CN1551120A - 配置磁盘驱动器中浮动块的空气支撑面的设备和方法 - Google Patents

Abstract

硬盘驱动器浮动块具有空气支撑面，所述空气支撑面使用磁盘驱动器中的环境空气作为用于热辅助记录的热源。浮动块和磁盘表面之间的引入空气被加压，产生足以加热记录介质的热量。很小的热垫位于空气支撑面的后端，并且环绕磁记录头。所述热垫包括包含加热空气的微小气窝，以便向记录介质提供热量。空气可被加压到约80atm，在等熵条件下，该压强足以把空气温度升到高约800℃。通过传导，受热空气把热能传递给记录介质，从而获得高于200℃的磁盘表面温度。这是热磁记录所需的记录层温度。

Description

配置磁盘驱动器中浮动块的空气支撑面的设备和方法

技术领域

本发明涉及改进的磁盘驱动器浮动块的空气支撑面，更具体地说，涉及配置磁盘驱动器浮动块的空气支撑面，以便在热辅助记录中在磁盘表面产生高温的改进设备和方法。

背景技术

一般来说，数据存取和存储系统由一个或多个存储装置组成，所述存储装置把数据保存在磁性或光学存储介质上。例如，一种磁存储装置被称为直接存取存储装置(DSAD)或硬盘驱动器(HDD)，并包括一个或多个磁盘，和控制涉及这些磁盘的局部操作的磁盘控制器。硬盘本身通常由铝合金或玻璃和陶瓷的混合物制成，并且涂覆有磁性涂层。通常，1～6个磁盘垂直堆叠在磁盘驱动电机以每分钟数千转(rpm)的转速旋转的公共主轴上。

典型的HDD还使用促动器组件。促动器把磁性读取/写入头移到旋转磁盘上的所需位置，以便把信息写入所述位置，或者从所述位置读取数据。在多数HDD内，磁性读取/写入头安装在浮动块上。浮动块通常用于机械支承磁头和磁头与磁盘驱动系统剩余部分之间的任意电气连接。浮动块是流线型的，在运动空气上方滑动，从而保持到旋转磁盘表面的均匀距离，由此防止不希望地磁头接触磁盘。

通常，浮动块形成有流线型的突起，或者在其本体上的所谓的空气支撑面(ABS，air bearing surface)，所述空气支撑面使浮动块能够在磁盘驱动器的操作过程中，以恒定的高度靠近磁盘浮动(flying)。浮动块与每个磁盘片的每个侧面相联系，并且刚好在磁盘片(platter)的表面上方浮动。每个浮动块安装在悬臂上，形成磁头万向节组件(HGA)。HGA随后附着在支承整个磁头浮动单元的半刚性促动器臂上。组合数个半刚性臂，形成具有线性轴承或旋转枢轴轴承系统的单一可移动单元。

通过利用通常称为音圈电机(VCM)的磁体/线圈结构，直线或枢轴移动磁头和臂组件。VCM的定子安装在座底板或铸件上，主轴也安装在所述座底板或铸件上。随后用盖子和密封组件封闭座底铸件及其主轴、促动器VCM和内部过滤系统，确保污染物不能进入，并且不会对在磁盘上方浮动的浮动块的可靠性产生不利影响。当向电机供给电流时，VCM形成基本正比于施加的电流的力或转矩。于是，臂加速度正比于电流的量值。当读取/写入头接近所需磁道时，向促动器施加极性相反的信号，使该信号起制动的作用，理想地使读取/写入头停止并直接停留于所需磁道上方。

提高磁盘驱动器的性能的成功尝试有很多。改进磁盘驱动器的一种设备和方法采用热磁记录技术。参见Nakajima等的美国专利No.6317280。在该专利中，记录和再现磁头包括浮动块，加热头，作为MR磁头的再现磁头，和作为安装在浮动块上的薄膜感应磁头的记录磁头。加热头的加热部分的宽度小于再现磁头和记录磁头的宽度。在磁盘的记录层中，调整记录温度下，记录层的矫顽力，以及再现温度下，记录层的饱和磁化强度，记录层的补偿温度被调整基本为室温。热磁记录和再现磁头能够实现较窄的磁道，而不必降低记录磁头和再现磁头的宽度，从而提高磁道密度。

