CN1102900A - 浮动间隙降低的薄膜传感器 - Google Patents

Abstract

一种具有相结合的传感器/滑动块的磁盘记录 系统，其在传感器间隙与记录介质之间的有效扬起高 度经测量减小了。滑动块有一前端、一右端和一在其 间延伸的气浮表面。后端有一与传感器极尖区域靠 近的气浮表面一起构成一边界的表面等值线。结果， 极尖区域的有效扬起高度基本等于边界的扬起高 度。等值的表面可成一倾斜平面、一横向槽口或一有 一小倾斜带的薄外套层。磁传感器也可有平的底极 或有一凹入中心区域的底极。

Description

本发明涉及用于数据记录装置的浮动块/传感器组件。尤其是，本发明涉及在采用磁性装置的转盘驱动器中那种磁传感器/滑动块组件。

长期以来，在计算机领域内就知道并使用采用转盘装置的磁盘驱动器来存储和检索信息。这种驱动器典型地包括一个用来转动磁盘的机构、一个磁传感器和一个支承着传感器的空气支承浮动块、一个与磁传感器非常靠近磁记录介质的记录表面用来支承气浮浮动块的磁头臂、以及一个用于支承磁头臂并用来使磁头臂相对于磁记录介质的记录表面而运动以保证传感器装置上方径向定位的装置。空气支承浮动块典型地由一种适当的材料构成，此材料的形状为一具有一前端、一后端和在前端和后端之间延伸的一条或多条轨道的本体。每个轨道的下侧构成了气浮表面，当装置在浮动块本体下面转动时，此气浮表面以在磁性装置表面上的浮动状态支承着浮动块。

磁传感器典型地位于浮动块本体的后端附近，典型地如1990年1月16日出版的题为“磁头空气支承浮动块”的美国专利No.4，894，740中所示的那样，位于本体的后端表面上。或者，磁传感器在浮动块本体材料组成的基底上采用光刻技术和分批制造而成形于浮动块本体的后表面上。最近，这种分批制造的方式在行业中很受欢迎，因此它更经济而且能够生产具有在可靠基座上所需的小尺寸的传感器。

无论是否采用离散的传感器/浮动块组件或用成批制造的传感器/浮动块，在两种情况下传感器的暴露表面独特地在最后加工和安装在磁头臂支承机构之前都涂覆有一层较厚的保护层。在成批制造的传感器/浮动块组件中，此保护层称作“外套”层，且通常由双氧化硅、铝103、氮气硅或一些其他合适材料组成。此外套层开始时形成的厚度比最终产品厚，且随后抛光到厚度约40微米（1000微英寸）左右的平的最终产品。

当安装后及使用时，由于磁盘转动而产生的在浮动块本体下方的空气运动使传感器/浮动块组件飘浮在磁盘的表面上方，而信息则记录到磁表面上或从磁盘表面和传感器之间的空气间隙上方的磁性表面上读取。

长久以来，磁盘驱动器已不断改进以不断提高信息存储能力及不断缩小磁盘的外形尺寸。这需要磁盘上的磁盘宽度大大变窄以在每英寸上提供更多的磁道并且磁传感器的间隙深度大大降低以增加每英寸上的彼特（bit）数，两者都受磁头设计的影响。而且，具有更高的奥斯特容量、更高的记录频率及更高的磁盘角速度的改进的磁性介质都已经被用于实现在给定面积内具有更高的信息密度这个目标。为达到此目标，也需要减小在磁盘上方传感器的浮动间隙以减小在传感器和磁盘装置表面之间的平均距离。扬起高度的实际下限很大程度上取决于磁盘介质的表面光滑程度，现在典型的数值约为3微英寸。

