KR20020034869A - 해당 위치의 판독 헤드 저항에 기초한 압력 센서 - Google Patents

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Abstract

자성 저항(MR) 판독 헤드를 갖춘 자성 레코딩 디스크 드라이브 및 상기 MR 헤드로부터의 피드백 신호에 포함된 열저항 신호에 응답하는 동작 압력 논리 함수부를 포함하는 제어 유닛이 제공된다. 하드 디스크 드라이브 내의 공기의 열 전도도는 공기 압력에 의한 영향을 받는다. 하드 디스크의 MR 판독 헤드로부터 그 주변부로의 열 컨덕턴스의 변동은 MR 헤드의 온도에 영향을 끼치며, 따라서 MR 판독 헤드의 열저항에 영향을 끼친다. 열저항 신호에 기초하여, 상기 헤드의 온도가 판별될 수 있고, 이것은 MR 헤드 온도, 내부 압력 및 내부 동작 온도 간의 소정의 관계에 기초하여 압력을 판별하는 데 적용될 수 있다.

Description

해당 위치의 판독 헤드 저항에 기초한 압력 센서{IN-SITU PRESSURE SENSOR BASED ON READ HEAD RESISTANCE}
본 발명은 일반적으로 저장 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 하드 디스크 드라이브의 압력 검출에 관한 것이다.
하드 디스크 드라이브는 적어도 하나의 회전가능형 자성 디스크, 데이터를 읽고/읽거나 쓰기 위한 자성 레코딩 헤드, 디스크에 근접하여 상기 자성 레코딩 헤드를 지지하기 위한 슬라이더, 디스크에 대한 슬라이더를 탄성적으로 지지하고 바이어싱시키는 서스펜션 어셈블리(suspension assembly), 및 상기 디스크의 표면에서 상기 레코딩 헤드를 이동시키기 위해 상기 레코딩 헤드/실린더/서스펜션 어셈블리에 연결되는 위치 액츄에이터를 포함하는 자성 저장 장치이다. 종래의 자성 디스크 드라이브 중 몇몇에서는, 디스크가 자신의 동작 속도로 회전할 때 슬라이더가 디스크 표면 상의 공기 베어링 위에서 활강하게 된다. 공기 베어링은 하드 디스크 드라이브 내의 환경 압력의 영향을 받으며 동작 환경 상태에 따라서 다양해질 수 있다. 예를 들면, 랩탑 컴퓨터의 발전은 고압 및 저압 지역에서 컴퓨터 사용을 초래했다. 하드 디스크 드라이브는 압력, 온도, 습도 변화에 영향을 받는 상황 내에 위치할 수 있다. 저압에서는 슬라이더의 리프팅(lifting) 능력이 저하되며, 이는 헤드와 디스크 사이의 공기 베어링 높이를 감소시킨다. 이러한 동작은 하드 디스크 헤드의 파손 가능성을 증가시키고, 하드 디스크를 사용불능으로 만드는 치명적인 손상이 된다.
종래의 기술에서는 동작 환경 압력의 변경을 보상하는 방식으로 이를 해결하려 하였다. 하드 디스크 드라이브에 대한 환경 변화에서 기인하는 여러 파라미터의 변경을 감지하기 위해, 전형적으로, 분리 센서가 사용되어 왔다.
미국 특허 제 6,011,666 호에는 여러 환경 파라미터의 변경을 감지하기 위해 여러 센서를 사용하는 방법이 제시되어 있다. 검출된 정보는 탐색 동작을 수행하는 디스크의 회전 속도를 조정하고/조정하거나 헤드를 제어하는데 사용된다. 특허 제 6,067,203 호는, 환경 압력이 소정의 한계값에 도달할 때, 적절한 이산형 디스크 속도 중 하나로 하드 디스크의 회전 속도를 제어하기 위해, 하드 디스크 드라이브에서 동작 환경 압력 검출 전용 압력 센서를 사용하는 방법을 제시한다.
하드 디스크 드라이브에서 전용 환경 압력 센서를 사용하는 종래의 기술은 몇 가지의 단점이 있다. 상기 전용 환경 압력 센서는, 부품 비용을 증가시키고, 장착시 내부 공간을 차지하며, 부품의 동작불능 위험도를 증가시키며, 추가적인 전자회로를 요구한다. 따라서, 상술된 종래의 압력 센서를 사용하는 종래의 하드 디스크의 단점을 극복하는 압력 검출 기능을 갖춘 디스크 드라이브가 요구된다.
