专利名称：具有螺旋线圈的薄膜磁头的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于写入磁性位数据的薄膜磁头。具体地说，本发明涉及带有所谓螺旋线圈的薄膜磁头。
背景技术：
带有螺旋线圈的薄膜磁头经常是如日本专利申请公开No.5-250636中所述那样使用的。形成连接线圈图案片(connecting coil pattern piece)用于下部线圈图案片与相应的上部线圈图案片之间的连接。将连接线圈图案片连接到下部和上部线圈图案片的放大部分。增大连接面积有利于在连接线圈图案片与下部和上部线圈图案片之间实现可靠的连接。
下部和上部线圈图案片分别限定了窄的线圈模板。各个窄的线圈模板以恒定的宽度延伸。磁极与所有的窄线圈模板相交。尽管窄有利于下部和上部线圈图案片的排列紧凑，但是窄也不可避免地使得薄膜磁头的电阻增大。从而，薄膜磁头不能响应于提供的高频写入信号而产生更大的磁场。薄膜磁头还受到温度上升加速的不利影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提供带有螺旋线圈的薄膜磁头，它能够建立有效的磁特性。
根据本发明提供的一种薄膜磁头包括以恒定宽度延伸的均匀下部线圈图案片，所述均匀下部线圈图案片布置在垂直于与介质相对的表面的方向上；以恒定宽度延伸的均匀上部线圈图案片，所述均匀上部线圈图案片布置在垂直于与介质相对的表面的方向上；插入在所述均匀下部线圈图案片与所述均匀上部线圈图案片之间的绝缘层；放大的下部线圈图案片，每个所述放大的下部线圈图案片从所述均匀下部线圈图案片的相反端延伸，所述放大的下部线圈图案片在离所述均匀下部线圈图案片更远处宽度更大；放大的上部线圈图案片，每个所述放大的上部线圈图案片从所述均匀上部线圈图案片的相反端延伸，所述放大的上部线圈图案片在离所述均匀上部线圈图案片更远处宽度更大；由所述放大的下部线圈图案片的外端竖立的连接线圈图案片，所述连接线圈图案片具有连接到所述放大的上部线圈图案片的外端的上端；以及具有前端的磁极，所述前端暴露于所述与介质相对的表面，所述磁极在所述绝缘层中从所述前端沿垂直于所述与介质相对的表面的方向向后延伸，所述均匀下部线圈图案片和所述均匀上部线圈图案片的长度与所述磁极的宽度相对应。
该薄膜磁头可以在磁线圈中的均匀下部和上部线圈图案片处建立最窄的宽度。尽可能地减小了磁极的长度。均匀下部和上部线圈图案片还可以在平行于与介质相对的表面的方向上具有最小的长度。因此必然减小了磁线圈中的电阻。这使得可以在薄膜磁头中建立有效的磁特性。而且可以防止薄膜磁头过热。
与介质相对的表面附近的放大的上部线圈图案片和下部线圈图案片中至少一个可以从平行于与介质相对的表面延伸的平面向后扩大。薄膜磁头使均匀上部线圈图案片和下部线圈图案片可以尽可能地靠近与介质相对的表面。在垂直于与介质相对的表面方向上尽可能地减小了磁极的长度。
连接线圈图案片的截面设定为在平行于与介质相对的表面的方向上的尺寸比在垂直于与介质相对的表面的方向上的尺寸更大。因此，连接线圈图案片的位置可以尽可能地接近与介质相对的表面，同时连接线圈图案片可以有更大的截面。这有利于使磁线圈的总长度最小。
在薄膜磁头中，放大的上部线圈图案片和下部线圈图案片的轮廓线可以沿曲线限定。沿放大的下部线圈图案片和上部线圈图案片的轮廓线不形成棱角。这防止了来自放大的下部线圈图案片和上部线圈图案片的噪声辐射。因此，当薄膜磁头与读取头元件结合使用时，读取头元件可以在受到来自薄膜磁头的影响更小的情况下可靠地读出磁性位数据。如果沿轮廓线形成了任何棱角，则可能从该棱角辐射噪声而使读取头元件处的读取操作恶化。
