头磁盘接口的参数调查热Fly-Height控制滑块接触

文摘

准确着陆能力检测是读写head-to-disk间距校准和控制的先决条件在当前的硬盘驱动器,使用热fly-height控制滑块技术。滑块空气轴承表面和头部万向节总成设计对着陆行为有重要影响,本文报告实验结果来帮助理解着陆过程。占主导地位的模式/频率的激励可以显著不同导致不同的着陆着陆签名。着陆时滑块下的压力,因此热fly-height控制效率以及润滑剂与着陆皮卡显示相关行为的倾向可能用作设计滑块指标具有良好的触地的行为。实验设计了测量头磁盘界面的摩擦热fly-height控制滑块驱动接触。磁盘上的影响参数调查粗糙度、磁盘润滑参数,和空气轴承的摩擦表面设计头磁盘接口和滑块抛光/穿和报告进行。

1。介绍

为了实现更高的磁存储密度在硬盘驱动器,有必要减少和控制读写head-to-media间距,或者,同样,物理间距/间隙分离从磁盘。目前硬盘驱动器(HDD)产品操作subnanometer许可使用热fly-height控制(交通)技术,在交通加热器局部变形的读写头滑块周边地区把它靠近磁盘。head-to-disk间隙因此可以调整通过改变薄膜电路的高压加热器。

着陆测试用于校准交通加热器的间隙。加热器功率应头接触磁盘表面润滑剂,也就是说,触地得分能力(TDP),首先是确定,然后加热器功率减少缩回头远离磁盘为了实现一个目标。因此准确TDP检测的主要支持一步使用交通技术。TDP检测不准确会严重妥协的动力性能:如果实际间隙太大,录音性能受到损害时,如果实际间隙太低,它增加了头磁盘接触概率关系,导致不必要的磁头磨损,从而影响传动的可靠性。

研究在slider-disk接触相互作用和由此产生的滑块振动感兴趣的HDD社区很长一段时间。研究调查传统(non-TFC)滑动动力学是出于需要设计低飞滑而减轻滑块接触激发振动和slider-lubricant交互,和广泛的文献存在于这些主题(1- - - - - -8]。引入交通滑块后,一些研究人员一直试图理解和解释交通滑块的接触和着陆行为由于其重要性在硬盘间距校准。通过实验和仿真显示,除了滑块空气轴承表面(ABS)设计磁盘润滑剂和悬架设计滑块着陆过程中发挥重要作用[9]。数值模拟和分析会计的非线性力头磁盘接口(HDI)也成功地解释了强烈的振动动力学的滑块接近计划书和随后的抑制振动的权力高于TDP (10- - - - - -12),他们支持定性实验结果报道某些ABS设计(12,13]。全面了解着陆仍然缺乏交通滑动条的行为,它仍然是一个活跃的研究课题。

在这个工作中,声发射(AE)传感器和激光多普勒振动计(ldv)用于旋转实验关注着陆探测和滑块动力学研究。着陆的异同签名不同的滑块腹肌设计突出显示。参数调查进行解释摩擦和磨损的依赖于磁盘粗糙度和润滑条件。结合最近的研究交通互动的滑块与磁盘润滑剂在着陆/联系(14,15),这些结果帮助开发更好的理解交通滑块的着陆过程和复杂的相互作用在人类发展指数。

2。实验

实验是进行旋转站配备一个AE传感器来检测接触和LDV检测头的纵向挠曲运动万向节总成。三个不同的ABS设计安装在相同的悬架用于这项研究。TDP(即。,power required to achieve zero clearance or contact with the disk lubricant) is determined experimentally by supplying the TFC heater with a square pulse lasting 70 ms with increasing power. The AE signal standard deviation is monitored during each power pulse, and the power at which the AE signal standard deviation crosses a specified threshold (set to be高于基线)记录计划书。

