KR20000059801A - Magnetoresistive head for correcting read signal error generated by thermal asperity phenomenon and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디스크 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 재생 헤드(head or transducer)로서 자기저항(Magnetoresistive) 헤드(이하 MR 헤드라 칭함)를 채용한 하드 디스크 드라이브(HDD: Hard Disk Drive)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to disk storage systems, and more particularly, to a hard disk drive (HDD) employing a magnetoresistive head (hereinafter referred to as MR head) as a head or transducer.
하드 디스크 드라이브(HDD)와 같은 디스크 저장 시스템은, 기록 매체인 디스크 상에 자기적으로 데이터를 기록하고, 자기 헤드를 사용하여 상기 디스크로부터 기록된 데이터를 읽는다.A disk storage system such as a hard disk drive (HDD) magnetically records data on a disk, which is a recording medium, and uses the magnetic head to read recorded data from the disk.
HDD 기술 분야에서, 상기와 같이 디스크로부터 데이터를 읽는 읽기(read) 헤드로서 MR 헤드를 사용하는 기술은 고밀도의 기록을 실현하기 위해 개발되어 왔다. HDD는 데이터 기록 및 재생을 위하여 읽기/쓰기 헤드를 필요로 하는데, 일반적으로, MR 헤드의 구성은 기록/재생의 헤드가 분리된 형태이다. 즉, (읽기 헤드로서) MR 헤드와 이와 분리된 (쓰기 헤드로서) 자기 헤드가 연결되어 읽기/쓰기를 위해 사용되는 MR 헤드를 구성한다. ("MR 헤드"라는 용어는 좁은 의미로는 읽기/쓰기 헤드 중 읽기 헤드를 칭하며, 또한 넓은 의미로는 상기 읽기 헤드를 MR 헤드로 구성한 읽기/쓰기 헤드를 총칭한다.) 이렇게 기록/재생 분리된 형태의 헤드에서 라이트 헤드의 자기 갭과 MR 헤드의 자기 갭은 각각 최적화되어 질 수 있고 따라서 기록 특성 및 재생 분해능이 향상될 수 있다. 한편, 최근에는 상기 MR 헤드(즉, AMR: anisotropic MR)를 개량하여 GMR(giant MR) 등이 개발되었으며, 이에 대한 자료로는 미합중국 특허번호 제5,772,493호 등을 참조할 수 있다.In the HDD technology field, a technique using the MR head as a read head that reads data from a disk as described above has been developed to realize high density recording. The HDD requires a read / write head for data recording and reproducing. In general, the configuration of the MR head is a form in which the recording / reproducing head is separated. That is, the MR head (as a read head) and the magnetic head (as a write head) separated therefrom are connected to constitute an MR head used for read / write. (The term " MR head " refers to the read head in a narrow sense in the read / write head, and broadly refers to the read / write head in which the read head is composed of the MR head. In the head of the type, the magnetic gap of the light head and the MR head of the MR head can be optimized respectively, so that the recording characteristics and the reproduction resolution can be improved. Recently, a GMR (giant MR) or the like has been developed by improving the MR head (that is, anisotropic MR), and US Patent No. 5,772,493 may be referred to the data.
상기 MR 헤드는 디스크 상에 기록된 자기 필드의 변화에 따른 자속의 변화에 대응하여 저항치가 변화하는 MR 소자를 이용한다. HDD의 데이터 재생 시스템은 MR 헤드 저항의 변화를 읽기 신호에 대응하는 전압 신호로 변환한다. 이때 HDD에서, MR 읽기 헤드 및 쓰기 헤드를 장착하는 헤드 슬라이더(head slider)는 매우 미세한 고도, 예를 들어, 약 50nm 정도되는 미세한 고도를 유지하며 디스크 상에서 떠서 이동한다. 그런데, 디스크 표면상에는 제작시의 불규칙적인 평면의 결함이나, 반점, 금속 산화물, 오염물 등이 있을 수 있다. 그러므로, 상기 헤드 슬라이더 고도의 아주 약간의 변화에 따라서도 상기 헤드 슬라이더에 부착된 MR 헤드가 상기와 같이 디스크 상에 형성된 반점 등과 같은 돌출부위와 충돌하는 경우가 자주 발생한다.The MR head uses an MR element whose resistance value changes in response to a change in magnetic flux according to a change in the magnetic field recorded on the disk. The data reproducing system of the HDD converts the change in the MR head resistance into a voltage signal corresponding to the read signal. At this time, in the HDD, a head slider for mounting the MR read head and the write head floats on the disk while maintaining a very high altitude, for example, a high altitude of about 50 nm. However, there may be irregular plane defects, spots, metal oxides, contaminants, and the like on the disk surface. Therefore, even with a slight change in the head slider elevation, the MR head attached to the head slider often collides with protrusions such as spots formed on the disk as described above.
헤드가 디스크 면에 충돌할 때, MR 헤드의 온도가 갑자기 증가하고 헤드의 저항이 이에 따라 급격히 변하는 것으로 확인되었다. MR 헤드 저항의 급격한 변화에 따라 MR 헤드로부터 출력되는 읽기 신호의 파형이 급격히 변한다. 이러한 현상을 열 급변(Thermal Asperity: 이하 TA라 칭함) 현상이라 부른다.It was found that when the head collides with the disk plane, the temperature of the MR head suddenly increases and the resistance of the head changes accordingly. The waveform of the read signal output from the MR head changes abruptly with the drastic change in the MR head resistance. This phenomenon is called thermal asperity (TA) phenomenon.
