專利名稱：用于磁盤驅動器浮動塊的系統(tǒng)、方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及一種用于磁盤驅動器浮動塊的改進的空氣支承的設計，特別是涉及用于浮動塊的提高多重速率飛行高度性能和寫元件凸起補償?shù)目諝庵С械脑O計的系統(tǒng)、方法及裝置。
背景技術：
數(shù)據(jù)訪問和存儲系統(tǒng)典型地包括一個或多個在磁或光存儲介質上存儲數(shù)據(jù)的存儲設備。例如，磁存儲設備被認為是直接存儲設備(DASD)或硬盤驅動器(HDD)，包括一個或多個盤片和用于處理與盤片有關的本地操作的盤片控制器。硬盤本身通常是由鋁合金制成或由玻璃和陶瓷的混合物制成的，并被磁介質覆蓋。典型地，1到6個盤片被垂直地疊在一共同主軸上，該主軸被磁盤驅動器電機以每分鐘幾千轉的轉速旋轉。
硬盤驅動器使用致動器組件，致動器使磁讀/寫頭運動到旋轉盤片上的期望位置，以寫數(shù)據(jù)到該位置或從該位置讀取數(shù)據(jù)。在大多數(shù)的硬盤驅動器中，磁讀/寫頭安置在浮動塊上。浮動塊通常用于機械地支撐磁頭以及用于磁頭與磁盤驅動器系統(tǒng)中其他部分之間的電連接。浮動塊典型地由多種形狀的墊塊構成，其在運動空間中滑動，以維持到旋轉的盤片表面的距離恒定，從而防止不被期望的磁頭接觸盤片。
典型地，浮動塊帶有一系列成型的墊塊，其位于浮動塊表面距離盤片最近的位置，被稱為空氣支承表面(air bearing surface)(ABS)，以及帶有圍繞上述墊塊的不同深度的凹腔，被稱為蝕刻腔，使浮動塊在磁盤驅動器運轉期間在接近盤片的位置以恒定高度飛行。浮動塊與每個盤片的每一面關聯(lián)，在盤片表面上空飛行。每個浮動塊安裝在懸架上以形成磁頭萬向架組件(HGA)。磁頭萬向架組件而后連接到半剛性的致動器臂上，該致動器臂支撐整個磁頭飛行單元。幾個半剛性臂可以組合形成單一的可動單元，其具有線性支承系統(tǒng)或是旋轉樞軸的支承系統(tǒng)。
磁頭和臂組件利用磁鐵/線圈結構線性地或樞軸地運動，該結構通常被稱為音圈電機(VCM)。音圈電機的定子安裝在底板上或安裝有主軸的鑄件上。鑄造有主軸的底板、致動器音圈電機和內(nèi)部濾波系統(tǒng)被裝入盒子中并密封裝配，以確保沒有污染物可以進入并不利地影響在盤片上方飛行的浮動塊的可靠性。
在一些磁盤驅動器系統(tǒng)中，浮動塊的性能必須滿足表面上似乎矛盾的要求。一個要求是當盤片旋轉速度減小到約三分之一磁盤驅動器運行速度時，浮動塊必須實際以更高的高度飛行。在一種應用中，伺服模式的寫操作期間會產(chǎn)生對這種低速的需求。例如，如果盤片速度約為10000轉/分，則浮動塊飛行高度約為10nm；若伺服寫速率約為3780轉/分，則在浮動塊外徑上的最低飛行高度約為11nm。
除了雙重速率要求外，浮動塊必須具有平坦輪廓，使其從內(nèi)徑(ID)向外徑(OD)掃描盤片表面。該平坦輪廓要求包括由制造公差(低飛行高度σ)引起的在飛行高度上從一部分到另一部分的最小變化、尋道期間低飛行高度損失和在高于海平面的高海拔地區(qū)磁盤驅動器運行時的低飛行高度損失。
對這種浮動塊的第三個要求是它能夠補償寫凸起(write protrusion)。在高的數(shù)據(jù)寫入速度下，磁頭內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱。這些熱量導致磁頭和浮動塊內(nèi)部的材料膨脹，使空氣支承表面區(qū)域從其標稱表面向磁盤突出。該凸起在凸起位置大大減小了間隙，增加了浮動塊空氣支承表面和盤片表面之間牢固接觸的可能性。寫元件的膨脹減小了飛行高度，這對于固有間距來講是一重要部分，因此在浮動塊和盤片之間產(chǎn)生了間距損失。
