KR20020025998A - 디스크 저장 장치용 슬라이더 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디스크 저장 장치에 관한 것으로, 디스크 저장 장치(10)는 회전 디스크(12) 및 변환기(42)를 포함한다. 변환기(42)는 전기자(32)에 의해 지지되는 슬라이더(36)상에 지지된다. 전기자(32)는 슬라이더를 디스크(12) 표면에 대해 방사적으로 이동시켜 정보가 변환기에 의해 디스크(12) 표면으로부터 판독 또는 기록되도록 하는데 사용된다. 슬라이더(36)는 디스크(12) 표면과 마주하는 공기 베어링 표면을 포함한다. 디스크(12)가 회전함에 따라, 공기 베어링 표면은 슬라이더가 디스크(12) 표면 상부에서 "비상"하도록 한다. 패드(46)는 공기 베어링 표면상에 제공되어 장치의 동작 특성을 개선하며, 텍스처링(44)이 디스크(12) 표면상의 랜딩 존 영역(40)에 제공된다.
Description
디스크 드라이브는 전형적으로 자기적으로 인코딩된 데이터, 최근에 들어서는 광학적으로 인코딩된 데이터와 같은 정보를 디스크 표면에 저장하는데 사용된다. 변환 헤드는 디스크가 고속으로 회전하는 동안 디스크 표면상의 공기 베어링에 의해 지지되는 공기-베어링 슬라이더상에 지지된다. 다른 기술에서는, 슬라이더는 미국 특허번호 5,453,315호 및 5,490,027호에 개시된 바와 같이 어떠한 공기 베어링 계면도 가지지 않은 디스크 표면과 접촉한다. 다음으로, 헤드는 원하는 위치에서 재판독 또는 기록을 위해 디스크상에 방사적으로 위치한다. 공기 베어링 설계와 관련된 장점이 이러한 "접촉" 슬라이더에서는 얻어지지 않는다.
공기 베어링 설계에서, 공기 베어링은 슬라이더와 디스크 사이에 계면을 제공하고, 이러한 계면은 장치 수명동안 디스크에 대한 손상을 방지하며 디스크 드라이브 장치가 외부 진동으로 인한 충격(shock)을 받을 경우 댐핑(damping)을 제공한다. 또한 공기 베어링은 변환 부재와 디스크 표면 사이에 원하는 이격(spacing)을 제공하는데 사용된다. 굴곡 전기자에 의해 슬라이더에 대해 디스크 표면 방향으로바이어스력이 가해진다. 이러한 바이어스력은 평형 상태에 도달할 때까지 공기 베어링으로부터의 양력으로 인해 상쇄된다. 디스크의 회전 속도가 슬라이더를 "비상"시키기에 불충분하다면 슬라이더는 디스크 표면과 접촉할 것이다. 이러한 접촉은 전형적으로 디스크의 시동(start up) 또는 정지(shut down)동안 발생된다. 만일 슬라이더가 데이터를 포함하는 디스크 영역과 접촉한다면, 데이터가 손실될 것이고 디스크는 영구적으로 손상될 것이다.
많은 디스크 드라이브 장치에서, 시동 및 정지 동안 헤드와 디스크 표면에 대한 손상을 감소시키기 위해 디스크 표면에 윤할제가 제공된다. 공기 또는 기체 또한 윤할제로서의 기능을 한다. 하지만, 정전 마찰력과 점성 전단력에 의한 "스틱션"으로 알려진 현상이 슬라이더로 하여금 비사용 주기 이후 디스크 표면에 부착되도록 한다. 윤할제는 스틱션과 관련된 문제점을 악화시킨다. 스틱션은 슬라이더가 디스크 표면으로부터 탈착될 때 헤드 또는 디스크를 손상시킨다. 추가적으로, 디스크를 회전시키는데 사용된 스핀들 모터는 이러한 스틱션을 극복하기에 충분한 토크를 제공해야 한다.
스틱션과 관련된 문제점을 해결하기 위한 하나의 기술로서 디스크 표면의 적어도 일부에 텍스쳐링을 제공하는 것이 있다. 디스크 드라이브 장치의 비상 높이는 더 작은 변환기 이격을 제공하기 위해 계속해서 감소되어 왔기 때문에, 기계적 방해는 증가된다. 이는 특히 레이저 텍스쳐 범프(bump)에 의해 제공되는 것과 같은 텍스쳐링된 랜딩 존(landing zone)을 사용하는 디스크에서 증가된다. 이러한 레이저 텍스처링은 헤드와 디스크 표면이 접촉될 때 이들 헤드와 디스크 표면의 매끄러운 표면에 의해 생성된 고레벨의 스틱션을 감소시키기 위해 제공된다. 하지만, 현재의 레이저 텍스처링을 사용한다면, 스틱션을 완화시키기 위해 필요한 랜딩 존의 텍스처링된 영역내 범프의 필요 높이는 헤드의 일반적인 비상 높이보다 높다. 이는 랜딩 존 영역에서 과도한 마모 및 방해를 야기한다. 하지만, 만일 랜딩 존내 텍스처링이 감소된다면, 이러한 스틱션은 수용할 수 없는 레벨로 급격하게 증가될 것이다.
