專利名稱：用于硬盤驅動器的頭滑動件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于硬盤驅動器的頭滑動件。更特別地，本發明涉及一種帶有用于存儲和再現數據的讀/寫頭的硬盤驅動器的頭滑動件。
背景技術：
在不同的主機設備例如個人計算機(PC)中通常使用硬盤驅動器(HDD)，以存儲數據。在HDD內使用讀/寫頭從旋轉的盤中讀取數據或將數據寫入到其中。當以預定的高度(稱為它的“懸浮高度”)浮在盤表面上時，讀/寫頭從盤存取數據。
在傳統的HDD中，讀/寫頭在讀/寫操作期間以恒定懸浮高度浮在盤(即作為記錄介質的盤的磁表面)上面，不考慮HDD的實際操作溫度。盡管HDD的操作溫度變化，讀/寫頭的懸浮高度還是常常保持在恒定值，因此在低溫讀/寫操作期間，盤的電磁屬性因熱效應而改變，造成有時會丟失數據。
在高溫下，頭的極尖(pole tip)熱膨脹并且朝向盤突出而超過設計程度。換句話說，發生了所謂的熱極尖突出現象。當這種現象發生時，與頭保持恒定懸浮高度相關的傳統的假定引起了極尖與盤之間錯誤的間距。這樣的錯誤間距可以導致讀/寫操作期間數據的丟失或者增加外部施加力時極尖碰撞盤的可能性。這樣的碰撞可能導致頭和/或盤的永久損壞。

發明內容
在一個實施方式中，本發明提供一種用于硬盤驅動器的頭滑動件，該頭滑動件包括從旋轉的盤感應產生提升力的滑動件；設置在滑動件的下表面上并面向盤且在假定的室溫下保持在預定的懸浮高度而適合執行讀/寫操作的讀/寫頭；和與讀/寫頭聯接且適合根據溫度變化改變讀/寫頭的懸浮高度的操作裝置。
在一個方面，由根據溫度變化而膨脹和收縮以改變懸浮高度的材料構成操作裝置。在另一個方面，由根據溫度變化而彎曲變形以改變懸浮高度的材料構成操作裝置。
在另一個實施方式中，本發明提供一種用于硬盤驅動器的頭滑動件，包括從旋轉的盤感應產生提升力的滑動件和連接到滑動件面向盤的下表面的讀/寫頭，該讀/寫頭適于當與盤分離一懸浮高度而執行讀/寫操作，該滑動件包括在一個方向延伸的至少一個支撐梁；和平行于該支撐梁排列的操作部件，其具有固定到支撐梁的后端部和連接著讀/寫頭的頂端部，所述操作部件適于根據溫度變化改變懸浮高度。


圖1是根據本發明的一個實施方式的具有頭滑動件的硬盤驅動器的平面圖；圖2是圖1的頭滑動件的透視圖；圖3是圖2的沿著線III-III的垂直剖面圖；圖4是圖3的IV部的放大的垂直剖面圖；圖5是顯示根據溫度變化的磁材料的矯頑磁性的曲線圖；圖6A是顯示根據讀/寫頭的施加電流和懸浮高度而變化的記錄場的分布曲線圖；圖6B是顯示根據讀/寫頭的施加電流和懸浮高度而變化的在記錄場中的空間梯度的分布的曲線圖；圖6C是顯示根據讀/寫頭的施加電流和懸浮高度而變化的記錄場在垂直方向施加到盤的分布的曲線圖；圖6D是顯示根據讀/寫頭的施加電流和懸浮高度而變化的在垂直方向施加到盤的記錄場中的空間梯度的分布的曲線圖；圖7A和7B是不同驅動模型中的測量結果的曲線圖，顯示了根據讀/寫頭的施加電流的極尖突出程度的分布；和圖8A到8C是根據本發明的其它實施方式的頭滑動件的透視圖，顯示了在不同溫度環境中頭滑動件的操作。
具體實施例方式
參照圖1，根據本發明的一個實施方式的具有頭滑動件的硬盤驅動器(HDD)包括適于旋轉的盤120(作為記錄介質的一個例子)的主軸電機125，以及適于移動在盤120的表面上記錄和/再現數據的一個或多個讀/寫頭的致動器130。(可將一個或多個盤連接到主軸電機125，但是為了清楚以下將僅涉及一個盤。類似地，將會著重描述一個讀/寫頭，但可使用多個頭)。
將主軸電機125安裝在HDD的基座部件101上。通過主軸電機125以恒定角速度旋轉的盤120。