在現(xiàn)有技術中為達到這些要求作了很多嘗試。傳統(tǒng)的方法是改變空氣支承表面的結構，包括使用了多種蝕刻深度、墊塊成形和改變懸浮樞軸位置。典型地，后部空氣支承墊塊的前端做成凸起的或者彈頭形式的，以避免在運行中收集顆粒?；蛘?，設計了如U形的具有2.0或更大縱橫比(即深度對寬度的比率)的很深的穴。雖然這些現(xiàn)有技術中的每個解決方案都在某種程度上可使用，但是我們需要更充分滿足前面提到的所有要求的改進的空氣支承的設計。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明構建的系統(tǒng)、方法和裝置的一個實施例包括用于改進多重速率飛行高度性能、平坦輪廓性能和寫元件凸起補償?shù)母訅K空氣支承的設計?？諝庵С械脑O計使浮動塊在盤片旋轉速度降低到約其運行速度三分之一時能以更高的飛行高度飛行。此外，浮動塊具有平坦輪廓，使其以低飛行高度σ、尋道時低飛行高度損失和在高海拔運行時低飛行高度損失從內(nèi)徑到外徑掃描盤片表面。本發(fā)明還提供了寫凸起補償，從而減少了由寫電流導致寫元件膨脹所引起的間距損失。
空氣支承的設計的一個特征是后墊塊的形狀和蝕刻深度。后墊塊的前部區(qū)域輕微凹入，其縱橫比(即深度對寬度的比率)大約為0.1到0.8。該設計以一定方式通過壓縮進入的空氣流而產(chǎn)生了意想不到的結果，即使是在兩個不同的速率下也產(chǎn)生了很好的空氣支承提升作用。輕微凹入還可使讀墊塊區(qū)域對寫凸起的增長敏感，其通過產(chǎn)生所需的額外的提升力來補償由寫元件凸起引起的間距減小。
鑒于下面對本發(fā)明的詳細描述，并結合所附的權利要求書和附圖，本發(fā)明前述的和其他的目的以及優(yōu)點對于本領域的技術人員來講將是顯而易見的。


上面已簡要概述的本發(fā)明的具體描述將參考實施例用

，這些附圖構成了本說明書的一部分，由此，獲得了本發(fā)明的特點、優(yōu)點以及其他變得顯而易見的方法，并將被更加詳細地理解。但是應該注意，附圖只是說明了本發(fā)明的實施例因此不應考慮作限制其范圍，本發(fā)明可以有其他等同效果的實施例。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明構建的磁盤驅動器的一個實施例的簡化俯視圖；圖2示出了與圖1中磁盤驅動器一起使用的根據(jù)本發(fā)明構建的浮動塊空氣支承表面的立體圖；圖3示出了圖2中浮動塊空氣支承表面部件的x-y坐標的二維圖；圖4示出了圖2和3中浮動塊在不同速率和高度運行的曲線；圖5示出了圖2和3中浮動塊的寫凸起補償。
具體實施例方式
參考圖1，示出了用于計算機系統(tǒng)的由磁硬盤存儲器或驅動器111構成的信息存儲系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。驅動器111具有外殼或底板113，其含有多個堆疊的彼此以緊密間距分開的平行磁盤片115(示出了一個)。盤片115由具有中心驅動轂組件117的主軸電機組件旋轉。致動器121由多個平行的致動器臂125(示出了一個)以梳齒形式組成，該梳齒形式的致動器臂關于樞軸組件123樞轉地安裝在底板113上?？刂破?19也安裝在底板113上，以有選擇地使臂125組成的梳齒相對于盤片115運動。
在所示的實施例中，每個臂125都有從其伸出的至少一個懸臂載荷梁和懸架127。磁讀/寫轉換器或讀/寫頭安裝在浮動塊129上，并固定在撓性地安裝在每個懸架127上的彎曲部分上。讀/寫頭磁性地從盤片115上讀數(shù)據(jù)和/或磁性地寫數(shù)據(jù)到盤片115上。被稱為磁頭萬向架組件的集成平面是安裝在懸架127上的磁頭和浮動塊129。浮動塊129通常接合在懸架127的端部。磁頭典型的是微微級的尺寸(大約為1250×1000×300微米)，用陶瓷或金屬間化合物材料制成。磁頭也可以是毫微級的尺寸(大約為850×700×230微米)，通過懸架127預加載荷到盤片115的表面(在2到10克的范圍內(nèi))。
