专利名称：测试磁头滑块性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有用于控制磁头滑块和磁盘之间间距的飞行高度驱动器 的信息记录磁盘驱动装置，尤其涉及一种在实际飞行状态下测试该磁盘驱动装 置的磁头滑块的性能的方法，该方法非常有利于磁头滑块在优化磁头磁盘干扰 及其性能方面的设计。
背景技术：
磁盘驱动单元是一种利用磁性介质存储数据的信息存储装置，并有一可移 动的磁性读/写元件定位在磁性介质上，以选择性地从磁性介质读取或向磁性介 质写入数据。
图la所示为传统的磁盘驱动装置，磁盘101安装在主轴马达102上并由其 旋转。音圏马达臂104上连接有磁头折片组合100，该磁头折片组合100上设置 有f兹头滑块103,该一磁头滑块103上安装有读写头。 一音圈马达(图未示)控制 音圈马达臂的运动，进而控制磁头滑块103在磁盘101的表面上的磁轨之间的 移动，最终实现读写头在磁盘101上数据的读写。在工作状态时，磁头滑块103 和旋转的磁盘101之间形成空气动力性接触，并产生升力。该升力与大小相等 方向相反的由磁头折片组合100施加的弹力相互平衡，因此在马达臂104的整 个径向行程中，磁头滑块103在旋转的磁盘101的表面上方维持预定的飞行高 度。
图lb显示了从底部看图la所示的磁头滑块的立体图。如图所示，用于实 现磁头滑块103对磁盘101进行数据读/写操:作的磁性读/写元件116成型在》兹头 滑块103的一个侧面上。磁头滑块103具有一个面对,兹盘101的空气承载面117 (ABS, air bearing surface)。当磁盘驱动装置处于工作状态时，磁头滑块103
4的空气承载面117和高速旋转的磁盘101之间产生空气动力性接触，从而使得 磁头滑块103动态地浮动在磁盘101上方进而执行数据读/写操作。
磁头滑块和磁盘表面之间的空隙或间距，更准确地说是磁头滑块的最低飞 行点(minfly point)和磁盘表面之间的空隙或间距被称为飞行高度，这里所说 的磁头滑块的最低飞行点是指磁头滑块上最接近磁盘表面的点。磁头滑块的飞 行动力和飞行高度受到许多因素的影响，例如磁盘的旋转速度，磁头滑块的空 气承载面的空气动力性图案，悬臂件施加给i兹头滑块的压力及悬臂件施加给》兹 头滑块的俯仰和翻转力矩。
通常建议磁盘驱动装置使用飞行高度驱动器来改变磁头滑块和磁盘表面之 间的间距。 一类飞行高度驱动器是热驱动器，该驱动器具有一个安装在磁头滑 块上且位于读/写元件附近的电阻加热元件。当电流施加到加热元件，其扩张导 致读/写元件凸出进而导致读/写元件移近所述》兹盘表面。其它用于将读/写元件相 对于磁头滑块移动的飞行高度驱动器包括静电微驱动器和压电驱动器。另一类 型的飞行高度驱动器通过改变气流或磁头滑块的空气承载面的图案来改变磁头 滑块和磁盘之间的间距，这些飞行高度驱动器同样基于热、静电或压电技术。 磁头滑块和磁盘之间的间隙可以通过上述飞行高度驱动器来控制和维持。
由于近来磁盘驱动装置的高容量、高密度和紧凑型的发展趋势，切线方向 上的位密度BPI (bits-per-inch)和径向的轨密度TPI (tracks-per-inch)也有了相 应地增加，因而要求更精确的操作去控制磁盘驱动装置。
虽然^磁头滑块和^f兹盘的间隙可以通过飞行高度驱动器来维持，但是读元件 和磁盘表面的间隙不可能保持一致，因为读元件对于机械碰撞非常灵敏，不能 作为磁头滑块的最低飞行点。因而，即使磁头滑块和磁盘之间维持相同的间隙， 因为不同的磁头滑块具有不同的读元件设计，所以其具有不同的性能。
