在研磨以提高工件平面度特征的过程中用来约束工件及施加可变压力的多室柔性装置

摘要

一种对多行磁记录头研磨的装置和方法，它使用多个具有可变压力的流体填充孔，这些孔靠着柔性胶带以便固定并支撑所述行。该带提供必要的切向约束力沿着研磨板拖拉工件。在带下的多个孔提供必要的垂直力将工件压向研磨板以便进行研磨。该行的材料去除量通过调整孔内压力而改变，使得更高的压力施加到那些具有更高带高的磁头上，较低的压力施加到具有较低带高的磁头上。为了设定或调整孔压，进行读入传感器电阻测量以便计算带高。该带高大致与电阻成反比例。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种制造期间约束工件的夹具，以便在研磨加工期间改善工件平面度的控制。更具体地，本发明涉及用来约束工件的柔性装置，具有改进的运动学平面度和更好的带高控制电阻反馈。

背景技术

诸如磁盘驱动器的数据访问和存储装置(DADs)在磁盘在驱动器中旋转时，使用磁记录头来从磁盘读取数据或写入数据。每个磁头都具有抛光的气垫表面(ABS)，气垫表面具有平面度参数，例如隆起、拱形及扭曲。ABS允许该磁头在各个旋转磁盘的表面上“飞行”。为了得到需要的飞行高度，飞行高度变化、起飞速度以及其它空气动力学特征、气垫表面的平面度参数需要严格控制。

尽管制造这些磁头需要一些加工步骤，但是主要在最后研磨加工过程中确定气垫表面平面度参数。可以在磁头被分割或分成单独块之后对磁头进行最后研磨加工，或者在分割步骤之前对磁头的多个行进行最后研磨加工。该加工需要在特定曲率的研磨板对该磁头进行摩擦的时候，约束该磁头或行。当板研磨磁头表面时，该研磨加工致使磁头气垫表面上的材料去除，并且在最佳情况下，将使得气垫表面与板的轮廓或曲率相一致。最终研磨加工也产生和限定了磁记录所需要的合适的磁头读取传感器和写入元件材料的高度。

在最终研磨加工中，有一些影响气垫表面曲率精确度的因素。这些包括钻石尺寸/形态学、润滑剂化学性质、研磨切向表面速度、板材、板上的研磨运动/路径、以及其它的研磨参数。除了这些参数，三个严格的条件必须满足。首先，首要的是研磨板的轮廓进行严格控制，因为在最好情况下，气垫表面将与板的曲率相一致。另外，研磨过程中加工的所有组件，包括磁头/行，必须无变形地约束。约束力的任何变化将导致这些部件在力去除时发生扭曲和/或弹性变形。例如，如果在磁头或行在夹具上夹持的过程中磁头或行在绝对平的表面上进行研磨，当释放时该部分将弹性变形到不平的状况。变形量与该部件初始夹持时产生的弹性变形量成比例。

影响ABS精确度的第三种条件是研磨力，它是通过研磨板施加到研磨部件上的力。理想地，研磨力最小化从而减小研磨加工中的变形。夹持夹具施加垂直于板的力来推动该部件靠着板，并且正切于板用来使得该部件在板上滑动去除材料。不幸地，这些力的组合会弹性扭曲该部件(例如磁头)。

例如，为了在初始弯曲的气垫表面上研磨平面，对着弯曲的气垫表面的平面(并且假定无变形)板的垂直方向力致使气垫表面暂时变平。该部件的偏差或变平量将依赖于加在部件上力大小、方向、及的分布。在足够高的垂直方向力下，气垫表面的整个表面区域与板接触。引入的部件对着研磨平板的切向移动导致气垫表面整个表面区域被研磨，而不仅仅是气垫表面的非平面部分被研磨。移去垂直方向的力时，气垫表面将弹性恢复到不平的状况。为了最小化弹性回复量，需要在部件上提供低的但均匀分布的垂直方向力。该所需最佳的低的垂直力将依赖于多个因素，例如钻石尺寸/形态学、润滑剂化学性质、研磨切向速度、及其它研磨参数。因而需要在最终研磨加工过程中用于精确限定ABS曲率的改进装置和方法。

