用于密封数据存储系统的双阻挡层真空密封的制作方法

本发明的实施例可以大体涉及数据存储系统，并且更具体地涉及数据存储系统(诸如填充有轻于空气气体(lighter-than-air gas)的数据存储系统)的密封。

背景技术：

硬盘驱动器(HDD)是非易失性存储装置，其容纳在保护性外壳中并且将数字编码数据存储在具有磁性表面的一个或多个圆形磁盘上。当HDD在操作时，每个磁性记录盘被主轴系统快速旋转。使用由致动器定位在磁盘的特定位置上方的读写磁头来从磁性记录盘读取数据以及将数据写入磁性记录盘。读写磁头使用磁场以从磁性记录盘的表面读取数据以及将数据写入到磁性记录盘的表面。写磁头使用流过线圈的电力(其产生磁场)。在不同的正负电流模式下，电脉冲被发送到写磁头。写磁头线圈中的电流引起了横跨磁头与磁盘之间的间隙的磁场，所述磁场进而磁化了记录介质上的小区域。

正在制造在其内使用氦气实现气密的HDD。此外，比空气更轻的其他气体已被考虑用于替代密封HDD中的空气。例如，因为氦气密度是空气密度的七分之一，所以在氦气环境中密封和操作HDD有各种好处。因此，在氦气中操作HDD减少了作用在自转磁盘堆叠上的拖曳力和磁盘主轴电机所使用的机械功率。此外，在氦气中操作减少了磁盘和悬架的颤动(flutter)，从而通过使能更小、更窄的数据磁道间距来允许将磁盘放置成更靠近在一起并且增加面密度(可以存储在磁盘表面的给定区域上的信息位量的量度)。氦气的较低剪切力和更有效的热传导也意味着HDD将在较冷的情况下运行，并且将发出较少的声学噪声。由于低湿度、对海拔和外部压力变化的较低敏感性以及相对不存在腐蚀性气体或污染物，因此HDD的可靠性也增加。

此外，存在对大容量数字数据存储系统的商业需求，其中多个硬盘驱动器(HDD)被容纳在公共外壳中。数据存储系统通常包括容纳多个搁架的大型外壳，在所述多个搁架上安装多行HDD。例如，数据存储系统可以适用于在数据中心、企业等中使用。

本部分中描述的任何方法都是可以从事的方法，但不一定是以前设想或从事的方法。因此，除非另外指示，否则不应假定本部分中描述的任何方法仅因为其被包含在本节中而作为现有技术。

技术实现要素：

本发明的实施例针对数据存储系统组装件以及用于控制气密数据存储系统外壳内的内部环境的方法。数据存储系统组装件包括：气密外壳；双阻挡层密封系统，其包括彼此间隔开的第一密封构件和第二密封构件；以及真空源，其在密封构件之间的空间中进行操作以便在该空间中产生比在外壳中更低的压力。因此，空气、湿气和其他污染物可能被真空系统拦截，而不是泄漏到存储系统外壳的密封内部环境中并且污染该密封内部环境。实施例可以包括封闭在外壳中的轻于空气气体(lighter-than-air gas)以及容纳在外壳内的多个非气密数据存储装置。

在该“发明内容”部分中讨论的实施例并不意图提出、描述或教导本文讨论的所有实施例。因此，本发明的实施例可以包含附加的特征或与本部分中讨论的特征不同的特征。此外，在权利要求中没有明确叙述的本部分中表达的限制、元件、特性、特征、优点、属性等不以任何方式限制权利要求的范围。

附图说明

实施例在附图中以示例而非限制的方式示出，并且其中相似的参考数字表示类似的元件，其中：

图1是示出根据一个实施例的硬盘驱动器(HDD)的平面图；

图2是示出根据一个实施例的具有双阻挡层真空密封的数据存储系统的截面侧视图；以及

图3是示出根据一个实施例的用于控制气密数据存储系统外壳内的内部环境的方法的流程图。

具体实施方式

本发明描述了气密数据存储系统外壳的方法。在以下描述中，出于解释的目的，陈述了许多特定细节以便透彻理解本文所述的本发明的实施例。然而，将显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本文所述的本发明的实施例。在其他实例中，以框图形式示出了众所周知的结构和装置，以避免不必要地模糊本文所述的本发明的实施例。

说明性操作背景的物理描述

实施例可以在气密数据存储系统外壳的背景下使用，在其中可容纳多个硬盘驱动器(HDD)存储装置。在容纳于这种环境中的情况下，HDD的操作可能受到影响。因此，根据一个实施例，图1中示出了说明HDD 100的平面图，以便示出示例性操作背景。