典型地，判断磁头滑块性能，动态飞行高度(DFH, dynamic fly-height) 伽玛比率(gamma ratio)是一个关键的参数，动态飞行高度伽玛比率描述了磁 头滑块的机械最低飞行点的移动与其读元件的移动的比率。为了阐明动态飞行 高度伽玛比率，引进"读元件空隙间距损失"(Rgap spacing loss )—词，这个词的意思是指当磁头滑块飞行在旋转的磁盘上时，读元件和磁头滑块的最低飞行 点之间的间距。读元件空隙间距损失对于磁头滑块的性能影响显著，尤其是对 其读性能。伽玛比率数值越低，最低飞行点和读元件之间的间隙越大，即读元 件空隙间距损失越大。磁头滑块的设计目标是使伽玛比率值尽可能的接近l。伽 玛比率值为1 A^^t学和^F兹头滑块性能的理想状态，因为其保持了读元件和》兹 头滑块的最低飞行点之间的间隙为一个常数值，从而使读元件和》兹盘之间的间 距为常数值。因此，动态飞行高度伽玛比率的测试可以提供关于如何改进或优 化一磁头滑块的数据。
现有技术中，我们可以利用原子力显微镜(AFM， atomic force microscope) 或Wyko动态飞行高度凸起轮廓简单的模拟或测试动态飞行高度伽玛比率。然 而，这些方法都是在静态环境下或没有飞行J 某介冷却效果的情况下对^f兹头滑块 进行测试，所以传统方法测出的伽玛比率不能反映在实际的旋转磁盘的情况下 的磁头滑块，也不能为优化磁头滑块提供准确数据。另一种现有的可行的测试
动态飞行高度伽玛比率的方法是用分辨率粗略代表读元件间距。通常，分辨率 值通过以下等式计算分辨率RESM=TAA ( MF ) /TAA ( LF ),其中，TAA ( MF ) (Track Average Amplitude of Middle Frequency)为在中频写操作情况下》兹盘的反 馈信号的振幅，而TAA(LF) (Track Average Amplitude of Low Frequency)为在低
频写操作情况下磁盘的反馈信号的振幅。然而，分辨率会受到许多因素的影响，
如读元件屏蔽间隙(reader shied gap )和初始的突出(PTR, protrude )凹陷差(recess level)。因此，仅用分辨率估计动态飞行高度伽玛比率是不充分的且易与其它因 素混合，用这种方法测出的动态飞行高度伽玛比率也不够准确。
因此，亟待一种改进的方法在实际飞行状态下更准确地测试》兹头滑块的动 态飞行伽玛比率
发明内容
本发明的目的在于提供一种能更准确地测试磁盘驱动装置中处于实际飞行 状态下的磁头滑块的性能的方法，该方法有利于磁头滑块的设计从而优化磁头 磁盘干扰及其性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于测试磁盘驱动装置的磁头滑块的 性能的方法，该磁盘驱动装置具有可旋转的磁盘，安装在所述磁头滑块上用于 从所述f兹盘上读取数据的读元件和用于改变所述》兹盘和所述》兹头滑块之间间距
的飞行高度驱动器。所述方法包括
(1) 旋转所述磁盘并将所述磁头滑块以一定的初始飞行高度置于所述旋转 的i兹盘上方；
(2) 驱动所述飞行高度驱动器使所述磁头滑块接触到所述磁盘并记录所述 磁头滑块的读元件的降落高度；
(3) 以预定的返回量将所述》兹头滑块从所述^兹盘返回；
(4) 测试所述》兹头滑块的动态性能，获得一个关于所述^f兹盘和所述^ 兹头滑 块之间间距的参数值；
(5) 改变所述磁头滑块的初始飞行高度；
(6) 保持返回量固定不变，重复步骤(2)至(4);及
(7) 根据至少部分纪录的所述降落高度和获得的所述参数值计算所述磁头 滑块的动态飞行高度伽玛比率。
在本发明方法的一个实施例中，步骤(2)通过给所述飞行高度驱动器提供 驱动电能来实现，步骤(3)通过以与所述返回量相对应的量降所述低驱动电能 来实现。
可选地，步骤(5)可以通过以下任何方式实现调整所述^兹头滑块的负载、 调整所述磁头滑块的姿态、调整所述磁头滑块的厚度、改变所述磁头滑块的空 气承载面的图案，和/或改变所述磁盘的旋转速度。
在本发明方法的另一个实施例中，动态飞行高度伽玛比率根据如下等式计 算而4寻Delta[reference value]=K* Delta[touch down spacing] *[1/DFH gamma mtio-1],其中，所述Delta[referencevalue]表示所述参数值的变化，K表示一个实-睑系tt, Delta[touch down spacing]表示降落高度的变化，而DFH gamma ratio表 示动态飞行高度伽玛比率。