3所示。结果与讨论

3.1。着陆行为/特征

着陆地块进行三种不同的ABS设计如图1ABS-3显示了良好的“急剧降落”而ABS-1显示了一个不利的“渐进的触地得分,”和有一个缓慢上升的AE信号增加交通的能力。ABS-2着陆性能介于ABS-1和ABS-3。急剧降落行为是首选,因为它给出了一个定义良好的估计的幂接触磁盘润滑剂。

的急剧降落ABS-3特点是强烈的个人的时间历史AE信号的峰值而逐渐降落ABS-1显示均匀增加AE信号在薄膜电路脉冲如图2。(AE信号在这些情节已经转移1 V向他们展示清楚。)

此外,测试overpush(即。,TFC power above the TDP) reveal that ABS-3 with “sharp touchdown” shows an “overshoot behavior” with very strong AE signal at powers slightly above the TDP and a subsequent suppression of AE signal when the power increases into overpush as seen in Figure3。相比之下,ABS-1与“渐进着陆”没有“过度”的行为但AE检测接触overpush逐渐增加。ABS-2 ABS-3和ABS-1之间的行为。

模拟这三个ABS设计表明,着陆锐度的增加与减少压力下交通突出在着陆,提高交通效率,降低TDP(表1)。也观察到润滑剂皮卡是ABS-3 ABS-2或ABS-1相比更高。

虽然背后的物理机制的解释不同ABS着陆签名需要进一步全面研究,重要的相关性可能从这些结果。强烈的个人峰值ABS-3咬合/快速行为的证据,这是一个自然不稳定的迹象在着陆滑块。它突出显示的圆周位置峰值不保持固定在着陆的重复测试,因此不引起的磁盘缺陷。管理单元/快速过程导致更高层次的头磁盘润滑剂交互,这与相关的润滑剂ABS-3皮卡。也可能认为薄膜电路的低压膨胀ABS-3使它更容易为润滑剂相比,从磁盘转移到滑块腹肌交通膨胀压力较高的设计,如ABS-1和ABS-2。

3.2。类似的实验结果

另一组的实验与ABS-2显示,触地得分可以大幅或逐步根据磁盘RPM(或线速度)如图4。具体来说,一个较低的磁盘转速增加了着陆敏锐和磁盘转速降低着陆清晰度更高。也观察到着陆性能降低的滑块(图中虚线所示4),滑块抛光的控制方式是通过增加交通能力高于TDP在单独的磁盘。对于7200 RPM的情况在图的结果4突出的可能性假TDP检测:AE阈值,虚应案例展示了一个渐进的AE上升到95兆瓦,但102 mW的AE急剧升值是实际的计划书。然而,铮亮的情况下读取错误TDP在93 mW由于缓慢上升的AE AE发生之前大幅上升,触地得分。时间的历史观察的AE信号类似于不同的ABS设计;即强烈的个人AE峰值出现大幅降落,3600 RPM的情况和均匀增加AE信号的出现RPM逐渐降落(图5)。ABS-2这些类似的结果提供了一种方法来探测相同的人类发展指数在不同磁盘RPM理解的变化发生在AE和LDV信号为“大幅”和“渐进”以及overpush着陆签名。

3.3。LDV频谱和AE信号的内容

实验是进行ABS-2 AE信号同步捕获和LDV信号以确定对应的频率弯曲和滑块垂直运动,看到他们出现在AE信号。测试进行的权力增加TDP(即以上。overpush)。ABS-2设计,模拟空气轴承频率在5400 RPM和1 nm最小间距142千赫(卷),167千赫(pitch-1),和324千赫(2)。

