들에 따른 TCR 센서의 구성에 이용될 수 있는 네거티브 저항 온도 계수를 갖는 다양한 재료들은, 무엇보다도 TaN, VO, 및 V02를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 개시물의 실시예들은 헤드 트랜스듀서 온도 변화를 캘리브레이팅하는 것으로 인해 강화된 신호-대-잡음비들(SNRs)을 제공하는 저항 온도 센서 어셈블리들에 관한 것이다. 본 개시물의 실시예들은 기존의 헤드 트랜스듀서 전기 엘리먼트들을 이용하여 헤드 트랜스듀서 온도 변화를 캘리브레이팅하는 것으로 인해 강화된 SNR들을 갖는 저항 온도 센서 어셈블리들에 관한 것이다. 예를 들어, 다양한 실시예들은, BCR(Beyond Contact Recording) 헤드에 대한 라이터 코일과 같은 기록 헤드 트랜스듀서의 라이터 코일 및 저항 온도 센서를 포함하는 차동 저항 온도 센서 어셈블리를 채용한다. BCR 트랜스듀서 헤드는 종래의 트랜스듀서 헤드들과 비교하여 트레일링 에지에서 더 높은 농축된 기압(concentrated air pressure)을 생성하기 위해 더 작은 에어 베어링 특성을 갖는다. BCR 트랜스듀서 헤드는 낮은 접촉 조절을 갖는다.
도 16a 및 도 16b는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위한 방법의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트들이다. 도 16a에 따르면, 방법 실시예들은 자기 기록 매체에 대해 이동하는 헤드 트랜스듀서를 수반하고 차동 저항 온도 센서의 이용을 수반한다(832). 도 16a에 예시된 방법은 제 1 TCR 센서를 이용하여 헤드-매체 간격에서의 변화 및/또는 헤드-매체 접촉을 감지하고 제 1 센서 신호를 생성하는 단계(834)를 수반한다. 이 방법은 또한 제 2 TCR 센서를 이용하여 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉 이외의 요인들로 인한 온도의 변화를 감지하고 제 2 센서 신호를 생성하는 단계(836)를 수반한다. 도 16a에 나타난 방법은 제 1 및 제 2 센서 신호들을 이용하여 차동 센서 신호를 발생시키는 단계(837), 및 그 차동 센서 신호를 이용하여 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉을 감지하는 단계(838)를 더 수반한다.
도 16b에 따라서, 방법 실시예들은 자기 기록 매체에 대해 이동하는 헤드 트랜스듀서를 수반하고 차동 저항 온도 센서의 이용을 수반한다(842). 도 16b에 예시된 방법은 TCR 센서를 이용하여 헤드-매체 간격에서의 변화 및/또는 헤드-매체 접촉을 감지하고 제 1 센서 신호를 생성하는 단계(844)를 수반한다. 이 방법은 또한 헤드 트랜스듀서의 기록 엘리먼트를 이용하여 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉 이외의 요인로 인한 온도의 변화를 감지하고 제 2 센서 신호를 생성하는 단계(846)를 수반한다. 도 16b에 나타낸 방법은 제 1 및 제 2 센서 신호들을 이용하여 차동 센서 신호를 발생시키는 단계(847), 및 그 차동 센서 신호를 이용하여 헤드-매체 간격 및/또는 헤드-매체 접촉을 검출하는 단계(848)를 더 수반한다.
다양한 실시예들에 따르고 도 17a 내지 도 17c를 참조하여, 저항 온도 센서 어셈블리(808)는 차동 저항 온도 센서들을 이용하여 헤드-매체 접촉 검출 및 열잡음 검출의 개선된 SNR을 제공한다. 도 17a는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위해 헤드 트랜스듀서(103)상에 배열된 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)의 예시이다. 더욱 상세하게, 도 17a에 나타난 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)는 다양한 실시예들에 따라서 헤드-매체 접촉 및/또는 헤드-매체 간격 변화들을 검출하기 위해 헤드 트랜스듀서(103)상에 차동 저항 온도 센서 어셈블리(808)로서 바람직하게 배열된다.
