專利名稱：帶有與返回極靴連接的屏蔽結(jié)構(gòu)的垂直磁記錄用的磁頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于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(guī)現(xiàn)有技術的磁盤記錄系統(tǒng)中，當容納用于讀取和寫入磁轉(zhuǎn)變的磁傳感器的滑塊由一主軸電機帶動旋轉(zhuǎn)時，其懸空在該磁盤上。該磁盤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(zhuǎn)變。在介質(zhì)中的磁疇可以沿縱向或沿垂直方向?qū)懭?。利用薄膜處理技術，該滑塊的讀取頭和寫入頭部分被內(nèi)置為多層式層中。通常，首先制造讀取頭，但也可以首先制造寫入頭。常規(guī)的寫入頭為感應式的。
在采用垂直記錄的盤驅(qū)動器中，該記錄頭被設計成在基本垂直于該盤平面的方向上引導磁通通過記錄層。通常，用于進行垂直記錄的盤具有一硬的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的磁記錄層，然后進入軟襯層的平面，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RE 33949中，說明了一種用于垂直記錄的磁頭，該磁頭包括與寫入極相隔一小間隙的“下游屏蔽”。該結(jié)構(gòu)利用磁通返回部分阻擋大部分下游邊緣磁通，從而該磁通返回部分起磁屏蔽的作用。由該磁屏蔽對下游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)極靴的工作面多倍大小，從而在通入下游磁屏蔽中的磁通密度很低并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(fā)出的磁通密度足以進行垂直記錄。
圖1示出用于進行垂直記錄的現(xiàn)有技術的磁頭26及相應的介質(zhì)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(cè)屏蔽(未示出)。屏蔽36、37位于磁阻傳感器35的兩側(cè)。該磁頭可與一前導磁阻頭結(jié)構(gòu)(leading magnetoresistive head structure)一起工作，因為兩個扁平線圈35A、35B用于保證讀取頭屏蔽36與尾部屏蔽磁極33和該介質(zhì)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(fā)出磁通的寫入極，而該磁通穿過硬的鐵磁性記錄層28之后在尾部屏蔽極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，而該極將必須由高力矩材料制成以獲得高寫入場(write field)能力；并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干擾。
在2003年5月15日，第93卷第10期的“日本應用物理”雜志上，由Kanai，Mohammed，Matsubara，Muraoka和Nakamura發(fā)表的文章“用于1Tb/in2記錄的帶側(cè)屏蔽的窄軌單極式記錄頭的數(shù)字分析(Numerical Analysisof Narrow-track Single-pole-type Head with side Shields for 1 Tb/in2recording)”中說明了帶側(cè)屏蔽的垂直記錄頭。兩個側(cè)屏蔽均從ABS上開始，并以小距離(小于喉部高度)延伸進入該記錄頭中。作者報告，通過減小軌道外磁場，帶側(cè)屏蔽的記錄頭的有限元模擬顯示出了顯著的改善，其使得可在更窄的軌道上寫入。在俯視圖中，垂直于該ABS，該屏蔽隨著更接近主極靴而呈錐度。換句話說，離軌道的中心越遠，該側(cè)屏蔽越厚。錐形屏蔽的目的是增加軌道上的磁場強度，該強度大于由固定屏蔽的橫截面得到的磁場強度。