发明内容

本发明装置和方法的一种实施例通过提供优良的平面度特征例如隆起、拱度、扭曲、凹进和凸起，从而改进了磁记录头多个行的研磨，同时也增加了读取传感器带高范围。本发明提供一种研磨结构，它具有改进的平面运动学和用于更好带高控制的电阻反馈。

该研磨系统使用对着柔性膜例如带，具有可变压力的多个流体填充室，用来支撑至少一个工件。该工件一般用胶安装在膜上并且能够自由地用万向架固定。该带允许在垂直方向上自由移动使得平面度参数最优化，但是提供必要的切向约束力来沿着研磨板拖动工件。位于带下的多室提供必要的垂直力来将工件压向研磨板，从而允许进行研磨。

要求能够改变材料的量或材料的去除使得记录头行的最终带高具有更窄的范围。更高的垂直力导致更大的研磨速率，并且这是通过调整多室内的压力来完成，使得更高的压力施加到那些具有更高带高的磁头上。相反，相对较低的压力施加到具有较低带高的记录头上。为了设定或调整多个室内的压力，进行读取传感器的电阻测量从而计算带高。这些计算是基于知道传感器宽度、厚度及触点的几何尺寸的。带高大致与电阻成反比例。增加室的数量增加了系统能够改变带高去除量的自由度。为了可变数量的带高去除量而调整室内压力的方法能够通过取样电阻测量或就地取样电阻测量进行。

在下面本发明优选实施例的详细描述基础上，本领域技术人员将会清楚地理解本发明前面和其它目的及优点，该详细描述结合附属的权利要求和说明书附图进行。

附图说明

为了使得本发明的特征和优点以及将变得明显的其它方面得以实现并能够被更详细地理解，前面简要概述的本发明将参照下面的实施例详细描述，该实施例通过附图说明，这些附图构成说明书的一部分。然而需要指出，这些附图仅仅显示了本发明的一种实施例，由于本发明允许其它等同效果的实施例，因此不能认为这些附图限定了本发明的范围。

图1是一个分解等角投影图，示出了根据本发明构造的一种实施例研磨夹具的一部分，并且示出了处在装配初始阶段。

图2是图1中研磨夹具的等角投影图，并且示出了它的膜充了气。

图3是图1中研磨夹具的分解等角投影图，并且示出了在图1步骤后的随后装配阶段。

图4是图1中研磨夹具的分解等角投影图，并且示出了在图3步骤后的随后装配阶段。

图5是图1中研磨夹具的分解等角投影图，并且示出了在图4步骤后的随后装配阶段。

图6是图1中研磨夹具的等角投影图，并且示出了在图5步骤后的随后装配阶段。

图7是图1中研磨夹具的等角投影图，并且示出了在图6步骤后的随后装配阶段。

图8a是图1中研磨夹具的等角投影图，并且示出了对工件进行操作的一个阶段。

图8b是图8a中研磨夹具及工件的一部分的放大投影图。

图9是图8a中研磨夹具及工件的侧面剖视图。

图10是图8a中研磨夹具及工件的一部分的侧面剖视图。

图11是图8a中研磨夹具及工件的侧面剖视图，显示了研磨夹具的附加部件。

图12是图11中研磨夹具及工件的放大侧面截面图。

图13是图11中探针电缆及工件的放大侧面截面图。

图14是图11中研磨夹具和工件之间接触面的局部端面截面图。

图15是一条曲线，示出了相对于沿着水平轴线的工件长度，工件沿着垂直轴线的初始带高。

图16是一条曲线，示出了相对于沿着水平轴线的工件长度，相对于图15中的工件，本发明研磨夹具沿着垂直轴线的初始力轮廓。

图17包括了在对本发明研磨夹具不连续取样过程中工件上研磨进展的多条曲线。

图18是本发明一种替换实施例的投影图，包括根据本发明制造的刚性卡片探针组件。

图19是本发明另一种替换实施例的等角投影图，包括根据本发明制造的超音连接组件。

图20是本发明另一种替换实施例的等角投影图，包括根据本发明制造的多室研磨系统。

具体实施方式

参照图1，其中示出了根据本发明构造的研磨夹具100的一个实施例。研磨夹具100从其正常操作位置倒转以便显示出本发明的细节。研磨夹具100包括由例如铝制成的刚性底座101。底座101具有多个单独孔102，在所示的实施例中，这些孔102延伸形成单行阵列。具有多个单独气室且包括柔性膜104的气体存储夹具103在孔102上连接到底座101上。夹具103和膜104优选地由相同的弹性材料例如模制聚氨酯制成，并且胶粘连接在夹具101上，使得孔102在一端被密封。夹具103中的气室的除了压力膜104外的所有壁都为厚壁部分。与夹具103的具有较厚部分区域的其它壁部分相比，薄膜104更能够使得气压通过孔102被引导到气室膜104并移动气室膜104。图2示出了研磨夹具100，其中，每个孔102可单独气压起动致使相应的膜104扩大为气泡105。

