硬盘磁性对准标记的制作方法

专利名称：硬盘磁性对准标记的制作方法
本申请要求2002年4月10日提交的美国临时专利申请序号60/371,953的利益，所述申请通过引用包括在这里。
背景技术：
1、发明领域本发明涉及盘驱动器领域，尤其涉及在磁性硬盘上写入伺服磁道的方法。
2、相关技术说明硬盘驱动器在其磁性硬盘的数据记录面上提供预先记录的跟踪伺服信息，该信息通常包括沿磁道均匀间隔的伺服脉冲串。数据被记录在伺服脉冲串之间。在大多数场合中，伺服脉冲串被径向对准，使它们看上去像车轮的轮辐。在用线性致动器预录伺服脉冲串时，轮辐完全笔直，跟随盘片内径到盘片外周的半径。若用旋转致动器写入脉冲串，则伺服脉冲串跟随旋转致动器的圆弧。
在操作当中，盘驱动器读/写磁头在旋转的盘片上方飞行，当信息在磁头下面通过时，就从磁道中读取信息。该信息包括以均匀间隔的伺服脉冲串记录的数据和伺服两种信息。伺服信息告诉盘驱动器伺服系统该磁头相对磁道的位置，以便盘驱动器伺服系统调节磁头的径向位置，使磁头保持在磁道中央。
伺服脉冲串可用各种技术写入到盘面上，最常用的方法用盘驱动器自己的磁头把伺服脉冲串写入到盘上，磁头一般受外部引入的检拾器控制，检拾器抓取在其上装有读/写头的盘驱动器的旋转致动器臂。外部机构递增地移动该臂，而其它电路命令盘驱动器写入伺服脉冲串。
另一种常用的伺服写入方法包括在盘驱动器转轴/盘组合件(也称为毂/盘组件(HDA))被装入盘驱动器自身之前，把伺服脉冲串写入到已装在盘驱动器转轴上的盘片上。
一种更新的方法是把大量盘片装到转台上，把伺服脉冲串同时记录到所有盘片上。该法也称为“多盘写入”(MDW)，因同时写入的盘多而省钱。但该法也存在若干问题，因为在写入伺服磁道时，盘本身未被装到盘驱动器转轴上。
问题之一是必须以与写入同样的“定向”把盘片装到驱动轴上，例如若用旋转致动器记录伺服磁道，伺服脉冲串会排列成跟随伺服磁道记录器圆弧的弧形。为了正确地读出这种伺服脉冲串，必须把盘驱动器的致动器对准成如伺服磁道记录器一样横移同一弧形。为此，盘片必须以相对盘驱动器的致动器的同一定向安装，而盘驱动器的致动器则相对于伺服磁道记录器的致动器。在大多数情况下，其实现方法是保证盘片装在伺服磁道记录器里时的“顶”面也是同一盘片装在盘驱动器里时的“顶”面。
第二个问题在把两张(或更多)这种预录的MDW盘片装在单个盘驱动器里时出现。不仅必须对准两盘片的弧形，而且实际上要垂直地对准磁道本身，即一张盘片的磁道必须与其它盘片的磁道基本上相对应，使它们形成“对准的”柱体。这样，盘驱动器能在例如磁头读最上面盘片顶面的磁道1000与磁头读该堆盘片中下一张盘片顶面的磁道1000之间切换而无须搜索。若各条磁道以某种方式明显失准，在它们之间不作搜索或不应用其它对准技术就无法切换。磁头切换后，盘驱动器首先要找出它的位置。为了恢复正确的磁道号，甚至要求搜寻磁道“0”。
在盘片装在一根不同的转轴上而写入伺服数据时引起的第三个问题是磁道偏心度。硬盘的内径的容差指标比大多数盘驱动器伺服系统的磁道偏心度指标高得多。若盘片装在盘驱动器转轴上明显偏离被写入在伺服记录器上的中心，就会超出盘驱动器的伺服系统偏心度容差。虽然大多数盘驱动器伺服系统具有帮助增大其偏心度容差的偏心度前馈机构，但这些前馈系统的行程极限远远低于硬盘内径的最高容差。
另一个问题是盘片之间的伺服轮辐的角度对准。若角度失准过大，盘驱动器则不能可靠地把磁头从一张盘面切换到第二张盘上的另一盘面。
