KR20060124876A - 하드디스크 드라이브에 구비된 ｍｒ센서의 도메인 특성개선 방법 및 이에 적합한 프로그램을 기록한 기록 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 하드디스크 드라이브에 관한 것으로서 특히, 하드디스크 드라이브의 헤드에 구비된 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 방법 및 이에 적합한 프로그램을 기록한 기록 매체에 관한 것이다.

본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 MR 센서 도메인 특성 개선 방법은 하드디스크 드라이브의 헤드에 구비된 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 방법에 있어서, 상기 헤드를 비행하지 않는 상태로 유지하는 과정; 상기 헤드에 장착된 히터를 구동시켜 상기 MR 센서에 자화 상태를 해제시키기 위한 적정 온도를 인가하는 과정; 및 상기 MR 센서를 자화시키기 위한 자계를 인가하면서 상기 MR 센서를 냉각시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 MR 센서의 도메인 특성 개선 방법은 헤드에 설치된 히터를 이용하여 MR 센서를 아닐링하기 위한 적정 온도를 얻게 함으로써 완전히 조립된 하드디스크 드라이브 차원에서도 아닐링을 수행할 수 있게 하는 효과를 가진다.

Description

하드디스크 드라이브에 구비된 ＭＲ센서의 도메인 특성 개선 방법 및 이에 적합한 프로그램을 기록한 기록 매체 {Method for improving domain property of MR sensor which is equiped on hard disk drive and recording midium adapting the same}

도 1은 본 발명에 따른 MR 센서의 도메인 특성 개선 방법을 보이는 흐름도이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 헤드가 비행하는 상태 및 그렇지 않은 상태에서의 MR센서의 온도 변화 특성들을 보이는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 MR 센서의 도메인 특성 개선 방법을 수행하는 하드디스크 드라이브(10)의 구성을 보이는 것이다.

도 4는 도 3에 도시된 하드디스크 드라이브(10)를 제어할 수 있는 전기 시스템(40)을 보이는 것이다.

본 발명은 하드디스크 드라이브에 관한 것으로서 특히, 하드디스크 드라이브의 헤드에 구비된 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 방법 및 이에 적합한 프로 그램을 기록한 기록 매체에 관한 것이다.

최근 하드디스크 드라이브의 고밀도화가 현저하게 진행되었으며 이에 대응하여 헤드 제조 기술도 현저하게 진보하고 있다. 현재 하드디스크 드라이브의 헤드로서는 기록 헤드와 재생 헤드가 일체화되어 있는 융합형 헤드가 주로 사용되고 있으며, 특히 재생 헤드로서 MR(Magneto- Resistance) 센서가 사용되고 있다.

MR 센서는 니켈-철 합금과 같이 자기-전기 효과를 나타내는 강유전체(ferromagnetic material) 막을 구비한다. 강유전체 막은 전기적으로 절연된 기판상에 형성된다. 헤드는 헤드의 활성 영역(active area)이 자기 영역 한계(magnetic region boundary)를 가지지 않을 때 최상으로 작동한다. 즉, MR 센서는 싱글 도메인(single domain)이어야 한다. MR 센서 내의 자기 영역 한계들은 바크호센 노이즈(Barkhausen noise)를 일으키고, 이러한 현상은 주어진 자계에서 자기 영역(magnetic domain)의 불가역적인 운동에 의해 일어난다. 아무런 영역 한계도 없으면, 바크호센 노이즈는 발생하지 않는다.

MR 센서를 싱글 도메인 상태로 유지하기 위해서는 MR 센서에 영역 안정성(domain stability)을 주어야 한다. MR 센서의 안정성은 싱글 도메인 상태가 아닐 때 악화된다. MR 센서의 싱글 도메인 특성은 그것이 구성될 때의 바람직한 자기화(magnatization)에 의해 확립된다. MR 센서에서 싱글 도메인 상태가 확립된 후 싱글 도메인 상태를 잃거나 멀티 도메인 상태가 되지 않도록 나머지 조립 공정에서 상당한 주의가 필요하다.

미합중국 특허 5,264,980에는 MR 센서의 싱글 도메인 상태를 확립시키기 위 한 아닐링(annealing, 담금질) 방법이 개시되고 있다. 이 방법에 의하면, MR 센서의 강유전체막을 닐 온도(Nel temperature) 이상으로 가열시켜서 자화 상태를 해제시키고 나서, MR 센서를 자화시키기 위한 외부 자계를 인가시키면서 MR 센서를 냉각시키는 방법이 개시된다.

