测试磁头滑块性能的方法.pdf

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。

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1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1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。

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[reference value]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。

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1a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。音圈马达臂104上连接有磁头折片组合100，该磁头折片组合100上设置有磁头滑块103，该磁头滑块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1b显示了从底部看图1a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成型在磁头滑块103的一个侧面上。磁头滑块103具有一个面对磁盘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，悬臂件施加给磁头滑块的压力及悬臂件施加给磁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/写元件移近所述磁盘表面。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。
虽然磁头滑块和磁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)一词，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1。伽玛比率值为1是摩擦学和磁头滑块性能的理想状态，因为其保持了读元件和磁头滑块的最低飞行点之间的间隙为一个常数值，从而使读元件和磁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媒介冷却效果的情况下对磁头滑块进行测试，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磁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(recesslevel)。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磁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：调整所述磁头滑块的负载、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得：Delta[reference value]＝K*Delta[touch down spacing]*[1/DFH gammaratio-1]，其中，所述Delta[reference value]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。
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，进而有利于改进磁头滑块的设计，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。
附图说明
图1a是传统磁盘驱动装置的部分立体图。
图1b是图1a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。
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磁头滑块性能的方法，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磁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之间产生空气承载力。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，一个磁阻读元件60和写元件70。所述写元件70为感应式写元件，其具有两写极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与所述磁盘表面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移近所述磁盘表面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”一词的意思是所述磁头滑块13的最低飞行点接触到所述磁盘表面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所示的磁头滑块和磁盘为例，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磁盘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的电流量使所述磁头滑块13返回到距所述磁盘预定返回量的位置，例如1nm。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。
现在所述磁头滑块13以固定的飞行高度飞行在旋转的磁盘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M1，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
即K*Delta[touch down spacing]*(1/DFH gamma ratio-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磁损失(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表示最低飞行点位移，reader actuation表示读元件位移。
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-1)*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1，此时读元件空隙间距损失等于磁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10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1，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-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)＝
[touch down spacing(1)-backoff amount]*[1/DFH gamma ratio-1]+stepdelta            (3a)
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)＝
[touch down spacing(2)-backoff amount]*[1/DFH gamma ratio-1]+stepdelta            (3b)
因此，
Delta(Rgap spacing loss)＝
[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1nm，系数K为2。因此，如果利用分辨率值作为参数值，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数值。
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磁头滑块。
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。