现在参照图3，一对侧部支撑106、107连接在研磨夹具100上并且实现几个用途，其中一个用途为在表面108、109给夹具103增加侧部壁力，使得孔102内的气压被引导到膜104。侧部支撑106、107的另一个用途是提供安装双面胶带条112、113(图4)，该双面胶带112、113用于安装第二但为单面的柔性带平台114(图5)。最后，带平台114将支撑工件并切向约束工件，这将在下面描述。一对台阶110、111在侧部支撑106、107上形成，用来安装双面胶带条112、113。如图5所示，这些双面胶带条112、113胶粘侧向上，并在其上固定着单面胶带114。台阶110、111的厚度与双面胶带条112、113的厚度相同，使得当连接到研磨夹具100部件上时单面胶带114是平面的。

两个悬臂弹簧部件115、116(图6)也安装在研磨夹具100上，每个悬臂弹簧部件115、116都具有多个安装销117。弹簧部件115、116是空气致动的并用于分别安装水平、柔性、超薄的探针电缆118(图7)和类似外形的柔性无源电缆119。探针电缆118和无源电缆119通过将电缆118、119压在安装销117上而被安装到弹簧部件115、116的安装表面上。电缆118、119很薄使得它们基本上透明并且允许从外部看到它们的内部线路或导线。

现在参照图8-14，工件120(例如一行棒)安装在研磨夹具100上。一行记录头棒一般包括以线性重复模式排列的一系列记录头，使得气垫表面都处在一侧。通过光学对齐于工件120的MR探针垫、ELG探针垫等，工件120的电触点123与探针电缆118的探针尖端125(图8b)水平对齐。然后在垂直方向将工件120降到胶带平台114上并且通过胶粘相连接。

在研磨起始，有必要从MR装置、ELG装置或者其它类型的使用上述探针电缆系统的反馈装置收集初始的电阻数据，该探针电缆系统与数据获取系统相连，初始的电阻数据在131示意地示出。用于制成探针触点的力在研磨过程中将扭曲工件120，从而导致极端的气垫平面度问题。因此必须周期性地停下研磨并检测。图9显示了有源探针电缆118和无源电缆119与工件120不接触的情况。通过在121、122处致动机械力，有源电缆118和无源电缆119与工件120相接触。一旦数据被收集，有源和无源电缆118、119被缩回。

加载和卸载电缆118、119的机构难于处在IDEMA滑块尺寸所指示的空间，该IDEMA滑块尺寸已知为皮可(10-12)和飞母托(10-15)的滑块。另外，大约88个左右的电缆探针尖端123与大约88行的棒探针垫125相接触是困难的。这些行棒探针垫125不必是完全直的，探针尖端123行的不必是完全直的。注意安装销117在一侧是锥形的，从而使得探针电缆118变形并被压在安装销117上。超薄探针电缆118和短销117较好地适应了这些行的棒工件120小的操作高度。在一个实施例中，探针电缆118是多层电缆，对每对铍铜导线具有激光缝隙，镀青铜导线带有凸起的镀金尖端，使得它们能够相互独立操作。探针电缆118也可以包括带有离隙切口(relief cut)133(图13)的多层电缆。该离隙切口133允许探针尖端123弯曲离开胶粘层114以便适应在行棒工件120或者电缆尖端123本身平直度或对齐性方面的任何差错。

在本发明的一个实施例中，该单行接触研磨加工被设计为最终步骤，用来就所有要求例如平面度、凹处及任何其它相关性能的要求方面而言制备出工件120的气垫表面的最终质量。在这些条件下，在该操作前有较低精密研磨或磨削加工，例如弯曲补偿研磨(BCL)，该加工将供应出良好质量的行棒使得该最后研磨操作只去除很少量的材料，以便获得很高质量的最终产品。这种加工过程明显减少了时间和在该精密加工中的板磨损。然而，BCL不能够研磨带高度到所需的严格范围的带高度。而且，BCL的夹持装置致使工件扭曲，这导致产生不可接受的平面度参数。