헤드에 사용되는 합금들은 화씨 750도의 큐리 온도(Curie temperature)에서 상자성체가 된다. 또한, 예를 들어 자기-전기 효과를 가지는 Pe-Mn 반강자성체의 교체 바이어스 효과(exchange bias effect)는 410K(섭씨 약 100도 정도)의 닐 온도 이상에서 없어진다. 종래의 방법은 이를 이용하여, MR 센서의 온도를 닐 온도 이상으로 높여서 이전의 자화 상태를 해제시킨 후에 다시 자화시킴으로써, MR 센서를 싱글 도메인 상태로 만든다.

그렇지만, 종래의 방법은 MR 센서를 닐 온도 이상으로 유지시키기 위하여 고온 챔버를 필요로 한다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 방법은 하드디스크 드라이브의 제조 공정에서 번인 테스트를 위한 챔버 이외에도 MR 센서를 싱글 도메인 상태로 만들기 위한 별도의 고온 챔버를 사용하여야 하기 때문에, 오염에 의해 하드디스크 드라이브가 손상될 위험이 높아진다.

한편, MR 센서를 닐 온도 이상으로 유지시켜야 하기 때문에 종래의 도메인 특성 개선 방법은 완전히 조립된 하드디스크 드라이브 차원에서는 실시하기가 어렵고, 완전히 조립되지 않은 부피가 작은 슬라이더, 헤드 짐벌 어셈블리 혹은 헤드 스택 어셉블리 차원에서 실시되었다.

헤드는 슬라이더, 헤드 짐벌 어셈블리, 헤드 스택 어셈블리 등의 조립 과정 을 순차적으로 거쳐서 하드디스크 드라이브에 장착된다. 조립 과정을 거치는 동안 정전기(EMC)나 기타의 스트레스 등에 MR 센서의 싱글 도메인 특성이 열화된다.

슬라이더, 헤드 짐벌 어셈블리, 혹은 헤드 스택 어셈블리 차원에서의 아닐링은 통상 하드디스크 드라이브를 제조하는 업체보다는 이들 부품들을 공급하는 업체에서 수행된다. 따라서, 이들 부품들을 조립하여 완성품을 제조하는 하드디스크 드라이브 업체에서는 MR 센서의 도메인 특성을 관리하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 하드디스크 드라이브 차원에서 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 방법이 필요하다.

본 발명은 하드디스크 드라이브의 헤드에 구비된 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 방법을 제공하는 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 방법에 적합한 기록 매체를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 MR 센서 도메인 특성 개선 방법은

하드디스크 드라이브의 헤드에 구비된 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 방법에 있어서,

상기 헤드를 비행하지 않는 상태로 유지하는 과정;

상기 헤드에 장착된 히터를 구동시켜 상기 MR 센서에 자화 상태를 해제시키 기 위한 적정 온도를 인가하는 과정; 및

상기 MR 센서를 자화시키기 위한 자계를 인가하면서 상기 MR 센서를 냉각시키면는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 히터는 상기 헤드의 비행 높이를 제어하기 위하여 상기 헤드 내에 장착되며, 하드디스크 드라이브의 제어부(미도시)에 의해 제어되는 것이다.

또한, 헤드를 비행하지 않는 상태로 유지시키기 위하여 디스크의 회전을 정지시키거나 헤드를 디스크 영역으로부터 파킹시키는 것이 바람직하다.

상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체는

하드디스크 드라이브의 헤드에 구비된 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 프로그램이 기록된 기록된 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,

상기 헤드를 비행하지 않는 상태로 유지하는 과정;

상기 헤드에 장착된 히터를 구동시켜 상기 MR 센서에 자화 상태를 해제시키기 위한 적정 온도를 인가하는 과정; 및

상기 MR 센서를 자화시키기 위한 자계를 인가하면서 상기 MR 센서를 냉각시키는 과정을 포함하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 MR 센서 도메인 특성 개선 방법을 보이는 흐름도이다.

먼저, 헤드가 비행하지 않는 상태에서 히터에 인가되는 파워와 MR 센서의 온도와의 관계를 파악한다. (s102) 구체적으로, MR 센서에 열을 인가하기 위한 히터의 발열 특성 및 헤드가 비행하지 않는 상태에서의 히터의 발열량에 따른 MR 센서의 온도 변화 특성을 조사한다. 여기서, 히터는 MR 센서에 열을 인가하기 위한 것으로서 헤드의 내부에 설치되며, 특히 헤드의 비행 높이 제어를 위하여 설치되는 것임이 바람직하다.