根据结合附图对优选实施例的下述说明，本发明上述和其他的目的、特征和优点将更加明显。
图1是示意性图示了作为磁记录介质驱动器示例的硬盘驱动器(HDD)内部结构的平面图；图2是根据具体示例的飞行头滑块的放大立体图；图3是在飞行头滑块的与介质相对的表面或气浮支撑表面(ABS)处观察的读取/写入磁头元件的放大正视图；图4是沿图3中4-4线所取的垂直截面图；图5是示意性图示了根据本发明实施例的薄膜磁头的内部结构的部分立体图；图6是沿图4中6-6线所取的水平截面图；图7是沿图4中7-7线所取的水平截面图；并且图8是示意性图示了根据本发明的另一种实施例与图4相应的薄膜磁头的垂直截面图。
具体实施例方式
图1示意性图示了作为磁记录介质驱动器示例的硬盘驱动器HDD11的内部结构。硬盘驱动器11包括外壳12。外壳12包括开口盒形状的基座13，基座13限定了例如扁平的平行六面体状的内部空间。基座13可以由金属材料制成，例如铝。可以用模制工艺形成基座13。未示出的盖子耦合到基座13。盖子用于覆盖基座13的开口。可以用例如冲压工艺由板状的材料形成盖子。
基座13的内部空间中密封有用作记录介质的至少一个磁记录盘14。磁记录盘14是所谓的垂直磁记录介质。(多个)磁记录盘14安装在主轴电机15的驱动轴上。主轴电机15以例如5,400rpm、7,200rpm、10,000rpm、15,000rpm等高转速来驱动(多个)磁记录盘14。
基座13的内部空间中还密封了头执行器元件即托架16。托架16包括托架块17。托架块17支撑在垂直支撑轴18上以进行相对旋转。托架臂19限定在托架块17中。托架臂19设计为从垂直支撑轴18沿水平方向延伸。托架块17可以由例如铝制成。可以用例如挤压模塑工艺来形成托架块17。
头悬挂装置21附装到单独的托架臂19的前端。头悬挂装置21设计为从相应的托架臂19前端向前延伸。未示出的万向弹簧(gimbal spring)连接到单独的头悬挂装置21的前端。飞行头滑块22固定在万向弹簧的表面上。万向弹簧使飞行头滑块22可以改变其相对于头悬挂装置21位置空间方位角。电磁换能器按照下面的详细说明安装在飞行头滑块22上。
当磁记录盘14旋转时，飞行头滑块22可以承受沿旋转的磁记录盘14产生的气流。气流用于在飞行头滑块22上产生正压力或抬升力以及负压力。从而在磁记录盘14旋转期间使飞行头滑块22可以以更高的稳定性保持在磁记录盘14表面上方飞行，所述稳定性是由头悬挂装置21的压紧力与上述抬升力和负压力的组合之间的平衡来建立的。
在飞行头滑块22的飞行期间，当驱动托架16围绕垂直支撑轴18摆动时，飞行头滑块22可以被允许沿磁记录盘14的径向运动。这种径向运动使飞行头滑块22上的电磁换能器可以穿越最内侧记录磁道与最外侧记录磁道之间的数据区域。从而，飞行头滑块22上的电磁换能器可以位于磁记录盘14的目标记录磁道的正上方。
例如音圈电动机VCM23的电源耦合到托架块17。电源23允许托架块17围绕垂直支撑轴18旋转。托架块17的旋转实现了托架臂19和头悬挂装置21的摆动运动。
图2图示了飞行头滑块22的具体示例。飞行头滑块22包括平行六面体形式的滑块主体31。介质相对表面或底表面32限定在在滑块主体31上，使得以一定距离朝向磁记录盘14。底表面32上限定了平基座表面或参考表面。当磁记录盘14旋转时，气流33沿着从流入端或前端朝着流出端或后端的方向作用于底表面32。滑块主体31可以包括例如由Al2O3-TiC制成的基座34和由Al2O3(氧化铝)制成的头保护层35。头保护层35覆盖在基座34的流出端或尾端上。
