CN101814292A - 以磁进动来快速切换垂直写入极磁化的垂直磁记录系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及垂直磁记录系统和垂直磁记录磁盘驱动器。本发明的垂直磁记录系统包括写入头，该写入头的主垂直写入极连接至具有第一和第二电线圈的磁轭。第一线圈在主极的一侧缠绕所述磁轭，而第二线圈在所述主极的另一侧缠绕所述磁轭。各线圈的第一端连接至相应的端子。两个线圈的第二端连接在一起并连接至公共端子。前置时间电路连接在所述公共端子与所述线圈之一的第一端之间。当写入电流的方向被写入驱动器切换后，前置时间电路立即使一个线圈中的电流领先于另一个线圈中的电流。两个线圈之间的电流位移引起磁通反向的进动，从而减少写入头的切换时间。

Description

以磁进动来快速切换垂直写入极磁化的垂直磁记录系统
技术领域
本发明总体涉及一种垂直磁记录系统，更具体地说，涉及能够快速切换垂直写入头的磁化方向的系统。
背景技术
垂直磁记录，使记录位(recorded bits)存储在记录层中的垂直方向或从平面向外的方向上，能实现磁记录硬盘驱动中的极高的记录密度。写入头必须能够不仅以高的位密度写入数据，并且以高数据速率写入数据。写入速度对企业级磁盘驱动器尤为重要。然而，随着数据速率的增加，写入头的主极从一个磁化方向切换至另一个磁化方向所需的切换时间变成限制因素。在高数据速率的情况下，来自写入头的可用磁通，如磁盘上的记录层所见，主要是写入头的低频磁通输出。写入磁通的这种损失的原因包括：写入头的主极的磁化反向(magnetization reversal)的较慢的固有时间常数。另外，低数据速率系统也需要来自磁盘驱动的写入驱动电路的写入电流的额外的过冲(overshoot)，用于辅助磁化反向。另外，这个额外的过冲需要来自写入驱动电路的额外的电能。
因此，对于高数据速率和低数据速率垂直磁记录，都需要能够减少写入头的主极的磁化反向时间和过冲的写入头和系统。
发明内容
本发明涉及一种具有切换时间已获减小的写入头的垂直磁记录系统。该写入头包括主垂直写入极，该写入极连接至具有第一和第二导电线圈的磁轭(yoke)。第一导电线圈在主极的一侧缠绕所述磁轭，第二导电线圈在所述主极的另一侧缠绕所述磁轭。各线圈的第一端连接至相应的端子。两个线圈的第二端连接在一起并连接至公共端子。前置时间电路(lead-time circuit)连接在所述公共端子与线圈之一的第一端之间。当写入电流的方向被写入驱动器切换时，前置时间电路减少写入极从一个方向切换至另一个方向的磁化时间。在写入电流被切换后，前置时间电路立即使一个线圈中的电流领先另一个线圈中的电流。两个线圈之间的电流位移(current displacement)引起磁通反向(magnetic flux reversal)的进动(precession)，从而减少切换时间。该磁进动由两个线圈之间的延迟电流引起，其在写入极上水平地生成自感垂直磁分量。通过适当选择线圈电感和前置时间电路中的部件，来选择切换进程中的两个电流之间的时间延迟。
在写入头的一个实施例中，第一线圈的与写入极交叉的部分与垂直于所述写入极的主轴或垂直轴的线形成第一偏角，而第二线圈的与写入极交叉的部分形成方向与第一偏角相反的第二偏角。偏角的大小可相等并且大于0度且小于或等于45度。
为了更全面地理解本发明的实质和优点，以下参考附图详细描述本发明。
附图说明
图1是硬盘驱动器的磁头/磁盘组件的俯视图。
图2是沿图1中的2-2方向所取的磁盘截面图和滑块的放大的端视图。
图3是沿图2中的3-3方向截开的视图，并示出了从磁盘观察到的读/写头的端部。
图4A是滑块的示出现有技术垂直写入头的部分以及垂直磁记录盘的一部分的截面图。
图4B是沿图4A中的4B-4B方向截开的视图，示出了现有技术垂直写入头的喇叭形写入极的喇叭形区域。
图5是位于滑块上的本发明垂直写入头的截面图。
图6示出了写入驱动器与位于本发明滑块的尾部表面上的前置时间电路和线圈的连接。
图7是本发明的垂直写入极和线圈在写入电流切换进程四个阶段的示意图，以及各阶段的线圈中的写入电流的视图。
具体实施方式
