利用分離讀取頭和寫入頭進行垂直磁記錄的磁傳感器的製作方法

2023-09-23 00:20:50

專利名稱：利用分離讀取頭和寫入頭進行垂直磁記錄的磁傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於進行垂直記錄的薄膜式磁傳感器；更具體地說，涉及該傳感器的感應式寫入頭部分；再具體地說，涉及該感應式寫入頭的極靴的設計。
背景技術：
在常規現有技術的磁碟記錄系統中，當包含用於讀取和寫入磁轉變的磁傳感器的滑塊由一主軸電機帶動旋轉時，其懸空在該磁碟上。該磁碟包括多個薄膜和至少一個鐵磁性薄膜，其中在該鐵磁性薄膜上記錄(寫入)頭記錄在其中對信息進行了編碼的磁轉變。在介質中的磁疇可以沿縱向或沿垂直方向寫入。利用薄膜處理技術，該滑塊的讀取頭和寫入頭部分被內置於層中。通常，首先製造讀取頭，但也可以首先製造寫入頭。常規的寫入頭為感應式的。
在採用垂直記錄的盤驅動器中，該記錄頭被設計成在基本垂直於該盤平面的方向上引導磁通通過記錄層。通常，用於進行垂直記錄的盤具有一硬磁記錄層和一磁性軟襯層。在利用單極式記錄頭進行記錄操作過程中，引導磁通從該記錄頭的主磁極垂直通過該硬磁記錄層，然後進入軟襯層的平面，再返回該記錄頭的返回磁極。該主磁極和任何屏蔽的形狀和尺寸是確定軌道寬度的主要因素。
在授予Mallary等人的美國專利RE33949中，說明了一種用於垂直記錄的記錄頭，該記錄頭包括與寫入極相隔一小間隙的「下遊屏蔽」。該結構利用磁通返回部分阻擋大部分下遊邊緣磁通，從而該磁通返回部分起磁屏蔽的作用。由該磁屏蔽對下遊邊緣磁通進行的阻擋減小了顛倒或削弱先前記錄的信息位的不希望的作用。該屏蔽的空氣軸承表面(air-bearing surface，ABS)工作面被設計成該主(寫入)極靴的工作面幾倍大，從而在通入下遊磁屏蔽中的磁通密度很低並且先前記錄的圖案沒有被顛倒的情況下，從該主磁極尖端部發出的磁通密度足以進行垂直記錄。
圖1示出用於進行垂直記錄的現有技術的磁頭26及相應的介質27。該磁頭在由M.Mallary，A.Torohi和M.Benakli公布在2002年7月「IEEETransactions on Maguetics」第38卷第4期的文章中作了說明。該磁頭26具有一尾部屏蔽極33和側屏蔽(未示出)。屏蔽36、37位於磁阻傳感器35的兩側。該磁頭可以一前導磁阻頭結構(leading magnetoresistive head structure)工作，因為兩個扁平線圈35A、35B用於保證讀取頭屏蔽36與尾部屏蔽磁極33和該介質27的軟襯層29具有相同磁動勢。磁通通道用線39表示，其示出在ABS處發出磁通的寫入極，而該磁通穿過硬的鐵磁性記錄層28之後在尾部屏蔽極33和讀取頭屏蔽36之間被分開。這種設計的一個缺點是其需要兩個扁平線圈。其還需要一相對較厚的返回極，而該磁極將必須由高磁矩材料製成以獲得高寫入場(write field)能力；並且需要該元件的喉部高度非常狹窄。該圖還示出該設計將造成讀取屏蔽的寫入幹擾。
對於超高密度的磁記錄，垂直磁記錄優越於縱向磁記錄。對更高磁錄密度需求的增加已相應地導致增加了對開發減小寫入極靴寬度、增大寫入場強度以及改善寫入場梯度的方法的需求。實驗證據和模型表明，尾部屏蔽單極寫入頭(SPT)設計可達到4～5dB的介質信噪比，這比利用未屏蔽磁極的尾部邊緣寫入優越，增大了記錄頭磁場的dHy/dx，減少了部分擦除，並改善了飽和度。這些特徵可改善轉變的精確度(線性解析度)並允許更高矯頑磁場介質(改善穩定性)。

發明內容
本發明是一磁感應器，其帶有用於進行垂直記錄的獨立讀取頭和寫入頭。該寫入頭具有一尾部屏蔽，其從返回極靴向主極靴延伸，以在空氣軸承表面形成的一寫間隙。該尾部屏蔽的一個實施例為帶有一支座和一更小的尖端部的兩個部分的結構，該尖端部在該間隙處與該主極靴相對。在一個實施例中，一個由非磁性導電材料製成的散熱器被置於該讀取頭和支承磁通極靴之間的分隔間隙中。該散熱器優選為由銅製成，並不延伸至ABS。


