CN103295593B - 磁头滑块的制造方法及其制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁头滑块的制造方法，包括步骤：(1)提供连接有多个磁头滑块元件的长形条；(2)研磨所述长形条的表面至预定规格；(3)在研磨之前和/或在研磨的过程中降低所述表面的温度；以及(4)将所述长形条切割成多个独立的磁头滑块。本发明能避免磁头在研磨过程中产生局部高温，从而改善磁头的性能，进而获得具有良好读取性能和高稳定性的磁头滑块。

Description

磁头滑块的制造方法及其制造装置

技术领域

本发明涉及一种信息记录磁盘驱动装置，尤其涉及用于磁盘驱动装置中的磁头滑块的制造方法及其制造装置。

背景技术

包含多个旋转磁盘的硬盘驱动器被普遍用来将数据存储在其磁盘表面的磁性媒介上，典型地，嵌入在硬盘驱动器的磁头滑块中的磁头包括具有磁阻元件(下文称为“MR元件”)并用于读取数据的重现元件(读头)，以及具有感应式电磁换能器并用于写入数据的记录元件(写头)。

对于读头，一种利用巨磁效应的巨磁电阻(giant magnetoresistive，GMR)元件现已被用作MR元件。一种传统的GMR元件具有“电流在平面内”(current-in-plane，CIP)式结构，即，用作检测磁场信号的电流(下文称作感应电流)的方向与GMR元件的各层体的所在平面平行；另一种传统的GMR元件具有“电流垂直平面”(current-perpendicular-to-plane，CPP)式结构，即，感应电流的方向与GMR元件的各层体的所在平面相交，例如，垂直于GMR元件的各层体的所在平面。另一种MR元件为隧道磁阻(tunnel magnetoresistive，TMR)元件，其同样具有CPP结构，由于其磁阻率的变化比GMR元件显著得多，故此TMR元件能够取代GMR元件而成为当前的主流技术。

图1展示了传统的具有CPP-TMR元件的读头的详细结构，该读头10包括形成于一衬底110之上的第一屏蔽层111、第二屏蔽层114、层压与第一、第二屏蔽层111、114之间的TMR元件112，以及位于TMR元件112两旁的一对硬磁113。具体地，该读头可在TMR元件112内或其附近设置反铁磁(antiferromagnetic，AFM)材料(图未示)。该TMR元件112为多层结构，其包括一具有随外部磁场而改变的磁化方向的自由层(图未示)。

为众所知，具有AFM材料，和/或硬磁113，和/或屏蔽层111、114的读头很容易被温度所影响。例如，AFM材料是一种由于内部的磁矩方向均匀相称排列，正负磁矩方向相互抵消，而在外不显示磁性的材料，然而，在高温情况下，AFM材料的内部结构和材料特性会发生改变，变得不稳定，其磁矩方向会改变而变得混乱。而对于自由层，高温会使得自由层上产生高温噪声，而影响自由层的稳定性，从而削弱TMR元件112的性能。

相应地，对于具有上述磁头的磁头滑块而言，典型地，其传统的制造方法为：首先将具有多个磁头元件的晶圆切割成多个长形条，该长形条上排列有若干磁头滑块元件；接着，每一个长形条被研磨，从而将元件的高度调整至预定尺寸。其中一个研磨表面为每个磁头滑块面向磁媒介的面，称为“空气承载面”(air bearing surface，ABS)。具体地，该长形条以一预定的压力被按压在一旋转的研磨盘上，将长形条的ABS研磨成预定规格。最后，该长形条被切割成多个独立的磁头滑块。

不可避免地，在上述的研磨过程中由于机器的运作会在研磨表面上产生局部高温。如上所述，具有AFM材料，和/或硬磁113，和/或屏蔽层111、114的读头很容易被温度所影响，而且，由于AFM材料或其他元件的磁矩方向的排列或平行或垂直于长形条的ABS，因此，当ABS上产生局部高温时，读头的磁矩方向会发生改变而变得混乱，类似磁方向不成直线排列的退火效应，其会影响磁头的性能。另一方面，在局部高温的影响下，自由层会产生高温噪声，从而使得磁头的性能不稳定。因此，生产出的磁头滑块性能不佳，如呈现高温噪声、磁滞现象和具有严重跃变的不良的特征曲线。最后，硬盘驱动器的性能也因此而被削弱。