图1是去除顶盖后的硬盘驱动器10的磁头/磁盘组件的俯视图。所述磁盘驱动器10包括支撑主轴14的刚性基底12，所述主轴14支撑一组层叠的磁盘，其中包括顶部磁盘16。所述主轴14被主轴电动机(未示出)驱动旋转，从而沿弯箭头17所示的方向旋转磁盘。硬盘驱动器10具有至少一个负载梁组件20，该负载梁组件20具有集成前置悬架(ILS)或挠曲部30，所述挠曲部30具有导电的互连迹线(interconnect trace)或线的阵列32。所述负载梁组件20连接至刚性臂22，所述刚性臂22连接至E形支撑结构24，有时称为E形块24。每个挠曲部30连接至气承滑块(air-bearingslider)28。磁记录读/写头29位于滑块28的端部或尾部表面(trailingsurface)25。挠曲部30使滑块28能够在由旋转的磁盘16所产生的气承上“俯仰(pitch)”和“摇摆(roll)”。磁盘驱动器10还包括在枢轴点41处旋转地安装至刚性基底12的旋转致动器组件40。致动器组件40是音圈电机(VCM)致动器，其包括固定到基底12的磁体组件42和音圈43。当通过控制电路(未示出)通电时，音圈43发生移动，从而使E形块24以及与之相连接的臂22和负载梁组件20旋转，以将读/写磁头29定位到磁盘上的数据磁道。迹线互连阵列32在一端连接至读/写磁头29，而在另一端连接至容纳在固定于E形块24一侧的电模块或芯片50中的读/写电路。芯片50包括读取前置放大器和写入驱动器电路。
图2是滑块28的放大端部视图和沿图1的方向2-2截取的磁盘16的截面图。滑块28附接到挠曲部30并且具有朝向磁盘16的气承表面(ABS，air-bearing surface)27和通常垂直于气承表面27的端面或尾部表面25。气承表面27使来自旋转的磁盘16的气流产生支撑滑块28的气承，该气承非常靠近磁盘16的表面或近乎接触于磁盘16的表面地支撑滑块28。读/写头29形成为沉积在滑块28的尾部表面上的一系列薄膜。典型地，比如氧化铝的一层绝缘材料被沉积在读/写头29上并用作滑块28的外表面。读/写头29连接到端子垫31。端子垫31连接到挠曲部30上的迹线阵列32，用于电连接到芯片50中的读取前置放大器和写入驱动器(图1)。
图3是沿图2的方向3-3的视图并且示出了当从磁盘16入视时的读/写头29的端部。读/写头29包括读取头96和写入头33，读取头96和写入头33形成为沉积的一系列薄膜并光刻地成型在滑块28的尾部表面25上，读取头的膜首先沉积并且写入头的膜沉积在读取头上。磁阻读取传感器或读取头96位于两个磁屏蔽(magnetic shield)S1和S2之间，第一屏蔽S1位于尾部表面25上。写入头33具有垂直写入头并包括磁性写入极(WP，write pole)，该磁性写入磁极具有写入极末端72和磁通返回极(flux return pole)76。写入极末端72通常可由可选的侧屏蔽84和尾部屏蔽80围绕在气承表面处。尾部屏蔽80和侧屏蔽84可以连接以形成环绕屏蔽(WAS，wraparoundshield)。环绕屏蔽在转让给本申请同一受让人的美国专利7002775B2中被详细描述为用于传统垂直记录头的屏蔽。环绕屏蔽，通过非磁性间隙材料与写入极末端72分开，改变了写入磁场的角度并改进了写入点的写入磁场梯度，并且还在磁盘的与被写磁道分开的区域处屏蔽写入磁场。用于读取头96的屏蔽S1、S2和用于写入极末端72的屏蔽80、84由可透磁的材料形成。比如氧化铝的一层绝缘材料沉积在写入头33上，形成外表面26。写入极末端72和读取头96在跨磁道方向(cross-track)上的宽度通常对应于磁盘16上的数据磁道的磁道宽度(TW)。
图4A是滑块28的示出垂直写入头33的部分和垂直磁记录磁盘16的一部分的截面视图。磁盘16包括位于形成在磁盘基底上的“软性”的或矫顽性相对较低的可透磁的底层(SUL，soft underlayer)上的垂直磁性数据记录层(RL，recording layer)。写入头33包括：磁轭，由主磁极74、磁通返回极76、及连接主磁极74和磁通返回极76的磁轭柱78构成；和薄膜线圈79，显示为卷绕磁轭柱78的多个截面。图4A中的所述写入头33没有描绘可选的环绕屏蔽(图3)。所述线圈79连接至位于滑块28的外表面26上端子，例如端子31。喇叭形写入极(WP)70是主极74的一部分并且具有喇叭形部分71和与磁盘16的表面相对的写入极末端72。