專利名稱：使用電阻傳感器的多級溫度系數(shù)的凹凸體和磁頭-介質(zhì)接觸檢測的制作方法
使用電阻傳感器的多級溫度系數(shù)的凹凸體和磁頭-介質(zhì)接觸檢測

發(fā)明內(nèi)容
本公開的實施例涉及電阻溫度系數(shù)(TCR)傳感器，以及使用該傳感器的方法，它們能夠感測磁性記錄介質(zhì)的指定特征(諸如磁性記錄介質(zhì)具有顯著不同的規(guī)模(scale)的特征)。本公開的實施例涉及TCR傳感器，以及使用該傳感器的方法，其具有多重傳感器級，每個傳感器級被配置成感測磁性記錄介質(zhì)的不同特征，諸如相對小規(guī)模的特征(例如，具有與TCR傳感器相互作用的小表面積的特征)和相對大規(guī)模的特征(例如，具有與TCR傳感器相互作用的大表面積的特征)。根據(jù)各個實施例，一種裝置包括:頭換能器；以及位于頭換能器上的多級傳感器，其被配置成與磁性記錄介質(zhì)交互。多級傳感器的第一傳感器級具有一電阻溫度系數(shù)。第二傳感器級被耦合至第一傳感器，并且具有一電阻溫度系數(shù)。第一傳感器級被配置成相對于第二傳感器級而言優(yōu)選地感測介質(zhì)的凹凸體，而第二傳感器級被配置成相對于第一傳感器級而言優(yōu)選地感測與介質(zhì)的表面的接觸。根據(jù)一些實施例，第二傳感器級與第一傳感器級串聯(lián)。根據(jù)一些實施例，第二傳感器級與第一傳感器級并聯(lián)。在進(jìn)一步實施例中，第一和第二傳感器級可獨立地操作，且每個傳感器級具有屬于自己的電連接焊盤。各個實施例涉及關(guān)于位于頭換能器上的多級TCR傳感器的使用的方法。隨著頭換能器相對于磁性記錄介質(zhì)移動，該方法涉及通過使用多級傳感器的第一傳感器級相對于多級傳感器的第二傳感器級而言優(yōu)選地感測介質(zhì)的凹凸體，以及使用第二傳感器級相對于第一傳感器級而言優(yōu)選地感測與介質(zhì)表面的接觸。該方法還涉及從多級傳感器生成輸出信號，該輸出信號指示以下各項中的一者或兩者:由第一傳感器級感測凹凸體，以及由第二傳感器級感測與介質(zhì)表面的接近度和與介質(zhì)表面的接觸?？设b于下面的詳細(xì)描述和附圖來理解各實施例的這些和其它的特征和方面。


圖1是根據(jù)各實施例的包含多級TCR傳感器的加熱器致動的頭換能器布置的簡化側(cè)視圖；圖2是圖1中示出的加熱器致動的頭換能器布置的前視圖；圖3示出處于預(yù)致動配置和致動配置下的圖1和圖2的加熱器致動的頭換能器布置；圖4A示出圖1-3所示類型的加熱器致動的記錄頭頭換能器在頭換能器與磁性記錄盤的表面之間接觸之前、之中和之后的代表性溫度曲線；圖4B示出非熱致動的記錄頭頭換能器在頭換能器與磁性記錄盤表面之間接觸之前、之中和之后的代表性溫度曲線；圖5是根據(jù)各個實施例的用于使用多級TCR傳感器來檢測磁性記錄介質(zhì)的指定表面特征以及與該磁性記錄介質(zhì)的接觸的方法的各個過程的流程圖；圖6為解說目的示出了單級TCR線傳感器(wire sensor)；
圖7示出了根據(jù)各個實施例的具有串聯(lián)耦合的兩個不同的TCR傳感器級的多級TCR傳感器；圖8A示出了大TCR線傳感器作為加熱器功率的函數(shù)的靜態(tài)響應(yīng)；圖SB示出了短TCR線傳感器作為加熱器功率的函數(shù)的靜態(tài)響應(yīng)；圖9-12示出了根據(jù)各個實施例的具有串聯(lián)耦合的兩個不同TCR傳感器級的多級TCR傳感器的若干種配置；圖13示出了根據(jù)各個實施例的具有并聯(lián)耦合的兩個不同TCR傳感器級的多級TCR傳感器；圖14是圖13中所示的并聯(lián)多級TCR傳感器布置的空氣承載(airbearing)表面視圖；以及圖15是根據(jù)各個實施例的并聯(lián)布線的兩個TCR傳感器級與串聯(lián)布線的兩個TCR傳感器級作為電阻變化的函數(shù)的相對響應(yīng)的曲線圖。
