带有突出静电激励器电极的磁盘驱动器浮动块 相关申请参照
本专利申请要求从美国临时专利申请60/410,492中获得优先权，该临时专利申请的申请日期是2002年9月13号，由发明人Zine Eddine Boutaghou，Ram Mohan Rao，Tim William Stoebe和John R.Pendray提出，标题为“实现静电飞行高度控制的有效方法”。
【发明领域】
本发明一般涉及磁盘驱动器，尤其涉及磁盘驱动器的浮动块，但又并不限于此。
【发明背景】
日益增加的磁盘驱动器面密度导致了磁头介质间隔(HMS)的急剧降低。由飞行高度变化引起的间隔损失已变成总HMS损耗的重要原因。此HMS损失能够导致磁头/介质断续接触，尤其是使用目前15毫微米以下的飞行高度。断续接触会引起对记录系统质量和坚固性有害的震动。
电极可以沉积在浮动块上的蚀刻空穴内，并可以用于静电地控制飞行高度。在空穴蚀刻深度上存在高度变化较大的问题，导致了电极和磁盘之间间隙的较大变化。这些静电激励器的灵敏度(行程)是不可预知的，而且产品成品率很低。
需要一种用于在磁盘驱动器内控制飞行高度的静电激励器，可以避免不可预知的激励器灵敏度，避免较低的产品成品率，以及避免蚀刻空穴深度的较大偏差问题。
本发明实施例提供这些问题和其他问题地解决方法，并提供优于先前技术的其他优点。
发明摘要
这里披露一种用于存取储存在磁盘上数据的浮动块和一种用于生产这种浮动块的方法。该浮动块包括浮动块衬底，该底层有一个后沿面，一个面向磁盘的底面，和一个突出底面的空气支承面。该浮动块还包括后沿面上一个读/写磁头。该读/写磁头存取储存在磁盘上的数据。
浮动块包括一层绝缘层，安置在空气支承面上面。一个静电激励器电极安置在该绝缘层的上面。该静电激励器电极面向在空气支承层静电充电部分对面的磁盘。该静电激励器电极在空气支承面突出进该空气支承层的静电充电部分。
通过阅读下面的详细描述，以及审阅相关附图，将会欣赏表征本发明实施例的特点和益处。
附图简述
图1是一张磁盘驱动器斜视图。
图2描述一种先前技术的浮动块，带有一个沉积在蚀刻空穴内的电极，该电极低于空气支承面。
图3描述一种浮动块，带有一个安置在空气支承面上面的静电激励器电极。
图4描述图3所示的静电激励器电极的放大图。
图5描述从控制器到静电激励器电极，磁盘和浮动块衬底的电连接。
图6描述静电力和激励器间隙之间的反平方律关系。
图7描述浮动块第一实施例的仰视图。
图8描述浮动块第二实施例的仰视图。
图9描述浮动块第三实施例的仰视图。
图10描述静电激励器电极上的一层菱形碳层。
图11描述作为控制电压函数的极尖飞行高度，该控制电压施加在磁盘和静电激励器电极上。
说明性实施例详述
这里披露的是一种磁盘驱动器的浮动块，包括一个与浮动块衬底绝缘的专用静电激励器电极。该静电激励器电极安置在空气支承面上面，所以它突出进空气支承层的静电充电部分，以控制飞行高度。通过将静电激励器电极放置在一个非蚀刻的或非碾磨的位置上，而不是放置在一个蚀刻的或碾磨的空穴内，可以避免将电极放置在蚀刻空穴内相关的统计制造偏差问题。
该静电激励器电极定位在从读/写磁头朝前的某一位置上，该位置上具有足够的间隙，适合于静电激励器电极的突出。在较佳方案中，提供多个突出的静电激励器电极来提供浮动块的额外滚动控制或倾斜度。
图2描述先前技术的浮动块20，带有一个电极22，该电极22沉积在浮动块衬底28内的蚀刻沟或空穴26内，低于空气支承面24。绝缘层30使电极22与浮动块衬底28绝缘。菱形碳层32沉积电极22上。该电极22放置在接近读/写磁头33的地方，以产生较高的灵敏度。在图2的这种“蚀刻和沉积”方法中，将电极22定位在接近读/写磁头33的位置上，以获得足够的飞行高度行程。
空穴26由蚀刻步骤形成，并然后将层30，22和32沉积在空穴26内。空气支承面24和菱形碳层顶面之间的高度H的差异，取决于层30，22，32的沉积厚度，还取决空穴26的蚀刻深度。要求H＝0，因此电极22接近于磁盘或存储介质35，以提供高灵敏度。在生产过程中，可以小心地控制沉积厚度，以具有很小的统计方差(低方差(sigma))，然而，不能经济地控制空穴26的深度，故在生产过程中具较大的统计方差(高方差)。因为空穴26深度较大的方差，在高度差H内有较大的方差。
