用于电化学加工的电极制造技术

一种电极，它包括形成电极表面的介电层、以及包括嵌埋在所述电极表面下的金属的有源区。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于电化学加工的电极，具体涉及在磁盘驱动器电动机的止推轴承和轴颈轴承上制造用于流体动力学轴承(FDB)的凹槽图案。
技术介绍
在几乎所有的计算机系统中都使用包含可磁化介质的磁盘来存储数据。目 前的磁硬盘驱动器在运作的时候，读-写头仅处于磁盘表面上方几纳米处，而且 磁盘速度相当高，通常为数米/秒。通常磁盘被安装在由主轴电动机驱动旋转的主轴上，使得磁盘的表面在所 述读/写头下通过。主轴电动机通常包括固定于底板的轴，以及与主轴连接的毂 (hub)，其具有用来将所述轴插入其中的套管。与该毂相连的永磁体与底板上的 定子绕组相互作用，使得毂相对于所述的轴旋转。为了促进旋转，经常在所述 毂和轴之间设置一个或多个轴承。图l显示了磁盘驱动器的示意图，该磁盘驱动 器可特别有效地使用本专利技术的方法和设备制造的具有流体动力学轴承的主轴 电动机。参见图l，磁盘驱动器100通常包括外壳105，其具有用密封件120密封 于盖罩115的底部110。磁盘驱动器100具有主轴130，该主轴130上连接了大量 的磁盘135，这些磁盘具有被磁性介质(未显示)覆盖的表面140，用来磁性存储 信息。主轴电动机(此图中未显示)使得磁盘135旋转而经过读/写头145，所述读 写头145使用悬臂组件150悬挂在所述磁盘的表面140上方。在操作中，主轴电动 机使得磁盘135高速旋转经过读/写头145，同时悬臂组件150移动该读/写头，使 其定位于一些径向隔开的磁道(未显示)中之一的上方。这使得读/写头145可以在 磁盘135表面140的选择的区域的磁介质上读取和写入磁性编码信息。这些年来，存储密度趋向于增加，存储系统的尺寸趋向于减小。这种趋势 导致存储磁盘的制造和操作中的精度更高、容差更低。例如，为了增大存储密 度，读/写头必须设置得与存储磁盘表面越来越近。这种靠近要求磁盘基本在单 一的平面内旋转。磁盘旋转中轻微的摆动或偏转会造成磁盘表面与读/写头接触。这被称为"碰撞"并且会破坏读/写头和存储磁盘的表面，造成数据损失。通过以上讨论可以看出，用来支承存储磁盘的轴承组件是十分重要的。一种常规的轴承组件包括支承在一对套圈(race)之间的滚珠轴承，其允许存储磁盘 的毂相对于固定的部件旋转。然而，滚珠轴承组件存在许多机械上的问题，例 如磨损、偏转和制造困难。另外，由于弱阻尼性，抗操作冲击和振动的能力较差。一种另外的轴承设计是流体动力学轴承。在流体动力学轴承中，诸如空气 或液体之类的润滑流体在外壳的固定部件和磁盘毂的旋转部件之间提供轴承 面。除了空气以外，通常的润滑剂包括油或其它流体。相对于包括一系列点界 面的滚珠轴承组件，流体动力学轴承将轴承界面扩展到很大的表面区域。这是 人们所需要的，这是由于增大的轴承表面减小了旋转部件和固定部件之间的摆 动或偏转。另外，通过在界面区域使用流体，为轴承提供了阻尼效果，这有助 于减小非重现性的(non-repeat)偏转。位于轴颈流体动力学轴承、推力流体动力学轴承和锥形流体动力学轴承上 的产生动压力的凹槽(即流体动力学凹槽)产生了局域的高流体压力区域，为流 体或空气提供了传送机构，以便更均匀地分配轴承内以及旋转面之间的流体压 力。所述流体动力学凹槽的形状取决于所需的压力均匀性。流体位移的质量(由 此带来的压力均匀性)通常取决于凹槽深度和尺寸均匀性。例如，具有不均匀深 度的流体动力学凹槽可能会导致压力差，从而导致流体动力学轴承或轴颈过早 发生故障。由于以上问题，人们开发出了在流体动力学轴承中凹槽的电化学加工 (ECM)。广泛来说，ECM是一种在不使用机械能或热能的条件下去除材料金属的方法。基本上来说，将电能与化学物质结合起来，形成蚀刻反应，从流体动 力学轴承上除去材料，以便在其上形成流体动力学凹槽。