KR20070087871A - 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더 - Google Patents

하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더 Download PDF

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KR20070087871A
KR20070087871A KR1020060001671A KR20060001671A KR20070087871A KR 20070087871 A KR20070087871 A KR 20070087871A KR 1020060001671 A KR1020060001671 A KR 1020060001671A KR 20060001671 A KR20060001671 A KR 20060001671A KR 20070087871 A KR20070087871 A KR 20070087871A
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KR
South Korea
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write head
slider
height
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KR1020060001671A
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유진규
박노열
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삼성전자주식회사
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  • Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (AREA)
  • Digital Magnetic Recording (AREA)
  • Recording Or Reproducing By Magnetic Means (AREA)
  • Supporting Of Heads In Record-Carrier Devices (AREA)

Abstract

본 발명에 의하면 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더가 개시된다. 개시된 헤드슬라이더는, 회전하는 데이터 기록매체로부터 부력(浮力)의 발생을 유도하는 슬라이더, 기록매체와 대면하도록 슬라이더의 하방에 지지된 것으로, 소정의 부상높이로 부상하여, 데이터의 기록/재생 기능을 하는 읽기/쓰기 헤드 및 읽기/쓰기 헤드를 부착한 것으로, 온도변화에 의존하여 수직방향으로 확장 또는 수축되면서 읽기/쓰기 헤드의 부상높이를 가변시키는 작동소자를 포함한다.
본 발명에 따르면, 작동온도에 따라 부상높이가 가변됨으로써 온도변화에 따른 제반 문제점이 일괄적으로 해소되는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더가 제공된다.

Description

하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더{Head slider for hard disk drive}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤드슬라이더가 채용된 하드 디스크 드라이브를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 헤드슬라이더의 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취한 수직 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ 부분을 확대한 수직 단면도이다.
도 5는 온도에 따라 변화하는 자성재료의 보자력을 도시한 도면이다.
도 6a는 기록자계의 프로파일로서, 읽기/쓰기 헤드의 인가전류 및 부상높이에 따른 기록자계의 변화를 도시한 도면이다.
도 6b는 기록자계의 공간구배에 대한 프로파일로서, 읽기/쓰기 헤드의 인가전류 및 부상높이에 따른 공간구배의 변화를 도시한 도면이다.
도 6c는 기록매체에 인가되는 종 방향 자계의 프로파일로서, 읽기/쓰기 헤드의 인가전류 및 부상높이에 따른 기록자계의 변화를 도시한 도면이다.
도 6d는 기록매체에 인가되는 종 방향 자계의 공간구배에 대한 프로파일로서, 읽기/쓰기 헤드의 인가전류 및 부상높이에 따른 공간구배의 변화를 도시한 도면이다.
도 7a와 도 7b는 읽기/쓰기 헤드의 인가전류에 따라 폴팁의 돌출 정도를 도 시한 프로파일로서, 각각 서로 다른 드라이브 모델에서 측정된 결과이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드슬라이더의 사시도로서, 각각 서로 다른 온도 환경에서 상기 헤드슬라이더의 구동 상태를 보인 도면들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 베이스 부재 102 : 커버 부재
120 : 기록매체 130 : 액츄에이터
131 : 액츄에이터 피봇 132 : 스윙 아암
133 : 서스펜션 140,240 : 헤드슬라이더
141 : 슬라이더 145 : 작동소자
150,250 : 읽기/쓰기 헤드 151, 152 : 유도코일
153 : 제1 폴 154 : 제2 폴
155 : 읽기/쓰기 헤드의 기록부 159 : 읽기/쓰기 헤드의 판독부
241 : 서포트빔 245 : 작동부재
249 : 접착제
본 발명은 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더에 관한 것으로, 보다 상세히, 데이터의 저장/재생을 위한 읽기/쓰기 헤드가 부착되는 헤드슬라이더에 관한 것이다.
컴퓨터의 정보 저장 장치들 중의 하나인 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)는 읽기/쓰기 헤드(read/write head)를 사용하여 기록매체에 저장된 데이터를 재생하거나, 기록매체에 데이터를 기록하는 장치이다. 이러한 하드 디스크 드라이브에 있어서, 상기 읽기/쓰기 헤드는 고속 회전하는 기록매체의 표면으로부터 소정 높이 부상한 상태로 그 기능을 수행하게 된다.
종래기술에서는 상기 읽기/쓰기 헤드가 작동온도의 변화에 무관하게 일정한 부상높이로 기록매체 상에서 부유(floating)되어 데이터의 기록/재생 기능을 수행하게 된다. 이렇게 읽기/쓰기 헤드의 부상높이가 항상 일정하게 유지되던 종래기술에 의하면, 기록매체의 보자력(coercivity)이 강화되는 저온 상태에서는 기록 불량 및 이에 따른 재생 불량으로 인해 데이터가 손실되는 문제점이 있었다.
