JP4850722B2 - 磁気ディスク装置、磁気ディスク装置用プリアンプ、磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体 - Google Patents
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Description
、磁気記録素子,磁気再生素子及びヒータを搭載する磁気ヘッドスライダと、磁気ヘッドスライダを支持し磁気ディスク媒体の半径方向に移動させるキャリッジアセンブリと、磁気記録素子に供給する記録信号を増幅し、磁気再生素子の再生信号を増幅し、ヒータに電流を供給するプリアンプとを有する磁気ディスク装置において、プリアンプは一体形成された気圧センサを有し、気圧センサの出力に基づいてヒータへの通電量を調整することを特徴とする。
前記気圧センサは、下部電極と、上部電極が形成されたダイヤフラムと、下部電極とダイヤフラムの間の孤立空間とを有するものである。
前記フレキシブルプリンテッドケーブルは、気圧センサと対向する部分に貫通穴を有するものである。
また、前記フレキシブルプリンテッドケーブルは、気圧センサに外部気圧を導入する溝を有するものであってもよい。
前記プリアンプは、気圧センサに通じる貫通穴を有するものである。
また、前記プリアンプは、気圧センサに外部気圧を導入する溝を有するものであってもよい。
図2は、本発明に係る磁気ディスク装置全体のブロック図であり、図3は、磁気ディスク装置の一部分の構成図と磁気ヘッドスライダの断面図である。磁気ディスク装置1は、スピンドルモータ2、磁気ディスク媒体3、キャリッジアセンブリ4、磁気ヘッドスライダ5、プリアンプ7、ボイスコイルモータ8、温度センサ9、リードライトチャネル11、モータドライバ12、ハードディスクコントローラ(HDC)13、制御部14、及び記憶部15を含んで構成されている。
HDC13は、外部のホストから転送された記録対象のデータやコマンドを受信し、また、リードライトチャネル11が出力する再生データをホストに転送する。
磁気ヘッドスライダ5の概略形成方法を図3を参照して以下に述べる。まずアルミナ・炭化チタン焼結体(以下、アルチックと呼ぶ)のウエハ5d上に、多数の記録素子5a、再生素子5b、ヒータ5cおよびそれらに通じる配線などを薄膜プロセスによって積層形成する。次にダイシングによってウエハ状態からバー状態、更には個々のスライダなどに切断分離する。それと前後してバー状態あるいはスライダ状態で、空気軸受面5fを平滑に研磨し、炭素保護膜を形成する。また、空気軸受面5f上に効果的に空気圧力を発生させる形状のステップ軸受を形成する。
プリアンプ7周辺の構造を、図1、図6を用いて説明する。プリアンプ7は、バルクのシリコンウエハ7a上に、デバイス層7b、メタル層7cと呼ばれる薄膜回路を3次元的に積み重ねて形成され、最終的には電極部7kを残して保護膜で覆われた半導体チップである。ただし、図1はウエハ工程における積層方向が下向きに描画されている。露出された前記電極部7kと、フレキシブルプリンテッドケーブル6上の配線露出部(電極)6cとの間は、ハンダを材料とするバンプ7dで電気的に接続されている。また、プリアンプ7とフレキシブルプリンテッドケーブル6を物理的に強固に接続するとともに、電気的接続部を保護するレジン(樹脂)アンダーフィル7eが、界面に充填されている。
図7は、プリアンプ7内部の回路構成を示している。記録データは、リードライトチャネル11から、プリドライバライトDAC(デジタルアナログコンバータ)21、チャネルセレクタ27、ライトドライバ25を経由して、記録素子5aに入力される。一方再生データは、再生素子5bから、リードアンプ26、チャネルセレクタ28、ゲインコントロールバイアスADC(アナログデジタルコンバータ)22を経由して、リードライトチャネル11に出力される。記録素子5aのライトドライバ25と同様に、ヒータ5cに電流を供給する回路もあるが、図7には図示していない。その他にプリアンプ7内部には、アナログデジタルコンバータ(ADC)23、制御部24、ADC機能セレクタ29がある。ADC機能セレクタ29は、ライトドライバ25の出力信号(アナログ信号)と、再生素子5bからの再生信号(アナログ信号)と、新たに追加された気圧センサ7fから出力されるアナログ信号を入力して、これらのうちのいずれかを選択してADC23に出力する。ADC23は入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、制御回路24に出力する。制御回路24は、ADC23からのデジタル信号をシリアルデータに変換し、リードライトチャネル11に送信する。ライトドライバ25の出力信号のデジタル変換信号、あるいは再生素子5bからの再生信号のデジタル変換信号は、制御部14において、これらの信号が適正な信号レベルであるかどうかのチェックに使用される。また、気圧センサ7fから出力されるアナログ信号のデジタル変換信号は、制御部14において、ヒータ5cの通電量の制御に使用される。