懸架127具有類彈簧的性質，其使浮動塊129的空氣支承表面偏離或被推向盤片115，使在浮動塊129和盤片表面之間能夠產(chǎn)生氣體支承膜層。容納在傳統(tǒng)音圈電機磁鐵組件134(頂磁極沒有示出)中的音圈133也安裝在與磁頭萬向架組件相對的臂125上。通過控制器119，致動器121的運動(用箭頭135表示)使磁頭萬向架組件徑向地跨過盤片115的軌道運動直到磁頭定位在各自的目標軌道上。磁頭萬向架組件以傳統(tǒng)的方式運行，相互間總是一致運動，除非驅動器111使用多個獨立的致動器(未示出)，其中臂可以相互獨立運動。
現(xiàn)在參考圖2和3，示出了浮動塊129的空氣支承表面(ABS)140的一個實施例的詳細圖。圖3示出了空氣支承表面140上的各部件的x-y坐標的一個建議的實施例。浮動塊129以微微級的尺寸示出，空氣支承表面140上形成的部件例如有兩個蝕刻深度淺的(如0.18微米)部件和深的(如1.7微米一0.18微米與1.52微米之和)部件。通過例子，克級載荷可以是2克，載荷支點位于浮動塊129的中心(軸171和173的交叉)。
空氣支承表面140有前緣141、后緣143、一對在二者之間伸展的側緣145和147，以及在緣141、143、145、147的邊界之間確定的大體是平的底板表面149。在所示的形式中，側緣145距離盤片115的內(nèi)徑最近(圖1)，側緣147距離盤片115的外徑邊緣最近。
空氣支承表面140通常具有U形的前緣墊塊151，其與前緣141對齊。前緣墊塊151的臂153和155從前緣141側面、但與側緣145和147稍微偏移向后延伸。兩個大體是梯形的中間墊塊161和163在前緣141的附近形成于前緣墊塊151的頂部。這些部件的精確的位置、形狀和尺寸的一個實施例再次在圖3中示出。
與后緣143鄰近，空氣支承表面140包括三個后緣墊塊165、167和169。后緣墊塊165和169很相似并定位在接近后緣143對角的位置。后緣墊塊165和169大體是錐形的、流線型的形狀，并且是空氣支承表面140上所有墊塊中最小的墊塊。后緣墊塊167位于后緣墊塊165和169之間，并沿著將空氣支承表面140從一側到另一側截開的縱軸171。橫軸173與縱軸171垂直，并將空氣支承表面140前后截開。后緣墊塊167比后緣墊塊165和169大很多，實際上鄰接后緣143。
一個附加墊塊175位于后緣墊塊167頂部，其對于為浮動塊129提供期望的性能十分重要。墊塊175大體是U形并沿其前緣輕微凹入。墊塊175的前緣具有范圍約為0.1到0.8的縱橫比。正如圖3中所示的，縱橫比定義為墊塊175凹入前緣的深度177除以墊塊175凹入前緣的寬度179?？傊?，墊塊161、163和175是以淺的蝕刻深度形成，而墊塊151、165、167和169是以深的蝕刻深度形成。
圖4和5示出了空氣支承表面140的改進性能的實例。圖4示出了浮動塊129在不同速率和海拔下運行的曲線，其中垂直軸是飛行高度，水平軸是距離從內(nèi)徑(左側)到外徑(右側)運動的盤片115(圖1)中心的半徑距離。例如，曲線181描述了當盤片115在海平面以約為10000轉/分的正常速率旋轉時空氣支承表面140的性能。曲線183描述了當盤片115在海平面以約為3800轉/分的伺服寫速率旋轉時空氣支承表面140的性能。曲線185描述了當盤片115在高于海平面10000英尺的高度上以10000轉/分的速率旋轉時空氣支承表面140的性能。這些曲線表明空氣支承表面140實際上能夠維持浮動塊129在低速時以高于在高海拔高速時的飛行高度飛行。