为每个overpush测试在不同的转速,进行人物6显示了概要文件的应用薄膜电路电压和时间的历史LDV信号在一个阴谋,和相应的接头时间LDV信号的频谱在单独的阴谋。看到数字,薄膜电路电压从零增加到目标overpush价值50毫秒之间(100毫秒),仍然在这个值(100毫秒到200毫秒),并减少回零(200毫秒到250毫秒)。overpush政权期间,滑块振动兴奋是由于接触,和情节上的显性激励频率识别显示联合时频谱。是观察到的3600 RPM低频率(尤其是139、148和165 kHz接近模拟卷和pitch-1空气轴承频率)是显性的,而7200 RPM的空气轴承321 kHz频率越高(对应于2空气轴承频率)是主导。这个结果表明/着陆的本质和联系机制在人类发展指数是由磁盘转速显著改变。特别在这种情况下,激动的振动模式在接触从低频率转移pitch-1磁盘和卷模式在较低转速,高频率2模式磁盘转速更高。pitch-1节点线穿过拖曳滑块,及其激励一般与更强的滑块整个身体的运动。事实上,这样的激励可能负责更强的“急剧降落”签名。相比之下,2节线接近滑块的前端,及其励磁只引起的垂直弹跳运动结束之后,结果只在局部接触交通凸起位置,和,因此,导致较弱的“渐进着陆”签名。猜测,以类似的方式,着陆过程激发不同的振动模式的三个不同的ABS设计部分中给出3.1在着陆的时候,因此导致非常不同的敏感性。

AE信号在不同频率的分量LDV信号绘制在图中观察到7观察他们如何改变薄膜电路功率的函数。(添加所有这些组件的累积效应将导致情节如图4)。在3600 RPM着陆的大幅上升148 kHz组件和组件没有显示逐渐上升。在5400 RPM, 148 kHz组件显示逐渐上升,但着陆的急剧上升在321 kHz组件。在7200 RPM,没有组件与急剧上升,和321 kHz组件显示逐渐上升。

这些结果表明,在3600 RPM是由滑块接触的pitch-1和辊运动(连同任何suspension-related运动产生频率峰值在65 - 100 kHz地区。)在7200 RPM,联系主要是由滑块在2的振动频率。在5400 RPM,交互是上述两种模式的组合:随着交通能力的增加,逐步增加148 kHz组件发生第一,但强烈的振动2模式(321 kHz)最终着陆。

这些结果与最近的研究表明,近间距lubricant-contact发作,平面剪切力和摩擦力可以破坏某些ABS的滑块设计导致发生居多的悬架和更低的空气轴承振动频率(60 - 200千赫在我们的例子中),而强接触磁盘使滑块的振动频率较高的内容(高于200 kHz) [9]。

3.4。摩擦接触的测量

摩擦力量在人类发展指数成为重要的接触条件和可能实际上发挥主导作用在人类发展指数和滑块动力学性能。Friction-induced滑块磨损,以及润滑剂和再分配磁盘大衣损坏,需要仔细检查探索未来设计能够适应一定程度的头磁盘接触。

实验设计了测量摩擦力方向downtrack在接触和overpush条件检测夹具上的应变计持有自旋头万向节装配站。应变计的电压信号可以转换成力测量确定应变计的校准常数。执行这样一个校准使用通常的技术:通过注意的应变计电压信号对应于不同标准的部队,由暂停应用标准重量的夹具,并随后拟合线性曲线。

一旦确定进行测试跟踪计划书,交通是驱动电压概要文件有100 ms住时间的最大力量。有人指出应变式低带宽,和一些实验表明,停留时间至少100 ms有必要允许应变计响应摩擦力,给好,可重复的测量。所有实验都进行了与ABS-2参考“标准磁盘”,除非另有指定。

3.4.1。摩擦、AE和滑块接触

数据8(一个)和8 (b)显示薄膜电路电压概要和由此产生的滑块反弹(位移和速度),AE检测接触,摩擦力,分别为10兆瓦和20 mW overpush。很明显,滑块反弹和AE信号居高不下整个overpush地区10 mW overpush情况下,它们被压制(在最初过度地区)20 mW overpush情况。摩擦力测量的应变计,然而,继续增加的overpush指示一个更高层次的干扰和联系大overpush权力即使AE检测接触和滑块动力学得到抑制。(指出,抑制状态的AE信号的振幅明显高于基线AE信号没有交通的权力,这意味着一定量的联系)。