続いて図7を用いて、感圧部7fの形成方法を説明する。なお、図7は、ウエハ7aの上に膜を積層する過程を表しており、図1および図6とは上下が逆である。
デバイス層7b、メタル層7c、その上部の絶縁層を形成した後、下部電極7iおよび犠牲層を形成する(a)。続いて、上部電極7jを成膜する。電極の材料は例えばタングステンが用いられる。上部電極7jにはイオンミリング等により微細な孔が開けられる(b)。この孔を介して犠牲層がエッチングされ、内部に空隙を形成する(c)。最後に、例えば窒化ケイ素などの蒸着によって微細孔を塞ぎ、ダイヤフラム7hと孤立空間7gを形成する。孤立空間7g内の圧力は変わらないので、外部圧力が変化するとダイヤフラム7hが変形して、電極7iおよび7j間の静電容量が変化する。この静電容量の変化から、周囲の雰囲気圧を検知することができる。ここで、孤立空間7gと同様で、かつダイヤフラムを厚くすることで剛性が高く、外部圧力が変化しても変形しにくい孤立空間を、静電容量の参照用に設けると、圧力測定精度を上げることができる。
単独の気圧センサは各種市販されているので、これを基板(カード)上に装着すれば、気圧を測ることは可能である。しかし、気圧センサの購入費用およびカード上への実装費用が新たにかかる上に、カード上に実装スペースが新たに必要である。特に磁気ディスク装置内部のクリーンな環境と違って、カード上に気圧センサを配する場合は脆弱なセンシング部の保護のために、チップだけの実装は難しく、強固なパッケージングをした上でカード上に実装しなければいけない。そのため、コストが高く、寸法も大きくなりがちである。
図9に、上記実施例による感圧部7fからのアナログ出力の例を示す。図からわかるように大気圧(通常使用時の高度・気圧)においてもいくらかのオフセット出力があり、磁気ディスク装置の使用高度が上がり気圧が下がると、アナログ出力が低下する。
磁気ディスク装置の出荷前テスト工程において、前記オフセット出力あるいはそのデジタル変換後の圧力データは、装置の記憶部15に記録することができる。したがって、プリアンプ7の製作工程で、各チップの気圧センサ機能にバラツキが生じても、オフセット出力に関してはそのチップ固有の値を知ることができ、正確な気圧測定の障害にはならない。
なお、前記オフセット出力は、温度によっても変化する。すなわち、図9の直線が上下にシフトする。したがって、温度センサ9からの情報を利用してオフセット出力を補正する。磁気ディスク装置の出荷前テスト工程では、高温テストも含まれるので、温度によってオフセット出力がいかに変わるかも、装置の記憶部15に記録することができる。
感度(図9の直線の傾き)に関しては、バラツキはオフセットに比較して小さく、大きな問題にはならない。従って、キャリブレーションは不要なケースが多い。なお、感度のバラツキに関しては、プリアンプ単体状態で減圧槽に入れて特性を記録し、プリアンプにシリアルナンバーをつけて特性を管理すれば、正確な感度を磁気ディスク装置の稼動時に知ることができる。あるいは、磁気ディスク装置に組まれた後に、テスト工程で減圧槽に入れれば、感度に関する情報が得られる。
本発明の実施例では、気圧センサ機能が万一故障した場合を想定して、気圧測定に関するバックアップ機能を備える。バックアップ機能について以下に説明する。例えば、磁気ディスク媒体3の特定の場所(リザーブドエリアなど)に、異なる2つの波長の信号を記録しておき、それぞれの再生信号波形の振幅を測定して比を取り、解像度(レゾリューション)を計算する。磁気ディスク媒体3から磁気ヘッドスライダ5までの距離、すなわち浮上量が小さくなると、レゾリューションが大きくなる。1波長の信号の再生信号波形振幅だけだと、浮上量以外の要因でも変化してしまうが、2波長の再生信号波形振幅の比であるレゾリューションは、浮上量以外の要因では変化しにくい。装置の毎起動時に、あるいは一定の時間間隔ごとに、レゾリューションが不自然に大きくないかをチェックし、不自然に大きければ気圧が低い(使用高度が高い、あるいは航空機の機中)として、浮上量を大きく、すなわちヒータ5cへの通電量を小さくする。レゾリューションの測定に関しては、複数ヘッドの平均をとると、気圧以外の変動要因を廃することができ、更に良い効果が得られる。故障時のバックアップとしてだけではなく、気圧センサが正常に動作していることの確認にもこの機能は使うことができる。レゾリューション以外の、浮上量に相関するパラメータを用いてもよい。
