[发明专利]用于硬盘驱动器应用的气垫设计

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜磁性读/写头的制造，并且特别涉及对滑块表面进行成形以减少盘驱动操作过程中润滑剂的积聚的方法。

背景技术

参照示意图图1，该图示出了硬盘驱动器(HDD)的一部分，其中形成在被称作滑块7的陶瓷基片上的一被包裹的小薄膜磁性读/写头30被用来在磁性介质或存储盘15上进行数据读写。读/写头30利用公知的诸如电镀、CVD(化学气相沉积)以及光刻构图和刻蚀之类的半导体沉积技术形成。滑块7具有预构图的气垫表面(ABS，air-bearing surface)，该表面一般被称作ABS面300，并在HDD操作过程中面对旋转的盘15。ABS面300在此以侧视图示出，其仅仅限定了被构图的滑块ABS的在竖直方向的边界，因为构图实际上对所述面进行雕刻以产生气流通道。这些通道在以后的图中将被示出，在此图中不能看到。滑块安装在头万向节组件(HGA)150的远端上，所述头万向节组件由机电机构和控制电路启动，以将滑块安装头(slider-mounted head)定位在沿着盘(未示出)上的磁性轨道的各个位置上。

随着盘在主轴电机(未示出)的作用下迅速旋转，流体动压力在滑块7的被构图的ABS面300与盘15的表面之间引起气流(箭头25)。该气流抬升滑块，使得滑块支撑于一层空气之上，从而严格地在盘的表面上方以“飞行高度80”飞行。该飞行高度大约10nm或更小。盘旋转进入其中的滑块边缘被称为“前边缘”200，而包括了读/写头30的相反边缘被称为“后边缘”100。滑块运动的空气动力特性使得前边缘比后边缘在旋转的盘表面上方被抬升得更高。

随着盘容量的提高以及相应地记录的面密度增加，滑块飞行高度变得越来越低，以便头实现准确的读写。飞行高度的降低导致了各种近距离相互作用，例如分子间作用力(IMF)、弯月面作用力(meniscus force)以及静电作用力(ESF)。这些力以及盘形貌的相关影响趋向于使得滑块的空气动力学运动不稳定。另外，来自各种近期的滑块稳定性测试的证据显示，滑块与盘面上的润滑剂之间的相互作用在决定滑块在盘面上的飞行稳定性上变得更为重要。当前的负压ABS设计存在使得ABS更易受到气流停滞甚至气流逆转的影响的特殊几何特征，所述气流停滞以及气流逆转两者都趋于使得盘顶面上的润滑剂被转移到滑块的ABS上。即使在滑块表面与盘面之间没有任何实际接触的情况下，这也会发生。这样的润滑剂转移污染了滑块ABS，并从盘上去除了保护性的润滑剂层，这不利于滑块以最佳设计高度飞行，并且会进一步影响到硬盘驱动器(HDD)的稳定性。因此，在HDD产业中需要采用能够减缓这种润滑剂转移的ABS设计。本发明实现了这种润滑剂转移减缓作用。

如图2中示意性示出的，盘15的表面一般被不规则的一层润滑剂所覆盖，这里润滑剂被表示为小的球形珠子150。这些珠子不规则地聚集成小堆或“小丘”155。滑块ABS下面箭头25所示的气流在ABS上产生气压分布，这被示意性地表示为曲线160。图中还示出了润滑剂170向滑块的后边缘表面100的流动。润滑剂向滑块的后边缘表面的流动是作用在滑块的ABS上的(如压力曲线所示)以及作用在盘面上的润滑剂分布上的非常高的气垫力造成的结果。这些力在润滑剂小丘155以及润滑剂转移170的形成过程中起作用。润滑剂行为的具体起因依赖于这些力以及例如分子粗糙度和凝聚力的润滑剂特性两者。在负压ABS设计的作用下，转移到滑块上的大部分润滑剂被吸入到滑块的被构图的ABS内的后气槽(这里不可见，但图5A中表示为320)中，由于气槽内的低于周围的压力的缘故，润滑剂在气槽中积聚并驻留下来。润滑剂还会由于ABS靠近盘面飞行时在ABS上存在较高的剪切力而被切除到后气槽中。

参照图3，其中示意性地示出了图2的内容，以更多的细节示出了沿着滑块的ABS的气流流谱(airflow pattern)。箭头210表示“前向流”，其为ABS与盘面之间沿主气流(箭头25)方向的沿着ABS的表面流。箭头220表示“后向流”区域，该区域中表面流逆着主气流方向。同时，这两个流在两个流向上产生沿着ABS的剪切力(箭头211、221)。在这两个流区域之间，存在即没有气流也没有剪切力的停滞区域(示出于润滑剂颗粒230上)。如图所示，靠近后边缘(TE，100)的润滑剂趋向于向停滞区域迁移。在以下讨论图5A和5B时，润滑剂流的流谱将被更清楚地指示出。

尽管在现有技术中人们已经做出了尝试来减缓润滑剂积聚情况，但是这些尝试既没有实现目的，也不能提供本发明的特性。在这一方面，美国专利7,227,723(Nath等人)公开了凹陷区以及位于凹陷区上方的流线控制元素。