히터에 의한 열이 MR 센서를 가열시키는 정도는 공기 흐름이 있을 때와 없을 때가 매우 다르다. 헤드에 대하여 디스크가 회전할 때는 회전에 의해 발생된 공기의 흐름 때문에, 히터가 가열되더라도 MR 센서의 온도를 그다지 높일 수 없다. 그렇지만, 디스크가 회전하지 않을 때에는 공기의 흐름이 없기 때문에 히터에 의해 MR 센서의 온도를 상당히 높게 즉, 아닐링에 필요한 온도까지 용이하게 올려줄 수 있다.

관찰에 의하면 200mW의 파워를 히터에 인가할 경우 헤드가 비행하는 상태에서는 MR 센서의 온도가 20℃정도만 상승하는 반면에 헤드가 비행하지 않는 상태에서는 200 ℃까지 상승한다. 따라서, 공기의 흐름이 차단된 상태에서 MR 센서의 온도를 아닐링에 필요한 온도 즉, 약 100℃ 정도까지 용이하게 조절할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 각각 헤드가 비행하는 상태 및 그렇지 않은 상태에서의 MR센서의 온도 변화 특성들을 보이는 것이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면 헤드가 비행하는 상태보다 그렇지 않은 상태에서의 MR센서의 온도 변화가 매우 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

히터의 발열 특성은 히터에 인가되는 파워와 이에 의해 발생되는 열의 관계를 나타낸다. 또한, MR 센서의 온도 변화 특성은 히터에서 발생된 열과 이에 의해 변화되는 MR 센서의 온도와의 관계를 나타낸다. 또한, MR 센서의 온도 상승 특성은 MR 센서의 저항 변화 특성에 의해 측정할 수 있다. MR 센서의 저항은 온도에 의해서도 변화하므로 역으로 저항 변화를 이용하여 MR 센서의 온도를 산출할 수 있다.

S102과정에서의 조사에 의해 헤드가 비행하지 않는 상태에서 히터에 인가되는 파워와 MR 센서의 온도와의 관계를 파악할 수 있다.

헤드가 비행하지 않는 상태로 유지시킨다. (s104)

디스크의 회전에 의한 공기 흐름이 헤드로부터 차단된 상태에서 히터에 파워를 인가하여 MR 센서의 온도를 자화를 해제하기에 필요한 온도 즉, 닐 온도 이상으로 상승시켜 이전의 자화 상태를 해제시킨다.(s106)

MR 센서에 자화를 위한 자계를 인가시키면서 MR 센서를 냉각시켜서 MR 센서를 재자화시킨다. (s108)

예를 들어, US 5,284,980에 개시된 바와 같이 MR 센서의 온도를 닐 온도 이상으로 올려서 강자성체막의 자화 상태를 해제시킨 후, MR 센서를 싱글 도메인화시키기 위한 외부 자계를 인가하면서 MR 센서를 냉각시킨다.

한편, 미합중국 공개특허 2004-240109호, 5,461, 526호 등에는 헤드의 비행 높이를 조절하기 위하여 헤드의 내부에 설치되는 히터를 구비하는 하드디스크 드라이브가 개시된다. 히터는 헤드의 열적 폴 팁 팽창(Thermal Pole Tip Protrusion; TPTP) 특성에 따른 기록폴의 돌출량을 제어한다.

하드 디스크 드라이브에서 기록용 자기 헤드는 금속 재료를 사용하고 자기 헤드를 지지하는 슬라이더는 비금속 물질을 사용하고 있다. 데이터 라이트 시에 기록 전류가 코일 통하여 흐르면 주울 열이 발생된다. 그런데 금속/비금속 간의 열팽창 계수의 차이로 인하여 폴(pole) 주변 부위가 팽창하게 되는데 이러한 현상을 TPTP 현상이라 한다. 이와 같은 TPTP 현상으로 인하여 헤드와 디스크 사이의 간격인 헤드의 비행 높이(Flying Height)가 낮아지게 된다.

