專利名稱：用于硬盤驅(qū)動器部件的彎曲度調(diào)節(jié)的短脈沖激光處理的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于調(diào)節(jié)磁硬盤驅(qū)動器的頭萬向節(jié)組件(head gimbalassembly)中的滑塊的克負載(gram load)和靜態(tài)姿態(tài)的設備和方法，更特別地，涉及利用激光來熔化懸臂的一個或更多小區(qū)域中的金屬薄層的設備和方法。
背景技術(shù)：
直接存取存儲裝置(DASD)已經(jīng)成為日常生活的一部分，因此，對于更快速度地操作和保持更大量數(shù)據(jù)的期望和需求持續(xù)增加。為滿足這些對于更高性能的需求，DASD裝置中的機械組件，特別是硬盤驅(qū)動器(HDD)及其子組件持續(xù)發(fā)展。
利用安裝在滑塊上用于在至少一個可旋轉(zhuǎn)磁盤上讀和寫數(shù)據(jù)的磁換能器或頭的HDD在本領域是公知的。在這樣的HDD中，滑塊通常通過懸臂系統(tǒng)連接到致動器臂。帶有頭的滑塊飛行在旋轉(zhuǎn)盤表面上方。飛行利用滑塊的空氣動力學設計、滑塊相對于盤表面的姿態(tài)、施加到滑塊的稱為克負載的負載、以及旋轉(zhuǎn)磁盤的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)?；瑝K和懸臂系統(tǒng)的組合稱為頭萬向節(jié)組件或HGA。
隨著磁盤的存儲密度增加，必須降低飛行高度到傳統(tǒng)使用的高度之下。例如，在具有1-2GB/in2存儲密度的盤中所需的飛行高度在35-50nm的范圍。存儲密度目前接近100GB/in2。所需的飛行高度必須相稱地降低到約10nm。
懸臂領域已經(jīng)從所需的信號傳導線或引線要在組件的更高層面添加的懸臂設計轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)在的設計將信號傳導引線集成到懸臂中。有數(shù)種制造集成引線懸臂的技術(shù)。為了論述，所有的集成引線懸臂將被稱為ILS。本發(fā)明獨立于用來制造ILS的技術(shù)。
與頭飛行在盤表面之上的能力相關(guān)的一個參數(shù)是懸臂向滑塊施加的負載或克負載。過去用于調(diào)節(jié)克負載的工業(yè)實踐是在頭和信號傳導引線被附著之前調(diào)節(jié)克負載至預定值。該工藝涉及預先形成懸臂從而產(chǎn)生與HDD中的操作所需的相比更高的克負載。通過一系列利用聚焦高強度紅外光的局部加熱步驟、測量克負載、以及加熱整個懸臂用于應力釋放，克負載被設定并調(diào)節(jié)到其所需值。以此方式，克負載只能從其形成條件減小。
與頭飛行在盤表面之上的能力相關(guān)的另一個參數(shù)是稱為靜態(tài)姿態(tài)的參數(shù)。靜態(tài)姿態(tài)是滑塊與盤表面的角度關(guān)系。滑塊繞其相對于盤切向地取向的軸的傾斜稱為橫轉(zhuǎn)靜態(tài)姿態(tài)(Roll Static AttitudeRSA)?；瑝K繞其相對于盤徑向地取向的軸的傾斜稱為俯仰靜態(tài)姿態(tài)(Pitch Static AttitudePSA)。PSA和RSA彼此正交。PSA的改變將導致附著到滑塊遠端的磁頭靠近或遠離盤表面地傾斜。PSA或RSA的改變都將改變滑塊在盤表面之上飛行的方式。過去，PSA和RSA以類似于懸臂的克負載的方式進行調(diào)節(jié)。然后，所有滑塊照它們現(xiàn)在的樣子在懸臂的稱為萬向節(jié)或撓曲件的區(qū)域中連接到懸臂。撓曲件通常由比懸臂的其余部分薄的鋼制成。撓曲件比懸臂的其它部分更小剛性，且允許滑塊飛行在盤表面之上，具有對沿俯仰或橫轉(zhuǎn)方向移動的最小阻力。撓曲件的區(qū)域機械地形成，然后被加熱從而穩(wěn)定所調(diào)節(jié)的靜態(tài)姿態(tài)。
懸臂克負載和靜態(tài)姿態(tài)產(chǎn)生機械力，其允許滑塊飛行在盤表面之上。這些力與另一力平衡，所述另一力通過旋轉(zhuǎn)的盤和滑塊表面的空氣動力學形狀產(chǎn)生。該力稱為氣墊力(air bearing force)?；瑝K上的空氣動力學表面平行于旋轉(zhuǎn)盤表面并與之相鄰，稱為氣墊面或ABS?；瑝K和ABS尺寸上持續(xù)縮小以滿足更低飛行和更高存儲數(shù)據(jù)量的要求。在懸臂和氣墊力之間平衡的力變得越來越小且更加難以控制。
上述用于建立期望的懸臂克負載和靜態(tài)姿態(tài)的工藝在業(yè)內(nèi)成功多年。這些工藝也適合用于薄膜頭和附著到懸臂的信號傳導引線。HGA技術(shù)的發(fā)展，主要是磁致電阻(MR)頭和ILS的引入，已經(jīng)使這些工藝過時了。MR頭不能承受上述調(diào)節(jié)克負載及其靜態(tài)姿態(tài)的方法所要求的升高的溫度。升高的溫度對ILS的集成引線的結(jié)構(gòu)有不利影響。
用于調(diào)節(jié)克負載和靜態(tài)姿態(tài)的工藝也有所發(fā)展。目前，利用激光的微加熱(micro heating)已經(jīng)解決了與加熱ILS及具有MR和GMR(巨磁致電阻)頭的滑塊的敏感區(qū)域相關(guān)的問題。
Ubl等在美國專利No.6837092中部分地教導了用快速掃描連續(xù)波(CW)激光來加熱懸臂材料的局部區(qū)域且因此產(chǎn)生使懸臂彎曲的應力以實現(xiàn)所需的懸臂形式(下面稱為Ubl)的方法。Girard等人在美國專利No.5682780中部分地教導了一種替代方法，其中懸臂被機械地夾至所期望懸臂克負載和靜態(tài)姿態(tài)的位置，因而產(chǎn)生機械應力并用CW激光輻照退火從而穩(wěn)定該位置(下面稱為Girard)。Singh等人在美國專利No.5712463和No.6011239中部分地類似地教導了一種方法，利用短脈沖激光輻照在懸臂中產(chǎn)生應力且用長脈沖或CW激光輻照退火這些應力從而使懸臂實現(xiàn)所需懸臂形式和頭的飛行特性(下面稱為Singh)。存儲密度的持續(xù)增加和飛行高度的相應降低也將使這些方法過時。