如前所述，在研磨开始，有必要通过探针电缆系统依靠计算机、放大控制器或励磁线圈来收集初始电阻数据以便测量MR装置、ELG装置等，所述探针电缆系统全部处在与气控研磨系统相连接工作的封闭环周期反馈系统中。初始数据被收集并且依靠这些装置的典型校准完成这些行的棒工件120的初始性能确定，这一般涉及MR带高度、与MR带高度相关的ELG带高度、MR电阻、MR振幅及其它相关性能值及它们的组合。

通过进一步评定性能数据，第一研磨端点距离与第一机构设定一起进行计算。这些设置与气室102的气压设置相关，该气压将施加到横过行棒工件120的局部研磨力，从而开始去除每个性能装置之间的差异，从而试着将它们带到性能值。

现在参照图15和16，示出了调整本发明一个操作标准的说明实例。在该实例中，带高度为被研磨夹具100监控的性能参数。一行工件120通过滑块位置生成带高度轮廓141，如图15的曲线所示。本发明的算法将电缆118、119与工件120相结合，从而沿着工件120长度进行电阻测量。该算法然后计算在带高度上减小变动所需的研磨力，该研磨力一般与研磨带高度轮廓141成反比。每个气压室102(图1)的气室压力分配由图16中的力(Np)的轮廓143的曲线示出。该算法然后缩回电缆118，119和开始研磨工件120直到完成第一研磨时期和停止研磨机。该算法然后重新启动电缆118、119并且收集新的测量数据。当需要时该算法重复这些步骤达到所需目标或公差。气室压力的最终调整致使每道次带高度更加均匀一致。相同地，如果带高度比它在前面的反复中更不均匀，该算法为下一研磨程序相应调整气室压力。重复该过程直到平均的最终带高度值达到目标值。

已经描述的是用于研磨例如磁记录头邻近行的气垫表面的机械工具、反馈系统及算法。在周期基础上测量电阻并用于调整横过所述行的研磨力使得性能值，例如带高度，能够首先基本上横穿过所述行变成均匀并且在最终平均目标终止研磨。图17作为经验实例提供来证明性能数据的实际曲线。在该情况下，带高度以在“时间0”收集的初始数据开始，所述行被研磨并且在带高度上减小。进行带高度数据的顺序收集并且执行研磨，直到100.0nm(例如“时间11”)的带高度目标达到为止，然后结束研磨。

总结一下，下面的步骤在本发明方法过程中发生。首先，测量工件上每个读取传感器的电阻并且计算带高度轮廓。随后，使用适当功能为每个读写传感器计算所需要的施加压力，该压力大致上与所需去除材料量成比例。该工件然后按计划时间研磨使得去除的材料量比目标低一些。然后通过反复加工重复这三个步骤逼进目标(例如带高度)直到工件处在可接受的范围内。

本发明两个替换实施例在图18和19中示出。不像前面使用“取样电阻”(也就是非连续的)方法来确定工件状况的实施例，这两个替换实施例每一个都使用“就地(in-situation)”反馈方法，该方法保持连续电接触来评定工件的一致性。换句话说，工件的电阻能够在任何时间测量，包括在研磨进行的过程中，使得与工件的电接触是连续的和不间断的。该方法的控制算法可以包括多种控制方法，例如PID(比例、积分、导数)、PI(比例、积分)或其它控制算法。当获得目标参数时(例如，达到目标带高度或电阻)，该方法以与第一实施例相同的方式结束。

例如，在图18中，研磨夹具200包括探针201的刚性卡的阵列，探针201延伸为在行工件205上与电接触垫203直接的、不间断的接触。在图19中，研磨夹具300包括在工件305上超声连接到垫303的细线301。除了用于接触各个工件的部件和进行的连续测量外，这两个就地实施例的研磨夹具基本上按照与前面取样电阻实施例相同的方式进行操作。在另一个替换实施例中，第一实施例的夹紧系统也可以用于执行就地电阻测量。然而，对于本发明的就地实施例，由于研磨带来的物理限制更难于获得精确的电阻读数。工件必须被无扭曲地夹持和约束，在研磨过程中必须被夹持，在电阻探测过程中必须被夹持，并且约束必须在很有限的空间内完成。