對于超高密度的磁記錄，垂直磁記錄優(yōu)越于縱向磁記錄。對更高磁錄密度需求的增加已相應地導致增加了對開發(fā)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(jù)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(zhì)信噪比，這比利用未屏蔽磁極的尾部邊緣寫入優(yōu)越，增大了記錄頭磁場的dHy/dx，減少了部分擦除，并改善了飽和度。這些特征可改善轉(zhuǎn)變的精確度(線性分辨率)并允許更高矯頑磁場介質(zhì)(改善穩(wěn)定性)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一實施例為進行垂直記錄的磁頭，該磁頭具有一尾部屏蔽和側(cè)屏蔽，該側(cè)屏蔽由兩個鐵磁性材料制成的柱與返回極靴連接。所述柱平行于軌道方向延伸，并且距該主極靴足夠大的距離以減小從該主極靴至所述柱的磁通量。另外，所述柱可在該空氣軸承表面后凹陷。本發(fā)明的優(yōu)選實施例為帶分離讀取頭和寫入頭以進行垂直記錄的磁傳感器。


圖1為垂直空氣軸承表面剖開的用于進行垂直記錄的現(xiàn)有技術的記錄頭和介質(zhì)的截面示意圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的記錄頭的ABS的示意圖。
圖3為沿圖2中的II線剖開的該記錄頭的截面示意圖。
圖4為用于本發(fā)明的第一實施例中使用的尾部屏蔽、側(cè)屏蔽和連接柱的透視圖。
圖5為用于本發(fā)明的第二實施例中的尾部屏蔽、側(cè)屏蔽和連接柱的透視圖，其中該連接柱從該空氣軸承表面凹陷。
圖6為圖5中所示的尾部屏蔽、側(cè)屏蔽和連接柱的示意圖，其對應于沿圖5中的IV線剖開的截面。
圖7為沿圖2中的III線剖開的該記錄頭的截面示意圖。也示出了記錄介質(zhì)。
圖8為在所選高度上由板片布局圖(wafer layout view)中示出的布置連接柱的設計規(guī)則的示意圖。
具體實施例方式
圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的磁頭20A的ABS的示意圖。在此包括的該圖和其他圖不是按比例作出的，部分地由于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不帶薄膜保護覆層，而在正常情況下，在生產(chǎn)的磁頭中將帶有該覆層。在此所用術語ABS表示如圖所示的平面，而不考慮是否有覆層。讀取傳感器35及其屏蔽S1、S2可位于在寫入頭的任意一側(cè)，即讀取頭可首先或最后制造。鐵磁性軛鐵包括主(寫入)極靴42和返回極靴43。屏蔽結(jié)構(gòu)40包括尾部屏蔽44和側(cè)屏蔽44A、44B。磁記錄介質(zhì)從該返回極靴43運動至主極靴42，再到該尾部屏蔽，因此標注“尾部”。連接柱45A、45B從該側(cè)屏蔽44A、44B延伸至該返回極靴43。該連接柱與該返回極靴連接的點圍繞該磁頭的軌道線對稱配置，該軌道線為用線III表示的ABS上的中心線。該連接柱從該側(cè)屏蔽44A、44B的外邊緣向下延伸至該返回極靴。在本實施例中，連接柱之間的距離大致為橫穿軌道方向上的返回極靴長度的25％。屏蔽結(jié)構(gòu)40不伸出連接柱，在本實施例中這就意味著，屏蔽結(jié)構(gòu)相對于該返回極靴較窄，雖然本發(fā)明不局限于這個結(jié)構(gòu)。
