CN101521017A - 具有新颖的尾返回极的垂直磁写头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有新颖尾返回极以减小宽区域道擦除的垂直磁写头。具有磁返回极的磁写头配置为防止宽区域道擦除。该磁返回极具有喉区域和形成在气垫面附近的内翼和外翼部分，该喉区域具有相对窄的宽度。所述内翼部分具有位于所述气垫面处的前边缘，所述外翼部分具有从所述气垫面后退的前边缘。

Description

具有新颖的尾返回极的垂直磁写头

技术领域

本发明涉及垂直磁记录，更特别地，涉及一种具有尾(或上)磁返回极的磁写头，该尾磁返回极配置来防止宽区域道擦除(wide-area-track-erasure)。

背景技术

计算机长期存储的核心是称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、被与旋转磁盘的表面相邻的悬臂悬吊的写和读头、以及转动悬臂从而将读和写头置于旋转盘上的选定环形磁道(track)之上的致动器。读和写头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。悬臂偏置滑块朝向盘的表面，当盘旋转时，邻近盘的空气与盘表面一起移动。滑块在该移动空气的垫上飞行于盘表面之上。当滑块骑在气垫上时，采用写和读头来写磁转变到旋转盘且从旋转盘读取磁转变。读和写头连接到根据计算机程序运行的处理电路以实现写和读功能。

写头传统上包括嵌在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，绝缘堆叠夹在第一和第二极片层(pole piece layer)之间。在写头的气垫面(ABS)处间隙(gap)通过间隙层形成在第一和第二极片层之间，极片层在背间隙(back gap)处连接。传导到线圈层的电流在极片中感应磁通，其导致磁场在ABS处在写间隙弥散出来，用于在移动介质上的磁道中写上述磁转变，例如在上述旋转盘上的环形磁道中。

在近来的读头设计中，GMR或TMR传感器已经被用于检测来自旋转磁盘的磁场。所述传感器包括非磁导电层或势垒层(称为间隔层)，其被夹在称为被钉扎层和自由层的第一和第二铁磁层之间。第一和第二引线(lead)连接到传感器以传导通过那里的检测电流。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS)，自由层的磁矩设为平行于ABS但可以响应于外磁场而自由旋转。被钉扎层的磁化通常通过与反铁磁层的交换耦合来被钉扎。

间隔层的厚度被选择为小于通过传感器的传导电子的平均自由程。采用此设置，部分传导电子被间隔层与被钉扎层和自由层每个的界面所散射。当被钉扎层和自由层的磁化相对于彼此平行时，散射最小，当被钉扎层和自由层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化与cosθ成比例地改变自旋阀传感器的电阻，其中θ是被钉扎层与自由层的磁化之间的角。在读模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的大小成比例地改变。当检测电流传导通过自旋阀传感器时，电阻变化导致电势变化，其被检测到并作为重放信号(playback signal)处理。

为了满足日益增长的对改善的数据速率和数据容量的需求，研究者近来已致力于垂直记录系统的开发。传统纵向记录系统，例如包括上述写头的系统，存储数据为沿磁盘表面平面中的道纵向取向的磁位。该纵向数据位通过形成在由写间隙分隔开的磁极对之间的弥散场(fringing field)记录。

相反，垂直记录系统记录数据为垂直于磁盘的平面取向的磁化。磁盘具有由薄的硬磁顶层覆盖的软磁衬层。垂直写头具有横截面很小的写极和大得多的横截面的返回极。强的、高度集中的磁场沿垂直于磁盘表面的方向从写极发出，磁化该硬磁顶层。所得磁通然后通过软磁衬层行进，返回到返回极，在返回极处其充分展开且是微弱的从而当其在回到返回极的途中经过硬磁顶层时将不擦除由写极记录的信号。

发明内容

本发明提供一种具有磁返回极的磁写头，该磁返回极配置为防止宽区域道擦除，特别是当存在杂散磁场时。磁返回极具有宽度较窄的喉(throat)区域并具有靠近气垫面形成的内和外翼(wing)部分。内翼部分具有设置在气垫面处的前边缘，而外翼部分具有从气垫面凹进的前边缘。

外翼部分的前边缘可形成一凹口(notch)，所述凹口起始于内和外翼部分之间的连接处。所述凹口可以是楔形(tapered)凹口，或者可以是方形凹口，所述方形凹口具有与气垫面基本成直角的边缘。