한편, 고온 상태에서는 읽기/쓰기 헤드의 폴팁이 열 팽창되면서 마주보는 기록매체를 향해 돌출되는 이른바, 폴팁 돌출현상(thermal pole tip protrusion)이 발생되는데, 종래기술에서는 상기 읽기/쓰기 헤드의 부상높이가 일정하게 유지됨으로써 폴팁과 기록매체 사이의 안전한 스페이싱이 확보되지 못한다. 이로 인하여, 불의의 외부충격에 의해 읽기/쓰기 헤드의 폴팁이 기록매체를 충격할 가능성이 높아지고, 결과적으로 드라이브 장치에 영구 손상이 초래되거나, 또는 기록매체에 저장된 데이터가 재생 불량으로 손실되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기한 문제점 및 그 밖의 다른 문제점들을 해소하기 위하여 안출 된 것으로서, 작동온도에 따라 부상높이가 가변됨으로써 온도변화에 따른 제반 문제점이 일괄적으로 해소되는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더는, 회전하는 데이터 기록매체로부터 부력(浮力)의 발생을 유도하는 슬라이더, 상기 기록매체와 대면하도록 상기 슬라이더의 하방에 지지된 것으로, 소정의 부상높이로 부상하여, 데이터의 기록/재생 기능을 하는 읽기/쓰기 헤드 및 상기 읽기/쓰기 헤드를 부착한 것으로, 온도변화에 의존하여 수직방향으로 확장 또는 수축되면서 상기 읽기/쓰기 헤드의 부상높이를 가변시키는 작동소자를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더는, 회전하는 기록매체로부터 부력의 발생을 유도하는 슬라이더 및 상기 슬라이더의 상기 기록매체에 대한 대향면에 부착된 것으로, 상기 슬라이더에 의해 상기 기록매체로부터 부상하여, 데이터의 기록/재생을 수행하는 읽기/쓰기 헤드를 포함하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더로서, 상기 슬라이더는, 일 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 서포트빔 및 상기 서포트빔과 평행하게 배치된 것으로, 상기 서포트빔에 고정된 후단부와 상기 읽기/쓰기 헤드가 부착된 선단부를 갖고, 온도변화에 의존하여 그 휨 변형 상태가 변화되면서 상기 읽기/쓰기 헤드의 상기 기록매체에 대한 부상높이를 가변시키는 작동부재를 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더에 대해 설명하기로 한다. 도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헤드슬라이더를 구비한 하드 디스크 드라이브의 평면 구조가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 하드 디스크 드라이브는 기록매체(120)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(125)와, 데이터의 기록 및 재생을 위한 읽기/쓰기 헤드를 상기 기록매체(120) 상의 소정 위치로 이동시키기 위한 액츄에이터(130)를 구비한다.
상기 스핀들 모터(125)는 하드 디스크 드라이브의 베이스 부재(101) 상에 설치된다. 이 스핀들 모터(125)에는 하나 또는 복수의 기록매체(120)가 장착되며, 이 기록매체(120)는 상기 스핀들 모터(125)에 의해 일정한 각속도로 회전하게 된다.
상기 액츄에이터(130)는, 상기 베이스 부재(101)에 설치된 액츄에이터 피봇(131)과, 스윙 아암(132)과, 서스펜션(133)과, 헤드슬라이더(140)와, 코일 지지부(136)와, 보이스 코일 모터를 포함한다. 상기 스윙 아암(132)은 상기 액츄에이터 피봇(131)에 회전 가능하게 결합된다. 상기 서스펜션(133)은 스윙 아암(132)의 선단부에 결합되어 상기 헤드슬라이더(140)를 기록매체(120)의 표면 쪽으로 탄성 바이어스되게 지지한다. 상기 코일 지지부(136)는 스윙 아암(132)의 후단부에 마련된다.
상기 보이스 코일 모터는, 상기 스윙 아암(132)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 것으로, VCM 코일(137)에 입력되는 전류와 마그네트(110)에 의해 형성된 자기장의 상호 작용에 의해 플레밍의 왼손 법칙에 따르는 방향으로 스윙 아암(132) 을 회전시키게 된다. 상기 VCM 코일(137)은 상기 코일 지지부(136)에 조립된다. 상기 마그네트(110)는 VCM 코일(137)에 대면하도록 그 상부와 하부에 각각 배치되며, 요크(115)에 부착되어 지지된다.