도 17a에서, TCR 센서 R1(105)은 헤드 트랜스듀서(103)의 클로즈 포인트 CP 근처에 위치되고, TCR 센서 R2(106)는 클로즈 포인트 CP로부터 이격되어 위치된다. 앞서 논의된 바와 같이, TCR 센서 R1(105)을 클로즈 포인트 CP에 또는 CP 근처에 위치시키는 것은 클로즈 포인트 CP의 써멀 경계에서 발생되는 온도/온도 변화들의 우선적인 감지를 제공하는 반면에, 클로즈 포인트로부터 이격되게 TCR 센서 R2(106)를 위치시키는 것은 클로즈 포인트 CP에 또는 CP 근처에 있는 열원 이외의 열원들로부터 발생된 온도/온도 변화들의 우선적인 감지를 제공한다.
도 17b는 차동 저항 온도 센서 어셈블리(808)로서 배열된 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)를 도시하는 등가 회로(850)의 도면이다. 도 17b에 도시된 대표적인 실시예에서, 2개의 TCR 센서들 R1(105) 및 R2(106)는 동일한 부호들의 저항 온도 계수(즉, 둘 다 포지티브이거나 또는 둘 다 네거티브임)를 갖는 것이 바람직하다. 몇몇 실시예들에서, 도 17b에 도시된 차동 저항 온도 센서 어셈블리(808)는, 지면에 커플링되는 것 대신에, 라이브 단자인 센터 탭(center tap)을 가질 수 있다.
차동 저항 온도 센서 어셈블리(808)는 (TCR 센서 R1(105)을 이용하여 측정된 것과 같은)클로즈 포인트 CP에서 그리고 (TCR 센서 R2(106)를 이용하여 측정된 것과 같은)클로즈 포인트 CP로부터 이격된 위치에서의 써멀 경계 조건에서의 차이를 감지하는 것을 제공한다. 도 17a 내지 도 17c에 예시된 차동 저항 온도 센서 어셈블리(808)에 의해 생성된 차동 신호는 히터 엘리먼트 및 환경에 의해 생성된 배경을 제거함으로써 접촉 검출 SNR을 개선시킨다. 공통 모드 노이즈는 차동 신호 증폭 이전에 상쇄되어야함에 유의한다.
차동 저항 온도 센서 어셈블리(808)의 효능을 입증하기 위한 실험들이 수행되었다. 일 실험에서, 그리고 도 18a 내지 도 18d를 참조하여, 클로즈 포인트 CP로부터 이격되어 위치된 하나의 저항 온도 센서(예를 들어, TCR 센서 R2(106))의 저항 R2는 히터 엘리먼트 전력과 선형으로 변화한다. 센서 R2의 선형 저항 응답은 도 18c에서 관찰될 수 있다. 클로즈 포인트 CP에 위치된 다른 저항 온도 센서(예를 들어, TCR 센서 R1(105))의 저항 R1은 히터 엘리먼트 전력과 비-선형으로 변화한다. 센서 R1의 비-선형 저항 응답은 도 18b의 플롯에서 관찰될 수 있다. 센서들 R1 및 R2로부터의 출력들을 이용하여 발생된 차동 신호는 도 18c의 플롯에 나타나고, 이는 헤드-매체 접촉 시그니쳐를 명백하게 나타낸다. 도 18a의 플롯에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 헤드-매체 접촉 이벤트가 80mW에서 선언되는 경우, 마찰력은 비교적 낮다(예를 들어, ~10mgf)는 것을 관찰할 수 있다.