用先进(advanced)的空气支承浮动块，在生产过程中，电极22对空气支承层厚度的灵敏度(行程)，从一个元件到下一个元件不是完全可预测的，而且产品成品率很低。一种方法是通过使沟槽26额外地凹进若干蚀刻深度方差，可以设法设计较大的蚀刻深度方差。但是这样做，由于增加了电极22和磁盘或存储介质35间的间隙，会导致性能上的损失。
图2中所示方案的缺点可以通过“单沉积”方法来克服。下面参考图1，3到图11所示的例子描述这种方法。
图1是一张磁盘驱动器100斜视图，本发明的实施例用在该磁盘驱动器100中。磁盘驱动器100包括一个机架，带有底座102和顶盖(未示出)。磁盘驱动器100还包括磁盘组件106，该组件通过磁盘夹108安放在主轴马达(未示出)上。磁盘组件106包括许多片单独的磁盘片，安放这些磁盘片，使它们绕中心轴109，朝箭头107所示的方向共同旋转。每个磁盘表面都有一个相关的磁盘读/写磁头浮动块110，与磁盘表面通讯，该浮动块安放到磁盘驱动器100上，磁盘表面包括数据存储介质。在图1中所示的例子中，浮动块110由悬浮组件112支撑，依次地，悬浮组件112附着在致动器116的磁道访问臂114上。图1所示的致动器是属于称为旋转式移动线圈致动器的类型，包括一个音圈马达(VCM)，通常在118示出。音圈马达118使致动器116及其附着的读/写磁头110绕枢轴120旋转，沿着磁盘内径124和磁盘外径126间的一条弓形路径122，将读/写磁头110定位在一条期望的数据磁道上。依据读/写磁头110和主计算机(未示出)产生的信号，由伺服电子部件130驱动音圈马达118。磁盘读/写磁头浮动块110包括一个静电激励器电极(图1中未示出)，调整浮动块110的飞行高度(FH)。下面连同图3-11所示例子，描述带有静电激励器电极的浮动块例子。
图3显示浮动块140，带有安放在空气支承面144上面的静电激励器电极142。图4示出静电激励器电极142的放大图。图3中用到的参考数字与图4中用到的相同，以表示有相同的特征。绝缘层148使静电激励器电极142与浮动块衬底146电绝缘。该静电激励器电极142称为专用电极，对该静电激励器电极进行充电以控制飞行高度，而不是对浮动块衬底146充电。
浮动块140包括一个读/写磁头(也叫传感器)150，安放在浮动块衬底146的后沿面152上。读/写磁头150存取储存在磁盘或存储介质154上的数据。该浮动块衬底146有一个底面156，面向存储介质154。浮动块衬底146包括突出于底面156的空气支承面144。该浮动块衬底最好含有非绝缘的铝钛碳(AlTic)合金。
绝缘层148安置在空气支承层144上面，最好由氧化铝或氮化硅组成。静电激励器电极142安置在绝缘层148上面，面向在空气支承层160的静电充电部分158对面的磁盘154。静电激励器层较佳地包括一层薄金属层，此金属层含有钨，铬或其他金属。静电激励器电极142在未碾磨的空气支承面144上突出进空气支承层160的静电充电部分158内。
空气支承面144的一部分162，在第一绝缘层148下面，其高度与空气支承面164的一部分完全相同，而该部分空气支承面164直接横靠在第一绝缘层148旁。静电激励器电极142安置在电极位置166处，该位置从后沿面或后沿边152向前离开长度L，这个长度足以避免第一个静电激励器电极142与磁盘154间的接触。浮动块140以一个相对于磁盘154的微小俯仰角(飞行姿态)飞行，随着L值的增加，浮动块140和磁盘154之间的间隙加大。因为没有蚀刻深度方差，可以小心地控制空气支承面144上静电激励器电极142的高度。能够选择长度L，可靠地提供期望的静电激励器灵敏度，没有静电激励器电极142“闯入”磁盘154的危险。可避免使用蚀刻技术和较大蚀刻深度方差。
在一个较佳方案中，将一层菱形碳层沉积在静电激励器电极142上面，即使是在磁盘驱动器没有加电时候，也能避免与磁盘154接触。在浮动块衬底146的关键位置上放置一个或多个专用静电激励器电极142，可以选择一个较高或较低的飞行高度。能够做出到图3-4中所示的静电激励器电极142的电连接，如下面连同图5所述例子描述的。