已采用几种技术来减小传感器/浮动块组件的浮动间隙。首先，由于浮动间隙在很大程度上取决于气浮表面的面积，磁道的宽度被减小了。这种方案受传感器的最小物理尺寸的限制，即，磁道的宽度必须等于传感器的最大宽度。减小浮动块浮动间隙的一种不同的技术是利用上述′740专利中所示的那种三维气浮表面。另一种技术采用了横向等压线原理，其中具有两个磁道的滑动块本体通过切割外磁道上的纵向延伸的槽而进行修整以减小气浮表面的宽度。由于纵向槽在传感器已在浮动块本体的后端表面上抛光之后进行切割，此技术就受磁极尖区域内的最窄部分传感器的宽度的限制，这在狭槽成形过程中是不能侵入的。再一个技术采用了一种负压空气支承表面，在此表面内，一对纵向延伸的磁道由一交叉磁道来连接以修整浮动块本体的气动特性。

每种将浮动间隙减小到由介质表面光滑度所决定的可接受的最小值的上述方案，有一缺点，即需要特殊处理步骤以提供修整的外形。而且，这些方案无一考虑在磁传感器内是磁极尖区域的传感区域事实上位于浮动块后端面的前方的等于外套保护层厚度加外套层内界与磁极尖区域位置之间间隔之和这个事实。由于滑动块气动设计成扬起与一平行于记录介质表面的平面成一倾斜角度，浮动块本体的低点是气浮表面和后端表面之间的边缘。结果，传送器实质上在磁性介质表面上方浮起相当量的高度。结果，传感器和记录介质之间就会发生磁耦合。

本发明包括用来减小安装在浮动块本体上的传感器在记录介质表面上方的浮动间隙的一种方法和装置，它在离散的或成批制造的浮动块/传感器中都易于实现，且在传感器和记录介质之间的磁耦合中提供明显的改进。

在其最广义的方面，本发明包括一具有一个浮动块本体和一个传感器的浮动块/传感器组件，浮动块本体有一前端、一后端和一位于前端和后端之间的气浮表面。传感器有一位于浮动块本体的后端附近的传感区域，浮动块本体的后端有一等值表面部分，这部分构成了具有紧邻传感区域的气浮表面的一个边界。

后端的等值表面部分可以呈几种形式。在一实施例中，等值表面部分为一沿与气浮表面成一角度从边界延伸的基本平的表面。在另一实施例中，等值表面部分包括一从边界向延伸向后端表面的槽口。在再一个实施例中，等值表面部分包括一成形于传感器上的薄外套层，较大的包括一沿与气浮表面成一角度从边界向后延伸的基本平的成角度的从属部分。

传感器可以由一个磁传感器组成，磁传感器包括一具有一有一上表面的主体部分的顶磁极和一底磁极，每个磁极有一构成一与顶磁极主体部分上表面隔形的磁极尖区域的磁极尖。在此特殊实施例中，边界位于顶磁极上表面与极磁尖区域之间。底磁极可以有一也与磁极尖区域隔开的底表面。

在一更特定的情况下，本发明包括一浮动块本体和一磁传感器，此浮动块本体有一前端、一后端和一位于前端和后端之间的空气支承表面。磁传感器包括都有一磁极尖的顶极和底极，磁极尖构成了一终止于浮动块本体后端附近的气浮表面的一部分从的磁极尖区域。顶磁极有一具有与极尖区域隔开的顶表面部分的主体区域。或者，浮动块本体的后端有一成角度的、等值的或有槽口的表面，此表面构成了具有气浮表面的边界，此边界位于一个在传感器顶极的顶表面部分与极尖区域之间的区域内。在等值表面的一特定的实例中，在顶极上方有一薄的外套层，而覆盖着顶极尖的那部分薄外套层包括一终止于边界的成角度的部分。在槽口实施例中，浮动块本体的后端包括一最好是基本平的端表面和从端表面延伸至边界的槽口。

为了更完全地理解本发明的特征和优点，需结合参阅附图所作的详细描述。

图1是本发明磁盘存储系统的示意立体图;

图2是处于扬起状态下上述插图浮动块的侧视图;

图3是显示图2扬起浮动块后端几何形状的详细放大图;

图4是本发明第一实施例的立体图;

图5是图4实施例的侧视图;

图6是本发明第二实施例的立体图;

图7是图6实施例的侧视图;

图8是本发明另一实施例的部分剖示放大图;