外翼部分的前边缘可基本平行于气垫面，或者可以是楔形的，相对于气垫面形成10度或更小的角。

磁返回极的该配置有利地防止了磁杂散场导致数据擦除，并在防止纵向杂散场导致的数据擦除方面尤其有用。这里使用的术语纵向指的是与写极的对称线(line of symmetry)平行并垂直于气垫面的方向。喉区域以及内和外翼结构的配置为这样的杂散场产生的磁通提供了磁通路径。内翼和外翼结构的配置有利地些微地阻止磁通，同时还避免了在极的前边缘处的磁饱和。

本发明的这些和其它特征和优点将通过阅读结合附图的优选实施例的详细说明而明显，附图中相似的附图标记始终表示相似的元件。

附图说明

为了充分理解本发明的本质和优点以及应用的优选方式，应当参照下面结合附图阅读的详细说明，附图不是按比例的。附图中：

图1是其中可实施本发明的盘驱动系统的示意图；

图2是从图1的线2-2截取的滑块的ABS视图，示出了其上磁头的位置；

图3是根据本发明实施例的磁写头的从图2的线3-3截取并逆时针转动90度的横截面图；

图4是垂直磁写头的尾磁返回极的从图3的线4-4截取的视图；

图5是根据本发明供选实施例的尾磁返回极的与图4类似的视图；

图6是现有技术磁结构的视图；

图7是另一现有技术磁结构的视图；

图8是再一现有技术磁结构的视图；以及

图9是根据本发明再一实施例的磁返回极的视图。

具体实施方式

下面的说明是目前想到的实施本发明的优选方式。进行该说明是用于说明本发明的一般原理，而不是意图限制这里提出的发明性构思。

现在参照图1，示出了实施本发明的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转的磁盘112支承在主轴(spindle)114上且通过盘驱动马达118旋转。每个盘上的磁记录是磁盘112上的同心数据道(未示出)的环形图案形式。

至少一个滑块113位于磁盘112附近，每个滑块113支持一个或更多磁头组件121。当磁盘旋转时，滑块113在磁盘表面122之上径向进出移动，从而磁头组件121可以存取写有所需数据的磁盘的不同道。每个滑块113借助悬臂(suspension)115连到致动器臂119。悬臂115提供轻微的弹力，其偏置滑块113倚着磁盘表面122。每个致动器臂119连到致动器装置127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括在固定磁场中可移动的线圈，线圈移动的方向和速度被控制器129提供的马达电流信号所控制。

盘存储系统运行期间，磁盘112的旋转在滑块113和盘表面122之间产生对滑块施加向上的力或举力的气垫。于是在正常运行期间该气垫平衡悬臂115的轻微的弹力，并支持滑块113离开盘表面且以小的基本恒定的距离稍微位于磁盘表面之上。

盘存储系统的各种组元在运行中由控制单元129产生的控制信号来控制，例如存取控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制电路，存储装置和微处理器。控制单元129产生控制信号从而控制各种系统操作，例如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的头定位和寻道控制信号。线128上的控制信号提供所需的电流曲线(current profile)，从而优化地移动并定位滑块113到盘112上的所需数据道。写和读信号借助记录通道125传达到和读出自写头和读头121。

参照图2，滑块113中磁头121的取向可以更详细地被观察。图2是滑块113的ABS视图，可以看出包括感应写头和读传感器的磁头位于滑块的尾缘(trailing edge)。常见磁盘存储系统的上述说明及图1的图示仅用于示例。应显然的是，盘存储系统可包括多个盘和致动器，每个致动器可支持多个滑块。

现在参照图3，本发明可在磁头302中实施。磁头302包括读头304和写头306。读头304包括可以是GMR、TMR或某些其它类型传感器的磁致电阻传感器308。磁致电阻传感器308位于第一和第二磁屏蔽件310、312之间。

写头306包括磁写极314和磁返回极316。写极314可形成在磁成形层(shaping layer)320上，磁背间隙层318将写极314和成形层320与返回极316在离开气垫面(ABS)的区域中磁连接。写线圈322(示于图3的截面图中)在写极和成形层314、320与返回极316之间经过，并且还可在写极314和成形层320之上经过。写线圈可以是螺旋线圈或者可以是一个或更多扁平线圈。写线圈322可以形成在绝缘层324上并且可以嵌在诸如氧化铝和/或硬烘焙光致抗蚀剂的线圈绝缘层326中。

