磁头的制作方法

专利名称：磁头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁头，该磁头可通过借助于加热器线圈的通电和加 热所伴随的热膨胀改变面向介质表面的突出距离来控制磁头和记录介质 之间的间隙，更具体地说，本发明涉及一种磁头，该磁头可通过加热器 线圈的较小电功率而得到面向介质表面的较大突出距离。
背景技术：
传统上，必须减小磁头相对于磁盘记录表面的飞行高度，以便实现
磁盘装置的高记录密度；并且近来，已经实现了 10nm数量级的飞行高度。 然而，当磁头的飞行高度减小时，容易出现与磁盘表面上的微小突起碰 撞的问题，从而磁头间隙的变化处于机构的公差范围内；因此，当考虑 到与介质的接触时，不能设定比公差小的飞行高度。已经提出了专利文 献1至3的方法作为解决该问题的方法，其中加热器内置在磁头中，通
过利用由于向该加热器的通电所伴随的热膨胀引起的磁头飞行表面的突 出现象来控制在磁头和磁盘记录表面之间的间隙。在JP2003-303405中， 在薄膜磁头的绝缘层中形成有起到加热器作用的薄膜电阻元件，根据需 要对薄膜电阻元件通电来加热该元件，由此使得磁极末端部分热膨胀并 突出。在JP2004-192665中，相对于由于记录/再现引起的装置温度和元 件温度的增加而改变施加于设置在磁头中的电传导膜的电功率，以保持 恒定的元件温度，由此保持在元件和记录介质之间的恒定间隙。在 JP2005-078706中，在磁头中设有用来增加飞行高度的加热装置，该加 热装置通过加热使磁头的空气轴承表面的一部分膨胀突出，以便增加在 记录/再现元件和磁盘表面之间的距离；和用来减小飞行高度的加热装 置，该加热装置通过加热使得磁头的空气轴承表面的另一个部分膨胀突 出，以便减小在记录/再现元件和磁盘表面之间的距离，并且将飞行高度
校正成例如在致动所述装置时可在不产生碰撞的情况下进行再现。
这种结合有加热器的传统磁头存在的问题在于，通过向加热器线圈 通电所产生的热量被传递给形成为滑块的磁头的基板侧，并且被分散给 面向介质表面，从而面向介质表面侧不能被有效地加热并突出，在该面 向介质表面侧设置有起到写入头的记录元件功能的写入间隙和设置有读 出元件的读出间隙。因此，通过增加通向加热器线圈的功率来增加由热 膨胀引起的突出距离。然而，存在这样的问题，即，当加热器线圈的温 度由于通电而过度地增加时，加热器线圈的移动和对读出元件和写入元 件的热影响变大，从而磁头的耐用性和性能变差。作为解决这样的问题 的可设想的措施，在磁头中设置一结构，该结构防止由于加热器线圈的 通电而产生的热量分散。然而，当由于加热器线圈的通电所产生的热量 不容易分散时，则会有这样的问题，即在高温环境下增加写入电功率时， 即使没有给加热器线圈通电，也会由于环境温度和写入线圈产生热量而 使得面向介质表面突出，另外，由于热量不容易分散到基板侧，因此由 环境温度和写入线圈产生的热所引起的突出距离进一步增加。总体而言， 关于在磁头和介质表面之间的间隙的设计值，当磁盘装置的可用温度范
围的上限值为例如6(TC时，其机壳中的温度为大约7(TC，该温度高于所 述上限值，设定交流电流在为7CTC的高温环境下流过写入线圈的最坏条 件来测量磁头的突出距离，并且基于在最坏条件下的突出距离确定间隙 的设计值，从而不发生与介质的接触/碰撞。然而，当在磁头中采用其中 热量不容易从加热器线簡分散的结构时，在最坏条件下的磁头突出距离 增加；因此，必须增加用来避免与介质接触/碰撞的间隙的设计值。当这 样增加间隙的设计值时，由加热器通电所产生的突出距离必须进一步增 加。因此，加热器电功率必须增加，从而存在这样的问题，即，即使在 使用热量不容易分散的结构时，提高加热器的效率终究还是困难的。另 外，近来，与传统飞行式磁头相比，已经提出了使用接触式磁头的磁盘 装置，该磁盘装置在磁头与介质表面接触的状态下建立存取。同样对于 这种接触式磁头，通过将加热器线圈设置在磁头中、给该加热器线圈通 电、加热该加热器线圈、并且通过热膨胀使介质接触表面突出来进行保
持与介质表面保持接触的可设想的加热器控制。在由这样的接触式磁头 的加热器线圈进行的接触控制中，在磁头和介质之间的间隙处于原子级 尺寸。在这样的环境下，它们通过原子力，即，通过在磁头侧的原子和 介质侧的原子之间的交互作用中所产生的库仑力而彼此吸引。因此，在 接触式磁头中，必须通过磁头致动器保持该接触状态，从而保持磁头和 介质之间的库仑力的平衡。然而，当在库仑力作用的尺寸下通过向加热 器线圈通电来控制突出距离时，磁头的整个面向介质表面从由加热器线 圈加热的写入线圈的一部分朝向介质侧中央地突出。因此，存在这样的 问题，其中在磁头侧的面对区域和介质之间形成库仑力的区域增加，增 加了库仑力，磁头致动器的平衡被破坏，从而磁头被很强的力压靠在介 质表面上。

发明内容