现在参照图20，显示了本发明另一替换实施例的研磨加工夹具400。夹具400被设计成同时支撑和加工多个不连续工件420，而不是单个工件。尽管夹具400被示出支撑12个为磁读出/书写头组的行工件420，并且每一个工件上面都具有多个气垫表面(ABS)，更多或更少行以及其它类型和尺寸的工件都可以被夹具400支撑。另外，夹具400可以适用于用在除了研磨外的不同类型的加工技术。夹具400可以采用任何一个前面描述过的技术或方法来完成与前面的实施例相同的目标。

在所示方案中，工件420安置在薄的柔性片或膜401上，该柔性片或膜401例如为切割成方块的带并安装在平面框架403上。在一个方案中，膜401涂上胶，使得工件420胶粘到它的表面。在如前面实施例所描述的取样或就地构造中，反馈电缆405从框架403延伸出并且与工件420电连接。框架403和膜401连接到具有大量单独致动压力孔409的底座407上。每个孔409连接到它自身的压力接头411，这为离散的压力孔409提供精确的动力和控制。流体例如气体或液体用于给膜401提供高度可操纵的、弹性外表面，用于可调节地支撑工件420。像前面的实施例，孔409通过传送液体的外部压力源例如泵被加压。

在操作中，在减小由于约束或夹持力产生的它们的气垫表面(ABS)扭曲过程中，按照与前面实施例相同的方式使用夹具400。在工件420用研磨装置413加工的过程中，膜401支撑工件420。由于工件420完全安置在孔409阵列所限定的区域内，工件420完全被膜401支撑并且通过流体压力在垂直于膜401方向上的移动基本上被约束。薄膜401本身由于它的低弯曲力矩惯量非常容易柔性弯曲。因为膜401具有很低的弯曲刚度，在垂直方向上膜420的扭曲很低。而且，由于在各个孔409内通过流体压力提供垂直方向支撑，沿着每个工件420的压力和支撑轮廓能够单独修正。

另外，膜401上的胶粘层基本上约束了工件420在正切于膜401方向上的移动。膜401上的胶提供了用于沿着研磨板413拉气垫表面的切向力。这允许工件420对着研磨板413被研磨，使得它们的气垫表面与研磨表面形状相一致。膜401提供切向力的良好传送，因为切向力处在膜401材料的张力轴线上。夹具400也提供有多个磨损垫415，这些磨损垫帮助在研磨板413和夹具400之间提供固定间距。在研磨过程中，夹具400通过磨损垫415靠对着板413。从而，工件420的气垫表面和磨损垫415都被同步磨削。由磨损垫415提供的固定间距将通过磨损慢慢减小。

本发明具有几个优点，包括按照将施加在工件上的约束力最小化的方式约束工件，从而在研磨加工过程中将工件扭曲最小化的能力。高度柔性的夹具使得气垫表面被更均匀、快速及精确地研磨，从而与研磨表面形状相一致。假定需要可忽略的力在支撑膜的垂直方向上偏转膜，流体将致使膜在胶粘连接区域与磁头/行的曲率相一致，并且因此最小化工件的扭曲。这将允许对于研磨加工进行气垫表面曲率的更严格控制。

本发明提供一种沿着晶片基底部分(例如一行棒)用于气垫表面研磨多个磁记录头例如磁致阻抗(MR)磁头的方法。该气室夹持方法在研磨过程中不会扭曲该行棒，从而阻止所知的如扭曲拱度和曲面这样的研磨扭曲变形。本发明的气室悬浮方法给每个气室施加单独的气压，用来沿着该行棒的长度调整研磨载荷，从而沿着该行棒的长度调整研磨速率。超薄水平探针电缆探测MR装置或电子研磨导块(ELGs)，用来获得能够用于控制研磨加工的反馈信号。计算机控制的伺服系统通过探针电缆连续读出MR或ELG装置的信号，确定临界性能高度例如MR带高，并且连续再调整气室压力，在达到精确的性能高度要求时结束研磨加工。

虽然本发明仅仅以一些形式进行了显示或描述，但对本领域技术人员来说应当清楚地知道，本发明并不限于这些描述，不超出本发明范围的基础上可以进行一些修改。