雖然圖中該尾部屏蔽44、側(cè)屏蔽、連接柱45A、45B和返回極靴表示為不同的零件，但它們優(yōu)選為由相同的鐵磁性材料制成，從而可以無縫地結(jié)合在一起。所示的連接柱45A、45B為矩形，并且與側(cè)屏蔽相比被設置為離該主極靴基本上更遠。柱位置的選擇可利用圖8來說明，圖8與用于圖3中的圖相同。優(yōu)選地，每一柱位于一個三角形(ABS)中，該三角形的第一個角A在ABS上的主極靴尖端部的中心。第二個角B位于ABS上，離磁極A的中心大約為該返回磁極寬度的10-50％。第三個角C位于相同的橫穿軌道位置，以形成直角CBA，而BC邊的長度選擇為所包角度BAC小于40°。這個設計規(guī)則使該柱(包括尾部屏蔽和柱之間的連接)和主極靴之間的磁阻足夠大，以便不過度減小寫入場或使該柱飽和。線圈不延伸至ABS并且在該圖中未示出，但它被置于該返回極靴43的上面并且在該連接柱45A、45B的后面。
圖3為沿圖2的II線所取的記錄頭20A的截面示意圖，其表示在所選高度上的板片布局圖。只有該主極靴42的一個小尖端部區(qū)域出現(xiàn)在ABS上。該主極靴42開始擴寬的點稱為喇叭口端點。在該主極靴尖端部附近，正交于ABS測得的(即進入記錄頭)側(cè)屏蔽44A、44B的厚度優(yōu)選為小于至該喇叭口端點的距離。優(yōu)選地，離該主極靴尖端部越遠，該側(cè)屏蔽越厚。在圖3所示的實施例中，該側(cè)屏蔽的外部(離開尖端部)為梯形，但是本發(fā)明并不要求特定的形狀。在這個圖中未示出該尾部屏蔽44，但優(yōu)選地其厚度輪廓與該側(cè)屏蔽的相同。
圖4為帶有圖2和圖3中所示的本發(fā)明的第一實施例中所使用的尾部屏蔽44、側(cè)屏蔽44A、44B和連接柱45A、45B的屏蔽結(jié)構(gòu)40的透視圖。在這個實施例中，該連接柱45A、45B的橫截面為矩形，但并不要求特定的形狀。
圖5為在本發(fā)明的第二實施例中使用的尾部屏蔽44、側(cè)屏蔽44A、44B和連接柱45A、45B的透視圖。在這個實施例中，連接柱45C、45D從ABS上凹陷。圖6為圖5所示的尾部屏蔽44、側(cè)屏蔽44A、44B和連接柱45C、45D的示意圖，其對應于沿圖5中線IV剖開的截面。在從ABS凹陷的該柱前面區(qū)域充滿非磁性材料，以使該ABS基本上保持為平面形。該柱可從ABS上凹陷，以減少在重疊過程中可能會被弄臟或腐蝕的金屬區(qū)域。如果該柱的材料的選擇和重疊過程相適應，則圖4所示的第一實施例是可接受的。
圖7為沿圖2的線III剖開的記錄頭20A的截面示意圖。線III對應于該磁頭的軌道的中心。圖中也示出了記錄介質(zhì)27。在該尾部屏蔽后面的區(qū)域充滿非磁性材料39。該尾部屏蔽和主極靴之間的間隙由非磁性層37形成。磁通承載極靴41與該主極靴42接觸，但不延伸至ABS。線圈33被置于該返回極靴43和磁通承載極靴41之間。對于常規(guī)的帶有單極寫入頭而沒有尾部屏蔽的垂直記錄頭，在ABS上的磁通通道為從該主磁極通過該硬的鐵磁性記錄層28進入該介質(zhì)的軟襯層29，并通過記錄層回到返回極靴43。在根據(jù)本發(fā)明設計的磁頭中，該主磁通通道返回該尾部屏蔽44和更接近于該主極靴42的側(cè)屏蔽44A、44B。該尾部屏蔽設計實現(xiàn)更好的寫入場梯度和更低的介質(zhì)噪聲。該設計中的三個關鍵參數(shù)為1)主磁極和屏蔽之間的間隙；2)ABS至軟襯層29的間隔；以及3)屏蔽的厚度。該ABS至軟襯層的間隔不是該記錄頭的特征，而是由在其中采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(fā)明的單極尾部屏蔽(SPT)設計相對于單極(SP)設計的改進。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并降低跳動。