圖1為垂直空氣軸承表面剖開的用於進行垂直記錄的現有技術的記錄頭和介質的截面示意圖；圖2為根據本發明的第一實施例的記錄頭的截面示意圖。該所剖開的截面垂直於該空氣軸承表面。在該圖中包括了用於進行垂直記錄的介質，以幫助說明該記錄頭的功能。
圖3為作為主晶粒角度函數的H-晶粒角度的示圖；圖4為根據本發明的第二實施例的記錄頭的截面示意圖，其包括帶切口的尾部屏蔽。該所剖開的截面垂直於該空氣軸承表面。在該圖中包括用於進行垂直記錄的介質，以幫助說明該記錄頭的功能。
圖5為根據本發明的第二實施例的記錄頭的空氣軸承表面的示意圖，其包括一尾部屏蔽。
圖6為根據本發明的第三實施例的記錄頭的截面示意圖，其包括一帶切口的尾部屏蔽，在該尾部屏蔽與該返回極靴連接處該尾部屏蔽具有彎曲結合區域。在俯視圖或平面圖中，該所剖開的截面垂直於該空氣軸承表面。在該圖中包括用於進行垂直記錄的介質，以幫助說明該記錄頭的功能。
圖7為在該讀取頭和寫入頭之間包括一散熱器/屏蔽的本發明的記錄頭實施例的截面示意圖。在俯視圖或平面圖中，該所剖開的截面垂直於空氣軸承表面。
具體實施例方式
圖2為根據本發明的第一實施例的記錄頭26A的截面示意圖。該截面是垂直於ABS剖開的。在此包括的該圖和其他圖不是按比例作出的，部分地由於較小的零件和間隔將不清楚。如果不是本領域技術人員公知的，則將在相對大小和尺寸重要之處作出標記。圖示的ABS不帶薄膜保護塗層，而在正常情況下，在生產的記錄頭中將帶有該塗層。在此所用術語ABS表示如圖所示的平面，而不考慮是否有塗層。圖2中未示出讀取傳感器及其屏蔽，但它們可位於寫入頭的任意一側，該設計具有單一線圈35。磁軛由鐵磁性極靴41、42、43和46及尾部屏蔽44組成。該尾部屏蔽44也可以被認為是一極靴。該磁記錄介質從該主極靴42運動至尾部屏蔽44，因此標註「尾部」。極靴41為主極靴42提供鐵磁材料所需要的質量，但不延伸至ABS。僅有該主磁極42的小面積出現在ABS上。該磁軛45的背面(通常稱為「背間隙」)直接將該極靴42和41連接到返回極靴43。在這個設計中，該尾部屏蔽44的橫截面為簡單的矩形，但如後所述也可以為其他形狀。該尾部屏蔽44從該返回磁極43的ABS末端向該主磁極42延伸。在這個設計中，當沒有該尾部屏蔽時，該寫入間隙受線圈35厚度的限制，其中線圈35在主極靴42和返回極靴43之間穿過。本發明的尾部屏蔽可使該寫入間隙的長度獨立地從線圈參數得以優化。
對於典型的帶單極寫入頭並且不帶尾部屏蔽的垂直記錄頭，在ABS上的磁通通路是從該主磁極，通過硬的鐵磁性記錄層進入該介質的軟襯層，再通過該記錄層回到返回磁極。如圖2所示，根據本發明的設計，主磁通通路39返回更接近主極靴42的尾部屏蔽44。該尾部屏蔽44設計實現了更好的寫入場梯度和更低介質噪聲。該設計中的三個關鍵參數為1)主磁極42和尾部屏蔽44之間的間隙；2)ABS至軟襯層的間隔；以及3)該尾部屏蔽的厚度。該ABS至軟襯層的間隔不是該記錄頭的特徵，而是由在其中採用該記錄頭的存儲裝置的設計來確定的。
可利用Stoner-Wohlfarth模型來說明本發明的單極尾部屏蔽(SPT)設計相對於單極(SP)設計的改進。圖3為作為主晶粒角度函數的H-晶粒角的示圖。可以看出，為了分布晶粒角度，增加H和平均晶粒角度之間的角度可將切換磁場的分布減少1/2，從而可將有效場增加2X並降低跳動。
當從ABS至該軟襯層29的距離等於寫入間隙的長度(該尾部屏蔽44的末端和主極靴42之間的距離)時，可獲得該設計中的最優磁場角度。當該屏蔽更接近寫入極靴時，寫入場被減小，因為部分磁通逐漸地在該介質的軟襯層和該尾部屏蔽之間被分享。通過增加該尾部屏蔽的厚度並且使該主極靴42的喇叭口端點(flare point)更靠近ABS，就可改進該問題。該喇叭口端點(未示出)為主極靴42開始從ABS變寬(在俯視圖中)的地方。這種記錄頭設計的優點如下1)增加dH/dX，2)減少部分擦除，3)改善飽和度，4)減少介質噪聲，5)傾斜場使在S-W介質上容易寫入。