为了实施该方法，使 得直流电在作为阳极的工件(例如相对板(counterplate)、套管轴颈(sleeve journal) 或锥形轴承)和通常带有待形成的图案和作为阴极的电极之间通过，所述电流 通过两个表面之间的导电性电解质。在阳极表面处，电流除去了电子，并且破坏 了表面上分子结构的金属键。这些原子与电解质一起作为金属离子进入溶液， 形成金属氢氧化物。这些金属氢氧化物(MOH)分子被带走，过滤除去。然而，该 方法提高了将凹槽精确而同时地设置在横过间隙的表面上的要求，所述间隙必 须精确测量，这是因为间隙的设定可能会决定金属离子被带走的速率和体积。即使在简单的结构中，这一问题也可能难以解决。当所述结构是锥形轴承的内 表面的时候，间隙宽度的设定可能极为困难。与锥形部件相关的工艺性问题经 常使得难以控制圆锥的直径。由于机械容差，所述工件可能未与电极对准，造 成间隙不均匀，相应地使得流体动力学凹槽的深度不均匀。因此，很难制造一 种具有固定的电极的工具，来确保工件和电极之间具有连续恒定的间隙，以形 成尺寸恒定的流体动力学凹槽。目前，人们通过ECM法在止推轴承和轴颈轴承上制造高级的凹槽图案。用 于ECM法的电极使用高电导性材料制造，通常为圆柱形，工件表面加工成具有 特定形状和深度的三维图案。所述ECM法使用成形的电极以提供通过电解质的电通量场，使得在受这些 电场影响的区域中从工件除去金属。所述电极具有被绝缘材料区域分隔的导电 材料的区域。这些区域的形状和图案通常是要通过电化学作用加工的区域的负 像。加工发生在所述导电区域的区域内，而在绝缘材料区域内受到限制。这些 电极可以具有复杂而多维的形状。这些电极的制造取决于允许构建导电材料和绝缘材料的交替区域的技术。 通常在制造能力方面的限制包括常规的机械切削工具受限制的尺寸，以及形成 单片多维结构的能力。我们提出了光刻法也许能够作为节约成本的技术，这是 由于我们可以在沉积和蚀刻中使用分批法。可通过许多种技术制造所述电极工件的表面图案，如研磨、蚀刻或激光加 工。 一旦在电极工件表面上制造了三维图案之后，用介电材料填充凹痕，然后 进行电解质研磨步骤，使得介电层电极工件区域(金属表面)与介电表面达到相 同的高度。图2显示了通过这种方法制造的ECM电极的示意图。介电层作为电 极上相邻的两个有源区(active zone)之间电场的分隔件(separator)，通常基于电 极工件表面图案的特征宽度决定了工件的特征宽度。该电极设计有以下缺点-(a) 随着加工出的间隙的减小，电弧放电的可能性提高；(b) 电极工件表面会与样品表面发生偶然的机械接触，这会导致电极工件表 面受到破坏和损坏；在大批量生产中这一点尤为要紧；(c) 如果导电通路很窄，则金属/电介质界面会迅速过热，导致电极解体；(d) 对于这种电极设计，常规的研磨技术所能达到的最小特征宽度为35微米；(e) 对每个电极进行激光加工制造特征图案的时间约为数小时的数量级；(f)生产量限制为l个电极/系统。因此，人们仍然需要改进的电极及其制造方法，以提供用来形成精密而低 成本的流体动力学凹槽的可靠的方法和设备。
技术实现思路
本专利技术的实施方式涉及一种电极，该电极包括形成该电极表面的介电层， 以及包含嵌入所述电极表面之下的金属的有源区域。较佳的是，通过电化学法在 工件上形成凹槽图案而设计所述电极。较佳的是，所述介电层包括凹槽图案，该凹槽图案包括特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，它包括形成电极表面的介电层、以及包括嵌埋在所述电极表面下的金属的有源区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：A·帕尔霍武斯基，L·M·德沃斯津，R·A·艾迪，R·M·佩尔斯特林，
申请(专利权)人：希捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US