專利名稱：借助隨機信號驅動調制器的記錄介質激光紋理化的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及激光紋理化磁性記錄介質。本發(fā)明特別適用于在磁性記錄介質的數(shù)據(jù)存儲介質表面用激光輔助超精細紋理化圖案。
背景技術：
普通磁盤驅動器設計包含通稱為接觸開始-停止(CSS)系統(tǒng)，當磁頭隨磁盤開始旋轉而開始滑向磁盤表面時啟動。在達到預設的高轉速后，磁頭由于磁頭滑行表面與磁盤之間空氣流引起的動力學壓力效應而飄浮在空氣中，與磁盤表面間隔預設的距離。在讀取和記錄操作期間，隨著磁盤的旋轉，換能器頭維持在據(jù)記錄表面受控的距離上，支承在空氣軸承座上，從而使磁頭可以自由地在圓周方向和徑向移動，數(shù)據(jù)可以記錄在或讀取自磁盤表面所需位置。在磁盤驅動器終止工作后，磁盤轉速減小并且磁頭再次滑向磁盤表面并最終停止下來與磁盤壓迫接觸。因此無論磁盤是靜止，從停止開始加速和完全停止之前的減速，換能器頭與記錄表面接觸。每次磁頭和磁盤組件被驅動時，磁頭的滑行表面重復由停止、沿磁盤表面滑行、飄浮在空氣中、沿磁盤表面滑行和停止組成的循環(huán)操作。
值得考慮的是在讀取和記錄操作期間保持每個換能器頭盡可能接近相關的記錄表面，即磁頭的飛行高度最小。因此最好要有平滑的記錄表面以及相關換能器頭平滑的相對表面，從而使磁頭和磁盤互相靠近地定位，支承磁頭的空氣軸承的預測性提高并且行為一致。但是如果磁頭表面與記錄表面過于平坦，則這些表面的精確匹配在啟動和停止階段引起過度的粘滯性和摩擦力，從而使磁頭和記錄表面磨損，最終導致稱為“磁頭變形”的現(xiàn)象。因此減少磁頭/磁盤摩擦并使換能器高度最小是富有挑戰(zhàn)性的目標。
解決這些問題的普通方法是通過技術上稱為“紋理化”的方法向磁盤提供粗糙的表面以抑制磁頭/磁盤的摩擦。普通紋理化技術包括對磁盤襯底表面拋光以在隨后淀積諸如下層、磁性層、保護涂層和潤滑頂層之前提供紋理，其中襯底上的紋理化表面在后面的淀積層內基本相同。
對高記錄密度逐漸增加的需求增加了對薄膜磁性介質在矯頑磁性、垂直度、低介質噪聲和窄磁道記錄性能方面的要求。此外，越來越高的密度和容量的磁盤要求飛行高度(即CSS驅動器內磁頭飄浮在磁盤表面上的距離)更小。進一步降低磁頭飛行高度的要求是對普通的為避免磁頭變形而控制紋理化技術的挑戰(zhàn)。
普通的向磁盤襯底提供紋理化表面的技術包含諸如拋光之類的機械操作。在紋理化磁記錄介質襯底的過程中，普通的做法包括機械拋光表面以提供表面基本平滑的數(shù)據(jù)區(qū)和具有拓撲特征的著陸區(qū)，例如凸起和凹陷。例如參見Nakamura等人的美國專利No.5,202,810。但是普通機械紋理化技術具有眾多的缺點。例如由于機械磨損形成的碎屑，提供清潔的紋理化表面非常困難。而且在機械操作期間表面不可避免地擦傷，導致較差的滑行特性和較高的缺陷。這種引起擦傷和凸起的粗糙機械拋光難以為隨后淀積合適晶向的磁性層獲得合適的數(shù)據(jù)區(qū)襯底。此外，各種所需的襯底難以通過機械紋理化處理。這種機械紋理化不需要的限制面實際上將許多用作襯底的材料排除在外。
介質表面影響性能的一些重要參數(shù)是粗糙度級別(Ra)和滑行跌落。粗糙度級別是表面平均粗糙度的量度而滑行跌落是飛行磁頭可以接近表面的量度。

圖1示出了介質表面示意性的下滑測試曲線，介質表面通過機械拋光技術紋理化為粗糙度級別Ra＝7.2埃。根據(jù)測試，這種表面的滑行跌落低于0.6微米(0.55微米左右)。
Winchester型滑塊的飛行性能主要受靠近粗糙度曲線低頻部分的微波紋影響。圖1示意性表面曲線的低頻曲線示于圖2。機械紋理化形成的凸起的尺寸在磁盤徑向200微米范圍變化巨大。圖2中最大的凸起為50埃高，而其他凸起的高度小一些。表面輪廓因此是隨機的輪廓，峰的數(shù)量沒有規(guī)定，凸起的高度和谷的深度也沒有限定。由于影響滑行跌落的主要因素是低頻曲線和表面最大總體高度，所以機械拋光形成的低頻曲線隨機性導致不可預測的滑行跌落和飛行磁頭性能。由于該參數(shù)代表了平均值并且不一定反映表面峰與谷的程度和數(shù)量，所以即使總體平均凸起體為7.2埃也是如此。