另一种现有的热磁记录技术使用激光光学装置(例如参见Yoshida等的美国专利No.6288981)提供热源。虽然这些装置切实可行，但是它们使磁头结构更复杂，更贵。从而，提供将在热磁记录中使用的热源，以便在热辅助记录过程中，在磁盘表面上产生高温的改进设备和方法是合乎需要的。

发明内容

硬盘驱动器浮动块的一个实施例具有空气支撑面，所述空气支撑面使用磁盘驱动器中的环境空气作为用于热辅助记录的热源。通过优化空气支撑形状，浮动块和磁盘表面之间的引入空气被加压，产生热到足以加热磁盘上的记录介质的空气。实现所需的结果不需要任何额外的装置或过程，例如现有技术中嵌入浮动块中的加热器。从而，本发明与现有的磁头结构兼容。

很小的热垫位于空气支撑面的后端，并且环绕磁记录头结构。利用离子蚀刻或碳沉积工艺加工热垫，所述热垫包括包含加热空气的微小气窝(pocket)，以便向磁盘上的记录介质提供热量。空气可被加压到约80atm，在假定绝热的情况下，等熵条件下，该压强足以把空气温度升到高约800℃或更高。通过传导，受热空气把热能传递给记录介质，从而获得高于200℃的磁盘表面温度。这是热磁记录所需的记录层温度。

结合附加的权利要求和附图，根据本发明的优选实施例的下述详细说明，对本领域的技术人员来说，本发明的前述及其它目的和优点是显而易见的。

附图说明

参考附图中图解说明的本发明的实施例，本发明的特征和优点，以及其它方面将变得显而易见，并且能够更详细地理解本发明的特征和优点，能够得到上面简要概述的本发明的更具体说明，所述附图构成本说明书的一部分。但是，注意附图只是图解说明本发明的一个实施例，并不是对本发明范围的限制，因为本发明许可其它同样有效的实施例。

图1是根据本发明构造的硬盘驱动器的一个实施例的示意顶视图。

图2是图1的驱动器用于在磁盘表面上产生高温的空气支撑面上的一个特征部件的一个实施例的平面图，并根据本发明绘制。

图3是图2的部件的等距图，并根据本发明绘制。

图4是图1的驱动器用于在磁盘表面上产生高温的空气支撑面上的一个特征部件的备选实施例的平面图，并根据本发明绘制。

图5是图4的部件的等距图，并根据本发明绘制。

图6是图1的驱动器用于在磁盘表面上产生高温的空气支撑面上的一个特征部件的另一备选实施例的平面图，并根据本发明绘制。

图7是图6的部件的等距图，并根据本发明绘制。

图8是利用图2和3的特征部件的浮动块的空气支撑面的平面图，并根据本发明绘制。

图9是操作过程中，由图8的空气支撑面产生的压力的三维等距图。

具体实施方式

参见图1，图1表示了包括计算机系统用磁性硬盘外存储器(file)或驱动器111的信息存储系统或数据记录装置的一个实施例的示意图。

驱动器111具有外壳或座底113，外壳113包含多个堆叠的平行磁盘115(示出一个)，所述多个磁盘115间隔紧密。磁盘115由具有中央驱动轮毂117的主轴电机组件旋转。促动器121包含多个平行促动臂125(示出一个)，所述促动臂125呈围绕枢轴组件123枢轴安装在座底113上的梳子(comb)的形式。控制器119也安装在座底113上，以便相对于磁盘115，有选择地移动臂125的梳齿。

在所示实施例中，每个臂125从其伸出至少一个向外延伸的集成引线悬臂127。磁性读取/写入转换器或磁头安装在浮动块129上，并固定于柔性安装于每个集成引线悬臂127的挠曲(flexure)处。读取/写入磁头从磁盘115读取数据和/或把数据写入磁盘115。称为磁头万向节组件的集成层面(the level of integration)是磁头和浮动块129，它们安装在集成的引线悬臂127上。浮动块129通常粘附于集成引线悬臂127的端部。在所示实施例中，磁头的大小为微微级(约为1250×1000×300微米)，并由陶瓷或金属间材料形成。磁头的大小也可以是毫微级(约为2050×1600×450微米)，或者毫微微级(约为850×700×230微米)。集成引线悬臂127使浮动块129贴着磁盘115的表面被预加载(最好在2-10g的范围内)。