致動器130包括安裝在基座部件101上的致動器樞軸131、搖臂132、懸架133、頭滑動件140、線圈支撐部136和音圈電機(VCM)。將搖臂132可旋轉地連接到致動器樞軸131。懸架133連接到搖臂132的端部并且支撐頭滑動件140使之被彈性地偏壓向盤120的表面。將線圈支撐部136設置在搖臂132的后端部。
音圈電機提供驅動力，用于在輸入到VCM線圈137的電流與由磁鐵110形成的磁場的交互作用下沿依據弗萊明左手定則的方向旋轉搖臂132。將VCM線圈137裝配在線圈支撐部136上。將磁鐵110分別設置在VCM線圈137的上和下部以彼此相向，并且將磁鐵110連接到磁軛115并由其支撐。
將柔性印刷電路170連接到致動器130的一側。根據讀/寫操作或與卸載操作相關的許多功能之一，當通過柔性印刷電路170進行通訊時，致動器130將會在盤120上移動以執行讀/寫操作或從盤120“卸載”頭。卸載操作通常是指頭移動到位于盤120的非記錄內部或盤120的外周緣外的安全的停靠位置處。
柔性印刷電路170從設置在基座部件101下的電路板(未示出)接收控制驅動信號或電力。為此，連接柔性印刷電路170和電路板的支架171被安裝在基座部件101的角部。將主軸電機125和致動器130容納于由彼此面對連接的基座部件101和外殼部件102提供的內部空間里。基座部件101和外殼部件102防止外部異物侵入，保護容納物，并且防止驅動噪聲向外傳播。
當將電力提供給HDD時，盤120通過主軸電機125的作用以高速旋轉。氣流越過盤120的表面。由于定向的氣流的提升力與支撐頭滑動件140的懸架133的彈性壓力之間的平衡，頭滑動件140以預定的懸浮高度漂浮在盤120上并執行功能。
當中斷供應給HDD的電力時，通過卸載操作從盤120卸載頭滑動件140。因為在懸架133的端部的升降片135沿著位于盤120的外周的停靠坡部件160被導向，頭滑動件140被置放于停靠坡部件160上。
圖2是進一步說明圖1的頭滑動件140的透視圖。頭滑動件140包括作為支撐結構的滑動件141和執行讀/寫操作的讀/寫頭150。將用于引導來自旋轉的盤120的提升力的氣浮表面147和149設置在滑動件141面向盤120的底部表面上。在滑動件141的一端上設置朝上的臺階面。
將安裝讀/寫頭150的操作裝置145連接到臺階面。可以保持支撐在臺階面上的讀/寫頭150與盤120相距一安全距離以防止碰撞。可選地，由具有良好剛性和耐磨損特性的非磁性材料形成用作讀/寫頭150的支撐結構的滑動件141，以防止由于電磁干擾造成的記錄/再現錯誤。例如，在一個實施方式中，可以由例如氧化鋁(Al2O3)和/或氧化鈦(TiC)等陶瓷材料制成滑動件141。
可以由一種形狀記憶合金(SMA)致動材料制成操作裝置145，當該合金的內在晶體結構響應溫度變化而變化時，其垂直地膨脹和收縮。由于操作裝置145熱膨脹或收縮，讀/寫頭150和盤120間的分離距離(即讀/寫頭150的懸浮高度)作為溫度的函數增加或減小。在所示實施方式中，為了改變讀/寫頭150的懸浮高度，操作裝置145被動地響應溫度變化。通過由操作裝置145提供的逆向溫度對垂直位移性能，在低溫下，讀/寫頭150更靠近盤120，從而減小懸浮高度，或在高溫下，讀/寫頭150與盤120分離，從而增加懸浮高度。以下將以一些補充細節描述這種性能以及實現的實施方式。
圖3是沿著圖2的HI-III線的垂直剖面圖。參照圖3，將連接著讀/寫頭150的操作裝置145支撐在滑動件141的向上的臺階面上。操作裝置145根據溫度變化垂直地膨脹和收縮。因此，連接到操作裝置145的讀/寫頭150的懸浮高度隨溫度變化。