另一種紋理化著陸區(qū)的機械紋理化技術包括利用聚焦在非磁性襯底上表面的激光束。例如參見Ranjan等人的美國專利No.5,062,021，其中所揭示的方法包括拋光鍍NiP的Al襯底至境面成品，隨后在使脈沖激光能量導向半徑限定部分的同時轉動磁盤以提供紋理化的著陸區(qū)，讓數(shù)據(jù)區(qū)保持境面化。著陸區(qū)包括多個單獨的激光斑點，其特征在于中央凹陷被基本為圓形的邊緣包圍。
另一種激光紋理化技術參見Baumgart等人的“一種用于高性能磁盤驅動器的新型激光紋理化技術”，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.31，No.6，pp.2946-2951，November 1995。也可參見美國專利Nos.5,550,696和5,595,791。
在1996年6月27日提交的共同待批的申請No.08/663,374中，揭示的激光紋理化技術采用多透鏡聚焦系統(tǒng)以改進對最終拓撲紋理的控制。在1996年5月9日提交的共同待批的申請No.08/647,407中，揭示了一種激光紋理化技術，其中脈沖聚焦激光束通過晶體材料以控制最終凸起之間的間隔。
在共同待批的PCT申請No.08/666,373中，揭示的激光紋理化玻璃或玻璃陶瓷襯底的方法采用CO2激光源的激光束。紋理化的玻璃或玻璃陶瓷襯底表面包含多個在襯底表面上延伸的凸起，由于激光紋理化金屬襯底的特性，它們并不包圍延伸入襯底的谷。諸如脈沖寬度、斑點尺寸和脈沖能量之類的激光參數(shù)的效果以及在激光紋理化玻璃或玻璃陶瓷襯底凸起高度上的襯底成分參見Kuo等人題為“玻璃和玻璃陶瓷襯底上激光區(qū)紋理化”的文章，發(fā)表在磁記錄會議(TMRC)，Santa Clara，California，August 19-21，1996。
在1997年2月7日提交的共同待批的申請No.08/796,830中，揭示了一種激光紋理化玻璃或玻璃陶瓷襯底的方法，其中通過控制激光形成凸起固化期間的猝滅速率控制凸起的高度。揭示的其中一種控制猝滅速率的技術包括在暴露于第一激光束時預熱襯底，隨后將預熱襯底暴露在聚焦的激光束下。
雖然激光紋理化技術被證實具有一定的優(yōu)點，但是它們沒有在紋理化介質表面超精細圖案以在確?？傮w摩擦下滑性能前提下獲得超低析出物高度時采用。為了確保摩擦下滑性能，需要使延伸的析出物表示的波紋高度均勻。

發(fā)明內容
需要一種紋理化數(shù)據(jù)存儲介質表面的方法以提供超低滑行跌落但是又確保輕負載、低下滑滑塊的總體摩擦性能。
需要一種數(shù)據(jù)存儲介質，它具有超低下滑和摩擦特性的介質表面，還需要制造裝置。
本發(fā)明滿足了各種需要，它提供的布局包括激光和用激光在表面上形成紋理圖案的裝置。在本發(fā)明的某些實施例中，形成紋理圖案的裝置包括調制激光輸出的激光能量的調制器和控制調制器輸出的激光能量調制的隨機信號發(fā)生器。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是本發(fā)明的激光微加工裝置可以隨機形成延長的凸起體。例如可以沿圓周方向200微米間隔使凸起體高度較低(例如50埃左右)，在徑向每200微米多次循環(huán)，并且平均水平-垂直比為4000∶1。這些示意性參數(shù)與當前激光紋理化凸起的100∶1的比率相比比較好。由于在介質表面沒有深谷，所以空氣湍流較少并且凸起體尖端潤滑更容易。而且均勻的波紋高度(凸起體高度)在飛行的滑塊下提供更穩(wěn)定的空氣軸承座，當滑塊位于表面上時，在滑塊與介質表面之間接觸均勻。因此即使凸起體較低，也確保了輕負載低下滑滑塊的總體摩擦性能。
