专利名称：磁性记录头制造过程中条杆的多点弯曲的制作方法
背景技术：
本发明一般地涉及用于数据存储应用场合的磁阻(MR)及感应式记录传感器或换能器的制造。具体地说，本发明涉及一种用于在制造过程、尤其是在研磨过程中对一在多点处承载多个滑动体的条杆进行弯曲的方法和装置。
在用于磁性数据存储应用场合的磁性头的制造过程中，系通过在共同基底的一表面进行多层沉积在该基底(也称晶片)上制造一包括有多个换能器的结构。该包括有多个换能器的结构系采用例如光刻工艺与各种蚀刻及清除工艺结合而形成图案。然后对该完工的基底或晶片进行光学和/或电气方面的检查并其后切割成较小的结构，典型地为多个条杆即多排传感器。接着对各排或各换能器条杆进行加工或“研磨”以得到所需的尺寸。(研磨为一种材料去除工艺，下面将具体描述。)对于MR换能器。该尺寸有时指条片高度(SH)，而对于感应式换能器，该尺寸有时指喉部高度(TH)。往往将电气研磨引导装置(ELGs，以下将说明)配置在同一基底上并在研磨加工过程中作为传感器。在研磨加工后将记录头切割成小片以产生用于形成滑动体的各单个换能器或记录头。这些滑动体用于将信息读回和/或写到例如一以高速转动的磁盘的一表面上。
为建立用于高效率记录头的适当的特性，必须实现所需的条片高度或喉部高度。有许多对最终条片高度或喉部高度的变化有影响的因素。这些因素包括在晶片加工过程中引起的元件位置和尺寸方面的变化。将基底切成条杆的步骤也会引起变化。安装引起的热应力也会在晶片加工成滑动体的过程中引起变化。而且，研磨表面的轮廓会引起变化。
电气研磨引导装置(ELGs)是在制造过程中配置到晶片上的传感器。从ELGs的输出可被用来确定何时停止研磨过程。ELGs通常是采用同样的晶片加工步骤与换能器一起制造。这在例如1984年10月23日颁布的美国专利号4477968和1985年12月24日颁布的美国专利号4559743中有所描述。
研磨通常是指将材料以一可控制的速率很慢地从一表面去除的加工过程。典型地，该加工过程涉及将工件的一工作表面加到一作轻微磨削的移动表面上。这种装置在1985年8月27日颁布的美国专利号4536992中有所描述。因此，通过根据从ELGs的输出对研磨过程进行控制可建立一闭环加工过程，其中从ELGs的输出被用作对于研磨机的反馈。
在研磨过程中，滑动体被保持在一装在研磨装置的臂上的承载器上。这种承载器在1984年7月3日颁布的美国专利号4475114中有所描述。美国专利号4475114中的承载器在研磨过程中采用两个致动器对条杆进行弯曲。在美国专利号4475114中，承载器在围绕条杆中心的两端提供对条杆的弯曲。这种弯曲被用来提供材料从条杆非均匀去除以补偿条杆以及传感器的喉高或条片高度的变化。在美国专利号4457114中，致动器包括被加热膨胀并在条杆上施加一使该条杆弯曲的力的销。这种技术的一个变型是采用三个不同的致动器从三个不同的点处将力施加到条杆上。
现有技术通常着重于ELGs和研磨机构的改进。然而，由于数据存储器行业在密度要求愈来愈高的同时并致力于降低生产成本，故观察到许多竞争因素。首先，传感器高度公差的要求愈来愈小。第二，每个条杆上承载的记录头的密度则愈来愈大。第三，每个条杆的长度与厚度之比愈来愈大。因此，现有的研磨和弯曲系统对于研磨过程的控制往往并不适当。这些因素不仅使记录头对加工引起的扰动更为敏感，而且使条杆由于其更薄并且条杆的刚度与其厚度的立方有关，故更易于被干扰。
发明概况本发明包括一在研磨过程中提供改进的控制的研磨装置。在一个实施例中，一用于研磨一承载多个滑动体的条杆的装置包括一第一致动器和一第二致动器，该第一致动器适于与该条杆连接，并响应一第一控制信号给出一第一可控制力；该第二致动器适于与该条杆连接，并响应一第二控制信号给出一第二可控制力。该装置的臂通过该两个致动器与该条杆连接，向该条杆并朝向研磨表面施加一研磨力。一控制装置向该第一和第二致动器分别提供第一和第二控制信号，从而在该条杆上给予多个力。对这些力进行选择，以获得所需的条杆轮廓，并获得所需的沿条杆轮廓的研磨表面分布。