集成引线悬臂127具有类似于弹簧的特性，该特性使得贴着磁盘115偏置或推动浮动块129的空气支撑面(ABS)，从而使得在浮动块129和磁盘115的表面之间产生空气支撑膜。放置在常规的音圈电机磁体组件134(未示出顶端磁极)内的音圈133与磁头万向节组件相对地也安装在臂125上。控制器119移动促动器121(由箭头135指示)，导致径向越过磁盘115上的磁道，移动磁头万向节组件的浮动块129，直到磁头停留在目标磁道上为止。磁头万向节组件按照常规方式工作，并且总是相互一致地移动，除非驱动器111使用多个独立的促动器(未示出)，这种情况下，臂125能够相互独立地移动。

测量浮动块129的性能的参数有数个。浮动高度是浮动块129的ABS上的一点和磁盘115表面之间的间隔，例如ABS的后缘的中心和磁盘115表面之间的间隔。斜度(pitch)是相对于磁盘115的平面，飞行浮动块129在纵向方向上的倾斜。摇摆是相对于磁盘115的平面，飞行浮动块129在横向方向上的倾斜。浮动高度、斜度和摇摆都取决于诸如环境压力、温度、空气粘度，线速度(到磁盘中心的距离与磁盘角速度或rpm的乘积)，倾角(浮动块的纵轴与自磁盘中心的当前半径的切线之间的角度)，预加载(例如悬臂施加的作用力)，悬臂力矩(悬臂沿斜度和摇摆方向施加的力矩)、浮动块平面度，和浮动块ABS本身的设计之类参数。浮动块129的设计目标是低速度和低偏斜相关性，在磁盘115的半径范围内基本保持平直的浮动高度轮廓。磁道和磁盘之间的间距由浮动高度及其斜度和摇摆一起描述。

现在参见图8，图中表示了浮动块129的空气支撑(air bearing)或ABS的一个例证例子。为了便于引用，浮动块129具有前缘或前端201，后端203，侧缘205，纵轴或x轴207，横轴或y轴209和z轴(垂直于页面)。一般来说，利用一个或多个蚀刻工艺制备浮动块129，所述一个或多个蚀刻工艺产生多深度构造物(formation)，包括ABS面，浮动块129的座底结构的x-y平面上的深度较浅的垫(pad)。在这种特殊形式的浮动块129中，ABS具有多个空气支撑垫，包括前端垫211和中央后端垫215。浅深度表面具有前台阶210，侧轨213，后台阶214，和横向后端垫217。但是，本发明的浮动块并不局限于这种构造；它只是一个例子。

此外，根据浮动块的应用，可改变这些组件的任意组合。

本发明的关键要素是一个很小的构造物221，在所示实施例中，所述构造物221位于浮动块129的后端203附近。构造物221可包括多个不同的构造，图2-7的放大图中图解说明了其中的三种构造。在图2-7的三种构造中，没有表示ABS的其它组件，例如空气支撑垫的细节，以便集中于结构221的各种设计。在一个实施例中，空气支撑中的构造物221位于空气支撑垫之一上(即图8中的中央后端垫215上)，并与座底的后端203相邻。

构造物221的第一例子在图2和3中被图解表示成构造物221a。就该形式来说，构造物221a具有第一特征部件(feature)223，所述第一特征部件是矩形块的简化ABS面。第一特征部件223具有沿z方向的第一高度225(图3)。构造物221还具有位于第一特征部件223上的第二特征部件227，在所示实施例中，第二特征部件227呈T形，包括横梁229和中央部分或本体331。横梁229沿y方向从第一特征部件223的这头横向延伸到那头，本体231朝着后端203，纵向横过第一特征部件223。第二特征部件227具有沿z方向的第二高度233，第二高度233大于第一高度225。C形开口或孔235(例如盲孔235)位于第二特征部件227中，具有沿z方向由底部237限定的深度(图2)。盲孔235具有沿z方向延伸的多个侧面或侧壁239，从而在所有所述多个侧面239，盲孔235被第二特征部件227环绕。