本发明的目的在于提供一种磁头，该磁头具有高加热器效率的结构， 其中可通过加热器线圈的较小电功率而能够使面向介质表面很大地突 出。本发明的另一个目的在于提供一种磁头，该磁头具有这样的结构， 该结构在高温环境和写入电功率较大的最坏环境下通过减小面向介质表 面的突出距离来减小设计时的间隙而确保加热器效率。
另外，根据本发明提供了一种磁头，该磁头能通过向库仑力成为问 题的接触式磁头中的加热器线圈的通电而适当进行面向介质表面的突出 控制。
本发明为一种磁头，其中，读出头和写入头被依次设置在基板上， 在所述读出头中，从记录介质发出的记录磁通量转化成电信号的读出元 件被设置在一对保护层之间，所述写入头通过将由流过写入线圈的写入 电流所产生的磁通量从磁极单元发送到所述记录介质来磁性地记录信 息；所述磁头的特征在于其具有
加热器线圈，该加热器线圈通过绝缘层而相对于所述写入线圈布置， 并且通过由通电和加热引起的热膨胀使得面向介质表面朝向所述记录介 质侧突出；
低热传导层，该低热传导层挨着所述写入头基板侧的所述保护层设 置，并且由具有低热传导率的材料制成，该材料抑制了由向所述加热器 线圈通电和加热所产生的热量的传导；以及
低热膨胀层，该低热膨胀层设置在所述低热传导层的基板侧，并且 由具有低热膨胀系数的材料制成。
在此，所述低热传导层包括氧化硅(Si02)或树脂材料。所述低热 膨胀层包括至少碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化硅(Si02)、氮化铝 (A1N)、鸨(W)、钼(M)和殷钢材料中的任何一种。
所述低热膨胀层具有0. 0/K至7. 5E-6/K (=0. 0/K至7. 5X 10—6/K) 的热膨胀系数。所述低热传导层具有0. 1W/m至1. 5W/m的热传导率。
本发明的另一个模式为一种磁头，其中，读出头和写入头被依次设 置在基板上，在所述读出头中，从记录介质发出的记录磁通量转化成电 信号的读出元件被设置在一对保护层之间，所述写入头将由流过写入线 圈的写入电流所产生的磁通量从磁极单元发送到所述记录介质来磁性地 记录信息；所述磁头的特征在于，具有
加热器线圈，该加热器线圈通过绝缘层而面对所述写入线圈布置， 并且通过由通电和加热产生的热膨胀使得面向介质表面朝向所述记录介 质侧突出；以及
低热传导层，该低热传导层挨着所述读出头的基板侧的所述保护层 设置，并且由具有低热传导率的材料制成，该材料抑制了由于所述加热 器线圈的通电和加热所产生的热量的传导。
在此，所述低热传导层包括氧化硅(Si02)或树脂材料。所述低热 传导层具有0. 1W/m至1. 5W/m的热传导率。
本发明的另一个模式为一种磁头，其中，读出头和写入头被依次设 置在基板上，在所述读出头中，从记录介质发出的记录磁通量转化成电 信号的读出元件被设置在一对保护层之间，所述写入头将由流过所述写 入线圈的写入电流所产生的磁通量从磁极单元发送到所述记录介质而磁 性地记录信息；所述磁头的特征在于，具有
加热器线圈，该加热器线圈通过绝缘层相对于所述写入线圈布置，
并且通过由于通电和加热产生的热膨胀使得面向介质表面朝向所述记录
介质侧突出；以及
低杨氏模量层，该低杨氏模量层挨着所述读出头的基板侧的所述保 护层设置，并且由这样的材料制成，该材料容易通过热膨胀发生变形并 且具有较低的杨氏模量。
另外，可以设置低热膨胀层，该低热膨胀层设置在所述低杨氏模量 层的所述基板侧并且由具有低热膨胀系数的材料制成。
在此，所述低杨氏模量层包括保护层、聚酰亚胺和无定形碳氟聚合 物中的任一种。所述低杨氏模量层具有lGPa-50GPa的杨氏模量。
通过所述加热器线圈的通电和加热，所述低杨氏模量层使包括所述 读出元件和所述记录元件的所述面向介质表面相对于所述基板侧局部地 突出。
通过所述加热器线圈的通电和加热使包括所述读出元件和所述记录 元件的所述面向介质表面相对于所述基板侧局部地突出，所述低杨氏模 量层保持与所述介质的接触状态。
根据本发明，由具有低热传导率的材料制成的低热传导层被布置在 由所述加热器线圈的通电和加热所产生的热量传递的通道中。因此，由 向所述加热器线圈的通电和加热所产生的热量可被封闭在所述记录介质 (写入间隙)和所述读出元件(读出间隙)所位于的所述面向介质表面 侧，从而充分且中央地加热所述写入线圈，所述磁头可通过较小电功率 而大大地突出，以便提高加热器效率。
同时，由具有低热膨胀系数的材料制成的所述低热膨胀层被布置在 挨着低热传导层的基板侧。结果，由加热器线圈的通电而通过低热传导 层传递的热量传递可受到抑制，同时，由于热膨胀系数相对于所施加的 热量而言很小，所以低热膨胀层起到固定单元的作用，该固定单元相对 于热膨胀变形不大。由于所述固定单元的存在，所述记录元件(写入间 隙)和所述读出元件(读出间隙)所位于的所述面向介质表面的突出距 离受到抑制。
因此，在高温环境和写入电功率很大的最坏条件下，所述面向介质