前轨36和后轨37形成于滑块主体31的底表面32上。前轨36垂直竖立于底表面32接近滑块主体31流入端的平坦表面。后轨36垂直竖立于底表面32接近滑块主体31流出端的平坦表面。气浮支撑表面ABS 38、39分别限定在前轨36和后轨37的顶表面上。气浮支撑表面38、39的流入端分别经过台阶41、42连接到前轨36和后轨37的顶表面。
飞行头滑块22的底表面32设计为承受沿旋转的磁记录盘14产生的气流33。台阶41、42用于在气浮支撑表面38、39处产生更大的正压力或抬升力。此外，在前轨36的后面引起更大的负压力。负压力与抬升力相平衡，以使飞行头滑块22建立稳定的飞行位置。
前述电磁换能器，即读取/写入磁头元件43安装在滑块主体31上。读取/写入磁头元件43嵌入头滑块主体31的头保护层35中。读取/写入磁头元件43的读取间隙和写入间隙暴露于后轨37的气浮支撑表面39处。应当说明，读取/写入磁头元件43的前端可以由类金刚石碳(DLC)制成的保护层覆盖，所述保护层在气浮支撑表面39之上延伸。写入/读取磁头元件43将在下面详细说明。飞行头滑块22可以采取除了前述之外的任何形状或形式。
图3详细地图示了飞行头滑块22的底表面32或气浮支撑表面39。读取/写入磁头元件43包括薄膜磁头或单磁极头44以及读取头元件45。例如，单磁极头44允许磁线圈可以响应于所供给的电流而产生磁场。所产生的磁场用于将二进制数据记录在磁记录盘14中。例如，可以将磁阻元件用作读取头元件45，所述磁阻元件例如巨磁阻(GMR)元件以及隧道结磁阻(TMR)元件。读取头元件45被允许响应于从磁记录盘14所施加的磁场的极性反转而引起电阻变化。电阻的这种变化用于检测二进制数据。
单磁极头44和读取头元件45插入在外层膜46与内层膜47之间，所述两层膜都由Al2O3制成。外层膜46对应于前述头保护层35的上半部分，而内层膜47对应于头保护层35的下半部分。
读取头元件45包括插入在上部导电层与下部导电层或者上部屏蔽层和下部屏蔽层49、51之间的磁阻膜48，例如隧道结膜。磁阻膜48嵌入到覆盖在下部屏蔽层51的上表面上方的绝缘层52中。绝缘层52由例如Al2O3制成。上部屏蔽层49沿绝缘层52的上表面延伸。上部和下部屏蔽层49、51可以由磁性材料制成，例如FeN、NiFe等。上部和下部屏蔽层49、51之间的间隙用于确定沿记录磁道在磁记录盘14上进行磁记录的线性分辨率。
单磁极头44包括沿上部屏蔽层49之上的参考面53延伸的辅助磁极54。辅助磁极54的前端暴露于气浮支撑表面39处。辅助磁极54设计为从暴露的前端向后延伸。辅助磁极54可以由FeN、NiFe等制成。参考面53限定在非磁性层55的表面上，所述非磁性层55以恒定的厚度覆盖在上部屏蔽层49上方。非磁性层55由例如Al2O3制成。非磁性层55用于在上屏蔽层49与辅助磁极54之间建立磁性隔离。
嵌入外层膜46内的主磁极56位于辅助磁极54上方的位置，下面将对此进行说明。主磁极56的前端暴露于气浮支撑表面39处。主磁极56包括从暴露的前端向后延伸的恒定部分。恒定部分设计为具有恒定的宽度和恒定的厚度。主磁极56的后端磁连接到辅助磁极54。主磁极56和辅助磁极54共同建立了磁芯。主磁极56可以由例如FeN或NiFe等制成。
如图4所示，绝缘层57形成于辅助磁极54的表面上。磁线圈58形成于绝缘层57上。磁线圈58是将要在下面说明的螺旋线圈。绝缘层59和前述主磁极56形成于绝缘层57的表面上。绝缘层61、62形成于主磁极56的表面上。磁线圈58嵌入绝缘层59、61、62内。绝缘层57、61可以由例如Al2O3制成。绝缘层59、62可以由树脂材料制成，例如光阻材料。