磁头241与盲孔235相邻地安放在构造物221a的第二特征部件227中。在所示型式中，盲孔235的底部237位于z方向上，和第一特征部件223的第一高度225相同的水平面上。在该型式中，磁头241还沿x方向，朝着座底的后端203延伸到盲孔235中，使盲孔235成C型。磁头241位于构造物221a的第二特征部件227的第二高度233，从而在z方向上，磁头241基本上与第二高度233齐平，如图所示。在y方向上，磁头241和盲孔235位于第二特征部件的中心，在y方向上，构造物221a位于空气支撑的中心。

通过反应离子蚀刻浮动块129的浅深度表面，通过离子铣磨形成包括构造物221a的第一特征部件223的空气支撑，和借助离子铣磨-液体抗蚀剂(resist)形成第二特征部件227和盲孔235，可形成本发明。制备构造物221a的另一种备选方法是使用超浅蚀刻工艺形成第二特征部件227和盲孔235。也可借助碳沉积工艺形成构造物221a。在一种型式中，盲孔235的深度(z尺寸)约为5-30纳米，其x-y尺寸约为40微米×150微米。

本发明的另一例子在图4和5中被图解表示成构造物221b。在这种型式的构造物中，存在多个类似的组件，第一特征部件251基本上和前一例子中的第一特征部件223相同。但是，第二特征部件253和盲孔257的形状不同于前一例子中的第二特征部件227和盲孔235。构造物221b的第二特征部件253通常为具有与后端203相反的凹口255的C型。盲孔257沿y方向伸长，并具有中央部分259(它包含磁头)，横向端部261，和位于中央部分259和横向端部261之间的两个中间部分263。横向端部261的x轴尺寸大于中间部分263的x轴尺寸，中间部分263的x轴尺寸大于中央部分259的x轴尺寸。

本发明的又一例子在图6和7中被表示成构造物221c。在这种型式的构造物中，第一特征部件271类似于上述两个例子中的第一特征部件223、251，但是第二特征部件273和盲孔277的形状不同于上述两个例子中的相应第二特征部件和盲孔。构造物221c的第二特征部件273为矩形，并且位于第一特征部件271上。盲孔277实际包含彼此隔开，并且在y方向上对称排列的三个盲孔。这三个盲孔包括中央的C形盲孔279和两个横向盲孔281，所述两个横向盲孔281为矩形。磁头283朝着后端203延伸到中面盲孔279中，从而形成C形。

操作上，在数据存储装置中的热磁记录方法中使用本发明。该方法包括提供具有可旋转磁盘115和促动器121的数据存储装置111(图1)，所述磁盘115具有磁道，所述促动器121具有浮动块129，所述浮动块129带有磁头(图2)，以便从磁盘115上的磁道读取数据和把数据写入磁盘115上的磁道。在浮动块129上制备空气支撑。空气支撑具有构造物(例如图2和3的221a)，所述构造物具有形成于其中的孔235，从而磁头241与孔235相邻地位于构造物221a中。相对于促动器121旋转磁盘115，浮动块129被放在磁盘115上的磁道上方浮动高度的位置。

本发明的方法包括在浮动块129保持浮动高度时，当磁盘115邻近浮动块129旋转时，压缩构造物221a中孔235中的空气。这样，在磁头241前方，压缩空气达到所需压强，从而通过压缩加热被整体加热到所需温度。孔235把高压区精确限制于位于磁头241的写入极的紧密束(tightbundle)。高压气束(bundle)约为20微米×15微米，并且位于写入极。

图9中描述了由(图8的)空气支撑面的构造物中的孔产生的压强的三维等距图。位于后缘中心的压强的“尖峰”303代表在构造物中的孔附近产生的高压束。

孔235中的空气可被增压到约80atm，比常规ABS产生的压强约大2倍。在假设绝热的情况下，等熵(isentropic)条件下，这种程度的压强足以把气温升到高约800℃或更高。通过传导，受热空气把热能传递给记录介质(磁盘115上的磁道)，从而实现高于200℃的磁盘表面温度。这是热磁记录所需的记录层温度。这样，当磁盘115旋转时，本发明的方法利用压缩加热空气，把邻近浮动块129中的孔235的一部分磁道加热到足够高的温度，从而能够实现磁头241对所述一部分磁道的热磁记录。从空气束到介质的热传递与压强呈线性，所述压强帮助实现更高效率的热辅助记录。较窄的一束高压气流增强热流路径相对于介质的聚焦，便于实现热辅助记录。气窝还形成热屏蔽，因为俘获到孔或气窝中的压缩加热空气起防热套的作用，从而减小自加热写入极的热量损耗。这同样导致效率高于现有设计的系统和方法。

