专利名称：测试磁头元件的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在HSA(磁头堆栈组件)或SHS(单磁头悬浮)中测试磁头元件的装置。具体地说，本发明涉及一种测量和估算磁头元件的伪-非对称特征的方法和装置。
通常，生产商测试他们的HAS，以确保只把好的HAS装入磁盘组和硬驱。一种常规测试方法使用昂贵的“旋转台”测试机器识别“坏”磁头，，该方法要求HAS被装入安装在测试机上的“磁盘测试堆栈上。这些旋转台测试器测量的关键属性之一是轨道平均非对称，(TAA，也称之为轨道平均幅度非对称，或TAAA)。TAA是测量磁头对一系列写在测试轨道上的磁变化的幅度响应的正负部分的非对称特性。也就是，TAA测量来自测试磁盘组的前写轨道读回信号的非对称性。TAA通常表示为轨道峰-峰幅度Vp-p的百分比。如果TAA的绝对值超过一特定的预设值，典型值是±15％，就给磁头加上“坏”标签。大于±15％的TAA一般要引起注意，由于纠错码算法的超范围应用和/或产品失效于一预设的软错误率标准，非对称性可能会影响驱动器性能。
常规的旋转台测试方法的一个问题是存在对任何时间要求装入HAS和/或磁盘组。造成物理伤害的风险它造成产量损失和生产商成本增加。这个方法的另一问题是装入过程的时间消耗。这个问题既降低了生产线上驱动器的产出量又要求生产商并行安装旋转测试机器。
很明显，需要有一种不再要求装入操作或昂贵旋转台测试器的改进的测试方法。
本发明的一方面是用于测试磁头元件的一种装置，由一电磁结构组成，包括磁芯多个电绕组、适合容纳磁头元件的气隙。电源可操作地连接到多个电线圈，串联谐振激励器可操作地连接到电源。本发明的某些实施例还包括可操作地连接到串联谐振激励器并且适合补偿通过此气隙的磁场强度变化的控制器。
本发明另一方面涉及一种测试磁头元件的方法，方法包括下列步骤把磁场加到磁头元件、测量磁头元件的输出信号，计算基频信号和多次谐波信号的功率电平，利用功率电平计算失真指示值。本发明某些实施例还包括根据此失真指示值接受或拒绝磁头组件的步骤。提供磁场的步骤需要制备一电磁结构，其中包括磁芯、多个电绕组、气隙，利用与串联谐振激励器相连的电源在多个线圈中产生电流。
本发明第三方面涉及一种测试磁头元件的系统。这个系统包括环绕磁头元件产生磁场的装置、处理数据的计算机处理器装置、在存储介质上存储数据的存储装置、从磁头元件收集数据的第一装置、处理数据产生磁头元件输出失真指示值的第二装置。
本发明第四方面涉及一种检测有缺陷磁头元件的方法，该方法的实施例包括，在磁结构中插入磁头元件，磁结构包括导电元件，在导电元件中感应电流，因而磁结构产生环绕磁头组件的磁场，产生的磁场与感应电流有关，同时控制感应电流并且测量磁头元件的输出信号。
本发明的一个特点和优点是提供了一种类似于TAA的“好/坏”评估方法，但它并不需要将HSA装入磁盘组并且不要求昂贵的旋转台测试器。参考下面的描述、权利要求、附图，以便更好地理解本发明的这个以及其它特点、方面和优点。
图2是一个数据收集和数据分析实施例方框图。
图3是一个周期的时间-磁场变化的曲线图。
图4是响应图3磁场由磁头元件产生的第一缓冲磁头电压输出曲线图。
图5是响应图3磁场由磁头元件产生的第二缓冲磁头电压输出曲线图。
图6是本发明“失真％测试结果与旋转台TAA测试结果比较图。
本发明分成三个主要部分，(1)测试时模拟MR的电磁激励结构和用于优化要求性能的必要电子激励电路；(2)优化采样数据收集的方法，它包括实现收集施加磁场影响的MR输出的必要软件；(3)从有关磁头性能的某些属性测试中产生的有效输出的处理数据的方法。(1)电磁激励结构