在本发明方法的再一实施例中，步骤(4)为分辨率测试，所述参数值为分 辨率值，所述分辨率值通过中频与低频时信号振幅的比率计算而得。
较佳地，所述系数K的值通过关于分辨率的间距灵敏度试验获得且K等于2。
在本发明方法的又一实施例中，所述参数值为脉宽值。
可选地，所述飞行高度驱动器位于所述磁头滑块上且为热驱动器、静电驱 动器和压电驱动器中的任一种。
与现有技术相比，本发明的方法在磁头滑块飞行在旋转的磁盘上方时测试 其动态飞行高度伽玛比率，并用分辨率的变化值代替了绝对的分辨率值，因为 读元件的屏蔽间隙和初始的突出凹陷差使分辨率有固定的误差但并不影响不同 初始飞行高度下分辨率的变化值，所以根据本发明方法测出的动态飞行高度伽 玛比率不受其它因素影响，更为准确。因此，本发明的方法可以情况下清楚地
确定和区分动态飞行高度比率在飞行状态下的影响，进而有利于改进^ 兹头滑块 的设计，优化磁头磁盘干扰及其性能。
通过以下详细的描述并结合附图，本发明的其他方面、特征和优点将更容 易理解，这些附图通过举例描述了本发明的原理。
图la是传统磁盘驱动装置的部分立体图。 图lb是图la所示磁盘驱动装置的磁头滑块的立体图。 图2是本发明测试磁头滑块的动态飞行高度伽玛比率的方法的一个实施例 的流程图。
图3是飞行在磁盘表面的磁头滑块的尾部的截面图，显示了磁头滑块上的 热飞行高度驱动器、读元件和写元件。
图4a-4c是将磁头滑块在磁盘上方的飞行高度从初始飞行高度调节至预定高 度的过程的示意图。
8图5a-5b显示了保持返回量固定不变的情况下磁头滑块的读元件空隙间距 损失和初始飞行高度的关系。
图5c显示了具有不同的动态飞行高度伽玛比率的磁头滑块的读元件空隙间 距损失和初始飞行高度的关系。
图6a是显示了读元件空隙间距损失和降落高度的关系的数据图表。
图6b是显示了读元件空隙间距损失的变化与降落高度的变化之间关系的数 据图表。
图6c是显示了分辨率的变化与降落高度的变化之间关系的数据图表。
图7是显示了不同磁头滑块的动态飞行高度伽玛比率的测试结果的数据图表。
具体实施例方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元 件。如上所述，本发明提供一种准确测试磁盘驱动装置中处于实际飞行状态下 的i兹头滑块性能的方法，利用该方法获得理想的动态飞行高度伽玛比率，进而 优化磁盘驱动装置的磁头磁盘干扰及性能。
参考图2,所述测试磁盘驱动装置中处于实际飞行状态下的磁头滑块的性能 的方法包括如下步骤(111)旋转所述磁盘并将所述磁头滑块以一定的初始飞 行高度置于所述旋转的磁盘上方；(112)驱动所述飞行高度驱动器使所述磁头 滑块接触到所述磁盘并记录所述磁头滑块的读元件的降落高度；(113)以预定 的返回量将所述磁头滑块从所述磁盘返回；(114)测试所述磁头滑块的动态性 能，获得一个关于所述磁盘和所述磁头滑块之间间距的参数值；(115)改变所 述磁头滑块的初始飞行高度；(116)保持返回量固定不变，重复步骤(112)至 (114);及(117)根据至少部分纪录的所述降落高度和获得的所述参数值计算 所述i兹头滑块的动态飞行高度伽玛比率。
图3是飞行在磁盘表面的磁头滑块的尾部的截面图。磁盘10沿箭头600方向的旋转在磁头滑块13的空气承载面和磁盘10的表面11之间产生空气承栽力。 在磁盘驱动装置的工作过程中，所述空气承载力与悬臂件的弹力相平衡，支承 所述磁头滑块13以一定小常量的间距微微偏离所述磁盘表面11,该间距被称为 磁头滑块13的飞行高度。图3还显示了安装在磁头滑块13上的读/写元件21, 例如， 一个^f兹阻读元件60和写元件70。所述写元件70为感应式写元件，其具 有两写才及72、 73和位于两写极72、 73之间的线圈71。
所述磁头滑块13还包括用于调整所述读/写元件21与所述;兹盘表面11之间 间距的飞行高度驱动器。图3所示的飞行高度驱动器是一个具有电阻加热元件 或加热器80的热驱动器，所述加热器80与飞行高度控制器(图未示)电性连 接且由其控制。飞行高度控制器是控制提供给加热器80的电流量的能量源，例 如通过控制可变电阻的设置来控制电流量。当电流提供给加热器80,所述加热 器80扩张导致所述读/写元件21突出，如图中虚线102所示，使得所述读/写元 件21移近所述》兹盘表面11。