如前所述，本发明的方法的制备步骤还包括借助反应离子蚀刻，使浮动块成形，离子铣磨包括构造物一部分(例如第一特征部件)的空气支撑，和借助离子铣磨-液体抗蚀剂(resist)形成孔。制备步骤可包括超浅蚀刻构造物和孔。

和常规设计相比，本发明具有许多优点。形成有本发明的空气支撑面(ABS)的硬盘驱动器浮动块把磁盘驱动器中的环境空气用作产生热辅助记录的热源。ABS对浮动块和磁盘表面之间的引入空气加压，把空气加热到足以加热磁盘上的记录介质的程度。实现所需的结果不需要任何额外的装置或过程，例如现有技术中嵌入浮动块中的加热器。从而，本发明与现有的磁头结构兼容。

位于ABS后端的微小热垫环绕磁性记录头。在紧密束中形成高压区，并且所述高压区精确地位于磁头的写入极。可利用碳沉积工艺或超浅蚀刻工艺加工热垫。利用后一工艺，则不需要任何沉积。所述热垫包括包含加热空气的微小气窝(pocket)，以便向磁盘上的记录介质提供热量。空气可被加压到约80atm，这约为常规ABS产生的压强的三倍。在等熵条件下，该压强足以把空气温度升到高约800℃。通过传导，受热空气把热能传递给记录介质，从而获得高于200℃的磁盘表面温度。这是热磁记录所需的记录层温度。本发明把压缩空气用作潜在的热源，并优化ABS形状，使空气压缩达到最大。热窝或气窝保持热空气，从而向传感器提供热量。由于热传递与压强呈线性关系，因此以更高的效率进行热辅助记录。此外，气窝提供热屏蔽，因为俘获到气窝中的压缩加热空气起防热套的作用，减小自加热写入极的热量损耗。

虽然仅就其某些形式表示或说明了本发明，但是显然本发明并不局限于此，相反在不脱离本发明的范围的情况下，可对本发明做出各种变化。例如，除了这些说明的那些数据记录装置之外，本发明还可用在其它类型的数据记录装置上。

Claims (20)

1、一种浮动块，包括：

具有x轴、y轴和z轴的座底，后端和x-y平面中的表面，每个轴分别定义x、y和z方向；

形成于座底表面上的空气支撑；

空气支撑中的构造物，所述构造物具有z方向上的高度，位于构造物中，并以z方向上的某一深度向座底表面延伸的孔；和

读取和写入数据的磁头，所述磁头与构造物中的孔相邻地安装在构造物中。

2、按照权利要求1所述的浮动块，其中磁头沿着x方向朝着座底的后端延伸到孔中，并位于构造物的顶点，从而在z方向上磁头基本上与构造物齐平。

3、按照权利要求1所述的浮动块，其中在y方向上磁头和孔位于构造物的中心，并且其中在y方向上构造物位于空气支撑的中心。

4、按照权利要求1所述的浮动块，其中孔具有沿z方向延伸的多个侧面，并且被侧壁围住，从而在所有多个侧面孔被构造物环绕。

5、按照权利要求1所述的浮动块，其中所述孔是具有底部的盲孔，由沿z方向在座底表面附近被封闭的孔和对着底部在z方向上开口的孔限定。

6、按照权利要求1所述的浮动块，其中通过反应离子蚀刻形成空气支撑的浅深度，借助离子铣磨形成一部分构造物，借助离子铣磨-液体抗蚀剂形成孔。

7、按照权利要求1所述的浮动块，其中利用选自超浅蚀刻工艺和碳沉积工艺的工艺形成构造物和孔。

8、按照权利要求1所述的浮动块，其中空气支撑具有多个空气支撑垫，构造物位于与座底表面的后端邻近的空气支撑垫之一。

9、一种数据记录装置，包括：

具有安装在其上并可旋转的磁盘的外壳，安装在所述外壳上，并且能够相对于所述外壳和磁盘枢轴转动的促动器，和安装在所述促动器上的浮动块，所述浮动块具有从磁盘读取数据及把数据写入磁盘的磁头；所述浮动块还包括：