在运行中，当电流流过写线圈322时，产生的磁场引起磁通流过返回极316、背间隙318、成形层320和写极314。这引起磁写场从写极314的尖端(tip)朝向磁介质332发出。写极314在ABS处具有的横截面远小于返回极316在ABS处的横截面。因此，从写极314发出的磁场足够密集且强，从而能够写数据位到磁介质332的硬磁顶层330。磁通然后流经软磁衬层334，并返回到返回极316，在返回极处磁通充分展开且是微弱的从而不擦除由写极314记录的数据位。磁座(pedestal)336可设置在气垫面ABS处并连接到返回极316，从而防止来自写线圈322的底部引线的杂散磁场影响记录到介质332的磁信号。

为了增大写场梯度并因而提高写头306能写入数据的速度，可以设置尾包绕(wrap-around)磁屏蔽件338。尾包绕磁屏蔽件338通过非磁写间隙339与写极分隔开，并可以通过尾返回极340与成形层320和/或背间隙318连接。尾屏蔽件338吸引来自写极314的磁场，这使得从写极314发出的磁场的角度稍微倾斜。磁场的该倾斜通过增大场梯度提高了写场极性可被转换的速度。设置尾磁返回极340并使之能与尾屏蔽件338磁连接。因此，尾返回极340可使尾磁屏蔽件338与写头306的背部分磁连接，例如与成形层320的后端以及与背间隙层318连接。磁尾屏蔽件也是第二返回极，从而除了磁通经过介质332传导到返回极316以外，磁通还流经介质332到达尾返回极340。

参照图4，示出了从尾方向(或从图3中的顶部)观察的尾返回极340的实施例。垂直记录系统遇到的一个严重问题与杂散场擦除有关，或更具体而言，与宽区域道擦除有关。杂散场可以来自外部源或者来自写头自身，其可以导致磁通集中在返回极的特定部分处并可以朝向磁介质332发出不期望的磁场(图3)，导致先前记录的数据的非期望擦除。这些杂散场可以主要沿箭头402所示的纵向取向、主要沿箭头404所示的横向取向、或者可以沿纵向和横向之间的某些方向取向。一些计算机系统诸如移动(膝上型)计算机特别易受纵向杂散场影响(即沿箭头402所示的方向)，因为意外施加的外部杂散场倾向于沿垂直于键盘平面的方向。例如，把磁装置置于计算机上会产生这种情况。

本发明提供磁返回极340，其具体配置来大大减小杂散场导致的任何道擦除。该磁返回极在防止纵向杂散场引起有害的宽区域道擦除方面尤其有用。可以看到，磁极340具有喉部分406，该处磁极340的宽度显著减小。这有助于阻断杂散场例如纵向杂散场引起的磁通407。取决于结构340的总体尺寸，喉部分406可以具有4μm或更大的宽度。

磁极340还具有翼结构408，翼结构408具有内翼部分410和外翼部分412。翼结构408配置有凹口(notch)414，使得在内翼部分410具有可位于气垫面(ABS)处或靠近气垫面(ABS)的前边缘416的同时，外翼部分412具有从ABS后退或凹进的前边缘418。

还可以看到，内翼部分410具有从其前边缘到其后边缘测量的深度D1，深度D1大于外翼部分412的深度D2。内和外翼部分410、412的前边缘416、418可以都基本平行于ABS。深度D2可以大于或等于0.25μm，然而该尺寸可以根据诸如光刻工艺限制、机械强度因素等因素而改变。

极结构340的形状包括数个特征，其共同作用从而防止杂散场引起的宽区域道擦除。如上所述，喉406有助于在杂散场引起的磁通407到达ABS附近的区域之前阻断该磁通。此外，翼部分408整体上提供了用于传导来自ABS的磁通的磁通路径。如图所示，当磁通407到达ABS附近的区域时，它向侧部弯曲从而传导至翼部分408。如果不存在翼部分408，磁通407将直接通过ABS泄漏，导致数据擦除。