所述飞行高度驱动器也可以为静电驱动器或压电驱动器。现以热驱动器为 例，本发明的测试方法将在下文中详细描述。
文中"降落" 一词的意思是所述》兹头滑块13的最低飞行点接触到所述》兹盘 表面11，而"降落高度" 一词表示当磁头滑块13处于降落状态时读元件的移动 距离。
以图3所示的^f兹头滑块和^f兹盘为例，图4a-4c描述了本发明方法的步骤(111) 至(113)。在图4a-4c中，点"读元件"代表读元件60而点"最低飞行点"代 表磁头滑块的最低飞行点。如图4a所示，磁头滑块13以一定初始飞行高度位 于旋转的磁盘10上方，此时飞行高度驱动器不工作，也就是说该状态下提供给 所述加热器的电能为0。接着，提供电流至所述加热器80使所述磁头的最低飞 行点接触到f兹盘10并记录读元件的降落高度为touch down spacing ( 1 ),即读元 件位置的改变量。然后，减小供给加热器80的电流量使所述^兹头滑块13返回 到距所述磁盘预定返回量的位置，例如lnm。所述飞行高度驱动器必须可以准 确调整，从而磁头滑块13的返回量，即读元件的移动量可以被控制。所述调整要求导致所述磁头滑块降落的驱动电能的值为已知。因为所述飞行高度驱动器
为具有安装在磁头滑块上读/写元件21附近的电阻加热器80的热驱动器，所以 控制信号的值为导致降落的加热量的值。然后根据磁头磁盘间距相对于加热能 量值的灵敏度，计算与磁头滑块预定的返回量相对应的加热能量的减小量。根 据计算值改变加热能量，维持磁头滑块以预定的飞行高度飞行在磁盘上方。专 利号为7,180,692的美国专利揭露了控制磁头滑块降落和维持磁头滑块在预定飞 行高度飞行的方法，在这里结合供参考。
现在所述》兹头滑块13以固定的飞行高度飞行在旋转的^兹盘10上方，在这 种情况下测试所述磁头滑块13的动态性能，获得一个参数值Ml,此为步骤
(114)。作为较佳实施例，分辨率值被用作参数值。
接下来，通过调整所述磁头滑块的负载、姿态、厚度和/或磁盘的旋转速度 来改变所述磁头滑块的初始飞行高度，这是步骤(115 )。重复步骤(112 )至(114), 获得另 一个降落高度值touch down spacing ( 2 )和另 一个参数值M2，这是步骤
(116)。
最后，将参数值M1、 M2和降落高度值代入等式(1)中计算动态飞行高度 伽玛比率。等式(1)为
K*[touch down spacing (1) — touch down spacing (2)]*(1/DFH gamma ratio - 1)
=M1-M2
茛卩K*Delta[touch down spacing]*(1/DFH gamma ratio國1)
=Delta [ reference value]
其中，Delta[touch down spacing]为降落高度差，Delta [ reference value]为参 数值差。上述等式(1)的原理和推算过程将在下文中详细描述。
等式(1)由以著名的华莱士空间》兹损失(Wallace spacing loss)关系为基础 的读元件空隙间距损失等式推导得出。如图4a-4b所示，
Rgap spacing loss=(minfly actuation — reader actuation) + step delta, 其中 minfly actuation表示最j氐飞4亍,泉4立-多，reader actuation表示读元4牛4立牙多。
根据动态飞行高度伽玛比率的定义可以得到DFH gamma ratio=reader actuation/minfly actuation, 所以，Rgap spacing loss =(reader actuation/DFH gamma ratio — reader actuation) + step delta =(1/DFH gamma ratio -l)*reader actuation+ step delta (2)