도 5a는 상기 TA 현상의 특성을 나타낸다. 도시된 바와 같이 TA 현상의 발생시에 MR 헤드 저항의 변화는 전압 레벨의 변동으로 표현된다. 도 5b는 열 급변에 의해 교란되지 않은 정상적인 데이터에 대응하는 읽기 신호의 파형을 나타낸다. 도 5c는 열 급변 현상이 발생하였을 때에 얻어진 읽기 신호의 파형을 나타낸다.5A shows the characteristics of the TA phenomenon. As shown, the change in MR head resistance at the time of occurrence of the TA phenomenon is expressed as a change in voltage level. 5B shows the waveform of the read signal corresponding to normal data that is not disturbed by thermal abrupt change. Fig. 5C shows the waveform of the read signal obtained when the thermal sudden change occurred.
열 급변(TA) 현상에 관하여는 "IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETS Vol. 27. No. 6, November 1991(MAGNETIC RECORDING CHANNEL FRONT-ENDS by K. B. Klaassen)"에 개시된 바를 참조할 수 있다.As for the phenomenon of thermal abrupt change (TA), reference may be made to "IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETS Vol. 27. No. 6, November 1991 (MAGNETIC RECORDING CHANNEL FRONT-ENDS by K. B. Klaassen)".
TA 현상이 발생하면, 도 5c에 도시된 바와 같이 TA에 기인하는 비정상적인 진폭을 가진 읽기 신호가 HDD의 데이터 재생 시스템으로 입력된다. 읽기 신호의 진폭이 상기와 같이 상당히 크게 변하므로, 데이터 재생 시스템은 읽기 신호의 진폭이 정상적인 레벨로 되돌아올 때까지 데이터를 재생할 수 없게 된다. 더구나, 데이터 재생 시스템 부분 중에서, 읽기 신호의 레벨이 작으면 증폭도를 높이고 읽기 신호의 레벨이 크면 증폭도를 낮추므로 읽기 신호의 레벨을 일정하게 유지하기 위한 AGC(Auto Gain Control) 회로는 상기 비정상적인 읽기 신호의 영향에 의해 과도한 동작을 하게 될 수 있다. 그 결과 MR 헤드의 출력 레벨이 정상치로 돌아가더라도 AGC 회로의 출력은 상기 신호 진폭의 급격한 변화가 이루어지는 시간에 따른 얼마간의 시간 구간 동안에 정상적으로 회복될 수 없게 된다.When the TA phenomenon occurs, as shown in Fig. 5C, a read signal having an abnormal amplitude due to the TA is input to the data reproducing system of the HDD. Since the amplitude of the read signal varies significantly as described above, the data reproducing system cannot reproduce the data until the amplitude of the read signal returns to its normal level. Moreover, in the data reproducing system portion, an AGC (Auto Gain Control) circuit for maintaining a constant level of the read signal is increased by increasing the amplification degree when the level of the read signal is small and lowering the level when the level of the read signal is large. Excessive operation may be caused by the influence of. As a result, even if the output level of the MR head returns to the normal value, the output of the AGC circuit cannot be normally restored during some time interval according to the time when the sudden change of the signal amplitude is made.
이러한 문제들을 해결하기 위하여, MR 헤드로부터 출력되는 읽기 신호의 DC 레벨의 변화를 검출하고, 반대 위상의 신호 파형을 더하므로 읽기 신호의 레벨을 변화시켜 동일하게 보상하는 방법이 제안되었다. MR 헤드에서 TA 현상이 발생하면, 열 방사 및 온도 의 급격한 증가에 의해 읽기 신호의 진폭은 도 5c에 도시된 바와 같이 포락선을 따라 변하게 된다. 신호 파형의 포락선을 검출하기 위한 DC 레벨 검출 회로는 TA 검출 회로로 사용될 수 있다. 이러한 TA 검출 회로는 일반적으로 HDD의 데이터 재생 시스템 내의 헤드 증폭 회로에 채용된다.In order to solve these problems, a method of detecting a change in the DC level of the read signal output from the MR head and adding a signal waveform of opposite phase has been proposed to compensate the same by changing the level of the read signal. When the TA phenomenon occurs in the MR head, the amplitude of the read signal is changed along the envelope as shown in FIG. 5C due to the heat radiation and the rapid increase in temperature. The DC level detection circuit for detecting the envelope of the signal waveform can be used as the TA detection circuit. Such a TA detection circuit is generally employed in a head amplifying circuit in a data reproducing system of an HDD.