通过薄膜线圈79的写入电流从喇叭形写入极70诱发一个磁场(由虚线90示出)，该磁场穿过数据记录层(以磁化写入极70下方的记录层区域)，通过软性底层提供的磁通返回路径(flux return path)，回到返回极76。当磁盘16沿箭头100所示的方向移动经过写入头33时，滑块28的气承表面27被支撑在磁盘16表面上方。所述记录层通过垂直记录或磁化的区域示出，其相邻区域具有相反的磁化方向，如箭头所示。相邻的相反指向的磁化区域之间的磁转变能被读入头(图4A中未示出)作为记录位检测出。当来自芯片50(图1)中的写入驱动器的写入电流沿一个方向被引向线圈79时，例如在图4A中，在上部线圈截面中以点表示流出纸面，并且在下部线圈截面中以X表示流进纸面，写入极末端72下方的记录层区域沿图4A中向下或进入磁盘的方向被磁化。当所述写入驱动器切换流入线圈79的写入电流的方向后，所述写入极末端72下方的记录层区域沿相反的方向被磁化，即图4A中向上或向磁盘外的方向。
图4B是沿图4A中4B-4B方向截开的视图，示出了喇叭形写入极70的喇叭形部分71。写入极末端72和所述喇叭形部分71之间的区域称为喇叭形拐点75。所述写入极70的喇叭形拐点75有时称为“哽塞(choke)”点，因为这里是磁通密度最高的点以及写入极70饱和的点。所述写入极末端72从所述气承表面至所述喇叭形拐点75的“高度”或距离被称为喉管高度(TH)。如图4B所示，写入极末端72的两个侧壁限定出跨磁道方向上的宽度，其大致限定出记录在磁盘16的记录层中的数据的磁道宽度(TW)。
图5示出了位于滑块128上的本发明垂直写入头133截面图，所述滑块128具有气承表面127和外表面126。写入头133包括主写入极174，其连接至由可透磁的材料形成的磁轭160。磁轭160包括磁通返回写入极176、可选的第二极177和磁轭柱178，其中，所述磁轭柱178连接返回极176和可选的第二极177。喇叭形写入极170是主极174的一部分并具有喇叭形部分171和面向磁盘16的表面的写入极末端172。第一电线圈(C1)179在主极174的一侧(外侧或上侧)缠绕所述磁轭160，并且所述第二电线圈(C2)180在主极174的另一侧(内侧或下侧)缠绕所述磁轭160。C1的第一端连接至表面126上的端子T1，并且C2的第一端连接至表面126上的第二端子T2。所述C1的第二端和所述C2的第二端彼此电连接，并且连接至表面126上的公共端子TC。前置时间电路(lead-time circuit)190设置在表面126上并连接在T1和TC之间，前置时间电路190的操作将在下面具体解释。
从写入驱动器进入T1的写入电流流至C1的第一线圈绕组或部分179a，经过C1的多个折弯而流至最后一个线圈绕组或部分179b。通过C1的线圈部分的电流的方向，由点或X示出，在写入极170中产生向下(进入记录层)的磁通。部分179b连接至TC并连接至C2的线圈部分180b，从而，所述写入电流限制流过C2的折弯而流至末端线圈部分180a，然后流至与写入驱动器相连接的T2。因此，经过C2的电流方向与通过C1的电流方向相反。然而，由于C2在写入极170的与C1相反的一侧，所以C2也在写入极170中产生向下(进入记录层)的磁通。因为所述线圈基本相同，他们大致产生与写入极170产生的磁通相同的磁通。如果要沿向上(从记录层向外)的方向来磁化记录层区域，则写入驱动器切换电流的方向，以使写入电流进入T2并流出T1。
在本发明中，当写入驱动器切换写入电流的方向时，耦接至所述线圈C1和C2的所述前置时间电路190使写入极170的磁化从一个方向切换至另一个方向所需的时间减少。图6是形成在滑块128的尾部表面上的前置时间电路190和线圈C1、C2的示图。C1表示为实线，因为它在写入极170的上方。C2在写入极170的下方和C1的下方，因此图6中只有一部分C1能够被看到。C1的与写入极170交叉的部分，如第一部分179a和末端部分179b，与垂直于写入极170的主轴或垂直轴的线形成偏角(+θ1)。C2的与写入极170交叉的部分，如第一部分180b和末端部分180a，与垂直于写入极170的垂直轴的线形成相反方向的偏角(-θ2)。在优选实施例中，偏角θ1和θ2相等并且大于0度小于或等于45度。