图9是图10显示了处于不同生产阶段中图8的实施例。

图11是本发明再一实施例的部分剖示侧视图。

现请参看附图，图1示意地说明本发明的磁盘存储系统立体形状。如此图中所见，磁盘存储系统包括一个磁头臂10，与一对磁头悬置件12连接：一个连接于磁头臂10的顶部和另一个连接于磁头臂10的底部。每个悬置件12在其端部支承着一个包括一个浮动块本体和一个传感器的传感器/浮动块组件，传感器放置成传感间隙可以定位成与转盘17上的磁记录表面16成传感关系。电信号由图中未示的导线偶合于传感器与随动电路之间。磁头臂10连接至一常规的比如音圈电机的激励器18以将磁头精确地相对于磁盘上不同磁道定位。

参看图2，当磁盘17转动而使介质表面16从浮动块本体20下的沿图中所示的箭头方向经过时，浮动块在磁盘17的表面16上方沿图示的倾斜状态浮动。浮动块本体20的前端21在磁盘17的表面16上举升起比后端22大的距离。浮动块20的下角边缘24在磁盘表面上的距离称作“浮动间隙”，因为这些气浮表面25到记录表面16的最接近的路径。

图3是图2的详细放大图，它显示了在记录表面16上方的浮动块的浮动间隙d和传感器15的有效浮动间隙D。如此图中所见，气浮表面25与一平行于记录表面16的水平的成Q倾斜角度。如本领域熟练人员所知道的那样，用虚线28表示的水平轴线是一根迫似线，因为实际的记录表面16不是完全光滑的。传感器15覆盖有一外套层29，外套层29在后端表面23与传感器15的间隙30之间形成一厚度l。在典型的成批制造的传感器内外套层29的厚度l约为1000微英寸（40微米）。在记录表面层16上方的传感器间隙30的有效浮动间隙D由下式给出：

D＝d+l  sin

结果，在已有技术的构造中，传感器间隙30在记录层表面16上方的有效浮动间隙是外套层29的厚度的函数。有效浮动间隙D可以通过减小外套层29的厚度l来减小。然而，如果外套层29做得太薄，由此层对精细的传感器结构所提供的机械保护被大大减小了。

图4和图5显示了本发明的第一实施例，它大大减小了有效扬起高度D而不损害外套层29对传感器15提供的机械和防磨损保护能力。如这些图中所示，一个双磁道的浮动块本体35包括邻近于滑动块本体35后端表面形成的一对传感器15。外套层29可以象已有技术外套层一样厚，或者是其厚度比已有技术仪器小，但仍然是足以对传感器15提供机械和防磨损保护的较薄的方式。而且，在一倾斜的基本平的表面40从后端表面36延伸至气浮表面25。此表面40以倾斜方式使得在表面40与气浮表面25之间的边界42紧邻传感器间隙30，最好位于由一穿过间隙30并与气浮表面25垂直的第一平平面和一与传感器15顶极顶表面相切且与气浮表面25垂直的第二平面构成的区域内。此区域的大小典型地可从约15微米变化到约40微米。倾斜表面40可以容易地在传感器/浮动块组件成批制作期间通过首先将表面36抛光至所需厚度、然后使浮动块本体35以所需角度倾斜并继续抛光处理以扩大表面40。在实际制造过程中，许多传感器/浮动块组件成形于薄膜基底上，而覆盖着整个表面的外套层被抛光。下一步，薄膜切成成排的杆件，每个都包含几个传感器/浮动块组件。然后，单排杆件连接至传送工具，而ABS轨道就成形了。然后，杆件利用传送工具使之倾斜，对倾斜表面40进行抛光。或者，如果需要，在对倾斜表面40进行抛光之前，单个的传感器/浮动块组件可以分开。

图6和图7显示了本发明的另一个实施例，其中，倾斜表面40被一槽口45所取代，槽口45有一水平腿46和一与气浮表面25一起终止于边界48的垂直腿47。槽口45经气浮表面25横向延伸，而槽口45的角部49最好定位于传感器15的顶极的顶表面与磁极顶尖区域内的顶极的顶表面之间。槽口45可通过抛光、划线、离子铣铣削或激光刻蚀切进外套层29。