상기한 바와 같이, MR 헤드를 사용하는 HDD에서, MR 헤드가 돌출부위(디스크 면 자체 일부분 또는 이에 묻은 극소 입자)와 충돌할 때에 일어나는 열 급변(TA) 현상은 발생 가능성이 크다. TA 현상은 MR 헤드로부터 출력된 읽기 신호 파형의 비정상적 변화를 일으키고, 그 결과 데이터 재생 중에 읽기 에러가 일어날 가능성이 커진다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 방법이 제안되었다. 그런데, 상기한 방법은 DC 레벨 검출 회로(즉, TA 검출 회로)와, 반대 위상 신호를 가하기 위한 DC 제거 회로를 필요로 하였다. 더구나 상기의 방법은 읽기 신호의 DC 레벨이 급격히 변하여 신호 구성 밴드(signal component band)에 도달하게 되면, 충분한 DC 제거가 수행될 수 없게 된다.As described above, in an HDD using an MR head, a thermal abrupt change (TA) phenomenon that occurs when the MR head collides with a protrusion (a part of the disk surface itself or tiny particles adhered to it) is likely to occur. The TA phenomenon causes an abnormal change in the read signal waveform output from the MR head, and as a result, the possibility of a read error during data reproduction increases. The above method has been proposed to solve this problem. However, the above method required a DC level detection circuit (i.e., a TA detection circuit) and a DC cancellation circuit for applying an opposite phase signal. Moreover, in the above method, when the DC level of the read signal changes rapidly and reaches a signal component band, sufficient DC rejection cannot be performed.
따라서 본 발명의 목적은 하드 디스크 드라이브에서 열 급변 현상에 의해 발생한 읽기 신호의 에러를 보정하기 위한 MR 헤드 및 그 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an MR head and a method thereof for correcting an error of a read signal caused by a sudden change in a hard disk drive.
본 발명의 다른 목적은 하드 디스크 드라이브에서 읽기 신호의 파형 분석을 행하지 않으며, 간단한 구성으로 열 급변 현상에 의해 발생한 읽기 신호의 에러를 보정하기 위한 MR 헤드 및 그 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an MR head and a method for compensating an error of a read signal caused by a sudden change in heat, without performing waveform analysis of a read signal in a hard disk drive.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하드 디스크 드라이브의 열 급변 현상에 의해 발생한 읽기 신호의 에러를 보정하기 위한 엠알 헤드에 있어서, 엠알 헤드의 미리 설정된 일부분에 형성되며 온도에 따라 저항이 커지는 재질의 열급변 보상용 소자와, 상기 열급변 보상용 소자의 저항과 미리 설정된 저항에 의해 분압된 전압을 출력하는 감지 전압원과, 상기 감지 전압원의 출력 전압 레벨에 대응하는 감지 전류를 엠알 소자로 출력하여 데이터 재생 시스템이 감지 전류를 통한 엠알 소자의 저항 변화를 읽기 신호에 대응하는 전압 신호로 변환토록 하는 감지 전류원을 가짐을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an MR head for correcting an error of a read signal caused by a sudden change in heat of a hard disk drive, wherein the MR head is formed in a predetermined portion of the MR head and has a resistance that increases with temperature. A thermostat compensation element, a sensed voltage source for outputting a voltage divided by a resistance and a predetermined resistance of the thermostat compensation element, and a sense current corresponding to the output voltage level of the sensed voltage source to the MR element to output data. And a regeneration system having a sense current source for converting the resistance change of the MR element through the sense current into a voltage signal corresponding to the read signal.
도 1은 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브 주요부의 개략적인 블록 구성도1 is a schematic block diagram of a main part of a hard disk drive to which the present invention is applied.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기/쓰기 헤드 어셈블리를 나타내는 부분 절단 사시 개략도2 is a partially cutaway perspective view illustrating a read / write head assembly in accordance with one embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 읽기/쓰기 헤드의 종단면 개략도3 is a longitudinal cross-sectional schematic of the read / write head of FIG.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 급변 현상에 의한 읽기 신호 에러 보정의 원리를 나타내는 회로도4 is a circuit diagram illustrating a principle of a read signal error correction caused by a sudden change in temperature according to an embodiment of the present invention.
도 5a, 5b, 5c는 열 급변 현상 및 MR 헤드에서 열 급변 현상이 발생할 경우의 읽기 신호의 출력 파형을 설명하기 위한 신호 파형도5A, 5B, and 5C are signal waveform diagrams for explaining an output waveform of a read signal when a thermal sudden phenomenon and a thermal sudden phenomenon occur in the MR head.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, specific details such as specific components are shown, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and it is understood that these specific details may be changed or changed within the scope of the present invention. It is self-evident to those of ordinary knowledge in Esau.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명이 적용되는 HDD에 대하여 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명이 적용되는 HDD 주요부의 개략적인 전체 블록 구성도이다. 상기 HDD는 읽기 헤드로 사용되는 MR 헤드(2)와 MR 헤드(2)와 결합하여 쓰기 헤드로 사용되는 유도성(inductive) 헤드(3)로 구성되는 기록/재생 분리된 형태의 헤드(1)를 포함한다. 헤드(1)는 디스크로부터 또는 디스크 상에 데이터 읽기 또는 쓰기를 할 때에 디스크(4) 상을 비행하는 헤드 슬라이더를 갖는다.First, the HDD to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. 1. 1 is a schematic overall block diagram of an HDD main part to which the present invention is applied. The HDD has a recording / playback separated type head 1 composed of an MR head 2 used as a read head and an inductive head 3 used as a write head in combination with the MR head 2. It includes. The head 1 has a head slider flying over the disk 4 when reading or writing data to or from the disk.