圖5示出了浮動塊129上的空氣支承表面140的寫凸起補償。當寫電流被送入浮動塊129中的寫元件時，寫元件具有膨脹的趨勢，膨脹量雖小但很有影響(比如幾個納米)，因此減小了浮動塊129和盤片115表面之間的間距(飛行高度)。本發(fā)明補償了這種“寫凸起”，從而減小了由寫元件的膨脹而引起的間距損失。例如，曲線189表示了沒有補償時的飛行高度的損失。曲線189表明每1nm的凸起增長直接導致1nm的飛行高度損失。然而，曲線187表明浮動塊129上的空氣支承表面140的性能，其中凸起增長1nm引起的飛行高度損失小于1nm。該性能改進比現(xiàn)有技術提高了大約25％。
本發(fā)明還包括提高磁盤驅動器浮動塊的多重速率飛行高度性能、平坦輪廓性能和寫元件凸起補償?shù)姆椒?。該方法的一個實施例包括提供磁盤驅動器111；在磁盤驅動器111中以介質盤片速率x轉/分來旋轉介質盤片115，使浮動塊129相對于介質盤片115以αnm的飛行高度飛行；然后，使介質盤片115為寫入伺服模式而以y轉/分(y＜x)的伺服寫速率旋轉，使浮動塊129以bnm的飛行高度飛行(b＞α)。
該方法可以包括在介質盤片速率約為10000轉/分、飛行高度約為10nm，然后伺服寫速率約為3780轉/分、飛行高度約為11nm的條件下運行磁盤驅動器111。該方法還可包括在約為10000英尺的高度執(zhí)行介質盤片速率，以及在大約海平面高度執(zhí)行伺服寫速率。該方法還可進一步包括在海平面以介質盤片速率運行磁盤驅動器111，使得浮動塊129的飛行高度大于浮動塊129在海平面在伺服寫速率下的飛行高度。
此外，該方法進一步包括將寫電流送入浮動塊129中的寫元件中以使寫元件膨脹，從而減小浮動塊129和介質盤片115之間的飛行高度，而用浮動塊129的氣體支承表面來補償飛行高度的降低。另外，該方法可包括用浮動塊129在平坦輪廓中以低飛行高度σ、尋道期間低飛行高度損失以及高海拔下運行期間低飛行高度損失從內(nèi)徑到外徑掃描介質盤片115。
本發(fā)明具有幾個優(yōu)點，包括改進的多重速率飛行高度性能、平坦輪廓性能和寫元件凸起補償?？諝庵С械脑O計使浮動塊能夠在盤片旋轉速度降低時以更高的飛行高度飛行。此外，浮動塊具有平坦輪廓，使其以低飛行高度σ、尋道期間低飛行高度損失以及高海拔運行期間低飛行高度損失從內(nèi)徑到外徑掃描盤片表面。本發(fā)明還提供了寫凸起補償，從而減小了由寫電流導致寫元件膨脹引起的間距損失。
雖然本發(fā)明僅以一些形式作了說明和描述，但是顯然對本領域的技術人員來講不限于這些，在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)可做各種改變。
權利要求
1.磁盤驅動器浮動塊，包括浮動塊體；浮動塊體上的空氣支承表面，該空氣支承表面具有縱軸、橫軸、前緣、后緣、一對在前緣和后緣之間伸展的側緣，以及在前緣、后緣和兩側緣之間確定的底板表面；形成于底板表面上的前緣墊塊，該前緣墊塊與前緣對齊并從前緣側面但輕微與側緣偏移伸展；在前緣附近形成于前緣墊塊上的中間墊塊；鄰近后緣形成于底板表面上的后緣墊塊；和后緣墊塊上的凹墊塊，該凹墊塊具有帶輕微凹度的前緣，其縱橫比在約為0.1到0.8的范圍內(nèi)。
2.如權利要求1的磁盤驅動器浮動塊，其中中間墊塊和凹墊塊以淺蝕刻深度成形，而前緣墊塊和后緣墊塊以深蝕刻深度成形。
3.如權利要求2的磁盤驅動器浮動塊，其中淺蝕刻深度約為0.18微米，深蝕刻深度約為1.7微米。
4.如權利要求1的磁盤驅動器浮動塊，其中后緣墊塊包括三個后緣墊塊，其中兩個很相似并位于鄰近后緣的對角的位置，所述兩個后緣墊塊是錐形的、流線型形狀的并且比后緣墊塊中的第三個后緣墊塊要小。
5.如權利要求4的磁盤驅動器浮動塊，其中所述后緣墊塊中的第三個后緣墊塊沿縱軸定位于所述兩個后緣墊塊之間，并與后緣鄰接。
