专利名称：双向薄膜磁阻磁带磁头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉有一种改进的薄膜磁阻磁带磁头装置。
目前，对于现代化的适用于计算机数据贮存的磁带记录器，读写并行能力是提供实际上无错误磁贮存数据的基本特征。一种边读取边写出磁头装置包括与读取元件串联的写出元件，而读取元件的空隙与写出元件的空隙间有一小间距，其中在磁带移动方向上读取元件安置在写出元件的下游。通过连续读取“刚记录的”数据，当原始数据在记录系统中的暂存器中仍然有用时，此时，所记录的数据的质量是立即可测的。被复制的按照原始数据来检查，并且在出现错误的情况下，可采取适当的行动(如再记录)。
许多现代的磁带这记录系统需要在磁带移动的两个方向上能进行写出和读取数据的操作。其中将记录数据以螺旋特征性曲线加载在磁带移动的交替方向上的流水型磁带系统(streaming tapesystem)是此类双向记录系统的例子。结合双向操作的边读取边写出能力，传统上需要由三个磁头组成的磁头装置第一写出元件与读取元件相邻，而后者与第二写出元件相邻，或者第一读取元件与写出元件相邻，而后者与第二读取元件相邻。参见(例如)US 5,034,838(Brock)。
在磁带上贮存的数据的质量可通过增加磁带上数据磁道的数目而得到提高，从而减少相邻磁道的中心线的距离。适于在此类磁带上读取和写出的磁带磁头需要在磁头装置中的读取和写出元件的直线对准为高水准精度。这可通过最大限度减小每一个读取元件与它相应的写出元件之间的距离而实现。使读取和写出元件直线对准的问题还可通过除去三个磁头中的一个来简化，虽然，正如就IBM3486系统而言，这已传统上消除了双向读写并行的能力。
磁带磁头还遇到由磁记录带引起的磁头磨损的问题。磁带在磁带磁头上反复通过，超过一定时间后在磁带磁头的表面上引起磨损，这削弱了该磁头的性能。
希望有一种磁带磁头装置，它能够(1)最大程度地减少磁头磨损，(2)通过将读取元件及其相应的写出元件合并到单个磁头装置中而最大限度地减少两元件之间的距离，(3)每一磁道仅需要单副读取和写出元件(而并不是两读取和一写出或两写出和一读取元件)和(4)具有双向边读取边写出能力。
本发明包括一种由两个彼此相连的磁带磁头组成的双向薄膜磁带磁头装置。第一磁带磁头由彼此连接的读取和写出模件组成。该读取模件是包括沉积在基材上的薄膜结构和覆盖在该薄膜结构上的绝缘层。该薄膜结构包括至少一个读取元件。该写出模件类似于读取模件，只是它包括至少一个写出元件而不是读取元件。两个模件彼此连接以使读取元件与相应的写出元件沿磁带经过磁头装置的移动方向直线对准。这能允许第一磁头在磁带移动的一个方向上、在至少一个磁道上边读取边写出。
第二磁头与第一磁头相同，但它的取向相对于第一磁头是相反的，这样它能在第一磁头的相反方向上边读取边写出。两磁头彼此相连接以使所得到的磁头装置能够双向边读取边写出。
在一个实施方案中，本发明包括一种由第一和第二组件构成的磁带磁头装置。第一组件包括沉积在基材上的薄膜结构和覆盖该薄膜结构的绝缘层。该薄膜结构包括读取和写出元件。第二组件类似于第一组件。第二组件被固定在相对于第一组件的固定位置，这样，基本上所有第一组件上的读取元件沿磁带通过磁头装置的移动方向与第二组件上相应的写出元件直线对准。所有第一组件上的写出元件同样地与第二组件上相应的读取元件直线对准。因此，该磁头装置能够实现磁带的双向读写并行。
在另一个实施方案中，本发明包括第一和第二类似于前面实施方案中那些的组件，只是在每一个组件上有比写出元件至少多一个的读取元件。这两个组件被固定在彼此相对应的固定位置，这样第一组件上的至少一个读取元件沿磁带通过该磁头装置的移动方向与第二组件的至少一个读取元件直线对准。剩下的读取和写出元件按照在前面实施方案所描述的那样直线对准。在两组件上的各读取元件的直线对准允许该磁头装置跟踪磁带上的伺服磁道，同时还提供双向边读取边写出能力。
