熱輔助磁頭TAMR極尖形變的工藝優化

何聰華1,2

摘 要：熱輔助磁頭TAMR在封裝過程中磁頭極尖部位很容易產生形變。極尖的形變對磁頭飛行高度很敏感：形變越大，磁頭飛行高度越大，飛行高度越難控制。隨著磁頭飛行高度的增加，輸出信號的幅值也隨著減小，磁頭的讀寫性能明顯下降。本文通過Minitab軟件設計正交試驗并進行數據分析，尋求封裝過程中的最佳工藝參數以達到減少磁頭極尖形變的目的，為TAMR封裝提供技術參考。

關鍵詞：熱輔助磁頭 TAMR Minitab

中圖分類號：TP206 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0096-04

Abstract：Deformation of pole area happened on TAMR（Thermal Assisted Magnetic Recording） after potting. Pole area deformation is sensitive to fly height. Deformation more， fly height became bigger and controlled worse. Bigger fly height less signal output， TAMR read and write performance became worse. This paper shows how to optimize potting parameters by Minitab to reduce deformation on TAMR pole area. The result is helpful for TAMR production.

Key Words：Thermal Assisted Magnetic Recording； TAMR； Minitab

近年來，日本TDK株式會社為提高硬盤單張碟片存儲密度，開發了熱輔助磁頭（Thermal Assisted Magnetic Recording，簡稱TAMR）。該磁頭封裝了小型激光元件作為加熱源，通過對碟片局部加熱降低其表面磁介質的矯頑力，實現信息寫入；當碟片表面磁介質瞬間冷卻恢復高矯頑力狀態時，實現信息保持。在磁頭上封裝小型激光元件后，難免對磁頭ABS（Air Bearing Surface），特別是讀、寫極尖部位的形變產生影響。極尖部位的形變直接影響磁頭的飛行高度（Fly Height）和最小磁間隙（Magnetic Spacing）。磁頭的飛行高度指當磁頭在碟片表面飛行時，磁頭和碟片之間的距離稱為磁頭的飛行高度（Fly Height）；磁間隙指磁頭的讀寫頭與碟片的磁介質層之間的垂直距離稱為磁間隙（Magnetic Spacing）[1]。目前最小間隙可以保持在15nm左右[2]。

姚華平等用動態電性能測試機研究了磁信號的輸出情況，其結果表明：隨著磁頭飛行高度的增加，輸出信號的幅值也隨著減小[3]。由此可見，如何通過工藝優化減少形變，對TAMR磁頭的生產與開發都具有極其重大的意義。

1 試驗設計

TAMR是通過外部鐳射的照射，熔化磁頭條上的焊料并將帶有激光二極管的小型激光元件焊接到磁頭條上，然后把磁頭條上的TAMR用砂輪片切粒，如圖1所示。在保證激光元件與磁頭有足夠的粘結力的情況下，TAMR在封裝過程中不但受到外部鐳射照射時所產生的熱變形，還受到頂針的推力，以及在磁頭條切粒過程中受到砂輪片的切割力。這3種因素會造成TAMR極尖部位的形變。為了保證激光元件與磁頭有足夠的粘結力，焊接用的鐳射能量為定量，故在本試驗中只考察頂針推力與砂輪磨粒大小對TAMR極尖形變的影響。

利用Minitab軟件設計32兩因素三水平正交試驗表格，如表1所示。頂針推力分別是（30gf、40gf、50gf），砂輪型號分別是（HAL-6K、HAL-8K、HAL-10K）。

其中，砂輪磨粒大小如表2所示。

2 試驗數據分析

試驗數據如表3所示：標準序2和標準序3形變都小于1nm。

2.1 試驗直觀分析

利用Minitab輸出主效應圖和交互作用圖如圖2和圖3所示：頂針推力曲線斜率比砂輪型號曲線斜率明顯大，故頂針推力對TAMR極尖形變的影響更重要；頂針推力與砂輪型號的交互作用并不顯著。其中，頂針推力30gf和砂輪型號10K使極尖形變更小，為了得到小的變形量理論上應取頂針推力30gf和砂輪型號HAL-10K。

從表4、表5各因子的統計量可知，因子頂針推力P<0.05，說明該因子對形變的影響是重要的；因子砂輪型號P>0.05，說明該因子對形變的影響是不重要的。

2.2 殘差分析

利用Minitab輸出殘差分析圖如圖4所示：殘差呈現出正態分布；殘差的和為0，殘差沒有明顯的模式或趨勢。故Minitab所建立的分析模型是有效的。經過工藝優化后，TAMR極尖形變有了極大的改善，如圖5所示。

3 結語

通過正交試驗得到如下結論：頂針推力30gf和砂輪型號HAL-10K可以獲得小的極尖形變。但實際上產中，HAL-10K價格昂貴而且壽命比HAL-8K短，故采用頂針推力30gf和砂輪型號HAL-8K的方案。在大量的生產數據中顯示，該工藝參數搭配能很好地控制極尖部位的形變，能穩定保持形變在<1nm。

參考文獻

[1] 張晨輝，馬天寶，鐘敏.磁頭/磁盤表面保護膜及抗吸附分子膜研究[J].數字制造科學，2007，5（2）：2

[2] 陳海霞，吳建康.計算機磁頭/磁盤超薄氣膜潤滑穩定性[J].機械科學與技術，2005，24（1）：58-61.

[3] 姚華平，韋鴻鈺.硬盤磁頭飛行姿態的實驗研究[J].裝備制造技術，2011（8）：46-48.endprint