此外，第二翼部分412的存在在防止杂散场引起的宽区域道擦除方面提供了很大优势。可以看到，凹口414使外翼412的前边缘418从ABS离开。如图所示，这有利地使磁通407离开ABS，从而磁通十分不可能泄漏到ABS或泄漏到附近的磁介质332(图3)。凹口414和外翼412提供的另一优点是磁通407在进入外翼部分412时被稍微阻止。稍微阻止磁通407允许磁通的量在到达外翼412的端部之前被减少，同时仍然允许足够量的磁通行进到外翼部分412中。如果磁通被完全阻止(例如如果没有外翼部分)，那么磁通将无处可去并将泄漏到介质，导致数据擦除。

如图4所示，凹口是楔形。凹口414优选具有从ABS到外翼部分412的前边缘418测量的至少0.1μm的凹口深度D3，或更优选地大约0.75μm。外翼部分412也优选地具有从凹口414至翼部分的外端测量的至少2μm的长度L1。尽管图4中凹口414示出为楔形的，参照图5，极502可配置有阶梯状凹口504，其具有更垂直或陡峭的的凹口形状。在图4所示的实施例或图5所示的实施例中，内翼410优选地延伸从极340的中心线至凹口414的起点测量的大约5.5μm的距离L2。

参照图6、7和8，可以更清楚地理解凹口414和外翼部分412在防止宽区域道擦除方面的优点，图6、7和8示出了现有技术磁形状的例子。授予Chang等人的美国专利6122144中描述了类似于图6、7和8中描述的磁形状。Chang等人在纵向数据记录系统中使用这些形状的结构。

图6示出了磁结构602，其具有喉部分604并具有前边缘向后渐缩的楔形翼部分606。没有外翼部分。模拟显示，这样的结构实际上使宽区域道擦除更坏(尤其如源自纵向杂散场那样)。这示于图6中，其中来自纵向杂散场的磁通608朝向ABS行进。因为没有用于使磁通转向进入的外翼部分，磁通在楔形翼的前边缘饱和，并泄漏磁场610到磁介质。尽管翼606可以制得更大，提供更多的材料来使磁通608转向进入，但翼606的向后楔形以及缺少横向延伸的外翼，将需要磁通完全反转方向以流入该翼结构的外部分。然而，这不容易发生，反而导致翼606的前边缘处的磁饱和以及磁场泄漏610，导致数据擦除。

图7和8中描述的其它形状表现出类似的问题。例如，图7示出了具有翼702的磁结构700，翼702具有从ABS向后弯曲的前边缘。图8示出具有翼部分802的磁结构800，翼部分802具有离开ABS弯曲的作为一系列小平面的前边缘，所述一系列小平面具有增大的离开ABS的角度。对于所有这些例子，纵向延伸的外翼的缺乏引起磁通泄漏并导致数据擦除。

再次参照图4和5，尺寸L2、D2和D3优选具有使L2/(D2+D3)至少为2的相对尺寸。另外，L2/(喉406宽度的一半)优选至少为1.2。

现在参照图9，描述本发明的另一可行实施例。图9示出磁极结构902，具有内翼904和外翼908。在该实施例中，外翼部分906具有以小角(shallowangle)θ离开ABS逐渐回缩的前边缘908。该磁极902基本原理上不同于上面参照图6描述的磁结构。图6的结构602具有以较大角度逐渐离开ABS的翼606，其如上所述导致宽区域道擦除。

磁极902具有渐变的、浅的楔形。前边缘908优选相对于ABS形成不大于约10度的角θ。这允许磁通407在被逐渐(不是突然地)阻止的同时横向传导进入翼，从而防止泄漏到ABS。

尽管描述了各种实施例，但应理解它们仅是以举例的方式给出而不是限制。落在本发明范围内的其它实施例对本领域技术人员也会是显而易见的。因此，本发明的广度和范围不应被任何上述示例性实施例限制，而应仅根据权利要求及其等价物限定。

Claims (22)