3.4.2。磁盘粗糙度的影响

磁盘粗糙度扮演着一个重要的角色在人类发展指数的性能。合并后的滑块和磁盘粗糙度影响人类发展指数的名义物理间距,交互力的大小(分子间/胶等),和实际的接触面积,从而影响接触,摩擦力的大小。参数研究进行了三个磁盘类型:磁盘A, B, C和降低粗糙度,依次,表面粗糙度参数列在下表中2,在那里是均方根粗糙度,最大峰高,山谷的最大深度。这些磁盘涂以ZTMD润滑剂12名义厚度。

首先,几个滑块进行测试使用相同的标准确定计划书磁盘,每个磁盘上,B和c表2介绍了计划书的变化(例如,δTDP)每个磁盘上,B和C相比TDP标准磁盘上。标准的粗糙度是类似于磁盘a .这种差异TDP转换为间隙获得价值(即增加标准磁盘)的间隙,使用转换因子为0.119 nm / mW,即交通效率估计ABS-2的模拟。图9以图形形式显示相同的信息和突出了磁盘粗糙度之间的线性关系(或)和间隙。自热突出接触粗糙度的山峰,间隙之间的关系获得(图9 (b))是重要的,是看到每下降1海里有一个0.8 nm实际获得的人类发展指数在间隙范围的表面粗糙度值被认为是在这些实验。

接下来,磁盘上的摩擦粗糙度的依赖是调查进行磁盘上的三个“摩擦测试”类型。新(虚应)滑块在新的测试跟踪,确定计划书,和权力配置文件提供的交通加热器是100 ms停留时间(如图8)。交通高峰电力从TDP增加到最大的TDP + 50 mW 5 mW增量,然后同样减少回计划书。平均摩擦由应变计测量在每个电力步骤列表。同一磁盘上的所有测试进行跟踪。测量摩擦值绘制的那些“虚应”情况。相同的滑块,这是现在认为的“美化”,因为overpush测试,飞在相邻车道和摩擦测试重复获得摩擦值“美化”。图10 ()显示了应变计测量摩擦情节代表值的函数overpush薄膜电路的高压加热器。

二次曲线通过原点适合摩擦测量“虚应”和“美化”的情况下,和这条曲线的斜率10兆瓦overpush点是用于获得“摩擦(μN)每毫瓦特overpush力量”的价值。图10 (b)情节这些摩擦值测量三个磁盘类型(A、B和C)基于实验有三个新的滑块在每个磁盘类型。虽然没有特定的趋势相关的测量摩擦和表面粗糙度,铮亮的滑块的摩擦较高相比虚应滑块在所有测试。滑块滑块表面抛光穿、柔滑,增加实际热突出和磁盘之间的接触面积,从而导致更高的摩擦力。

为了直接比较三种磁盘之间的摩擦值,另一组实验是由飞相同的“美化”滑块连续三个磁盘类型。滑块是一种受控的方式在光洁的单独使用前测试。摩擦对overpush权力是绘制在图10 (c)使用数据从两个“美化”。基于这些结果认为磁盘粗糙度的范围内考虑这项工作没有显著影响磁盘表面粗糙度的测量摩擦。

3.4.3。润滑剂的影响参数

摩擦测试来确定润滑剂的效果进行类型/粘结摩擦接触。磁盘与三个不同的润滑剂类型/键使用比率:润滑油(保税比例61%,10.5),润滑油(69%保税、10.5),和润滑油B(82%保税,12)。图(11日)显示了三个媒体摩擦力测量“虚应”和“美化”滑块(基于三个实验)。摩擦值具有可比性的虚应滑块在所有三个磁盘类型。而光洁的摩擦力值和虚应滑块磁盘上具有可比性和润滑油保税比例,61%和69%的摩擦与润滑的滑块在磁盘上B保税比例相对高于82%虚应滑动条。这个结果是一致的结果计划书所发生的变化,因为摩擦测试,计划书改变摩擦测试之前和之后的滑块抛光。如图11 (b)最高的抛光(最高δTDP)发生新的“虚应”滑块润滑油B 82%保税磁盘。由于大滑块抛光这个磁盘上,摩擦更高进行后续测试时的滑块。