因此，亟待一种改进的磁头滑块的制造方法及其制造装置以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种磁头滑块的制造方法，其能避免磁头在研磨过程中产生局部高温，从而改善磁头的性能，进而获得具有良好读取性能和高稳定性的磁头滑块。

本发明的另一个目的在于提供一种磁头滑块的制造装置，利用该装置能避免磁头在研磨过程中产生局部高温，从而改善磁头的性能，进而获得具有良好读取性能和高稳定性的磁头滑块。

为达到以上目的，本发明的磁头滑块的制造方法，包括以下步骤：

作为一个优选实施例，所述步骤(3)包括将涂于与所述长形条的表面接触的研磨盘上的研磨媒介冷藏。

较佳地，所述研磨媒介为研磨剂，所述研磨剂包括研磨油和/或金刚石浆。

作为另一个实施例，所述步骤(3)包括降低整个所述长形条的温度。

可选地，所述步骤(3)包括降低研磨环境的温度。

较佳地，所述步骤(2)包括研磨所述长形条的空气承载面以及与所述空气承载面相对的背面。

较佳地，在步骤(2)之前粗磨所述长形条的底面，并在粗磨之前和/或在粗磨的过程中降低所述底面的温度。

较佳地，在切割所述长形条之前和/或在切割的过程中降低所述长形条的切割面的温度。

较佳地，控制的温度范围为0℃～15℃。

相应地，本发明提供的磁头滑块的制造装置包括：研磨机，用以研磨长形条的表面至预定规格；制冷装置，用以在研磨之前和/或在研磨的过程中降低所述表面的温度；以及切割机，用以将所述长形条切割成多个独立的磁头滑块。

较佳地，所述研磨机包括用于夹持和控制所述长形条的固定装置、用于研磨所述长形条的研磨盘，以及用于向所述研磨盘施加研磨媒介的研磨媒介提供装置。

较佳地，所述研磨媒介为研磨剂，所述研磨剂包括研磨油和/或金刚石浆。

较佳地，所述研磨媒介提供装置包括陶瓷环，用于使所述研磨媒介均匀地施加于所述研磨盘上。

作为一个优选实施例，所述制冷装置用于将所述研磨媒介或所述研磨媒介提供装置进行降温。

作为另一优选实施例，所述制冷装置用于降低整个所述长形条的温度。

可选地，所述制冷装置用于降低研磨环境的温度。

较佳地，被研磨的所述长形条的表面包括空气承载面以及与所述空气承载面相对的背面。

作为又一实施例，该装置还包括还包括用于粗磨所述长形条的底面的粗磨机，所述制冷装置用于在粗磨之前和/或在粗磨的过程中降低所述底面的温度。

较佳地，所述制冷装置用于在切割所述长形条之前和/或在切割的过程中降低所述长形条的切割面的温度。

较佳地，控制的温度范围为0℃～15℃。

与现有技术相比，本发明在长形条进行研磨之前和/或研磨过程中降低研磨表面的温度，因此，在研磨表面上产生的局部高温会被冷却和分散，因此读头的部分元件(包括AFM材料，和/或硬磁，和/或自由层，和/或遮蔽层)的磁矩方向或磁化方向不会被局部高温影响而发生改变，从而改善读头的稳定性。同时，在读头的自由层上不会产生高温噪声，从而提高自由层的稳定性，进而进一步提高磁头的读取性能。再且，由于较少不良磁头滑块产生，因此磁头滑块的产量随之提高。