헤드(1)는 헤드 포지셔닝 장치(head positioning mechanism)(5)에 의해 기록 매체인 디스크의 방사선 방향으로 이동되어 목표 위치(액서스될 트랙 상)에 놓여지게 된다. 단일 디스크 또는 다수개의 디스크는 스핀들모터(spindle motor)(6)에 부착되어 미리 설정된 고속으로 회전된다. 스핀들모터(6)는 모터구동부(7)에 의해 구동된다. 이하 설명의 편의를 위해 단일 디스크(4)와 두 개의 헤드(1)가 사용되는 HDD를 예를 들어 설명한다. 하나의 헤드(1)는 디스크(4)의 일 면을 마주보며 위치하고, 다른 헤드는 디스크(4)의 다른 면에 대응되게 위치한다.The head 1 is moved by the head positioning mechanism 5 in the radial direction of the disk as a recording medium and placed at the target position (on the track to be accessed). A single disk or a plurality of disks are attached to a spindle motor 6 and rotated at a preset high speed. The spindle motor 6 is driven by the motor driver 7. For convenience of explanation, the following describes an HDD in which a single disk 4 and two heads 1 are used as an example. One head 1 is located facing one side of the disk 4, and the other head is located corresponding to the other side of the disk 4.
디스크(4)는 데이터가 기록되는 데이터 영역(4a)과 내부면에 위치한 CSS(Contact Start Stop) 영역(4b)을 갖는다. 상기 CSS 영역(4b)은 비-데이터(non-data) 영역으로서, HDD가 동작하지 않는 동안에 헤드(1)가 물러나와 접촉되어 위치하는 영역이다.The disc 4 has a data area 4a in which data is recorded and a contact start stop (CSS) area 4b located on its inner surface. The CSS region 4b is a non-data region in which the head 1 is placed in contact with the back while the HDD is not operating.
헤드 포지셔닝 장치(5)는 헤드(1)의 이동 및 지지를 위한 액추에이터와 액추에이터를 구동하기 위한 보이스 코일 모터(voice coil motor)를 구비한 서보(servo) 장치이다. 헤드 포지셔닝 장치(5)는 HDD의 주 제어부인 CPU(11)에 의해 제어되어, 헤드(1)를 디스크(4) 상의 목표 위치로 이동시킨다.The head positioning device 5 is a servo device having an actuator for movement and support of the head 1 and a voice coil motor for driving the actuator. The head positioning device 5 is controlled by the CPU 11, which is the main control unit of the HDD, to move the head 1 to the target position on the disk 4.
HDD의 데이터 재생 시스템은 헤드 증폭회로(8)와, 읽기 채널(9)과, 디스크 제어기(HDC)(10)를 구비한다. 헤드 증폭회로(8)는 MR 헤드(2)로부터 출력되는 읽기 신호를 증폭하여 읽기 채널(9)로 출력한다.The data reproducing system of the HDD includes a head amplifying circuit 8, a read channel 9, and a disk controller (HDC) 10. The head amplifying circuit 8 amplifies the read signal output from the MR head 2 and outputs it to the read channel 9.
읽기 채널(9)은 MR 헤드(2)에 의해 출력되는 읽기 신호로부터 데이터를 재생(복원)하는 신호 처리 회로이다. 예를 들어, 상기 읽기 채널(9)은 PRML(Partial Response Maximum Likehood) 시스템을 채용한 신호 처리 회로일 수 있다. 읽기 채널(9)은 재생 데이터(즉, 복호화된 NRZ 시스템 데이터)를 디스크 제어기(HDC)(10)로 제공한다.The read channel 9 is a signal processing circuit that reproduces (restores) data from a read signal output by the MR head 2. For example, the read channel 9 may be a signal processing circuit employing a Partial Response Maximum Likehood (PRML) system. The read channel 9 provides reproduction data (i.e., decoded NRZ system data) to the disk controller (HDC) 10.
HDC(10)은 호스트 컴퓨터와 HDD를 인터페이스하는 기능과 데이터를 제어하는 기능을 가진다. 특히 HDC(10)은 기록/재생 데이터의 전송 제어, (어드레스 변경을 포함한) 명령 처리, 읽기 신호의 에러 체크 처리 등과 같은 다양한 형태의 제어 동작을 수행한다.The HDC 10 has a function of interfacing a host computer with an HDD and a function of controlling data. In particular, the HDC 10 performs various types of control operations such as transmission control of recording / reproducing data, command processing (including address change), error check processing of a read signal, and the like.
HDD의 주 제어부인 CPU(11)는 제어회로(제어 신호를 출력하는 게이트 어레이로 구성된 제어 회로 인터페이스)(12)를 통해 일반적으로 헤드 포지셔닝 장치(5)의 보이스 코일 모터나 모터 구동부(7)의 구동 제어 동작을 수행한다. 제어 회로(12)는 읽기 채널(9)로부터 헤드 포지셔닝 장치(5)의 구동 제어를 위한 필요 서보 정보를 제공받아 상기 정보를 CPU(11)로 출력한다. 메모리부(13)는 CPU(11)에 의해 제어되는 랜덤 억세스 메모리이다.The CPU 11, which is the main control unit of the HDD, is generally connected to the voice coil motor of the head positioning device 5 or the motor drive unit 7 through a control circuit (control circuit interface composed of a gate array for outputting control signals). Perform drive control operation. The control circuit 12 receives the necessary servo information for driving control of the head positioning device 5 from the read channel 9 and outputs the information to the CPU 11. The memory unit 13 is a random access memory controlled by the CPU 11.