具體實施例方式數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)一般包括對記錄介質(zhì)讀取/寫入信息的一個或多個記錄頭。經(jīng)常希望使記錄頭與其相關(guān)聯(lián)的介質(zhì)之間具有相對小的距離或間距。此距離或間距被稱為“飛行高度”或“磁頭-介質(zhì)間距”。通過減小磁頭-介質(zhì)間距，記錄頭通常能更好地將數(shù)據(jù)寫入至介質(zhì)以及從介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)。減小磁頭-介質(zhì)間距也允許全面觀察記錄介質(zhì)形貌(topography),例如檢測記錄介質(zhì)表面的凹凸體和其它特征。檢測磁頭-介質(zhì)接觸以及磁頭-凹凸體接觸兩者的能力因檢測在規(guī)模方面顯著不同的兩個表面結(jié)構(gòu)的接觸的競合對象而變得復(fù)雜。磁頭-介質(zhì)接觸例如是涉及相對大接觸面積的相對大的接觸行為。磁頭-凹凸體接觸是涉及相對小接觸面積的相對小的接觸行為。常規(guī)感測辦法通常使用單個傳感器來感測兩種類型的接觸行為，這導(dǎo)致對于感測兩種類型接觸行為而言非最佳的妥協(xié)感測方案。根據(jù)各個實施例，并參照圖1-3，滑塊100被示為被懸臂101支承成接近旋轉(zhuǎn)中的磁性存儲盤160?；瑝K100支承記錄頭頭換能器103和熱耦合至頭換能器103的加熱器102。加熱器102可以是電阻性加熱器，當(dāng)電流流過加熱器102時該電阻性加熱器生熱。加熱器102不局限于電阻性加熱器，而是可包括任何類型的加熱源。由加熱器102產(chǎn)生的熱能導(dǎo)致頭換能器103的熱膨脹。此熱膨脹可用來減小數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的磁頭-介質(zhì)間距107。注意:在一些實施例中，可使用非熱致動器來減小磁頭-介質(zhì)間距107。多級TCR傳感器105被示為位于頭換能器103上對磁性記錄介質(zhì)160的接近點處。接近點一般被理解為頭換能器103與磁性記錄介質(zhì)160之間最接近的接觸點。如前面描述地，頭換能器103的致動可通過熱致動器(諸如加熱器102)或其它致動器(例如寫入器)來實現(xiàn)。偏置功率被施加于多級TCR傳感器105以使頭換能器103的傳感器105以及毗鄰部分的表面溫度上升為顯著高于磁性記錄介質(zhì)160的溫度。多級TCR傳感器105較佳地被配置成感測熱流的變化，以便檢測介質(zhì)160的凹凸體以及磁頭-介質(zhì)接觸。在2010年11月8日提交的共同享有的美國專利申請S/N.12/941,461中提供了根據(jù)本公開的各個實施例的關(guān)于磁頭-介質(zhì)間距和接觸判斷的細(xì)節(jié)，該申請通過引用納入于此。
如圖3中所描繪的，在磁頭-介質(zhì)接觸前，在熱磁頭表面與相對冷的盤160之間界定有氣隙107。頭換能器103、氣隙107和磁性記錄盤160界定了熱傳遞速率的一個層面。當(dāng)頭換能器103與盤160接觸時，例如在熱致動器或加熱器102的作用之后，頭換能器103和盤160的高導(dǎo)熱性材料之間的直接接觸顯著地增大了熱傳遞速率。由此，頭換能器103上的TCR傳感器105感測到溫度下降或溫度軌跡的漂移，從而允許對磁頭-介質(zhì)接觸的檢測。如下文中更詳細(xì)描述的，多級TCR傳感器105較佳地被實現(xiàn)為包含多重的傳感器級，這些傳感器級中的每一個對于不同規(guī)模的盤表面特征是敏感的。具體地，多級TCR傳感器105包含被配置成優(yōu)選地感測與磁性記錄盤160表面的接近度和接觸的傳感器級以及被配置成優(yōu)選地感測盤160的凹凸體的傳感器級。圖4A示出在頭換能器103和磁性記錄盤160的表面之間接觸之前、之中和之后圖1-3所示類型的記錄頭頭換能器103的代表性溫度分布曲線。在此示例性示例中，溫度曲線被表示為穩(wěn)態(tài)DC信號。當(dāng)通過熱致動器102致動頭換能器103時，頭換能器表面溫度將隨著源自熱致動器102產(chǎn)生的熱量的致動而增加。頭換能器溫度將高于盤160的溫度。由此，在此情景中，盤160充當(dāng)散熱器。當(dāng)頭換能器103接觸盤160時，由于源自接觸的熱傳遞速率的變化，頭換能器表面溫度將下降。由于熱致動器發(fā)熱和摩擦發(fā)熱，頭換能器表面溫度將持續(xù)增加。溫度變化或溫度軌跡的漂移可被用來宣布磁頭-介質(zhì)接觸。圖4B示出由非熱致動器致動的記錄頭換能器103的代表性溫度分布曲線。在此示例性示例中，TCR傳感器105偏置功率將TCR傳感器自加熱至顯著高于盤160溫度的溫度。在此情景中，盤160充當(dāng)散熱器。