為了最小化寫入磁通損失並仍達到所希望的效果，從該ABS進入記錄頭的尾部屏蔽的厚度大致等於該主極靴42的軌道寬度的一半。因為為了達到較高的磁錄密度，該軌道寬度收縮很厲害，因此製造該尾部屏蔽很困難。最終的尾部屏蔽厚度是由該ABS的排或單個滑塊的重疊確定的。可利用電氣重疊指導(electro-lapping-guide，ELGS)和/或記錄頭的讀取頭部上的條紋高度作為判據，來終結重疊過程。因為設計要求達到納米級尺寸，這會彎曲或損壞該屏蔽。解決這個問題的一種方法是對該尾部屏蔽進行兩步驟設計。不採用連續的尾部屏蔽，而是將一「帶缺口的」尾部屏蔽分成兩個零件一支座(主體)和一尖端部。該尾部屏蔽尖端部的製造是關鍵的，而該尾部屏蔽支座要求較寬鬆。這種兩步驟的設計可在重疊過程中達到更高的結構強度，在平板印刷中要求較寬鬆，並可使該尾部屏蔽支座彎回該返回磁極。
圖4為根據本發明的第二實施例記錄頭26B的截面示意圖，其包括一帶缺口的兩部分尾部屏蔽。該缺口設計具有大於帶缺口設計所能達到的最大寫入場。有限元模型示出該寫入場改善了8-10％。該所剖開的截面垂直於該空氣軸承表面。該兩部分的尾部屏蔽包括一支座44A和一尖端部44B，其中每個的橫截面都為矩形。該尖端部44B的橫截面較小，其給出了「帶缺口的」外形的組合。圖5為該記錄頭26B的ABS視圖。該尖端部44B的橫穿軌道寬度與在ABS處的該主極靴42的寬度相當，而該支座44A的寬度則比該尖端部的寬度大很多。
為了最小化從寫入極靴至屏蔽的寫入磁通損失，在y方向(與ABS正交)上該尖端部44B的高度優選為等於大約4個寫入間隙。為了最小化寫入磁通損失並仍達到所希望的效果，在x方向(橫穿軌道)上該尖端部44B的寬度等於該主極靴42的記錄軌道寬度的大約1/2。由於該支座44A進一步與該寫入磁極隔開，因此它的製造要求較低使它離ABS(y方向)的厚度沒有該尖端部44B那麼重要。這可使該支座44A在其結合至該返回極靴43處為彎曲的或直線的。另外，這使得該尖端部製造更容易，可將對該尖端部的損壞降至最低並降低該尖端部平板印刷的要求。非磁性金屬(例如起種子層作用的Rb或Ru)和寫入間隙材料可以保留不動，而不需要去除種子層。由於該寫入間隙厚度的控制和該尖端部的布置在這個設計中是關鍵參數，如果不需要除去種子層步驟，則金屬間隙的使用可減小對該尖端部的損壞。
可以將直的或彎曲的支座結合在該返回磁極上。由於要減小寫入磁通損失，只有該尖端部製造是關鍵的，因此這種設計方法允許使該支座彎曲。優選為彎曲的支座。為了最小化在該寫入間隙處的飽和度，該尖端部也可以由能高磁矩材料製成，而該支座可為較低力矩材料。
圖6表示帶有在與該返回極靴43結合的表面為彎曲的尾部屏蔽支座44C的記錄頭26C。優選為彎曲的尾部屏蔽支座。如果首先製造線圈並用硬烘烤方法保護，則由於該硬烘烤地方的收縮，該屏蔽結合將是彎曲的。
帶有上述任一實施例的寫入頭的滑塊可首先或第二製造讀取頭。這就意味著在存儲裝置工作中，根據設計方案，在該記錄介質上的一個點可以首先在該讀取頭下通過或首先在該寫入頭下通過。如果在寫入頭後製造讀取頭，則S1屏蔽靠近該返回極靴43，這不會造成什麼具體問題。然而，如果如圖7中所示的記錄頭26D那樣首先製造讀取頭，則S2屏蔽將靠近磁通承載極靴41。主磁極(或寫入極)靠近傳感器屏蔽並且僅有一個線圈的實施例的潛在問題是，在該傳感器屏蔽和該介質的軟襯層之間將出現一些不需要的磁場。另外，該屏蔽和該軟襯層之間的總磁通與從該主磁極發出的磁通相疊加，而該總磁通必需從該軟襯層返回該返回磁極，這會使該返回磁極上的不希望的磁場增大，如果該磁場太大，則可能擦去數據。