实现这种对准的流行做法是把MDW伺服记录器里的所有盘片偏压到伺服记录器的轴毂，使各盘片的内径垂向对准与伺服磁道记录器的轴毂接触的点。之后，在将这些盘片装到盘驱动器转轴上时，其贴住盘驱动器轴毂的内径的触点的对准使它们具有在MDW伺服磁道记录器中所拥有的同样垂向对准。根据盘片在MDW伺服磁道记录器与盘驱动器二者中的对准精密度，并根据各伺服脉冲串被MDW伺服磁道记录器的写入精密度，内径触点对准就自动相应地把各张盘片的磁道对准它们在伺服磁道记录器上所拥有的同一柱体。
普通方法把盘片对准到伺服磁道记录器与盘驱动器转轴二者上，使盘内径各触点的同一部分被装到MDW伺服磁道记录器上之前，先用激光对盘片加标记。把盘片装到MDW伺服磁道记录器上的操作员或自动机，以光学方法查验标记，如在盘内径紧贴伺服磁道记录器毂的点处借助标记把盘片放到毂上。把盘装到盘驱动器毂上也如此。
然而，应用激光标记工具有若干问题。激光标记机昂贵而笨重，要求清洁的室内空间，标记玻璃和镍磷/铝基片要用不同的工具，而且以各种方式对驱动可靠性产生不利影响。在盘内径的标记的构形严重凹凸会导致磁头碰伤。此外，粗糙的构形会产生碎屑，也会造成磁头碰伤。
因此，要求在不用激光对盘片作标记的情况下，能让多盘记录器对大量盘片同时写入伺服脉冲串。

发明内容
本发明包括在磁性硬盘上的磁性地写入对准标记，标记包括一种不被随后写入的伺服数据抹除的图案，图案的位置在对盘面作伺服写入期间与硬盘的内径贴住伺服记录器的轴毂的位置具有规定的关系。该盘被装到盘驱动器转轴上时，检测该磁性对准标记。由于对准标记与内径贴紧位置具有规定的关系，故盘片在贴住转轴记录器的毂的同一盘内径位置贴住盘驱动器轴毂。
该图案包括一种可区分盘片的顶面与底面的图案。较佳的图案包括多个窄与宽的磁性标记。
标记可用除了伺服记录器的磁头或盘驱动器的磁头以外的装置写入与检测。在一种形式中，用“固定的”电磁铁记录和检测图案。在另一种形式中，把图案“印刷”到盘上。当图案包括低频磁性标记时，可用“非接触”传感器诸如克耳效应传感器或环型电感播放磁头读标记。
附图简介

图1是表示在盘内径处贴住轴毂的磁性硬盘的放大俯视图，该图还示出位于从盘内径与轴毂之间接触点径向延伸的磁性对准标记。
图2是顶面对准标记的示例图案。
图3是底面对准标记的示例图案。
图4是在盘上读写大型低频标记的一对电磁铁的俯视平面图。
图5示出把磁性标记影印到盘上的方法。
图6示出用高导磁率压模把磁性标记记录到盘上的方法。
图7示出用离子注入法按照对准标记图案有选择地分解磁盘矫顽力而把磁性标记记录到盘上的方法。
图8示出用克耳旋转法检测盘片磁性定向的设备。
较佳实施例的详细描述图1示出放大的磁性硬盘10，它被偏置成使其内径20在位置40贴住转轴30的毂22。图1还示出位于硬盘10顶面12的磁性对准标记50，该磁性标记以与贴紧位置40规定的关系定位。如图所示，磁性对准标记50较佳的位置靠近内径20，而且以通过对准标记50和贴紧位置40二者的径向24对准。这样，检测对准标记50可确定位置40。于是，合适的自动机(未示出)偏置盘片，使盘内径20在位置40贴住轴毂22。
可用同样的偏置定位技术在伺服磁道记录器转轴或盘驱动器转轴上偏置定位盘片10，因而图中的转轴30一般指伺服磁道记录器转轴或盘驱动器转轴。
第二对准标记53被记录到硬盘10的底面上(未示出)。
图2和3示出对准标记50和53较佳的一种图案，这些图案包括一窄与宽的标记序列。该较佳图案包含两个窄标记(52与54和55与59)和一个宽标记(56与57)。图案50指示硬盘10的顶面12，该图案包括两个窄标记52与54后接一宽标记56。图案53放在盘10的底面，该图案包括窄标记55、宽标记57再接第二窄标记59的序列。