이와 같이 헤드의 TPTP 특성을 이용하여 헤드의 비행 높이를 제어하는 것을 FOD(Flying On Demand; FOD)라 하며, 이러한 용도로 사용되는 히터를 FOD 히터라 한다. 헤드의 비행높이는 공기압과 기록폴의 돌출량에 따라 결정된다.

미합중국 공개특허 2004-240109에는 MR 센서에 인접하게 설치된 히터 및 이 히터를 전기적으로 분리시키기 위한 분리층들을 가지는 헤드가 개시된다.

그렇지만, 미합중국 공개특허 2004-240109호의 FOD 히터는 헤드의 비행 높이를 제어하기 위한 것이기 때문에 헤드가 비행하는 상태에서 구동된다. 본 발명에서는 FOD 히터를 이용하되 헤드가 비행하지 않는 상태에서 FOD 히터를 가열시켜서 MR 센서의 자화를 해제시키기 위한 적정 온도를 용이하게 얻게 한다.

헤드가 비행하지 않는 상태는 헤드를 파킹시키는 것에 의해 구현된다. 일반적으로 헤드가 파킹되면 디스크는 정지된다. 다른 한편으로 헤드를 디스크의 내주 영역이 아닌 디스크 상에서 벗어난 영역에 파킹시키는 경우에는, 디스크가 회전하더라도 파킹된 헤드는 공기 흐름에 의해 영향받지 않으므로, 디스크의 회전 여부에 상관없이 아닐링을 실시할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 MR 센서 도메인 특성 개선 방법을 수행하는 하드디스크 드라이브(10)의 구성을 보이는 것이다. 도 3에 도시된 하드디스크 드라이브(10)는 스핀들 모터(14)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 디스크(12)를 포함하고 있다. 하드디스크 드라이브(10)는 디스크(12) 표면에 인접되게 위치한 헤드(16)를 또한 포함하고 있다.

헤드(16)는 디스크(12)의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 회전하는 디스크(12)에서 정보를 읽거나 기록할 수 있다. 전형적으로 헤드(16)는 각 디스크(12)의 표면에 결합되어 있다. 비록 단일의 헤드(16)로 도시되어 설명되어 있지만, 이는 디스크(12)를 자화시키기 위한 기록용 헤드와 디스크(12)의 자계를 감지하기 위한 분리된 읽기용 헤드로 이루어져 있다고 이해되어야 한다. 읽기용 헤드는 MR (Magneto-Resistive) 센서로부터 구성되어 진다. 또한 헤드(16)는 비행 높이를 조절하기 위한 FOD 히터를 구비한다.

헤드(16)는 슬라이더(20)에 통합되어 질 수 있다. 슬라이더(20)는 헤드(16)와 디스크(12) 표면 사이에 공기 베어링(air bearing)을 생성시키는 구조로 되어 있다. 슬라이더(20)는 헤드 짐벌 어셈블리(22)에 결합되어 있다. 헤드 짐벌 어셈블리(22)는 보이스 코일(26)을 갖는 액튜에이터 암(24)에 부착되어 있다. 보이스 코일(26)은 보이스 코일 모터(VCM : Voice Coil Motor 30)를 특정하는 마그네틱 어셈블리(28)에 인접되게 위치하고 있다. 보이스 코일(26)에 공급되는 전류는 베어링 어셈블리(32)에 대하여 액튜에이터 암(24)을 회전시키는 토오크를 발생시킨다. 액튜에이터 암(24)의 회전은 디스크(12) 표면을 가로질러 헤드(16)를 이동시킬 것이 다.

정보는 전형적으로 디스크(12)의 환상 트랙 내에 저장된다. 각 트랙(34)은 일반적으로 복수의 섹터를 포함하고 있다. 각 섹터는 데이터 필드(data field)와 식별 필드(identification field)를 포함하고 있다. 식별 필드는 섹터 및 트랙(실린더)을 식별하는 그레이 코드(Gray code)로 구성되어 있다. 헤드(16)는 다른 트랙에 있는 정보를 읽거나 기록하기 위하여 디스크(12) 표면을 가로질러 이동된다.