본 발명의 목적은, 상술된 종래의 압력 센서를 사용하는 종래의 하드 디스크의 단점을 극복하는 압력 검출 기능을 갖춘 디스크 드라이브를 제공하는 것이다.
도1은 압력 측정 개념을 도입한 자성 디스크 저장 시스템의 개략적인 구성도/블럭도.
도2는 본 발명을 도입한 시스템의 디스크에 관련된 거대 자성저항(GMR) 헤드의 구성을 나타내는 단면도.
도3은 다른 세 개의 내부 압력에서 GMR 헤드 온도 대 파일 베이스 온도의 그래프.
도4는 압력 센서를 이용한 압력 측정값과 본 발명에 따른 GMR 헤드의 열저항 특성 측정값 간의 상관관계를 나타내는 그래프.
<도면 주요부에 대한 부호의 설명>
22: 회전가능형 자성 디스크 24: 슬라이더
28: 서스펜션 어셈블리 30: 디스크 드라이브 모터
42: 액츄에이터 45: 하우징
46: 제어 유닛 48: 공기 베어링
60: MR 판독 헤드 84: 하드 디스크 드라이브
본 발명은, 자성 헤드의 열 특성의 변화를 밀폐된 저장 유닛 내의 동작 압력을 판별하는데 적용시킴으로써 종래 기술의 단점을 극복한다. 본 발명의 일 실시예에서, 자성저항(MR) 헤드의 열저항 특성에 기초하여 하드 디스크 드라이브의 내부압력이 측정된다. 소정의 동작 온도에서 압력은 헤드 온도에 의존적이며, MR헤드 온도, 내부 압력 및 내부 동작 온도 간에는 관련성이 존재한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 바람직한 실시예를 통해 기술될 것이다. 본 발명은 그 목적을 성취하기 위한 최상의 상황을 통해 기술되지만, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 다양한 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
도1은 본 발명을 구현하는 자성 디스크 저장 시스템의 개략적인 구성 블럭도를 나타낸다. 상기 자성 저장 시스템은, 축(26)으로 지지되고 디스크 드라이브 모터(30)에 의해 회전되는 적어도 하나의 회전가능형 자성 디스크(22), 및 디스크 표면(36)에서 상기 자성 디스크에 근접하여 위치하는 적어도 하나의 슬라이더(24)를 포함한다. 데이터는 집중형 데이터 트랙의 동심원 형태(도시되지 않음)로 각 디스크(22)에 저장된다. 각 슬라이더(24)는 하나 이상의 자성 헤드(34)를 포함하며 통합된 서스펜션 어셈블리(28)에 의해 포지셔너 암(positioner arm)(32)에 부착되어 있다. 각 포지셔너 암(32)는 액츄에이터(42) 수단에 부착되어 있다. 도1에 도시된 상기 액츄에이터 수단은 음성 코일 모터(voice coil motor: VCM)일 수 있다. 디스크(22)가 회전함에 따라, 액츄에이터(42)에 의해 슬라이더(24)가 디스크 표면을 따라 움직이도록 제어되면서, 슬라이더(24)가 희망 데이터가 레코딩되거나 기록되는 디스크 표면의 여러 영역을 액세스할 수 있게 된다. 상기 슬라이더(24)는 상기 회전 디스크 표면(36) 상에 매우 근접하여 움직이며, 자성 헤드(34)와 회전 디스크 표면(36) 사이의 공기 베어링(48) 상에서 활강한다. 상기 통합 서스펜션 어셈블리(28)은 슬라이더(24)를 디스크 표면(36)으로 바이어스시키는 소정의 탄성력을 제공하며, 회전 디스크 표면(36)에 관련된 슬라이더(24)의 롤 및 피치의 동작 뿐만 아니라 소정의 수직적인 유연성(flexibility)을 제어한다.
라인(50)은 헤드 온도를 나타내는 헤드(34) 열저항의 변화의 피드백을 제어 유닛(46)에 제공한다. 예를 들면 라인(38)의 드라이브 모터 신호, 헤드 위치 및 라인(44) 상의 탐색 제어 신호와 같은, 제어 유닛(46)이 생성하는 제어 신호에 의해 자성 디스크 저장 시스템의 여러 성분의 동작이 제어된다. 또한 상기 제어 유닛은, 후술되는 바와 같이, 헤드의 전도도에 기초하여 디스크 드라이브의 내부 기압을 판별한다. 레코딩 채널(40)에 의해 판독 및 기록 신호가 자성 헤드와 송수신된다. 상기 자성 디스크 저장 시스템의 모든 성분은 하우징(45)로 밀폐된다.