当自动机或操作员(未示出)把盘10装在伺服记录器转轴或盘驱动器轴毂30上时，要保证顶面12装成面“朝上”(上下方向只是比喻，意指硬盘与用于伺服磁道记录器或盘驱动器自身的旋转致动器具有一致的关系)。因此，读取磁性标记50或53的必要步骤是判断它是顶面标记还是底面标记。之后在装在转轴30上时，盘10被正确定向，使顶面12朝上，底面朝下。
在盘10装入伺服记录器(未示出)之前或之后，把对准标记50和53写入到盘10上面。若在盘装在伺服记录器转轴30上之前写入标记，自动机或操作员必须首先对盘定向，使顶面朝上，然后偏置该盘，使其内径在位置40贴住轴毂。
反之，若在写入对准标记50和53之前先将盘装在伺服记录器转轴30上，操作员或自动机只须在任一内径位置将盘偏向轴毂，之后在与贴近位置40有关系的预定位置上把对准标记50和53写入在盘上。如图所示，该预定关系沿穿过内径位置40的径向。标记50可写入在沿径向的任何地方，只要标记50以后不干扰在伺服记录或正常盘驱动器操作期间对伺服或数据的读写。但若标记能以磁学方式被抹除，就必须写入在远离伺服数据的位置，以在写入伺服数据时不损坏对准标记。这一位置可以在间隔开的伺服脉冲串(未示出)之间，或在记录数据的盘面部分的里面或外面，即分别在内径或外径。
若对准标记50和53可被抹除，它们可记录在记录数据的盘面上的任何地方，当在其上记录数据时，标记就被抹除。若因某种原因在标记被毁坏后必须修理盘驱动器并调换盘，这是不希望的。
若用伺服记录器把对准标记50和53记录在盘10上，不需要专用的记录设备，伺服记录器自己会在预定位置写入对准标记50和53。这种标记以后用装在普通致动器上的一般读写磁头检测，因而检测这种标记的自动机或操作员首先把盘10装在转轴上，该转轴可以是盘驱动器转轴30，使盘旋转到工作转速而让普通磁头“飞行”，然后用“普通”磁头检测该标记(也可使用专用型磁头，包括具有霍尔器件或特殊MR或GMR传感器的磁头)。
然而，可以试用记录和读出对准标记50与53的其它技术。第一种方法应用授与杰逊普雷色斯基(Jason Pressesky)的美国专利.5,963,029里所描述的非接触环形电磁阅读器与记录器，该专利通过引用包括在这里。图4取自该专利中的图6，图中把环形电磁铁40和42分别装在线性致动器44和46上，磁盘10装成供转台(未示出)旋转。盘转动时，电磁铁40或42被赋能而在盘10上写入标记，另一块电磁铁用来读标记。
电磁铁40和42与盘10隔开安装。由于盘转动时，电磁铁并不悬浮在盘面上，故在对盘读写磁性数据时不要求高的转速。电磁铁空隙长度明显大于普通磁头的空隙长度，使极大的标记被写入在盘面上，再与低转速结合，可把极大的低频标记写入到盘上。
该法的一种变型要求用环形电磁铁如42或44来写入大的低频标记。标记用普通磁头检测，磁头位于伺服记录器或磁性硬驱器上以读对准标记。
第二种替代方法用影印技术在盘上形成标记，图5示出了该方法。与上述电磁铁42与44类似的一对电磁铁501与503位于磁盘10附近，盘在磁铁下面旋转时，磁铁发出的磁场使盘同向磁化。如框504所示，磁铁通过磁化成均一方向，先用来“DC抹除”盘。然后，对盘面加一块漏印极(未示出，用聚焦的光束503表示)，漏印板的开口对应于要写入的图案。接着光源(未示出)通过该漏印板照射盘，把光聚集在裸露的区域503，只加热被漏印板露出的区域506。热量使磁盘的矫顽力减小，此时接通电磁铁(也可在加热步骤之前接通)，但其磁场定向与初始DC抹除步骤的方向相反。然而，此时它们工作成产生较低的磁场等级，只使矫顽力较低的加热区506将其磁性方向切换成对准磁铁501与502发出的相反磁场，形成拷贝漏印板图案的盘磁化图案505。