한편, 상기 액츄에이터(130)의 일 측에는 연성케이블(170, Flexible Printed Circuit)이 접속되며, 이를 통해, 전송되는 작동 또는 정지 신호에 따라, 기록매체(110) 상으로 진입하여 로딩(loading) 상태가 되거나, 기록매체(110) 상으로부터 외측으로 이탈하여 언로딩(unloading) 상태가 된다. 연성케이블(170)은 베이스 부재(101) 하측에 배치된 회로기판(미도시)으로부터 제어된 구동 신호나 전원을 공급받는데, 이를 위해 베이스 부재(101)의 코너부에는 연성케이블(170)과 회로기판의 접속을 매개하는 브라켓(171)이 설치된다. 한편, 상기 스핀들 모터(125)와 액츄에이터(130)는, 상하로 마주보게 결합되는 베이스 부재(101)와 커버 부재(102)에 의해 마련된 내부 공간에 수용된다. 상기 베이스 부재(101)와 커버 부재(102)는 외부 이물질의 침투를 방지하여 내부에 수납된 부품들을 보호하고, 구동 소음이 외부로 전달되지 않도록 차단하는 기능을 한다.
하드 디스크 드라이브에 전원이 인가되면, 상기 기록매체(120)는 스핀들 모터(125)에 의해 고속으로 회전되며, 이에 따라, 기록매체(120)의 표면 부근에서는 소정의 공기 흐름이 유도된다. 상기 헤드슬라이더(140)는 유도된 공기 흐름에 의한 부력과 상기 헤드슬라이더(140)가 지지된 서스펜션(133)의 탄성 가압력 사이의 힘의 평형에 의해, 기록매체(120)로부터 소정의 부상높이로 부유(floationg)된 상태로 제 기능을 수행하게 된다. 한편, 하드 디스크 드라이브의 전원이 오프(off)되 면, 헤드슬라이더(140)는 액츄에이터(130)의 언로딩 동작에 따라 기록매체(120) 상에서 벗어나며, 서스펜션(133) 선단의 리프트탭(135)이 파킹 램프(160)를 타고 기록매체(120)의 외곽으로 안내됨으로써 상기 헤드슬라이더(140)는 상기 파킹 램프(160) 상에 안착된다.
도 2에는 도 1에 도시된 헤드슬라이더(140)의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 헤드슬라이더(140)는 지지구조로서의 슬라이더(141)와, 기록 및 재생기능을 수행하는 읽기/쓰기 헤드(150)를 구비한다. 상기 슬라이더(141)의 바닥면은 기록매체(120)에 대향하는 면으로서 회전하는 기록매체(120)로부터 부력을 유도하기 위한 ABS(Air Bearing Surface, 147,149)가 마련된다. 상기 슬라이더(141)의 선단에는 상기 바닥면으로부터 상방으로 단차진 단차면이 마련되고, 상기 단차면에는 읽기/쓰기 헤드(150)가 부착된 작동소자(145)가 지지된다. 단차면을 통해 지지된 읽기/쓰기 헤드(150)는 그 하방의 기록매체(120)와 충돌 방지를 위한 안전한 유격거리를 유지할 수 있다. 상기 슬라이더(141)는 읽기/쓰기 헤드(150)의 지지구조로서 우수한 강성 및 내마모성을 가지면서, 자기적인 간섭으로 인한 기록/재생 오류를 피하기 위해 비자성 재료로 이루어지는 것이 바람직한데, 예를 들어, 통상 알루미나(Al2O3) 및 산화티탄(TiC)을 포함하는 세라믹 소재로 이루어질 수 있다.