图1示出包括滑动器110b的HDD 100的部件的功能布置，所述HDD 100包括读写磁头110a。滑动器110b和磁头110a可以共同地被称为磁头滑动器。HDD 100包括至少一个磁头万向架组装件(HGA)110，该HGA 110包括：磁头滑动器、通常通过挠曲件附接到磁头滑动器的引线悬架110c、以及附接到引线悬架110c的负载梁110d。HDD 100还包括可旋转地安装在主轴124上的至少一个记录介质120以及附接到主轴124上的用于旋转该介质120的驱动电机(不可见)。也可以被称为换能器的读写磁头110a包括写入元件和读取元件，其分别用于写入和读取存储在HDD 100的介质120上的信息。介质120或多个磁盘介质可以通过磁盘夹具128附着于主轴124。

HDD 100还包括：附接到HGA 110的臂132、托架134以及音圈电机(VCM)，该VCM包括电枢136(其包括附接到托架134的音圈(voice coil)140)和定子144(其包括音圈磁体(不可见))。VCM的电枢136附接到托架134并且被配置为移动所述臂132和HGA 110以便访问介质120的一些部分，所有这些都通过插入式枢转轴承组装件152来共同安装在枢轴148上。在HDD具有多个磁盘的情况下，托架134可以被称为“E形块”或梳状件，这是因为托架被布置成承载成组的臂阵列，该臂阵列给予所述托架134梳形的外观。

一种组装件，其包括：包括与磁头滑动器耦接的挠曲件的磁头万向架组装件(例如，HGA 110)、与挠曲件耦接的致动器臂(例如，臂132)和/或负载梁、以及与致动器臂耦接的致动器(例如，VCM)，可以被统称为磁头堆叠组装件(HSA)。然而，HSA可以包括比所描述的部件更多或更少的部件。例如，HSA可以指代还包括电互连部件的组装件。通常，HSA是被配置为移动磁头滑动器来访问介质120的一些部分以用于读取和写入操作的组装件。

进一步参考图1，包括去到磁头110a的写入信号和来自磁头110a的读取信号的电信号(例如，到VCM的音圈140的电流)通过柔性电缆组装件(FCA)156(或“柔性电缆”)来传输。柔性电缆156与磁头110a之间的互连可以包括臂电子装置(AE)模块160，该AE模块可以具有用于读取信号的板上/机载(on-board)前置放大器以及其他读取通道和写入通道电子部件。如图所示，AE模块160可以附接到托架134。柔性电缆156可以耦接到电连接器块164，该电连接器块164在一些配置中通过由HDD壳体168提供的馈电通路来提供电连通。HDD壳体168(或“外壳底座”或简称“底座”)与HDD盖相结合一起为HDD 100的信息存储部件提供半密封的(或在某些配置中气密的)保护性外壳。

其他电子部件(包括磁盘控制器以及含有数字信号处理器(DSP)的伺服电子装置)向驱动电机、VCM的音圈140以及HGA 110的磁头110a提供电信号。提供给驱动电机的电信号使得驱动电机能够自转从而向主轴124提供转矩，所述转矩进而传输到附着至主轴124的介质120。因此，介质120沿方向172自转。自转的介质120产生空气垫，该空气垫作为滑动器110b的空气轴承表面(ABS)骑跨于其上的空气轴承，使得滑动器110b在介质120的表面上方飞行而不会与其中记录信息的薄磁性记录层进行接触。类似地，在利用轻于空气气体(例如用于非限制性示例的氦气)的HDD中，自转的介质120产生作为滑动器110b骑跨于其上的气体或流体轴承的气体垫。

提供给VCM的音圈140的电信号使得HGA 110的磁头110a能够访问在其上记录有信息的磁道176。因此，VCM的电枢136通过弧180摆动，这使得HGA110的磁头110a能够访问介质120上的各个磁道。信息被存储在介质120上，所述信息处于布置在介质120上的扇区(诸如扇区184)中的多个径向嵌套磁道中。相应地，每个磁道由多个分扇区的磁道部分(或“磁道扇区”)组成，诸如分扇区的磁道部分188。每个分扇区的磁道部分188可以包括所记录的信息以及标题，该标题包含纠错码信息以及作为识别磁道176的信息的伺服突发信号模式(诸如ABCD-伺服突发信号模式)。在访问磁道176时，HGA 110的磁头110a的读取元件读取了向伺服电子装置提供位置误差信号(PES)的伺服突发信号模式，所述伺服电子装置控制提供给VCM的音圈140的电信号，由此使得磁头110a能够跟随磁道176。在找到磁道176并识别特定分扇区的磁道部分188之后，磁头110a根据磁盘控制器从外部代理(例如计算机系统的微处理器)接收的指令从磁道176读取信息或将信息写入磁道176。