도 4는 도 3에 도시된 하드디스크 드라이브(10)를 제어할 수 있는 전기 시스템(40)을 보이는 것이다. 도 4에 도시된 전기 시스템(40)은 리드/라이트(R/W) 채널 회로(44) 및 프리-앰프 회로(46)에 의하여 헤드(16)에 결합된 콘트롤러(42)를 포함하고 있다. 콘트롤러(42)는 디지털 신호 프로세서(DSP : Digital Signal Processor), 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러 등이 된다. 콘트롤러(42)는 디스크(12)로부터 읽거나 또는 디스크(12)에 정보를 기록하기 위하여 읽기/쓰기 채널(44)로 제어신호를 공급한다. 정보는 전형적으로 R/W 채널로부터 호스트 인터페이스 회로(54)로 전송된다. 호스트 인터페이스 회로(54)는 퍼스널 컴퓨터와 같은 시스템에 인터페이스하기 위한 버퍼 메모리 및 제어 회로를 포함하고 있다.

콘트롤러(42)는 보이스 코일(26)에 구동 전류를 공급하는 VCM 구동 회로(48)에 또한 결합되어 있다. 콘트롤러(42)는 VCM의 여기 및 헤드(16)의 움직임을 제어하기 위하여 구동 회로(48)로 제어신호를 공급한다.

콘트롤러(42)는 읽기 전용 메모리(ROM : Read Only Memory) 또는 플레쉬 메모리 소자(50)와 같은 비휘발성 메모리 및 랜덤 액세스 메모리(RAM : Random Access Memory) 소자(52)에 결합되어 있다. 메모리 소자(50, 52)는 소프트웨어 루틴을 실행시키기 위하여 콘트롤러(42)에 의하여 사용되어지는 명령어 및 데이터를 포함하고 있다. 소프트웨어 루틴의 하나로서 MR 센서의 도메인 특성을 개선하기 위해 아닐링을 수행하는 실행 코드들이 저장된다.

MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 동작에 있어서, 콘트롤러(42)는 도메인 특성 개선을 위한 프로그램의 제어에 따라 먼저, 헤드를 파킹시킨다. 헤드가 파킹된 후 MR 센서가 아닐링을 위한 적정 온도로 가열되도록 FOD 히터에 파워를 인가한다. 이후 MR 센서를 자화시키기 위한 자계를 인가하고 MR 센서를 냉각시켜서 MR 센서에서 싱글 도메인이 확립되게 한다.

본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, 이레이져블 ROM(EROM : Erasable ROM), 플로피 디스크, 광 디스크, 하드디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.

첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 MR 센서의 도메인 특성 개선 방법은 헤드에 설치된 히터를 이용하여 MR 센서를 아닐링하기 위한 적정 온도를 얻게 함으로써 완전히 조립된 하드디스크 드라이브 차원에서도 아닐링을 수행할 수 있게 하는 효과를 가진다.

본 발명의 도메인 특성 개선 방법은 부품 차원에서도 수행될 수 있을 뿐만 아니라 완전히 조립된 하드디스크 드라이브 차원에서도 수행할 수 있다. 따라서, 하드디스크 드라이브 제조 공정에서 아닐링을 위한 별도의 고온 챔버가 필요 없이 간단하게 도메인 특성을 개선시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 하드디스크 드라이브의 헤드에 구비된 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 방법에 있어서,

   상기 헤드를 비행하지 않는 상태로 유지하는 과정;

   히터를 구동시켜 상기 MR 센서에 자화 상태를 해제시키기 위한 적정 온도를 인가하는 과정; 및

   상기 MR 센서를 자화시키기 위한 자계를 인가하면서 상기 MR 센서를 냉각시키는 과정을 포함하는 하드디스크 드라이브의 MR 센서 도메인 특성 개선 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 히터는 상기 헤드 내에 장착되는 것임을 특징으로 하는 MR 센서 도메인 특성 개선 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 헤드를 비행하지 않는 상태로 유지시키기 위하여 디스크의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 MR 센서 도메인 특성 개선 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 헤드를 비행하지 않는 상태로 유지시키기 위하여 상기 헤드를 디스크 영역으로부터 이탈시켜 파킹시키는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 MR 센서 도메인 특성 개선 방법.
5. 하드디스크 드라이브의 헤드에 구비된 MR 센서의 도메인 특성을 개선하는 프로그램이 기록된 기록된 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,

   상기 헤드를 비행하지 않는 상태로 유지하는 과정;

   상기 헤드에 장착된 히터를 구동시켜 상기 MR 센서에 자화 상태를 해제시키기 위한 적정 온도를 인가하는 과정; 및

   상기 MR 센서를 자화시키기 위한 자계를 인가하면서 상기 MR 센서를 냉각시키는 과정을 포함하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 하는 기록 매체.

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