在图6中，前置时间电路190包括也可形成在滑块128的尾部表面上的串联的电阻R和电容C。前置时间电路190示出为定位在TC和T1之间，并连接至C1。在写入电流切换方向后，前置时间电路190会立刻使C1中的电流领先于C2中的电流。然而，前置时间电路190也可以定位在TC和T2之间，这种情况下，前置时间电路190会使C2中的电流领先于C1中的电流。
图6中还示意性地示出了写入驱动器分别在端子T1和T2处连接至C1和C2。写入驱动器电路位于定位成远离滑块128的、通常在E形块(图1)上的芯片50(图1)中，并通过集成前置悬架(ILS)上的互连线的阵列32(图1)在端子T1和T2处连接至C1和C2。写入驱动器和T1、T2之间的互连具有特性阻抗Z0。
现在结合图7解释上述垂直写入头系统的操作。图7示意性地示出了C1部分在上、C2部分在下的垂直写入极170在写入电流切换进程的四个阶段A-D，以及每个阶段的C1和C2中的写入电流。在阶段A，C1和C2中各自的写入电流IC1和IC2相等并且为所示方向，从而磁通是向下的，如箭头200所示。通过C1和C2的写入电流大约为-45mA。类似地，在阶段D，写入电流IC1和IC2相等但与阶段A中的方向相反，因此磁通向上，如箭头203所示。通过C1和C2的写入电流大约为+45mA。阶段B是阶段A和D之间的切换进程阶段。前置时间电路使IC1在时间上领先IC2。写入电流IC1从-45mA(阶段A)变至0，而写入电流IC2从-45mA变至大约为-20mA。因此，C1对写入极170没有贡献磁通，而磁通的主要贡献来自于C2。因此，磁通的方向稍微旋转并且大致垂直于C2线圈部分，也就是说，其转过大约θ度，即转过线圈部分与垂直于写入极170的垂直轴的线形成的偏差角度值。另外，因为电流幅值从45mA减至20mA，磁通的幅值也减小，如箭头201所示，其比箭头200短。阶段C是阶段B和D之间的切换进程阶段。前置时间电路继续使IC1在时间上领先IC2。写入电流IC1从0(阶段B)变至+20mA，而写入电流IC2从-20mA(阶段B)变至大约为0。因此，现在是C2对写入极170没有贡献磁通，而磁通的主要贡献来自于C1。因此，磁通的方向从箭头201的方向旋转至箭头202的方向，并且大致垂直于C1线圈部分，也就是说，其从阶段B中的方向转过大约90-2θ度。另外，由于大约20mA的电流幅值与阶段B中的情况相同，但小于阶段A中的45mA的写入电流，所以磁通的幅值与阶段B中的情况相同，如箭头202所示，其与箭头201的长度相同。
因此，在阶段A和B之间，具有沿X方向(平行于气承表面并且垂直于写入极170的垂直轴，写入极170的垂直轴为Y方向)的磁通分量。这些X方向的磁通分量有助于磁通的反向并且减少切换时间，继而减少过冲的需求。在优选实施例中，相反指向的偏角θ1和θ2的大小是相等的，并且大于0度且小于或等于45度。然而，θ1和θ2并非一定要大小相等。另外，偏角也可以为0，也就是说，C1和C2部分可以都垂直于写入极170的垂直轴(θ1＝θ2＝0)。在这种实施例中，前置时间电路仍然对磁通反向有帮助，因为顶部和底部线圈(C1和C2)之间的电流位移也引起磁通反向的进动，从而减少切换时间。磁进动由两个线圈之间的延迟电流产生，在写入极170上水平地生成自感的垂直磁分量。
切换进程中两个电流IC1和IC2之间的时间延迟可以通过适当选择线圈电感和前置时间电路190中的部件(components)来设计。前置时间电路部件和/或线圈电感(L1和L2)的值可以调整，以分别对IC1和IC2生成不同的时间常数(τ1和τ2)。时间常数由以下公式给出：
τ1＝L1/(Z0+R)     公式(1)
τ2＝L2(Z0+R)/(Z0R)公式(2)
虽然参考优选实施例具体图示和描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种变化。因此，上述发明应被认为是示例性的而其范围由所附权利要求限定。

Claims (19)

1.一种用于使磁记录层中的区域磁化的垂直磁记录写入系统，包括：
写入头，该写入头包括：
主极，
第一导电的线圈，耦接至主极，用于在所述主极中产生磁通，以及
第二导电的线圈，连接至所述第一线圈并耦接至所述主极，用于在所述主极中产生磁通；
写入驱动器，用于向第一和第二线圈供应写入电流；以及
前置时间电路，设置在所述写入驱动器与所述第一和第二线圈之间，用于在所述写入驱动器切换进入第一和第二线圈的写入电流的方向时，使一个线圈的写入电流领先于另一个线圈的写入电流。