已知用于調(diào)節(jié)滑塊的飛行高度的其它方法。例如，Pohl等人在美國專利No.4853810中公開了用于調(diào)節(jié)飛行高度的隧道電流電極的使用。Owe等人在美國專利No.5012369中公開了具有用于調(diào)節(jié)飛行高度的螺釘(screw)的懸臂的使用。IBM Technical Disclosure Bulletin，vol.34，no.10B，p.242-244，(1992年3月)公開了一種飛行高度自動測試儀，其利用機器人在石英盤上定位頭懸臂組件，其中機械地或利用紅外克負載調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)克負載。除了Ube、Girard、和Singh以外，這些方法還不適應大批量生產(chǎn)。
為了使滑塊能夠以較低飛行高度飛行從而實現(xiàn)存儲密度的增加，滑塊已經(jīng)變得更小。因此懸臂也已經(jīng)變得更小，并且制成其的鋼也變得更薄。對于在35-50nm范圍飛行的滑塊可接受的懸臂克負載和靜態(tài)姿態(tài)的容差對于飛行10nm或更低的滑塊而言不再可接受。某種程度上教導使用高功率CW激光、快速掃描和加熱懸臂表面的現(xiàn)有技術(shù)對于今天更小和更薄的懸臂中所要求的更薄的鋼來說過于強大了。
Ubl、Girard和Singh部分教導的方法是通過用高功率CW激光照射懸臂來改變影響懸臂克負載和靜態(tài)姿態(tài)的懸臂的角度。通過實驗，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用高功率劑量的聚焦能量的照射通過釋放懸臂的鋼中的應力而改變懸臂的角度。該應力釋放稱為退火。
懸臂中有兩種主要應力源。第一源是用來產(chǎn)生制造懸臂的鋼的薄片的工藝的結(jié)果。較厚的鋼多次經(jīng)過一系列輥從而制成鋼的薄片。鋼的薄化使鋼變形并產(chǎn)生應力。在薄地軋制的鋼的批次之間以及鋼卷中鋼的位置之間軋制應力較寬地變化。第二應力源是賦予懸臂形狀的成形和彎曲工藝。懸臂制造工藝導致的應力更加一致，但仍然由于成形和彎曲工藝中的差異而變化。懸臂中需要應力，從而懸臂用作合適的彈簧件以施加懸臂克負載及提供撓曲件的萬向節(jié)動作(gimbal motion)。退火懸臂上的小表面而不知鋼中的固有應力水平或其從一表面到另一表面的可能變化將導致懸臂中不一致的角度變化和不期望的結(jié)果。這些不一致需要CW激光的反復照射以實現(xiàn)所需結(jié)果。
由于所使用的較大和較厚的懸臂，過去幾年用CW激光反復照射是可行的。來自激光的熱穿透表面的深度(d)與來自激光的照射時間(t)的平方根成比例d ∝t1/2。過深熱穿透導致的問題是鋼的未知應力的退火導致懸臂角度的變化。在極端情況中，退火將消除懸臂的彈簧特性。熱的深穿透由長時間激光照射例如被CW激光輻照而產(chǎn)生。為了最小化熱穿透深度，CW激光快速掃描。然而，CW激光的功率或瓦特數(shù)還必須足以產(chǎn)生足夠量的熱以實現(xiàn)所需的改變。CW操作需要非常高的掃描速率，大約1m/s或更高，從而避免深度熱穿透。這又要求高激光功率，大約10W，從而向該部分提供足夠的加熱。這樣，對于具有40微米光斑以1m/s的高速掃描的CW激光，預期約30微米的穿透深度。這超過了今天新的較小和較薄撓曲件的總厚度。以高速掃描從而減小激光穿透深度提出了在CW激光照射和損壞ILS的敏感區(qū)域之前將其停止的挑戰(zhàn)。如果在組件的HGA水平嘗試CW激光照射，則提出了避免敏感的滑塊及其頭的照射的附加挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于在適于在HDD中使用的部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的設備，包括輻射裝置，用于產(chǎn)生第一束脈沖激光輻射；光學裝置，用于傳送所述第一束脈沖激光輻射到所述部件的所述表面上的所述金屬；第一控制系統(tǒng)，用于確定在所述部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控熱影響區(qū)所需要的所述脈沖激光輻射的量；以及第二控制系統(tǒng)，用于確定所述脈沖激光輻射在所述部件的所述表面上的位置。所述實現(xiàn)的設備不需要CW激光輻射與所述脈沖激光輻射結(jié)合來產(chǎn)生所述部件的自由端的雙向角偏轉(zhuǎn)。
所述設備的第一控制系統(tǒng)具有確定器(determiner)，其配置來確定使所述部件變?yōu)槌蛩黾す庹丈鋫?cè)凹陷(concave)所需的所述第一束脈沖激光輻射的曝光變量。所述確定器還配置來確定使所述部件變?yōu)槌蛩黾す庹丈鋫?cè)凹陷所需的第二束脈沖激光輻射的曝光變量。


附圖包括在本說明書中并構(gòu)成其一部分，其示出了本發(fā)明的實施例，并與說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是懸臂組件在卸載位置的側(cè)視圖；圖2是頭萬向節(jié)組件(HGA)在卸載位置的側(cè)視圖；圖3是頭堆疊組件(HSA)在卸載位置的側(cè)視圖；圖4是HGA在加載位置倚著盤的側(cè)視圖；圖5是HGA在加載位置倚著銷(pin)的側(cè)視圖；圖6是圖5所示的頭懸臂組件的端視圖；圖7是頭懸臂組件的側(cè)視圖，示出滑塊的飛行高度；圖8a是ILS HGA的負載梁側(cè)的平面圖；圖8b是ILS HGA的撓曲件的ABS側(cè)的平面圖細節(jié)；圖8c是ILS HGA的撓曲件上用于接收脈沖激光輻射的優(yōu)選區(qū)域的平面圖細節(jié)；圖9是根據(jù)本發(fā)明用于在懸臂上的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的設備的示意圖；圖10a是產(chǎn)生熱影響區(qū)的激光束的穿透深度的曲線圖；圖10b是根據(jù)本發(fā)明的激光束穿透深度和朝向照射側(cè)的所得凹陷彎曲的的示意圖；圖11是本發(fā)明中實施的工藝流程圖。