當從ABS至該軟襯層29的距離等于寫入間隙的長度(該尾部屏蔽44的邊緣和主極靴42之間的距離)時，可獲得該設計中的最優(yōu)磁場角度。當該屏蔽更接近寫入極靴42時，寫入場被減小，因為部分磁通逐漸地在該介質(zhì)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并且使該主極靴42的喇叭口端點(flare point)更靠近ABS，就可改進該問題。這種磁頭設計的優(yōu)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(zhì)噪聲，5)傾斜場使在S-W介質(zhì)上容易寫入。
為了最小化寫入磁通損失并仍能達到所希望的效果，在該主極靴42的尖端部附近的尾部屏蔽和側(cè)屏蔽的厚度(從ABS至磁頭)應大致等于該主極靴42的軌道寬度的一半。在橫穿軌道方向上，該側(cè)間隙位于磁頭至襯層間隔的1～2倍的范圍內(nèi)，其優(yōu)選值為該磁頭至襯層間隔的設計值的1.5倍。更大的側(cè)間隙距離可使相鄰軌道上的寫入減少較??；而更小的側(cè)間隙距離過度減少可用寫入磁通。
另外，為了改善機械整體性并允許重疊有一些非平面性(non-planarity)，與ABS垂直的屏蔽的厚度可以增加一個比距該主極靴(軌道)的中心大1微米左右的距離，但是這對于本發(fā)明的工作不是最重要的。例如，該尾部和側(cè)屏蔽的偏離中心的厚度，在該連接柱附近可增加數(shù)十納米。
已經(jīng)針對具體實施例對本發(fā)明進行了說明，但對于本領域技術人員來說，根據(jù)本發(fā)明的鐵磁性結(jié)構(gòu)還可以有其他用途和應用。
權(quán)利要求
1.一種用于進行垂直記錄的薄膜式磁記錄頭，包括一主極靴，其延伸至一空氣軸承表面；一返回極靴，其延伸至該空氣軸承表面；一屏蔽結(jié)構(gòu)，其由鐵磁性材料制成并沿該空氣軸承表面在該主極靴附近延伸，該屏蔽結(jié)構(gòu)面對該主極靴，以在與該主極靴的相對一側(cè)形成與該返回極靴相距的一寫入間隙；以及第一和第二個連接柱，其由鐵磁性材料制成并從該屏蔽結(jié)構(gòu)延伸至該返回極靴。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中該屏蔽結(jié)構(gòu)包括一尾部屏蔽和左側(cè)屏蔽與右側(cè)屏蔽。
3.如權(quán)利要求2所述的薄膜式磁記錄頭，其中該第一和第二個連接柱對稱地配置在該主極靴的相對兩側(cè)，并且該屏蔽結(jié)構(gòu)和該主極靴之間的最小距離基本上小于該第一連接柱和該主極靴之間的最小距離。
4.如權(quán)利要求3所述的薄膜式磁記錄頭，其中該屏蔽結(jié)構(gòu)具有在該主極靴附近與該空氣軸承表面正交的第一厚度，該主極靴在該空氣軸承表面處具有一尖端部，并且該第一厚度小于該尖端部的長度。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜式磁記錄頭，其中該連接柱具有與該空氣軸承表面正交的第二厚度，并且該第二厚度大于該第一厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中在橫穿軌道方向上，該屏蔽結(jié)構(gòu)比該返回極靴窄，該第一和第二連接柱對稱地配置在該主極靴的相對兩側(cè)，并且垂直地從該屏蔽結(jié)構(gòu)的外邊緣伸出，以與該返回極靴接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜式磁記錄頭，其中該第一和第二連接柱從該空氣軸承表面凹陷，并且非磁性材料將連接柱與該空氣軸承表面隔開。
