在諸如動態電子測試的操作中處理諸如硬磁盤的媒體表面的方法和裝置的制作方法

專利名稱：在諸如動態電子測試的操作中處理諸如硬磁盤的媒體表面的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及硬磁盤驅動器制造。更具體地說，本發明涉及用于在諸如電測試的操作過程中處理(例如拋光以便去除缺陷)諸如硬磁盤的媒體表面的系統。
背景技術：
在不停的改善硬磁盤的特性、效率和可靠性的努力過程中，人們采用了多種方法去改良其質量控制。該技術領域中的一種方法包括在淀積薄膜層之后對硬盤進行清洗和磨光以便去除表面的碎屑和粗糙。為了支持日益增長的面密度要求，諸如浮動間隙、磁盤粗糙度和碳層厚度等參數不斷在減小，要成功地制造符合這些參數的磁盤就需要改進磁盤的制備過程。
在本領域中，代替諸如頭彈簧片組件(HGA)的硬盤驅動器懸架的磁頭滑塊的拋光頭用來在動態電測試(DET)過程中在線地擦拭磁盤表面。通常通過金剛石磨削裝置來產生這種拋光頭，所述金剛石磨削裝置提供這樣的拋光表面它會導致不希望有的頭顆粒的擴散和破裂傾向。而且，所述典型的拋光頭設計會導致突然的移出(abrupttakeoff)以及很大的動態俯仰角，不能象對最佳拋光所要求的那樣，提供基本上平行于媒體(硬磁盤)表面的拋光表面。
當前幾種不同的拋光頭設計用于媒體制造過程中(例如美國專利US6267645，US6249945，US5782680)。有些拋光頭具有拋光刃，所述拋光刃形成與拋光頭表面全寬度等寬的拋光緣。另外一些頭設計僅僅在拋光面上的某些點上具有拋光墊(burnishing pad)，但兩個構件之間具有縱向溝道。
無效的拋光頭可能導致低的滑動率，同時，過度滑動的拋光頭可能導致劃痕和損壞磁盤表面，這會導致整個磁盤損壞。大多數常用的拋光頭為多邊形設計，例如矩形和三角形，并具有磨輪切割格狀圖案。
圖1為本領域中典型的拋光頭，這種格狀拋光頭的制造是通過借助金剛石磨輪在拋光頭基片上開槽和錐度研磨來完成的。不幸的是，采用這些加工方法(來實現所述設計)很可能在陶瓷中產生微裂痕，并且產生高顆粒含量產品。這種設計的尖角102(典型的)是容易破裂并嵌入磁盤中的應力集中區。還有，如前面所述，所述拋光頭通常在前緣106和/或后緣108具有錐形104。
圖2是關于形成本領域中使用的“格狀拋光頭”圖案的磨削步驟的圖解說明。首先，利用磨輪在拋光頭材料的斜向202上磨出若干平行的槽。接著，再利用磨輪在另外的(垂直的)斜向上磨出若干槽204。然后，沿著垂直于材料長度的方向206上整個地切開材料，產生多個單獨的(“格狀”)拋光墊208。
這種拋光頭用來在媒體制造過程中拋光粗糙的表面，但由于刻蝕性太強而不適用于在磁頭的動態電測試過程中擦洗媒體的測試表面。因此需要一種以在線的方式、在沒有前面敘述的問題的情況下處理(例如拋光以便去除缺陷)諸如硬盤的媒體表面的系統。

發明內容
因此，發明的一個目的是提供一種改變媒體表面狀態的系統。
發明的另一個目的是提供一種改變媒體表面狀態的方法。
發明的再一個目的是提供一種制造拋光頭的方法。
根據發明的一個方面，用于改變媒體表面狀態的系統包括具有多個橢圓襯墊的部件，其中，所述部件用來隨著媒體和所述部件彼此相對運動、借助于所述橢圓襯墊和所述媒體表面之間的物理干擾而改變所述媒體表面的狀態。
根據本發明的另一個方面，用于改變媒體表面狀態的方法包括在所述媒體和所述部件彼此相對運動的情況下在所述部件的多個橢圓襯墊和所述媒體表面之間設置物理干擾。