상기 작동소자(145)는 온도 변화에 반응하여 내부 결정구조가 변화됨에 따라 수직 방향으로 확장/수축되는 SMA(Shape Memory Alloy, 형상기억합금) 액츄에이팅 소재로 이루어질 수 있다. 상기 작동소자(145)가 확장/수축됨에 따라, 여기에 지지된 읽기/쓰기 헤드(150)와 하방의 기록매체(120) 사이의 유격거리, 즉, 상기 읽기/ 쓰기 헤드(150)의 부상높이(flying height)는 감소/증가되며, 이로써, 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이는 온도 조건에 의존하여 변화된다. 본 발명에서는 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이가 가변될 수 있도록 온도변화에 수동적으로 반응하는 작동소자(145)를 적용하고, 상기 작동소자(145)의 수직 변위를 통하여, 저온 환경에서는 상기 읽기/쓰기 헤드(150)가 기록매체(120) 쪽으로 접근하여 그 부상높이가 낮아지게 하고, 고온 환경에서는 기록매체(120)로부터 멀어져서 그 부상높이가 높아지게 하고 있다. 이하에서는 이에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취한 수직 단면 구조가 도시되어 있다. 도면에서 볼 수 있듯이, 슬라이더(141)의 단차면에는 읽기/쓰기 헤드(150)가 부착된 작동소자(145)가 지지된다. 상기 작동소자(145)는 온도변화에 의존하여 수직방향으로 확장/수축되며, 이에 따라, 상기 작동소자(145)에 부착된 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이는 온도변화에 따라 변화된다. 예를 들어, 상온 상태에서 상기 작동소자(145)는 Tr의 두께를 갖고, 고온의 작동환경에서는 상기 작동소자(145)가 수직 방향으로 확장되면서 그 두께가 Tc로 증가하며, 저온의 작동환경에서는 작동소자(145)가 수축하면서 그 두께가 Th로 감소된다. 이러한 작동소자(145)의 확장/수축에 따라 상기 작동소자(145)에 부착된 읽기/쓰기 헤드(150)는 기록매체(120)에 대해 접근하거나 멀어지면서 그 부상높이는 각각의 온도에 변화에 대응하여 THr, THc, THh로 변화된다.
도 4에는 도 3의 Ⅳ 부분에 대한 확대 단면도이다. 도면을 참조하면, 상기 읽기/쓰기 헤드(150)는 기록매체(120)에 대해 소정의 데이터를 기록하기 위한 기록 부(155)와, 기록매체(120)에 저장된 데이터를 재생하기 위한 판독부(159)를 갖는다. 상기 기록부(155)는 기록매체(120)에 대해 누설 자속을 제공하는 제1 폴, 제2 폴(153,154)을 갖고, 상기 제1, 제2 폴(153,154)에 자기장을 유도하기 위한 전기적인 패스를 형성하는 유도코일(151,152)을 포함한다. 상기 제1, 제2 폴(153,154)은 자성물질인 FeNi로 이루어질 수 있다. 상기 유도코일(151,152)에는 미도시된 회로기판으로부터 기록하고자 하는 데이터에 대응되는 전기적 신호가 인가된다. 상기 판독부(159)는 서로 소정 간격을 두고 평행하게 배열된 제1, 제2 실드(156,157)와, 상기 실드들(156,157) 사이에 배치된 MR 센서(Magnetroresistance sensor,158)를 구비한다. 상기 MR 센서(158)에는 기록매체(120)에 자기적 형태로 저장된 데이터에 대응되는 전기 신호가 유도된다. 상기 기록부(155)와 판독부(159)의 저면에는 기록매체(120)와의 충돌 손상을 방지하기 위해, 예를 들어, DLC(Diamond Like Carbon)로 이루어진 코팅막이 형성되어 있다.
도 5는 기록매체에 적용되는 자성재료로서, M60 LMR에 대한 보자력(coercivity) 프로파일을 도시한 것인데, 온도에 따른 보자력의 변화를 보여주는 것으로, 여러 논문들에서 소개된 프로파일이 함께 도시되어 있다. 도시된 온도범위를 통하여, 외부온도와 보자력은 거의 선형적으로 반비례하는 관계를 보이고 있고, 보다 구체적으로 외부온도가 떨어짐에 따라 자성재료의 보자력은 증가하고, 외부온도가 올라감에 따라 자성재료의 보자력은 감소되는 경향을 보인다. 이렇게 외부온도에 따라 자성재료의 보자력이 변화되는 것은 온도변화에 반응하여 자성재료 내부의 이방성(anisotropy)이 증가 또는 감소되면서 자기적인 특성이 바뀌기 때문이다. 기록매체(120)의 보자력이 증가되면, 자화상태가 안정적으로 유지될 수 있으므로 일단 기록된 데이터의 유지 측면에서는 바람직할 수도 있다. 그러나, 기록매체(120)의 보자력이 높을수록 읽기/쓰기 헤드(150)를 통하여 매체(120)에 인가되는 기록 자계(recording field)에 대해 덜 민감하게 반응하게 되고, 인가된 기록 자계에 순응하는 자화 반전이 일어나기 어렵게 되므로, 기록 불량(weak write)이 발생될 가능성이 높다. 이에 따라, 보자력이 증가되는 저온 상태에서는 읽기/쓰기 헤드(150)를 기록매체(120) 쪽으로 접근시킴으로써 기록매체(120)가 보다 높은 밀도의 누설 자속에 노출되게 하거나, 또는 상기 읽기/쓰기 헤드(150)에 입력되는 전류 신호의 세기를 증가시키는 것이 바람직할 것이다.