表面的所述突出距离可被抑制。由于在所述最坏条件下的所述突出距离 受到抑制，因此即使在所述低热传导层被设置以加强加热器效率的所述 结构中，设定为用来避免与所述介质表面碰撞的间隙的设定值也不需要 很大，并且在没有增加所述加热器电功率的情况下，所述面向介质表面 能够以良好加热器效率突出。
本发明的另一个模式是主要用来改进加热器效率，并且由具有低热 传导率的材料制成的低热传导层被设置在由于加热器线圈的通电和加热 所产生的热量在基板侧传递通过的通道中。结果，由加热器线圈的通电 和加热所产生的热量可被封闭在所述记录元件(写入间隙)和所述读出 元件(读出间隙)所位于的所述面向介质表面侧，以便充分且中央地加 热所述写入线圈，从而通过较小的加热器电功率使面向介质表面突出来 提高加热器效率。
另外，在本发明的另一个模式中，由在热膨胀中容易变形的材料制 成且具有较低杨氏模量的低杨氏模量层挨着在读出头中的基板侧的所述 保护层设置。结果，面向介质表面侧通过柔性的低杨氏模量层设置，该 面向介质表面侧通过由于加热器线圈的通电和加热所产生的热膨胀而突 出，并且所述记录元件和所述写入元件位于该面向介质表面侧，该柔性 的低杨氏模量层相对于作为固定侧的基板侧容易变形。因此，从所述低 杨氏模量层分出的、所述记录元件和所述读出元件所位于的所述面向介 质表面侧局部地突出，所述面向介质表面在介质侧之间的面积被抑制到 所需最小值，由于突出所产生的库仑力的增加被减小，并且可适当控制 突出距离，而不会打破保持接触状态的磁头致动器的平衡。根据参照附 图从以下详细的描述中，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将变 得更加显而易见。


图1为使用本发明磁头的磁盘装置的说明图； 图2为示出根据本发明磁头的实施例的剖视图3为当给加热器线圈通电时由热膨胀产生的突出状态的说明图4为没有绝缘层的本实施例的立体图； 图5为在图4的中央位置剖切的剖视图6为在去掉图4的写入线圈的加热器线圈的布置的立体图7为剖视图，示出了根据本发明磁头的另一个实施例，其中仅仅 设置了低热传导层；
图8为剖视图，示出了作为比较示例的没有低热传导层和低热膨胀 层的基本形状的磁头；
图9为与比较示例相比的说明图，示出了相对于在高温通电状态下 的面向介质表面的位置的本实施例的突出位置；
图10为与比较示例相比的说明图，示出了当加热器线圈在图9的高 温通电状态下被通电以及加热时本实施例的突出位置；
图11为说明图，其中设置了在低热膨胀层中使用氮化铝的压电传感 器结构且该压电传感器结构被用作碰撞传感器；
图12为根据本发明另一个实施例的剖视图，其中设置了低杨氏模量
层；
图13为突出状态的说明图，在给图12的实施例的加热器线圈通电 时由于热膨胀而产生该突出状态；
图14为根据本发明另一个实施例的剖视图，其中低热膨胀层挨着低 杨氏模量层设置；
图15为与对比示例相比的说明图，示出了相对于在高温通电状态下 面向介质表面的位置的图12和14的实施例的突出位置；以及
图16为与比较示例相比的说明图，示出了当加热器线圈在图14的 高温通电状态下被通电并被加热时，图12和图14的实施例的突出位置。
具体实施例方式
图1为使用本发明磁头的磁盘装置的说明图。在图1中，示出了在 磁盘装置10中从磁盘装置10拆下了机壳盖的机壳底板12的内部结构。 在机壳底板12中设置通过主轴电机以恒定速度转动的磁盘14，并且通过 轴单元15为磁盘14可转动地设置转动致动器16。转动致动器16通过其
末端支撑根据本发明的磁头，并且线圈22设置在转动致动器16的后部。 线圈22可沿着在下轭24上的磁体26转动，该下轭24固定在机壳底板 12侧。尽管未示出且具有与下轭24相同形状的上轭设置在线圈22的上 方，但是在本实施例中示出了拆掉上轭的状态。磁路单元由下轭24、磁 体26和上轭(未示出)形成。当线圈22设置在磁路单元中时，形成了驱 动转动致动器16的音圈电机。在图中所示的状态下，转动致动器16处 于闭锁状态，其中磁头18被从磁盘14向旁边放置到斜面(ramp)负载 机构20。
图2为示出根据本发明磁头的实施例的剖视图。在图2中，本实施 例的磁头18被设置在滑块的末端侧中，读出头36和写入头38依次挨着 基板34设置。磁头18具有面向磁盘14的介质表面的面向介质表面40， 面向介质表面40构成当受到由于磁盘14沿着箭头所示的磁盘转动方向 32的运动所产生的气流时漂浮的空气轴承的一部分。在基板34侧设置的 读出头36中，在使用已知为氧化铝的氧化铝AL203的绝缘层45中形成保 护层42和44，读出元件46被设置在在保护层42、 44之间的位置，该读 出元件46用作面向介质表面40的读出间隙，GMR元件(Giant Magneto Resistance)或TMR元件(Tunneling Mangeto Resistance)用作读出元 件46。写入头38挨着读出头36设置。写入头38具有磁极单元48，并 且磁极单元48具有在读出头36侧的内磁极50和在末端侧的外磁极52。 