图5描述从控制器180分别到静电激励器电极182，磁盘184和浮动块衬底186的电连接。该静电激励器电极182有一个电极电位VE，浮动块衬底有一个浮动块衬底电位VS，此VS值与电极电位VE不等。绝缘层188(图5中隐藏)使静电激励器电极182和浮动块衬底186绝缘。此绝缘层188最好是氧化铝或氮化硅。磁盘184有一个磁盘电位VD，此值与电极电位VE相差一个控制电压VC。浮动块衬底186与磁盘184电连接，且浮动块衬底电位VS与磁盘电位VD完全相等。
侧壁绝缘层190安置在浮动块衬底186的一个侧壁192上，而且最好延伸到绝缘层188的整个侧面。该侧壁192可以是浮动块衬底192的任一侧面(前，后，左，右)。焊接区194安置在侧壁绝缘层190上。该焊接区最好含铝。焊接区194与电极电位VE的一个源连接，比如控制器180。电极引线196使焊接区194电连接到静电激励器电极182。该电极引线196最好由与焊接区194相同的材料构成。
飞行高度由飞行高度传感器200感知。来自飞行高度传感器的输出202耦合到控制器180。该飞行高度传感器200可以是读磁头本身，光学传感器，磁传感器，静电传感器或其他已知类型的传感器。在某些情况下，静电激励器电极182也可以用做静电飞行高度传感器。控制器180在输出导线204和直流公共导线206间产生控制电压VC。该控制电压VC可以是交流，直流或其他振幅可调节的波形。输出导线204经由焊接区194和电极引线196连接到静电激励器电极182。直流公共导线206与浮动块衬底186及磁盘184连接。浮动块衬底186和磁盘184都有相同的电位，并在两者之间实际上不会产生静电力。
静电激励器电极182相对于磁盘184进行静电充电，并在磁盘184和电极182间产生一个静电引力，如在下面连同图6所述例子中所描述的。
图6描述垂直轴212上的静电力和水平轴214上的激励器间隙之间的一个反平方律关系210。图6中垂直和水平刻度是任意单位(未标定)，以描述反平方律关系210。图6中所述可以按特别应用中的单位进行定标。图6中所述的例子是在一个固定控制电压下。
那些技术熟练的人员应该理解，在控制器180的正常操作过程中，为了控制飞行高度，控制电压会发生变化。当在图5中的静电激励器电极182和磁盘184之间施加一个控制电压VC时，产生一个静电力，试图把静电激励器电极182吸引向磁盘184。这个作用力近似于等式1：
F=ϵRϵ0AV22d2]]>等式1
这里：
F是静电力；
εR是空气支承层的相对介电常数；
ε0是自由空间的介电常数；
A是静电激励器电极的表面积；
V是控制电压；以及
d是静电激励器电极和磁盘之间的间距。
在空气支承层的静电充电部分内，静电激励器电极182与磁盘184间隔着激励器间隙d。控制电压VC产生静电激励器作用力F，此作用力在所选控制范围内，改变激励器间距d。
如图6中所述，沿间距轴214选择的两段相等控制范围Δd1或Δd2，将沿垂直轴212产生不相等的静电力，这两个静电力是间距的函数，不等地变化。如果间距比较窄，如在216(即Δd1)所示，那么控制范围内静电力的变化相当大，如218所述的。如果间距比较宽，如在220(即Δd2)所示，那么控制范围内静电力的变化就相当小，如222所述的。当控制范围内静电力幅度变化很大的时候，设计一种能提供稳定控制的控制器180的任务就变得更困难。用图3-4和图7-11中所述的方案，静电激励器一个电极或多个电极，可以放置在许多不同位置上，而不是强迫放置在读/写磁头附近的位置。这允许在每种特殊浮动块设计中能找到在间距、灵敏度(行程)和稳定性之间的一种良好平衡。通过将静电激励器电极定位在某一个电极位置，是从后沿面或背面朝前的位置，可以使静电激励器作用力F对控制电压内范围的变化率稳定。将静电激励器电极前移某一长度量来进行放置，该长度量是为特殊应用调整的长度。下面连同图7-9描述各种不同位置的电激励器电极的例子。
图7描述浮动块230第一实施例的仰视图，该浮动块包括沉积在空气支承面236上面的第一或第二静电激励器电极232，234。静电激励器电极232，234与浮动块衬底240绝缘，而且通常如上面图3-4中所说明的一样排列。静电激励器电极232，234是专用电极，并进行充电以控制飞行高度，没有给浮动块衬底240充电。
