TWI397066B - 硬碟磁盤及其垂直記錄系統、硬碟機 - Google Patents

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Description

硬碟磁盤及其垂直記錄系統、硬碟機
本發明係關於一種硬碟，特別是一種包括玻璃質金屬(glassy metal)的硬碟磁盤。
電子設備，例如：電腦、攜帶型電腦、個人錄影機(PVR)、MP3播放器、遊戲控制臺、機上盒、數位相機和其他電子設備，常需要儲存大量的資料。儲存裝置，例如：硬碟(HDD)，可用以滿足儲存需求。HDD設計者的一個目標是減少資料存取時間、增加儲存密度和/或減少HDD的功率消耗。
現在參照第1圖，圖中顯示一示範的資料儲存構造10，其包括塗佈有磁層15的一個以上之硬碟磁盤14。此磁層15儲存代表二進位1和0的正磁場和負磁場。於圖中概要性顯示於16處之主軸馬達轉動磁盤14。一般來說，在讀/寫運作過程中主軸馬達16以固定的速度轉動硬碟磁盤14。一個以上之讀/寫臂18相應於磁盤14而移動，以從硬碟磁盤14中讀出資料和/或寫入資料至硬碟磁盤14中。
於讀/寫臂18的遠端附近設置一讀/寫裝置20。此讀/寫裝置20包括一寫入元件，例如：產生磁場之一電感器(inductor)。讀/寫裝置20還包括一讀出元件(例如：磁阻(MR)元件)，用以感應硬碟磁盤14上的磁場。一前置放大電路22用以放大類比讀/寫信號。
當讀出資料時，前置放大電路22放大來自讀出元件的低電平信號並將放大信號輸出到讀/寫通道裝置24。當寫入資料時，產生流經讀/寫裝置20的寫入元件之一寫入電流。切換寫入電流以產生具有正或負極性的磁場。藉由硬碟磁盤14儲存此正或負極性並且此正或負極性用於表示資料。
一緩衝器32用於儲存與硬碟控制相關之資料和/或緩存資料，以便允許以較大資料塊的形式收集和傳輸資料，進而提高效率。緩衝器32可使用同步動態記憶體(SDRAM)或其他類型的低延遲記憶體(low latency memory)。一處理器34用以執行與硬碟10的運作相關的處理。一硬碟控制器(HDC)36經由輸入/輸出(I/O)介面38與一主機37連接。HDC 36亦與主軸/音圈馬達(VCM)驅動器40和/或與讀/寫通道裝置24相連接。I/O介面38可為一串列介面或一平行介面，例如集成驅動電路(IDE)、高級技術附加裝置(ATA)或串列ATA(SATA)介面。主軸/VCM驅動器40用以控制轉動磁盤14的主軸馬達16。主軸/VCM驅動器40亦用以產生定位讀/寫臂18的控制信號，例如：利用音圈執行器、步進馬達或任何其他適當之執行器。
現在參考第2圖，硬碟磁盤14包括具磁層15之一基板51，且此磁層15係以非揮發性(nonvolatile)之方式儲存資料。並將磁層15劃分成包括同心圓斷面之數個磁軌54。再將磁軌54徑向劃分成數個磁區。典型地，磁層15係利用焊接、燒結、電鍍、 噴鍍、沉積、噴射和/或其他技術塗佈於基板51上。並可再加上一保護層(圖中未顯示)以避免硬碟磁盤14擦刮和/或破碎。
較佳之基板51是為耐久、輕質、不易彎曲和耐熱之材質。於使用期間內，基板51應能承受由於發熱、高速旋轉和/或振動而產生之變形。磁盤14典型地是由鋁合金或玻璃所製成，當然也可使用其他材料。
若鋁合金磁盤太薄，則容易變形，進而在旋轉期間可能會造成抖動。並且於高速旋轉期間，鋁合金磁盤會膨脹。此外，在將鋁合金磁盤夾緊於主軸馬達上時可能會導致鋁合金磁盤變形。再參照第3A圖和第3B圖，圖中顯示硬碟磁盤14，其包括基板51、磁層15和一中心孔76。磁層15形成於基板51之至少一個表面上。中心孔76用以容納與主軸馬達16相連之夾緊裝置78。此夾緊裝置78會導致硬碟磁盤70向下(如圖所示)或向上變形。