从上述等式可以看出如果最低飞行点是读元件，动态飞行高度伽玛比率等 于l，此时读元件空隙间距损失等于》兹头滑块初始状态时读元件的阶差。阶差是 一个与磁头滑块的初始飞行高度无关的常数值，所以读元件空隙间距损失也为 与初始飞行高度无关的常数值。这种情况是理想情况。再参考图5a-5b,如果动 态飞行高度伽玛比率小于1，磁头滑块13的初始飞行高度越高，读元件空隙间 距损失越大，即使所述磁头滑块13的最低飞行点与所述磁盘IO之间的距离相 同。也就是说，如果读元件不是磁头滑块的机械最低飞行点，读元件空隙间距 损失将与读元件驱动力有关，进而与磁头滑块的初始飞行高度有关，因为读元 件驱动力与磁头滑块的初始飞行高度相关。如图5c所示，动态飞行高度伽玛比 率越小于l，这种情况将越严重。
返回量固定不变时，Rgap spacing loss= [touch down spacing - backoff amount]*[1/DFH gamma ratio國1] + step delta, 其 中阶差step delta是个常数值，Rgap spacing loss表示读元件空隙间距损失， backoff amount表示返回量。
当磁头滑块具有第 一初始高度时， Rgap spacing loss (1)= *[1/DFH gamma ratio -1] + step delta (3 a)
当磁头滑块具有与第 一初始高度不同的第二初始高度时， Rgap spacing loss (2)= *[1/DFH gamma ratio -1]十step delta (3b) 因此，
Delta (Rgap spacing loss)=
12[Delta (touch down spacing)] * [1/DFH Gamma ratio -1] (4) 其中，Delta [Rgap spacing loss] = Rgap spacing loss(2) - Rgap spacing loss (1)，而 Delta [touch down spacing] = touch down spacing (2) - touch down spacing (1)。
另一方面，读元件空隙间距损失的变化与参数值的变化有关系，其关系可以 用以下等式表示K * Delta [Rgap spacing loss] = Delta [reference value] (5) 其中，K表示与磁头滑块的固定的返回量和参数值类型有关的实验系数。
从关于分辨率的间距敏感度试验中，我们可以得到分辨率值和读元件空隙 间距损失的关系。基于如图6a-6c所示的实验数据可以看出，如果磁头滑块的返 回量为lnm,系数K为2。因此，如果利用分辨率值作为参彩:值，等式就变为 Delta [resolution value] =2*Delta [touch down spacing]*[1/DFH gamma ratio-1] 其中，Delta [resolution value]表示分辨率值之差。
与现有技术相比，本发明的方法在磁头滑块飞行在旋转的磁盘上方时测试 其动态飞行高度伽玛比率，并用分辨率的变化值代替了绝对的分辨率值，因为 读元件的屏蔽间隙和初始凸出凹陷层使分辨率有固定的误差但并不影响不同初 始飞行高度下分辨率的变化值，所以根据本发明方法测出的动态飞行高度伽玛 比率不受其它因素影响，更为准确。因此，本发明的方法可以情况下清楚地确 定和区分动态飞行高度比率在飞行状态下的影响，进而有利于改进磁头设计， 优化磁头磁盘干扰及其性能。
所述参数值也可以是脉宽值或其他合适的参凄t值。
图7显示了不同类型的磁头滑块的动态飞行高度伽玛比率的测试结果。可 以从图中的动态飞行高度伽玛比率判断磁头滑块的性能，然后利用这些数据优 化》兹头滑块。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示 的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