본 발명은 정보 저장용 디스크 저장 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 장치에서 사용되는 슬라이더에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디스크 저장 장치의 간략도.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 디스크내 랜딩 존과 상호작용하는 슬라이더를 도시하는 측면도.
도 3은 패드를 구비하는 슬라이더의 일 실시예의 저면도.
도 4는 패드를 구비하는 슬라이더의 다른 실시예의 저면도.
디스크 저장 장치는 회전 디스크 및 변환기를 포함한다. 변환기는 전기자에 의해 지지되는 슬라이더상에 지지된다. 전기자는 디스크 표면에 대해 슬라이더를 방사적으로 이동시켜 변환기 표면으로부터 그리고 표면에 정보가 판독되고 기록되도록 하는데 사용된다. 디스크 표면은 예를 들면, 레이저 텍스처링 기술을 통해 텍스처링되는 랜딩 존 영역을 포함한다. 슬라이더는 디스크 표면과 마주하는 공기 베어링 표면을 가진다. 디스크가 회전함에 따라, 공기 베어링 표면은 슬라이더가 디스크 표면 상부에서 "비상"하도록 한다. 패드가 공기 베어링 표면상에 제공되며, 랜딩 존 영역내 범프 또는 다른 텍스처링과 함께 작용하여 슬라이더에 손상을 주지 않으면서 스틱션을 감소시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 슬라이더를 포함하는 디스크 드라이브(10)의 평면도를 도시한다. 디스크 드라이브(10)는 하우징(16)내 스핀들(14)에 의해 한정되는 축 주위로의 회전 이동을 위해 장착된 자기 디스크(12)를 포함한다. 디스크 드라이브(10)는 또한 하우징(16)의 베이스 플레이트(20)에 장착되며 축(22) 주위에서 디스크(12)에 대해 피봇 가능하게 이동하는 액추에이터(18)를 포함한다. 커버(24)가 액추에이터(18)의 일부를 덮는다. 드라이브 제어기(26)가 액추에이터(18)에 결합된다. 바람직한 실시예에서, 드라이브 제어기(206)는 디스크 드라이브(10)내에 장착되거나 또는 액추에이터(18)로의 적정 결합을 통해 디스크 드라이브(10)의 외부에 위치한다. 액추에이터(18)는 액추에이터 암 어셈블리(28), 강체 지지 부재(30) 및 헤드 짐벌 어셈블리(32)를 구비한다. 헤드 짐벌 어셈블리(32)는 강체 부재(30)에 결합된 로드 빔 또는 굴곡 암(34) 및 짐벌(도시 안됨)을 통해 로드 빔(34)에 결합되는 슬라이더(36)를 포함한다. 슬라이더(36)는 여기에 개시된 실시예들에 따라 동작하며, 디스크(12)로부터 그리고 디스크상에 정보를 판독하고 인코딩하기 위한 변환기를 지지한다.
동작시, 드라이브 제어기(26)는 액세스될 디스크(12) 부분을 나타내는 위치 정보를 수신한다. 드라이브 제어기(26)는 조작자, 주 컴퓨터 또는 다른 적정 제어기로부터 위치 정보를 수신한다. 위치 정보에 기초하여, 드라이브 제어기(26)는액추에이터(18)에 위치 신호를 제공한다. 위치 정보는 액추에이터(18)가 축(22) 주위를 피봇팅하도록 한다. 이는 다시 액추에이터(18)가 축(22) 주위를 피봇팅하도록 한다. 이는 다시 슬라이더(36)(그 결과 슬라이더(36)상의 변환기)가 화살표(38)로 표시된 바와 같이 일반적으로 아치형 경로로 디스크(12) 표면 상부를 방사적으로 이동하도록 한다. 드라이브 제어기(26)와 액추에이터(18)는 공지된 폐쇄 루프에서 네가티브 피드백 방식으로 동작하여, 슬라이더(18)에 의해 지지되는 변환기가 디스크(12)의 원하는 위치 상부에 위치하도록 한다. 일단 변환기가 적절하게 위치되면, 드라이브 제어기(26)는 원하는 판독 또는 기록 동작을 수행한다.