具體實施例方式
所實施的發(fā)明的目的是針對引用的現(xiàn)有技術(shù)提出的挑戰(zhàn)，同時以節(jié)約成本的方式實現(xiàn)精確性和大量制造。特別地，實施的發(fā)明教導了在金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的設備和方法。參照圖10，熱影響區(qū)定義為金屬表面中的區(qū)域，其中被激光照射的金屬的最近表面被熔化，并且熱到金屬中的穿透是這樣的，即材料的塊體(bulk)不被加熱、固有應力不被退火、且角度改變在被照射部件的金屬中實現(xiàn)。適于在HDD中使用的部件的金屬可由任何數(shù)量的金屬、合金或疊層構(gòu)成且不限于HDD部件中歷史上使用的不銹鋼。所使用的術(shù)語金屬表示但不限于不銹鋼、高強度銅合金、其它金屬、合金和疊層。適于在HDD中使用的部件中使用的金屬決不限制本發(fā)明。激光照射產(chǎn)生的角度改變的原理是公知的并且在Singh等人的美國專利No.5712463和No.6011239中進行了描述。
由其功能定義的組件的任何特征或組件，無論其由另一特征的相同毗鄰材料制成或者附著到另一特征，在定義上是適于在HDD中使用的部件。為避免詞語“部件”的重復使用，當描述組件、特征或部分并賦予附圖標記時，蘊含了詞語“部件”的定義并且應該被理解。
圖1是稱為懸臂組件100的HDD部件的視圖。懸臂組件100部分地包括負載梁120、安裝板150、以及撓曲件130。負載梁122包括連接到安裝板150的鉸鏈(hinge)區(qū)122。鉸鏈區(qū)122彎曲從而負載梁120相對于安裝板150旋轉(zhuǎn)角度θ。負載梁120部分地包括凹座(dimple)125，其將把負載從鉸鏈區(qū)122經(jīng)負載梁120傳送到滑塊211。負載梁120具有頂面128和底面129。頂面128是負載梁120的其上附著撓曲件130的面，底面129是負載梁120的與頂面128相反的面。撓曲件130部分地包括滑塊211將附著于其的撓曲舌(tongue)131。
圖2是稱為頭萬向節(jié)組件200(稱為HGA 200)的HDD部件的視圖。HGA 200部分地包括懸臂組件100和滑塊211?；瑝K211包括前表面212和氣墊面210(稱為ABS 210)。
圖3是稱為頭堆疊組件300(稱為HSA 300)的HDD部件的視圖。HSA300部分地包括與HGA 200b相對地附著的HGA 200a。應當理解HSA 300可具有一個至多個連接的HGA。連接的HGA的數(shù)目不限制本發(fā)明的范圍。HGA 200a通過安裝板150連接到臂335的表面331。HGA 200b是HGA 200a的鏡像且連接到臂335的表面332。表面331是與表面332平行且相反的表面。臂335是致動器330的一部分。應理解，致動器330可配置為具有多個臂335，其決不限制本發(fā)明的范圍。致動器330用于相對于硬磁盤450(示于圖4)或其它存儲介質(zhì)的表面移動滑塊211?；瑝K211包括用于在磁盤450上讀和寫數(shù)據(jù)的一個或更多數(shù)據(jù)換能器或頭?；瑝K211通過撓曲件130和撓曲舌131附著到負載梁120。凹座125將懸臂100的負載施加到滑塊211。
圖4示出盤450不旋轉(zhuǎn)時HGA 200與盤450的關(guān)系。在圖4所示的配置中，HGA 200稱為是在“加載”位置。在加載位置，盤450向下彎曲負載梁120和撓曲件130使得負載梁120與安裝板150之間的角度θ接近于零。因為鉸鏈區(qū)122反抗該變形，克負載通過負載梁120和凹座130傳送到滑塊211?；瑝K211的ABS 210與臂335的頂表面331之間的距離稱為z高度。在懸臂100的情況下，其中沒有滑塊211和致動器臂335，安裝板150的底部至撓曲舌131的頂部之間的距離稱為z高度。
圖5示出通過外部裝置例如銷550保持在加載位置的HGA 200。通常頂表面331平行于盤450的平面。在該配置中，如圖5所示，角度α由ABS 210和頂表面331定義。角度α稱為滑塊211的俯仰靜態(tài)姿態(tài)(PSA)。在懸臂100的情況下，其中沒有滑塊211和致動器臂335，安裝板150的底部與撓曲件130的頂部之間的角度稱為撓曲件的PSA。
圖6是HGA 200的端視圖，HGA 200保持在如圖5所述的加載位置。在該配置中，角度β如圖6所示由ABS 210和頂表面331定義。角度β稱為滑塊211的橫轉(zhuǎn)靜態(tài)姿態(tài)(RSA)。在懸臂100的情況下，其中沒有滑塊211和致動器臂335，安裝板150的底部與撓曲件130的頂部之間的角度稱為撓曲件的RSA。PSA和RSA一起用術(shù)語“靜態(tài)姿態(tài)”來描述。圖5和6中使用的角度α和β的定義假定滑塊211使其頭定位在前表面212上。然而，如果頭定位在滑塊211側(cè)面或滑塊211內(nèi)部，類似定義也適用。