直接比较的摩擦值报告图11 (c)基于测试进行了三种不同的磁盘上连续使用两个“美化”滑块,它显示了磁盘上的小幅增加摩擦值与润滑油B保税比例82%。

摩擦测试进行理解的影响移动的一部分润滑剂摩擦和滑块抛光。磁盘保税润滑油10.5 61%分数delubed Vertrel XF沉浸在一个解决方案的解决方案消除移动润滑剂。6 delubed磁盘有一个润滑剂的厚度(保税润滑油)。图12(一个)显示了测量摩擦虚应的避孕套和delubed磁盘和滑块的情况。虚应摩擦值以及美化款磁盘上的滑块是相似的,而且与摩擦值测量的虚应滑块delubed磁盘。然而,摩擦是更高的铮亮的滑块delubed磁盘。图12 (b)显示滑块抛光(δTDP高摩擦测试)测试后进行delubed磁盘暗示一个虚应滑块大大提升在这个磁盘类型,和后续的摩擦高测试进行抛光的滑块。这些结果强调的移动部分的重要作用在减少摩擦和润滑滑块抛光,从而增加接触的人类发展指数的可靠性。

3.4.4。交通效率的影响

热突出物大小和形状在滑块的触地得分显著差异和联系的行为。摩擦在接触不同的滑块ABS /加热器设计绘制在图13虚应和抛光的情况下,同样的数据列在下表中3每个设计一起从模拟交通效率估计。可以看出摩擦力量增加随着交通效率的增加,也可能被解释成以下参数。overpush相同数量的权力,提高交通效率滑块将有更大程度的干扰(因为一个更大的突出)。结果,有效接触面积更大更高的交通效率情况下,反映在更高的测量摩擦。

3.4.5。磁盘转速的影响

着陆情节之间的相似之处和联系的签名ABS-2在不同磁盘rpm的ABS与不同交通效率突出显示部分设计3.2。特别,它表明,在一个更高的RPM ABS-2像一个设计与交通效率低(显示逐步触地得分图),并以更低的RPM ABS-2像一个设计与交通效率高(显示急剧降落的情节)。

摩擦测试结果ABS-2在不同转速符合上述类比和部分中给出的结果3.4.4。图14表明,摩擦增加磁盘转速降低;即当ABS-2表现得像一个滑块和薄膜电路效率高通过减少RPM,它展现了特性急剧降落情节和更高的摩擦。

4所示。结论

交通的着陆行为滑块通过实验调查。某些着陆时滑块表现出大幅上升的AE信号功率增加时毫瓦特步骤而其他人展示逐渐崛起很难准确定义TDP毫瓦特的决议。一个类似的行为发生在磁盘转速改变特定滑块腹肌。发现着陆时激励的主要模式/频率明显不同的在这些情况下导致非常不同的着陆签名。尤其是急剧降落情况的特点是强烈的个人接触事件作为AE信号,观察和显性激励发生在频率对应于滑块的第一球和滚模式除了悬挂频率的。相比之下,逐渐着陆情况下的特征是统一的AE信号上升/薄膜电路脉冲的持续时间,以及显性激励发生在滑块的第二个音高模式。着陆时的压力下交通突出,交通效率,润滑剂与着陆皮卡显示相关行为的倾向,可以用作设计滑块具有良好的触地得分指标特性。实验设计在人类发展指数测量摩擦在TFC-induced接触,和几个参数进行调查。在参数值的范围考虑,磁盘表面粗糙度不明显影响在接触摩擦。移动的一部分润滑剂中扮演一个重要的角色在减少摩擦以及滑块抛光。的滑块显示摩擦值高于虚应滑块,因为有效的/实际接触面积的增加,,出于同样的原因,交通效率较高的滑块显示更高的交通效率较低的摩擦滑动器相比。

确认

这项工作得到了加州大学伯克利分校计算机力学实验室和日立环球存储技术。作者感谢戴,l . Dorius XC。郭,b .石阶上,r . Waltman的支持和有益的讨论过程中这项工作。

引用

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