기록밀도는 슬라이더(36)의 비상 높이를 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 디스크(12)와 슬라이더(36)를 밀접하게 위치시키는 것이 디스크(12)로부터 그리고 디스크상에 정보를 판독 및 기록하는데 있어서의 정확도를 높인다.
스틱션과 비상/스틱션은 기록 영역 밀도를 증가시키기 위해 초저비상 기록 헤드를 사용하는 것을 저해하는 두 가지 현상이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법은 헤드-매체 계면에서 접촉 영역을 감소시키 위해 매체 표면상에 제어된 방식으로 여러 돌기(asperity) 또는 텍스처를 형성하는 것이 있었다. 돌기들은 작은 전용 영역(40)(즉, "랜딩 존")내에 한정될 수 있지만, 매체 표면상에 이러한 돌기가 존재함으로써 동작시 헤드-매체 접촉 기회를 증가시키고, 이에 따라 초저비상의 달성을 제한한다. 현재의 레이저 택스처링 기술을 사용함으로써, 스틱션을 완화시키는데 요구되는 랜딩 존내 범프의 높이가 헤드의 공칭 비상 높이보다 높게 된다. 이는 슬라이더 표면과 텍스처링된 랜딩 존 사이에 방해를 야기한다. 이러한 방해는 종국에는 계면 실패를 야기하는 증가된 헤드 및 매체 마모를 야기한다. 만일 텍스처링된 영역내 범프의 크기가 감소된다면, 스틱션은 비상 감소 정도에 따라 수용 불가능한 레벨인 10그램 내지 50그램 이상의 범위로 급격히 증가된다.
본 발명은 랜딩 존 영역의 텍스처링과 관련된 슬라이더 표면상에 패드를 사용한다. 본 발명에 따라, 스틱션을 완화시키는데 필요한 이격이 슬라이더와 디스크 사이에 공유된다. 슬라이더와 패드 구성의 예가 본 발명의 출원인에게 양도되었으며, "디스크 저장 장치용 슬라이더"라는 명칭으로 1998년 12월 9일 출원된 미국 특허출원번호 09/029,276호에 개시되어 있고, 여기서는 참조를 위해 인용된다.
도 2는 헤드(42)를 지지하는 슬라이더(36)와 랜딩 존(40) 사이의 관계를 도시하는 랜딩 존(40)에 근접한 디스크(12)의 일부의 측단면도를 도시한다. 랜딩 존(40은 범프, 돌출부, 릴리프(relief) 또는 돌기(44)를 형성하기 위한 레이저 텍스처링과 같은 임의의 적절한 텍스처링 기술을 사용하여 텍스처링된다. 돌기(44)는 원하는 형상, 구성, 크기 또는 밀도를 가질 수 있으며, 디스크(12)로부터 돌출부를 형성하거나 또는 디스크(12)내에 릴리프를 형성할 수 있다. 슬라이더(36)는 다수의 패드(46)를 포함한다. 돌기(44)와 패드(46)는 슬라이더(36)와 랜딩 존(40) 사이의 스틱션을 감소시키는 것과 관련된 기능을 한다. 이러한 구성은 스틱션을 감소시키기 위해 사용된 이격의 일부가 돌기(44)에 의해 공유되기 때문에 슬라이더(36)가 낮은 레벨로 비상하도록 한다. 낮은 비상 높이는 기록 성능을 개선하고 증가된 저장 밀도를 가능케 한다. 패드(46)는 예를 들면 우수한 마찰-관련 특성을 가진 다이아몬드형 탄소(DLC)로 구성될 수 있다. 하지만, 실리콘탄소(SiC)와 같은 다른 재료가 사용될 수 있다.