1.一种磁写头，包括：

磁写极，具有朝向气垫面设置的末端；

磁返回极，该磁返回极还包括：

喉区域，具有相对窄的宽度；

所述气垫面和所述喉区域之间的翼结构，该翼结构包括内翼和外翼，所述内翼具有位于所述气垫面处的前边缘，所述外翼具有从所述气垫面后退的前边缘。

2.如权利要求1所述的磁写头，其中所述外翼的所述前边缘平行于所述气垫面。

3.如权利要求1所述的磁写头，其中所述外翼的所述前边缘相对于所述气垫面形成不大于10度的角。

4.如权利要求1所述的磁写头，其中所述外翼的所述前边缘形成楔形的凹口。

5.如权利要求1所述的磁写头，其中所述外翼的所述前边缘形成方形凹口，所述方形凹口具有与所述气垫面成直角的边缘。

6.如权利要求1所述的磁写头，其中所述外翼的前边缘从所述气垫面凹进至少0.1μm的距离。

7.如权利要求1所述的磁写头，其中所述外翼的前边缘从所述气垫面凹进0.75μm的距离。

8.如权利要求1所述的磁写头，其中所述外翼具有至少2μm的长度。

9.如权利要求1所述的磁写头，其中所述磁返回极具有纵向中心线，且其中所述内翼从所述中心线延伸至5.5μm的距离。

10.一种用于垂直磁数据记录的磁写头，包括：

磁写极，具有朝向气垫面设置的末端并具有前导边缘和拖尾边缘；

第一磁返回极，具有朝向所述气垫面设置的末端，所述第一磁返回极相对于所述写极处于前导方向；

尾磁屏蔽件，形成在所述气垫面处且通过非磁尾间隙与所述写极的前导边缘分隔开；

尾磁返回极，具有朝向所述气垫面设置的末端并与所述尾磁屏蔽件磁连接，所述尾磁返回极、第一磁返回极和磁写极在离开所述气垫面的一区域中开始彼此磁连接；以及

非磁且导电的写线圈，围绕所述磁写极布置从而在电流流经所述写线圈时在所述磁写极中感应磁通；

所述尾磁返回极还包括：

喉部分，靠近所述气垫面设置但离开所述气垫面；

第一和第二内翼部分，从所述喉部分横向向外延伸，且每个具有延

伸到所述气垫面的前边缘；以及

第一和第二外翼部分，每个从所述第一和第二内翼部分之一的末端横向向外延伸，所述第一和第二外翼部分的每个具有从所述气垫面凹进的前边缘。

11.如权利要求10所述的磁写头，其中所述第一和第二外翼部分的每个的所述前边缘平行于所述气垫面。

12.如权利要求10所述的磁写头，其中所述第一和第二外翼部分的每个的所述前边缘相对于所述气垫面形成0到10度的角。

13.如权利要求10所述的磁写头，其中所述第一和第二外翼部分的每个的所述前边缘形成楔形的凹口。

14.如权利要求10所述的磁写头，其中所述第一和第二外翼部分的每个的所述前边缘形成方形凹口，所述方形凹口具有与所述气垫面成直角的边缘。

15.如权利要求10所述的磁写头，其中所述第一和第二外翼部分的每个的所述前边缘从所述气垫面凹进至少0.1μm的距离。

16.如权利要求10所述的磁写头，其中所述第一和第二外翼部分的每个的所述前边缘从所述气垫面凹进0.75μm的距离。

17.如权利要求10所述的磁写头，其中所述第一和第二外翼部分的每个具有至少2μm的长度。

18.如权利要求10所述的磁写头，其中所述尾磁返回极具有纵向中心线，且其中所述第一和第二内翼部分的每个从所述中心线延伸至5.5μm的距离。

19.一种磁数据记录系统，包括：

外壳；

安装在所述外壳内的磁盘；

安装在所述外壳内的致动器；

滑块，与所述致动器连接以用于与所述磁盘的表面相邻地移动；

磁写头，形成在所述滑块上，所述磁写头进一步包括：

磁写极，具有朝向气垫面设置的末端；

磁返回极，该磁返回极进一步包括：

喉区域，具有相对窄的宽度；

在所述气垫面和所述喉区域之间的翼结构，该翼结构包括内翼和外翼，所述内翼具有位于所述气垫面处的前边缘，所述外翼具有从所述气垫面后退的前边缘。

20.如权利要求19所述的磁数据记录系统，其中所述外翼的所述前边缘平行于所述气垫面。

21.如权利要求19所述的磁数据记录系统，其中所述外翼的所述前边缘相对于所述气垫面形成不大于10度的角。

22.如权利要求19所述的磁数据记录系统，还包括起始于所述内翼和外翼的连接处的凹口。

Images