本发明在研磨ABS的过程中向长形条施加平行于ABS和粘接面的第一磁场，从而使得读头的部分元件(包括AFM材料，和/或硬磁，和/或自由层，和/或遮蔽层)的起初平行于ABS和粘接面的磁矩方向继续跟随该第一磁场的方向，而不受在研磨过程中产生的局部高温影响。即，磁矩方向保持在初始状态而不会无序排列，从而保持了读头的稳定性。相应地，读头中的TMR元件的自由层的方向亦不会随意改变并维持在理想的方向，从而有利于提高磁头滑块的读取性能。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为传统的具有CPP-TMR元件的读头的ABS方向上的视图。

图2概略展示了本发明的磁头滑块的制造方法的一个实施例的流程。

图3展示了在图2的流程中所及的晶圆。

图4展示了从图3所示的晶圆中切下的其中一个长形条。

图5a为利用本发明的制造方法制造出的其中一个磁头滑块的立体图。

图5b为图5a所示的磁头滑块的磁头的局部截面图，其展示了磁头的读头结构。

图6为本发明的磁头滑块的制造装置的一个实施例的结构框图。

具体实施方式

下面将参考附图阐述本发明几个不同的最佳实施例，其中不同图中相同的标号代表相同的部件。如上所述，本发明的实质在于提供一种磁头滑块的制造方法，其能避免磁头在研磨过程中产生局部高温，从而改善磁头的性能，进而获得具有良好读取性能和高稳定性的磁头滑块。

传统的用于磁头滑块的磁头一般包括用于从磁盘读取数据的读头以及向磁盘写入数据的写头。读头通常由一个MR读头构成，特定地，本说明书仅着重描述CPP-TMR读头。显然，本领域技术人员在阅读本说明书后，能够理解本发明在应用于其他传感器的情况。

图2概略展示了本发明的磁头滑块的制造过程；图3和图4分别展示了在图2的制造过程中的晶圆和长形条。结合这些图，下文将对本发明的磁头滑块的制造方法进行描述。

首先，形成一晶圆(步骤21)。在该晶圆形成工序中，在由陶瓷材料制成的晶圆20上通过薄膜技术形成多个具有磁头的磁头滑块元件。每一磁头上具有一个CPP-TMR读头和一个感应式写头。

接着，进行加工工序(步骤22)。在此工序中，首先将晶圆20切成多个块体，继而将每一块体切成多个长形条210。在每一长形条210上排列有多个磁头滑块220。如图4所示，该长形条具有ABS 211、与该ABS 211相对的背面213、粘接面212、与该粘接面212相对的底面214，以及两个侧面215。每一个磁头滑块元件220均埋植有磁头230。

继而，进行十分重要的加工步骤---研磨工序(至少包括步骤23和24)。为增强研磨效果，在精研磨之前首先会进行粗磨，具体地，长形条210的底面214被粗磨至预定的尺寸(步骤23)。接着，长形条210的ABS 211被精细研磨(步骤24)，从而控制磁头230的特性，例如TMR元件磁阻高度。较佳地，长形条210的背面213可依实际需求而研磨至所需规格。作为本发明的改进，该方法还包括步骤(25)在进行研磨之前和/或研磨过程中降低长形条的被研磨表面的温度。

该研磨工序由传统的研磨机和粗磨机执行，例如，该研磨机和/或粗磨机包括用于研磨长形条210的研磨盘和有助于研磨的研磨媒介。该研磨媒介通常包括研磨油、金刚石浆等等。

作为一个实施例，步骤(25)包括将涂于研磨盘上的研磨媒介冷藏。具体地，在研磨媒介(如研磨油、金刚石浆等)被施加到研磨盘上并与长形条210接触之前，其会先进行冷冻处理，而在研磨的过程中这些研磨媒介会保持在低温的状态。较佳地，该温度控制在0℃～15℃，如5℃～10℃为佳。

基于上述方法，研磨的过程中在研磨表面如底面214、ABS 211和背面213上产生的局部高温会被与这些表面接触的冷冻的研磨媒介冷却和分散，因此，读头的部分元件(包括AFM材料，和/或硬磁，和/或自由层，和/或遮蔽层)的磁矩方向或磁化方向不会被局部高温影响而发生改变，从而改善读头的稳定性。同时，在读头的自由层上不会产生高温噪声，从而提高自由层的稳定性，进而进一步提高磁头的读取性能。再且，由于较少不良磁头滑块产生，因此磁头滑块的产量随之提高。