상기와 같은 HDD에서 이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드(1)에 관하여 설명하기로 한다.With reference to the accompanying drawings in the HDD as described above will be described with respect to the head 1 according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 읽기/쓰기 헤드 어셈블리를 나타내는 부분 절단 사시 개략도이며, 도 3은 도 2의 읽기/쓰기 헤드의 종단면 개락도이다. 도 2, 도 3은 제1폴(pole)(P1)과 제2 자기 쉴드(shield)(S2)(22) 층을 가진 유도 부분을 포함하는 읽기/쓰기 헤드(1)를 나타낸다. 제1폴과 제2쉴드(이하 "폴/쉴드"라 칭함)(22)는 일정한 두께의 단일 단일층으로 형성된다. 전기 인출선(lead)(24)을 가진 MR 센서 읽기 소자(26)는 MR 헤드의 주요부로서 폴/쉴드(22) 구조면 하부 아래에 위치한다. 제1쉴드(S1)(28)는 상기 MR 소자(28) 아래에 형성된다. 이러한 구조는 예를 들어, 미합중국 특허번호 제4,803,580호에 개시된 MR 헤드 구조의 일 예이며, 이외에도 여러 가지 변형, 개량된 구조가 있을 수 있다. 상기 제1폴(P1) 층의 윗면은 제2폴(P2)(30)의 밑면과 이격되어 위치된다. 상기 제2폴(18)은 쓰기 필드의 가장자리 범위를 규정한다. 상기에서 MR 소자(26)의 하부에는 본원 발명의 특징에 따라 열급변(TA) 보상용 소자(27) 층이 제공된다.2 is a partially cutaway perspective view illustrating a read / write head assembly according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the read / write head of FIG. 2. 2 and 3 show a read / write head 1 comprising an inductive portion with a first pole P1 and a second magnetic shield S2 22 layer. The first pole and the second shield (hereinafter referred to as "pole / shield") 22 are formed of a single monolayer of constant thickness. An MR sensor reading element 26 with an electrical lead 24 is located below the structure of the pole / shield 22 as a major part of the MR head. The first shield S1 28 is formed under the MR element 28. Such a structure is an example of the MR head structure disclosed in, for example, US Pat. No. 4,803,580, and there may be various modifications and improvements. An upper surface of the first pole P1 layer is spaced apart from a bottom surface of the second pole P2 30. The second pole 18 defines the edge range of the write field. Above the MR element 26 is provided with a layer of thermostage (TA) compensation element 27 according to the features of the present invention.
보다 상세히 설명하면, 헤드(1)는 기본적으로 예를 들어 알루미나-티타늄-카바이드(alumina-titanium-carbide)의 구성과 같은 절연 물질의 기판(32) 상에 만들어진다. 퍼멀로이(PERMALLOY)와 같은 연자성층(soft magnetic layer)의 제1쉴드(28)가 증착(evaporation), 스퍼터링(sputtering) 또는 도금 등과 같은 방식에 의해 상기 비자성 기판(32) 위에 형성된다. 이후 Al2O3와 같은 비자성체로 이루어진 제1절연층(34A)이 읽기 갭(gap)을 형성하며 상기 연자성층(84)의 제1쉴드(28) 위에 놓여진다. 그후 본원 발명에 따른 TA 보상용 소자(27) 층과 결합한 MR 소자(26) 층이 상기 제1절연층(34A) 상에 놓여진다. 이후 FeMn과 같은 바이어싱 제재가 놓여진다.In more detail, the head 1 is basically made on a substrate 32 of insulating material, such as for example alumina-titanium-carbide. A first shield 28 of soft magnetic layer, such as PERMALLOY, is formed on the nonmagnetic substrate 32 by a method such as evaporation, sputtering or plating. Then, a first insulating layer 34A made of a nonmagnetic material such as Al 2 O 3 forms a read gap and is placed on the first shield 28 of the soft magnetic layer 84. A layer of MR elements 26 combined with the layer of TA compensation elements 27 according to the invention is then placed on the first insulating layer 34A. Subsequently, a biasing material such as FeMn is placed.
여기에서 헤드(10)의 자체를 지지하는 에어 베어링 슬라이더의 에어 베어링 면(ABS) 부근에 MR 소자(26) 및 인출선(27)이 포토리소그래피(photolithography)나 에칭(etching) 기법에 의해 형성된다. 이때에는 전기 접점이 구비되고, 상기 전기 접점은 감지 전류원과 전압 감지 수단에 결합된 MR 소자(27)의 마주보는 단부들을 서로 연결하는 접속 형태로 형성된다. 전기 인출선들과 바이어스 제재는 동시에 형성될 수 있다.Here, the MR element 26 and the leader line 27 are formed by photolithography or etching technique near the air bearing surface ABS of the air bearing slider that supports the head 10 itself. . In this case, an electrical contact is provided, and the electrical contact is formed in the form of a connection connecting the opposite ends of the MR element 27 coupled to the sensing current source and the voltage sensing means to each other. The lead wires and the bias material may be formed at the same time.