根據本發明的再一個方面，用于制造拋光頭的方法包括在行條(row bar)上覆蓋光致反應薄膜涂層；使特定波長范圍的光通過掩模射向所述薄膜涂層；利用顯影劑去除所述薄膜涂層上未曝光的部分，保留作為所述行條的光致抗蝕表面的所述薄膜涂層的已曝光部分；以及通過離子碾磨技術刻蝕所述行條，以形成拋光表面。


圖1提供本領域中典型的拋光頭。
圖2提供用于形成本領域中使用的“格狀頭”圖案的磨削步驟的圖解說明。
圖3提供根據本發明原理的拋光頭的圖解說明。
圖4提供拋光頭的橫截面和根據本發明原理的橢圓形拋光墊的設計。
圖5提供根據本發明原理的拋光頭的底視圖和側視橫截面。
圖6提供根據本發明原理的拋光頭的后緣橫截面。
圖7是空氣支撐表面的拋物面輪廓的透視圖，諸如用于術語說明目的的凸度、彎度和扭曲等。
圖8為了說明的目的而示出各種拋光頭相對于媒體表面的取向。
圖9提供根據本發明原理的拋光頭的等壓線。
圖10圖解說明用于制造根據本發明原理的拋光頭的離子碾磨和濺射的工藝過程。
圖11示出根據本發明原理的頂部拋光頭和底部拋光頭的橫截面，所述頂部拋光頭和底部拋光頭的相關的懸架與硬磁盤接觸。
圖12提供根據本發明原理的拋光頭的頂視圖，所述拋光頭的相關的懸架與硬磁盤接觸。
具體實施例方式
圖3圖解說明根據本發明原理的拋光頭(固定在HGA上)。在一個實施例中，拋光頭(磁頭滑塊)302包括多個橢圓襯墊304，所述橢圓襯墊304(通常)對稱于所述拋光頭的(對稱)軸線306的排列。在一個實施例中，通過離子碾磨而不是金剛石研磨來形成襯墊304以減少頭顆粒產物和破裂傾向。另外，在一個實施例中，拋光頭302的設計不再包括前緣308或后緣310上的錐度。這將避免拋光頭的快速(突變的)移送(takeoff)和高的動態俯仰角。如下面所說明的，襯墊304的設計和布置與所述空氣支承表面(ABS)的短的長度和平面度相結合，使拋光頭(磁頭滑塊)能夠基本上平行于媒體表面飛行。在一個實施例中，在拋光頭底面涂敷一層硅或類金剛石碳(DLC)，以便優化頭/盤界面(HDI)。如以下圖11中所述，在與例如由Guzic TechnicalEnterprisesTM生產的動態電測試(DET)裝置配合工作時，拋光頭302在內徑(ID)處裝入、隨著磁盤旋轉而慢慢地滑向外徑(OD)并在外徑OD處被取出(見圖11)。這有助于去除測試軌跡上的污染物和顆粒凹凸不平，提高產品合格率并降低媒體消耗。
在本發明的一個實施例中，拋光頭302由空白磁晶片(magneticwafer)或常規陶瓷、例如回收的廢舊晶片制成，離子碾磨工藝提供寬范圍的拋光頭設計可能性。光刻技術和離子碾磨的結合可以產生大量的橢圓幾何形狀。如上所述，與常見的磨削法相比，能夠利用離子碾磨生成的橢圓形狀可以改善性能、減少破裂、降低磁盤的損壞率。
在一個實施例中，拋光頭302由空白磁晶片(行條)或矩形陶瓷材料(回收材料)制成，通過離子碾磨(IM)刻蝕襯墊304。采用離子碾磨而不是反應離子刻蝕(RIE)是因為與在氧化鋁層上進行反應離子刻蝕相關的危險，例如使磁心金屬暴露的危險。相比之下，對所有材料、以幾乎相同的速率進行離子碾磨工藝。
如上所述，在一個實施例中，拋光頭302不包括在空氣支承表面(ABS)的前緣308或后緣310上的錐度、以避免快速移出或高的動態俯仰角。襯墊的設置與平坦的空氣支承表面結合提供在被拋光媒體上方的基本上平行的飛行。，這確保輕的(柔和的)媒體接觸能夠去除表面缺陷。另外，采用用于拋光的完整的空氣支承表面能夠避免應力集中。拋光頭302在磁盤上的強烈的接觸會產生磁頭震動、因而可能會破壞碳覆層。此外，在裝入和取出(LUL)過程中，拋光頭302的任何動態俯仰和滾動都會導致拋光頭302的邊緣擦傷媒體。此外，如上所述，在一個實施例中，為了改善磁頭界面(HDI)，拋光頭302表面涂敷一層硅或類金剛石薄膜，用于潤滑和延長壽命。在離子碾磨之后形成所述硅或類金剛石涂層，以便處理由再淀積引起的松散粒子。