例如，在室溫，假設操作裝置145具有“Tr”的垂直厚度。在相對更低的溫度，操作裝置145膨脹到比Tr大的厚度“Tc”。在相對更高的溫度，操作裝置145收縮到比Tr小的厚度“Th”。從而，操作裝置145的感熱垂直膨脹和收縮調節了連接到操作裝置145的讀/寫頭150的懸浮高度。(例如，參見圖3中的示范性懸浮高度FHr、FHc和FHh)。
圖4是圖3中的區域IV的放大的垂直剖面圖。參見圖4，讀/寫頭150包括適于在盤120上記錄(寫入)數據的記錄部155和適于從盤120再現(讀出)數據的讀取部159。記錄部155包括相對于盤120提供漏磁通量的第一和第二極153和154，以及適于感應在第一和第二極153和154之間的磁場而形成電流通路的感應線圈151和152。可以由例如FeNi的磁材料形成該第一和第二極153和154。從電路板(未示出)將寫入到盤120的數據信號提供給感應線圈151和152。
讀取部159包括平行排列并且分隔預定間距的第一和第二屏蔽板156和157。讀取部159還包括排列在第一和第二屏蔽板156和157間的磁阻(MR)傳感器158。由MR傳感器158檢測從盤120讀取的數據磁信號。為了防止損壞，在記錄部155和讀取部159的底面上形成由例如類金剛石碳(DLC，diamond like carbon)形成的涂層。
圖5是顯示隨溫度變化的磁材料的矯頑磁性的曲線圖，即，提供給盤的磁性材料M60 LMR的矯頑磁性的分布圖。在圖5中，相對于本發明的實施方式(“本申請”)，對比顯示其它由不同的傳統方法(由主要研究者名字標識)獲得的分布。顯然，在所示溫度范圍內，操作溫度和矯頑磁性之間均幾乎以逆線性變化。即，隨著操作溫度降低，磁材料的矯頑磁性增加。磁材料的矯頑磁性作為操作溫度的函數變化的原因在于當磁材料的各向異性響應溫度的變化增加或減少時，組成材料的磁屬性變化。當盤120的矯頑磁性增加時，可以穩定地保持磁屬性，這對記錄的數據的保持是有利的。然而，隨著盤120的矯頑磁性增加，它對施加的磁場的響應更不敏感。
此外，在低溫下，禁止了需要產生施加磁場的磁開關，從而導致弱的寫信號(場)。因此，在矯頑磁性增加的低溫下，優選地，使讀/寫頭150更靠近盤120，使得盤120暴露于相對更密集的磁通量。
圖6A是顯示記錄場作為讀/寫頭的施加電流和懸浮高度的函數變化的曲線圖。圖6B是顯示空間記錄場梯度作為讀/寫頭的施加電流和懸浮高度的函數變化的相關曲線圖。在圖6A和6B中，左側曲線圖是根據施加給讀/寫頭150的電流強度的分布圖，而右側曲線圖是根據讀/寫頭150的懸浮高度的分布圖。因為施加給讀/寫頭150的電流強度增加并且讀/寫頭150的懸浮高度減小，記錄場或記錄場的空間梯度逐漸地增加。然而，記錄場或記錄場的空間梯度的變化相對于電信號是平緩的，但相對于讀/寫頭150的懸浮高度是劇烈的。
圖6C和6D顯示了其中盤的縱向場及其空間梯度的分布圖。在圖6C和6D中，縱向場表示當讀/寫頭150執行記錄功能而跟隨盤120的特定軌道時，在施加到盤的記錄場中沿特定軌道的圓周方向的磁場分量。參照圖6C和6D，縱向場或及其空間梯度顯示出相對于到施加電流強度變化平緩但相對于讀/寫頭150的懸浮高度變化劇烈。這個結果類似圖6A和6B中描述的。
記錄場或縱向場對懸浮高度的變化的敏感響應是由于相應的磁場強度與輻射距離的立方成反比迅速減小。從而，因為記錄場將以高敏感度響應讀/寫頭150的懸浮高度的微小變化而變化，因此可以通過精確地控制懸浮高度更有效地將記錄場的強度增強到要求的水平。例如，當讀/寫頭150的懸浮高度減少5nm時，引起的效果是類似于增加10-20mA的電流信號。從而，可以使表示記錄精確性的位誤差率(BER)提高大約3.5個數量級。