도2는 디스크(10), GMR 판독/기록 헤드(21), 및 슬라이더(13)의 일부의 단면도를 나타낸다. MR 헤드 기술은 높은 민감도 때문에 현재의 고밀도 트랙 하드 디스크 드라이브에서 사용되는 선호도 높은 판독/기록 헤드 기술 중 하나이다. 슬라이더(13)은, 박막 증착용 기판인 쉴드(62)를 따라 박막으로 형성된 기록 헤드(70) 및 MR 판독 헤드(60)을 포함한다. MR 판독 헤드(60)은 일반적으로 자성저항 재료의 스트립이라고 언급되며 쉴드(shield) 증착부(62)와 제2 쉴드(63) 사이에 위치한다. 기록 헤드(70)은 유도성 코일(73) 및 레코딩 갭(75)를 갖는다. 상기 레코딩 갭(75)는 폴 팁(76) 및 쉴드(63)에 의해 정의된다. MR 판독 헤드(61) 및 레코딩 갭(75)는 판독 및 기록을 위해 디스크 표면으로 향하는 방향성을 갖는다. 동작 중에는, 공기 베어링은 MR 판독/기록 헤드(21)과 디스크의 회전 표면(11) 사이에 위치한다.
MR 판독/기록 헤드의 일반적인 동작은, "disk drive with shock detectionbased on thermoresistive signal from magnetoresistive head"라는 제목의 미국 특허 제 5,777,815 호에 기술된 내용과 유사하며, 이는 본 발명의 참조문헌으로 이용된다. 일반적으로, MR 판독 헤드(60)의 저항은 디스크(10)에 레코딩된 데이터의 자계의 변화에 따라 변한다. 판독 헤드(60)의 저항 변화를 판별하는 상기 제어 유닛(46)에 의해 일정한 바이어스 전류가 인가된다.
MR 판독 헤드(60) 온도(Ts)는, MR 판독 헤드(60)에 인가되는 일정 바이어스 전류에 의해 유발되는 주울 가열(joule heating) 때문에, 하드 디스크 드라이브 내부의 동작 환경 온도(Ta)보다 높은 명목(nominal) 온도를 갖는다. 온도 Ts는 MR 판독 헤드(60)에서 소산되는 전력 및 MR 판독 헤드(60)에서 그 주변(상기 하드 디스크 드라이브 내부)으로 전도되는 열에 의해 판별된다. 하드 디스크 드라이브(84)의 압력은 MR 판독 헤드(60)에서 그 주변 공기로 전도되는 열 전도도에 영향을 끼친다. 상기 동작 환경 온도 Ta가 일정하게 유지될 때, MR 헤드 온도 Ts와 드라이브 하우징 내의 내부 기압(84) 사이에는 공기 열 전도도의 변화에서 기인하는 역 관계가 존재한다. 예를 들면, 소정의 동작 온도 Ts에서, 내부 기압84가 증가함에 따라 열 전도도가 증가하여 상기 MR 센서 온도 Ts가 감소될 것이다. 온도 Ts와 내부 기압 간의 관계는 정확하게 조정될 수 있다.
온도 Ts의 변동은 그에 상응하여 MR 판독 헤드(60) 저항의 변동을 초래하고, 이는 일정한 바이어스 전류에서 MR 판독 헤드(60)의 베이스라인 신호의 변조를 일으킨다. 자성저항 효과에서 기인하는 MR 판독 헤드(60)의 리드백(readback) 데이터 신호와는 달리, 상기 베이스라인 변조는 열저항 효과 때문이다. 따라서 MR 판독 헤드(60)의 신호는 자성저항 신호 및 열저항 신호를 둘 다 포함한다.
본 발명에 따라서, 하드 디스크 드라이브에서 내부 기압(84)를 검출하기 위해 MR 판독 헤드(60)의 상기 자성저항 신호가 사용된다. MR 판독 헤드(60)의 상기 열저항 신호는 라인(50)을 통해 제어기(46)의 동작 논리 함수부에 공급된다. 도1에 나타난 바와 같이, 제어 유닛(46)은 Ts또는 판독 헤드 열저항, 내부 압력 및 내부 동작 온도에 관련된 소정의 조정 데이터에 기초하여 내부 압력을 판별한다. 조정 데이터가 관련되는 방식에 따라서는, 상기 조정 데이터를 적용하기 이전에 열저항 신호에 기초하여 제어 유닛(46)이 최우선으로 온도 Ts를 판별할 수 있다.