在一個實施例中，拋光頭302的尺寸與目前應用的磁頭滑塊尺寸相同(1.235×1.0×0.3mm)，并且利用頭萬向支架組件裝配工藝，把拋光頭302安裝在相關的懸架312上、以便在對所述對象進行動態電測試期間，在沒有夾具限制的情況下在線使用。
圖4提供拋光頭的橫截面以及根據本發明原理的橢圓拋光墊的設計。在一個實施例中，襯墊402橫跨拋光頭404的寬度均勻布置，每個襯墊402這樣取向、使得拋光緣406的面向磁頭404的前緣、以便收集污染物并且使磁盤的粗糙度變得平滑。在一個實施例中，橢圓形(淚滴形)襯墊設計402使拋光頭404對在故障檢查過程(見圖12)中氣流的傾斜角的敏感度降低。而且，所述襯墊設計402將與媒體的接觸應力減至最小。如前所述，在一個實施例中，拋光頭404表面具有平坦的空氣支承表面、包括平坦的凸度、彎度和扭曲的輪廓(見圖7)，確保了所有的拋光墊402平行于媒體表面并參與拋光。
圖5提供根據本發明原理的拋光頭的底視圖和側視橫截面。在一個實施例中，襯墊502包括第一行均勻布置的3個前緣襯墊504、接著是第二行均勻布置的4個襯墊506、接著是第三行均勻布置的3個襯墊508、接著是第四行均勻布置的4個襯墊510以及最后一行2個后緣襯墊512。襯墊502的布置(通常)形成一般的十字形圖案。
在一個實施例中，所述橢圓襯墊設計使拋光頭在媒體表面運動期間，各襯墊502之間的區域被局部地抽空。這種真空的產生是由氣流的表面速度增加(與氣流的表面速度比較)引起的。在一個實施例中，所產生的真空提供均勻的吸力，它使拋光頭輕輕地依附著媒體表面(見圖9)。這種特性有助于吸收和去除污染物，并且維持飛行的穩定性。
在一個實施例中，空氣槽(通路)502的角度2(通常)大于25°，以避免在拋光頭檢查某些磁道時任何拋光間隙產生大的傾斜角(見圖12)。此外，在一個實施例中，后緣襯墊512不包括中心襯墊，以便平衡拋光頭下面的氣壓，得到理想的飛行姿態。
圖6提供根據本發明原理的拋光頭602的后緣的橫截面。
圖7為空氣支承表面拋物面輪廓的透視圖，例如用于項目說明目的的凸度(拋物面在長度方向變形)、彎度(拋物面在寬度方向變形)和扭曲(拋物面變形導致斜向移動)。
再做進一步的解釋，“凸度”是長度方向上磁頭滑塊的拋物面變形，正凸度表示凸變形(磁頭滑塊中心處的較小間隔)，而負凸度表示凹變形(磁頭滑塊中心處的較大間隔)。凸度根據以下公式計算 其中，L為磁頭滑塊長度，R為凸度。
“彎度”是寬度方向上磁頭滑塊的拋物面變形，正的彎度為凸向變形(磁頭滑塊中心處的較小間隔)，負的彎度為凹向變形(磁頭滑塊中心處的較大間隔)。彎度按照以下公式計算
其中，W為磁頭滑塊寬度，A為彎度。
“扭曲”為產生相等的斜角偏移的磁頭滑塊拋物面變形，正扭曲表示內前緣和外后緣是凹進的(較大間隔)，負扭曲表示內前緣和外后緣是凸出的(較小間隔)。扭曲根據以下公式計算 其中，L為磁頭滑塊長度，W為磁頭滑塊寬度，而T為扭曲度。
圖8示出用于說明目的的各種磁頭滑塊(拋光頭)802取向(相對于媒體表面)。
圖9提供根據本發明原理的拋光頭的等壓線。如前所述，在一個實施例中，襯墊902(典型)的設計和分布產生低壓(真空)區904(典型的)，所述低壓區為拋光頭提供平衡的吸力。