圖7示出盤450旋轉(zhuǎn)時HGA 200與盤450的關(guān)系。盤450的旋轉(zhuǎn)使得滑塊211定位為距離盤450的表面一距離“h”。距離“h”稱為滑塊“飛行高度”并且表示盤文件正常操作期間盤450旋轉(zhuǎn)時滑塊211占據(jù)的位置。如果飛行高度“h”不保持在特定范圍內(nèi)，從盤450讀取(或在盤450上寫入)的數(shù)據(jù)的質(zhì)量下降。幾個因素與飛行高度“h”有關(guān)。例如，當盤450旋轉(zhuǎn)時，盤450的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生將滑塊211推離盤450的力(稱為氣墊力)。負載梁120傳送的克負載和撓曲件130施加的轉(zhuǎn)矩抵抗氣墊力。因此，對角度θ、α和β的調(diào)節(jié)對飛行高度“h”的最終值有作用。通常，角度θ在制造工藝期間被設定在某預定值并提供滑塊211的粗定位，其允許盤450旋轉(zhuǎn)時維持飛行高度“h”。
圖8a示出ILS HGA 800的平面圖，顯示了ILS HGA 800面對致動器臂335的表面331(圖3)的面。ILS HGA 800部分地包括安裝板850、負載梁820、以及撓曲件830。撓曲件830部分地包括集成引線840、撓曲表面835、撓曲表面836(圖8b)、以及限制器環(huán)(limiter loop)832。負載梁820部分地包括鉸鏈區(qū)822、凹座825、加載/卸載接片(tab)860、以及限制器接片862。在圖8a中，凹座825從其凹陷側(cè)觀察。
圖8b是ILS HGA 800的遠端的詳細平面圖，示出了ILS HGA 800面對盤450的面。該視圖中包括負載梁820、撓曲件830、集成引線840、加載/卸載接片860、以及限制器接片862，從而進一步示出各部件之間的關(guān)系。撓曲表面836是滑塊811附著于其上的表面。撓曲表面835和撓曲表面836平行且彼此相對。撓曲表面835是負載梁820附著于其上的表面。圖8b中還示出滑塊811，其部分地包括前表面812、頭815、以及ABS 810。
ILS HGA 800具有與在圖1至7中描述的那些在描述和功能上類似的部件和特征，即安裝板850、負載梁820、凹座825和撓曲件830。(存在撓曲舌但不可見。)ILS HGA 800還包括用于向和從頭815傳導電信號的集成引線840。ILS HGA 800還包括加載/卸載接片860，用于提升滑塊811離開盤450和下降滑塊811到盤450上。ILS HGA 800還包括限制器接片862和限制器環(huán)832。限制器接片862與限制器環(huán)832結(jié)合一起限制滑塊811在加載/卸載接片860進行的提升和下降操作期間過度移動。ILS具有與圖1、2和3類似的相同級組件。組件的第一級是ILS。將滑塊811添加到ILS構(gòu)成ILSHGA。將一個或更多ILS HGA添加到致動器構(gòu)成ILS HSA。
用于負載梁820和撓曲件830的包括靜態(tài)姿態(tài)調(diào)節(jié)的所有制造工序都影響負載梁820和撓曲件830之間的關(guān)系以及它們的部件之間的關(guān)系。這些關(guān)系對于HDD的正確運行是關(guān)鍵的。限制器接片862與限制器環(huán)832的關(guān)系以及它們與加載/卸載接片860和與ABS 810的關(guān)系對于ILS HGA 800的正確操作是關(guān)鍵的。形成限制器接片862和限制器環(huán)832使得它們非常接近但分隔開以允許滑塊811繞凹座825自由地以萬向節(jié)固定。不適當?shù)年P(guān)系將在滑塊811的飛行期間、或滑塊811到和離開盤450的提升和降下期間導致災難性故障。災難性故障將表現(xiàn)為滑塊811不正確飛行并接觸盤450。該故障稱為“磁頭碰撞”。災難性故障還將表現(xiàn)為當試圖提升或下降滑塊811時滑塊811碰撞盤450的邊緣或ABS 810離開盤450的邊緣。本發(fā)明教導的在適于在HDD中使用的部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的方法可應用于但不限于限制器接片862、限制器環(huán)832和加載/卸載接片860。
圖8c是區(qū)域838的詳細平面圖。區(qū)域838是撓曲表面835和撓曲表面836的為了調(diào)整靜態(tài)姿態(tài)而用于接收脈沖激光輻射的優(yōu)選區(qū)域。撓曲表面835和撓曲表面836上鋼的薄層的局部斑點在多重掃描線(scanned line)804中熔化。掃描線804通過激光在撓曲表面835和撓曲表面836上掃描的方向定義。本領域技術(shù)人員將認識到，可以控制掃描線804的圖案到表面835或表面836上的任何位置從而實現(xiàn)撓曲件830的受控凹陷彎曲。鋼的薄層的局部熔化斑點是脈沖激光輻射掃描撓曲表面835和撓曲表面836的結(jié)果。局部熔化斑點的特征在于斑點直徑801、掃描線間距802和斑點間距803。參照10b的凹陷彎曲的表示，凹陷彎曲朝向被輻射的表面發(fā)生。
前述適于在HDD中使用的部件的表示和描述證明對這些影響克負載、靜態(tài)姿態(tài)、限制器接片至環(huán)間隙、以及加載/卸載接片位置的部件需要更加嚴格的尺寸控制。低級別部件例如ILS到高級別部件例如ILS HAS，以及最后到HDD的后續(xù)組裝增加了控制這些尺寸的難度。本發(fā)明實施例利用在組件的更高級別上調(diào)節(jié)部件的設備來處理該問題。本發(fā)明的實施例可應用于所有級別的適于在HDD中使用的部件。
圖9示出設備900的方框圖，其用于在適于在HDD中使用的部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)。在優(yōu)選實施例中，在部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的主要目的是調(diào)節(jié)ILS HGA 800的靜態(tài)姿態(tài)。設備900還可用來產(chǎn)生適合在HDD中使用的任何部件的自由端(free end)的角偏轉(zhuǎn)(angular deflection)。設備900包括用于產(chǎn)生第一束脈沖激光輻射901的脈沖激光裝置910；用于透射和聚焦第一束脈沖激光輻射901到ILSHGA 800的表面836上的鋼的光學裝置920；用于確定在表面836上產(chǎn)生受控的熱影響區(qū)所要求的脈沖激光輻射的量的第一控制系統(tǒng)；以及用于確定脈沖激光輻射在表面836和表面835上的位置的第二控制系統(tǒng)。