另一种盘标记法是用图6的高导磁率压模在磁性媒体上加一图案。如图左上部所示，先用上述类似技术对盘作DC抹除，例如图中箭头H的外加磁场使媒体所有磁畴14对准图示的均一方向。然后将具有所需图案17的高导磁率压模16压住盘10，再通过压模17对盘施加箭头朝下的反极性外加磁场，使得与压模17接触的盘区将其磁性方向切换成对准外加的磁场。与压模不接触的区域被压模屏蔽，使盘以压模17的图案呈现出相反的磁性定向15。
图7示出又一种对盘10加对准标记的替代方法。如图所示，利用离子束76把非磁性材料注入选择的盘部分，使这些盘部分的磁性特性发生突变。插入一块在所需图案区以外阻挡离子束的掩模70形成选择。这些被阻挡区在图中用短箭头74表示，裸露区用抵达盘记录层72的长箭头76表示。离子注入形成与较高矫顽力区79侧面相接的较低矫顽力区78。
现在施加一外加磁场77，其强度足以切换较低矫顽力区78与较高矫顽力区79二者的磁性方向。其作用基本上与DC抹除步骤一样，因为它以均一方向磁化整个记录层，如磁性层72中面朝右的箭头所示。最后一步是再施加磁场77，但此时为反极性，而且强度较低，只能切换较低矫顽力区78，较高矫顽力区79保持不变，由此形成可对对准标记50或53编码的磁性图案。
较佳地，注入能量为5～25KeV、剂量为0.1～1％的氮离子N+或氩离子Ar+，氩离子更有效。随着剂量与能级的增大，盘矫顽力等级下降。矫顽力下降程度取决于应用场合。编码标记必须使矫顽力充分不同，使较高矫顽力区在施加第二磁场期间不切换。
要着重指出，除了应用结合图4描述的电磁铁以外，这些技术都能写入低频或高频图案。高频图案最好用普通磁头检测，但这类磁头也可应用霍尔效应传感器或者尤其适合检测磁性标记的专用MR或GMR传感器。反之，低频图案最好用非接触装置检测，包括上述的电磁铁或下述的光学装置。
图8示出一替代的检测法，该法应用了线性偏振光的克耳旋转。诸如红色激光器的光源80发射穿过线性偏振器82的光束84，当光撞击磁盘10时，其偏振作用根据盘的磁化强度作少量旋转，而该旋转是称为克耳效应造成的。返回光束88穿过偏振分析仪86，其穿过分析仪86的强度由CCD检测器89一类的器件检测。分析仪86可以旋转，其允许的透射度取决于入射光束的偏振作用，用来检测盘10的磁化区引起的克耳旋转量，而这又取决于磁化方向。因此，通过使盘10在光束下面通过或通过盘扫描光束，都可检测磁性图案。
以上把对准标记记录到盘上并进行检测的几例方法只是举例而已，任何技术都可采用，包括迄今还未知的各种技术。
而且，不受一般性描述的限制，在把盘装到伺服记录器上之前或安装时，都可将磁性对准标记写入到盘上。然而，盘从伺服记录器上取下后，不能写入对准标记。
在不改变所附如权利要求规定的发明范围的情况下，技术人员可改变对准标记的读写、在盘面上的位置及其图案的方法。
权利要求
1.一种在磁性硬盘上记录对准标记的方法，其特征在于，所述方法包括在磁性硬盘的至少第一面上以磁学方法记录可标记的图案，图案位置对应于硬盘内径的内径位置，该位置在盘面伺服写入期间贴住伺服记录器的轴毂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在磁性硬盘第二面上写入不同于写入在第一面上的图案的图案，第二图案的位置对应于硬盘内径的内径位置，该位置在盘面伺服写入期间贴住伺服记录器的轴毂。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括把磁性硬盘装在转轴上；而且把磁盘内径偏向所述转轴，使内径在所述内径位置贴住转轴。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述转轴是伺服记录器转轴。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括把磁性硬盘装在硬盘驱动器转轴上；和把硬盘内径偏向所述硬盘驱动器转轴，使内径在所述内径处贴住转轴。