在一個實施例中，所述橢圓襯墊設計902在拋光頭在媒體表面上運動期間使襯墊904之間的區域被局部地抽空，這種真空是由氣流的增加的表面速度(與氣流表面速度相比)產生的。在一個實施例中，所產生的真空提供均勻的吸力，它它使拋光頭輕輕地依附著媒體表面。這種特性有助于吸收和去除污染物，并且維持飛行穩定性。
圖10圖解說明用于制造根據本發明原理的拋光頭的離子碾磨和濺射的工藝過程。如前所述，離子碾磨能夠制造大量復雜的幾何形狀。實際上可以在陶瓷磁頭滑塊的表面上用離子碾磨的方法加工任何2維形狀，并且刻蝕的表面仍然沒有應力、沒有微裂紋、因而減少了拋光頭顆粒產物和破裂傾向。此外，在一個實施例中，如前所述，拋光頭由具有封閉的磁心材料的空白晶片制成，通過物理的離子碾磨而不是化學的反應離子刻蝕來刻蝕所述襯墊，避免了利用反應離子刻蝕對氧化鋁層的破壞(例如，核心金屬暴露)。
在一個實施例中，行條1002或陶瓷材料條全部覆蓋光敏薄膜1004。在一個實施例中，采用限定所述襯墊配置的鉻掩模1006。接著使所述薄膜涂層1004暴露在通過掩模1006的紫外光之下。在一個實施例中，用顯影劑(0.75％Na2CO3)除去未曝光的區域，而曝光的區域形成固定在行條1002的表面上薄膜圖案，所述薄膜圖案是光導層1008，它保護所述區域免受離子刻蝕1010。空氣槽的深度(襯墊高度)一般由離子刻蝕1010的時間來控制。
接著，在一個實施例中，在拋光頭的全部表面(包括空氣槽)形成碳薄膜保護涂層。用濺射1012技術，在拋光頭的表面涂敷硅和類金剛石。如前所述，為了處理由再次淀積引起的顆粒，涂敷碳和和類金剛石是在離子碾磨之后進行的，并且所述碳和和類金剛石用于潤滑和延長壽命。在一個實施例中，整個所述工藝過程在相對的真空中完成。
接下來，在一個實施例中，將各個拋光頭分離、清洗和檢查(用干涉儀，例如VeccoTM裝置)，以便確定所述空氣支撐表面的平面度。
圖11顯示根據本發明的原理，在其相關的懸架1104與硬磁盤1110相接觸的情況下、上拋光頭和下拋光頭1102的橫截面。如前所述，所述拋光頭1102在磁盤的內圈(ID)1106處裝入，并且隨著媒體1110的轉動慢慢地從內圈(ID)滑到外圈(OD)1108，最后在外圈(OD)處1108處卸載。這有助于去除測試磁道上的污染物和粗糙，能夠提高產品合格率并減少媒體消耗。
圖12提供根據本發明的原理，在其相關的懸架1204與硬磁盤1206相接觸的情況下、拋光頭1202的頂視圖。此外，圖解說明了氣流傾斜角1208，所述傾斜角由磁頭滑塊1212和氣流方向1210之間的角度取向的差值來定義。
盡管本文中具體地圖解說明和描述了若干實施例，但是，應當指出，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，對本發明的修改和變化都被以上的論述所覆蓋、并且在所附權利要求書的范圍之內。
權利要求
1.一種用于改變媒體表面狀態的系統，所述系統包括具有多個橢圓襯墊的部件，其中，所述部件用來隨著所述媒體和所述部件彼此相對運動、借助于所述橢圓襯墊與所述媒體表面之間的物理干擾而改變所述媒體表面的狀態。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于所述各橢圓襯墊以基本上對稱于所述部件的軸的形式設置在所述部件上，所述軸一般地平行于所述部件的運動矢量，以及所述襯墊分布在所述多個襯墊之間形成多個氣流通道。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于所述各橢圓襯墊以這樣的尺寸和分布設置在所述部件上、以便當所述部件經過所述媒體表面時，提供一般地等于所述磁頭滑塊的寬度、基本上連續的物理干擾區。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于所述部件用于拋光所述媒體表面，而所述多個橢圓襯墊構成拋光表面。