在優(yōu)選實施例中，脈沖激光輻射裝置910具有約1微米的波長。如果且可能時，更短波長的脈沖激光是優(yōu)選的。適于本發(fā)明的商業(yè)可得激光器包括但不限于Nd:YAG(釹:釔鋁石榴石)和Nd:YLF(釹:釔鋰氟化物)，分別具有1.06和1.05微米的波長。這些激光的倍頻方案也適用于本發(fā)明。
第一控制系統(tǒng)確定在撓曲件830上金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控的熱影響區(qū)所要求的脈沖激光輻射的量。它包括監(jiān)控激光934；監(jiān)控二極管936；響應系統(tǒng)939；確定器(determiner)932；以及衰減器930。衰減器930控制傳送到光學裝置920的脈沖激光能量的量。衰減器930將傳送的脈沖激光能量的量和均勻性由確定器932確定。脈沖激光能量的量控制到1微焦耳到10毫焦耳(milijoule)的范圍。確定器932還決定撓曲表面836或撓曲表面835是否將被照射。確定器932從響應系統(tǒng)939接收信息。響應系統(tǒng)939分析來自監(jiān)控二極管936的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)與預先存儲的脈沖激光參數(shù)和靜態(tài)姿態(tài)的預期變化的數(shù)據(jù)庫進行比較。預先存儲的數(shù)據(jù)庫對于各種類型將被制造的ILS HGA經(jīng)驗地得到。監(jiān)控二極管936讀激光束935從監(jiān)控激光器934輻射并反射離開ABS 810時的角偏轉(zhuǎn)。監(jiān)控激光器934通常是激光二極管或氦氖(或HeNe)激光器。本發(fā)明不依賴于所使用的監(jiān)控激光器的類型。
因為僅薄層鋼熔化，避免了撓曲件830中固有應力的退火。利用來自第一束脈沖激光輻射901的照射實現(xiàn)所需靜態(tài)姿態(tài)是非?？赡艿摹?br> 第一控制系統(tǒng)可確定需要第二束脈沖激光輻射902來滿足存儲在響應系統(tǒng)939中的數(shù)據(jù)庫的靜態(tài)姿態(tài)要求。確定器932如其對第一束脈沖激光輻射901所做的一樣將再次確定第二束脈沖激光輻射902的曝光變量。
第一控制系統(tǒng)可確定需要應用第二束脈沖激光輻射902到撓曲件830的相反撓曲表面以滿足存儲在響應系統(tǒng)939中的數(shù)據(jù)庫的靜態(tài)姿態(tài)要求。在一實施例中，確定器932通過控制裝置970與伺服系統(tǒng)949通訊來翻轉(zhuǎn)x-y臺943從而將相反的撓曲表面暴露到脈沖激光輻射902。一替代實施例是在x-y臺943中包括將翻轉(zhuǎn)ILS HGA 800的翻轉(zhuǎn)裝置。在又一實施例中，確定器932與光學開關(guān)925結(jié)合將脈沖激光輻射902引導至光學裝置922從而將相反撓曲表面暴露于照射。在再一實施例中，在x-y臺943的相反側(cè)復制子設備950。確定器932與控制裝置970通訊從而啟動該復制的子設備950。在上述實施例中，光學開關(guān)925以及光學裝置920、922和923可以利用各種光學部件例如鏡(mirror)和棱鏡來設計。其它選擇是光纖開關(guān)925以及光纖線920、922和923。本發(fā)明不依賴于光學裝置的設計。
這些上述裝置和響應系統(tǒng)939作為第一控制系統(tǒng)協(xié)同工作以確定在表面835上和表面836上金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控的熱影響區(qū)所需要的脈沖激光輻射的量，從而有效地調(diào)節(jié)ILS HGA 800的靜態(tài)姿態(tài)。
第二控制系統(tǒng)確定脈沖激光輻射901和脈沖激光輻射902在撓曲表面836和撓曲表面835上的位置。它包括快門(shutter)940；檢流計鏡掃描器(galvanometric mirror scanner)945(稱為檢流計945)；視覺系統(tǒng)938；分束器937；伺服系統(tǒng)949；以及x-y臺943?？扉T940停止和啟動脈沖激光輻射901和脈沖激光輻射902。檢流計945接收脈沖激光輻射901和脈沖激光輻射902，并旋轉(zhuǎn)振蕩，其產(chǎn)生脈沖激光輻射901和脈沖激光輻射902的掃描速率944。檢流計945在連接節(jié)點942連接到伺服系統(tǒng)949。視覺系統(tǒng)938識別ILS HGA800上將被照射的特征。它在連接節(jié)點943連接到伺服系統(tǒng)949。ILS HGA 800上照射的優(yōu)選位置識別為撓曲件830的表面836和表面835上的區(qū)域838。分束器937允許通過視覺系統(tǒng)938觀察，同時允許脈沖激光輻射901和脈沖激光輻射902繼續(xù)前進到光學裝置920。伺服系統(tǒng)949與控制裝置970一起根據(jù)視覺系統(tǒng)938看到的圖像通過x-y臺943將ILS HGA 800定位在光學裝置920之下。
這些上述裝置和伺服系統(tǒng)949作為第二控制系統(tǒng)協(xié)同工作以確定在表面835上和表面836上在金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控的熱影響區(qū)所需要的脈沖激光輻射的位置，從而有效地調(diào)節(jié)ILS HGA 800的靜態(tài)姿態(tài)。這些上述裝置和伺服系統(tǒng)949協(xié)同工作從而將脈沖激光輻射901和脈沖激光輻射902限定到撓曲件830的表面836和表面835上的區(qū)域838，同時產(chǎn)生掃描線間隔802。