图1是设计为测试下激励HSA时的电磁装置10的透视图。电磁装置10包括有气隙13的磁芯12、与电源16相连的多个线圈14，在某些实施例中，电磁装置10可以是“方C”的结构类型。由于它结构简单、众所周知的电磁特性，这样的结构是我们希望的。然而，能够在气隙中产生磁场的其它电磁结构是在这个发明的范围内。
实践中，电源16在线圈14中产生电流，这个电流依次产生通过磁芯12和气隙13的磁通。生产商在空隙13中插入HSA，用这个磁场来模拟磁记录元件。
图1所描述实施例的电磁装置10包括(1)尺寸A，由测试的HSA高度再加上一个小的容许间隙而决定；(2)磁极表面积B，设计提供两极间相对非失真磁力线足够大面积，使得在直磁力线柱内容易放置测试下HAS的动作部分，区域B也用来建立HSA装置的最大截面积；(3)尺寸C，由下面两者间差值而定(i)对线圈产生的空隙磁力线直接影响最小的最大长度，(ii)降低总磁阻、的最小长度，因此提高了效率；(4)尺寸D，由下面两者间差值而定(i)提供给尺寸E的最大长度，足够的长度以避免区域B之间磁力线失真，(ii)降低结构总磁阻的最小长度。
磁芯12的希望材料应有下列特性(1)高渗透性和高饱和磁化，用于高效和适当磁通携带能力；(2)高电阻，用来最小化交流模式驱动时的涡电流损失；(3)低剩磁，当HSA在测试位置插入或撤出，使得HAS部件暴露给磁极表面间的磁场部分最小。一种适合的材料是具有高渗透性和低剩磁特性的多晶铁氧体。这种材料之所以受欢迎是因为它满足上面标准、资源丰富、相对便宜。然而，其它电磁材料是在本发明的范围内。
在某些实施例中，由电源-16产生的600Hz正弦信号激励电磁结构-10，采用正弦信号是因为当磁头通过介质上磁场变化时，正弦信号可以仿真磁头看见的磁通密度，并且能获取测试磁头的动态响应。采用600Hz频率是因为它兼容60Hz和50Hz信号源，并且较高的频率利于消除直流背景噪声/影响。然而，诸如方波、三角波等其它波形和其它频率也是在这个实施例的范围内。
环绕电磁结构-10的线圈的匝数N是任意的。然而，本领域技术人员知道，安培定律与选择具有要求的间隙A和要求的电源16的匝数有关。增加线圈匝数N将增加特定电源16产生的磁场强度。类似地，降低线圈匝数N将减弱特定电源16产生的磁场强度。
场强峰值受控于反比于线圈-16电阻的电源-16产生的电压Vp-p，如图1所示，在实施例中，通过串联一谐振激励器-22可以使必要的激励电压最小。这个激励器-22允许被激励的电磁结构-10在给定电压上产生高场强。这个激励方法的某些关键优点是(1)激励电源尺寸和重量最小；(2)能够使用非-常规激励放大器；(3)辐射和传导电磁干扰最小，对附近敏感电子装置干扰最小。
这个串联谐振激励器-22用一电容器-18来补偿线圈-14和磁芯-12的电感，电容C的选择应满足电路谐振操作。也就是电源-16、电容-18、线圈-14、磁芯-12构成一RLC电路。如果满足C＝1/Lω2，则电路起振，这里L是线圈/磁芯构件的电感，ω是电源-16的频率。在这样电容值条件下，电容器-18的容抗将抵消线圈/磁芯构件的电感，它使得电磁结构-10的阻抗最小。
再一次参考图1所示实施例，通过空隙-13的磁场强度可以随垂直位置而变化。当接近电磁结构垂直中心，由于增加的磁力线损失而出现这样效果。为了补偿这个影响，某些实施例可以结合一控制器-20，根据当前HAS中的哪一个磁头正在被测试，控制器20控制电源16产生的电压。某些控制器-20可以是实现标准的模拟或数字控制算法的反馈装置。然而，能够调整和保持电源16的峰-峰电压的其它装置也在这个发明的范围内。