透磁合金或铁钴合金基磁性材料用作磁极单元48。外磁极52被定位在面 向介质表面40顿lJ，朝向前方突出，并在面向介质表面40的一部分处形 成在外磁极52和内磁极50之间的写入间隙56。线圈通过单元形成在内 磁极50和外磁极52的连接部分的下方，写入线圈54被螺旋地设置在内 磁极50和外磁极52的连接部分周围。本实施例的写入线圈54具有双缠 绕结构。写入线圈54通过使写入电流从其中流过而产生用于记录的磁通 量。磁通量从写入间隙56释放到磁盘14侧，并且将信息磁性地记录在 磁盘14上。另外，在本实施例的磁头18中，当从写入头38中的写入线 圈54看时，加热器线圈60被设置在内磁极50侧。加热器线圈60由高 电阻加热材料形成，例如钨(W)或钛钨(TiW)。当通过将给加热器线圈
60通电而产生热量时，热量通过绝缘层45传递给面朝线圈的写入线圈 54，使得写入线圈54热膨胀，由此使得包括读出元件46和起到写入元 件作用的写入间隙56的面向介质表面40的一部分朝向磁盘14侧突出。 除了在磁头18中的这样基本形状之外，在本实施例中，低热传导层62 挨着读出头36的保护层42设置，低热膨胀层64又挨着低热传导层62 设置。通过给加热器线圈60通电和加热所产生的热量被传递到基板34 侧，然后热量朝向面向介质表面40传导和分散；因此，低热传导层62 被设置在保护层42之后，以便挡住来自加热器线圈60的热量的通道从 而抑制热量传递到基板34侧。使用具有低热膨胀系数的材料(例如氧化 硅Si02或者树脂材料)作为以这样一种方式抑制热量传递的低热传导层 62的形成材料。本实施例的低热传导层62具有0. 1W/m至1. 5W/m的热传 导率。挨着低热传导层62形成的低热膨胀层64包括碳化硅SiC、氮化硅 Si3N4、氧化硅Si02、氮化铝A1N、钨(W)、钼(M)和殷钢材料中的任何一 种。在本实施例中，低热膨胀层64的热膨胀系数为0.0/K至7.5E — 6/K(=0. 0/K至7. 5 X 10—6 K)。由于低热膨胀层64具有较低的热膨胀系数， 因此即使当低热膨胀层64接收热传递以及由加热器线圈60加热时，低 热膨胀层64也会由于热膨胀系数而起到固定层的作用。当起到固定层作 用的低热膨胀层64被定位在基板34侧时，低热膨胀层64用来抑制面向 介质表面40由在末端侧的部分的热膨胀产生的突出，该部分具有高热膨 胀系数，并且包括读出头36和写入头38。换句话说，低热传导层62抑 制了由于加热器线圈60的加热和通电而产生的热量传递给基板34侧， 并且将热量封闭在写入线圈54侧中，该热量确定了面向介质表面40的 突出距离，由此起到了提高加热器效率的作用，其中突出距离可由加热 器线圈60的少量电功率而增加。同时，由于低热膨胀层64的热膨胀很 小，因此当接收由于加热器线圈60的加热和通电产生的热量时，低热膨 胀层64用作固定单元，从而抑制了面向介质表面40在读出头36和写入 头38侧的突出距离；由此，低热膨胀层64沿着加热器效率下降的方向 作用。然而，当写入线圈54的电功率在高温状态下很大时，低热膨胀层 64起到抑制面向介质表面40由于产生热量引起的突出的作用，由此起到
抑制间隙的设计值到所需的最小值的作用，该间隙用来避免由于磁头18 由于磁盘14的不规则而产生的碰撞。具体而言，在磁头18的设计阶段 中，相对于磁盘装置的可用温度范围的上限温度，例如60。C，在机壳中 的磁头18的温度处于比上限温度高l(TC的7(TC的高温状态。在该高温 状态下，出现最坏条件是使交流电流过写入线圈54。根据在最坏条件下 从面向介质表面40的突出距离确定间隙的设计值，该间隙的设计值为在 面向介质表面40和磁盘14之间的间隙中不会发生碰撞的值。然而，在 本实施例中，由于设置了低热传导层62，因此加热器的效率，g卩，相对 于在读出头36和写入头38侧上的热量的突出距离的程度增加；并且， 当出现记录功率在高温下为最大值的最坏条件时，由于热的分散由低热 传导层62抑制，因此在读出头36和写入头38侧的面向介质表面40大 大地突出。因此，考虑到面向介质表面40在最坏条件下的突出距离，必 须设定大的间隙设计值。然而，当设定大的间隙设计值时，在正常使用 状态中通过向加热器线圈60的通电和加热使面向介质表面40突出的情 况下，突出距离必须随着间隙设定值的增加而增加。由此，流过加热器 线圈60的电功率增加，并且使得磁头18局部处于高温中，由此对于加 热器线圈60的移动(migration)、读出头36的读出元件46或者在写入 头38中起到写入元件作用的写入间隙56上产生不利影响。因此，在本 实施例中，由于挨着低热传导层62设置低热膨胀层64，因此热膨胀系数 减小，在温度较高以及记录功率大的最坏条件下，面向介质表面40的突 出距离由于存在低热膨胀层64而被抑制。因此，可避免增加间隙设计值， 由此可增加加热器效率。在本实施例中，低热传导层62具有例如大约 0. 5 u m—4. 0 u m的厚度，并且低热膨胀层64具有例如0. 5 u m_4. 0 u m的 厚度。