몇몇 실시예들에 따라서 그리고 도 17a 내지 도 17c를 계속해서 참조하여, 차동 저항 온도 센서 어셈블리(808)는, 예를 들어, 헤드 트랜스듀서(예를 들어, BCR 헤드 트랜스듀서)의 라이터 코일, 리더 또는 비활성 히터와 같은 TCR 재료를 포함하는 헤드 트랜스듀서의 다른 컴포넌트 및 하나의 저항 온도 센서를 포함한다. TCR 센서 R1(105)과 같은 저항 온도 센서는 클로즈 포인트 CP에 위치되고, 라이터 코일, 리더 또는 사용되지 않은 히터(센서 R2(106)로 나타남)가 클로즈 포인트 CP로부터 이격된 통상적인 위치에 위치된다.
이러한 차동 저항 온도 센서 구성의 효율을 입증한 실험에서, 저항 온도 센서의 히터 엘리먼트는 180Hz로 조절되었고, 저항 온도 센서 및 라이터 코일에 걸친 전압 강하의 차이를 판독하는데에는 록-인(lock-in) 증폭기가 이용되었다. 저항 온도 센서는 164μA에서 바이어싱되었고, 라이터 코일은 1μA에서 바이어싱되어 차동 응답은 헤드-매체 접촉 이전에 평탄한 것(이 예시에서 50mW 내지 80mW의 히터 엘리먼트 전력에 대해 평탄한 것)을 보증하였다. 도 19 및 도 20은 기록 헤드 트랜스듀서의 라이터 코일 및 하나의 저항 온도 센서를 포함하는 차동 저항 온도 센서 어셈블리를 이용하는 효율을 입증하는 실험으로부터의 데이터의 플롯들을 나타낸다. 도 20의 커브(880)는 히터 엘리먼트 전력의 함수로서 라이터 코일과 저항 온도 센서 사이의 전압 강하 변화에 있어서의 차이이다. 도 19의 커브(870)는 동시에 측정된 마찰력 커브이다. 기록 헤드 트랜스듀서의 라이터 코일과 저항 온도 센서를 포함하는 차동 저항 온도 센서 어레인지먼트의 실시예들은 임의의 여분의 구조 또는 패드들을 부가할 필요 없이 개선된 헤드-매체 접촉 검출 SNR을 유리하게 제공한다.
도 17c는 다양한 실시예들에 따라서 기록 헤드 트랜스듀서 및 저항 온도 센서 어셈블리를 지지하는 슬라이더(800)의 트레일링 섹션의 단면도이다. 도 17에서, 슬라이더(800)는 리더(810) 및 라이터(820)를 포함하는 기록 헤드 트랜스듀서(805)를 지지한다. 리더(810)에 대한 히터(812)는 리더(810)가 기록 매체의 표면을 향해서 돌출하는 것을 야기하도록 액츄에이팅되어, 이에 따라 판독 동작들 동안 이들 사이의 간격(separation)을 감소시킬 수 있다. 라이터(820)는 코일들(821)의 하나 또는 둘 이상의 세트들에 유도적으로 커플링된 라이트 폴(824; write pole)을 포함한다. 라이터(820)에 대한 히터(822)는 라이터(820)가 기록 매체의 표면을 향해서 돌출하는 것을 야기하도록 액츄에이팅되어, 이에 따라 기록 동작들 동안 이들 사이의 간격을 감소시킬 수 있다.
도 17c의 예시에서, 3개의 저항성 컴포넌트들이 도시된다. 저항성 컴포넌트들(105 및 106)은 ABS(801)상에 위치되고, 저항성 컴포넌트(809)는 ABS(801)로부터 이격되어 위치된다. 이들 3개의 저항성 컴포넌트들이 도 17c에 도시되지만, 이들 3개 모두가 요구되는 것은 아니지만, 이들은 다양한 실시예들의 설명을 위해 포함된다. 몇몇 실시예들에 따르면, 저항성 컴포넌트들(105 및 106)은 TCR 센서들이며, 기준 저항기(809)는 존재하지 않을 것이다. 이 시나리오에서, 리더(810)의 헤더(812)가 이용될 때, TCR 센서(105)는 TCR 센서(106) 보다 클로즈 포인트에 더 가깝게 있다. 그 결과, TCR 센서(105)는 활성이며, TCR 센서(106)는 클로즈 포인트로부터 더욱 멀리 있으며 기준으로서 기능한다. 라이터(820)의 히터(822)가 이용되고 있는 경우, TCR 센서(106)는 TCR 센서(105)보다 클로즈 포인트에 더 가깝게 있고, 라이터 히터(822)의 이용 동안 활성이다. 이 경우, TCR 센서(105)는 클로즈 포인트로부터 더욱 멀리 있으며 기준으로서 기능한다.