根據本發明的實施方式的操作裝置145有效地根據溫度變化控制讀/寫頭150的懸浮高度。假設在室溫左右的操作溫度下，保持Tr的預定厚度使得讀/寫頭150以例如10nm的理想懸浮高度浮在盤120上。盡管如此，在較低的溫度，操作裝置145垂直地膨脹到比Tr大的厚度Tc。因此，連接到操作裝置145的讀/寫頭150以差值(Tc-Tr)更靠近盤120伸出。即，在規定的溫度范圍內，操作裝置145通過根據盤120的磁性控制讀/寫頭150的懸浮高度，防止了由于溫度變化造成的弱的寫信號。優選地，根據相對微小的數值(例如，規定在僅幾個納米范圍內)變化讀/寫頭150的懸浮高度。用于操作裝置145的SMA致動器材料適合于這樣微小的調節位移。
因為根據當前實施方式的操作裝置145是依賴于溫度變化被動控制的，因此不需要額外的適于驅動操作裝置145的電路板或用于檢測和/或補償弱的記錄/再現信號的接口。因此，因為不需要額外的用于前述部件的安裝空間，因此可進一步使HDD小型化。尤其地，因為不需要增加驅動電力，可以簡化整個驅動裝置的設計。
如上參照圖4所述的，讀/寫頭150包括第一和第二極153和154，用于形成選擇性地磁化盤120的表面的磁通量。通常由例如FeNi等軟磁性材料制成第一極和第二極153和154，使得磁通量可以響應于高頻率寫信號迅速地變化。
通過嵌入到由例如氧化鋁(Al2O3)或氧化鈦(TiC)等陶瓷材料制成的保護層中這樣的方式來保護第一和第二極153和154。當將頭滑動件140暴露于較高的溫度下時，由于第一和第二極153、154與保護層之間的熱膨脹系數差，第一和第二極153和154可能與周圍的保護層一起朝向盤120突出(即發生熱極尖突出現象)。除了操作溫度增加，當通過施加高頻率電流來加熱讀/寫頭150時，也可能發生熱極尖突出現象。因為在熱能的影響下第一和第二極尖153和154突出，第一和第二極尖153、154與盤120間的間隔“g”減小到低于最小允許值。在這樣的條件下，盤120可能接觸到第一和第二極尖153和154。
圖7A和7B顯示了根據不同HDD模型中施加到讀/寫頭的電流、模型極尖(TPTP)的突出程度的分布。參照圖7A和7B，水平軸表示的過流電流(over-shoot current，OSC)表示施加的交流(AC)寫電流的強度。從圖中可以看出極尖幾乎正比例于電流信號的增加而突出。
在極尖突出明顯的條件下，若施加垂直的外部沖擊，則可能發生讀/寫頭150與盤120間的碰撞。即，當讀/寫操作期間讀/寫頭150跟隨特定盤軌道時，讀/寫頭150通常在支撐的懸架133的作用下沿垂直方向振動，這里懸架133由于彈性變形而允許讀/寫頭150沿垂直方向運動。在這種狀態下，極尖突出明顯時，外部沖擊可驅動讀/寫頭150靠近盤120，從而損壞讀/寫頭150和/或盤120。尤其地，當極尖朝向盤120熱膨脹并且突出時，頭盤界面(HDI，head disk interface)相對于盤120的余量減少，并且與盤120碰撞的危險進一步增加。因此，通過根據操作溫度控制讀/寫頭150和盤120間的間隔，可以防止由于極尖突出而與盤120碰撞的危險。
操作裝置145根據操作溫度的變化垂直地膨脹和收縮從而控制讀/寫頭150的懸浮高度。讀/寫頭150的溫度在施加電流信號時增加。因為操作裝置145接近讀/寫頭150，它同樣地被加熱，并且操作裝置145從室溫厚度Tr朝向更高溫厚度Th收縮。因此，提供適于充分吸收意外碰撞的破壞性影響的安全間隔容限，讀/寫頭150以提高的懸浮高度浮在盤120上。