浮上量を調整するヒータ5cへの通電量は、プリアンプ7と一体化された気圧センサ7fからの出力によって調整される。具体的には、仕様として定められた最高高度に相当する最低の気圧(例えば海抜3000mの高度に対応する0.7気圧など)で、さらに温度や使用モードなど他の低浮上条件が重なっても、磁気ヘッドスライダ5が磁気ディスク媒体3に接触しないように、ステップ軸受を設計する。気圧センサ7fからの出力によって気圧がもっと高い(例えば海抜0mの高度に対応する1.0気圧など)と判断されれば、それに相当する分だけヒータ5cへの通電量を増やして、浮上量を低くする。
ヒータ通電量1mWあたり何nm浮上量が低減されるか(浮上低減効率)については、設計値または実験室におけるサンプルテストによって平均値を知ることができる。また、出荷前テスト工程でヒータ通電量を増やしながら、再生信号波形の振幅を測定すれば、Wallaceのスペーシングロスの式から、浮上低減効率を各ヘッドスライダについて個別に求めることができる。
環境温度による浮上量差の補償について説明する。環境温度が高いと、記録再生素子の材料と周囲材料との線膨張係数差による熱突出(サーマルプロトルージョン)の影響で、浮上量は低くなる。逆に環境温度が低いと、浮上量は高くなる。本発明の実施例では、環境温度が浮上量に与える影響を実験室であらかじめ調べた結果をもとに、製品では記憶部15に、温度帯毎の適正ヒータ通電量を、単独の数値(係数)あるいは複数の数値(テーブル)として記録してある。記録再生する前のシーク命令がホストから来た時に、温度センサ9からの情報に基づいて、プリアンプ7のヒータ制御レジスタの値が適切に更新される。
動作保証温度の上限と下限の間は、多数の温度帯に分割してそれぞれの温度帯に対応する制御パラメータを全て格納しても良いし、例えば低温、常温、高温の三温度帯など、限られた数の温度帯の制御パラメータのみを格納して、その間は一次式や二次式で補間して制御しても良い。
磁気ディスク媒体上のゾーンによる浮上量差の補償について説明する。ゾーンによって浮上量は異なる。そのプロファイルは、設計値または実験室におけるサンプルテストによって、平均的なプロファイルを知ることができる。また、出荷前テスト工程で、各ゾーンにおいて、ヒータ通電量を徐々に増やしていって接触検知を行えば、各ヘッドスライダについてプロファイルを個別に求めることができる。製品では記憶部15に、ゾーン毎の適正ヒータ通電量を、テーブルとして記録してある。記録再生する前のシーク命令がホストから来た時に、記録再生するゾーン情報に基づいて、プリアンプ7のヒータ制御レジスタの値が適切に更新される。
磁気ディスク媒体3を多数のゾーンに分けて制御パラメータを格納する方法が最も高精度であるが、磁気ディスク媒体3の全体に亘って共通の制御パラメータを設定する(すなわちゾーン数が1つだけ)方法でも良い。また、例えば外周部、中周部、内周部の3つなど、少ないゾーン数に分けて制御パラメータを格納し、その間は一次式や二次式などで補間して制御する方法でも良い。
記録・再生などの動作モード別による浮上量差の補償について説明する。記録時は記録電流がヒータ電流と同様の働きをして熱膨張変形を起こすため、再生時よりも浮上量は低くなる。その低くなる程度(ライトプロトルージョンによる浮上変化量)は、設計値または実験室におけるサンプルテストによって、平均的な値を知ることができる。また、出荷前テスト工程で、連続ライトした直後の再生信号波形振幅と、ライトを伴わない再生信号波形振幅を比べることにより、各ヘッドスライダについてライトプロトルージョンによる浮上変化量を個別に求めることができる。製品では記憶部15に、ライトプロトルージョンを補正するヒータ通電量を記録してある。記録再生する前のシーク命令がホストから来た時に、動作モード情報に基づいて、プリアンプ7のヒータ制御レジスタの値が適切に更新される。