图3为当给加热器线圈60通电时由热膨胀产生的突出状态的说明 图。在图3中，当给加热器线圈60通电时，由加热器线圈60的加热产 生的热量被传递给写入线圈54，并且写入线圈54被加热而膨胀。经由保 护层44和42从加热器线圈60传递到基板34侧的热量的传递被低热传 导层62抑制，由加热器线圈60产生的热量被封闭到在从低热传导层62
看时的末端侧的磁头区域中。结果，磁头18的面向介质表面40形成突 出单元66,突出单元66从面向写入线圈54的写入间隙位置70朝向磁 盘14侧中央地突出，其中设置读出元件46的读出间隙位置68类似地突 出，并且从写入间隙56和读出元件46到磁盘14的间隙可由突出单元66 的突出距离来控制。
图4为示出本实施例的磁头18的内部结构的立体图，其中去掉了绝 缘层。在图4中，构成写入头38的磁极单元的内磁极50通过由两个保 护层42、 44构成的读出头36设置在基板34的前侧中，外磁极52被设 置在从内磁极50朝向前方伸出的部分中。外磁极52在用于磁盘的面向 介质表面中形成末端单元55，末端单元55的宽度确定了在磁盘中的记录 宽度。写入线圈54被形成为在外磁极52和内磁极50之间螺旋地双缠绕。 具体而言，写入线圈54从前右上部引入，在外磁极52处螺旋地缠绕， 然后在中央处向基板34侧弯曲，沿着相同方向螺旋地缠绕，然后向右侧 引出。除了磁头18的这种基本形状之外，低热传导层62挨着读出头36 基板侧的保护层42设置，由此抑制由于加热器线圈60的通电和加热产 生的热量传递给基板34侧。低热膨胀层64挨着低热传导层62设置，由 于热膨胀较小从而起到固定侧的作用，因此在温度较高且记录功率最大 的最坏条件下抑制面向介质表面在读出头36和写入头38侧的突出。
图5为示出在图4中的中央位置剖切的剖视图。如从图5的剖视图 中清楚看到的，可以理解写入线圈54被设置成其螺旋地双缠绕在连接单 元周围，该连接单元将外磁极52与内磁极50相连。另外，在外磁极52 的末端单元55内部形成写入间隙56。另外，读出元件46被设置于在基 板34侧的保护层42和44之间，由此形成读出头36。另外，低热传导层 62和低热膨胀层64被层叠和设置在由读出头36和写入头38构成的磁头 18的基本形状中。
图6为示出没有图4的写入线圈54的内部结构的说明图。当去掉写 入线圈54时，加热器线圈60被设置在写入线圈54的后面。加热器线圈 60形成了在面向图4示出的写入线圈54的位置处具有一定宽度的线圈图 案，具有较宽宽度的端子图案被连接到线圈图案的两端并且从两端引出。
图7是示出根据本实施例的磁头的另一个实施例的剖视图，其中仅 低热传导层被设置在磁头的基本形状中。在图7的实施例中，设置在基 板34末端侧的读出头36和写入头38的结构与图2中的实施例相同，加 热器线圈60被类似地设置在写入线圈54的基板34侧，并且面向介质表 面40被设置成其可通过给加热器线圈60通电和加热而朝向磁盘14侧突 出。仅低热传导层62挨着在读出头36的基板34侧的保护层42设置。 因此，其中只有低热传导层62被设置在基本形状的图7中的实施例可作 为主要试图提高加热器效率的实施例，该实施例通过加热器线圈60的少 量电功率增加了面向介质表面40的突出距离。
图8为示出作为比较示例的不具有低热传导层和低热膨胀层的基本 形状的磁头的剖视图。在图8所示作为比较示例该磁头18 — 2中，读出 头36和写入头38被挨着基板34设置，这样的结构与图2的实施例相同。
图9为与对比示例相比的说明图，示出了作为最坏条件的高温通电 状态下的本实施例的突出位置的测量结果。当磁盘装置的使用温度范围 为例如0。C至60。C时，磁头的温度为10。C一7(TC，比使用温度范围高l(rC 左右；因此，在图9中的高温通电状态为这样的状态，即，磁头的最高 环境温度为70°C，提供作为流过写入线圈的记录电流的最大功率的交流 电从其中流过；这些测量结果为当不给加热器线圈通电时的突出位置的 测量结果。在图9中，水平轴线表示磁头的面向介质表面40的位置；其 中读出间隙位置68被假定为0 u m，写入头的写入间隙位置70所位于的
末端侧被示出为正的，基板侧被示出为负的。另外，竖直轴线表示突出 位置，其中在室温状态下的面向介质表面的位置被假定为Onm，示出了在 高温通电状态下的突出位置。突出位置轮廓72为这样的情况，其中设置 了在图2中示出的低热传导层62和低热膨胀层64。在基板侧的负位置中， 突出距离非常小，为lnm或更小。然而，当位置接近读出间隙位置68时， 突出距离快速地增加，在写入间隙位置70之前，突出距离增加到接近 4.0nm的峰值突出距离，突出位置然后朝向在正值侧的磁头末端侧下降， 在写入间隙位置70处得到大约3. 5nm的突出距离。由点滑线示出的突出 位置轮廓74为这样的情况，g卩，仅设置了图7所示的低热传导层62，而