도 6a와 도 6b는 각각 기록 자계와 그에 대한 공간구배(GRADIENT)의 프로파일을 나타낸 도면으로, 각 도면들에서 좌측에 도시된 것은 읽기/쓰기 헤드(150)에 인가되는 전류 세기에 따른 프로파일이고, 우측에 도시된 것은 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이에 따른 프로파일이다. 읽기/쓰기 헤드(150)에 인가되는 전류의 세기가 증가함에 따라, 그리고, 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이가 감소됨에 따라, 기록 자계(또는 기록자계에 대한 공간구배)는 대체로 증가하게 된다. 그러나, 상기 기록자계(또는 기록자계에 대한 공간구배)의 변화를 살펴보면, 전류 신호에 대해서는 완만한 변화를 보이는 반면, 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이에 대해서는 매우 급격한 변화를 보인다.
한편, 도 6c 및 도 6d는 기록매체의 종 방향 자계(LONGITUDINAL FIELD)와 그에 대한 공간구배(GRADIENT)의 프로파일을 도시한 도면인데, 여기서, 종 방향 자계 는 읽기/쓰기 헤드(150)가 기록매체(120)의 특정 트랙을 추종하면서 기록 기능을 수행할 때, 기록매체에 인가된 기록자계 중에서 특히 상기 트랙의 원주방향을 따르는 자기장 성분을 의미한다. 도시된 도면들을 참조하면, 상기 종 방향 자계(또는 종 방향 자계에 대한 공간구배)는 인가 전류의 세기에 대해서는 완만한 변화를 보이고, 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이 변화에 대해서는 급격한 변화를 보인다. 이러한 결과는 앞서 도 6a와 도 6b를 참조하여 설명된 바와 동일한 것이다.
부상높이의 변화에 대해 기록 자계 또는 종 방향의 자계가 민감하게 반응하는 것은 일반적으로 자기장의 세기는 전파거리의 3승에 반비례하여 급격히 감쇄되기 때문인데, 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이에 미소한 변화를 주더라도 기록 자계는 큰 감도로 민감하게 변화될 수 있으므로, 부상높이를 정밀하게 제어함으로써 기록 자계의 강도를 원하는 수준으로 강화시킬 수 있을 것이다. 예를 들어, 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이를 5nm 낮출 경우, 기록을 위한 전류 신호를 10 ~ 20mA 만큼 더 높이는 것과 동일한 보상 효과를 얻을 수 있으며, 기록의 정밀도를 가늠하는 BER(Bit Error Rate)을 대략 3.5 오더(order) 만큼 개선할 수 있다.
본 발명의 작동소자(145)는 온도변화에 반응하여 그 자신이 확장 또는 수축되면서, 여기에 부착된 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이(flying height)를 제어하게 되는데, 상온 작동환경에서는 읽기/쓰기 헤드(150)가 이상적인 부상높이, 예를 들어, 10nm로 기록매체에 대해 떠 있도록 소정의 Tr 두께를 유지하게 된다. 저온의 작동환경에서 상기 작동소자(145)는 수직 방향으로 확장되면서 종전의 Tr의 두께에서 Tc 두께로 변화되고 이에 따라 작동소자에 부착된 헤드는 기록매체 쪽으로 해당 되는 두께 차이(Tc-Tr)만큼 접근하게 된다. 즉, 상기 작동소자(145)는 저온 상태에서 변화되는 기록매체(120)의 자기적 특성에 대응하여 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이를 제어함으로써 온도 변화에 따른 기록불량에 대비하게 된다. 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이는 대략 수 nm 의 미소한 스케일로 변화되는 것이 바람직한데, 작동소자(145)로서의 SMA(Shape Memory Alloy) 엑츄에이팅 소재는 이러한 미소한 변위에 적합하다.
본 발명의 작동소자(145)는 온도 변화에 의존하는 수동적인 방식으로 제어됨으로써 상기 작동소자(145)를 구동하기 위한 별도의 회로기판이나, 전기적 신호의 소통을 위한 인터페이스가 요구되지 않는다. 이에 따라, 별도의 설치 공간이 소요되지 않으므로 드라이브 장치의 컴팩트화에 부담을 주지 않고, 특히 구동전력이 요구되지 않으므로 전체 드라이브 장치의 전력설계 차원에서도 부담을 주지 않게 된다.