玻璃硬碟磁盤則不易受由於高速旋轉而產生之變形的影響。因此，玻璃硬碟磁盤可比由鋁合金製造之磁盤更薄和更輕。於是，使用玻璃磁盤之資料儲存設備可配備需較少功率之較小的馬達，因而使其更有效率。但是玻璃磁盤的製造成本較鋁合金磁盤高。此外，玻璃不能利用射出成形而需以切割方式成形，因此增加了磁盤的製造成本。
因此，為達上述目的，本發明所揭露之一種硬碟磁盤包括一 基板和排列於基板上之至少一個磁層。此基板包含玻璃質金屬。
在其他特徵中，玻璃質金屬包括具有三種以上之元素的合金，且此些元素的原子大小相差至少12%。其中玻璃質金屬包括鋯、鈦、鎳、銅和/或鈹中之至少三種。
在其他特徵中，此基板係以射出成形。而玻璃質金屬實質上係為非晶體的。於此，玻璃質金屬係為大於或等於約80%的非晶體，並且係小於或等於約20%的晶體。
在其他特徵中，一種垂直記錄系統包括上述之硬碟磁盤。一種硬碟包括上述之硬碟磁盤。一種電腦包括上述之硬碟。一種數位相機包括上述之硬碟。一種攜帶型媒體播放器包括上述之硬碟。
在其他特徵中，一鋁層位於玻璃質金屬基板和至少一磁層之間。
在其他特徵中，一絕緣層位於玻璃質金屬基板和至少一個磁層之間。此絕緣層包括玻璃和/或氮化矽。此絕緣層係沉積於玻璃質金屬基板上。於此，此絕緣層可利用化學氣相沉積而沉積在玻璃質金屬基板上。
一種硬碟磁盤包括一基板、一強化層和一磁層。強化層位於基板的至少一個表面上。於此，強化層包括玻璃質金屬。磁層形成在基板和強化層中之至少一個上。
在其他特徵中，玻璃質金屬包括三種以上之元素，且此些元素的原子大小相差至少12%。於此，玻璃質金屬包括鋯、鈦、鎳、 銅和/或鈹中的至少三種。基板包括玻璃和/或鋁合金。此玻璃質金屬實質上係為非晶體的。於此玻璃質金屬係為大於或等於約80%的非晶體，並且係小於或等於約20%的晶體。
在其他特徵中，一種垂直記錄系統包括上述的硬碟磁盤。一種硬碟包括上述的硬碟磁盤。一種電腦包括上述的硬碟。一種數位相機包括上述的硬碟。一種攜帶型媒體播放器包括上述的硬碟。
有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。
以下舉出具體實施例以詳細說明本發明之內容，並以圖式作為輔助說明。說明中提及之符號係參照圖式符號。
本發明藉由利用玻璃質金屬基板形成硬碟磁盤來改良資料儲存設備。此外，於一較低成本的基板材料，例如玻璃、金屬和/或合金，上塗佈一層玻璃質金屬，以提高基板材料的強度和硬度。
於本文中所使用之術語“玻璃質金屬”是指一合金，其結合三種以上之元素，且此些元素的原子大小相差至少12%。舉例來說，玻璃質金屬可包括鋯、鈦、鎳、銅和/或鈹的合金。在一實施例中，玻璃質金屬可為自從美國加州(California)森林湖(Lake Forest)之液態金屬科技公司(Liquidmetal Technologies)取得之Liquidmetal2®和/或Vitreloy®。此Vitreloy®主要係為非晶體或玻璃質的。而Liquidmetal2®係為約80%的玻璃質和20%的 晶體。
於本文中所提及之術語“塗佈”，係指利用焊接、燒結、電鍍、噴鍍、噴射、沉積和/或其他適當的方法施加玻璃質金屬至非玻璃質金屬基板和/或施加磁層到玻璃質金屬基板、非玻璃質金屬基板和/或玻璃質金屬強化層。
現在參照第4圖，硬碟磁盤100包括一基板104，此基板104包括玻璃質金屬。於基板104的一個以上之表面上塗佈有磁層106，且在使用期間此磁層106用以磁性地儲存資料。由此可知，此硬碟磁盤100可較傳統硬碟磁盤薄，並且能旋轉得更快而不變形。由於重量減少和強度增加，還可使用較相符之傳統硬碟磁盤消耗功率少的主軸馬達16來旋轉硬碟磁盤100。並且較高的旋轉速度還能減少資料存取時間。此外，可減少包括此具有玻璃質金屬磁盤之硬碟的設備的整體重量，這對於攜帶型應用，例如：攜帶型電腦、個人數位助理、數位相機、攜帶型媒體播放器、筆記本電腦等等，是有利的。
參照第5圖，圖中顯示製造第3圖中之硬碟磁盤100的步驟的一實施例。此方法開始於步驟110。在步驟114中，係為使用玻璃質金屬形成硬碟磁盤基板104。在步驟116中，係為於基板104的一個以上之表面上塗佈磁層106。最後，此方法結束於步驟118。