當(dāng)頭換能器103朝向盤160向下致動時，熱傳遞速率逐漸增大，這導(dǎo)致TCR傳感器溫度的逐漸降低。當(dāng)頭換能器103與盤160形成接觸時，熱傳遞速率將會改變，這造成頭換能器表面溫度漂移。頭換能器表面上的TCR傳感器105測量此溫度漂移以檢測磁頭-介質(zhì)接觸。如果導(dǎo)致磁頭-介質(zhì)接觸的進(jìn)一步致動發(fā)生，則因摩擦生熱，溫度將最終升高。如先前所討論的，磁頭-介質(zhì)間隙(clearance)是影響磁盤記錄性能的重要參數(shù)。隨著面密度增大，磁頭-介質(zhì)間距減小。隨著磁頭-介質(zhì)間距減小，精確地測量磁頭-介質(zhì)間隙、磁頭-介質(zhì)接觸、以及磁頭-凹凸體接觸的重要性增加。根據(jù)本公開的實施例的多級TCR傳感器可被用來測量磁頭-介質(zhì)間隙、磁頭-介質(zhì)接觸以及磁頭-凹凸體接觸。根據(jù)各個實施例，多級TCR傳感器整合了包括線的TCR電阻性溫度傳感器，該TCR電阻性溫度傳感器監(jiān)視該線處頭換能器的溫度和溫度變化。用于凹凸體檢測和接觸檢測的TCR線傳感器具有不同的最佳路徑。如下表I中概括的，配置成用于凹凸體檢測的TCR線通常被設(shè)計成具有熱的(例如，高于換能器溫度達(dá)100° C溫度)且小的傳感器。一般而言,熱的傳感器提供良好的SNR。小的傳感器能夠確定例如磁道填料(track padding)的小凹凸體的幾何形狀。用于磁頭-介質(zhì)接觸檢測的TCR線在它們較大且在空氣承載表面(ABS)處具有更多感測面積時表現(xiàn)更好。這允許此類TCR線捕捉從空氣承載表面至介質(zhì)的熱傳遞。較大的TCR線也已表明在低得多的溫度(例如廣10° C)下具有可接受的SNR。由此，針對凹凸體和接觸檢測兩者來優(yōu)化單個器件是不可行的。表格I
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括: 頭換能器；以及 位于所述頭換能器上的多級傳感器，用于與磁性記錄介質(zhì)交互，所述傳感器包括: 第一傳感器級，所述第一傳感器級具有一電阻溫度系數(shù)；以及 耦合至所述第一傳感器的第二傳感器級，所述第二傳感器級具有一電阻溫度系數(shù)； 所述第一傳感器級被配置成相對于所述第二傳感器級優(yōu)選地感測所述介質(zhì)的凹凸體；以及 所述第二傳感器級被配置成相對于所述第一傳感器級優(yōu)選地感測與所述介質(zhì)的表面的接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二傳感器級與所述第一傳感器串聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一傳感器級在比所述第二傳感器級的溫度更高的溫度下工作。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述第一傳感器級相對于所述第二傳感器級對跨小的感測面積的熱流變化敏感；以及 所述第二傳感器級相對于所述第一傳感器級對跨大的感測面積的熱流變化敏感。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述第一傳感器級相對于所述第二傳感器級對用于檢測所述介質(zhì)的凹凸體的熱流的變化有更大靈敏度；以及 所述第二傳感器級相對于所述第一傳感器級對用于檢測與所述介質(zhì)表面的接觸或接近接觸的熱流的變化有更大靈敏度。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一傳感器級小于所述第二傳感器級。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述第一傳感器級具有一長度、寬度和深度；以及 所述第二傳感器級具有 一長度、寬度和深度，其中所述第二傳感器級的所述長度和所述寬度大于所述第一傳感器級的所述長度和所述寬度。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二傳感器級的相應(yīng)深度不同或者是相同的。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二傳感器級被配置成交替地工作。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二傳感器級被配置成響應(yīng)于對提供給所述傳感器的偏置功率的變化交替地工作。