[发明专利]用于硬盘驱动器(HDD)中亚纳米间隙的空气支承浮动块设计

说明书

技术领域

本发明涉及安装了浮动块(Slider)的薄膜磁读/写头的制造，并且具体涉及形成适用于亚纳米间隙的浮动块空气支承表面(ABS)的方法。

背景技术

在磁硬盘驱动器(HDD)中盘片上数据通过变换器(或“元件”)存储和提取。每个磁头元件被嵌入浮动块，浮动块在10nm或更小的高度上(飞行高度)气动飞过旋转的盘片。除被动飞行高度(没有主动操作器介入的飞行高度)外，在读/写过程中的主动间隔实际上变得更小，可能低到2nm，以获得更高的面密度和盘片容量。例如，所谓的按需飞行(FOD)或动态飞行高度(DFH)现已被应用于通过由局部嵌入的加热器的热效应引起的元件/变换器的突出物来控制磁间隔。

在如此低间隙的情况下，各种近距离相互作用，例如分子间作用力(IMF)，半月形和静电力(ESF)以及盘片表面形状(topography)的影响，容易使空气支承浮动块不稳定。而且，运行震动，润滑剂转移，高度变化，热变化，以及甚至于湿度都会成为在确定气动稳定性和由此的浮动块可靠性中扮演越来越严重角色的额外动摇因素。已经证明要找到能够使其满足现有运行条件的稳定性要求的浮动块的空气支承表面(ABS)的合适设计是非常困难的。

更具体地，关于运行震动，有两种主要的故障模式，升起和压缩，它们分别由浮动块上的悬架(suspension)上的预负荷的减少或增加引起。对于现有的负压空气支承表面设计，相较于压缩抵抗，浮动块更易于升起抵抗。也就是说，抗升起通常更优于抗压缩，并且由此给定在现有运行条件的亚纳米间隙，磁头容易由于压缩震动而失效。而且，在现有的空气支承表面设计中，压缩震动至少与Z高度敏感度联系，Z高度敏感度涉及驱动组件公差。良好的Z高度敏感度常常损害压缩震动性能，这是驱动器供应商目前最可能依靠悬架优化来获得对震动性能的改进的原因。

当考虑润滑剂转移时，通常在盘片(或介质)表面和浮动块之间存在一层润滑剂。当浮动块在盘片表面上滑行时，润滑剂承受非常高的空气支承压力，由于运行期间出现的负的和正的压力，该压力造成润滑剂损耗和粘着(pick up)。从盘片转移到浮动块的大部分润滑剂存在于浮动块后沿(TE)，因为TE非常靠近盘片表面飞行。随着回流，润滑剂然后前向移动(朝向浮动块的前沿(LE))，积累在气流停滞区域。实验还指出回流在从浮动块的TE到变换器所处的中央平板的润滑剂的移动中扮演重要的角色。由此，读/写间隙不能稳定，因为在ABS的积累的润滑剂影响浮动块的气动性并进而影响其稳定性和HDD的可靠性。

关于浮动块对环境条件的敏感度，大部分现有的浮动块在板上压力传感器的协助下能够获得可接受的高度性能。但是，为了使得对不同盘道的补偿误差最小化，各盘道之间的高度损失的一致性相较于高度损失本身变得越来越重要。热变化对浮动块冠部(crown)和纵向静态角(PSA，pitch static angle)的影响变得明显而受到关注，因为由热能引起的在间隙中的即使微小的变化，浮动块冠部和PSA也将在亚纳米范围内对读/写性能造成显著影响。由此，具有对冠部和PSA的较小敏感度的空气支承设计得到高度推荐，尤其是在盘片变形和起伏通常更加严重且容易随浮动块ABS表面情况而调整的内部盘片(ID)。

参考示意性的现有技术图1，其中示出硬盘驱动器(HDD)的一部分，其中，嵌入到称为浮动块7的陶瓷制基底中的封装的、小薄膜磁读/写头30用于在磁介质或存储盘15上读和写数据。读/写头30使用例如电镀、CVD(化学气相沉积)和光刻图案和蚀刻等公知的半导体沉积技术来形成。

浮动块7具有背表面，在该处其附接到磁头悬臂组件(HGA)150的远端，浮动块7还具有通常被称为ABS平面300的图案化的空气支承表面(ABS)，其在HDD运行期间面对旋转的盘片15。这里以侧1视图示出的ABS平面300，仅限定图案化浮动块ABS的虚拟表面边界，因为图案化实际上雕刻平面以产生气流通道并控制气动性。这些通道将在后面的附图中示出，在这里的侧视图无法看到。HGA150由机电装置和电子控制电路驱动以将安装在浮动块上的磁头沿盘片上的磁道放置于各种位置(磁道未示出)。

由于盘片由主轴电机(未示出)高速旋转，流体动压在浮动块7的图案化ABS平面30和盘片15的表面之间引起空气流(箭头25)。该气流抬起浮动块以使得其由一层空气支撑，实际上以“飞行高度”80飞行在盘片表面上方。该飞行高度，在现有技术中，大约小于等于10nm。盘片旋转经过的浮动块的边沿被称为它的“前沿”200，容纳读/写磁头30的相反的边沿被称为“后沿”100。浮动块动作的气动性在旋转盘片表面上方抬起前沿高于后沿。