本发明某些实施例使用校准技术确定适当的峰峰电压。这些实施例可以使用一独立装置来测量空隙-13各个位置磁场或测量参考HAS组件的输出。可以将这个校准过程的数据提供给控制器-20并根据磁头元件位置用于调整电源-16电压。就是说，利用计算机或类似的装置计算出适当的校正因子，不管HAS中的磁头的垂直位置如何，保证磁场钳口(magnetic jaws)水平中心处的垂直分量近似为常数。
本领域技术人员知道，，磁场的峰峰强度是交流激励峰峰电压的函数。因此，在这个实施例进行测试的装置的磁场强度将遵循交流电源16产生的正弦电压波形，并正比于加到线圈-14的电压。因为每个特定的磁头设计都有最敏感的特定偏置电流点，本发明某些实施例在使用控制器-20测试特定装置时，可以调整电源峰峰电压。这个偏置电流特定值取决于特定的产品磁头或生产商磁头结构设计。(2)数据采样和收集图2表示了一个适当的数据采样和收集算法，在方块50，操作员放置测试的HSA于电磁结构-10表面B之间空隙中。在方块52，操作员启动电源-16，在表面之间的空隙中产生磁场，本发明实施例感应磁场如图3所示。
图2中的方块56，生产商可以使用与模/数转换器和数据存储装置相连的计算机在一个周期内对测试HAS中的每个磁头的模拟缓冲磁头电压(BHV)输出进行n次采样(图2沿X轴是时间标志)。n值大数据曲线较平滑，但要求更多时间和计算机资源执行分析工作。某些实施例中也可以在m个周期内采样BHV输出。在方块58，BHV输出采样值以m×n矩阵形式存储在计算机可读取内存装置。在方块60，对矩阵中n列的每一列求平均值，产生一个表示单一平均周期的数据阵列。本发明实施例的这个平均数据阵列中的数值如图4和图5曲线所示。
本发明某些实施例在方块56里可以包括一选择性时间延迟。在某些情况下，这个时间将允许总系统确定必须提供可接受的测量精度和重复性的程度。决定部件所要求的时间通常反比于激励MR装置所要求的场强和产生可接受的、可分析的BHV输出所要求的精度。本发明某些实施例还将控制采样的频率和相位确保数据矩阵中的每个n维数组表示实际的周期。实施例也将使用硬件以磁场周期内一特定点同步数据组起点或使用软件调整和分类收集的数据。在未决的临时申请09/120,995，Feb.19,2000(当前申请号09/505,033，Feb.16,2000)，题为“分析马达非平衡的方法和装置”，结合参考实例描述了一种适当的方法。能够保证准确表示实际HSA输出的数据矩阵的其它方法也是可能的并是在这个发明的范围内。(3)失真测量再一次参考图2，平均输出数据阵列在方块62中被复制成t秒的时间记录，由计算机的中央处理单元做快速傅立叶变换(FFT)分析。此分析产生基频信号和几个谐波信号功率值(分贝或dB)。在方块64，通过把全部或选择的FFT谐波数据与用于基频信号的FFT数据进行比较计算出％失真值。使用大量的公式执行此任务。然而，相对简单的公式是受欢迎的，比如用作选择低阶的谐波的简单函数、几何函数、高斯加权函数等。中间平均时域波形的例子如图4和图5所示。它们分别表示了％失真为27.48和4.96两种情况数据曲线。在方块66，用这个％失真值来接受还是拒绝HSA。
本发明实施例利用FFTW子程序库由计算机进行离散傅立叶变换。这个子程序库在麻省理工学院用C编程语言制成，在GNU一般公共许可条件下，访问http//theory.Lcs.mit.edu/～fftw/即可。然而，本领域技术人员知道，其它离散傅立叶变换算法是广泛可用的并具有潜在的应用。