在一个实施例中，采用七个不同的致动器以提供用于条杆弯曲的七个分离的控制点。
附图简单说明
图1为本发明中采用的那种换能器头承载条杆的立体图。
图2为一具有两个致动点和一个固定点的现有技术承载器的简化的示意图。
图3为一具有三个致动控制点和二个固定控制点的现有技术承载器的简化的示意图。
图4为示出一按照本发明的一个实施例的承载器的简化的示意图。
图5为表示图3的承载器和图4的承载器的挠曲情况的图表。
图6A和图6B分别为具有九个控制点的本发明的一实施例的承载器的前俯视图和俯视立体图。
图7为表示具有一单个致动控制点的本发明的承载器的挠曲与位置关系的图表。
图8为本发明的研磨系统的一简化的示意图。
图9为在承载器轮廓的任一端具有七个相邻的致动控制点和固定控制点的又一实施例的前视图。
图10为本发明又一实施例的前视图。
较佳实施例具体描述本发明提供一种用于对一承载有多个用于从一磁性存储盘片的表面写和/读回信息的记录头的条杆进行精密研磨的方法和装置。图1为承载有多个记录头12的条杆10的立体图。记录头12的尺寸非常重要，一般采用一研磨过程以获得所需尺寸。如背景部分所述，研磨是一种受到控制的材料去除过程，其中条杆10的一工作表面被压向一移动的磨削表面，从而有选择性地和可控制地将材料从条杆上10去除。这种研磨系采用一研磨机进行。该研磨机包括一臂、一研磨表面和一连接条杆10与臂的承载器。该臂将条杆压向研磨表面以将材料从条杆10上去除。
在现有技术中已经知道对承载器的轮廓进行控制。采用这种控制对材料去除进行更精确的控制。具体地说，如图1所示，条杆10为一可能弯曲或有些变形的细长件。通过对用于在研磨过程中保持条杆10的承载器的轮廓进行控制，可对这些弯曲或变形进行补偿。
图2为一具有轮廓16的现有技术承载器14的一简化的示意图。在图2中，支点18表示承载器14的一固定部，而双向箭头20和22表示轮廓16任一端处的致动器。轮廓16适于与一条杆例如条杆10连接。图2与1984年7月3日颁布的美国专利号4457114描述的承载器相似。因此，承载器14对轮廓16提供有限的控制以能补偿条杆10的变动。图3为又一现有技术承载器30的简化的示意图。承载器30具有一与固定控制点或支点34、36连接的承载器轮廓32和一些控制由箭头38、40和42表示的致动控制点的致动器。
本发明的一个方面包括对在研磨过程中必须加以控制的两个参数进行识别。这些参数是条杆轮廓的弯曲和施加到条杆上的力的平衡。条杆的弯曲指调节条杆的轮廓以使该条杆变得相对地直(或成所需形状)。另一方面，平衡是指沿条杆的压力分配。例如，在图3的现有技术结构中，平衡是由支点34和36的相对位置决定的。由箭头38、40和42表示的致动器用于控制条杆轮廓的形状。
本发明的一个方面包括对在承载器上采用另外的控制点能用于在研磨过程中提供对条杆更精确的控制进行识别。本发明包括确定对具有所需长度的条杆实现所需控制等级所必须的控制点的数目。例如，对于一由J个数据限定的I条杆给出一条杆轮廓Xij,Yij，其中i=1,2,…I,j=1,2,…J。采用最小二乘方拟合分析形成一多项式曲线拟合函数Yij=f(a1,a2…,ak,aij) 式1其中，k等于2,3,…并且是曲线的阶数，a1,a2…是曲线的系数。接着，按照下式计算对于每个k的残余数的均方根(RMS)
通过假定可将一第(k-1)阶的曲线弯直并将RMSk设定至所需条杆轮廓中的最小变化，即可利用式2确定实现所要求的控制量所需的控制点(k)的数目。然后可计算RMS曲线拟合必需的阶数，并提供控制点的数目。例如，如RMSk小于1微英寸，则式2解出k等于10。已采用在一2英寸长的条杆上具有5个控制点和在一1英寸长的条杆上具有5个控制点的承载器对该分析加以实验验证。2英寸长的条杆的标准偏差为2.3微英寸，而1英寸长的条杆的标准偏差为0.78微英寸。由此得出的结论是九个控制点即足以得到在用于一标准的2英寸长的条杆的完成的条杆轮廓中小于1微英寸的偏差。表1表示需要的控制点在9与10之间，以在2英寸长的条杆中实现控制在1微英寸内。
表1