作为另一实施例，该步骤(25)可通过在进行研磨之前和/或研磨过程中降低整个长形条210的温度，从而实现对研磨表面进行降温。可选地，该步骤(25)也可通过降低整个研磨环境的温度而达成降温的效果。这些选择方案不同程度上同样可冷却或缓解在研磨表面上产生的局部高温。

在对研磨表面进行研磨工序后，该长形条210被切割成多个独立的磁头滑块220(步骤26)。较佳地，在该切割工序过程中，可对切割表面进行降温从而缓解切割时在切割表面上产生的局部高温。

图5a为由上述制造方法制成的具有磁头230的磁头滑块220的立体图，图5b为磁头230的局部截面图，其展示了磁头230的读头300的结构。

如图5b所示，该读头300包括形成于衬底310上的第一屏蔽层311、第二屏蔽层314、层夹于第一、第二屏蔽层311、314之间的TMR元件312，以及位于TMR元件312两侧的一对硬磁313。

具体地，该TMR元件312为多层结构，其包括依次层叠在一起的钉扎层331、两个被钉扎层332、333、隧道势垒层334、自由层335及盖帽层336。该钉扎层331形成在第一屏蔽层311上，其由AFM材料制成，如NiO或IrMn。该被钉扎层332具有一系列垂直于ABS 211并平行于粘接面212的磁矩方向93。自由层335包含铁磁物质并具有相应于外部磁场而变化的磁化方向94。该自由层335的磁化方向934在没有外部磁场的作用下大致与ABS 211平行。

如上所述，当底面214、ABS 211和背面213进行粗磨或精研磨过程中，在其表面上产生的局部高温会使读头300的部分元件(包括AFM材料，和/或硬磁，和/或自由层，和/或遮蔽层)的磁矩方向或磁化方向发生改变。而由于本发明对这些研磨表面进行降温(如上文所描述)，因此局部高温会被冷却和分散，进而读头300的部分元件(包括AFM材料，和/或硬磁，和/或自由层，和/或遮蔽层)的磁矩方向或磁化方向不会轻易改变。同时，在读头的自由层335上也不会因局部高温而产生高温噪声，这将有利于进一步改善读头300的稳定性。

可选地，可在磁头滑块220的侧面215、TMR元件312的附近设置一AFM层(图未示)，以达到某特定功能(如进一步稳定TMR元件312)，该AFM层具有垂直于粘接面212并平行于ABS 211的磁矩方向。对于此类型的磁头滑块，当沿着侧面215对长形条210进行切割时，会在侧面215上产生局部高温，该高温会影响该AFM层的垂直于粘接面212并平行于ABS 211的磁矩方向。因此，在切割过程中，由于切割表面的温度被降低，因此，AFM层的磁矩方向保持在初始顺序，而不会发生混乱，从而有利于进一步保持读头300的稳定性。

相应地，图6展示了本发明的磁头滑块的制造装置的一个实施例的结构框图。该制造装置600包括粗磨机601、研磨机602、制冷装置603和切割机604。具体地，该粗磨机601用于粗磨长形条210的底面214至预定尺寸。研磨机602用于研磨长形条210的ABS 211以控制磁头230的特性，并可选择地用于研磨长形条210的背面213。该制冷装置603用于在(粗/细)研磨之前和/或在(粗/细)研磨的过程中降低研磨表面如底面214、ABS 211和背面213的温度。

具体地，该研磨机603包括用于夹持和控制长形条210的固定装置(图未示)、用于研磨长形条210的研磨盘(图未示)，以及用于向研磨盘施加研磨媒介的研磨媒介提供装置(图未示)。该研磨媒介为研磨剂，其包括研磨油和/或金刚石浆等。具体地，该研磨媒介提供装置还包括陶瓷环，用于使研磨媒介均匀地施加于研磨盘上。

更具体地，该制冷装置603用于将研磨媒介或研磨媒介提供装置进行降温。可选地，该制冷装置603还可用于降低整个长形条210的温度，和/或降低研磨环境的温度，并在切割长形条210之前或过程中降低切割表面的温度。