权利要求
1.一种用于测试磁盘驱动装置的磁头滑块性能的方法，所述磁盘驱动装置具有可旋转的磁盘，安装在所述磁头滑块上用于从所述磁盘上读取数据的读元件和用于改变所述磁盘和所述磁头滑块之间间距的飞行高度驱动器，所述方法包括(1)旋转所述磁盘并将所述磁头滑块以一定的初始飞行高度置于所述旋转的磁盘上方；(2)驱动所述飞行高度驱动器使所述磁头滑块接触到所述磁盘并记录所述磁头滑块的读元件的降落高度；(3)以预定的返回量将所述磁头滑块从所述磁盘返回；(4)测试所述磁头滑块的动态性能，获得一个关于所述磁盘和所述磁头滑块之间间距的参数值；(5)改变所述磁头滑块的初始飞行高度；(6)保持返回量固定不变重复步骤(2)至(4)；及(7)根据至少部分记录的所述降落高度和获得的所述参数值计算磁头滑块的动态飞行高度伽玛比率。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤(2)通过给所述飞行 高度驱动器提供驱动电能来实现，步骤(3)通过以与所述返回量相对应的量减 小所述驱动电能实现的。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤(5)通过以下任何方 式实现调整所述磁头滑块的负载； 调整所述^f兹头滑块的姿态； 调整所述^f兹头滑块的厚度； 改变所述磁头滑块的空气承载面的图案；和/或改变所述磁盘的旋转速度。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述动态飞行高度伽玛比率是 根据以下等式计算而得Delta[reference value]=K* Delta[touch down spacing] *[1/DFH gamma ratio-1], 其中，所述Delta[referencevalue]表示所述参数值的变化，K表示一个实验系数， Delta[touch down spacing]表示降落高度的变化，而DFH gamma ratio表示动态飞 行高度伽玛比率。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤(4)为分辨率测试， 所述参数值为分辨率值，所述分辨率值通过中频与低频时信号振幅的比率计算 而>得。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于所述系数K的值通过关于分辨 率的间距灵敏度测试获得。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于所述系数K等于2。
8. 如权利要求4所述的方法，其特征在于所述参数值为脉宽值。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于所述飞行高度驱动器位于所述 磁头滑块上且为热驱动器、静电驱动器和压电驱动器中的任一种。
全文摘要
本发明公开了一种测试磁头滑块性能的方法，该方法包括如下步骤(1)旋转磁盘并将磁头滑块以一定的初始飞行高度置于旋转的磁盘上方；(2)驱动飞行高度驱动器使磁头滑块接触到磁盘并记录磁头滑块的读元件的降落高度；(3)以预定的返回量将磁头滑块从磁盘返回；(4)测试磁头滑块的动态性能，获得一个关于磁盘和磁头滑块之间间距的参数值；(5)改变磁头滑块的初始飞行高度；(6)保持返回量固定不变，重复步骤(2)至(4)；及(7)根据至少部分纪录的降落高度和获得的参数值计算磁头滑块的动态飞行高度伽玛比率。该方法可以测试实际飞行状态下磁头滑块的动态飞行伽玛比率，且测试结果不受读元件的屏蔽间隙和初始的突出凹陷差等因素的影响，所以测试结果更为准确。
文档编号G11B5/60GK101587715SQ20081010059
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月19日 优先权日2008年5月19日
发明者曾华斯, 梁卓荣, 民 谢 申请人:新科实业有限公司