5.如權利要求3所述的系統，其特征在于所述拋光表面在所有平面方向上基本上是平坦的，以及這樣設計和布置所述拋光墊、使得在所述多個通道中由所述襯墊之間的氣流產生至少一個低壓區域。
6.如權利要求5所述的系統，其特征在于所述部件是廢晶片材料的陶瓷空磁頭滑塊。
7.如權利要求5所述的系統，其特征在于所述部件是拋光頭，而所述媒體是硬磁盤。
8.如權利要求7所述的系統，其特征在于所述拋光頭用來拋光所述硬盤，其方法是當所述盤旋轉時，所述拋光頭從所述盤的內徑移動到所述盤的外徑，所述硬盤具有這樣的角速度額定值并且所述磁頭滑塊具有這樣的徑向速度額定值、使得所述磁頭滑塊形成總體上覆蓋所述硬盤的所述整個表面的螺旋形路徑。
9.如權利要求8所述的系統，其特征在于所述拋光頭在略高于所述盤表面飛行的同時拋光所述盤的所述表面。
10.如權利要求9所述的系統，其特征在于所述拋光頭在所述盤表面之上基本上平坦地飛行的同時拋光所述盤的所述表面。
11.如權利要求8所述的系統，其特征在于每一個所述橢圓襯墊具有前緣，所述前緣為第一弧線，所述第一弧線的軸垂至于所述盤表面；以及后緣，所述后緣為第二弧線，所述第二弧線的軸垂至于所述盤表面并且其直徑大于所述第一弧線的直徑。
12.如權利要求11所述的系統，其特征在于每一個所述橢圓襯墊是淚滴形的。
13.如權利要求8所述的系統，其特征在于采用離子刻蝕和潤滑劑涂敷的方法在所述拋光頭中形成所述多個橢圓襯墊。
14.如權利要求13所述的系統，其特征在于每一個橢圓襯墊通過圓形襯墊表面接觸所述盤，并且所述潤滑劑涂敷包括涂敷硅和類金剛石碳(DLC)。
15.如權利要求13所述的系統，其特征在于所述拋光頭包括16個橢圓襯墊的基本上均勻的分布，其中，具有以下襯墊數目的各襯墊行按次序從前緣排列到后緣具有3個襯墊的前緣行；具有4個襯墊的第二行；具有3個襯墊的第三行；具有4個襯墊的第四行；以及具有2個襯墊的后緣行；所述襯墊分布形成各橢圓襯墊的總體上十字形圖案。
16.一種改變媒體表面狀態的方法，所述方法包括當媒體與部件彼此相對運動時，在所述部件的多個橢圓襯墊與所述媒體表面之間形成物理干涉。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于所述各橢圓襯墊以基本上對稱于所述部件的軸的分布設置在所述部件上，所述軸一般地平行于所述部件的運動矢量，以及所述襯墊分布在所述多個襯墊之間形成多個氣流通道。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述各橢圓襯墊以這樣的尺寸和分布設置在所述部件上、以便當所述部件經過所述媒體表面時，提供一般地等于所述磁頭滑塊的寬度、基本上連續的物理干擾區。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于所述部件用于拋光所述媒體表面，而所述多個橢圓襯墊構成拋光表面。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述拋光表面在所有平面方向上基本上是平坦的，以及這樣設計和分布所述拋光墊、使得在所述多個通道中由所述襯墊之間的氣流形成至少一個低壓區域。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于所述部件是廢晶片材料的陶瓷空磁頭滑塊。