在还有另外一个实施方案中，本发明包括类似于上述的磁带头装置，但还包括在两组件之间插入的具有至少800硬度(努氏(Knoop)硬度标度)的硬块件。该硬块件改进了该磁带磁头装置的耐磨损性。
在仍有另外一个实施方案中，本发明包括由彼此相连接的读取和写出模件组成的磁带磁头。该读取模件包括一种基材，第一薄绝缘层，磁阻感应层，至少一传导层，第二薄绝缘层，防护层，和一厚绝缘层。该写出模件包括一种基材，第一薄绝缘层，和传导层，第二薄绝缘层，磁极层，和一厚绝缘层。该两模件被连接在一起以使得该磁头能够在磁带移动的一个方向上边读取边写出。该基材可以是Al2O2-TiC，该防护和磁极层可以是FeTaN或CoZnNb，而该绝缘层可以是类金刚石碳膜。
在还仍有另外一个实施方案中，本发明包括一种将薄膜结构沉积在一薄片上的方法。
本发明的各种实施方案通过以下方式最大程度地减少磁头磨损(1)最大程度地减少读取元件及其相应的写出元件之间的距离，(2)由硬材料制成该磁头装置，和(3)在读取和写出元件之间放置一硬块件。本发明每一数据磁道仅使用单副读取和写出元件，但各副就彼此而言是相反的，这样，该磁头装置能够在磁带上在两方向边读取边写出。
本发明的新特征和优点，对于本技术领域的普通技术人员来说，在经过考虑下面的详细描述之后将变得更加清楚，这种描述参考一些附图，它们是
图1是现有技术磁带磁头装置的截面侧视图。
图2是根据本发明一个实施方案的磁带磁头的端部的截面侧视图。
图3是根据本发明一个实施方案的磁带磁头的截面图。
图4A-4D是根据本发明的一个实施方案的、在薄片上的薄膜结构的截面侧视图。
图5是根据本发明一个实施方案的、已变得过分磨损的磁带磁头的截面侧视图。
图6是根据本发明减少磁头磨损的一个实施方案的磁头的截面侧视图。
图7-9是根据本发明各实施方案的、磁带磁头装置上的读取和写出元件的代表性俯视图。
图10是根据本发明的一个实施方案的、跟踪伺服磁道的磁带磁头上的读取和写出元件的代表性俯视图。
图11根据本发明的、具有一硬块件的磁带磁头装置上的读取和写出元件的代表性俯视图。
现有技术中类似IBM 3480磁头的磁带磁头装置10示于图1。一薄膜磁阻(“MR”)读取元件夹层12连接在铁氧体薄片16上。一铁氧体隔板26连接在铁氧体薄片16的正面上，在它们之间连接读取元件夹层12，形成读取磁头22。同样，一薄膜感应写出元件夹层14连接在铁片18上。一铁氧体隔板28连接在铁氧体片18的正面上，在它们之间连接写出元件夹层14层，形成写出磁头24。然后铁氧体片18的反面连接在铁氧体薄片16的与读取元件夹层12相反的一面上，如图1所示，形成完整的装置。因为该磁带磁头装置10仅具有两个单类型磁头(读取磁头22和写出磁头24)，因此它不具有双向边读取边写出能力。
薄膜读取元件夹层12与薄膜写出元件夹层14以约3.8mm的距离被分开。这么大距离分开有三个理由是不理想的。第一，大距离将增大一种可能性，也就是读取元件夹层12将不能与磁带(未画出)上给定的写出磁道直线对准，而数据是用薄膜写出元件夹层14写出的，因为磁带相对于两个磁头的移动线路的位置有一些变化。这将削弱磁头装置10边读取边写出的能力。因此，最好将读取夹层12和写出夹层14尽可能地紧密装在一起，以最大限度地减少磁带偏移的距离。第二，读取夹层12和写出夹层14之间的大距离导致在磁带磁头装置10的装配过程中增大了使读取和写出元件直线对准的困难。第三，读取夹层12和写出夹层14之间的大距离，因驱动头相对于磁带磁道中间一的非直线对准而增大偏离磁道的误差。
根据本发明的单个磁头30的端部截面侧视图增于图2。该磁头30是由读取模件32和写出模件52组成。磁带(未画)经过磁带磁头30的顶部从右向左移动以边读取边写出。该读取模件32是由基材34，薄膜结构57和厚绝缘层48组成。薄膜结构57是由第一薄绝缘层36，磁(MR)感应层38，第一传导层40，第二传导层42，第二薄绝缘层44和防护层46组成。