隨后，當用于讀/寫頭150的操作溫度從假設的室溫減小或根據施加的電流變化時，操作裝置145朝原始厚度Tr膨脹回去。因此，讀/寫頭150的懸浮高度返回到FHr，使得間隔保持適于更好地記錄信號。
圖8A到8C是根據本發明的實施方式的頭滑動件的透視圖并且進一步說明了在不同溫度的環境中頭滑動件的操作。參照圖8A到8C，頭滑動件240包括用于記錄和再現的讀/寫頭250和作為其支撐結構的滑動件。在本實施方式中，滑動件包括互相平行延伸并且彼此側向接觸的梁狀部件(241和245)。即，滑動件包括操作部件245和第一和第二支撐梁241，操作部件245具有連接到它的頂端的讀/寫頭250，第一和第二支撐梁241相對于中間插入的操作部件245從左和右兩側支撐操作部件245。
支撐梁241和操作部件245彼此側向接觸。支撐梁241和操作部件245例如通過夾入的粘合層249在與讀/寫頭250相反的后端位置彼此部分連接。在設置讀/寫頭250的頂端，支撐梁241和操作部件245沒有互相連接而是保持可相對滑動的小間隔彼此分離，以允許操作部件245自由彎曲變形。當操作部件245向上或向下彎曲時，連接到操作部件245的頂端的讀/寫頭250可以接近盤120或從盤120分離。
例如，可以使用延伸通過的額外的連接部件(未示出)而不使用夾入的粘合層249將支撐梁241和操作部件245互相連接。圖中未示出，頭滑動件240連接到懸架133(圖1)。可將支撐梁241直接地連接到懸架133，或可將圖3中所示的操作部件145通過支撐梁241由懸架133間接地支撐。
支撐梁241具有良好剛性和抗磨損特性，以支撐和保護位于中央位置的操作部件245。優選地，由非磁性材料形成支撐梁241以防止由于磁干擾出現記錄/再現錯誤，通常由包括氧化鋁(Al2O3)和氧化鈦(TiC)等陶瓷材料形成。
將通過與盤120相互磁作用而執行數據記錄/再現功能的讀/寫頭250連接到操作部件245的頂端。因為讀/寫頭250的詳細結構基本上與圖4的相同，這里將省略對它的詳細描述。操作部件245響應溫度條件被動地控制讀/寫頭250的懸浮高度。通過這樣做，可以防止由于極尖突出、盤120根據溫度變化和/或頭相對于盤碰撞的危險而記錄特性惡化。操作部件245的操作機構和圖3中顯示的操作部件145的操作機構區別在于操作部件245不是通過體積的膨脹和收縮而是通過它的彎曲變形控制連接到它的頂端的讀/寫頭250的懸浮高度。
作為操作部件245，可采用隨內部晶體結構根據溫度變化而變化使得外部形狀變化的SMA致動材料，或具有通過淀積具有不同熱膨脹系數的兩個或多個金屬薄板形成的雙金屬片結構從而可響應溫度變化產生彎曲變形的致動器。
如在圖8A中所示，在假設的室溫下，操作部件245可以保持平行于支撐梁241的水平姿勢。連接到操作部件245的頂端的讀/寫頭250相對于盤120保持例如10nm的預定懸浮高度FHr。同時，在較低的溫度下，如圖8B中所示，操作部件245向下彎曲使得連接到它的頂端的讀/寫頭250接近盤120并且它的懸浮高度降低到FHc。從而，可以更接近在低溫下記錄特性惡化的盤120定位讀/寫頭250。
同時，在較高的溫度下，如圖8C所示，操作部件245向上彎曲使得連接到操作部件245的頂端的讀/寫頭250進一步從盤120分離并且它的懸浮高度增加到FHh。因此，通過操作部件245的形狀變化補償由于熱膨脹發生的極尖突出。
在所示實施例中，室溫下操作部件245基本上平行于支撐梁241(FHr＝S)，低溫下操作部件245彎曲得比支撐梁241更低(FHc＜S)，并且高溫下操作部件245彎曲得比支撐梁241更高(FHh＞S)。盡管如此，本發明的操作部件245不限制到那。例如，如果連接到它的頂端的讀/寫頭的懸浮高度根據溫度變化是可變的，可以將操作部件245設計成在高溫下基本上水平，在室溫下向下彎曲，以及在低溫下進一步彎曲。