图6表明的是由本发明实施例计算得到的％失真与传统旋转台测量的TAA绝对值之间的关系。从一般趋势看出，采用不同的测量系统效果是非常好的。假设绝对TAA测量的＜～15％是好磁头，％失真的＜～10％也是好磁头，重要的是大多数以旋转台TAA方法测量是好的磁头以％失真方法测量的也是好磁头。与之类似，以旋转台方法测量是坏的磁头以％失真方法测量的也是坏磁头。不需要将HSA装入磁盘组就可以完成“合格/不合格”的测量，结果测试周期时间(TAK)比旋转台方法少了60-70％。
本发明也因为能检测边缘磁头而受欢迎，而旋转台法则不能。这个特点受欢迎是因为生产商可以把统计数据用于质量控制目的。这个特点受欢迎还因为生产商可以对这些驱动器分类处理。就是说，生产商将较好性能的磁头用于高性能驱动器，将较差磁头用于低性能驱动器。这样可以帮助生产商减小浪费。
某些实施例也可以测量激励信号和磁头的合成电信号间的相位差。这些实施例是可行的，因为由静电放电(ESD)或不适当过程控制损伤的磁头显示出与磁头的要求密度所不同的相位。尤其是GMR磁头。迄今尚未了解到旋转台法能够诊断此重要问题。其它实施例依然可以分析各种合成谐波信号的相关强度，以检测ESD损伤。
本发明提供了许多超出已知HSA测试方法和装置的优点。例如本发明包括评估MR和GMR磁头元件性能的方法，和旋转台TAA测量方法结果相比，不需要旋转台测试器和在HSA水平的上装入操作。本发明的另外优点是可以使用正弦磁强曲线，而不象传统的HSA非装入测试所用激励场使用步进直流激励源(通常表示“准静态测试”)。准动态测试比现有技术所用的准静态测试更接近于HSA的实际操作条件。
尽管上面已经根据某些实施例对本发明作了详细的描述，在不脱离本发明的基本精神和特征条件下，仍可用其它特定形式实施。例如，尽管这个公开重点在于发明的应用上，以便在HAS装配阶段检查MR和GMR磁头元件，很清楚，对工件夹具、控制电子技术、连接、分析软件等一些小的修改将允许所述的方法等效地应用在滑子、磁头平衡组件(HGA)和其它装置组件的较低阶段。实施例中这些用于分析的采集数据将从连接到触点、导线、皮线的电子器件的输出被采样。另外，尽管这个公开的实施例一般利用可编程的、连接到模数转换器和数据存储装置的通用目的计算机，本发明也可以由其它硬件实现。尤其是某些大的厂家，可能希望以专用设备替代计算机。
上面以附图和文字描绘了本发明实施例及其特点和器件，关于本发明器件的固定、安装、粘贴或连接形成一个机器整体的装置，除非有特殊要求，否则这个装置意味着包括传统的固定零件，比如机器螺钉、螺母、连接件，垫圈、夹具、铆钉、套索钉、销钉等等。如果允许，组件也可以用焊接、摩擦固定、粘附、变形等方法连接。电气连接与定位敏感器件可以用适当的电子器件和连接方法形成，包括传统的机件与连接件。除非有特殊要求，本发明器件制作材料可以选择适当的材料，比如金属、金属合金、纤维、塑料等等，以及适当的生产加工方法，比如铸造、模压、机加工等方法。任何参考前后、左右、顶部和底部、上部和下部旨在便于描述，没有局限于本发明或它的部件到任一位置或空间方向。因此，这里所述实施例解释说明考虑了所有方面，未加任何限制，参照附加的权利要求可以确定本发明的范围。
权利要求
1.一种测试磁头元件的装置，包括电磁结构，包含磁芯、多个电绕组、适合容纳磁头元件的气隙；电源，可操作地连接到多个电线圈；串联谐振激励器，可操作地连接到电源。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于还包括控制器，可操作地连接到串联谐振激励器并适合对穿越气隙的磁场强度的变化进行补偿。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于控制器适合最佳化磁头元件响应灵敏度。