基材34可包括或磁性或非磁性陶瓷。优选的磁性陶瓷是那些具有低矫顽磁性、高磁矩和高磁透性的陶瓷，如NiZn(铁氧体)。然而，如果基材34包括非磁性陶瓷，该基材必须还包括位于该陶瓷层和第一薄绝缘层36之间的磁性层(未画出)。该磁性层可由NiFe(坡莫合金)，钴锆铌(CZN)，钴锆钽(CZT)，或AlFeSi制成。优选的非磁性陶瓷包括Al2O2-TiC，它具有约1800努氏硬度。一种优选的Al2O2-Ti陶瓷是可从3M Company(在St.Paul，明尼苏达)购得的3M陶瓷210，它具有约30％(重量)的碳化钛颗粒。
基材34作为MR感应层38的较低或第一磁防护层使用。这防护层防止来自在紧靠被检波磁带部份的磁带中邻近经过的磁力线到达MR感应层38并防止其污染来自磁带的信号。
这三个绝缘层36，44和48优选是非磁性的和非传导性的。该三个绝缘层36，44和48可由氧化铝，Al2O3制成。然而，优选地，该三个绝缘层36，44和48是由类金刚石碳制成，特别是非晶氢化碳(a-CH)。类金刚石碳是具有高度SP3键的碳的非晶形式，以使该碳材料表现出许多金刚石的物理特征。还可使用其它材料，如非晶碳(α-C)，离子束沉积的碳(i-C)，金刚石或非晶金刚石。取决于读取模件32的特殊构造，该第一和第二薄绝缘层36和44在0.05-0.5μm的厚度范围。该厚绝缘层48优选比第一和第二绝缘层36和44厚一些，以便加工的平滑些，并可以在0.2μm至几百微米的厚度范围。
MR感应层38通过在磁带中信号变化产生的磁场时改变电阻而提供信号。MR感应层38优选是由具有约80％镍和20％铁的NiFe(坡莫合金)制成。
防护层46优选是由具有低矫顽磁性和高磁力饱和矩的磁性材料制成。该防护层46优选是约2-6μm的厚度并由NiFe(坡莫合金)制成，它具有小于500努氏硬度的硬度。然而，优选该防护层46是由较硬物质如FeTaN或CoZnNb制成，它们每一种具有约600-900努氏硬度。
第一传导层40是优选0.04-0.10μm厚度并由具有高电阻的导体制成，比如钛，钽，铌或铬。通过第一传导层40的电流提供偏磁场，该偏磁场引起MR感应层38在它的最线性范围内运转。第二传导层42是优选约0.1-0.3μm厚度并由具有低电阻的导体制成，比如金、铜或铝。第二传导层42提供在层38和40的感应部分之间的低阻通路和提供末端垫(未画)。第二传导层42并未向上延伸到单个磁头30的磁带接触之表面。
如图2所示，写出模件52是由基材54，薄膜结构67和厚绝缘层68组成。该薄膜结构67是由第一薄绝缘层56，传导层58，任意的光滑层60，第二薄绝缘层64和磁极层66组成。基层54选由与在读取模件32中的基材34一样的原料制成。基材54作为写出模件52的较低或第一磁极使用。
该第一和第二薄绝缘层56和64优选由与在读取模件32中的第一和第二薄绝缘层36和44一样的原料制成。厚绝缘层68优选是由与在读取模件32中的厚绝缘层48一样的原料制成，并且，它象厚级层48一样，优选比第一和第二薄绝缘层36和44厚一些，以便被加工得平滑些。
传导层58是由写出线圈组成，它可由与在读取模件32中第二传导层42一样的原料制成。光滑层60优选是感光性树脂。磁极层66将来自写出线圈的磁场传导和聚集，写到磁介质(例如磁带或软盘)上。磁极层66优选由与在读取模件32中防护层46一样的原料制成。横向于图2的示截面之方向的全部或某些层可以绘出。
读取模件32的厚绝缘层48被环氧树脂层50连接到写出模件52的厚绝缘层68上。该环氧树脂层50应被制成尽可能的薄。