本發(fā)明的另一方面滿足了前述需要，它提供了在數(shù)據(jù)存儲介質表面制造具有超低下滑和摩擦性能的超精細紋理圖案。在該方法中，激光束被隨機調制并且聚焦在數(shù)據(jù)存儲介質表面以在介質表面形成隨機延伸的凸起體。在這種方法下，形成的介質表面表現(xiàn)出在介質表面(例如磁盤)徑向具有規(guī)則凸起體高度、規(guī)則間隔而在圓周方向具有限定隨機性的均勻性。
本發(fā)明的另一方面也滿足了前述需要，它提供了具有紋理化介質表面的磁記錄介質。紋理化表面上形成的凸起的平均水平-垂直比率大約為4000∶1。在本發(fā)明的某些實施例中，凸起的總體高度(或凸起體)為50埃左右，并且沿圓周方向是200微米的周期間隔而在徑向每200微米有多個周期。表面的特征是在介質表面徑向具有規(guī)則凸起體高度、規(guī)則間隔而在圓周方向具有限定隨機性。
通過以下結合附圖對本發(fā)明的描述可以進一步理解本發(fā)明的前述和其他特征和優(yōu)點。
附圖的簡要說明圖1為按照現(xiàn)有技術的機械紋理化磁記錄介質表面的表面輪廓曲線。
圖2為按照現(xiàn)有技術的具有圖1表面輪廓的機械紋理化磁記錄介質表面的低頻曲線。
圖3為按照本發(fā)明實施例的紋理化磁記錄介質表面的低頻曲線。
圖4為圖3磁記錄介質表面三維表示。
圖5為按照本發(fā)明實施例制造的延伸凸起體的三維微觀照片。
圖6為按照本發(fā)明實施例的布局的示意圖，用于激光紋理化磁記錄介質以產(chǎn)生超低滑行跌落介質表面。
實施發(fā)明的較佳方式本發(fā)明著眼并解決控制磁記錄介質表面紋理的問題，從而提供超低滑行跌落(例如小于0.6微米)但是以可控制和重復方式。
圖1示出了現(xiàn)有技術機械紋理化諸如磁盤之類磁記錄介質超精細表面輪廓的二維示意圖。機械拋光襯底形成圖1的表面輪廓顯示有許多非常高的峰和非常低的谷。由于在機械拋光期間采用漿料，所以圖案無法控制。圖2示出了表面譜的低頻曲線。如圖所示，在徑向200微米范圍內，有高度和深度變化的5個峰10和谷12。200微米范圍內最高的峰10為50埃。因此在機械拋光下，可以獲得平均粗糙度Ra為7.2埃而滑行跌落為0.55微英寸的介質表面。但是由于圖案的隨機性，當峰10的凸起體高度隨機變化時，飛行滑塊下的空氣軸承座不夠穩(wěn)定。而且當滑塊依靠在介質表面上時滑塊與介質表面的接觸不均勻。谷12深度的變化引起了另一個問題，它使凸起體的峰10的潤滑有問題。而且深谷12為滑塊形成更多的空氣湍流。
圖3示出了按照本發(fā)明的激光紋理化磁記錄介質表面輪廓的二維剖面圖。峰14的高度約為50埃。在200微米范圍內，沿徑向提供了規(guī)定數(shù)量的峰和谷。在圖3示意性的實施例中，在200微米周期內(或范圍內)，有3個峰14和2個谷16。顯然，在本實施例中，峰14的高度均勻地為50埃。峰14的均勻波紋高度或凸起體高度提供了飛行滑塊下非常穩(wěn)定的空氣軸承座，并在滑塊依靠在介質表面上時在滑塊與介質表面之間提供了均勻的接觸。
表面輪廓由圖3示出的磁記錄介質低頻曲線表明的另一個特征是谷16不是很深。沒有深谷使得凸起體峰14的潤滑相對容易。而且與低頻曲線表明谷較深的現(xiàn)有技術相比減少了空氣湍流量。磁記錄介質表面的激光紋理化提供了超低的滑行跌落。例如在圖3的實施例中，介質表面的滑行跌落低于0.6μ″或150埃?，F(xiàn)有的表面激光紋理化對于滑行跌落局限于200埃。在沿徑向200微米的多周期下，平均水平-垂直比率為4000∶1。與現(xiàn)有激光織構的凸起體大約100∶1的平均水平-垂直比率相比，比較好。