浮动块230包括一个读/写磁头(也叫做传感器)242，该磁头沉积在浮动块衬底240的一个后沿面或背面244上。空气支承面236突出于浮动块衬底240的底面246。第一和第二电极引线248，250把静电激励器电极232，234连接到后沿面244上的焊接区(图7中未示出)。静电激励器电极232，234安置在后沿面244前面的位置上，该位置根据具体应用的需要进行调整。电极232，234放置在空气支承面236离磁盘(未示出)足够远的地方，为电极232，234提供间距。
图8描述浮动块280第二个实施例的仰视图。读/写磁头282安置在侧栏杆末端的在后沿面或背面283上。浮动块280对于转动轴286是不对称的。侧栏杆284与侧栏杆288形状不同，使浮动块对于转动轴286不对称。浮动块280不是相对于磁盘平面飞行，而是稍微绕转动轴286转动。该稍微绕转动轴的转动为静电激励器电极或焊接区290提供间隙。静电激励器电极290沉积在空气支承面292上的绝缘层上，通过电极引线294与后沿面283上的焊接区(未示出)连接。这样放置用静电激励器电极290，使它离磁盘不是最近的功能部件，且不损害电气间隙。选择静电激励器电极290的面积和大小，以提供足够飞行高度行程。在其他方面，通常按如上面图3-4中所述来安排浮动块280。
图9描述浮动块310第三实施例的仰视图。第一和第二静电激励器电极312，314安置在浮动块衬底318的前沿面316附近。静电激励器电极312，314可以分别充电到不同的控制电位值，以控制或改变相对于转动轴326的转动角度和读/写磁头322极尖的飞行高度，该磁头沉积在浮动块318的后沿面或背面324上。第一电极电位应用于第一静电激励器电极312，第二电极电位应用于第二激励器电极314，而第二电极电位相对于第一电极电位变化，以控制转动角度。
替代地，静电激励器电极可以沿转动轴326放置，分别充电到不同的控制电位，以改变或控制浮动块310的俯仰角和飞行高度。电极引线330，332分别将静电激励器电极312，314连接到前沿面316上的接触或焊接区。在其他方面，将静电激励器电极安排成如上面图3-4中所述。
图10描述在静电激励器电极142上的菱形碳层400。图10中描述的排列类似于图4中所述的排列，而且，图10和图4中使用相同的参考数字，表示有相同的或相似的特征。菱形碳层400防止静电激励器电极142和磁盘154之间的短路。
图11描述极尖飞行高度(PTFH)408，是控制电压的函数，该电压值是施加在磁盘和磁盘驱动器内的示范性浮动块上的一个静电激励器电极之间的控制电压。垂直轴410表示极尖飞行高度，以毫微米为单位，水平轴412表示控制电压。极尖飞行高度由各个静电力的平衡产生，这些力包括来自静电激励器电极的静电力，空气支承层产生的升力，以及弹性偏置力，由磁道存取臂将该弹性偏置力施加在浮动块上的万向点上。图11所示的曲线包括当激励器间距改变时，静电激励器行程变化的效应，如上面图6中所解释的。如图11中可以看到的，在控制电压从0到9伏或更大的范围内，极尖飞行高度是单调函数。单调函数适用于飞行高度的稳定控制。飞行高度随着控制电压的增加而降低，直到读/写磁头在414处接触到磁盘为止。
上面连同图3-11中显示的例子，描述的静电激励器电极排列通常不会妨碍已知浮动块几何结构的许多变化，并通常可以应用在磁盘驱动器设计的广泛变化中。
总的来说，用于存取储存在磁盘(如154)上的数据的浮动块(如140)包括浮动块衬底(如146)，含有后沿面(如152)；面向磁盘的底面(如156)，以及突出于底面的空气支承面(如144)。浮动块包括一个在后沿面上的读/写磁头(如150)。该读/写磁头存取储存在磁盘上的数据。第一绝缘层(如148)放置在空气支承面上面。第一静电激励器电极(如142)放置在第一绝缘层上面，并且面向在空气支承层(如160)的静电充电部分(如158)对面的磁盘。第一静电激励器电极在空气支承面上突出进空气支承层的静电充电部分。
可以认为，即使在前面的描述，连同本发明各种实施例结构和功能的详述中，陈述了本发明各种实施例的许多特性和优点，该披露只是说明性的，而且，可以做许多详细地改变，尤其是部件结构和排列，都在本发明的原理到附加权利要求中表示的各项权利要求的普遍含义所表明的全部范围内。例如，特殊元件可以依据浮动块的特殊应用而变化，同时基本上保持相同的功能，并没有背离本发明的精神和范围。另外，尽管这里所描述较佳实施例指向磁驱动器，那些技术上熟练的人仍然会理解，本发明技术可以应用到光学和磁-光驱动器中，并没有背离本发明的范围。