個別ヘッドスライダの浮上量差の補償について説明する。浮上量はヘッドスライダ毎に異なる。出荷前テスト工程で、あるゾーンにおいて、あるいは各ゾーンにおいて、ヒータ通電量を徐々に増やしていって接触検知を行えば、各ヘッドスライダについて接触にいたる距離(クリアランス)を個別に求めることができる。製品では記憶部15に、接触に至るヒータ通電量から、ある信頼性マージンを引いた値を、ヘッド毎に記録してある。記録再生する前のシーク命令がホストから来た時に、記録再生するヘッド番号情報に基づいて、プリアンプ7のヒータ制御レジスタの値が適切に更新される。
なお、各ヘッドスライダのクリアランスを接触検知によって求めることをせず、出荷前テスト工程で、あるゾーンにおいて、あるいは各ゾーンにおいて、ヒータ通電量を徐々に増やしていってエラーレート等の記録再生性能試験を行い、望みの値に達した時の通電量を、当該ヘッドスライダの固有通電量とする方法もある。
このテーブルの電力に、プリアンプ7と一体化された気圧センサ7fからの出力に応じて、気圧が低ければ小さな電力を、気圧が高ければ大きな電力を加算する。その結果、プリアンプ7のヒータ制御レジスタの値が適切に更新される。気圧情報を得るタイミングに関しては、記録再生する命令が来た時毎回でもよいが、もっとまばらな間隔、あるいは磁気ディスク装置の起動時のみでも良い。
次に、上記のようにして製造した磁気ディスク装置1の動作例について図1、図2、図3を参照して説明する。以下の説明では磁気ディスク装置1の記憶部15には、ヘッド、温度帯、ゾーンごとに、記録時と再生時とにおけるヒータ5cへの通電量を制御するための値(制御パラメータ)が設定されているものとする。
ホストからデータを記録させるコマンドと、記録対象のデータとを受け入れると、HDC13が当該記録対象のデータをリードライトチャネル11に出力するとともに、モータドライバ12に対してコマンドに応じた記録位置に磁気ヘッドスライダ5を移動させる指示を出力する。また、このとき制御部14は、温度センサ9が出力する信号に基づいて環境温度の情報を取得する。そして制御部14は、この取得した情報によって表される環境温度の温度帯に対応して、記憶部15に格納されている制御パラメータ(記録時の制御パラメータ)を取得する。更に、気圧センサ7fからの出力に応じて、制御パラメータを調整する。低圧ならば小幅に増加するかあるいは増加せず、高圧ならば大幅に増加させる。制御部14は、ヒータ5cへの通電量を上記所定値とするべき旨の指示をプリアンプ7に出力する。プリアンプ7は従って、ヒータ5cへ所定値の通電量の電流供給を行う。そしてヒータ5cが磁気ヘッドスライダ5の記録再生素子近傍を加熱する。
一方、リードライトチャネル11は、記録対象のデータを変調した信号をプリアンプ7に出力し、プリアンプ7がこの信号を増幅して磁気ヘッドスライダ5の記録素子5aに出力する。これにより磁気ディスク媒体3に記録対象となったデータが記録される。
一方、プリアンプ7は、磁気ヘッドスライダ5の再生素子5bが出力する再生信号を増幅してリードライトチャネル11に出力しており、リードライトチャネル11は、プリアンプ7で増幅された信号を復調して、再生データを生成し、HDC13に出力する。HDC13は、この再生データをホストへ出力する。
Claims (16)
- 磁気ディスク媒体と、
前記磁気ディスク媒体に磁気情報を記録する記録素子と、前記磁気ディスク媒体から磁気情報を再生する再生素子と、前記記録および再生素子と前記磁気ディスク媒体との距離を調整するヒータとを搭載する磁気ヘッドスライダと、
前記磁気ヘッドスライダを支持し、前記磁気ディスク媒体の半径方向に移動させるキャリッジアセンブリと、
前記記録素子に供給する記録信号を増幅して磁気記録素子に供給するライトドライバと、前記再生素子の再生信号を入力して増幅するリードアンプと、前記ライトドライバの出力信号と前記磁気再生素子の再生信号と前記気圧センサの出力信号とを入力し、いずれかを選択して出力するセレクタと、該セレクタにより選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するアナログデジタルコンバータとを含み、前記ヒータに電流を供給するプリアンプとを有する磁気ディスク装置において、
前記プリアンプは、該プリアンプと一体形成された気圧センサを有し、該気圧センサの出力に基づいて前記ヒータへの通電量を調整することを特徴とする磁気ディスク装置。 - 前記プリアンプは、該プリアンプと一体形成された複数の気圧センサを有することを特徴とする請求項1記載の磁気ディスク装置。
- 前記気圧センサは、下部電極と、上部電極が形成されたダイヤフラムと、前記下部電極とダイヤフラムの間の孤立空間と、を有することを特徴とする請求項1記載の磁気ディスク装置。