Al2O3의 제2절연층(34B)은 MR 소자(26)위에 놓여져서 읽기 갭을 완성한다. 다음으로 퍼멀로이와 같은 연자성체로 구성될 수 있는 읽기/쓰기 폴/쉴드(22) 구조가 증착, 스퍼터링, 도금 또는 다른 적절한 수단에 의해 상기 제2 알루미나 절연층(34B)상에 형성된다. Al2O3의 제3절연층(35)은 쓰기 변환 갭을 형성하기에 충분한 두께로 상기 폴/쉴드(22) 구조 위에 놓여진다. 다음으로 구리나 다른 적절한 제재로 이루어져 적당한 횟수로 감겨진 유도 코일(36)이 절연체 층(38, 39)사이에 삽입된 형태로 놓여진다. 상기 유도 코일(36)은 열경화된 포토레지스트(hard baked photoresist)로 이루어질 수 있다.The second insulating layer 34B of Al 2 O 3 is placed on the MR element 26 to complete the read gap. Next, a read / write pole / shield 22 structure, which may be composed of a soft magnetic material such as permalloy, is formed on the second alumina insulating layer 34B by deposition, sputtering, plating or other suitable means. A third insulating layer 35 of Al 2 O 3 is placed over the pole / shield 22 structure to a thickness sufficient to form a write conversion gap. Next, an induction coil 36 made of copper or other suitable material and wound the proper number of times is placed in the form of being inserted between the insulator layers 38, 39. The induction coil 36 may be made of a hard baked photoresist.
퍼멀로이의 쓰기 폴, 즉 제2폴(30)은 다음으로 상기 절연체(39) 위에 형성된다. 도 2에 점선으로 도시한 바와같이 제2폴(30)은 연속된 자기 회로를 형성하기 위해 후 종단부(31)에서 제1폴(22)과 접촉한다. 마지막으로 절연 보호 코팅(도시하지 않음)이 상기 제2폴(30) 상에 형성된다.The permalloy write pole, ie the second pole 30, is then formed on the insulator 39. As shown by the dotted lines in FIG. 2, the second pole 30 contacts the first pole 22 at the rear end 31 to form a continuous magnetic circuit. Finally, an insulating protective coating (not shown) is formed on the second pole 30.
MR 읽기 갭(34A, 34B)은 일반적으로 1미크론 이하이며, 쓰기 갭(100) 역시 일반적으로 1미크론 이하이다.MR read gaps 34A and 34B are generally less than 1 micron, and write gap 100 is also generally less than 1 micron.
도 3에서 일점쇄선의 원(A)으로 나타낸 부분은 MR 소자(26) 및 본 발명의 특징에 따른 TA 보상용 소자(27)의 확대 층 구조도이다. 상기 TA 보상용 소자(27)는 온도에 따라 저항이 커지는 재질로 이루어져서, TA 현상의 발생시 저항이 커지도록 구성된다. 도면을 참조하면, 상기 TA 보상용 소자(27)는 주요 구성요소로서 퍼멀로이와 같은 연자성층(27b)을 갖는다. 상기 연자성층(27b)은 Al2O3등으로 이루어질 수 있는 절연층(27a)을 사이에 두고 상기 MR 소자(26)의 아래에 형성된다. 또한 상기 연자성층(27b)의 아래에는 PtMn 등과 같은 반강자성체(anti-ferro-magnetic material)로 이루어진 반강자성층(27c)이 형성된다.3 is an enlarged layer structure diagram of the MR element 26 and the TA compensating element 27 according to the characteristics of the present invention. The TA compensating element 27 is made of a material whose resistance increases with temperature, and is configured to increase the resistance when a TA phenomenon occurs. Referring to the drawings, the TA compensator 27 has a soft magnetic layer 27b such as permalloy as a main component. The soft magnetic layer 27b is formed under the MR element 26 with an insulating layer 27a interposed between Al 2 O 3 and the like. In addition, an antiferromagnetic layer 27c made of an anti-ferro-magnetic material such as PtMn is formed under the soft magnetic layer 27b.
상기와 같이 구성되는 TA 보상용 소자(27)에서 상기 연자성층(27b)은 TA 현상의 발생시에 저항이 증가된다. 상기 반강자성층(27c)은 디스크(4)의 데이터 영역으로부터 자기장을 차단하여 상기 연자성층(27b)의 자기장의 영향에 의한 저항 변화를 방지한다. 따라서 상기 연자성층(27b)은 순수하게 TA 현상에 의한 온도의 변화에 따라서 저항이 변화한다.In the TA compensation element 27 configured as described above, the soft magnetic layer 27b has an increased resistance when a TA phenomenon occurs. The antiferromagnetic layer 27c blocks a magnetic field from the data area of the disk 4 to prevent a change in resistance due to the influence of the magnetic field of the soft magnetic layer 27b. Therefore, the soft magnetic layer 27b changes its resistance purely according to the change in temperature caused by the TA phenomenon.