图8显示了本发明采用薄外套层50的另一个实施例。在此实例中，传感器15成批制作的最后步骤是提供一个覆盖包括厚约15至20微英寸的顶极层52的传感器顶表面薄外套层50。覆盖着传感器15的极尖区域30的那部分薄外套层50通过抛光或上述另一种技术最后加工，以使位于气浮表面25与组件后表面之间的边界54靠近极尖区域30。

图9显示了在最终加工步骤前的外套层50的等值线。如图9所示，与极尖区域30重叠的那部分外套层50有一中央抬起部分56和一对侧翼低下点57。本底部分59覆盖着传感器15顶表面的剩余部分。抬起的中央部分56是由于需要上极顶尖31被覆盖到一定最小深度（约15至25μ）以便对极尖31提供足够的机械和防磨损保护所造成的无法避免的结果。尽管此实施例可有几种用途而不必进一步加工，相信下面的方法提供具有优越扬起特性的传感器/浮动块组件。在外套层已如图9（从气浮表面25下面看）所示成形之后，外套层50以一适当角度（比如说45°）抛光以去除如图9所示的不规则线外形并提供如图10所示的光滑带60。

图11显示了本发明的另一个实施例。如图所示，一磁传感器15有一底极61，底极61有一沿与顶极65的中心段64相反方向从磁极尖区域30移开的中心段62。后端的后表面36在下角处是倾斜的，以在外套层29内以基本与图4和图5中所示相同的方式形成倾斜的基本科的表面40。下极61的结构与1984年12月18日颁布的题为“制造薄层传感器的方法”的共同转让的美国专利No.4，489，105中所示的那种相似，而这里所揭示的形成下极的采用的技术也可以用于图11的实施例。

现在将变得很清楚，本发明提供了用来减小传感器间隙30在记录元件的表面上方有效浮动间隙的简单技术，此技术实质上在整个制作过程中只增加一个步骤，且可容易地采用现有的在传感器、/浮动块组件成批制作中使用的现存的抛光、离子铣削、划线或激光刻蚀设备和技术。结果，采用本发明可以在现有制造过程中以较低的成本。而且，本发明不需要比如在上述已有技术中碰到的特别设计的空气支承轨道或轨道外形，而这进一步降低成本，减少了改进浮动间隙的复杂性。

显然完整地揭示了本发明的较佳实施例，亦可根据需要进行各种修改，采用可替换的结构或等同物。比如，虽然本发明结合磁传感器进行描述，其原理可同样有效地应用于与扬起浮动块及运动装置结合的其他类型的传感器。同时，虽然已图示了特定磁传感器，其他类型的磁传感器-比如限磁（MR）传感器，如于1984年12月25日颁布的题为“制造薄膜磁记录头的方法”的美国专利No.4，489，484中描述的那样-也可用于本发明。而且，虽然本发明结合垂直臂组件进行描述并示于图1，但直线型的组件也能用。因此，上面的描述及图示不应作为本发明的限制，本发明的由后附的权利要求书限定。

Claims (19)

1、一种浮动块/传感器组件包括一浮动块本体和一传感器，其特征在于，所述浮动块本体有一前端、一后端和一位于前端和后端之间的气浮表面，后端有一与气浮表面一起构成一边界的等高表面部分，所述传感器有一靠近后端的传感区域，所述边界紧邻传感区域。

2、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述等值的表面部分包括一沿与所述气浮表面成一角度从边界延伸的基本平的表面部分。

3、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述等值的表面部分包括一从所述边界向后延伸的槽口。

4、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述等值的表面部分包括一成形于所述传感器上和薄外套层，所述等值的表面部分包括一沿与所述气浮表面成一角度方向从所述边界向后延伸的基本平的倾斜的小的部分。

5、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述传感器包括一磁传感器，此磁传感器包括一顶极和一底极，顶极具有一带有上表面的主体部分，每极有一极尖，所述极尖构成了与所述顶极主体部分的上表面隔开的极尖区域;所述边界位于所述上表面与所述极尖区域之间。