圖4為按照本發(fā)明實施例的介質表面激光紋理化三維圖。該表面紋理化后的滑行跌落大約為0.55μ″。與圖3的實施例一樣，沿徑向R的周期18為200微米。在每個周期18內，有3個包含峰14和谷16的凸起體。這些周期沿徑向R重復。圓周方向(箭頭C)內的周期間隔在圖4所示實施例中也為200微米。圓周方向C上的周期間隔在圖4中用標號20表示，與徑向R上規(guī)則的周期間隔18不同，圓周方向C上的周期間隔20是在分布上更為隨機。
圓周方向上有限的隨機性有利的原因是它消除了操作期間的共振。當磁盤旋轉時，圓周方向C上凸起體的隨機性避免了影響滑塊或飛行磁頭的共振。在磁盤徑向上共振沒有那么嚴格。這是因為磁頭相對磁盤表面徑向的行進速度沒有沿磁盤圓周方向旋轉速度快。因此介質表面徑向R的周期間隔18可以是規(guī)則的間隔。
圖5為示意性激光紋理化凸起體22的微觀照片，凸起體沿圓周方向C延伸。單個延伸凸起體22的高度約為50埃，并且長度L和寬度W可以根據(jù)盤片紋理化布局的合適結構調整。
圖6為用于激光紋理化表面的激光光學系統(tǒng)的示意性實施例，它提供了超低滑行跌落介質表面。激光光學系統(tǒng)30包括連續(xù)波激光器32，它產(chǎn)生激光輸出。該輸出隨后由調制器34調制。在本發(fā)明較佳實施例中，調制器34為聲-光調制器，用來調制激光器32輸出的激光束。調制方式可以有多種，在本發(fā)明的較佳實施例中，調制是隨機的。為此，隨機信號發(fā)生器36通過控制調制器34來控制激光束的調制。隨機信號發(fā)生器36在隨機時刻產(chǎn)生控制信號以使調制器34以隨機方式對連續(xù)波激光器32產(chǎn)生的激光束脈沖化。
調制器34調制的隨機脈沖激光束由光束展寬器38接收，它展寬和準直激光束。展寬的準直激光束通過孔徑40并通過聚焦透鏡42聚焦在被紋理化的表面。
在本發(fā)明某些較佳實施例中，表面的記錄介質是諸如磁記錄磁盤44之類的磁記錄介質。為了沿徑向R等間隔而在圓周方向C上以有限的隨機性產(chǎn)生凸起體，圓盤44固定在以兩種不同方式移動的轉軸46上。轉軸沿圖6所示箭頭B旋轉。與此同時，移動轉軸46以沿圖6垂直方向(箭頭A所示)平移磁盤44表面。顯而易見，為了沿徑向提供規(guī)則的間隔，轉軸46和磁盤44沿箭頭A方向的移動可定時完成。通過利用隨機信號發(fā)生器36和調制器34脈沖化激光束在圓周方向C形成隨機性。因此當沿箭頭B方向旋轉時施加在磁盤44表面的激光束能量以隨機脈沖方式施加。凸起體隨機地沿圓形磁道位于磁盤44表面。如上所述，這種有限的隨機性避免了共振的產(chǎn)生，它在磁盤驅動器工作期間會引起滑塊或飛行磁頭振動。
應該選擇連續(xù)波激光器32產(chǎn)生的激光束波長以在待紋理化表面利用熱膨脹效應產(chǎn)生隨機延伸的凸起體。例如當帶紋理化表面是鍍鎳襯底時，1064納米波長的激光是合適的。如果帶紋理化表面是玻璃和/或陶瓷襯底，則利用10納米波長的激光作為連續(xù)波激光器32是合適的。如果是其他類型的材料，本領域技術人員將選擇合適波長的激光器32來按照本發(fā)明紋理化襯底。
本發(fā)明提供了形成可控、可重復的紋理圖案的超低滑行跌落介質表面的方法和裝置。
本發(fā)明的較佳實施例和實例只是示意性質的。本領域技術人員在不偏離本發(fā)明范圍的前提下可以對本發(fā)明作各種修改，因此本發(fā)明由后面所附權利要求限定。
權利要求
1.一種裝置，其特征在于包括激光器；以及用激光在表面形成紋理圖案的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于形成紋理圖案的裝置包括對激光器輸出的激光能量進行調制的調制器。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于調制器為聲-光調制器。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于進一步包括與聲-光調制器耦合的隨機信號發(fā)生器，用來控制對聲-光調制器輸出的激光能量的調制。