如上所述，根據本發明的用于硬盤驅動器的頭滑動件包括根據操作溫度的變化改變讀/寫頭的懸浮高度的操作裝置。從而，由于溫度的變化產生的問題，即在低溫下盤特性的惡化和在高溫下盤根據極尖突出現象的HDI問題可以同時被解決。
尤其地，在本發明中，因為使用了響應溫度變化的被動驅動型的操作裝置，不需要額外的電路部分以驅動操作裝置。因而，改善了產品的可靠性而不影響功耗和安裝空間。
雖然已經特別地顯示了并且參照其優選實施方式描述了本發明，應當理解，在作為不脫離由權利要求限定的本發明的范圍內，本領域技術人員可以做出形式和內容上的各種變化。
該申請要求于2006年1月6日申請的韓國專利申請No.10-的權益，通過參考在此合并其主題。
權利要求
1.一種用于硬盤驅動器的頭滑動件，該頭滑動件包括從旋轉的盤感應產生提升力的滑動件；設置在所述滑動件的下表面上并面向盤且適于與盤分離一懸浮高度而執行讀/寫操作的讀/寫頭；和與所述讀/寫頭聯接且適于隨溫度變化改變所述讀/寫頭的懸浮高度的操作裝置。
2.權利要求1的頭滑動件，其中，由根據溫度變化而膨脹和收縮以改變懸浮高度的材料形成所述操作裝置。
3.權利要求2的頭滑動件，其中，當溫度降低時所述材料膨脹，而當溫度增加時所述材料收縮。
4.權利要求3的頭滑動件，其中，所述材料包括形狀記憶合金致動材料。
5.權利要求1的頭滑動件，其中，由根據溫度變化而彎曲變形以改變懸浮高度的材料形成所述操作裝置。
6.權利要求5的頭滑動件，其中，當溫度降低時所述材料向下彎曲變形，而當溫度升高時所述材料向上彎曲變形。
7.一種用于硬盤驅動器的頭滑動件，包括從旋轉的盤感應產生提升力的滑動件和連接到面向盤的滑動件的下表面的讀/寫頭，所述讀/寫頭適于與盤分離一懸浮高度而執行讀/寫操作，所述滑動件包括在一個方向延伸的至少一個支撐梁；和平行于支撐梁的操作部件，所述操作部件的后端部固定到支撐梁而頂端部聯接著讀/寫頭，所述操作部件適于根據溫度變化改變懸浮高度。
8.權利要求7的頭滑動件，其中，由根據溫度變化而膨脹和收縮以改變懸浮高度的材料形成所述操作部件。
9.權利要求8的頭滑動件，其中，當溫度降低時所述材料膨脹，而當溫度增加時所述材料收縮。
10.權利要求9的頭滑動件，其中，所述材料包括形狀記憶合金致動材料。
11.權利要求7的頭滑動件，其中，由根據溫度變化而彎曲變形以改變懸浮高度的材料形成操作部件。
12.權利要求11的頭滑動件，其中，當溫度降低時所述材料向下彎曲變形，而當溫度升高時所述材料向上彎曲變形。
13.權利要求12的頭滑動件，其中，該材料包括形狀記憶合金致動材料。
14.權利要求7的頭滑動件，其中，由雙金屬材料形成操作部件，所述雙金屬材料具有通過沉積具有不同熱膨脹系數的至少兩個金屬部件形成的結構。
15.權利要求7的頭滑動件，其中，所述支撐梁包括在操作部件的相反側上平行排列的至少兩個梁結構。
16.權利要求15的頭滑動件，其中，側向平行排列所述兩個梁結構和操作部件并在靠近后端部處使它們彼此連接。
全文摘要
公開了一種用于硬盤驅動器的頭滑動件。該滑動件包括與讀/寫頭聯接并適于根據溫度改變讀/寫頭和盤之間的懸浮高度的操作裝置。操作裝置可以由隨溫度變化膨脹和收縮以改變懸浮高度的材料或者由隨溫度變化彎曲變形以改變懸浮高度的材料形成。
文檔編號G11B5/56GK101025924SQ200710092339
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月8日 優先權日2006年1月6日
發明者柳震奎, 樸魯烈 申請人:三星電子株式會社