读取模件32的第二传导层42和写出模件52的传导层58(例如，写出线圈)各自以电学方式联结到接线头59和63上，如在图3中所示。磁头30的顶部的水平部分a在约0.1mm-0.5mm的宽度范围内。读取模件32以约0.05-0.25mm与写出模件52分开。因而，读取和写出模件之间的距离被减少了在图1中所示现有技术的约15-75的系数。
图3所示磁头30顶部的形状允许从它上面通过的磁带(未画)紧密贴合到读取模件32和存入模件52上，因而减少了磁带-磁头间的分离。为了达到这一目的，磁头顶部的水平部分不必超过几密耳宽(0.1mm)或超过基材34和54的剩余部分。
图2所示的磁带磁头30的部分以在图3中所示的凸台55表示。图3表示磁头30的整个基材34和54。读取模件32的层36-46共同显示为薄膜结构57。写出模件52的层56-66共同显示为薄膜结构67。电接线头59和63各自被安置在基材34和54上。接线头59以电学方式联结到读取模件32中第二传导层42上，而接线头63以电学方式联结到写出模件52的传导层58(例如，写出线圈)上。基材34和54被构形，这样接线头59和63彼此隔开，以便提供间隙将花线(未画)附着在接线头59和63上而不彼此接触。如图3所示，读取模件32的厚绝缘层48覆盖接线头59的全部。类似地，写出模件52的厚绝缘层68覆盖接线头63。
本发明的磁头30构造如下层36-48按顺序被置于基材34上。然后层56-68按顺序安置在基材54上。花接线头被附着在每一模件上。然后通过用环氧树脂50将厚绝缘层48连接到厚绝缘层68上而将该读取和写出模件32和52组装到一起。
图4A-4D显示将薄膜结构置于基材上的方法。将表述关于制造写出模件52的方法，而同样方法可用于制造读取模件32。首先，在一薄片上蚀刻或机械切削许多0.2～0.3mm深的凸凹槽，以使软性电缆能够附着。这提供许多升高的脊。薄片61的模截面示于图4A该薄片61可由与基材54一样的厚料制成。可从单一薄片61切下数百个类似基材54的基材。
然后，通过曲型的掩模和沉积技术，将厚的大几何传导体或线头63置于薄片61的蚀刻表面。然后将一种光滑层(是一种典型的感光性树脂)施予薄片61，因此，填塞了薄片中的凸凹槽，如图4A所示。
然后将光滑层65磨光或抛光回到薄片61的水准，如在图4B中所示，因此暴露了接线头63的接点，并除掉了在基材61的脊上的那部分接线头63。然后将薄膜结构67置于薄片61上，以使它们接触接线头63的暴露部分，如图4C所示，光滑层被洗掉或蚀刻掉，并将第三绝缘层68置于接线头63上，而薄膜结构67保护它们，如图4D所示。因而，整个写出模件52以凸台62表示。
所有本发明的上述实施方案，易遭受通过接触磁带(未画)引起的磁带磁头磨损。如图5所示，磁带经过磁头30′的部长时间地连续动转能够引起在读取模件32′和写出模件52′之间的磁头的中间部分磨损。
图6表示根据本发明减少磁头磨损的一个实施方案的磁头70。硬块件69位于读取模件32出模件52之间的中间位置。硬块件69应高度耐磨，并可以是与基材34和44一样的材料，例如铁氧体，它具有高于800的努氏硬度，或硬材料如Al2O3-TiC，它具有约1800的努氏硬度。该硬块件69可用作在写出时读取元件的电磁防护体，如果它是磁性材料如铁氧体的话。块件69可以是约0.13-0.26mm厚。块件69位于厚绝缘层48和68之间，并各知通过环氧树脂层49和51被连接到那些层上。块件69的存在有助于将套头59和63隔开。
图7表示根据本发明的一个实施方案的磁头装置80的代表性俯视图。写出元件象征性地以矩形盒子表示，读取元件象征性地以直线表示。磁头装置80是由磁头120和130组成，它类似于磁头30(如图2和3中所示)。磁头120是由读取模件82和写出模件84组成，它们是被环氧树脂层90连接在一起。读取模件82是由基材102，薄膜结构122和厚层112组成。该薄膜结构122包括含至少一个读取元件92。图7示出了4个读取元件92。
写出模件84是由基材104，薄膜结构124和厚绝缘层114组成。薄膜结构124含至少一个写出元件94。图7示出了4个写出元件94。