參照第6圖，圖中顯示一替代的硬碟磁盤120，其包括玻璃質金屬基板104。在玻璃質金屬基板104上形成鋁和/或鋁合金層 124。而磁層106則形成在鋁和/或鋁合金層124上。
參照第7圖，係為製造第6圖中之硬碟磁盤120的步驟之一實施例。此方法起始於步驟140。在步驟142中，係為使用玻璃質金屬製造硬碟磁盤基板104。在步驟144中，係為在玻璃質金屬基板104上設置鋁和/或鋁合金層124。在步驟148中，係為於鋁和/或鋁合金層124上塗佈磁層106。最後，此方法結束於步驟150。
參照第8圖，係為顯示一種替代的硬碟磁盤160，以包括玻璃質金屬基板104。其中一絕緣層164形成在玻璃質金屬基板104上。並於絕緣層164上形成金屬塗佈層106。而此絕緣層164可包括玻璃、氮化矽(SiNix)和/或其他合適的絕緣材料。較佳地，絕緣層164的材料具有足以應對在使用期間遇到的物理壓力以及在製造硬碟磁盤160期間遇到的壓力之堅固程度。舉例來說，此絕緣層164可沉積在玻璃質金屬基板104上。用以沉積絕緣層164的合適方法包括化學氣相沉積(CVD)。
參照第9圖，係為製造第8圖中的硬碟磁盤160的步驟之一實施例。此方法起始於步驟170。在步驟172中，係為使用玻璃質金屬製造硬碟磁盤基板104。在步驟174中，係為在玻璃質金屬基板104上形成絕緣層164。在步驟176中，係為於絕緣層164上塗佈磁層106。最後，此方法結束於步驟180。
一替代的硬碟磁盤包括一基板，此基板可包括玻璃、金屬和/或合金。而此合金可為鋁合金。於基板的一個以上之表面上塗佈 玻璃質金屬。並於玻璃質金屬和/或基板上塗佈磁層。由此可知，此硬碟磁盤能夠比傳統硬碟磁盤製造得更薄和/或旋轉得更快而不變形。且還可利用消耗較少功率的較低功率主軸馬達來旋轉此硬碟磁盤。並且較高的旋轉速度還能減少資料存取時間。
用以製造硬碟磁盤的示範步驟包括下列步驟：首先，一材料形成硬碟磁盤基板之步驟。此材料可包括玻璃、金屬和/或合金。於此，合金可為鋁合金。接著，於基板的一個以上之表面上塗佈玻璃質金屬。再塗佈磁層於玻璃質金屬和/或基板的一個以上之表面上。
由此可知，雖然玻璃質金屬係塗佈、形成和/或安置在基板的上表面和下表面上，但是玻璃質金屬亦可塗佈、形成和/或安置在上表面和/或下表面上。而磁層會塗佈、形成和/或安置在基板和/或玻璃質金屬上。舉例來說，在基板的下表面上塗佈玻璃質金屬時，而在基板的上表面上則塗佈磁層，反之亦然。
由於玻璃質金屬的強度，因此玻璃質金屬硬碟磁盤和/或玻璃質金屬塗佈之基板能製造得比傳統硬碟磁盤更薄、更輕。配有玻璃質金屬磁盤和/或塗佈玻璃質金屬的基板的硬碟能使用更小的馬達和/或以較高的功率效率來運作。而且，硬碟能以較高的速度轉動玻璃質金屬磁盤和/或被塗佈玻璃質金屬的基板且不會有變形的風險。較快的磁盤轉速於硬碟的讀/寫運作上可減少存取時間。此外，可降低包括此具有玻璃質金屬磁盤的硬碟的設備之整 體重量，因而有利於攜帶型應用裝置，例如：攜帶型電腦、個人數位助理、數位相機、攜帶型媒體播放器、筆記本等等。
玻璃質金屬材料也可射出成形為玻璃質金屬磁盤。因此，藉由以射出成形為條件的硬碟磁盤可減少製造成本。射出成形硬碟磁盤不需要額外的切割或成型(如同製造玻璃硬碟磁盤)就可較接近最終形狀。由此可知，此種硬碟磁盤在垂直記錄系統中特別有用。玻璃質金屬的損耗較少，因而提高在寫入期間磁通量通路的效率。換句話說，磁通量通路係從寫入元件的一端來回地經過基板和磁層到達寫入元件的對側端。提高的效率可允許資料間隔更為緊密和/或增加儲存容量。由此可知，雖然硬碟磁盤於描述上係以鑄模和/或塗佈的步驟結合，但亦可利用其他製造方法來製造玻璃質金屬而不脫離本發明。
參照第10圖，圖中顯示與第1圖中的硬碟類似的硬碟200。此硬碟200包括根據本發明而製造的硬碟磁盤204。