22.如權利要求20所述的方法，其特征在于所述部件是拋光頭，而所述媒體是硬磁盤。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于所述拋光頭用來拋光所述硬盤，其方法是當所述盤旋轉時，所述拋光頭從所述盤的內徑移動到所述盤的外徑，所述硬盤具有這樣的角速度額定值并且所述磁頭滑塊具有這樣的徑向速度額定值、使得所述磁頭滑塊形成總體上覆蓋所述硬盤的所述整個表面的螺旋形路徑。
24.如權利要求23所述的方法，其特征在于所述拋光頭在略高于所述盤表面飛行的同時拋光所述盤的所述表面。
25.如權利要求24所述的方法，其特征在于所述拋光頭在所述盤表面之上基本上平坦地飛行的同時拋光所述盤的所述表面。
26.如權利要求23所述的方法，其特征在于每一個所述橢圓襯墊具有前緣，所述前緣為第一弧線，所述第一弧線的軸垂至于所述盤表面；以及后緣，所述后緣為第二弧線，所述第二弧線的軸垂至于所述盤表面并且其直徑大于所述第一弧線的直徑。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于每一個所述橢圓襯墊是淚滴形的。
28.如權利要求23所述的方法，其特征在于采用離子刻蝕和潤滑劑涂敷的方法在所述拋光頭中形成所述多個橢圓襯墊。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于每一個橢圓襯墊通過圓形襯墊表面接觸所述盤，并且所述潤滑劑涂敷包括涂敷硅和類金剛石碳(DLC)。
30.如權利要求28所述的方法，其特征在于所述拋光頭包括16個橢圓襯墊的基本上均勻的分布，其中，具有以下襯墊數目的各襯墊行按次序從前緣排列到后緣前緣行具有3個襯墊；第二行具有4個襯墊；第三行具有3個襯墊；第四行具有4個襯墊；以及后緣行具有2個襯墊；所述襯墊分布形成各橢圓襯墊的總體上十字形圖案。
31.一種制造拋光頭的方法，所述方法包括用光致反應薄膜涂層覆蓋行條；使特定波長范圍的光線透過掩模照射所述薄膜涂層；利用顯影劑除去所述薄膜涂層的未曝光區，留下所述薄膜涂層的已曝光區作為所述行條的光阻表面；以及采用離子碾磨刻蝕所述行條，以便形成拋光表面。
32.如權利要求31所述的方法，其特征在于所述行條由回收的晶片材料制成；所述掩模為鉻掩模；所述光線為紫外光線；以及所述顯影劑為0.75％Na2CO3。
33.如權利要求31所述的方法，其特征在于還包括在所述拋光頭表面涂敷碳薄膜保護涂層。
34.如權利要求31所述的方法，其特征在于以硅和類金剛石碳(DLC)涂敷所述拋光表面；借助于濺射技術涂敷所述涂層；所述拋光表面包括多個凸起的橢圓襯墊；以及所述制造拋光頭的方法是在相對真空中執行的。
全文摘要
公開一種用于在工作期間、諸如在動態電測試過程中、處理(例如拋光以去除缺陷)諸如硬磁盤的媒體表面的系統和方法。還公開一種用于制造處理所述媒體表面的拋光頭的方法。
文檔編號B24B37/04GK1486487SQ01822115
公開日2004年3月31日 申請日期2001年11月20日 優先權日2001年11月20日
發明者鄭國強, 申加兵, 李宇, 田宏 申請人:新科實業有限公司