ABS로부터 이격되어 위치된 기준 저항기(809)의 이용을 수반하는 실시예에 따르면, 오직 하나의 ABS TCR 센서가 존재할 것이다. 도 17c에 도시된 구성에서, TCR 센서(105)는 개략적인 예시에서 기준 저항기(809)와 공동평면에 있고, 동일한 증착 및 에칭 단계에서 형성될 수 있고, 이것은 TCR 센서(105)가 2개의 TCR 센서들(105 및 106) 중 더욱 실용적이라는 것을 의미하기 때문에, 바람직하게는 TCR 센서(105)가 존재할 것이다.
본원에 개시된 다양한 실시예들은, 매체가 헤드 트랜스듀서 보다 더 차가운, 냉각 이벤트에 기초한 접촉 검출을 수반한다. 일반적으로, 더 높은 TCR 센서 바이어스 값들 및 전도성 매체 기판들에 적용가능하며, 이는 TCR 센서를 매체보다 더 뜨겁게 만든다. 다른 실시예들에 따르면, 인터페이스에서의 헤드 트랜스듀서 표면 온도는, 원하는 경우, 헤드 트랜스듀서 내의 넌-써멀 액츄에이터를 이용하여, 바이어스 전력을 TCR 센서까지 낮춤으로써 매체 온도보다 실질적으로 더 낮게 저하될 수 있다. 이러한 접근방식은 헤드-매체 접촉을 선언하는데 이용될 수 있는 개선된 마찰 가열 검출을 제공한다. 이러한 접근방식은 예를 들어, 유리와 같은 불량하게 전도하는 매체 기판들에 대해 특히 유용하다.
헤드-매체 접촉을 검출하기 위한 종래의 접근방식들은, 헤드 조절에 의해 야기되는 것으로 믿어지는 저항 온도 센서로부터의 AC 신호를 측정하는 단계를 종종 수반한다. DC 신호는, 헤드-매체 접촉 이벤트를 검출하기 위해 충분한 신호-대-잡음비를 갖는 것으로 믿어지지 않기 때문에, 필터링 아웃된다. 현재 진보된 에어 베어링(AAB) 구현들 모두는 아니지만 대부분에 대해, 이러한 종래의 접근 방식은 헤드-매체 접촉을 검출하는데 효과적인 것으로 입증되었다.
그러나, 더 높은 영역 밀도들을 달성하기 위한 지속적인 감소 헤드-매체 간격 목표들을 충족시키기 위해 접촉 또는 BCR(beyond contact recording)을 위한 인터페이스를 개발하는데 있어서의 대단한 노력은 현재 더욱 확대되고 있다. 이러한 인터페이스들의 주요한 특성은 헤드-매체 접촉에서 매우 최소한의 조절이다. 이러한 헤드-투-디스크 인터페이스는, 현재 접촉 검출 방법론들에 대한 (저항 온도 센서를 채용하는 것을 포함하는)큰 도전과제를 제시한다. 현재 저항 온도 센서들이 열 잡음 검출을 위해 헤드들 상에서 이용되기 때문에, 다음 세대 드라이브들로 하여금 낮은 조절 인터페이스들에 이용하기 위한 저항 온도 센서들이 장착된 기존의 헤드들을 채택하게 하는 것이 매우 바람직할 수 있다.