- 前記記録素子、再生素子及びヒータのリード線が接続された配線に接続され、前記キャリッジアセンブリに一端が固定されたフレキシブルプリンテッドケーブルをさらに有し、該フレキシブルプリンテッドケーブルに、前記プリアンプの気圧センサが形成された面が取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の磁気ディスク装置。
- 前記フレキシブルプリンテッドケーブルは、前記気圧センサと対向する部分に貫通穴を有するフレキシブルプリンテッドケーブルであることを特徴とする請求項4記載の磁気ディスク装置。
- 前記フレキシブルプリンテッドケーブルは、前記気圧センサに外部気圧を導入する溝を有することを特徴とする請求項4記載の磁気ディスク装置。
- 前記プリアンプは、前記気圧センサに通じる貫通穴を有するプリアンプであることを特徴とする請求項4記載の磁気ディスク装置。
- 前記プリアンプは、前記前記気圧センサに外部気圧を導入する溝を有することを特徴とする請求項4記載の磁気ディスク装置。
- 気圧センサが一体形成されたプリアンプであって、記録信号を増幅して磁気記録素子に供給するライトドライバと、磁気再生素子の再生信号を入力して増幅するリードアンプと、前記ライトドライバの出力信号と前記磁気再生素子の再生信号と前記気圧センサの出力信号とを入力し、いずれかを選択して出力するセレクタと、該セレクタにより選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するアナログデジタルコンバータと、を有することを特徴とする磁気ディスク装置用プリアンプ。
- 前記気圧センサは、下部電極と、上部電極が形成されたダイヤフラムと、該下部電極とダイヤフラムの間の孤立空間と、を有することを特徴とする請求項9記載の磁気ディスク装置用プリアンプ。
- 磁気ヘッドスライダに搭載された磁気記録素子、磁気再生素子及びヒータのリード線が接続された配線に接続される端子部を有するフレキシブルプリンテッドケーブルと、気圧センサが一体形成され、該気圧センサが形成された面が前記フレキシブルプリンテッドケーブルに取り付けられているプリアンプと、を有する磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体であって、
前記プリアンプは、記録信号を増幅して磁気記録素子に供給するライトドライバと、前記磁気再生素子の再生信号を入力して増幅するリードアンプと、前記ライトドライバの出力信号と前記磁気再生素子の再生信号と前記気圧センサの出力信号とを入力し、いずれかを選択して出力するセレクタと、該セレクタにより選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するアナログディジタル変換器と、を有することを特徴とする磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体。 - 前記フレキシブルプリンテッドケーブルは、前記気圧センサと対向する部分に貫通穴を有するフレキシブルプリンテッドケーブルであることを特徴とする請求項11記載の磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体。
- 前記フレキシブルプリンテッドケーブルは、前記気圧センサに外部気圧を導入する溝を有することを特徴とする請求項11記載の磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体。
- 前記気圧センサは、下部電極と、上部電極が形成されたダイヤフラムと、該下部電極とダイヤフラムの間の孤立空間と、を有することを特徴とする請求項11記載の磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体。
- 前記プリアンプは、前記気圧センサのダイヤフラムに通じる貫通穴を有するプリアンプであることを特徴とする請求項14記載の磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体。
- 前記プリアンプは、前記前記気圧センサのダイヤフラムに外部気圧を導入する溝を有することを特徴とする請求項14記載の磁気ディスク装置用フレキシブルプリンテッドケーブル組立体。
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