<p>图4是本发明一个实施例的承载器50的简化的示意图。如图所示，承载器50的轮廓具有控制点A,B,C,D,E,F,G,H和I。该控制点A,B,D,E,F,H和I与致动器(图4中未示)连接，而控制点C、G则分别为固定支点54和56。在图4中，控制点A示出驱动一距离U1，控制点B示出驱动一距离U2，控制点D示出驱动一距离U3，控制点E示出驱动一距离U4，控制点F示出驱动一距离U5，控制点H示出驱动一距离U6，控制点I示出驱动一距离U7。因此，在图4中示出了九个分开的控制点，其中七个是分别驱动的，二个是固定的。这就为轮廓52提供了八个不同的可加以控制的段A-B、B-C、C-D、D-E、E-F、F-G、G-H和H-I。穿过控制点C和G的直线的斜率θ可用于控制承载器50的平衡和沿轮廓52的研磨力的分配。在加工过程中，最好对与点A,B,D,E,F,H和I连接的致动器加以控制，以使轮廓50基本上为一直线。
图5为采用如图3所示的三点弯曲承载器和如图4所示的七点弯曲承载器的挠曲情况的比较。图5为一表示在一变形的承载器形状与一在沿条杆长度的各个位置处的条杆弯曲之间的平均差值的图表。曲线60表示三点弯曲承载器的挠曲情况，曲线62表示七点弯曲承载器的挠曲情况。图5的图表是采用有限元方法(FEM)建模技术计算而得。如图5所示，三点弯曲能使轮廓特别在端点致动器之间(即在图3中的34与38之间以及36与42之间)有显著变化。
图6A和图6B分别为具有九个控制点的本发明的一实施例的承载器50的前视图和俯视立体图。承载器50包括具有形成在其中的锁销72并提供承载器轮廓52的主体70。轮廓52包括控制点A-I。在主体70中靠近控制点A-I分别形成九个控制区74、76、78、80、82、84、86、88和90。控制区74-90系由切口92、94、96、98、100、102、104、106、108和110形成的主体70中的强度减少区域限定。另外，与轮廓52相对地平行设置有板簧切口112、114和116。控制区74、76、78、80、82、84、86、88和90内分别设置有致动器连接装置120、122、124、126、126、128、130和132。主体70也可任选地带有条形码信息140。图6A和图6B中的承载器50的设计是根据对结构弯曲刚度进行平衡、同时实现根据能提供的致动器的弯曲能力(负载和行程)的所需条杆弯曲校正要求而选择的。
工作时，致动器适于与致动器连接装置120-132连接以根据所需对轮廓52进行控制。用控制区74为例，切口92和94能作垂直运动，该运动被传递以控制点A。而且，控制区78对控制点C进行控制。切口部92-110具有一选择来减少至邻近控制区的连接装置的形状。然而，由于平行弹簧切口112和114之间的间隔，将控制区78更紧密地与主体70连接。控制区86相对于切口114和116也是这样。因此，控制区78和86分别提供固定控制点或支点54和56，如图4所示。本发明的另一方面是在相邻致动器连接装置例如120与122之间的垂直偏差。该偏差能使致动器连接装置相隔更为靠近，从而允许另外的控制点并因此进行更多的控制。另外，切口96和104为交错排列以进一步改善间隔。板簧切口112、114和116提供一板簧平行机构，该板簧平行机构由于研磨力或一偏离中心的弯曲力而在条杆上产生更多的线性弯曲并减少平面外的位移。切口112、114和116减少扭转运动量，该扭转运动量因研磨表面的研磨力而能在其运动经过轮廓52时给予轮廓52。
本发明的另一方面包括在控制点之间采用不均匀间隔以改善控制或更均匀地分配控制。例如，仍参见图5，在曲线62中的两个端点之间的挠曲表示最大变动量发生在点A与B之间或点H与I之间。因此，图6A和图6B的结构与中间控制点(C-D、D-E、E-F和F-G部)的情况相比减少了侧面控制点(即A-B、B-C、G-H和H-I部)之间的间隔，而不是对控制点进行均匀分配。可将该间隔调节为适宜于实现一均匀分配或任何所需的分配。锁销72用于将承载器50与研磨装置的臂夹紧。寄存部142提供一在研磨过程中用于研磨臂的基准表面。在一较佳实施例中，承载器50系采用易于保养的白色TZP氧化锆陶瓷制成。条形码140可用于在加工过程中跟踪承载器50和/或轮廓52上所带的辅助条杆。