较佳地，该制冷装置603将研磨表面的温度控制在0℃～15℃之间，如5℃～10℃。

基于上述装置，研磨过程中在研磨表面如底面214、ABS 211和背面213上产生的局部高温会通过制冷装置603而消除(如被冷冻的研磨媒介冷却和分散)，因此，读头的部分元件(包括AFM材料，和/或硬磁，和/或自由层，和/或遮蔽层)的磁矩方向或磁化方向不会被局部高温影响而发生改变，从而改善读头的稳定性。同时，在读头的自由层上不会产生高温噪声，从而提高自由层的稳定性，进而进一步提高磁头的读取性能。再且，由于较少不良磁头滑块产生，因此磁头滑块的产量随之提高。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (19)

1.一种磁头滑块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供连接有多个磁头滑块元件的长形条；

(2)研磨所述长形条的表面至预定规格；

(3)在研磨之前和/或在研磨的过程中，通过与所述长形条的表面接触的研磨盘上的被降温的研磨媒介来降低所述长形条的所述表面的温度至温度范围为5℃～15℃，其中所述研磨媒介在被施加到研磨盘上并与长形条接触之前被降温；以及

(4)将所述长形条切割成多个独立的磁头滑块。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于；所述研磨媒介为研磨剂，所述研磨剂包括研磨油和/或金刚石浆。

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于；所述步骤(3)包括降低整个所述长形条的温度。

4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于；所述步骤(3)包括降低研磨环境的温度。

5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于；所述步骤(2)包括研磨所述长形条的空气承载面以及与所述空气承载面相对的背面。

6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括：在步骤(2)之前粗磨所述长形条的底面，并在粗磨之前和/或在粗磨的过程中降低所述底面的温度。

7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括：在切割所述长形条之前和/或在切割的过程中降低所述长形条的切割面的温度。

8.如权利要求1～7任一项所述的制造方法，其特征在于；控制的温度范围为5℃～10℃。

9.一种磁头滑块的制造装置，其特征在于，包括：

研磨机，用以研磨长形条的表面至预定规格；

制冷装置，用以使研磨媒介在被施加到所述研磨机的研磨盘上并与所述长形条接触之前被降温从而在研磨之前和/或在研磨的过程中降低所述长形条的所述表面的温度至温度范围为5℃～15℃；以及

切割机，用以将所述长形条切割成多个独立的磁头滑块。

10.如权利要求9所述的制造装置，其特征在于：所述研磨机包括用于夹持和控制所述长形条的固定装置、用于研磨所述长形条的研磨盘，以及用于向所述研磨盘施加研磨媒介的研磨媒介提供装置。

11.如权利要求10所述的制造装置，其特征在于：所述研磨媒介为研磨剂，所述研磨剂包括研磨油和/或金刚石浆。

12.如权利要求10所述的制造装置，其特征在于：所述研磨媒介提供装置包括陶瓷环，用于使所述研磨媒介均匀地施加于所述研磨盘上。

13.如权利要求10所述的制造装置，其特征在于：所述制冷装置用于将所述研磨媒介提供装置进行降温。

14.如权利要求9所述的制造装置，其特征在于：所述制冷装置用于降低整个所述长形条的温度。

15.如权利要求9所述的制造装置，其特征在于：所述制冷装置用于降低研磨环境的温度。

16.如权利要求9所述的制造装置，其特征在于：被研磨的所述长形条的表面包括空气承载面以及与所述空气承载面相对的背面。

17.如权利要求9所述的制造装置，其特征在于：还包括用于粗磨所述长形条的底面的粗磨机，所述制冷装置用于在粗磨之前和/或在粗磨的过程中降低所述底面的温度。

18.如权利要求9所述的制造装置，其特征在于：所述制冷装置用于在切割所述长形条之前和/或在切割的过程中降低所述长形条的切割面的温度。

19.如权利要求9～18任一项所述的制造装置，其特征在于：控制的温度范围为5℃～10℃。