通過用脈沖激光裝置照射，使慢掃描速率944成為可能。慢掃描速率944允許第二控制系統(tǒng)精確地確定脈沖激光輻射901和脈沖激光輻射902的位置。由于能夠產(chǎn)生受控熔化的聚焦激光輻射斑點直徑801和曝光變量的很多組合，慢掃描速率944是可行的。優(yōu)選的聚焦激光輻射斑點直徑801是1至500微米。優(yōu)選的激光脈沖率在1至3000赫茲的范圍內(nèi)。優(yōu)選的激光脈沖持續(xù)時間在1至200ns范圍內(nèi)。優(yōu)選的激光脈沖能量在1微焦耳至10毫焦耳的范圍內(nèi)。這些激光和曝光參數(shù)可以以各種組合來結(jié)合從而允許實現(xiàn)對檢流計945來說經(jīng)濟且有效的掃描速率944。優(yōu)選的掃描速率944是這樣的，即，使熔化的斑點間距803在0.5至3個斑點直徑801的范圍內(nèi)。優(yōu)選的掃描線間距802在0.5至10個斑點直徑801的范圍內(nèi)。能夠且在本發(fā)明范圍內(nèi)的是具有斑點直徑810和斑點間距803使得掃描線804呈現(xiàn)為連續(xù)不間斷的線。所得掃描線804對于脈沖激光和CW激光兩者在外觀上將類似。然而，兩種激光之間熱影響區(qū)將非常不同。
CW激光掃描將產(chǎn)生連續(xù)加熱掃描，使得照射束繼續(xù)其掃描之前沒有時間用于熱消散。熱以難以控制的方式在被照射金屬中累積。因為累積的熱難以控制，所以掃描線804的有效位置較差定義。CW激光照射將以難以控制的方式退火材料，因而在調(diào)節(jié)靜態(tài)姿態(tài)方面造成困難。由于現(xiàn)在的懸臂中使用較薄的撓曲件，將難以防止熱影響區(qū)穿透撓曲件的總厚度。
脈沖激光掃描產(chǎn)生多個離散斑點805。離散斑點805利用脈沖激光裝置910的每個脈沖產(chǎn)生。來自脈沖激光器910的離散脈沖有時間用于熱消散而不象CW激光的情形中那樣累積。每個離散斑點805的熱消散防止材料中應力的退火并允許熱穿透的精確控制。熱穿透的精確控制允許掃描線804的有效位置的更精確控制。
控制熱影響區(qū)的目標是控制其深度小于被照射金屬的厚度的一半。熱影響區(qū)(見圖10b)的塑性變形部分應當保持至最小。應沒有退火。應沒有金屬表面的燒蝕，即材料從金屬表面的去除或金屬顆粒的產(chǎn)生。
設備900不需要CW激光輻射與脈沖激光輻射裝置結(jié)合來產(chǎn)生適于在HDD中使用的部件的自由端的雙向角偏轉(zhuǎn)。已經(jīng)給出了利用CW激光來調(diào)節(jié)ILS HGA 800的靜態(tài)姿態(tài)的缺點以強調(diào)所實施的發(fā)明的優(yōu)勢。如前所述，較高功率激光如CW激光要求較快的掃描速率。較快的掃描速率使激光照射的位置的精確控制非常困難且昂貴。
圖10a是曲線圖，示出穿透深度與激光脈沖長度的關(guān)系。曲線圖的時間分量可以看作激光的脈沖持續(xù)時間。較長的脈沖持續(xù)時間導致較大的穿透深度。
圖10b示出激光脈沖照射的穿透深度。圖10b證實穿透深度“d”與激光的脈沖長度的平方根成比例。激光照射導致被照射的金屬以凹陷方式朝向所述照射彎曲。
圖11是工藝100的流程圖，其中根據(jù)本發(fā)明的實施例進行特定步驟，以在適于在HDD中使用的部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)。圖11包括本發(fā)明的工序，其在一個實施例中通過處理器、電部件和組件機構(gòu)在計算機可讀且計算機可執(zhí)行指令的控制下實施。計算機可讀和計算機可執(zhí)行指令駐留在數(shù)據(jù)存儲部件例如計算機可用的易失性存儲器和/或計算機可用的非易失性存儲器和/或數(shù)據(jù)存儲裝置中。然而，計算機可讀和計算機可執(zhí)行指令可駐留在任何類型的計算機可讀介質(zhì)中。盡管工藝100中公開了特定步驟，但這些步驟是示例性的。即，本發(fā)明也非常適于進行各種其它步驟或圖11中所示步驟的變型。在本實施例中，應理解，工藝100的步驟可以通過軟件、硬件、組件機構(gòu)(assembly mechanism)、經(jīng)過人交互進行，或者通過軟件、硬件、組件機構(gòu)、和人交互的組合進行。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟110，適于在HDD中使用的部件被引入到設備900中(如圖9所示)。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟120，適于在HDD中使用的部件的彎曲度被測量。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟130，脈沖激光裝置的參數(shù)被確定以選擇性調(diào)節(jié)部件的彎曲度。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟140，第一束脈沖激光輻射從脈沖激光裝置接收。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟150，第一束脈沖激光輻射被引導至適于在HDD中使用的部件的表面。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟160，確定是否已經(jīng)正確地選擇性調(diào)節(jié)部件的彎曲度。如果該部件未被正確地選擇性調(diào)節(jié)，工藝100進入步驟170。如果該部件已經(jīng)被正確地選擇性調(diào)節(jié)，工藝100進入步驟190。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟170，確定用于第二束脈沖激光輻射的參數(shù)。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟180，第二束脈沖激光輻射被引導至適于在HDD中使用的部件的表面。步驟160和170在需要時可被重復，但本發(fā)明一目標是最小化反復的數(shù)量。