參照第11圖至第13圖，圖中顯示根據本發明之硬碟的應用方式之其他實施例。在第11圖中，一電腦220包括第10圖的硬碟200。此電腦220可為一攜帶型電腦、筆記型電腦、桌上型電腦、個人數位助理或任何其他類型的電腦。在第12圖中，一數位相機224包括第10圖的硬碟200。在第13圖中，一攜帶型媒體播放器228包括第10圖的硬碟200。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧資料儲存構造
14‧‧‧硬碟磁盤
15‧‧‧磁層
16‧‧‧主軸馬達
18‧‧‧讀/寫臂
20‧‧‧讀/寫裝置
22‧‧‧前置放大電路
24‧‧‧讀/寫通道裝置
32‧‧‧緩衝器
34‧‧‧處理器
36‧‧‧硬碟控制器
37‧‧‧主機
38‧‧‧輸入/輸出介面
40‧‧‧主軸/音圈馬達驅動器
51‧‧‧基板
54‧‧‧磁軌
76‧‧‧中心孔
78‧‧‧夾緊裝置
100‧‧‧硬碟磁盤
104‧‧‧基板
106‧‧‧磁層
120‧‧‧硬碟磁盤
124‧‧‧鋁和/或鋁合金層
160‧‧‧硬碟磁盤
164‧‧‧絕緣層
200‧‧‧硬碟
204‧‧‧硬碟磁盤
220‧‧‧電腦
224‧‧‧數位相機
228‧‧‧攜帶型媒體播放器
步驟110‧‧‧開始
步驟116‧‧‧於一個以上之表面上塗佈磁層
步驟118‧‧‧結束
步驟140‧‧‧開始
步驟142‧‧‧由玻璃質金屬形成磁盤基板
步驟144‧‧‧於基板材料上設置鋁和/或鋁合金層
步驟148‧‧‧於鋁和/或鋁合金層上塗佈磁層
步驟150‧‧‧結束
步驟170‧‧‧開始
步驟172‧‧‧由玻璃質金屬形成磁盤基板
步驟174‧‧‧在基板材料上形成絕緣層
步驟178‧‧‧於絕緣層上塗佈磁層
步驟180‧‧‧結束
第1圖是為說明習知技術之示範性資料儲存設備的方塊圖；第2圖係為圖示說明現有技術之硬碟磁盤；第3A圖係為說明於第2圖中習知技術之硬碟磁盤的橫截面圖；第3B圖係為圖示說明因夾緊而造成第3A圖之硬碟磁盤的變形；第4圖係為說明根據本發明之包括玻璃質金屬基板和磁層的硬碟磁盤的橫截面圖；第5圖係為圖示說明製造第4圖的硬碟磁盤的示範性方法的步驟；第6圖係為說明根據本發明之與第4圖類似且包括鋁和/或鋁合金層的硬碟磁盤的橫截面圖，其中鋁和/或鋁合金層係位於玻璃質金屬基板和磁層之間；第7圖係為圖示說明用以製造第6圖的硬碟磁盤之示範性方法的步驟；第8圖係為說明根據本發明之與第4圖類似且包括一絕緣層的硬碟磁盤的橫截面圖，其中此絕緣層係位於玻璃質金屬基板和 磁層之間；第9圖係為圖式說明用以製造第8圖的硬碟磁盤之示範性方法的步驟；第10圖係為根據第4圖、第6圖和/或第8圖之包括硬碟磁盤的示範性硬碟的方塊圖；第11圖係為說明包括第10圖之硬碟的電腦的方塊圖；第12圖係為說明包括第10圖之硬碟的數位相機的方塊圖；及第13圖係為說明包括第10圖之硬碟的攜帶型媒體播放器的方塊圖。
76‧‧‧中心孔
100‧‧‧硬碟磁盤
104‧‧‧基板
106‧‧‧磁層

Claims (27)

  1. 一種硬碟磁盤，其包括：一基板，具有第一表面及第二表面，包括提供該基板之主托架的一玻璃質金屬層；至少一磁層，位於該第一表面及該第二表面中至少之一之上；以及一強化層，其具有第三表面及第四表面，其中該第三表面係位於該第一表面上，及其中該至少一磁層係位於該第四表面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，其中該玻璃質金屬層包括一合金，其中該合金具有三種以上之元素，且該些元素的原子大小相差至少12%。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的硬碟磁盤，其中該玻璃質金屬層包括鋯、鈦、鎳、銅和/或鈹中的至少三種。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的硬碟磁盤，其中該玻璃質金屬層包括鋯、鈦、鎳、銅和鈹。