具有x轴、y轴和z轴的座底，后端和x-y平面中的表面，每个轴分别定义x、y和z方向；

形成于座底表面上的空气支撑，所述空气支撑具有多个空气支撑垫；

空气支撑中位于邻近座底后端的空气支撑垫之一的构造物，所述构造物具有在z方向上第一高度的第一特征部件，第一特征部件上的第二特征部件，所述第二特征部件具有在z方向上的第二高度，所述第二高度大于第一高度，和位于第二特征部件中并具有由底部限定的z方向深度的盲孔，多个侧面沿z方向延伸从而在所有侧面所述盲孔被第二特征部件环绕；和

所述磁头与盲孔相邻地安装在构造物的第二特征部件中。

10、按照权利要求9所述的数据记录装置，其中盲孔的底部在z方向上位于和第一特征部件的第一高度相同的水平面上。

11、按照权利要求9所述的数据记录装置，其中磁头沿x方向朝着座底的后端延伸到盲孔中，并位于构造物的第二特征部件的第二高度，从而在z方向上磁头基本上与第二高度齐平。

12、按照权利要求9所述的数据记录装置，其中在y方向上磁头和盲孔位于构造物的第二特征部件的中心，在y方向上构造物位于空气支撑的中心。

13、按照权利要求9所述的数据记录装置，其中

通过反应离子蚀刻形成空气支撑的浅深度，借助离子铣磨形成构造物的第一特征部件，借助离子铣磨-液体抗蚀剂形成第二特征和盲孔。

14、按照权利要求9所述的数据记录装置，其中利用选自超浅蚀刻工艺和碳沉积工艺的工艺形成构造物和盲孔。

15、按照权利要求9所述的数据记录装置，其中磁头朝着所述后端延伸到盲孔中从而限定盲孔的C形，并且构造物的第二特征部件通常是具有朝着所述后端延伸的本体和横梁的T形。

16、按照权利要求9所述的数据记录装置，其中构造物的第二特征部件通常是具有与所述后端相反的凹口的C形，盲孔沿y方向被伸长，并具有中央部分、横向端部及位于中央部分和横向端部之间的中间部分，横向端部的x轴尺寸大于中间部分的x轴尺寸，中间部分的x轴尺寸大于中央部分的x轴尺寸。

17、按照权利要求9所述的数据记录装置，其中构造物的第二特征部件为矩形，盲孔包括在y方向上彼此隔开的三个盲孔，这三个盲孔包括中央C形盲孔和两个矩形的横向盲孔，磁头朝着所述后端延伸到中央盲孔中，从而形成所述C形。

18、一种热磁记录方法，包括：

提供具有可旋转磁盘和促动器的数据存储装置，所述磁盘具有磁道，所述促动器具有浮动块，所述浮动块带有磁头，以便从磁盘的磁道读取数据和把数据写入磁盘上的磁道；

在浮动块上制备空气支撑，空气支撑具有构造物，所述构造物具有形成于其中的孔，从而磁头与孔相邻地位于构造物中；

相对于促动器旋转磁盘，把浮动块放在磁盘上的磁道上方浮动高度的位置；

在浮动块在浮动高度时，当磁盘邻近浮动块旋转时，压缩构造物中孔中的空气，从而在孔中压缩空气达到所需压强，从而通过压缩加热被整体加热到所需温度；

当磁盘旋转时，利用压缩加热的空气，把与浮动块中的孔相邻的一部分磁道加热到足够温度，使磁头能够对所述一部分磁道进行热磁记录。

19、按照权利要求18所述的方法，其中制备步骤包括借助反应离子蚀刻形成空气支撑的浅深度，离子铣磨包括构造物一部分的空气支撑，和借助离子铣磨-液体抗蚀剂形成环绕孔的部件。

20、按照权利要求18所述的方法，其中制备步骤包括超浅蚀刻构造物和孔。

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