在本發(fā)明一實施例中，在工藝100的步驟190，適于在HDD中使用的部件從設備900移除(如圖9所示)。
在給出的各種實施例中本發(fā)明有利地允許在適于在HDD中使用的部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)而不需要使用CW激光。在給出的各種實施例中本發(fā)明有利地允許ILS HGA的節(jié)約成本的靜態(tài)姿態(tài)調(diào)節(jié)而不危害ILS或敏感頭。
已經(jīng)出于說明和描述目的給出了本發(fā)明特定實施例的前述描述。它們不意圖窮盡或限制本發(fā)明于所公開的精確形式，顯然根據(jù)上述教導很多各種修改和變型是可行的。選擇和描述所述實施例從而最佳地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，以使本領域其它技術(shù)人員能夠以適合考慮到的特定應用的各種變型來最佳地利用本發(fā)明和各種實施例。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價物定義。
權(quán)利要求
1.一種用于在適于在HDD中使用的部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的設備，包括輻射裝置，用于產(chǎn)生第一束脈沖激光輻射；光學裝置，用于傳送所述第一束脈沖激光輻射到所述部件的所述表面上的所述金屬；第一控制系統(tǒng)，用于確定在所述部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控熱影響區(qū)所需要的所述脈沖激光輻射的量；以及第二控制系統(tǒng)，用于確定所述脈沖激光輻射在所述部件的所述表面上的位置；其中所述設備不需要CW激光輻射與所述脈沖激光輻射結(jié)合來產(chǎn)生所述部件的自由端的雙向角偏轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的設備，其中所述第一控制系統(tǒng)包括確定器，配置來確定使所述部件變?yōu)槌蛩黾す庹丈鋫?cè)凹陷所需的所述第一束脈沖激光輻射的曝光變量；以及所述確定器配置來確定使所述部件變?yōu)槌蛩黾す庹丈鋫?cè)凹陷所需的第二束脈沖激光輻射的曝光變量。
3.如權(quán)利要求1所述的設備，其中所述第一控制系統(tǒng)還包括檢測系統(tǒng)，用于監(jiān)控所述部件的角偏轉(zhuǎn)；響應系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)所述第一束脈沖激光輻射的曝光變量；以及響應系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)所述第二束脈沖激光輻射的曝光變量。
4.如權(quán)利要求1所述的設備，其中所述第二控制系統(tǒng)還包括伺服系統(tǒng)，用于控制所述第一束脈沖激光輻射的開始；所述第一束脈沖激光輻射的停止；所述第二束脈沖激光輻射的開始；以及所述第二束脈沖激光輻射的停止。
5.如權(quán)利要求1所述的設備，其中所述光學裝置包括至少一個聚焦構(gòu)件從而聚焦所述第一束脈沖激光輻射至足以用于在所述部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生所述熱影響區(qū)的光斑尺寸。
6.如權(quán)利要求1所述的設備，其中所述光學裝置包括用于傳送所述第二束脈沖激光輻射到所述部件的表面上的所述金屬的至少一個光學裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的設備，其中所述光學裝置包括至少兩個光學裝置，用于傳輸所述第一束脈沖激光輻射到所述部件的所述表面上的所述金屬；以及傳輸所述第二束脈沖激光輻射到所述部件的相反金屬表面。
8.一種用于在適于在HDD中使用的部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的方法，所述方法包括確定所述部件的彎曲度；確定選擇性調(diào)節(jié)所述部件的所述彎曲度的脈沖激光輻射的參數(shù)；接收第一束脈沖激光輻射；將所述脈沖激光輻射引導向所述部件；確定選擇性調(diào)節(jié)所述部件的所述彎曲度的額外脈沖激光輻射的參數(shù)；將所述額外脈沖激光輻射引導向所述部件。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述脈沖激光輻射的參數(shù)包括在1至200ns范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時間；在1至3000赫茲范圍內(nèi)的脈沖率；以及在1微焦耳至10毫焦耳范圍內(nèi)的脈沖能量。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述脈沖激光輻射的所述引導包括將所述脈沖激光輻射聚焦至10-50微米范圍內(nèi)的光斑尺寸。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述脈沖激光輻射的所述引導包括可選地耦合光學開關(guān)到所述脈沖激光輻射，其中所述光學開關(guān)可選地耦合到多個光學裝置。