패드(46)는 또한 이들이 우수한 마모 특성을 가진 다이아몬드형 탄소로 구성되기 때문에, 슬라이더(36)와 디스크(12) 사이의 고레벨의 방해도 허용한다. 이러한 마모는 슬라이더(36) 또는 디스크(12) 대신에 패드상에서 발생된다. 만일 패드(46)의 높이와 위치가 적절하게 선택된다면, 마모는 정상상태(steady state)에 도달할 것이고, 스틱션은 계면의 전체 수명에 대해 매우 낮은 레벨로 유지될 것이다. 다이아몬드형 탄소 패드를 슬라이더(36)에 추가함으로써 돌기(44)의 높이 감소가 가능하면서도 우수한 스틱션 및 마모 성능을 제공할 수 있다. 패드(46)가 다이아몬드형 탄소로 구성될 때 고레벨의 방해가 허용가능하기 때문에, 랜딩 존(40)에서 레이저 텍스처링이 전혀 수행되지 않는 것이 아니라 감소되어 수행되는 것이 바람직한데, 그 이유는 스틱션에 대한 추가의 마진(margin)과 디스크 곡률 변화에 대해 상당히 감소된 감응(susceptibility) 때문이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(36)의 저면도를 도시한다. 슬라이더(36)는 각각이 패드(36)를 지지하는 레일(50) 및 중앙 섬(island)(52)을 포함한다. 도 3의 실시예에서, 슬라이더(36)의 후방 에지(54) 부근의 패드(46)는 다른 패드에 비해 감소된 높이를 가진다. 패드(46)는 다이아몬드형 탄소로 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 구성은 도 2에 도시된 슬라이더(36)의 공기 베어링 표면(56)과 랜딩 존(40)의 돌기(44) 사이의 접촉에 대해 우수한 보호력을 제공한다. 후방 에지(54) 부근의 패드(46)의 감소된 높이는 헤드 성능에 방해를 주지 않을 패드 높이를 가진 전체 공기 베어링 표면(56)에 대한 더욱 완벽한 커버리지를제공한다. 공기 베어링 표면(56)의 대부분에 대한 패드(46)의 최적 높이는 너무 높아서 패드가 중앙 섬(52)과 레일(50)의 후방부에 위치하도록 할 수 없는데, 그 이유는 이들이 디스크(12) 표면과 접촉하여 변환 헤드와 디스크 표면 사이에 증가된 이격을 야기하기 때문이다. 이는 슬라이더(36)가 패드 접촉으로 인한 증가된 변환기 이격을 경험하지 않도록 패드(46)를 위치시킬 때 다수의 슬라이더에 대한 공기 베어링의 기능이 분산되는 것을 보상하기 위해 중요하다. 도 3의 설계에서, 헤드와 디스크의 분리는 패드(46)의 최적 위치에 대한 전체 공기 베어링 표면에 대해 분석될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이더(36)의 투시도이다. 하지만, 도 4의 실시예에서는 더 적은 수의 패드(46)가 제공되며, 이들은 도 3에 도시된 패드보다 더 큰 영역을 가진다. 물론, 이들은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 패드 형상, 크기, 위치 및 분포에 대해 여러 변형이 가능하다. 더욱이, 모든 패드는 전체 공기 베어링에 대해 동일한 높이를 가질 수 있다.
본 발명은 두 구성의 이점을 제공하기 위해 슬라이더상에 패드를 제공하고 디스크의 랜딩 존내에 돌기를 제공할 수 있다. 헤드의 공기 베어링 표면상의 다이아몬드형 탄소를 추가하는 것은 랜딩 존내 텍스처링의 높이 감소를 가능케 하면서도 우수한 스틱션 성능을 유지할 수 있다. 더욱이, 슬라이더상의 패드의 높이는 감소될 수 있으며, 이에 의해 낮은 비상 높이가 성능을 개선하며 기록밀도를 증가시킨다. 패드는 정상상태가 될 때까지 마모되도록 설계될 수 있다. 더욱이, 마모는 슬라이더 또는 디스크상에서는 발생되지 않는다. 본 발명은 헤드와 디스크 사이의 증가된 레벨의 방해도 허용하는데, 그 이유는 접촉이 다이아몬드형 탄소 패드상에서 발생되기 때문이다. 바람직한 실시예에서, 디스크 표면상의 레이저 텍스처링은 비상 높이와 동일한 또는 낮은 글라이드 애벌런치를 가지도록 설계된다. 헤드상에 위치하는 패드의 높이는 데이터 존(텍스처링되지 않은 영역)내 디스크를 정상적으로 지워지도록(clear) 설계된다. 상술된 목적과 공기 베어링의 성능을 이해함으로써, 레이저 범프 높이가 선택되고, 패드 높이와 위치가 유도된다. 예를 들면, 비상 높이=0.5㎛, 매체 텍스처링=0.5㎛, 패드 높이=300Å, 범프 위치=후방 에지로부터 10-12mil이다. 일 실시예에서, 디스크 표면상의 레이저 텍스처링은 60-90Å 높이, 4-6㎛ 직경, 11×11 내지 16×16㎛의 이격을 가지며, 슬라이더 표면상의 패드는 대략 20㎛ 직경, 250-300Å 높이를 가지며, 40 내지 60개의 전체 패드가 중심간의 이격이 60-80㎛인 비상 클리어런스에 기초하여 위치하는 후방 열을 가진다(도 3 참조). 슬라이더상의 패드의 후방 열은 비상 클리어런스에 기초하여 전방 패드보다 낮은 높이(100 내지 200Å)이다. 패드 직경과 수에 대한 다른 변화가 가능하다(도 4 참조). 다른 실시예에서, 레이저 텍스처링 높이는 40-100Å이고, 직경은 3-8㎛이고 11×11 내지 25×25㎛ 이격을 가진다. 디스크상의 텍스처링은 8500 1/㎜2내지 1600 1/㎜2의 밀도를 가진다. 이는 표면을 레이저 텍스처링함으로써 형성될 수 있다.