상기와 같이 구성되는 TA 보상용 소자(27)를 이용하여 TA 현상에 의한 읽기 신호의 에러를 보상하는 방식을 이하 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.A method of compensating for an error of a read signal due to a TA phenomenon by using the TA compensator 27 configured as described above will be described with reference to FIG. 4.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 급변 현상에 의한 읽기 신호 에러 보정의 원리를 나타내는 회로도이다. 도 4에는 디스크 상에 자화되어 기록된 데이터를 재생할 때에 MR 소자의 저항 변화를 감지하기 위한 감지용 전류를 제공하는 감지 전류원(44) 및 감지 전압원(42)과, 본 발명에 특징에 따른 MR 헤드 내부 저항성분(40)이 도시되어 있다.4 is a circuit diagram illustrating a principle of a read signal error correction caused by a sudden change in temperature according to an embodiment of the present invention. 4 shows a sensing current source 44 and a sensing voltage source 42 which provide a sensing current for sensing the resistance change of the MR element when reproducing the magnetized and recorded data on the disc, and the MR head according to the present invention. Internal resistance component 40 is shown.
상기 감지 전압원(42)에서 적절히 설정된 감지 전압(Vr)이 상기 감지 전류원(44)에 제공되며, 전류원(44)은 상기 감지 전압(Vr)의 레벨에 대응하는 전류량를 가지는 감지 전류(Ir)를 MR 소자로 출력하게 된다.A sensing voltage Vr appropriately set in the sensing voltage source 42 is provided to the sensing current source 44, and the current source 44 MR sense current Ir having a current amount corresponding to the level of the sensing voltage Vr. Output to the device.
상기 MR 헤드 내부의 저항성분(40)에는 MR 소자 자체의 저항성분(MR)과, 매체 즉, 디스크에 자화되어 기록된 데이터에 따른 자기장의 변화에 따라 MR 소자 특성상 변화하는 저항성분(MM) 및 TA 현상에 의한 변화하는 저항성분(TAα)이 포함된다.The resistive component 40 inside the MR head includes a resistive component MR of the MR element itself, and a resistive component MM that changes in the characteristic of the MR element according to a change in the magnetic field according to the data, which is magnetized and recorded on a medium, ie, a disc, and The resistance component TAα which changes due to the TA phenomenon is included.
HDD의 데이터 재생 시스템에서 헤드 증폭회로(8)는 전류원(44)에서 제공되는 감지 전류(Ir)를 통해 상기 각 MR 헤드 내부의 저항성분(MR, MM, TAα)의 저항 변화를 읽기 신호에 대응하는 전압 신호로 변환한다. TA 현상을 고려치 않는다면, 즉 상기 TA 현상에 의한 저항성분(TAα)이 "0"인 경우에는 상기 감지 전류(Ir)의 전류량이 일정할 때에 상기 저항 변화에 따른 읽기 신호의 재생은 에러없이 정확하게 이루어질 수 있을 것이다. 그런데, TA 현상의 발생시에는 TA 현상의 의한 저항성분(TAα)의 저항치가 증가하여 결국 데이터 재생 시스템에서 읽기 신호의 전압 레벨이 높아지는 에러가 발생하게 되는 것이다.In the HDD data reproducing system, the head amplifying circuit 8 responds to the read signal by changing the resistance of the resistance components MR, MM, and TAα inside the respective MR heads through the sense current Ir provided from the current source 44. Convert to a voltage signal. If the TA phenomenon is not taken into consideration, i.e., when the resistance component TAα caused by the TA phenomenon is "0", the reproduction of the read signal according to the resistance change is accurate without error when the current amount of the sensing current Ir is constant. Could be done. However, when the TA phenomenon occurs, the resistance value of the resistance component TAα due to the TA phenomenon increases, resulting in an error that the voltage level of the read signal increases in the data reproducing system.
그러므로, TA 현상의 발생시에 TA 현상에 의한 저항 성분(TAα)의 크기에 대응되게 상기 감지 전류(Ir)의 전류량을 적절히 감소시킨다면, 상기 TA 현상에 의한 저항성분(TAα)에 의한 상기 읽기 신호의 전압 레벨의 증가치와 감지 전류(Ir)의 전류량이 감소됨에 의한 상기 읽기 신호의 전압 레벨의 감소치가 서로 적절히 상쇄될 수 있을 것이다.Therefore, if the amount of current of the sensing current Ir is appropriately reduced to correspond to the magnitude of the resistance component TAα caused by the TA phenomenon at the time of occurrence of the TA phenomenon, the read signal of the read signal by the resistance component TAα caused by the TA phenomenon The increase of the voltage level and the decrease of the voltage level of the read signal due to the decrease in the amount of current of the sensing current Ir may be properly canceled with each other.
따라서 본 발명에서는 상기 TA 보상용 소자(27)와 감지 전압원(42)을 연결하여, 도 4에 도시된 바와 같이, TA 보상용 소자(27)의 저항성분(TAβ)과 감지 전압원(42)의 미리 설정된 고정 저항(K)과의 분압된 전압이 감지 전압(Vr)으로서 상기 전류원(44)에 제공되도록 한다. 즉, 미리 설정된 고정 저항(K)의 양단에 걸리는 전압을 상기 전류원(44)에 상기 감지 전압(Vr)으로서 제공한다.Therefore, in the present invention, the TA compensating element 27 and the sensing voltage source 42 are connected to each other, and as shown in FIG. 4, the resistive component TAβ and the sensing voltage source 42 of the TA compensating element 27 are separated. The divided voltage with the predetermined fixed resistor K is provided to the current source 44 as the sense voltage Vr. That is, the voltage across the predetermined fixed resistor K is provided to the current source 44 as the sensing voltage Vr.