12.一種用于在懸臂的撓曲件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的設備，包括輻射裝置，用于產(chǎn)生第一束脈沖激光輻射；光學裝置，用于傳送所述第一束脈沖激光輻射到所述懸臂的所述撓曲件的所述表面上的所述鋼；第一控制系統(tǒng)，用于確定在所述懸臂的所述撓曲件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控熱影響區(qū)所需要的所述脈沖激光輻射的量；以及第二控制系統(tǒng)，用于確定所述脈沖激光輻射在所述懸臂的所述撓曲件的所述表面上的位置；其中所述設備不需要CW激光輻射與所述脈沖激光輻射結(jié)合來產(chǎn)生所述懸臂的所述撓曲件的自由端的雙向角偏轉(zhuǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的設備，其中所述光學裝置包括至少兩個光學裝置，用于傳送所述第一束脈沖激光輻射到所述懸臂的所述撓曲件的所述表面上的所述金屬；以及傳送所述第二束脈沖激光輻射到所述懸臂的所述撓曲件的相反金屬表面。
14.如權(quán)利要求12所述的設備，其中所述第一控制系統(tǒng)還包括檢測系統(tǒng)，用于監(jiān)控所述懸臂的所述撓曲件的靜態(tài)姿態(tài)；響應系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)所述第一束脈沖激光輻射的曝光變量；以及響應系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)所述第二束脈沖激光輻射的曝光變量。
15.如權(quán)利要求12所述的設備，其中所述第二控制系統(tǒng)還包括伺服系統(tǒng)，用于控制所述第一束脈沖激光輻射的開始；所述第一束脈沖激光輻射的停止；所述第二束脈沖激光輻射的開始；以及所述第二束脈沖激光輻射的停止。
16.一種用于在HGA的撓曲件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的設備，包括輻射裝置，用于產(chǎn)生第一束脈沖激光輻射；光學裝置，用于傳送所述第一束脈沖激光輻射到所述HGA的所述撓曲件的所述表面上的所述金屬；第一控制系統(tǒng)，用于確定在所述HGA的所述撓曲件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控熱影響區(qū)所需要的所述脈沖激光輻射的量；以及第二控制系統(tǒng)，用于確定所述脈沖激光輻射在所述HGA的所述撓曲件的所述表面上的位置；其中所述設備不需要CW激光輻射與所述脈沖激光輻射結(jié)合來產(chǎn)生所述HGA的所述撓曲件的自由端的雙向角偏轉(zhuǎn)。
17.如權(quán)利要求16所述的設備，其中所述光學裝置包括至少兩個光學裝置，用于傳送所述第一束脈沖激光輻射到所述HGA的所述撓曲件的所述表面上的所述金屬；以及傳送所述第二束脈沖激光輻射到所述HGA的所述撓曲件的相反金屬表面。
18.如權(quán)利要求16所述的設備，其中所述第一控制系統(tǒng)還包括檢測系統(tǒng)，用于監(jiān)控所述HGA的所述撓曲件的靜態(tài)姿態(tài)；響應系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)所述第一束脈沖激光輻射的曝光變量；以及響應系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)所述第二束脈沖激光輻射的曝光變量。
19.如權(quán)利要求16所述的設備，其中所述第二控制系統(tǒng)還包括伺服系統(tǒng)，用于控制所述第一束脈沖激光輻射的開始；所述第一束脈沖激光輻射的停止；所述第二束脈沖激光輻射的開始；以及所述第二束脈沖激光輻射的停止。
20.一種用于在HSA的至少一個撓曲件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的設備，包括輻射裝置，用于產(chǎn)生第一束脈沖激光輻射；光學裝置，用于傳送所述第一束脈沖激光輻射到所述HSA的所述撓曲件的所述表面上的所述金屬；第一控制系統(tǒng)，用于確定在所述HSA的所述撓曲件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控熱影響區(qū)所需要的所述脈沖激光輻射的量；以及第二控制系統(tǒng)，用于確定所述脈沖激光輻射在所述HSA的所述撓曲件的所述表面上的位置；其中所述設備不需要CW激光輻射與所述脈沖激光輻射結(jié)合來產(chǎn)生所述HSA的所述撓曲件的自由端的雙向角偏轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在適于在HDD中使用的部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生熱影響區(qū)的設備，包括輻射裝置，用于產(chǎn)生第一束脈沖激光輻射；光學裝置，用于傳送所述第一束脈沖激光輻射到所述部件的所述表面上的所述金屬；第一控制系統(tǒng)，用于確定在所述部件的金屬的至少一薄表面層中產(chǎn)生受控熱影響區(qū)所需要的所述脈沖激光輻射的量；以及第二控制系統(tǒng)，用于確定所述脈沖激光輻射在所述部件的所述表面上的位置。所實現(xiàn)的設備不需要CW激光輻射與所述脈沖激光輻射結(jié)合來產(chǎn)生所述部件的自由端的雙向角偏轉(zhuǎn)。
文檔編號G11B5/60GK1945726SQ20061014200
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月7日
發(fā)明者平野敏樹, 潘志程, 格林德·P·辛, 蒂莫西·C·斯特蘭德 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司