비록 본 발명이 바람직한 실시예를 참조로 하여 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남 없이 변형가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.일반적으로, 패드는 측면 레일, 중앙 레일, 중앙 섬 등과 같은 공기 베어링 표면의 돌출하는 부분을 따라 위치할 수 있다. 일반적으로, 본 발명은 여기에 개시된 패드 또는 텍스처링의 어떠한 크기, 형상, 높이, 위치, 구성, 밀도 등도 포함할 수 있다. 텍스처링 또는 패드는 원하는 대로 구성될 수 있다. 본 발명은 유도성 변환 엘리먼트, 자기저항성 변환 엘리먼트, 광학성 엘리먼트 등과 같은 어떠한 형태의 변환 엘리먼트를 사용할 수 있다.
Claims (20)
- 회전 디스크 표면상에 정보를 저장하는 디스크 드라이브 장치로서,상기 디스크 표면상에 정보를 판독 및 기록하는 슬라이더 수단; 및사익 디스크가 회전할 때 상기 슬라이더 수단을 지지하기 위해 상기 지스크 표면상에 위치하는 랜딩 존 수단을 포함하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 디스크 표면을 가진 회전 디스크;상기 디스크 표면상에 기록 및 판독하도록 구성된 변환 헤드;상기 변환 헤드에 결합된 변환 회로;상부에 형성된 레일 및 공기 베어링 표면을 가지며, 상기 디스크 표면에 근접한 변환 헤드를 지지하는 슬라이더;접촉 시동/정지(CSS) 동안 상기 디스크 표면과 접촉하는 영역 및 상기 CSS 동안 원하는 최대 스틱션을 제공하도록 선택된 높이를 가지며 상기 레일상에 지지되는 다수의 패드; 및상부에 형성된 텍스처링을 가진 상기 디스크 표면상의 랜딩 존 영역을 포함하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 슬라이더는 전방 에지 및 후방 에지를 가지며, 상기 후방 에지에 근접한 패드는 상기 전방 에지에 근접한 패드보다 작은 높이를 가지는것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 패드는 다이아몬드형 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 슬라이더는 중앙 섬을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 패드는 상기 중앙 섬상에 위치하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 패드 및 텍스처링은 상기 랜딩 존내 스틱션을 감소시키는 개별 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 텍스처링은 상기 슬라이더의 비상 높이를 감소시키기 위해 상기 패드 높이와 함께 작용하도록 선택된 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 패드는 상기 텍스처링과 평형을 이룰때 까지 마모되는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 텍스처링은 레이저 텍스처링을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 패드는 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 패드는 250 내지 300Å의 높이를 가지며, 상기 랜딩 존 영역내 상기 텍스처링은 40 내지 100Å인 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 패드는 20㎛의 직경을 가지며, 상기 텍스처링은 11×11 내지 16×16㎛의 이격을 가지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 텍스처링은 4 내지 6㎛의 직경을 가지며, 상기 패드는 60 내지 80㎛의 중심간 이격을 가지는 것을 특징으로 하는 디스크 드라이브 저장 장치.
- 디스크 저장 장치내 스틱션을 감소시키는 방법에 있어서,상기 저장 장치의 디스크 표면상에 랜딩 존 영역를 텍스처링하는 단계; 및슬라이더의 레일상에 패드를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 패드 및 텍스처링은 상기 랜딩 존 영역에서의 스틱션을 감소시키도록 함께 작용하며, 상기 텍스처링은 상기 패드의 감소된 높이 및 감소된 비상 높이를 허용하도록 구성되는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 텍스처링은 레이저 텍스처링을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 패드는 다이아몬드형 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 패드는 SiC를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 방법은 상기 슬라이더의 전방 에지에 근접한 패드의 높이보다 작은 높이를 가지며 상기 슬라이더의 후방 에지에 근접한 패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 따른 방법에 의해 제조된 디스크 저장 장치.
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