6、如权利要求5所述的组件，其特征在于，所述底极有一与所述极尖区域隔开的底表面。

7、一种传感器/浮动块组件，包括一浮动块本体和一磁传感器，其特征在于，所述浮动块本体有一前端、一后端和一位于前端和后端之间的气浮表面，所述磁传感器包括每个都有一极尖的顶极和底板，所述极尖构成了终止于所述浮动块本体后端附近的一部分所述气浮表面的一极尖区域，所述顶极有一具有与所述极尖区域隔开的顶表面部分的主体区域，所述浮动块本体的所述后端有一与所述气浮表面一起构成一边界的倾斜表面，所述边界位于所述顶表面部分与所述极尖区域之间的一区域内。

8、如权利要求7所述的组件，其特征在于，所述底极有一与所述极尖区域隔开的底表面部分的主体区域。

9、一种传感器/浮动块组件，包括一浮动块本体和一磁传感器，其特征在于，所述浮动块有一前端、一后端和一位于前端和后端之间的气浮表面，所述磁传感器包括每个都有一极尖的顶极和底极，所述极尖构成了一终止于邻近所述浮动块本体后端的一部分所述气浮表面的极尖区域，所述顶极有一其顶表面部分与所述尖区域隔开的主体区域，所述浮动块的所述后端包括一与所述空气支承表面一起构成一边界的等值的表面，所述边界位于所述顶表面部分与所述极尖区域之间的一区域内。

10、如权利要求9所述的组件，其特征在于，所述等值的表面包括一与所述顶极叠置的薄外套层;和覆盖着顶极极尖的那部分所述薄外套层包括一终止于所述边界的倾斜部分。

11、如权利要求9所述折组件，其特征在于，所述底极有一其底表面部分与所述极尖区域隔开的立体区域。

12、一种传感器/浮动块组件，包括一浮动块本体和一磁传感器，其特征在于，所述浮动块本体有一前端、一后端和一位于前端和后端之间的气浮表面，所述磁传感器包括每个都有一极尖的顶极和底极，所述极尖构成了一终止于邻近所述浮动块本体后端的一部分所述气浮表面的极尖区域，所述顶极有一其顶表面部分与所述极尖区域隔开的主体区域，所述浮动块本体的所述后端包括一端面和一从所述端面延伸到所述边界的槽口，所述边界位于所述顶表面部分和所述顶极区域之间的一区域内。

13、如权利要求12所述的组件，其特征在于，所述底极有一其底表面部分与所述极尖区域隔开的主体区域。

14、一种磁盘记录系统，包括：

一具有记录表面的磁记录装置;

一浮动块/传感器组件，包括一浮动块本体和一传感器;

用来支承所述浮动块/传感器组件的磁头臂装置与所述传感器紧邻所述磁记录装置的记录表面;

用来支承所述磁头臂装置并用来使所述磁头臂装置相对于所述磁记录介质的记录表面运动的存取装置;

所述浮动块本体有一前端、一后端和一位于前端与后端之间的气浮表面，后端有一与气浮表面一起构成一边界的等值的表面部分;

所述传感器有一邻近后端的传感区域，所述边界紧邻传感区域。

15、如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述等值的表面部分包括一沿与所述气浮表面成一角度的方向从边界延伸的基本平的表面。

16、如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述等值的表面部分包括一从所述边界向后延伸的槽口。

17、如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述等值的表面部分包括一成形于所述传感器上的薄外套层，所述等值的表面部分包括一沿与所述气浮表面成一角度的方向从所述边界向后延伸的一基本平的倾斜的从属部分。

18、如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述传感器由一磁传感器构成，此磁传感器包括一顶极和和底板，顶极有一具有上表面的主体部分，每个极有一极尖，所述极尖构成了一与所述顶极主体部分的上表面隔开的极尖区域，所述边界位于所述上表面和所述极尖区域之间。

19、如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述底极有一与所述极尖区域隔开的底表面。

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