HDD的电子架构包括用于执行其相应功能以进行HDD的操作的许多电子部件，诸如硬盘控制器(“HDC”)、接口控制器、臂电子模块、数据通道、电机驱动器、伺服处理器、缓冲存储器等。这些部件中的两个或更多个可以组合在被称为“芯片上系统”(“SOC”)的单个集成电路板上。这些电子部件中的若干个(如果不是全部)通常布置在耦接到HDD底侧的印刷电路板上，诸如耦合到HDD壳体168上。

本文提及的硬盘驱动器(诸如参考图1示出和描述的HDD 100)可以涵盖有时被称为“混合驱动器”的信息存储装置。混合驱动器通常是指这样一种存储装置，其具有传统HDD(参见例如HDD 100)与使用电可擦除和可编程的非易失性存储器(诸如闪存或其他固态(例如，集成电路)存储器)的固态存储装置(SSD)两者相结合的功能。由于不同类型的存储介质的操作、管理和控制通常不同，因此混合驱动器的固态部分可以包括其自己的相应的控制器功能，该控制器功能可以与HDD功能一起集成到单个控制器中。混合驱动器可以被构造和配置成以多种方式操作和利用固态部分，对于非限制性示例，所述方式诸如为通过使用固态存储器作为高速缓冲存储器以用于存储频繁访问的数据、用于存储I/O密集数据等。此外，混合驱动器可以基本上被构造和配置为单个外壳中的两个存储装置(即传统HDD和SSD)，具有用于主机连接的一个或多个接口。

引言

术语“气密”将被理解为描述被设计成名义上没有(或具有可忽略的)气体泄漏或渗透路径的密封布置。虽然本文可能使用诸如“气密”、“可忽略的泄漏”、“无泄漏”等术语，但是应注意的是，这种系统通常仍具有一定量的渗透性并且因此不是绝对无泄漏的。因此，本文可以使用期望“泄漏率”或目标“泄漏率”的概念。

术语“基本上”将被理解为描述大体上或近似地构造、配置、设定尺寸等的特征，但是其制造公差等可能实际上导致结构、配置、尺寸等不总是或未必精确地如所述的情况。例如，将结构描述为“基本上垂直”将赋予该术语其普通含义，使得侧壁出于所有实际目的是垂直的，但可能不是精确地处于90度。

如所讨论的，氦气和比空气轻的其他气体已经被考虑用作密封硬盘驱动器(HDD)中的空气的替代物，并且存在对在其中多个HDD或其他数据存储装置被容纳在公共外壳中的数字数据存储系统的商业需求。因此，用于大容量存储系统的一种“混合”方法可能是在容纳多个常规HDD的外壳内提供氦气的系统级密封。此外，弹性体密封件由于其易于制造及其低成本而成为用于系统级密封的有吸引力的候选者。然而，使用弹性体密封件的缺点是其在防空气、湿气和其他污染物方面的相对无效性，所述空气、湿气和其他污染物可能污染密封数据存储系统的密封内部环境并且不利地影响容纳于其中的HDD的操作。试图克服这种无效性的一种方法可能是采用氦气源(helium supply)来不断地更新密封体积并稀释污染物，但这种方法将需要显著大体积的氦气源/罐。

密封数据存储系统组装件

图2是示出根据一个实施例的具有双阻挡层真空密封件的数据存储系统的横截面侧视图。根据一个实施例，数据存储系统组装件200(“组装件200”)包括：气密外壳202；第一密封构件(或简称为“密封件”)204，其定位在外壳202与外部环境(例如，空气)的界面处；第二密封构件(或简称为“密封件”)205，其与第一密封构件204间隔开；以及真空源206。密封构件204、205的性质和成分可以随实施方式而变化。对于非限制性示例，第一密封构件204和第二密封构件205可以是弹性体、粘合剂(例如，环氧树脂)、层压件等。

如图所示，真空源206在第一密封件204与第二密封件205之间的空间207中操作，由此在空间207中产生比外壳202中的(流体或气体)压力更低的(流体或气体)压力。体现真空源206的气动系统的配置可以随实施方式而变化，并且为了清楚起见在图2中简化示出。对于非限制性示例，真空(或压力差)可以由真空泵、真空管线、文丘里管真空源等提供。此外并且根据实施例，真空源206可以被配置为进行操作以在空间207中连续地产生较低的压力，或者可以被配置为在空间207中间歇地产生较低的压力。根据实施例，通过在空间207中产生比在外壳202中更低的压力，真空源进一步在空间207中产生比外部环境中的大气压更低的压力。

在图2中，虽然组装件200被描绘为具有两组第一密封构件204和第二密封构件205以及真空源206，但这并非旨在意味着组装件200需要两个这种双阻挡层真空密封件。相反，该描述旨在反映组装件200包括底座214的实施例，其中在所述底座214的周边处，第一密封构件204和第二密封构件205被定位并且真空源206进行操作。对于非限制性示例，外壳202的底座214的形状可以是大致矩形的，其中第一密封构件204和第二密封构件205是围绕底座214的周边定位的同心FIPG(现场成形垫圈)密封件，其间出于真空目的而具有导管或充气增压气动结构。