没有设置低热膨胀层。在这样的情况下，由于设置了低热传导层62，因 此向基板侧的热扩散受到抑制，从而热量被封闭在末端侧。结果，峰值 突出距离增加到4.6nm，其中突出距离相对于热量的比值很大，即使没有 给加热器线圈通电。另一方面，由虚线示出的突出位置轮廓76是图8的 没有低热传导层和低热膨胀层的仅基本形状的对比示例，并且其突出位 置大约在设置低热传导层和低热膨胀层的实施例的突出位置轮廓72和仅 有低热传导层的突出位置轮廓74之间。根据与作为比较示例的突出位置 轮廓76的比较，可以理解，当设置低热传导层时，相对于热量的突出距 离程度很大，如突出位置轮廓74那样。对于突出位置轮廓72而言，其 中除了低热传导层之外，增加了低热膨胀层，可以理解，由于设置了低 热膨胀层，因此突出距离总体上被抑制。因此，根据其中设置了图2的 低热传导层和低热膨胀层的实施例的突出位置轮廓72，在为高温通电状 态的最坏条件下，与具有低热传导层的实施例的突出位置轮廓74和作为 比较示例的突出位置轮廓76相比，磁头的面向介质表面的突出距离被抑 制到较小值。因此，当在最坏条件下的间隙的设计值被确定时，可设定 间隙的最小设计值。
图10为与对比示例相比较的说明图，示出了当加热器线圈在图9的 高温通电状态下处于100mW的通电状态时本实施例的突出位置。在图10 中，由实线示出的突出位置轮廓78处于设置了图2的低热传导层和低热 膨胀层的情况下，突出位置轮廓80处于图7中仅设置了低热传导层的情 况下，虚线的突出位置轮廓82是图8的比较示例。对于在加热器通电时 的突出位置，在图2的实施例的突出位置轮廓78和图7的实施例的突出 位置轮廓80中，由于设置了低热传导层而抑制了热量向基板侧的传导， 因此在读出间隙位置68处确保了大约17nm的突出距离，在写入间隙位 置70处确保了对应于大约峰值的大约22nm的突出距离。另一方面，在 根据仅具有基本形状而没有低热传导层和低热膨胀层的比较示例的突出 位置轮廓82中，突出距离在读入间隙位置68处大约13nm，在写入间隙 位置70处大约17. 5nm。在与作为比较示例的突出位置轮廓82相比较的 情况下，在图2的实施例和图7的实施例中得到相对于相同的加热器通
电量而言非常大的磁头突出距离。
图11为一实施例的说明图，其中设置了在图2的实施例中的低热 膨胀层中使用氮化铝A1N的压电传感器结构且该压电传感器结构被用作 碰撞传感器。图11关注并示出图2的低热膨胀层64，本实施例的低热膨 胀层64通过将氮化铝层102和104插置在电极96、 98和100之间而实 现了压电传感器结构。电极96和100通过接地端子108与大地相连，并 且在中央的电极98与信号输出端子106相连并且被引向外部。包括由氮 化铝层102和104以及电极96、 98和100的层叠结构的压电传感器进行 氮化铝层102和104的氮化铝薄膜的C一轴线定位，以便保持其压电特性， 并且它们形成在作为金属箔片的电极96和98上。使得这样的低热膨胀 层64具有压电传感器结构。结果，当通过给如图3所示的加热器线圈通 电使面向介质表面40如突出单元66那样突出而进行间隙控制时，并且 当由于磁盘14的介质表面上的不规则而产生与突出单元66发生碰撞时， 该碰撞带来的冲击被施加到构成低热膨胀层64的压电传感器结构上，根 据由压电作用产生的碰撞的冲击对应电压可被从信号输出端子106输出 到外部。
图12为根据本发明的另一个实施例的剖视图，其中设置了低杨氏模 量层。在图12中，在本实施例的磁头18 — 3中，读出头36和写入头38 被设置在相对于基板34的前侧，读出头36和写入头38的结构与图2的 实施例相同，类似地设置了通过热膨胀来控制面向介质表面40的突出距 离的加热器线圈60。在本实施例中，在包括读出头36和写入头38的基 本形状中，低杨氏模量层84被挨着读出头36的基板34侧的保护层42 设置，从而保护层42可以通过低杨氏模量层84与基板34相连。低杨氏 模量层84由具有低杨氏模量的材料制成，该材料当接收由于给加热器线 圈60通电和加热而产生的热量时可容易地相对于热膨胀变形。使用这样 一种材料作为低杨氏模量层84，该材料具有比构成读出头36和写入头 38的层的杨氏模量低一位或两位以上的杨氏模量，例如抗蚀层，聚酰亚 胺或无定形碳氟聚合物。本实施例的低杨氏模量层84具有1Gpa至50Gpa 的杨氏模量。低杨氏模量层84具有例如0.4um至4.0um的厚度。