為了使這種簡單的幾何關係起作用，可使在該主磁極和傳感器屏蔽之間的距離足夠大，以使在該屏蔽上的磁動力小於主磁極上的磁動力的約10％，這樣，在該傳感器上的不希望的磁場將小於寫入場的10％。當該主磁極和該屏蔽之間的磁阻大約為該屏蔽和該軟襯層之間的磁阻的9倍或更多時，就可滿足該設計規則。作為粗略近似，兩個基本上平行的磁元件之間的磁阻為它們之間的距離除以兩元件的重疊面積。從而，該主磁極和該屏蔽之間的距離應大於9倍的{(記錄頭至襯層間隔)×(主磁極磁軛的長度)×1/2(在背面間隙處的主磁極磁軛寬度)/[(在空氣軸承表面處傳感器屏蔽的寬度)×(這些屏蔽的厚度)]}。該厚度上限的設定應考慮寫入頭和讀取頭之間的距離不應大到產生其他問題，例如讀取頭和寫入頭之間進行平板印刷時對不準)。換句話說，該厚度不應大於滿足上述磁阻要求的值。
與該返回極靴相比，該寫入極靴也產生更多局部熱量。因此，最好在S2和極靴41之間的讀/寫分隔間隙中包括一個散熱器52。該散熱器52為非磁性導電材料(優選為銅)製成，並且也可用作導線連接的一部分，即從記錄頭的一個零件(例如讀取傳感器)至該記錄頭表面上的一個墊的電氣通道的一部分。雖然，該散熱器可以延伸至ABS，但優選為不延伸至ABS，以避免弄髒。圖5用虛線表示該散熱器52，因為其在這個實施例中沒有延伸至ABS。優選地，該散熱器伸出線圈邊緣。在橫穿軌道方向上，該散熱器的寬度大約與S2屏蔽相同。除了從ABS凹陷以外，當平行於軌道線觀察時，該散熱器的外形優選為大致與S2相同。
已經針對具體實施例對本發明進行了說明，但對於本領域技術人員來說，根據本發明的鐵磁性結構還可以有其他用途和應用。
權利要求
1.一種利用帶軟襯層的磁性介質進行垂直記錄的薄膜式磁記錄頭，包括一磁軛，其包括一磁通承載極靴，一與該磁通承載極靴連接並延伸至空氣軸承表面的主極靴，以及一延伸至空氣軸承表面的返回極靴；一線圈，其在該主極靴和該返回極靴之間通過該磁軛；一尾部屏蔽，其與該返回極靴連接，並沿該空氣軸承表面向該主極靴延伸，該尾部屏蔽面對著該主極靴，以形成具有沿該空氣軸承表面的一長度的寫入間隙，該間隙小於該主極靴和該返回極靴之間的線圈厚度；以及一讀取頭，其帶有第一和第二屏蔽，該第二屏蔽與該磁通承載極靴隔開一分隔間隙，選擇該主極靴和該第二屏蔽之間的該分隔間隙以使得該主磁極和該第二屏蔽之間的磁阻基本上大於該第二屏蔽和該軟襯層之間的預先確定的磁阻。
2.如權利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中該主磁極和該第二屏蔽之間的磁阻大致為該第二屏蔽和該軟襯層之間的預先確定的磁阻的9倍或更大。
3.如權利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中該分隔間隙大致為{(預先確定的空氣軸承表面至軟襯層的間隔)×(主磁極磁軛的長度)×1/2(背面間隙處的該主磁極磁軛的寬度)/[(空氣軸承表面處的第一和第二屏蔽的寬度)×(第一和第二屏蔽的厚度)]}的9倍或更多。
4.如權利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中將一非磁性導電材料製成的散熱器置於該分隔間隙中。
5.如權利要求4所述的薄膜式磁記錄頭，其中該散熱器從該空氣軸承表面凹陷。
6.如權利要求4所述的薄膜式磁記錄頭，其中該散熱器在橫穿軌道方向的寬度大致與該第二屏蔽在該橫穿軌道方向的寬度相同。
7.如權利要求4所述的薄膜式磁記錄頭，其中該散熱器由銅製成。
8.如權利要求4所述的薄膜式磁記錄頭，其中該散熱器為從記錄頭的一零件至該記錄頭的表面上的一墊的電氣通道的一部分。
9.如權利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中該尾部屏蔽在其與該返回極靴固定之處具有一彎曲的結合區域。