根据一个实施例，组装件200还包括封闭在气密外壳202内的轻于空气气体(lighter-than-air gas)。对于非限制性示例，可以将基本上氦气或基本上氮气注入外壳202并保持在外壳202内。因此，根据一个实施例，组装件200还包括轻于空气气体源208，该轻于空气气体源208被配置成替换可能从外壳逸出或泄漏的相对少量的气体(请注意在实践中，在数字数据存储设备的背景下，气密容器可能具有微小但可接受的泄漏率)。此外并且根据一个实施例，源208可以被配置为在外壳202内基本上维持某个轻于空气气体压力。体现轻于空气气体源208的气动系统的配置可以随实施方式而变化，并且为了清楚起见在图2中简化示出。对于非限制性示例，气体源208(气动系统)可以包括用于维持外壳202内的压力的主动感测和控制机构。

基于组装件200的上述配置，空气、湿气和其他污染物(如框箭头211所示)可能被真空源206和相关联的气动系统拦截(并可能被吸收/吸附)，否则所述空气、湿气和其他污染物可能通过第一密封构件204和第二密封构件205迁移到密封外壳202中。因此，因为这种湿气、污染物等被大量地保持在密封外壳202之外，所以这种系统不太可能需要庞大体积的气体替换罐，这是由于不太可能需要大规模的气体体积补充和净化。

类似地但在另一个方向上，基于组装件200的前述配置，轻于空气气体(如框箭头213所示)可能被真空源206和相关联的气动系统拦截，否则所述轻于空气气体可能通过第一密封构件204和第二密封构件205从密封外壳202中泄漏出来，其中气动系统可以被配置为使得泄漏的气体被过滤并再循环回到外壳202中。此外，内部过滤器/再循环系统可以在外壳202内实现，以便过滤可能在外壳202内产生的污染物。

因此，双阻挡层真空密封(即，第一密封构件204和第二密封构件205以及真空源206)组装件(诸如组装件200)可以用于将多个数据存储装置容纳在气密(和气候受控的)外壳202内。根据一个实施例，多个非气密数据存储装置(例如，硬盘驱动器)被容纳在组装件200的外壳202中。

用于控制气密数据存储系统外壳内的内部环境的方法

图3是示出根据一个实施例的用于控制气密数据存储系统外壳内的内部环境的方法的流程图。示例性用法包括控制图2的数据存储系统组装件200的气密外壳202内的内部环境。

在框302处，在气密数据存储系统外壳与外部环境的界面处提供第一密封构件。例如，在外壳202(图2)与外部大气(空气)之间的界面处提供第一密封构件204(图2)。

在框304处，提供与第一密封构件间隔开的第二密封构件。例如，提供通过其间的空间207(图2)与第一密封构件204间隔开的第二密封构件205(图2)。

在框306处，在第一密封构件与第二密封构件之间的空间中，使用气动地耦接到该空间的真空源来产生比在外壳中更低的压力。例如，使用气动地耦接到空间207的真空源206(图2)在第一密封构件204与第二密封构件205之间的空间207中(例如，连续地或间歇地)产生比在外壳202中更低的压力。如前所述，在框306处产生更低的压力还可以包括在空间207中产生比在外部环境中更低的压力。

根据实施例，可以将多个非气密数据存储装置(例如，图2的数据存储装置210)容纳在外壳202中，将轻于空气气体注入到外壳202中，并且将轻于空气气体源208气动地耦接到外壳202，从而进行操作以便替换逸出外壳202的气体和/或在外壳202内维持某个轻于空气气体压力。

扩展和替代

在前面的描述中，已经参考可以随实施方式而变化的多个特定细节来描述本发明的实施例。因此，在不脱离实施例的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，关于本发明的的实质以及申请人意欲限定为本发明的内容的唯一和排他的指示是从本申请发布的权利要求集合(包括任何随后更正)，其呈现为此类权利要求发布的特定形式。关于此类权利要求中包含的术语的在本文中明确阐述的任何定义应当支配权利要求中使用的此类术语的含义。因此，在权利要求中没有明确叙述的任何限制、元件、特性、特征、优点或属性都不应以任何方式限制这种权利要求的范围。因此，应以说明性意义而不是限制性意义来理解本说明书和附图。

此外，在本说明书中，某些处理步骤可能以特定的顺序进行阐述，并且可能使用字母和字母数字标签来标识某些步骤。除非在说明书中具体说明，否则实施例不一定局限于执行此类步骤的任何特定顺序。特别地，标签仅用于方便地识别步骤，并且不旨在指定或要求执行此类步骤的特定顺序。