磁带(未画)能够在箭头115和125的方向经过磁头120运转。每一个读取元件92沿箭头115方向与相应的写出元件94直线对准。
跟磁头120一样，磁头130是由写出模件86和读取模件88组成，它们是被环氧树脂层100连接在一起。写出模件86是由基材106，薄膜结构126和厚绝缘层116组成。该薄膜结构126包含至少一个写出元件96。图7中示出了4个写出元件96。
读取元件88是由基材108，薄膜结构128和厚绝缘层118组成。薄膜结构128含有至少一个读取元件98。图7示出了4个读取元件98。
磁带能在箭头115和125方向经过磁头130运转。每一个读取元件98沿箭头方向125与相应的写出元件96直线对准。磁头120被环氧树脂层110连接到磁头130，如图7中所示。
磁头装置80被构形为可在8个磁道上读取和写出。该磁头装置80能够在箭头115或125方向上在4个磁道上同时读写并行。如果磁带在箭头115方向经过磁头装置80运转，那么，刚在磁道被磁头120的写出元件94写出之后，该磁头装置就能读取通过磁头120的读取元件92的数据磁道。如果磁带在箭头125方向经过磁头装置80运转，则刚在磁道被磁头130出元件96写出之后，该磁头装置就能读取通过磁头130的读取元件98的数据磁道。可以使用任何数目的读取和写出元件，只要在读取模件82中有一读取元件92沿箭头115或125方向与写出模件84中每一个写出元件94直线对准，反之亦然，以及在写出模件86中一写出元件与读取模件88中一读取元件98直线对准，反之亦然。
本发明另一个实施方案的代表性俯视图以磁头装置180表示在图8中。该磁头装置180是由组件220和230组成，它们被一环氧树脂层192连接到一起。组件220是由基材182，薄膜结构184和厚绝缘层190组成。薄膜结构184包括4个读取元件186和4个写出元件188。
组件230是由基材202，薄膜结构196和厚绝缘层194组成。薄膜结构196包括4个写出元件198和4个读取元件200。磁带(未画)能够在箭头215和225方向经过磁头装置180运转。
跟磁头装置80一样，磁头装置180能够在8个磁道上读写并行，并且能够或者在215方向或者在225方向在4个磁道上同时读写并行。以及跟磁头装置80一样，可使用任何数目的读取和写出元件，只要在组件2 20中有一读取元件186沿箭头215和225方向与组件230的每一个写出元件198直线对准，反之亦然，以及组件220的写出元件188沿同样方向与组件230的每一个读取元件200直线对准，反之亦然。
本发明另一个实施方案的代表性俯视图以磁头装置280示于图9。磁头装置280是由组件320和330组成，它们被环氧树脂层292连接在一起。组件320是由基材282，薄膜结构284和厚绝缘层290组成。该薄膜结构284包括4个读取元件286和4个写出元件288，它们被构形之后使得没有两个读取或写出元件彼此相邻。
组件330是由基材302，薄膜结构296和厚绝缘层294组成。薄膜结构296包括4个写出元件298和4个读取元件300。磁带(未画)能够在箭头315和325的方向经过磁头280运转。
跟磁头装置80和180一样，磁头装置280能够在8个磁道上读写并行，并能够在两个中任何一个方向上同时在4个磁道上读写并行，虽然那4个磁道中没有两个彼此相邻。以及跟磁头装置80和180一样，可使用任何数目的读取和写出元件，只要在磁头装置上是同等数目的读取和写出元件。可使用不同于以上所示的那些读取和写出元件图案，只要在磁头装置280中有一读取元件286与每一个写出元件298直线对准，反之亦然，以及写出元件288与每一个读取元件300直线对准，反之亦然。