개시물의 다양한 실시예들은 비-조절 기반 헤드-매체 접촉 검출 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 다양한 실시예들에 따른 헤드-매체 접촉 검출은, 에어-베어링 기반 또는 헤드-기반 조절를 검출하는 것 이외에, 저항 온도 센서와 관련된 전력과 저항의 관계에서의 변화에 기초하여 평가된다.
저항 온도 센서는 앞서 논의된 이유로 특히 유용한 헤드-매체 접촉 검출 센서인 것으로 발견되었다. 필수적으로, 저항 온도 센서는 자극단(pole tip)상의 열 감지 저항기이다. 저항 온도 센서는, 다른 변화들 중에서, 기압, 클리어런스 및 접촉으로부터의 모든 열적 조건 변화들에 의해 유도된 온도 변화를 측정한다.
도 21은 다양한 실시예들에 따라서 낮은- 또는 비-조절 헤드-매체 인터페이스에 대한 헤드-매체 접촉을 검출하기 위한 방법의 다양한 프로세스들을 나타내는 플로우차트이다. 자기 기록 매체에 대해 이동하고 자기 기록 매체와 헤드 트랜스듀서 사이의 낮은- 또는 비-조절 헤드-매체 인터페이스를 정의하는 헤드 트랜스듀서를 통해서(900), 방법 실시예들은 히터를 이용하여 헤드 트랜스듀서를 액츄에이팅하는 단계(903), 및 TCR 센서를 이용하여 헤드 트랜스듀서와 매체 사이의 접촉을 감지하는 단계(904)를 수반한다. 이 방법은 또한 TCR 센서의 저항에서의 변화 및 히터 전력에서의 변화에 기초하여 검출 메트릭을 생성하는 단계(906), 및 검출 메트릭을 이용하여 헤드-매체 접촉을 검출하는 단계(908)를 수반한다.
다양한 대표적인 실시예들에 따르면, ΔR/ΔP로 나타난, 저항에서의 변화 ΔR 대 전력에서의 변화 ΔP의 비율은 헤드-매체 간격을 평가하고 헤드-매체 접촉 검출을 수행하기 위한 비-조절 기반 메트릭을 제공한다. 메트릭 ΔR/ΔP는 헤드-투-매체 클리어런스를 감소시키면서 선형으로 감소한다. ΔR/ΔP의 선형성으로부터의 편차 및 최소치를 검출하는 것은 헤드-매체 접촉 및 헤드-투-매체 유도된 냉각 및 마찰 가열을 나타낸다. 이러한 접근방식은 접촉 검출에 대한 AAB 조절에 의존하지 않는다. 실험은, 본 개시물의 실시예들에 따른 헤드-매체 간격 및 접촉 검출이 진보된 에어 베어링들 그리고 BCR AAB들을 이용하는 구현들에 대해 매우 효과적이라는 것을 입증하였다.
에어베어링을 위해, 헤드 트랜스듀서 냉각 효율은 열 수송 효율(thermal transport efficiency)의 증가로 인한 감소된 클리어런스를 통해 개선된다. 헤드 트랜스듀서 냉각 효율은, 매체가 헤드 트랜스듀서에 효율적인 열적 싱크를 제공하기 때문에, 헤드 트랜스듀서가 매체에 접촉할 때, 최대값에 도달한다. 본 개시물의 실시예에 따르면, 헤드-매체 접촉은 헤드 조절에 의해 야기되지 않은 인터페이스 냉각 효율을 모니터링함으로써 검출될 수 있다.
저항 온도 센서로부터의 DC 신호는 히터 엘리먼트-기반 가열에 의해 지배된다. 인터페이스 냉각/가열에 의해 야기된 저항 변화는 저항 온도 센서의 히터 엘리먼트에 의해 야기된 변화의 부분(fraction)만을 나타낸다. 일반적으로, 도 22a에 나타난 플롯에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 저항 측정에 기초하여 헤드-매체 접촉이 어디서 발생하는지의 확실성에 대해 인지하는 것은 어렵다. 도 22a는 저항 온도 센서 저항 대 히터 엘리먼트 전력의 플롯(902)이다.