한편, 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 읽기/쓰기 헤드(150)에는 기록매체(120)를 자화시키는 누설 자속을 형성하기 위한 제1, 제2 폴(153,154)이 마련되며, 이들 제1,제2 폴(153,154)은 고주파의 쓰기 신호에 반응하여 신속히 자속이 고속으로 변환될 수 있도록 연자성 재료, 예를 들어, FeNi로 이루어진다. 이들 제1, 제2 폴(153,154)은 알루미나(Al2O3), 산화 티탄(TiC)과 같은 세라믹 소재로 이루어진 보호층 내에 매립된 상태로 보호된다. 상기 헤드슬라이더(140)가 고온 환경에 노출되면, 연자성 재료로 이루어진 제1, 제2 폴(153,154)과 세라믹 소재의 보호층 사이의 열팽창 계수의 차이로 인하여 제1,제2 폴(153,154)은 주위의 보호층과 함께 기록매체(120) 방향으로 돌출되는 이른바, 폴팁 돌출현상(thermal pole tip protrusion)이 발생된다. 이러한 폴팁 돌출현상은 외부의 열적 환경에 의해 만들어지기도 하지만, 주로 고주파 전류 신호가 인가되는 읽기/쓰기 헤드(150)가 자체저항에 의해 가열됨으로써 발생되는 경우가 많다. 폴팁의 돌출과 함께 기록매체(120)와의 스페이싱(g)은 접촉을 피하기 위한 최소 허용치 이하로 좁혀지게 되고, 폴팁과 기록매체(120) 사이의 접촉 가능성은 높아지게 된다.
도 7a와 도 7b에는 읽기/쓰기 헤드에 인가되는 전류 신호의 세기에 따라 폴팁의 돌출 정도를 도시한 프로파일이 도시되어 있는데, 각각의 도 7a 및 도 7b에는 서로 다른 드라이브 모델에서 측정된 결과가 도시되어 있다. 도면에서 수평축에 도시된 OSC(Over-Shooting Current)는 교류(AC)로 인가되는 기록 전류(write current)의 세기를 나타내는 것이다. 도면들을 통하여, 전류 신호의 증가와 함께 대략 비례적으로 폴팁이 돌출되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 읽기/쓰기 헤드(150)가 기록매체(120) 상의 특정 트랙을 추종하면서 재생/기록 작용을 수행하는 과정에서, 예를 들어, 수직방향으로 외부충격이 가해질 경우, 읽기/쓰기 헤드(150)는 탄성 변형으로 출렁거리는 서스펜션(133)에 지지된 상태로 수직방향으로 진동하게 되고, 이때, 기록매체(120)와 충돌하면서 읽기/쓰기 헤드(150)나 기록매체(120)가 물리적으로 손상될 수 있다. 특히, 전술한 바와 같이, 폴팁이 열적 팽창을 통하여 기록매체(120) 쪽으로 돌출된 상태에서는 기록매체(120)와의 HDI(Head Disk Interface) 마진이 감소하고, 기록매체(120)와의 충돌 위험이 더욱 높아지게 된다. 이에 따라, 읽기/쓰기 헤드(150)의 온도 상태에 따라 읽 기/쓰기 헤드(150)와 기록매체(120) 사이의 스페이싱(spacing)을 제어함으로써 폴팁의 돌출로 인한 기록매체(120)와의 충돌 위험을 사전에 방지하는 것이 바람직할 것이다.
상기 작동소자(145)는 온도변화에 따라 그 자신이 수직방향으로 확장/수축하면서 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이를 제어하게 되는데, 전류 신호의 소통에 따라 읽기/쓰기 헤드(150)의 온도가 상승하고, 인접한 작동소자(145)가 가열되면서 상온의 두께 Tr로부터 고온의 두께 THh로 수축하게 된다. 이에 따라 읽기/쓰기 헤드(150)는 기록매체(120)에 대해 보다 상승한 부상높이인 THh로 떠 있게 되고, 유사시의 충돌에 대비한 안전한 유격거리가 확보될 수 있다. 한편, 외부온도의 변화나 유입전류의 변화에 따라 읽기/쓰기 헤드(150)의 온도가 상온으로 떨어지면 상기 작동소자(145)는 다시 원래의 두께 Tr로 확장되고, 이에 따라 읽기/쓰기 헤드(150)의 부상높이는 THh로 낮아지면서 폴팁과 기록매체 사이에 양호한 기록을 위한 스페이싱을 유지할 수 있게 된다.
도 8a 내지 도 8c에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드슬라이더의 구조가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 헤드슬라이더(240)는 기록 및 재생을 위한 읽기/쓰기 헤드(250)와 그 지지구조로서의 슬라이더를 구비한다. 본 실시예에 있어서, 상기 슬라이더는 나란하게 연장된 빔 형상의 부재들(241,245)을 포함하며, 이들이 측 방향으로 서로에 대해 접하도록 병렬적으로 배치된 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 슬라이더는 그 선단에 읽기/쓰기 헤드(250)가 부착된 작동부재(245)와, 상기 작동부재(245)를 사이에 두고 좌우 양쪽에서 상기 작동부재(245)를 지지하는 제1, 제2 서포트빔(241)을 포함한다.