다른 MR 판독 헤드(60)의 내부 압력 민감도의 변화를 파악(account for)하기 위해 다른 하드 드라이브에 대해 별개의 조정 데이터를 얻을 수 있다. 이러한 분리 조정값은 여러 내부 기압에서 대응하는 센서 온도 Ts및 동작 온도 Ta포함하며 이들은 제어 유닛(46)에 저장된다.
도3은 MR 판독 헤드 온도, 내부 동작 온도와 조정을 통해 얻어진 내부 압력 간의 관계를 나타낸다. 상기 내부 동작 온도는 가로축에 나타나며 MR 판독 헤드 온도(또는 대안적으로, MR 판독 헤드의 열저항과 같은 판독 헤드 온도를 나타내는 어떠한 신호라도 가능)는 세로축에 나타난다. 상기 MR 판독 헤드 온도는 상기 내부 동작 온도 이상인 온도이다. 선택된 세 압력에서 MR 판독 헤드 온도 대 동작 온도의 대응 방식이 도시되어 있다. 하드 드라이브 내부 압력은 실험 동안에 마노미터를 사용하여 세팅되었으며 각 데이터 포인트 열의 사선 뒤의 그래프에 레이블링되었다. 예를 들면, 한 데이터 포인트 그룹에서 내부 압력은 0.8로 세팅되었고 MR 헤드 온도 측정치는 약 43-47 ℃ 범위에서 내부 동작 온도용으로 레코딩되었다. 선형 감소도에 의해 최적 라인이 판별되며, 도시된 바와 같이 경사도가 0.46으로 계산되었다. 추가적인 두 개의 내부 압력 0.5 및 1.0에 대한 MR 헤드 온도가 그래프 상에 플로팅되었고 그 결과가 앞의 내부 압력과 유사한 관계로 나타나 있다. 이러한 결과에 기초하여 상기 그래프에 나타난 세 개 이상의 추가적인 내부 압력 값에 대한 관련값을 제공할 수 있다. 따라서, 내부 동작 온도를 알고 상기 열저항 신호를 판독하면 상기 내부 압력을 알 수 있다.
도4는 마노미터를 통한 압력 측정치와 MR 판독 헤드 열저항 신호 간의 상관 관계를 보여준다. 상기 열저항 신호는 등가인 압력값으로 변환되며, 하드 디스크 드라이브의 동작 온도를 일정하게 유지한 상태에서 약 300 분 동안 마노미터에서 대응하는 압력을 판독함으로써 추적된다. MR 판독 헤드 저항의 상대적 변화도 역시 그래프 상에 플로팅되며, 다음과 같은 비율로써 표현된다( ΔMRR은 MR 판독 헤드
베이스 저항 이상인 MR 판독 헤드 저항의 변화량임).
마노미터로부터의 압력 판독값은 약 12 KPa의 범위 내에서 연속적으로 MR 판독 헤드 저항의 변화를 따른다. 내부 동작 압력이 파악되면, MR 판독 헤드 저항 신호는 하드 디스크 드라이브의 내부 압력을 측정하는 데 사용될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 내부 동작 온도가 알려진 상태에서 열저항 신호로부터 내부 압력 정보를 알아내는 방법을 제공한다. MR 헤드가 디스크 표면 상에서 동작 중인지 혹은 랜딩(landing) 영역에 파킹되어 있는 지에 관계없이, 하드 디스크 드라이브의 내부 압력은 측정될 수 있다. MR 헤드가 파킹된 상태에서 상기 내부 압력을 측정하는 기능을 갖춤으로써, 공기 베어링 높이의 변화와 같은 문제점이, 하드 드라이브를 손상시킬 수 있는 MR 헤드와 디스크의 접촉 이전에 해결될 수 있다. 본 발명이 MR 헤드를 갖는 하드 드라이브를 참고로 하여 기술되었지만, 본 발명은 열저항을 측정할 수 있는 장치를 통해 내부 압력을 판별할 수 있는 다른 형태의 저장 유닛에도 적용될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조로 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정 및 개량이 가능함을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 내부 동작 온도가 알려진 상태에서 열저항 신호로부터 내부 압력 정보를 알아내는 방법을 제공한다. MR 헤드가 디스크 표면 상에서 동작 중인지 혹은 랜딩(landing) 영역에 파킹되어 있는 지에 관계없이, 하드 디스크 드라이브의 내부 압력은 측정될 수 있다. MR 헤드가 파킹된 상태에서 상기 내부 압력을 측정하는 기능을 갖춤으로써, 공기 베어링 높이의 변화와 같은 문제점이, 하드 드라이브를 손상시킬 수 있는 MR 헤드와 디스크의 접촉 이전에 해결될 수 있다.