헤드-투-디스크 인터페이스(HDI) 냉각 조건의 하나의 측정은, 히터 전력에 대한 온도 상승의 레이트, 또는 ΔR/ΔP이다. ΔR/ΔP는 더 나은 냉각 조건으로 감소한다. ΔR/ΔP는 헤드-매체 접촉부에서 최소값에 도달한다. ΔR/ΔP는 헤드-매체 접촉 이후에 마찰 가열로 인해 다시 증가할 것이다. 헤드-매체 접촉은 헤드 조절 대신에 매트릭 ΔR/ΔP을 모니터링함으로써 검출될 수 있다.
헤드-매체 접촉 검출을 위해 ΔR/ΔP를 이용하는 효능을 검증하기 위해 실험이 수행되었다. 이 실험은 저항 온도 센서를 통합하는 BCR AAB 헤드의 이용을 수반했다. 저항 온도 센서는 소스 미터로부터 고정 전류를 이용하여 바이어싱되었다. 센서 저항은 동일한 미터에 의해 측정되었다. 히터 엘리먼트 전력에는 제 2 소스 미터로부터 나오는 전압이 공급되었다. 전력은 동시에 동일한 미터로 측정되었다. Arm electronics RMS는 저항 온도 센서 측정들과 동시에 취해졌다.
이 실험에 대한 메트릭 ΔR/ΔP의 플롯은 도 22b에 나타난다. 도 22b에서, ΔR/ΔP의 값(플롯 912)은 이 값이 도 22b에 Min으로 나타낸 최소값에 도달할 때까지 선형으로 하향하는 경향이 있고, 그 다음, 그 이후에 증가하기 시작하는 것으로 관찰될 수 있다. ΔR/ΔP는, 최소값 Min 에 도달하기 전에, 먼저 선형 트렌드(910)에서 벗어난다(하강한다). 이러한 시그니쳐는 헤드-매체 접촉의 개시에 의해 야기된 냉각을 나타낸다. 최소 포인트 Min는 전체 헤드-매체 접촉을 나타내고 마찰에 의한 가열이 발생된다는 것을 나타낸다.
DC 전류로 정확한 직접 저항 측정들을 수행하는 것이 드라이브 전자공학에 대한 도전과제일 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스 가열 및 냉각 조건 변화에 의해 야기된 센서 저항 변화들은 통상적으로 그 평균 저항의 약 10% 미만이다. 통상적인 드라이브에서 아날로그-디지털 컨버터(ADC)의 분해능이 8비트라는 것을 고려하면, 0.01Ohm 미만의 정확도로 저항을 직접 측정하는 것은 어려울 수 있다.
도 23을 참조하여, 다양한 실시예들에 따른 일 접근방식은 하드 디스크 드라이브에서 직접 ΔR/ΔP를 측정하는 것을 수반한다. 이러한 접근방식은 히터 엘리먼트 전력을 조절하기 위해 조절기로서 아날로그 스위치를 이용하고, 저항 온도 센서로부터의 저항 변화를 검출하기 위해 주파수를 로킹(lock)하기 위한 위상 감지 검출(PSD; phase sensitive detection)을 이용한다.