图13为当给图12的实施例的加热器线圈60通电时由热膨胀形成的 突出状态的说明图。本实施例的磁头18—4为接触型磁头，该磁头在面 向介质表面40始终处于与磁盘14的介质表面接触的状态下进行写入和 读出。该接触型磁头18—4的特征在于，通过加热器线圈60的通电和加 热所产生的热膨胀使面向介质表面40如突出单元94中所示那样局部地 突出。具体而言，突出距离在读出间隙位置68处达到峰值，从而突出单 元94与磁盘14接触并且突出到非常接近的位置(尽管其在位于前侧的 写入间隙位置70处没有接触)。当这样通过由加热器线圈60的通电来控 制所产生的热膨胀而使突出单元94突出而保持与磁盘14接触时，在支 撑磁头18-4的图1所示的转动致动器16中，需要突出单元94在形成很 小的压力负载的状态下与介质表面接触，通过转动致动器的平衡来维持 这样的接触状态。然而，在飞行型磁头中，例如图3所示的，通过加热 器线圈60的通电和加热使包括面向介质表面40的写入间隙位置70和读 出间隙位置68的整个部分突出。当在与此相同的热膨胀状态中磁头与磁 盘14的介质表面接触时，邻近介质表面的突出单元的相对面积增加。
在图13所示的磁头18—4中，磁头侧和磁盘14侧之间的距离处于 接触状态，并且这样的接触状态处于其中在二者原子之间作用的所谓库 仑力的原子力的尺寸。因此，当通过类似图8的传统飞行型磁头那样的 膨胀使面向介质表面40整体突出时，面向磁盘表面受到突出作用的面积 增加，其中由于库仑力伴随着面积的增加而增加，因此使接触力大致为 零的转动致动器的平衡被破坏，并且通过加热器线圈产生的突出接触产 生的很大的力使磁头压靠着磁盘表面；因此产生故障，诸如磁头磨损、 磁盘表面磨损等，并且耐用性变差。另一方面，在图12的实施例中设置 了低杨氏模量层84;因此，如图13的加热通电状态所示，可形成局部突 出单元94，其中基板34侧作为固定侧，并且从低杨氏模量层84分出的 末端侧很大地突出，相对于磁盘14的相对面积被减小以抑制库仑力增加， 由此维持了转动致动器的平衡，该平衡维持了磁头的介质接触。
图14为根据本发明的另一个实施例的横截面，其中低热膨胀层被挨 着低杨氏模量层设置。在图14中，在本实施例的磁头18 — 5中，尽管在
低杨氏模量层84挨着保护层42设置的方面与图12的实施例相同，但低 热膨胀层85又挨着低杨氏模量层84设置并且在低杨氏模量层84和基板 34之间。当接收由于加热器线圈60的通电形成的热量的传导时，低热膨 胀层85具有低膨胀系数；因此，低热膨胀层起到固定单元的作用，该低 热膨胀层相对于低杨氏模量层84变形不大，因此相对地增加了在写入头 36和读出头38侧的局部突出。除了这些之外的结构与图12的实施例相 同。
图15为与图8的对比示例相比的说明图，示出了在为最坏条件的高 温通电状态下的图12和图14的实施例的突出位置。在图15中，突出位 置轮廓86处于在基本形状中设置低杨氏模量层的图12的情况，突出位 置轮廓87处于其中设置了低杨氏模量层和低热膨胀层的图14的情况， 突出位置轮廓88为其中没有设置低杨氏模量层的图8的比较示例的情 况。如从在高温通电状态下的图15的突出位置轮廓可以看出，没有低杨 氏模量层的仅为基本形状的突出位置轮廓88中磁头位置整体突出；然而， 在其中设置了低杨氏模量层的图12的实施例的突出位置轮廓86中，突 出距离近似直线地上升并且在写入间隙位置68之前达到峰值突起距离 6.8nm的附近。然后，当其达到磁头末端时，距离逐渐减小。另外，在设 置了低杨氏模量层和低热膨胀层的图14的实施例的突出位置轮廓87中， 突出距离在读出间隙位置68之前变化到负值侧，然后近似直线上升并到 达为6.3nm的峰值突出距离的附近，并且然后当其接近磁头末端时逐渐 减小；由此，通过设置低热膨胀层产生增加局部变形的效果。
图16示出了当通过在图15的高温通电状态下用100mW的电功率加 热加热器线圈时与图8的对比示例相比的在图12和图14的实施例的突 出位置。在图16中，突出位置轮廓90处于设置了低杨氏模量层的图12 的情况，突出位置轮廓91处于设置了低杨氏模量层和低热膨胀层的图14 的情况，突出位置轮廓92处于没有设置低杨氏模量层的图8的对比示例 的情况。如从图16的突出位置的测量结果可以看出，当设置了低杨氏模 量层84时，通过对其通电产生的加热器线圈的加热，如突出位置轮廓90 所示的，突出距离在读出间隙位置68之前大致直线增加，并且然后其逐
渐增加和减小。当设置了低杨氏模量层和低热膨胀层时，通过对其通电
产生的加热器线圈的加热，如突出位置轮廓91所示的，突出距离在读出 间隙位置68之前大致直线增加，其中由于设置了低热膨胀层，变形受到 了抑制，并且突出距离比在设置了低杨氏模量层84的突出位置轮廓90 相对较小。由于这样的局部突出位置轮廓，伴随与磁盘介质接触的相对 面积可明显减小(在所述相对面积中读出间隙位置68和写入间隙位置70 的库仑力成为了问题)，从而可保持由接触型磁头中的转动致动器的平衡 实现的接触平衡。
图12和图14的实施例使用了作为示例的接触型磁头；然而，由于 可采用局部突出轮廓，因此在飞行型磁头或差不多接触型磁头中可应用 其中类似地设置有低杨氏模量层84的磁头结构。本发明并不局限于上述 实施例并且包括不损害本发明目的和优点的任意修改。另外，本发明并 不局限于在上述实施例中示出的数值。