本发明的一个方面包括对在研磨过程中对供其后使用的承载器的特征化。图7为一根据FEM建模得出的图表，它表示在通过致动器连接装置124对点D进行驱动时轮廓52的反应。图7为一挠曲量与条杆长度的关系图表。图7示出在本发明中，各弯曲控制点紧密地连接在一起。注意这与图2和3中所示的控制点隔得很开并且每个被驱动的控制点被一固定控制点分开的现有技术结构是相反的。因此，在本发明中，一单个控制点的运动大大改变承载器的整个轮廓。所以，为了在研磨过程中对条杆的弯曲进行积极的控制，必须确定一精确的传递函数，该函数说明承载器对于不同负载情况的响应。该函数可定义为一矩阵。假定F=[F1,F2,…F7]为在每个控制点处施加到承载器50上的弯曲力，以及U=[U1,U2,…U7]为分别对于控制点A-I的每一个所产生的轮廓52的位移。
可根据下式产生一敏感度矩阵KK·F=U式3其中K-=k11k12k13k17k21k2k27…k71k72k77]]>敏感度矩阵K根据施加到致动器连接点120-132的每一个处的力限定轮廓52的特性。K中的主要对角线成分说明施加在各弯曲点上的力K的直接效果。K中的离开对角线的成分说明各点之间的连接效果。
敏感度矩阵K可通过根据所施加的各个已知弯曲力使承载器位移量化而建立。这可通过实际的实验测量或采用FEM建模技术来完成。而在研磨过程中，该等式被倒过来解。首先采用ELG反馈信息形成正常化的条杆弯曲轮廓。采用对固定控制点进行平衡对条杆的轮廓进行水平调节。按照下式计算为对直条杆进行弯曲所需的承载器挠曲量U=[U1,U2,…U7]式5其中U1-U7表示一平的轮廓。接着由等式3求得FF=[F1,F2,…F7]式6其中F1-F7为必须由每个致动器施加以实现由U描述的轮廓所需的力。
图8为表示按照本发明的研磨系统198的简化的示意图。研磨系统198包括具有适于在锁销72处与承载器50夹紧的夹紧装置202的电枢200。电枢200承载在一与支点206连接的伸长臂204上。电枢200设置成使连接到承载器50的条杆10与一研磨表面208接触。电枢200承载分别通过致动器电枢240、242、244、246、248、250和252与离合器220-232连接的致动器220、222、224、226、228、230和232。致动器220-232通过控制线2601-7从控制系统262接受控制信号。电枢200并连接到相对于支点206与承载器50相对设置的的平衡致动器264。致动器264还连接到控制系统262。由承载在条杆10上的电子研磨导向装置(ELGs)设置有一反馈连接装置266。控制系统262包括一用户输入装置270例如一键盘，一用户输出装置272例如一LED显示，储存器274,ELG输入装置276，一控制装置278例如一微处理器，以及一致动器驱动装置。
工作时，研磨过程由控制系统262加以控制。控制装置278从储存器274检索指令和参数。例如，从用户输入装置270接受指令和参数并可将研磨过程的状态显示在显示装置上。另外，研磨系统198可包括一条形码阅读器(未示)以阅读条形码信息140以供控制装置278之用。有关研磨过程进展的反馈通过ELG输入装置276加以接受并提供到控制装置278。控制装置278由等式3解得F并采用驱动装置280分别控制致动器220-232和264。驱动装置280可包括例如一提供动力输出以驱动致动器的晶体管线路。致动器220-232和264可以是能提供一受控运动的任何适当的致动器，例如一液压系统、一音圈、一气动致动器、一压电系统、热量、磁阻等。熟悉本领域的人员均会理解，本发明并不限于任何特定的致动器。致动器264用于提供一用来对施加到条杆10上的力的分配进行平衡的平衡控制。致动器220-232用于施加各矢量力F。施加到条杆10上的力的总量可由一重物或另一致动器(未示)加以控制。如图8所示，研磨系统198提供一闭环系统，其中，从ELG传感器的输出被控制装置278用作反馈控制致动器220-232和264。研磨表面208例如可包括一旋转圆盘。图8的研磨系统仅是一个实例，本发明的承载器可采用任何合适结构的研磨系统。