8.一種用于進行垂直記錄的薄膜式磁記錄頭，包括一主極靴，其延伸至一空氣軸承表面；一返回極靴，其延伸至該空氣軸承表面；一屏蔽結(jié)構(gòu)，其由鐵磁性材料制成并沿該空氣軸承表面在該主極靴附近延伸，該屏蔽結(jié)構(gòu)包括一尾部屏蔽和左側(cè)屏蔽與右側(cè)屏蔽，該尾部屏蔽面對該主極靴，以形成一寫入間隙；以及第一和第二連接柱，其由鐵磁性材料制成并從該屏蔽結(jié)構(gòu)延伸至該返回極靴并對稱地配置在通過該主極靴的中心線的相對兩側(cè)。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜式磁記錄頭，其中該第一和第二連接柱離開該主極靴布置，以減少從該主極靴至該連接柱的磁通量。
10.如權(quán)利要求8所述的薄膜式磁記錄頭，其中該屏蔽結(jié)構(gòu)具有在該主極靴附近與該空氣軸承表面垂直的第一厚度，該主極靴在該空氣軸承表面處具有一尖端部，并且該第一厚度小于該尖端部的長度。
11.如權(quán)利要求10所述的薄膜式磁記錄頭，其中該連接柱具有與該空氣軸承表面正交的第二厚度，并且該第二厚度大于該第一厚度。
12.如權(quán)利要求8所述的薄膜式磁記錄頭，其中在橫穿軌道方向上，該屏蔽結(jié)構(gòu)比該返回極靴窄，該第一和第二連接柱垂直地從該屏蔽結(jié)構(gòu)的外邊緣延伸，以在對稱位置上與該返回極靴接觸，并且該第一和第二連接柱之間的距離小于在橫穿軌道方向上的該返回極靴寬度的一半。
13.如權(quán)利要求8所述的薄膜式磁記錄頭，其中該第一和第二連接柱從該空氣軸承表面凹陷，并且非磁性材料將該連接柱與該空氣軸承表面隔開。
14.一種用于進行垂直記錄的薄膜式磁記錄頭，包括一帶一尖端部的主極靴，其延伸至一空氣軸承表面；一返回極靴，其延伸至該空氣軸承表面；一屏蔽結(jié)構(gòu)，其由鐵磁性材料制成并沿空氣軸承表面在該主極靴尖端部附近延伸，該屏蔽結(jié)構(gòu)包括一尾部屏蔽和左側(cè)屏蔽與右側(cè)屏蔽，該尾部屏蔽配置在與該返回極靴相距的該主極靴的相對側(cè)上，該尾部屏蔽面對該主極靴，以形成一寫入間隙，在橫穿軌道上該屏蔽結(jié)構(gòu)比返回極靴窄，并且該屏蔽結(jié)構(gòu)在該主極靴尖端部附近的厚度小于該主極靴尖端部的長度；第一和第二連接柱，其由鐵磁性材料制成并從該屏蔽結(jié)構(gòu)的第一和第二外端延伸至該返回極靴，并且對稱地配置在通過該主極靴的中心線的相對兩側(cè)，其厚度大于在該主極靴尖端部附近的該屏蔽結(jié)構(gòu)的厚度。
15.如權(quán)利要求14所述的薄膜式磁記錄頭，其中該第一和第二連接柱離開該主極靴布置，以減少從該主極靴至該連接柱的磁通量。
16.如權(quán)利要求14所述的薄膜式磁記錄頭，其中該第一和第二連接柱從該空氣軸承表面凹陷，并且非磁性材料將該連接柱與該空氣軸承表面隔開。
全文摘要
本發(fā)明提供一進行垂直記錄的磁頭，該磁頭具有一尾部屏蔽和側(cè)屏蔽，該側(cè)屏蔽利用兩鐵磁性材料的柱與該返回極靴連接。所述柱平行于軌道方向延伸，并且離該主極靴足夠大的距離，以減小從該主極靴至所述柱的磁通量。另外，所述柱可在空氣軸承表面后面凹陷。本發(fā)明的優(yōu)選實施例為分離讀取頭和寫入頭以進行垂直記錄的磁傳感器。
文檔編號G11B5/31GK1604194SQ20041008244
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者徐一民, 李鄺, 詹姆斯·L·尼克斯, 馬森·L·威廉斯 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司