상기 서포트빔(241)과 작동부재(245)는 측면을 통해 서로 접촉되는데, 이들 서포트빔(241)과 작동부재(245)는 읽기/쓰기 헤드(250)와 반대되는 후단 위치에서 국부적으로 상호 결합되는데, 예를 들어, 이들 사이에 개재된 접착층(249)에 의해 상호 결합될 수 있고, 읽기/쓰기 헤드(250)가 위치된 선단 위치에서는 작동부재(245)의 자유로운 휨 변형이 허용되도록 서포트빔(241)에 대해 결합되지 않고 서로 슬라이딩 가능하게 접촉된 상태 또는 미소 간격을 두고 상호 이격된 상태를 유지한다. 상기 작동부재(245)가 상방 또는 하방으로 휨 변형되면서 상기 작동부재(245) 선단에 부착된 읽기/쓰기 헤드(250)는 기록매체(120)에 대해 접근하거나 멀어질 수 있다.
상기 서포트빔(241)과 작동부재(245)는 이들 사이에 개재된 접착층(249)에 의하지 않고, 예를 들어, 이들을 가로질러 연장되는 별도의 결합부재(미도시)를 통하여 결합될 수도 있을 것이다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 헤드슬라이더(240)는 서스펜션에 부착되는데, 상기 서포트빔들(241)은 상기 서스펜션에 대해 직접 부착될 수 있고, 상기 작동부재(245)는 상기 서포트빔(241)을 통하여 상기 서스펜션에 간접적으로 지지될 수 있다.
상기 서포트빔(241)은 중앙의 작동부재(245)를 지지 및 보호하는 기능을 하기 위해 우수한 강성 및 내마모성을 가지면서, 자기적인 간섭으로 인한 기록/재생 오류를 피하기 위해 비자성 재료로 이루어지는 것이 바람직한데, 통상 알루미나(Al2O3) 및 산화티탄(TiC)을 포함하는 세라믹 소재로 이루어질 수 있다.
상기 작동부재(245)의 선단에는 기록매체(120)와의 자기적인 상호 작용을 통하여, 데이터의 기록/재생 기능을 하는 읽기/쓰기 헤드(250)가 부착된다. 상기 읽기/쓰기 헤드(250)의 구체적인 구조는 도 4를 참조하여 설명된 바와 사실상 동일하게 구성될 수 있고, 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 작동부재(245)는 온도조건에 반응하여 수동적으로 휨 변형되면서 읽기/쓰기 헤드(250)의 부상높이를 제어하고, 이를 통해 온도변화에 따른 기록매체(120)의 특성저하 또는 폴팁의 돌출로 인한 기록매체(120)와의 충돌 위험에 대비할 수 있도록 한다. 상기 작동부재(245)는 부피적인 확장/수축을 통해 읽기/쓰기 헤드(250)의 부상높이를 제어하는 것이 아니라, 자신의 휨 변형을 통해 선단에 부착된 읽기/쓰기 헤드(250)의 부상높이를 제어한다는 점에서, 도 3에 도시된 작동소자와 동작 메커니즘이 상이하다.
상기 작동부재(245)로서는 온도변화에 따라 내부의 결정구조가 바뀌면서 외형이 변화되는 SMA(Shape Memory Alloy) 액츄에이팅 소재 또는 열팽창 계수가 서로 상이한 둘 이상의 금속 박판을 적층함으로써 온도변화에 대응하여 휨 변형이 유발되는 바이메탈(bimetal) 구조의 액츄에이터 등이 적용될 수 있을 것이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 상온상태에서 상기 작동부재(245)는 상기 서포트빔(241)과 평행하게 수평자세를 유지할 수 있고, 이때, 상기 작동부재(245) 선단에 부착된 읽기/쓰기 헤드(250)는 상기 기록매체(120)에 대해 소정의 부상높이(FHr), 예를 들어, 10nm를 유지하게 된다. 한편, 저온 환경에서는, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 작동부재(245)가 하방으로 휘어지게 변형되고, 이에 따라, 그 선단에 부착된 읽기/쓰기 헤드(250)는 기록매체(120)에 대해 접근하게 되며, 그 부상높이 는 FHc로 낮아지게 된다. 이로써, 저온에서 기록 특성이 저하되는 기록매체(120)에 대해 보다 근접한 상태로 기록 자계(recording field)를 형성할 수 있다.