10.如權利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中該尾部屏蔽在其與該返回極靴固定之處具有一直的結合區域。
11.如權利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中該尾部屏蔽具有一支座部和一尖端部，而該尖端部面向該主極靴以形成寫入間隙。
12.一種用於垂直記錄的薄膜式磁記錄頭，包括一磁軛，其包括一延伸至空氣軸承表面的主極靴和一延伸至空氣軸承表面的返回極靴；一線圈，其在該主極靴和該返回極靴之間通過該磁軛；以及一尾部屏蔽，其帶有一支座和一尖端部，該支座與該返回極靴連接並沿該空氣軸承表面向該主極靴延伸，該尖端部與該支座連接並面向該主極靴，以形成沿空氣軸承表面的長度小於該主極靴和該返回極靴之間的線圈厚度的一寫入間隙，該尖端部具有與空氣軸承表面正交的橫截面面積，該面積小於支座與空氣軸承表面正交的橫截面的面積。
13.如權利要求12所述的薄膜式磁記錄頭，其中該尖端部的橫穿軌道寬度大致與該主極靴的橫穿軌道寬度相等。
14.如權利要求12所述的薄膜式磁記錄頭，其中該尖端部具有與該ABS正交的高度，該高度大致等於該寫入間隙長度的4倍。
15.如權利要求12所述的薄膜式磁記錄頭，其中該支座與該返回極靴連接之處是彎曲的。
16.如權利要求12所述的薄膜式磁記錄頭，其中該支座在與該返回極靴連接之處為直的。
17.如權利要求12所述的薄膜式磁記錄頭，其中還包括一磁通承載極靴，其與該主極靴連接；一讀取頭，其帶有第一和第二個屏蔽，該第二屏蔽與該磁通承載極靴隔開一分隔間隙；以及一散熱器，其由非磁性導電材料製成並被置於該分隔間隙中。
18.如權利要求17所述的薄膜式磁記錄頭，其中該散熱器為從記錄頭中的一個零件至該記錄頭表面上的一個墊的電氣通道的一部分。
19.如權利要求17所述的薄膜式磁記錄頭，其中該散熱器從該空氣軸承表面凹陷。
20.如權利要求17所述的薄膜式磁記錄頭，其中該散熱器由銅製成。
21.一種用於進行垂直記錄的薄膜式磁記錄頭，包括一磁軛，其包括一磁通承載極靴，一與該磁通承載極靴連接並延伸至空氣軸承表面的主極靴，以及一延伸至空氣軸承表面的返回極靴；一線圈，其在該主極靴和該返回極靴之間通過該磁軛；一尾部屏蔽，其帶有一支座和一尖端部，該支座與該返回極靴連接，並沿該空氣軸承表面向該主極靴延伸，該尖端部與該支座連接並面向該主極靴，以形成沿空氣軸承表面的長度小於該主極靴與該返回極靴之間的線圈厚度的一寫入間隙，該尖端部具有與該空氣軸承表面正交的橫截面面積，該截面積小於該支座與該空氣軸承表面正交的橫截面面積，該尖端部的橫穿軌道寬度大致與在該空氣軸承表面的該主極靴的橫穿軌道寬度相等；一讀取頭，其帶有第一和第二屏蔽，而該第二屏蔽與該磁通承載極靴隔開一分隔間隙；以及一散熱器，其非磁性導電材料製成並被置於該分隔間隙中。
全文摘要
本發明是帶有分離讀取頭和寫入頭以進行垂直記錄的一種磁傳感器。該寫入頭具有從該返回極靴向著該主極靴延伸以在空氣軸承表面處形成寫入間隙的一尾部屏蔽。該尾部屏蔽的一實施例為帶有一支座和一小得多的尖端部的兩部分結構，該尖端部在該間隙處面向該主極靴。在一個實施例中，在該讀取頭和磁通承載極靴之間的分隔間隙中置入由非磁性導電材料製成的散熱器。優選地，該散熱器由銅製成，並且不延伸至ABS。
文檔編號G11B5/31GK1619647SQ20041001181
公開日2005年5月25日 申請日期2004年9月23日 優先權日2003年9月29日
發明者徐一民, 李鄺, 李顯邦, 詹姆斯·L·尼克斯, 阿倫·彭特克, 庫爾特·魯賓, 尼爾·史密斯, 孫年祥, 沃爾特·E·沃爾辛, 馬森·L·威廉斯 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司