当磁线圈58中产生磁场时，磁通量从主磁极56的前端向磁记录盘14泄漏。泄漏的磁通量形成用于记录的磁场。磁通量沿着垂直于磁记录盘14表面的垂直方向被引导至磁记录盘14的磁性底层。磁通量在磁性底层中沿面内方向流动。之后，磁通量从磁性底层朝向辅助磁极54沿垂直方向流动。以此方式在磁记录盘14的磁记录层中建立垂直方向的磁化。
如图5所示，磁线圈58包括下部线圈图案片71、71…和上部线圈图案片72、72…，这些线圈图案片都有固定的厚度。下部线圈图案片71彼此平行延伸。上部线圈图案片72也同样彼此平行延伸。绝缘层59、61用于将上部线圈图案片72与下部线圈图案片71隔离或绝缘。连接线圈图案片73将下部线圈图案片71的外端连接到上部线圈图案片72的相应外端。下部线圈图案片71、上部线圈图案片72和连接线圈图案片73可以由导电材料例如铜制成。
再参考图6，每个下部线圈图案片71包括均匀下部线圈图案片74，它在平行于气浮支撑表面39的横向方向以恒定宽度延伸。均匀的下部线圈图案片74、74…沿垂直于气浮支撑表面39的方向排列。均匀的下部线圈图案片74可以设计为在下部线圈图案片71中宽度最小。主磁极56在垂直于气浮支撑表面39的方向上延伸，穿过沿绝缘层59上表面的均匀的下部线圈图案片74。这里均匀的下部线圈图案片74的长度可以设定为等于主磁极56的恒定宽度。
放大的下部线圈图案片75、75分别连接到各个均匀的下部线圈图案片74的相反端。各个放大的下部线圈图案片75在离相应的均匀下部线圈图案片74更远处逐渐变宽。各个放大的下部线圈图案片75的轮廓沿着一条曲线。放大的下部线圈图案片75在离相应的均匀下部线圈图案片74更远的位置处离气浮支撑表面39也更远。前述连接线圈图案片73连接到放大的下部线圈图案片75相应的外端。各个连接线圈图案片73的下端由下部线圈图案片71的最宽的部分支撑。
再参考图7，各个上部线圈图案片72包括均匀上部线圈图案片76，它在平行于气浮支撑表面39的横向方向以恒定宽度延伸。均匀的上部线圈图案片76、76…沿垂直于气浮支撑表面39的方向排列。均匀的上部线圈图案片76可以设计为在上部线圈图案片72中宽度最小。主磁极56在垂直于气浮支撑表面39的方向上延伸，穿过绝缘层61下方的均匀的上部线圈图案片76。这里均匀的上部线圈图案片76的长度可以设定为等于主磁极56的恒定宽度。
放大的上部线圈图案片77、77分别连接到各个均匀的上部线圈图案片76的相反端。各个放大的上部线圈图案片77在离相应的均匀上部线圈图案片76更远处逐渐变宽。各个放大的上部线圈图案片77的轮廓沿着一条曲线。放大的上部线圈图案片77在离相应的均匀上部线圈图案片76更远的位置处离气浮支撑表面39也更远。前述连接线圈图案片73连接到放大的上部线圈图案片77的外端。上部线圈图案片72的最宽的部分由连接线圈图案片73的上端支撑。
这里，均匀下部线圈图案片74、放大的下部线圈图案片75、均匀上部线圈图案片76和放大的上部线圈图案片77的“宽度”对应于垂直于均匀上部图案片76和下部图案片75的纵向长度方向的截面内、最接近气浮支撑表面39的轮廓线和离气浮支撑表面39最远的轮廓线之间在垂直于气浮支撑表面39的方向上的尺度。