ΔR/ΔP의 직접 측정은 도 23에서 나타난 대표적인 회로(1000)에 의해 구현된 체계에 의해 달성될 수 있다. 도 23에 나타난 실시예에서, 아날로그 스위치(1004)는 히터 엘리먼트(1008)의 전력 회로(1006)에 커플링된다. 하드 디스크 드라이브에서 히터 엘리먼트 전력은 아날로그 스위치(1004)로의 입력(1001)으로서 도시된 DAC 카운트에 비례한다. 히터 엘리먼트 전력 회로(1006)의 입력(1005)이 입력(1001)상에서의 직접 DAC 출력과 제 2 입력(1002)상의 DAC 출력(1001)으로부터의 오프셋 ΔV 사이의 고정 주파수에서 스위칭되는(예를 들어, 조절되는) 경우, 히터 엘리먼트 전력은 P 와 P-DP 사이에서 조절할 것이다. 사전증폭기(1022)를 통해서 저항 온도 센서(1020)에 커플링된 위상 감지 검출 회로(1024)는 이 ΔP에 의해 야기된 ΔR일 수 있는 조절 주파수에서 저항 온도 센서 응답을 측정하는데 이용될 수 있다. ΔR/ΔP에서의 노이즈(noise)는 히터 엘리먼트(1008)를 펄싱함으로써 그리고 저항 온도 센서 응답을 측정하기 위해 PSD 디바이스(1024)를 이용함으로써 현저하게 감소된다.
따라서, 헤드-매체 접촉은, 바람직하게는 클로즈 포인트에 또는 클로즈 포인트 근처에 위치된 TCR 센서인 저항 온도 센서(1020)의 ΔR 응답을 모니터링함으로써 검출될 수 있다. 조절 주파수는, 히터 엘리먼트 시 상수(time constant)에 의해 제한되지 않기 때문에, 10kHz를 상회하여 높을 수 있고, ΔR에 대한 측정은 매우 빠르게 그리고 큰 정확도를 통해서 행해질 수 있다.
다른 실시예들은 교류 전류를 통해서 히터 엘리먼트(1008)를 구동하는 것에 관한 것이다. 예를 들어, 히터 엘리먼트(1008)는, DAC의 프로그래밍 소프트웨어에 의해서와 같이, 히터 엘리먼트 전력 회로(1006)의 DAC를 적절하게 구성함으로써 원하는 주파수(예를 들어, ~ 50 kHz 내지 ~ 80 kHz)에서 교류 전류로 구동될 수 있다. 검출 회로(1024)는 히터 엘리먼트(1008)를 구동하는 교류 전류의 주파수에서 저항 온도 센서 응답을 측정하도록 구성될 수 있다. 히터 발진(heater oscillation)의 소프트웨어 제어는 히터 엘리먼트(1008)에 공급된 파형을 특정하기 위해 증가된 유연성을 제공한다. 이는, 히터 엘리먼트(1008)를 구동하기 위해 다양한 파형들(구형파, 사인파, 삼각파, 또는 접촉 검출 신호를 강화할 수 있는 다른 파형들을 포함)의 이용을 허용한다.
다양한 실시예들의 수많은 특징들이 다양한 실시예들의 구조 및 기능의 세부사항들과 함께 앞선 상세한 설명에서 설명되었지만, 이러한 상세한 설명은 오직 예시적이고, 특히 첨부된 청구항들이 표현된 용어들의 광범위한 일반적인 의미로 나타낸 전체 내용에 대해 다양한 실시예들에 의해 예시된 부분들의 구조 및 어레인지먼트들에 관해서 세부사항들에서의 변화들이 행해질 수 있다는 것을 이해해야만 한다.

Claims (14)

  1. 장치로서,
    자기 기록 매체와 상호작용하도록 구성된 헤드 트랜스듀서;
    상기 헤드 트랜스듀서에 의해 지지된 차동 저항 온도 센서; 및
    상기 차동 저항 온도 센서에 의해 발생된 차동 신호를 이용하여 헤드-매체 간격 변화 및 헤드-매체 접촉 중 하나 또는 모두를 검출하도록 구성된 검출기를 포함하고,
    상기 차동 저항 온도 센서는:
    저항 온도 계수를 갖고, 상기 자기 기록 매체에 관련하여 상기 헤드 트랜스듀서의 클로즈 포인트에 또는 상기 헤드 트랜스듀서의 클로즈 포인트 근처에 위치된 제 1 센서; 및
    저항 온도 계수를 갖고 상기 제 1 센서로부터 이격된 상기 헤드 트랜스듀서의 컴포넌트를 포함하고,
    상기 제 1 센서는 포지티브 저항 온도 계수 및 네거티브 저항 온도 계수 중 하나를 갖고, 상기 헤드 트랜스듀서의 컴포넌트는 상기 포지티브 저항 온도 계수 및 상기 네거티브 저항 온도 계수 중 다른 하나를 갖는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드 트랜스듀서의 컴포넌트는, 상기 헤드 트랜스듀서의 기록 엘리먼트, 상기 헤드 트랜스듀서의 판독 엘리먼트, 및 비활성 히터(inactive heater) 중 하나를 포함하는, 장치.