6.一种组装硬盘驱动器的方法，其特征在于，所述方法包括把其上记录了磁性对准标记的磁性硬盘装在硬盘驱动器转轴上；和把硬盘内径偏向所述硬盘驱动器转轴，使内径在与所述磁性对准标记具有预定关系的内径位置贴住转轴。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定关系包括在径向把内径贴近位置与磁性标记相连的磁性标记。
8.一种在磁性硬盘上写入伺服图案的方法，其特征在于，所述方法包括在伺服记录器轴毂上安装一张或多张磁性硬盘；偏置所述一张或多张磁性硬盘，使其内径在内径贴近位置贴住轴毂；在所述表面上与所述贴近位置具有预定关系的某个位置，用可标识的图案以磁学方法标记每张所述磁性硬盘的至少一个表面。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括用不同的磁性标记对顶面和底面作标记。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述磁性硬盘的至少一面上记录伺服图案。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图案包括用非接触电磁铁记录在盘上的标记。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图案包括用影印法记录在盘上的标记。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图案包括用高导磁率压模记录在盘上的标记。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图案包括用减小盘矫顽力的注入离子记录在盘选择区上的标记。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，用穿过漏印板的射束注入离子，漏印板的开口对应于图案。
16.一种磁性硬盘，其特征在于，所述硬盘包括具有一内径位置的磁性硬盘，所述位置是内径上的点，在把伺服图案写入到盘上时，该点贴近伺服记录器轴毂；和对所述贴近位置的位置作标记的磁性可读装置。
17.如权利要求16所述的磁性硬盘，其特征在于，所述磁性硬盘有两个记录面，所述磁性可读装置包括两种不同的图案，第一图案位于所述磁性硬盘的一个记录面上，第二图案位于另一记录面上。
18.如权利要求17所述的磁性硬盘，其特征在于，每个图案包括一标记序列，其频率与伺服图案相比较低。
19.如权利要求17所述的磁性硬盘，其特征在于，每个图案包括一种尺寸比伺服数据大得多的标记图案。
20.如权利要求17所述的磁性硬盘，其特征在于，图案的大小和频率可被非接触磁性传感器读取。
全文摘要
磁性对准标记被记录在磁性硬盘的记录面上，以对硬盘贴住多盘伺服记录器的轴毂的位置作出标记。各记录面的对准标记不同，以便区分顶盘面与底盘面，从而在将硬盘组装到盘驱动器转轴上时，它们能以正确的定向组装，即顶面朝上。标记可以是大型低频图案，除了伺服磁道记录器或盘驱动器的磁头以外，还可被非接触装置写入和检测。
文档编号G11B5/596GK1653522SQ03810860
公开日2005年8月10日 申请日期2003年4月10日 优先权日2002年4月10日
发明者D·S·括, J·普雷色斯基, D·恩古严 申请人:西加特技术有限责任公司