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于進一步包括光束展寬器，它接收并展寬聲-光調制器輸出的調制激光能量。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于進一步包括將光束展寬器輸出的展寬調制激光能量聚焦至待紋理化表面的孔徑和聚焦透鏡。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于待紋理化的表面是數(shù)據(jù)記錄磁盤的表面。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于進一步包括其上安裝待紋理化數(shù)據(jù)記錄磁盤并圍繞旋轉的轉軸。
9.一種紋理化介質表面以在表面隨機產(chǎn)生延伸的凸起體的裝置，其特征在于包括產(chǎn)生激光輸出的激光器；接收激光器輸出并調制激光器輸出的調制器；與調制器耦合的隨機信號發(fā)生器，用來控制對調制器輸出的激光的調制；以及使經(jīng)調制的激光輸出聚焦在表面上的聚焦裝置。
10.如權利要求8所述的裝置，其特征在于進一步包括位于調制器與聚焦裝置之間的光束展寬器，光束展寬器展寬從調制器輸出的調制激光。
11.如權利要求9所述的裝置，其特征在于調制器為聲-光調制器。
12.如權利要求10所述的裝置，其特征在于激光器為連續(xù)波激光器。
13.如權利要求11所述的裝置，其特征在于聚焦裝置包括孔徑和聚焦透鏡，孔徑位于光束展寬器與聚焦透鏡之間。
14.一種在數(shù)據(jù)存儲介質表面產(chǎn)生具有超低滑行和摩擦性能的超精細紋理圖案的方法，其特征在于包括以下步驟隨機調制激光束；以及將隨機調制的激光束聚焦在數(shù)據(jù)存儲介質表面以在數(shù)據(jù)存儲介質表面形成隨機延伸的凸起體。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于進一步包括沿平移運動方向相對隨機調制激光束改變數(shù)據(jù)存儲介質表面的相對位置從而使激光束在數(shù)據(jù)存儲介質表面上的焦點跨越數(shù)據(jù)存儲介質表面沿徑向移動。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于進一步包括在激光束焦點下旋轉數(shù)據(jù)存儲介質表面從而使隨機調制的激光束形成隨機延伸凸起體。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于隨機調制激光的步驟包括以聲-光方式調制激光。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于隨機調制步驟包括產(chǎn)生控制激光的聲-光調制的隨機信號。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于隨機調制步驟包括根據(jù)隨機信號以聲-光方式脈沖化激光束。
20.如權利要求14所述的方法，其特征在于進一步包括改變激光束在數(shù)據(jù)存儲介質表面的相對位置以在數(shù)據(jù)存儲介質表面一個方向形成規(guī)則間隔而在另一方向形成有限隨機性的凸起體。
全文摘要
一種激光紋理化數(shù)據(jù)存儲表面以提供超低滑行跌落的方法和裝置,它利用隨機調制的連續(xù)波激光器(32)。隨機信號發(fā)生器(36)產(chǎn)生隨機信號,它控制聲—光調制器(34)。通過沿圓周方向的有限隨機性的激光紋理化避免了滑塊的共振效應,在磁盤(44)表面提供了可控可重復的圖案。
文檔編號G11B5/84GK1278198SQ98810844
公開日2000年12月27日 申請日期1998年8月10日 優(yōu)先權日1997年9月2日
發(fā)明者J·J·玄, 辛淳元 申請人:西加特技術有限責任公司