  3. 장치로서,
    자기 기록 매체와 상호작용하도록 구성된 헤드 트랜스듀서;
    상기 헤드 트랜스듀서를 액츄에이팅하도록 구성된 히터;
    상기 헤드 트랜스듀서에 위치되고 저항 온도 계수를 갖는 센서 ― 상기 센서는 상기 헤드 트랜스듀서와 상기 자기 기록 매체 사이의 접촉을 감지하도록 구성됨 ―; 및
    상기 센서 및 상기 히터에 커플링된 검출기 ― 상기 검출기는 상기 센서의 저항에서의 변화 및 히터 전력의 변화에 기초한 검출 메트릭을 이용하여 헤드-매체 접촉을 검출하도록 구성됨 ― 를 포함하고,
    상기 검출기는:
    상기 히터에 커플링되고 조절된 히터 전력 파라미터를 발생시키도록 구성된 조절기; 및
    상기 조절기 및 상기 센서에 커플링된 위상 감지 검출기(phase sensitive detector) ― 상기 위상 감지 검출기는 상기 조절기의 조절 주파수에서 상기 센서의 응답을 측정하도록 구성됨 ― 를 포함하는,
    장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출 메트릭은, 상기 센서의 저항에서의 변화의 레이트 및 히터 전력의 변화의 레이트에 기초하는, 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출 메트릭은 비율 ΔR/ΔP에 의해 정의되며,
    상기 ΔR 은 상기 센서의 저항에서의 변화의 레이트이고,
    상기 ΔP 는 히터 전력의 변화의 레이트인, 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 검출기는 ΔR/ΔP의 직접 인시츄(in situ) 측정을 행하도록 구성되는, 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 검출 메트릭의 최소값을 검출함으로써 헤드-매체 접촉을 검출하도록 구성되는, 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 검출 메트릭이 최소값에 도달하기 전에 상기 검출 메트릭에서의 선형 감소로부터의 편차를 검출함으로써 헤드-매체 접촉의 시작(onset)을 검출하도록 구성되는, 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서는 DC 전류를 수신하도록 구성되고,
    상기 검출기는 DC 센서 전류를 이용하여 센서 저항의 변화를 측정하도록 구성되는, 장치.
  10. 삭제
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 센서의 응답에서의 변화의 레이트 대 상기 조절된 히터 전력 파라미터에서의 변화의 레이트의 비율로서 상기 검출 메트릭을 계산하도록 구성되는, 장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 히터는 히터 엘리먼트, 및 디지털-아날로그 컨버터(DAC; digital-to-analog converter)를 포함하는 전력 회로 ― 상기 전력 회로는 상기 DAC에 의해 제어된 특정 주파수에서 교류 전류를 이용하여 상기 히터 엘리먼트를 구동시키도록 구성됨 ―를 포함하고; 그리고
    상기 검출기는 특정 주파수에서 상기 센서의 응답을 측정하도록 구성되는, 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 헤드 트랜스듀서는 상기 자기 기록 매체에 대해 낮은-조절 또는 비-조절 헤드-매체 인터페이스를 정의하도록 구성되는, 장치.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 헤드 트랜스듀서는 상기 자기 기록 매체에 대한 BCR(beyond contact recording) 헤드-매체 인터페이스를 정의하도록 구성되는, 장치.
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