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二傳感器級定義單一結(jié)構(gòu)，并且所述第一傳感器級的至少一部分位于所述第二傳感器級的各個部分之間。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，包括支承所述頭換能器的滑塊，并且包括空氣承載表面，其中界定多級傳感器的大多數(shù)材料處于所述空氣承載表面處。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述第一和第二傳感器級各自包括前緣和后緣；以及 所述第一傳感器級的所述前緣相對于所述第二傳感器級的前緣是凹陷的。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一傳感器級包括多個以定距離間隔的第一傳感器級部分。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一傳感器級包括多個以定距離間隔的第一傳感器級部分，而所述第二傳感器級包括三個或更多個以定距離間隔的第二傳感器級部分。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二傳感器級與所述第一傳感器級并聯(lián)。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述第二傳感器級的電阻大于所述第一傳感器級的電阻。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述第二傳感器級的電阻比所述第一傳感器級的電阻大上大約1.5倍至大約4倍之間的倍數(shù)。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述第二傳感器級包括至少兩個以定距離間隔的部分，所述兩個部分被配置成同時地測量與所述介質(zhì)的所述表面的至少兩個以定距離間隔的位置的接觸。
20.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二傳感器級中的每一個被配置成獨立地工作。
21.—種方法,包括: 通過包括多級傳感器并相對于磁性記錄介質(zhì)移動的頭換能器，使用所述多級傳感器的第一傳感器級相對于所述多級傳感器的第二傳感器級優(yōu)選地感測所述介質(zhì)的凹凸體；使用所述第二傳感器級 相對于所述第一傳感器級優(yōu)選地感測與所述介質(zhì)的表面的接近度以及與所述介質(zhì)的表面的接觸；以及 從所述多級傳感器產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號指示由所述第一傳感器級感測到凹凸體和由所述第二傳感器級感測到與所述介質(zhì)表面的接觸中的一者或兩者；
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一和第二傳感器級被串聯(lián)耦合。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一和第二傳感器級被并聯(lián)耦合。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一和第二傳感器級中的每一個被配置成獨立地操作。
全文摘要
多級傳感器(105)位于頭換能器(103)上，并且被配置成與磁性記錄盤(160)相互作用。多級傳感器的第一傳感器級(335)具有一電阻溫度系數(shù)。第二傳感器級(337)被耦合至第一傳感器(335)，并且具有一電阻溫度系數(shù)。第一傳感器級(337)被配置成相對于第二傳感器級(337)優(yōu)選地感測介質(zhì)(160)的凹凸體，而第二傳感器級(337)被配置成相對于第一傳感器級(335)優(yōu)選地感測與介質(zhì)(160)的表面的接近度及與介質(zhì)表面的接觸。第一和第二傳感器級可串聯(lián)或并聯(lián)。
文檔編號G11B5/60GK103155037SQ201180037865
公開日2013年6月12日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者G·J·肯克爾, J·L·布蘭德 申請人:希捷科技有限公司