한편, 고온환경에서는, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 작동부재(245)가 상방으로 휘어지게 변형되고, 이에 따라, 상기 작동부재(245)의 선단에 부착된 읽기/쓰기 헤드(250)는 기록매체(120)로부터 멀어지게 되며, 그 부상높이는 FHh로 높아지게 된다. 이로써, 열적 팽창을 통해 돌출된 폴팁은 작동부재(245)에 부여된 형상 변화를 통해 기록매체(120)로부터 안전한 유격거리 이상으로 떨어져서 유사시의 외부 충격에 대비하게 된다.
도시된 작동부재(245)는 상온에서 서포트빔(241)과 수평한 자세를 갖고(FHa = S), 저온에서는 서포트빔(241)에 보다 하방으로 휨 변형되며(FHc < S), 고온에서는 서포트빔(241) 보다 상방으로 휨 변형된다(FHh > S). 그러나, 본 발명의 작동부재(245)는 이에 한정되지 않고, 온도변화에 따라 그 선단에 부착된 읽기/쓰기 헤드의 부상높이가 가변될 수 있다면, 예를 들어, 고온에서 수평한 자세를 갖고, 상온에서는 하방으로 휨 변형되며, 저온에서는 더욱 큰 변형율로 하방으로 휨 변형되도록 설계될 수도 있을 것이다.
본 발명의 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더에 의하면, 작동온도의 변화에 따라 읽기/쓰기 헤드의 부상높이를 가변시키는 작동소자를 구비한다. 이로써, 온도의 변화에 따른 제반 문제점들, 즉, 저온에서의 기록매체의 특성 저하 및 고온에서의 폴팁 돌출현상에 따른 기록매체와의 HDI(Head Disk Interface) 문제가 일괄 적으로 해소될 수 있다.
특히, 본 발명에서는 온도변화에 반응하는 수동 구동 방식의 작동소자가 채용됨으로써, 작동소자를 구동하기 위한 별도의 회로부가 요구되지 않는다. 그 결과, 제품 신뢰도는 향상되면서도 소비전력 및 설치공간에 부담을 주지 않는다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 회전하는 데이터 기록매체로부터 부력(浮力)의 발생을 유도하는 슬라이더;
    상기 기록매체와 대면하도록 상기 슬라이더의 하방에 지지된 것으로, 소정의 부상높이로 부상하여, 데이터의 기록/재생 기능을 하는 읽기/쓰기 헤드; 및
    상기 읽기/쓰기 헤드를 부착한 것으로, 온도변화에 의존하여 수직방향으로 확장 또는 수축되면서 상기 읽기/쓰기 헤드의 부상높이를 가변시키는 작동소자;를 포함하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 작동소자는 SMA(Shape Memory Alloy) 액츄에이팅 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 작동소자의 확장/수축을 통하여, 상기 작동소자에 부착된 상기 읽기/쓰기 헤드는 저온상태에서 상기 기록매체에 대해 접근한 제1 부상높이를 갖고, 고온상태에서 상기 기록매체로부터 멀어진 제2 부상높이를 갖는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  4. 회전하는 기록매체로부터 부력의 발생을 유도하는 슬라이더; 및
    상기 슬라이더의 상기 기록매체에 대한 대향면에 부착된 것으로, 상기 슬라이더에 의해 상기 기록매체로부터 부상하여, 데이터의 기록/재생을 수행하는 읽기/쓰기 헤드;를 포함하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더로서,
    상기 슬라이더는,
    일 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 서포트빔; 및
    상기 서포트빔과 평행하게 배치된 것으로, 상기 서포트빔에 고정된 후단부와 상기 읽기/쓰기 헤드가 부착된 선단부를 갖고, 온도변화에 의존하여 그 휨 변형 상태가 변화되면서 상기 읽기/쓰기 헤드의 상기 기록매체에 대한 부상높이를 가변시키는 작동부재;를 포함하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 작동부재는 SMA(Shape Memory Alloy) 액츄에이팅 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 작동부재는 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 적어도 둘 이상의 금속소재가 적층된 구조의 바이메탈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 작동부재의 휨 변형을 통하여, 상기 작동소자의 선단에 부착된 상기 읽기/쓰기 헤드는 저온상태에서 상기 기록매체에 대해 접근한 제1 부상높이를 갖고, 고온상태에서 상기 기록매체로부터 멀어진 제2 부상높이를 갖는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 작동부재는 상기 기록매체 쪽으로 휨 변형되거나 또는 상기 기록매체의 반대쪽으로 휨 변형되는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 서포트빔은 상기 작동부재를 사이에 두고 좌우 양쪽에 병렬적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 서포트빔과 작동부재는 측 방향으로 평행하게 배열되고, 후단부를 통하여 상호 결합된 것을 특징으로 하는 하드 디스크 드라이브의 헤드슬라이더.
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