图9是按照又一实施例的承载器300的俯视图。承载器300沿轮廓320提供有控制点302、304、306、308、310、312、314、316和318。承载器300是按照本发明的承载器的一个实例，其中，端点302和318被固定，而控制点304-316为分别被驱动。注意，这也采用一切口322以提供平行弹簧机构。
应当理解，能使控制点相对运动的任何适当朝向的切口或其它机构均在本发明的范围内。图10表示承载器340的俯视图，该图示出用于选择承载器体中的切口形状的另一种技术。承载器340中的切口被设计来减少承载器轮廓因研磨压力引起的挠曲。承载器340通过对切口的梁的轮廓加工实现这一目的。此外，可增加承载器340的厚度以进一步减少研磨引起的挠曲。
本发明提供一种具有一能在研磨过程中改善对条杆弯曲的控制的承载器的研磨系统。本发明包括许多特点，包括增加致动器的数目和致动器之间更紧密的间隔。而且，与现有技术不同，本发明中系将致动器彼此靠近设置而没有中间固定区域。并且，在本发明中，致动器机构被设置在研磨机的臂上，故无需将该机构设置在每个条杆上。可通过任何适当的技术将条杆装设在承载器上。在一个实施例中，条杆可滑入一装在承载器轮廓上的槽内。而且，本发明的致动器可用于对条杆进行推或拉并从而能在任一方向变形。条杆的弯曲最好是围绕条杆的正常轮廓对中。这可减少研磨过程中条杆上的任何额外的弯曲应力。在一较佳实施例中，采用至少九个分开的控制点，其中七个用于弯曲，两个用于平衡研磨力，研磨2英寸长的条杆可控制在一小于1微英寸的标准偏差内。控制点的数目可根据条杆的长度和所需最小标准偏差适当增加或减少。承载器的夹紧可通过任何适当技术而并不限于这里描述的特定夹紧装置。而且，致动器与承载器的理解也可采用其它技术。如这里所用的那样，术语“控制点”可以是指一固定控制点(如示意图中的支点)或一被驱动的控制点。
虽然已参照较佳实施例对本发明作了描述，熟悉本领域的人员将认识到，可在不脱离本发明精神和范围的情况下改变其形式和具体内容。例如，在通过任何手段驱动或固定的任何类型的承载器中由任何适当技术形成的任何数目的控制点均可采用。而且，可采用任何形式的研磨，并且臂可与承载器一体。控制点也可与条杆本身形成一体。这可能需要另外的与条杆连接的装置。
权利要求
1．一种用于研磨一承载有多个滑动体的条杆的装置，包括一第一致动器，所述第一致动器适于与该条杆连接，并可响应一第一控制信号而给出一第一可控制力；一第二致动器，所述第二致动器适于与该条杆连接，并可响应一第二控制信号而给出一第二可控制力；一研磨表面；一与第一和第二致动器连接并向所述条杆施加一朝向所述研磨表面的研磨力的臂；一向所述第一和第二致动器分别提供第一和第二控制信号、从而在所述条杆上给予多个力的控制装置，对这些力进行选择，以获得所需的条杆轮廓，并获得沿条杆轮廓所需的研磨力分布，其特征在于，所述第一致动器引起的弯曲干扰第二致动器引起的弯曲，并且所述控制信号被选择作为所述干扰的函数。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括储存器，所述储存器包含一描述所述第一和第二致动器之间的干扰的敏感度矩阵，所述控制信号被选择作为所述敏感度矩阵的函数。
3．如权利要求1所述的装置，还包括一连接所述臂与所述条杆的承载器，一与第一致动器连接的第一控制点，以及一与第二致动器连接的第二控制点。
4．如权利要求3所述的装置，还包括一与所述控制装置连接的平衡致动器，其特征在于，所述承载器包括至少两个与所述平衡致动器连接以将一平衡力施加到所述条杆上的固定控制点。
5．如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述承载器包括一与第三致动器连接的第三控制点，以及一与第二致动器连接的第四控制点，其特征在于，所述两个固定控制点被至少两个控制点分开。