4.按权利要求2所述的装置，其特征在于控制器包括适合为磁头堆栈组件中的每个磁头组件提供预选磁场的反馈回路。
5.按权利要求1所述的装置，其特征在于电磁结构适合使效率最大、涡电流最小、剩磁最小。
6.按权利要求1所述的装置，其特征在于磁芯由高渗透、低剩磁的多晶铁氧体材料制成。
7.按权利要求1所述的装置，其特征在于多个绕组中的绕组数由气隙、电源和要求的磁场确定。
8.按权利要求1所述的装置，其特征在于电磁结构有电感和串联谐振激励器，串联谐振激励器包含适合平衡此电感的电容。
9.按权利要求1所述的装置，其特征在于供电电源适合提供正弦电压。
10.一种测试磁头元件的方法，包括为磁头元件提供磁场；测量磁头元件输出信号；计算基频信号和多个谐波信号的功率电平。利用此功率电平计算失真指示值。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于进一步包括根据失真指示值拒绝磁头元件。
12.按权利要求10所述的方法，其特征在于提供磁场方法的步骤包括提供包含铁芯、多个线圈、气隙的电磁结构；利用连接于串联谐振激励器的电源在多个线圈中产生电流；
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于提供磁场步骤进一步包括调整电流以补偿磁头元件的位置。
14.按权利要求12所述的方法，其特征在于进一步包括把磁头堆栈组件放在气隙中。
15.按权利要求10所述的方法，其特征在于提供磁场的步骤进一步包括为特定的磁头元件使磁场最佳。
16.按权利要求10所述的方法，其特征在于提供磁场的步骤进一步包括利用控制器补偿磁场变化。
17.按权利要求10所述的方法，其特征在于测量输出信号的步骤包括在多个周期内采样多个数据点；将多个采样点存储在数据存储装置中。
18.按权利要求10所述的方法，其特征在于测量输出信号的步骤进一步包括同步多个数据点的频率和相位。
19.一种测试磁头元件的系统，包括装置，用于产生环绕磁头元件的磁场；计算机处理器装置，用于处理数据；存储装置，用于在存储介质上存储数据；第一装置，用于从磁头元件收集数据；第二装置，用于处理数据，以产生磁头元件输出失真指示值。
20.一种检测失效磁头元件的方法，包括将磁头元件插入电磁结构，电磁结构包括导电元件；在导电元件中感应电流，因此，电磁结构产生环绕磁头元件的磁场，产生的磁场与感应电流有关；以及同时控制感应电流并且测量磁头元件的输出信号。
全文摘要
本发明涉及一种允许识别故障磁头的方法和装置。本发明一方面是包括由磁芯(12)、多个电绕组(14)、适合容纳磁头堆栈组件的气隙(13)组成的电磁结构(10)。线圈与电源(16)和串联谐振激励器(22)相连。本发明某些实施例进一步包含一个与串联谐振激励器相连的控制器(20),并适合补偿通过气隙的磁场强度的变化。本发明另一方面是包括一种测试磁头元件的方法。这种方法的一个实施例步骤包括:测量磁头对外部施加磁场的输出响应,傅立叶变换输出信号,利用合成功率电平计算磁头输出中的失真指示值。
文档编号G11B5/455GK1371479SQ00812274
公开日2002年9月25日 申请日期2000年7月14日 优先权日1999年7月14日
发明者加里·A·甘德 申请人:佩姆星公司