Claims (14)

  1. 저장 장치에 있어서,
    내부 환경에서 동작하는 저장 매체와,
    상기 저장 매체를 움직이는 모터 드라이브와,
    상기 저장 매체에 액세스하기 위해 장착된 트랜스듀서와,
    상기 저장 장치가 동작하는 내부 환경의 압력을 나타내는 상기 트랜스듀서로부터의 온도 의존성 신호를 수신하기 위해 연결된 제어 유닛을 포함하되, 상기 제어 유닛은 상기 온도 의존성 신호에 기초하여 상기 압력을 판별하도록 구성되는
    저장 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 열저항 특성을 가지며,
    상기 온도 의존 신호는 상기 트랜스듀서의 열저항을 나타내며,
    상기 제어 유닛은 상기 열저항 신호에 기초하여 상기 압력을 판별하도록 구성되는
    저장 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 트랜스듀서의 열저항, 상기 내부 환경의 온도 및 상기 내부 환경의 압력을 관련시키는 조정 데이터에 기초하여 상기압력을 판별하도록 구성되는 저장 장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 트랜스듀서의 온도, 상기 내부 환경의 온도 및 상기 내부 환경의 압력을 관련시키는 조정 데이터에 기초하여 상기 압력을 판별하도록 구성되는 저장 장치.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 열저항은 상기 저장 장치의 상기 내부 환경으로의 열 소산에 부분적으로 의존적인 저장 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 압력에 기초하여 상기 저장 장치의 하나 이상의 동작 파라미터를 제어하도록 구성되는 저장 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 저장 장치는 자성 디스크 드라이브 시스템인 저장 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 자성저항성 트랜스듀서인 저장 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 트랜스듀서에 바이어스 전류ㅡ상기 바이어스 전류는 상기 트랜스듀서의 열저항에 따라서 변동(fluctuate)함ㅡ를 인가하는 저장 장치.
  10. 자성 디스크 드라이브 시스템에 있어서,
    하우징(housing)과,
    상기 하우징에 위치하는 집중형 데이터 트랙의 데이터 표면을 갖는 자성 저장 매체와,
    상기 자성 저장 매체를 회전시키기 위한 모터 드라이브와,
    상기 저장 매체가 회전할 때 상기 데이터 표면과의 동작 관계에서 유지되는 판독/기록 트랜스듀서를 포함하는 슬라이더와,
    상기 데이터 표면의 선택된 트랙에 상기 자성 저장 매체와 관련된 상기 슬라이더를 축으로(pivotally) 위치시키기 위해 상기 슬라이더에 연결되는 액츄에이터 어셈블리와,
    상기 모터 드라이브 및 엑츄에이터 어셈블리의 동작을 제어하고 상기 데이터 표면에 기록되고 상기 데이터 표면으로부터 판독된 데이터를 처리하기 위한 제어 유닛을 포함하되, 상기 제어 유닛은 하우징에서 압력을 나타내는 상기 트랜스듀서로부터 온도 의존 신호를 수신하기 위해 연결되며 상기 온도 의존 신호에 기초하여 상기 압력을 판별하도록 구성되는
    자성 디스크 드라이브 시스템.
  11. 저장 매체 및 상기 저장 매체에 액세스하기 위해 장착된 트랜스듀서를 포함하는 저장 장치의 내부 환경의 압력을 판별하는 방법에 있어서,
    상기 저장 장치가 동작하는 내부 환경의 압력을 나타내는 상기 트랜스듀서로부터의 온도 의존성 신호를 제공하는 단계와,
    상기 온도 의존 신호에 기초하여 상기 압력을 판별하는 단계를 포함하는
    압력 판별 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 열저항, 상기 내부 환경의 온도 및 상기 내부 환경의 압력을 관련시키는 조정 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 판별하는 단계는 상기 조정 데이터에 기초하여 압력을 판별하는 압력 판별 방법.
  13. 제11 항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 온도, 상기 내부 환경의 온도 및 상기 내부 환경의 압력을 관련시키는 조정 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 판별하는 단계는 상기 조정 데이터에 기초하여 압력을 판별하는 압력 판별 방법.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 트랜스듀서에 바이어스 전류를 인가하는 단계를 더 포함하되, 상기 판별하는 단계는 상기 트랜스듀서의 열저항에 의한 영향에 따른 상기 바이어스 전류에서의 변동에 기초하여 압력을 판별하는 압력 판별 방법.
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