本申请具有于2006年7月27日在日本提交的在先申请 No. JP2006-204313的优先权。
权利要求
1.一种磁头，其中，读出头和写入头被依次设置在基板上，在所述读出头中，从记录介质发出的记录磁通量转化成电信号的读出元件被设置在一对保护层之间，所述写入头通过将由流过写入线圈的写入电流所产生的磁通量从磁极单元发送到所述记录介质而磁性地记录信息；所述磁头的特征在于，具有加热器线圈，该加热器线圈通过绝缘层相对于所述写入线圈布置，并且通过通电和加热产生的热膨胀使得面向介质表面朝向所述记录介质侧突出；低热传导层，该低热传导层挨着所述读出头的基板侧的所述保护层设置，并且由具有低热传导率的材料制成，该材料抑制了由于所述加热器线圈的通电和加热所产生的热量的传导；以及低热膨胀层，该低热膨胀层设置在所述低热传导层的基板侧，并且由具有低热膨胀系数的材料制成。
2. 根据权利要求1所述的磁头，其特征在于，所述低热传导层包括 氧化硅(Si02)或树脂材料。
3. 根据权利要求1所述的磁头，其特征在于，所述低热膨胀层包括 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氧化硅(Si02)、氮化铝(A1N)、钨(W)、 钼(M)和殷钢材料中的至少任何一种。
4. 根据权利要求1所述的磁头，其特征在于，所述低热膨胀层通过 将氮化铝层设置在电极之间而形成压电传感器结构。
5. 根据权利要求1所述的磁头，其特征在于，所述低热膨胀层具有 0. 0/K至7. 5E-6/K的热膨胀系数。
6. 根据权利要求1所述的磁头，其特征在于，所述低热传导层具有 0. lW/m至1.5W/m的热传导率。
7. —种磁头，其中，读出头和写入头被依次设置在基板上，在所述 读出头中，从记录介质发出的记录磁通量转化成电信号的读出元件被设 置在一对保护层之间，所述写入头通过将由流过写入线圈的写入电流所 产生的磁通量从磁极单元发送到所述记录介质而磁性地记录信息；所述 磁头的特征在于，具有加热器线圈，该加热器线圈通过绝缘层面对所述写入线圈布置，并 且通过由于通电和加热产生的热膨胀使得面向介质表面朝向所述记录介 质侧突出；以及低热传导层，该低热传导层挨着所述写入头基板侧的所述保护层设 置，并且由具有低热传导率的材料制成，该材料限制了由于所述加热器 线圈的通电和加热所产生的热量的传导。
8. 根据权利要求7所述的磁头，其特征在于，所述低热传导层包括 氧化硅(Si02)或树脂材料。
9. 根据权利要求7所述的磁头，其特征在于，所述低热传导层具有 0. 1W/m至1. 5W/m的热传导率。
10. —种磁头，其中读出头和写入头被依次设置在基板上，在所述 读出头中，从记录介质发出的记录磁通量转化成电信号的读出元件被设 置在一对保护层之间，所述写入头通过将由流过写入线圈的写入电流所 产生的磁通量从磁极单元发送到所述记录介质而磁性地记录信息；所述 磁头的特征在于，具有-加热器线圈，该加热器线圈通过绝缘层相对于所述写入线圈布置， 并且通过由于通电和加热产生的热膨胀使得面向介质表面朝向所述记录 介质侧突出；以及低杨氏模量层，该低杨氏模量层挨着所述读出头的基板侧的所述保 护层设置，并且由这样的材料制成，该材料容易通过热膨胀发生变形并 且具有较低的杨氏模量。
11. 根据权利要求10所述的磁头，其特征在于，该磁头还具有热 低膨胀层，该低热膨胀层设置在所述低杨氏模量层的基板侧并且由具有 低热膨胀系数的材料制成。
12. 根据权利要求10所述的磁头，其特征在于，所述低杨氏模量层包括保护层、聚酰亚胺和无定形碳氟聚合物中的任一个。
13. 根据权利要求10所述的磁头，其特征在于，所述低杨氏模量 层具有lGPa-50GPa的杨氏模量。
14.根据权利要求10所述的磁头，其特征在于，所述低杨氏模量 层通过所述加热器线圈的通电和加热使得包括所述读出元件和所述记录 元件的所述面向介质表面相对于所述基板侧局部地突出，从而保持与所 述介质的接触状态。
全文摘要
本发明提供一种磁头，该磁头在基板上具有读出头和写入头，在读出头中，从磁盘发出的记录磁通量转化成电信号的读出元件被设置在一对保护层之间，写入头通过将由流过写入线圈的写入电流所产生的磁通量从磁极单元发送到磁盘而磁性地记录信息。加热器线圈设置为通过绝缘层面对所述写入线圈，并且通过通电和加热使得面向介质表面朝向所述记录介质侧突出。挨着所述基板侧的所述保护层设置低热传导层和低热膨胀层，该低热传导层由具有低热传导率的材料制成，该材料抑制了由于所述加热器线圈的通电和加热所产生的热量的传导，该低热膨胀层设置在所述低热传导层的基板侧，并且由具有低热膨胀系数的材料制成。
文档编号G11B21/21GK101114455SQ20061017228
公开日2008年1月30日 申请日期2006年12月30日 优先权日2006年7月27日
发明者中田敏幸, 青木健一郎 申请人:富士通株式会社