상기와 같이 구성되므로, MR 헤드가 디스크 상의 돌출부위와 충돌하여 TA 현상이 발생할 경우에, MR 소자의 TA 현상에 의한 저항성분(TAα)의 저항치가 증가함과 더불어, TA 보상용 소자의 저항성분(TAβ)의 저항치가 증가하여, 감지 전류(Ir)바이어스 전류원(44)의 전류량의 소스인 감지 전압(Vr)을 줄여준다. 따라서 감지 전류(Ir)가 적게 흐르게 되어 상기 TA 현상에 의한 저항성분(TAα)의 증가에 따른 출력 전압의 에러치를 보상하게 된다.Since the MR head collides with the protruding portion on the disk and the TA phenomenon occurs, the resistance value of the resistance component TAα due to the TA phenomenon of the MR element increases, and the resistance component of the TA compensation element ( The resistance value of TAβ is increased to reduce the sensing voltage Vr which is the source of the current amount of the sense current Ir bias bias current source 44. Accordingly, the sensing current Ir flows less, thereby compensating for the error value of the output voltage due to the increase in the resistance component TAα caused by the TA phenomenon.
상기와 같은 구성 및 동작에 의해 본 발명의 특징에 따른 열 급변 현상에 의한 읽기 신호 에러 보정용 MR 헤드가 제공될 수 있다.By the above-described configuration and operation, an MR head for correcting a read signal error due to a thermal abrupt phenomenon according to a feature of the present invention may be provided.
한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 특히 상기의 설명에서는 TA 보상용 소자를 MR 소자의 인접된 하부 위치에 형성하였으나, 이는 MR 소자에 작용하는 온도의 영향과 비교적 근접한 영향을 본 발명의 TA 보상용 소자에 주고자 함이며, 상기 TA 보상용 소자는 이 외에도 MR 소자의 측면이나 또는 인접한 다른 에어 베어링 면에 적절히 형성될 수다.Meanwhile, in the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. In particular, in the above description, the TA compensating element is formed at an adjacent lower position of the MR element, but this is intended to give the TA compensating element of the present invention a relatively close effect to the effect of temperature acting on the MR element. In addition, the compensating element may be appropriately formed on the side of the MR element or on another adjacent air bearing surface.
또한 상기의 설명에서는 본 발명을 일반적인 MR 헤드에 적용하여 설명하였으나 본 발명은 이 외에도 GMR 등에도 적용될 수 있다.In addition, the above description has been made by applying the present invention to a general MR head, but the present invention may be applied to GMR and the like.
따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구의 범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but by the equivalents of the claims and claims.
상기한 바와 같이 본 발명은 MR 헤드에 있어서, MR 헤드의 미리 설정된 일부분에 형성되며 온도에 따라 저항이 커지는 재질의 TA 보상용 소자와, 상기 TA 보상용 소자의 저항과 미리 설정된 저항에 의해 분압된 전압을 출력하는 감지 전압원과, 상기 감지 전압원의 출력 전압 레벨에 대응하는 감지 전류를 MR 소자로 출력하여 데이터 재생 시스템이 감지 전류를 통한 MR 소자의 저항 변화를 읽기 신호에 대응하는 전압 레벨로 인식토록 하는 감지 전류원을 가지므로, TA 현상의 발생시 상기 감지 전류의 양을 줄여주므로 TA 현상에 의해 발생한 읽기 신호의 에러를 보정할 수 있다.As described above, in the MR head, the TA head is formed on a predetermined portion of the MR head and is divided by a TA compensation element made of a material whose resistance increases with temperature and a resistance and a predetermined resistance of the TA compensation element. A sensing voltage source for outputting a voltage and a sensing current corresponding to the output voltage level of the sensing voltage source are output to the MR element so that the data reproducing system recognizes the resistance change of the MR element through the sense current as the voltage level corresponding to the read signal. Since the sensing current source is reduced, the amount of the sensing current is reduced when the TA phenomenon occurs, thereby correcting an error of the read signal generated by the TA phenomenon.
특히 본 발명에서는 TA 현상을 보상하기 위해 읽기 신호의 파형 분석을 위한 여러 회로 구성 등이 필요치 않으며, MR 헤드 자체에서 읽기 신호를 보상하여 출력하므로, 간단한 구성으로 TA 현상에 의해 발생한 읽기 신호의 에러를 보정할 수 있다.In particular, in the present invention, various circuit configurations for waveform analysis of the read signal are not required to compensate for the TA phenomenon, and since the MR head itself compensates the read signal and outputs the read signal, the error of the read signal generated by the TA phenomenon is simplified. You can correct it.
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- 1999-03-09 KR KR1019990007670A patent/KR100285433B1/en not_active IP Right Cessation
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20061221 Year of fee payment: 7 |
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