6．如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述承载器包括一用于与所述第一致动器连接并将力传递到所述第一控制点的第一控制区，所述第一控制区由一在所述承载器中减少强度的区域限定。
7．如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述承载器包括一第三控制点，并且任一对相邻控制点之间的间隔均为不均匀的。
8．一种用于研磨一承载有多个滑动体的条杆的装置，包括一臂；一研磨表面；一与所述臂连接的第一致动器；一与所述臂连接的第一致动器；一与所述臂连接的第二致动器；一承载器，包括一适于与所述条杆连接并将所述条杆压向研磨表面的工作表面；一与第一致动器连接并设置来将一第一力施加到所述条杆上的在所述工作表面上的第一控制点；以及一与第二致动器连接并设置来将一第二力施加到所述条杆上的与所述第一控制点相邻的在所述工作表面上的第二控制点；其特征在于，所述第一和第二控制点被设置为使所述第一控制点的位移引起所述第二控制点的位移。
9．如权利要求8所述的装置，还包括一与所述第一和第二致动器连接的控制装置，所述控制装置向所述第一和第二致动器提供作为一敏感度矩阵的函数的控制信号，所述矩阵描述所述第一致动器的运动与所述第二控制点的所引起的运动之间的关系。
10．如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述承载器还包括对所述条杆相对于研磨表面的平衡进行控制的第一和第二固定控制点。
11．如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述承载器在工作表面上还包括第三和第四控制点，所述两个固定控制点由至少两个控制点分开。
12．如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述承载器还包括一用于与所述第一致动器连接并将运动传递到所述第一控制点的第一控制区，所述第一控制区由一在所述承载器中减少强度的区域限定。
13．如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述承载器包括一第三控制点，并且任何一对相邻控制点之间的间隔均为不均匀的。
14．一种用于研磨一承载有多个滑动体的条杆的装置，包括；一臂；一研磨表面一承载器，包括一适于与所述条杆连接并将所述条杆压向研磨表面的工作表面；以及与所述臂和所述工作表面连接的第一、第二和第三邻近控制点；其特征在于，所述第一与第二控制点之间的间隔不同于所述第二与第三控制点之间的间隔。
15．如权利要求14所述的装置，所述承载器还包括一第四控制点，其特征在于，所述第一和第四控制点为固定控制点并由所述第二和第三控制点加以分开。
16．如权利要求14所述的装置，还包括一适于将运动传递到所述第一控制点的第一控制区，所述第一控制区由一在所述承载器中的减少强度的区域限定。
全文摘要
一种用于研磨－承载有多个滑动体的条杆(10)的装置(198),包括适于与条杆(10)连接并能对一第一、第二和第三控制信号分别作出响应而给出一第一、第二和第三可控制力的第一、第二和第三致动器(220,222,224)。一臂(204)与该第一、第二和第三致动器连接并将一研磨力施加到该条杆(10)上而将该条杆(10)压向一研磨表面(208),从而使材料从该条杆(10)上去除。一控制装置(262)将第一、第二和第三控制信号分别提供至该第一、第二和第三致动器(220,222,224),并在条杆(10)上给予多个力。对致动器(220,222,224)加以控制,以获得所需的条杆(10)轮廓,并获得所需的沿条杆(10)轮廓的研磨力的分布。
文档编号G11B5/31GK1234758SQ96180492
公开日1999年11月10日 申请日期1996年12月13日 优先权日1996年11月4日
发明者郝山临 申请人:西加特技术有限公司