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，其中該基板是為射出成形的。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，其中該玻璃質金屬層大致上係為非晶體的。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，其中該玻璃質金屬層是為大於或等於約80%非晶體的和小於或等於約20%晶體的。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，其中該至少一磁層係塗佈在該基板上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，更包括一第一層，位於該基板和該至少一磁層之間，其中該第一層包括鋁和/或一絕緣層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的硬碟磁盤，其中該絕緣層包括玻璃。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的硬碟磁盤，其中該絕緣層包括氮化矽。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的硬碟磁盤，其中該絕緣層係沉積在該基板上。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的硬碟磁盤，其中該絕緣層係利用化學氣相沉積法沉積在該基板上。
  14. 一種垂直記錄系統，包括如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤。
  15. 一種硬碟，包括如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤。
  16. 一種電腦，包括如申請專利範圍第15項所述的硬碟。
  17. 一種數位相機，包括如申請專利範圍第15項所述的硬碟。
  18. 一種攜帶型媒體播放器，包括如申請專利範圍第15項所述的硬碟。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，其中該基板係由單層 組成。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，其中該基板的每一層包括玻璃質金屬。
  21. 如申請專利範圍第1項所述的硬碟磁盤，其中該強化層包括玻璃質金屬。
  22. 一種硬碟磁盤，其包括：一非玻璃質金屬基板，其包含：一第一表面；及一第二表面，其與該第一表面相對並實質上位於單一平面中；至少一磁層，其位於該第一表面上；及一玻璃質金屬層，其位於該第二表面上，其中該至少一磁層係位於該第一表面，且該至少一磁層與該第一表面之間未使用玻璃質金屬。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的硬碟磁盤，更包含一非玻璃質金屬層，其位於該第一表面與該至少一磁層之間。
  24. 如申請專利範圍第22項所述的硬碟磁盤，其中該非玻璃質金屬基板包含至少一強化層及一絕緣層。
  25. 如申請專利範圍第22項所述的硬碟磁盤，其中該至少一磁層直接接觸該第一表面。
  26. 如申請專利範圍第22項所述的硬碟磁盤，其中玻璃質金屬層 係塗佈於該第二表面上。
  27. 一種硬碟磁盤，其包括：一非玻璃質金屬基板，其包含：一第一表面；及一第二表面，其與該第一表面相對並實質上位於單一平面中；至少一磁層，其位於該第一表面上；及一玻璃質金屬層，其位於該第二表面上，其中該至少一磁層直接接觸該第一表面。
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