2.如权利要求1所述的系统，其中，还包括由透磁材料形成的磁轭，其中，所述主极连接至所述磁轭，并且所述第一线圈在所述主极的第一侧缠绕所述磁轭，而所述第二线圈在所述主极的第二侧缠绕所述磁轭。
3.如权利要求2所述的系统，其中：所述第一线圈的一端连接至第一端子，而所述第一线圈的另一端连接至公共端子；所述第二线圈的一端连接至第二端子，而所述第二线圈的另一端连接至所述公共端子；并且所述写入驱动器连接至所述第一端子和第二端子。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述前置时间电路连接在所述公共端子与所述第一端子和第二端子之一之间。
5.如权利要求2所述的系统，其中：所述主极具有主轴；所述第一线圈的绕组与垂直于所述主轴的线形成正偏角；并且所述第二线圈的绕组与所述垂直的线形成负偏角。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述正偏角和负偏角的大小均大于0度且小于或等于45度。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述前置时间电路包括电阻R，所述电阻R与一电容C串联。
8.如权利要求7所述的系统，其中，还包括将所述写入驱动器连接至所述线圈的具有阻抗特性Z0的传输线，并且由于前置时间电路而进入所述第一线圈的写入电流的时间常数τ1大致由以下公式表示：τ1＝L1/(Z0+R)，其中L1是第一线圈的电感。
9.一种垂直磁记录磁盘驱动器，包括：
磁记录磁盘，包括基底和位于所述基底上的垂直磁记录层；
写入头，包括：
可透磁的磁轭，
写入极，连接至所述磁轭、并具有与磁盘的记录层相对的写入极末端，
第一导电的线圈，在所述写入极的第一侧缠绕所述磁轭，和
第二导电的线圈，连接至所述第一线圈、并在所述写入极的第二侧缠绕所述磁轭；
写入驱动器，能够生成沿两个方向流入第一和第二线圈的写入电流；以及
前置时间电路，设置在所述写入驱动器与所述第一和第二线圈之间，用于在所述写入驱动器切换进入第一和第二线圈的写入电流的方向时，使一个线圈的写入电流领先于另一个线圈的写入电流。
10.如权利要求9所述的磁盘驱动器，其中：所述第一线圈的一端连接至第一端子，而所述第一线圈的另一端连接至公共端子；所述第二线圈的一端连接至第二端子，而所述第二线圈的另一端连接至所述公共端子；所述写入驱动器连接至所述第一端子和第二端子；并且所述前置时间电路连接在所述公共端子与所述第一端子和第二端子之一之间。
11.如权利要求10所述的磁盘驱动器，其中，还包括气承滑块，该气承滑块具有面向磁盘的气承表面和大致垂直于所述气承表面的尾部表面，并且所述第一端子、第二端子和公共端子设置在所述滑块的尾部表面处。
12.如权利要求11所述的磁盘驱动器，其中，所述磁轭、所述写入极、所述第一线圈和第二线圈、以及所述前置时间电路设置在所述滑块的尾部表面处。
13.如权利要求9所述的磁盘驱动器，其中：所述主极具有主轴；所述第一线圈的绕组与垂直于所述主轴的线形成正偏角；并且所述第二线圈的绕组与所述垂直的线形成负偏角。
14.如权利要求13所述的磁盘驱动器，其中，所述正偏角和负偏角的大小大于0度且小于或等于45度。
15.如权利要求9所述的磁盘驱动器，其中，所述前置时间电路包括电阻R，所述电阻R与一电容C串联。
16.如权利要求15所述的磁盘驱动器，其中，还包括将所述写入驱动器连接至所述线圈的具有阻抗特性Z0的传输线；并且由于前置时间电路而进入所述第一线圈的写入电流的时间常数τ1大致由以下公式表示：τ1＝L1/(Z0+R)，其中L1是第一线圈的电感。
17.如权利要求9所述的磁盘驱动器，其中：所述磁盘还包括位于所述基底与所述记录层之间的可透磁的磁通返回底层；并且所述写入头还包括连接至所述磁轭的磁通返回极。
18.如权利要求9所述的磁盘驱动器，其中，所述写入头还包括一对侧屏蔽，所述侧屏蔽具有与所述写入极末端基本共面的端部，并且分布在所述写入极末端的相对侧。
19.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其中，还包括：与所述侧屏蔽相连从而形成环绕屏蔽的尾部屏蔽。
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