由图5可以明显看出，连接线圈图案片73由相应的放大的下部线圈图案片75的外端垂直竖立。各个连接线圈图案片73的上端连接到相应的放大的上部线圈图案片77的外端。这使得从最接近气浮支撑表面39的放大的上部线圈图案片77到最远离气浮支撑表面39的放大的下部线圈图案片75建粒状了连续的螺旋形。以此方式建立了电流经过下部线圈图案片71、上部线圈图案片72和连接线圈图案片73的路径。
由图6和图7可以明显看出，导线78连接到最接近气浮支撑表面39的上部线圈图案片72的末端。导线79同样连接到最远离气浮支撑表面39的下部线圈图案片71的末端。从导线78、79之一向磁线圈58供给电流。所供给的电流在磁线圈58中感生出磁场。以此方式构成了磁通量在主磁极56和辅助磁极54中的环路。
磁线圈58允许最接近气浮支撑表面39的放大的下部线圈图案片75和放大的上部线圈图案片77从平行于气浮支撑表面39延伸的平面81向后扩展。放大的下部线圈图案片75和放大的上部线圈图案片77从而可以处于尽可能接近气浮支撑表面39的位置。这使得主磁极56的长度最小，即在垂直于气浮支撑表面39的方向上具有恒定宽度的部分具有最小的长度。
由图6和图7可以明显看出，连接线圈图案片73的截面设定为在平行于气浮支撑表面39的方向上比在垂直于气浮支撑表面39的方向上尺寸更大。这样，连接线圈图案片73可以处于尽可能接近气浮支撑表面39的位置，同时连接线圈图案片73还可以有更大的截面。这有利于使磁线圈58的总长度最小。
单磁极头44使磁线圈58中的均匀下部线圈图案片74和均匀上部线圈图案片76处可以建立最窄的宽度。主磁极56的后端可以在尽可能接近气浮支撑表面39处连接到辅助磁极54。均匀下部线圈图案片74和均匀上部线圈图案片76在平行于气浮支撑表面39的方向上可以具有最短的长度。因此必然减小了磁线圈58中的电阻。这使得单磁极头44中可以建立有效的磁特性。因此单磁极头44可以响应于提供的高频写入信号产生更大的磁场。而且防止了单磁极头44过热。
放大的下部线圈图案片75和放大的上部线圈图案片77具有如上所述沿曲线的轮廓。沿着放大的下部线圈图案片75和放大的上部线圈图案片77的轮廓线没有形成棱角。这防止了来自放大的下部线圈图案片75和放大的上部线圈图案片77的噪声辐射。因此读取头元件45可以在而受到的单磁极头44的影响更小的情况下可靠地读出磁性位数据。如果沿轮廓线形成了任何棱角，则从该棱角辐射噪声可能使读取头元件45处的读取操作恶化。
接下来将简要说明制造读取/写入磁头元件43的方法。例如，首先制备由Al2O3-TiC制成的晶片。以传统方式在晶片表面上覆盖下覆膜47、下部屏蔽层51、磁阻膜48、绝缘层52、上部屏蔽层49和非磁性层55。这样形成了读取头元件45。
辅助磁极54形成于非磁性层55的表面上。在辅助磁极54的表面上形成接头，用于连接到主磁极56。由Al2O3制成的绝缘层57也围绕该接头覆盖在辅助磁极54表面上。然后在绝缘层57的表面上上形成下部线圈图案片71。下部线圈图案片71之间的间隙用光阻材料填充。烘干的光阻材料用于形成绝缘层59。
在绝缘层59的表面上形成主磁极56。用Al2O3制成的绝缘层61覆盖主磁极56。然后在绝缘层59、61之间形成空隙。空隙从绝缘层59、61中穿过。下部线圈图案片71的表面暴露于空隙的底部。空隙用于限定连接线圈图案片73的轮廓线。用导电材料填充空隙。连接线圈图案片73以此方式形成。
在绝缘层61的表面上形成上部线圈图案片72。上部线圈图案片72连接到连接线圈图案片73。以此方式形成磁线圈58。用光阻材料填充上部线圈图案片72之间的间隙。烘干的光阻材料用于形成绝缘层62。以此方式形成单磁极头44。