本发明的另一个实施方案的代表性俯视图以磁头装置380示于图10。磁头装置380是由组件420和430组成，它们被环氧树脂层392连接在一起。组件420是由基材382，薄膜结构384和厚绝缘层390组成。薄膜结构384和厚绝缘层390组成。薄膜结构384包括4个读取元件386和3个写出元件388。4个读取元件386中的一个是位于磁头装置380的中间。
组件430是由基材402，薄膜结构396，和厚绝缘层394。薄膜结构396包括3个写出元件398和4个读取元件400。4个读取元件400中的一个是位于磁头装置380的中间。
磁头装置380被构形后，能够在箭头415和425方向同时在3个磁道上读写并行。在组件420的中间的读取元件是沿箭头415和425方向与在磁头430的中间的读取元件直线对准。这允许磁头装置380在两个方向415和425上跟踪磁带(未画)上伺服磁道。可使用任何数目的读取和写出元件副，只要在两组件420和430上有一附加的读取元件。如果希望能够同时跟踪两个伺服磁道，那么，组件420上一个第二读取元件386应能沿箭头415和425方向与组件430上一个第二读取元件400直线对准。
根据本发明的另一个实施方案的磁头装置580的代表性俯视图示于图11、磁头装置580是由两组件520和530组成，它们每一个类似图6中所示的组件47。组件520是由基材482，薄膜结构484，和厚绝缘层490组成。薄膜结构包括读取元件486和写出元件488。
组件530是由基材506，薄膜结构500，和厚绝缘层498组成。薄膜结构500包括写出元件502和读取元件504。
组件520和530被一耐磨块件494隔开，它是被环氧树脂层492连接到组件520上并被环氧树脂层496连接到组件530上。虽然读取和写出元件构形与图8中所示的构形相同，该读取和写出元件还可用图9和10所示的方式来构形。类似地，耐磨块件494还可被包括在图7的磁头装置80上，具体是通过将一耐磨块件置于在组件120中的读取模件82和写出模件84之间，并通过将另一块件置于在组件130中的读取模件86和写出模件88之间。
虽然本发明参照优选的实施方案已在此描述过了，但是，本技术领域的普通人员将认识到可以不脱离本发明的精神和范围的情况下作一些变化。
权利要求
1.一种双向薄膜磁带磁头装置(80)，包括(a)第一磁头(120)，它包括(i)读取模件(82)，包括第一基材(102)，置于该基材上的第一多元薄膜结构(122)，和覆盖第一多元薄膜结构的第一绝缘层(112)，其中该第一多元薄膜结构包括至少一个读取元件(92)；(ii)存入模件(84)，包括第二基材(104)，被置于该基材上的第二多元薄膜结构(124)，和覆盖该多元薄膜结构的第二绝缘层(114)，其中该第二多元薄膜结构包括至少一个写出元件(94)；和(iii)连接层(90)，介于该读取和写出模件之间，从而它们被固定在彼此相对的固定位置，以使该至少一个读取元件中的每一个沿磁带移动方向与相应的写出元件直线对准，从而该第一磁头能够在一个方向上读写并行；(b)第二磁头(130)，其中该第二磁头与该第一磁头相同，但它的取向与第一磁头相反，从而它能够在第一磁头的反方向上读写并行；和(c)装置(110)，它将第一磁头连接到第二磁头上以使该磁头装置能够双向读写并行。
全文摘要
一种双向薄膜磁阻磁带磁头装置(180)。本发明通过以下方式最大限度地减少了对该磁头装置的磨损(1)最大限度地减少该读取元件(186)及其相应的写出元件(198)之间的距离，(2)由硬材料制成该磁头装置，和(3)将一硬块件(50)置于该读取和写出元件之间。该磁头装置每数据磁道仅使用一副读取和写出元件，但各副之间彼此方向相反，以使该磁头装置能够在磁带上双向读写并行。
文档编号G11B5/584GK1532813SQ20041003968
公开日2004年9月29日 申请日期1993年8月20日 优先权日1992年8月21日
发明者T·A·舒尔茨, T A 舒尔茨 申请人:明尼苏达州采矿和制造公司