6.一種系統(tǒng)，用于提高磁盤驅動器浮動塊的多重速率飛行高度性能、平坦輪廓性能和寫元件凸起補償，該系統(tǒng)包括具有介質盤片的磁盤驅動器，具有浮動塊的致動器，該浮動塊帶有用于將數(shù)據(jù)從介質盤片讀出和寫入介質盤片的讀/寫頭；浮動塊進一步包括后緣；鄰近后緣形成的后緣墊塊；形成于后緣墊塊上的凹墊塊，該凹墊塊具有帶輕微凹度的前緣，其縱橫比在約為0.1到0.8的范圍內(nèi)；和在介質盤片速率為x轉/分時，浮動塊具有相對于介質盤片的anm的飛行高度，在寫入伺服模式下的伺服寫速率為y轉/分(y＜x)時，浮動塊具有bnm(b＞a)的飛行高度。
7.如權利要求6的系統(tǒng)，其中在介質盤片速率約為10000轉/分時，浮動塊的飛行高度約為10nm，在伺服寫速率約為3780轉/分時，浮動塊的飛行高度約為11nm。
8.如權利要求7的系統(tǒng)，其中介質盤片速率是在海拔約為10000英尺，伺服寫速率是在約為海平面高度。
9.如權利要求6的系統(tǒng)，其中在海平面和在介質盤片速率時，浮動塊的飛行高度大于浮動塊在海平面在伺服寫速率下的飛行高度。
10.如權利要求6的系統(tǒng)，還包括送入寫電流到浮動塊中的寫元件，使寫元件膨脹，從而減小浮動塊和介質盤片之間的飛行高度，但是其中的凹墊塊補償了飛行高度的降低。
11.如權利要求6的系統(tǒng)，其中浮動塊具有平坦輪廓，使其以低飛行高度σ、尋道期間低飛行高度損失以及高海拔運行時低飛行高度損失從內(nèi)徑到外徑掃描介質盤片。
12.提高磁盤驅動器浮動塊的多重速率飛行高度性能、平坦輪廓性能和寫元件凸起補償?shù)姆椒ǎ摲椒ò?a)提供磁盤驅動器；(b)在磁盤驅動器中以介質盤片速率x轉/分旋轉介質盤片，使浮動塊相對于介質盤片以anm的飛行高度飛行；(c)以伺服寫速率y轉/分(y＜x)旋轉介質盤片用于寫入伺服模式，并使浮動塊以bnm(b＞a)的飛行高度飛行。
13.如權利要求12的方法，其中步驟(b)包括介質盤片速率約為10000轉/分，飛行高度約為10nm；步驟(c)包括伺服寫速率約為3780轉/分，飛行高度約為11nm。
14.如權利要求13的方法，其中步驟(b)是在海拔約為10000英尺時進行的，步驟(c)是在約為海平面高度時進行的。
15.如權利要求12的方法，還包括在海平面以介質盤片速率運行磁盤驅動器，使得浮動塊的飛行高度大于浮動塊在海平面在伺服寫速率下的飛行高度。
16.如權利要求12的方法，還包括送入寫電流到浮動塊中的寫元件使寫元件膨脹，從而減小了浮動塊與介質盤片之間的飛行高度，但通過浮動塊的空氣支承表面補償了飛行高度的降低。
17.如權利要求12的方法，以低飛行高度σ、尋道期間低飛行高度損失以及高海拔運行時低飛行高度損失，用浮動塊從內(nèi)徑到外徑在平坦輪廓中掃描介質盤片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于磁盤驅動器浮動塊的系統(tǒng)、方法和裝置?？諝庵С械脑O計使得當盤片旋轉速度降低到約三分之一其運行速率時浮動塊能夠以更高的飛行高度飛行。此外，浮動塊具有平坦輪廓，使其以低飛行高度σ、尋道期間和高海拔運行期間的低飛行高度損失來掃描盤片表面。該設計還提供了寫凸起補償，從而減小了由寫電流使寫元件凸起膨脹而引起的間距損失?？諝庵С械暮髩|塊的前部區(qū)域輕微凹入。該設計以一定方式通過壓縮進入的空氣流而產(chǎn)生了意想不到的結果，即使是在兩個極為不同的速率下，對寫元件凸起補償同時產(chǎn)生了很好的空氣支承提升作用。
文檔編號G11B21/02GK1697026SQ200510066988
公開日2005年11月16日 申請日期2005年4月26日 優(yōu)先權日2004年5月12日
發(fā)明者奧斯卡·J·魯伊斯 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司