发明人根据模拟观察到了磁线圈58的效果。发明人在模拟中建立了具体示例和对比示例的模型。具体示例是前述的单磁极44。对比示例是传统的磁极头。传统的单磁极头包括上部线圈图案片和下部线圈图案片以及连接线圈图案片，它们都具有恒定的厚度和恒定的宽度。有限元方法FEM用于评估磁线圈的电阻。
根据具体示例的单磁极头44显示出的电阻约为1.4Ω。根据对比示例的单磁极头显示出的电阻约为2.1Ω。根据本发明的具体示例的单磁极头44的电阻比根据对比示例的单磁极头的电阻大约减小了35％。已经表明，本发明的单磁极头44以有效的方式保持了足够的磁力或磁场。
或者，读取/写入磁头元件43可以以薄膜磁头44a替换前述的单磁极元件44用于面内记录，如图8所示。薄膜磁头44a包括上部磁极56a和下部磁极54a。绝缘层57用作沿气浮支撑表面39的上部磁极56a与下部磁极54a之间的间隙层。与前述单磁极头44相比，薄膜磁头44a需要的间隙厚度更小。这种类型的薄膜磁头44a可以与面内磁化的磁记录(多个)盘14结合使用。与前述实施例中的结构或元件等效的那些标有相同的标号。薄膜磁头44a可以享有与前述单磁极头44可以获得的同样优点。
权利要求
1.一种薄膜磁头，包括以恒定宽度延伸的均匀下部线圈图案片，所述均匀下部线圈图案片布置在垂直于与介质相对的表面的方向上；以恒定宽度延伸的均匀上部线圈图案片，所述均匀上部线圈图案片布置在垂直于所述与介质相对的表面的方向上；插入在所述均匀下部线圈图案片与所述均匀上部线圈图案片之间的绝缘层；放大的下部线圈图案片，每个所述放大的下部线圈图案片从所述均匀下部线圈图案片的相反端延伸，所述放大的下部线圈图案片在离所述均匀下部线圈图案片更远处宽度更大；放大的上部线圈图案片，每个所述放大的上部线圈图案片从所述均匀上部线圈图案片的相反端延伸，所述放大的上部线圈图案片在离所述均匀上部线圈图案片更远处宽度更大；由所述放大的下部线圈图案片的外端竖立的连接线圈图案片，所述连接线圈图案片具有连接到所述放大的上部线圈图案片的外端的上端；以及具有前端的磁极，所述前端暴露于所述与介质相对的表面，所述磁极在所述绝缘层中从所述前端沿垂直于所述与介质相对的表面的方向向后延伸，所述均匀下部线圈图案片和所述均匀上部线圈图案片的长度与所述磁极的宽度相对应。
2.根据权利要求1所述的薄膜磁头，其中，所述与介质相对的表面附近的所述放大的上部线圈图案片和所述放大的下部线圈图案片中至少一个从平行于所述与介质相对的表面延伸的平面向后扩大。
3.根据权利要求1所述的薄膜磁头，其中，所述连接线圈图案片的截面设定为在平行于所述与介质相对的表面的方向上的尺寸比在垂直于所述与介质相对的表面的方向上的尺寸更大。
4.根据权利要求1所述的薄膜磁头，其中，所述放大的上部线圈图案片和所述放大的下部线圈图案片的轮廓线沿曲线限定。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜磁头的磁线圈，它包括沿平行于与介质相对的表面的方向以固定宽度延伸的均匀上部和下部线圈图案片。磁极具有暴露于与介质相对的表面处的前端。磁极从前端向后延伸。均匀下部线圈图案片和上部线圈图案片的长度等于磁极的宽度。薄膜磁头能够在磁线圈中的均匀上部线圈图案片和下部线圈图案片处建立最窄的宽度。磁极的长度被尽可能地减小了。还使均匀上部线圈图片线和下部线圈图案片具有最小的长度。因此减小了磁线圈中的电阻。这使薄膜磁头中建立了有效的磁特性。
文档编号G11B5/31GK101022010SQ200610080559
公开日2007年8月22日 申请日期2006年5月17日 优先权日2006年2月13日
发明者青木健一郎 申请人:富士通株式会社