CN111048121A - 具有双返回杆的磁性写入头 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有双返回杆的磁性写入头”。本文公开了磁性写入头和包括此类写入头的数据存储设备。磁性写入头包括头侧、尾侧、空气轴承表面(ABS)、设置在头侧和尾侧之间并延伸到ABS的主杆、设置在主杆和头侧之间的第一返回杆和设置在主杆和尾侧之间的第二返回杆。主杆和第二返回杆中的一者或两者可为锥形的。

Description

具有双返回杆的磁性写入头
背景技术
磁盘驱动器中使用的磁性介质中较高的存储位密度已将数据单元的大小(体积)减小到单元尺寸受磁性材料的晶粒大小限制的点。尽管可进一步减小晶粒大小，但存储在单元内的数据可以不是热稳定的。即，环境温度下的随机热波动可足以擦除数据。该状态被描述为超顺磁极限，该超顺磁极限确定给定磁性介质的最大理论存储密度。可通过增加磁性介质的矫顽磁力或通过降低温度来提高该极限。在设计用于商业和消费者用途的硬盘驱动器时，降低温度可以并不总是可行的。另一方面，提高矫顽磁力可导致需要包括较高磁矩材料的写入头，或技术诸如(垂直记录或两者)。
已提出了一个附加的解决方案，该解决方案使用热量来降低磁性介质表面上的局部区域的有效矫顽磁力并在该加热区域内写入数据。在将介质冷却至环境温度时，数据状态变为“固定”。该技术广义地称为“热辅助(磁性)记录”(TAR或TAMR)、“能量辅助磁性记录”(EAMR)或“热辅助磁性记录”(HAMR)。本文所用术语“HAMR”是指所有TAR、TAMR、EAMR和HAMR。
持续需要改善包括HAMR写入头的写入头的性能。
发明内容
该发明内容代表本公开的非限制性实施方案。
本文公开了具有用于数据存储设备的双返回杆的写入头和包括此类写入头的数据存储设备(例如，硬盘驱动器)。磁性写入头包括头侧、尾侧、空气轴承表面(ABS)、设置在头侧和尾侧之间并延伸到ABS的主杆、设置在主杆和头侧之间的第一返回杆、和设置在主杆和尾侧之间的第二返回杆。
在一些实施方案中，主杆包括在ABS处的锥形部分，其中锥形部分包括与ABS成角度的尾侧边缘，其中该角度小于90度。在一些此类实施方案中，尾侧边缘为第一尾侧边缘并且角度为第一角度，并且锥形部分还包括从ABS凹陷且与ABS成第二角度的第二尾侧边缘，其中第二角度小于90度。第一角度和第二角度可基本上相等，或者第二角度可小于第一角度。在一些实施方案中，第二角度大约为零。
在其中主杆包括锥形部分的一些实施方案中，锥形部分还包括第三尾侧边缘，其中第三尾侧边缘设置在第一尾侧边缘和第二尾侧边缘之间，并且其中第三尾侧边缘基本上垂直于ABS。
在其中主杆包括锥形部分的一些实施方案中，锥形部分为第一锥形部分，并且第二返回杆包括在ABS处且朝向主杆延伸的第二锥形部分。
在一些实施方案中，第二返回杆包括在ABS处且朝向主杆延伸的锥形部分。在一些此类实施方案中，锥形部分包括与ABS成角度的面向主杆的边缘，其中该角度大于90度。在一些实施方案中，锥形部分包括第一面向主杆的边缘和第二面向主杆的边缘，其中第一面向主杆的边缘和第二面向主杆的边缘中的每一者基本上垂直于ABS。在一些此类实施方案中，锥形部分还包括第三面向主杆的边缘，其中第三面向主杆的边缘基本上垂直于ABS。
在一些实施方案中，磁性写入头包括空气轴承表面(ABS)、延伸到ABS的主杆、延伸到ABS且设置在磁性写入头的主杆和头侧之间的第一返回杆、和设置在磁性写入头的主杆和尾侧之间的第二返回杆，其中第二返回杆包括邻近ABS的锥形部分，其中锥形部分在朝向主杆的方向上延伸。在一些此类实施方案中，主杆和第二返回杆之间的距离介于大约600nm和1000nm之间。
在一些实施方案中，锥形部分包括堆叠结构。在一些实施方案中，锥形部分包括楔形件。
在一些实施方案中，锥形部分为第一锥形部分，并且主杆包括与ABS相邻的第二锥形部分，其中第二锥形部分在朝向第一返回杆的方向上延伸。在一些此类实施方案中，第一锥形部分包括楔形件或堆叠结构。在一些实施方案中，第二锥形部分包括面向第二返回杆的边缘，其中所述边缘与ABS成角度，其中该角度小于90度。
附图说明
通过结合附图对某些实施方案进行的以下描述，本公开的目的，特征和优点将显而易见，在附图中：
图1示出了可结合本文所公开的实施方案的硬盘驱动器。
图2为根据一些实施方案的示例性磁性写入头的一部分的横截面示意图。
图3A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头的一部分的横截面示意图。
图3B为主杆和第二返回杆的部分的更近视图。
图4A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头的一部分的横截面示意图。
图4B为主杆和第二返回杆的部分的更近视图。
图5A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头的一部分的横截面示意图。
图5B为主杆和第二返回杆的部分的更近视图。
图6A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头的一部分的横截面示意图。
图6B为主杆和第二返回杆的部分的更近视图。
图7A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头的一部分的横截面示意图。
图7B为主杆和第二返回杆的部分的更近视图。
图8A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头的一部分的横截面示意图。
图8B为主杆和第二返回杆的部分的更近视图。
图9A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头的一部分的横截面示意图。
图9B为主杆和第二返回杆的部分的更近视图。
图10为将磁场的作为具有单个返回杆的写入头的写入电流的函数的垂直分量与具有如本文所公开的两个返回杆的写入头的垂直分量进行比较的曲线图。
图11为将作为具有单个返回杆的写入头的写入电流的函数的向下轨道磁场与具有如本文所公开的两个返回杆的写入头的向下轨道磁场进行比较的曲线图。
图12为将作为具有单个返回杆的写入头的写入电流的函数的磁场幅度与具有如本文所公开的两个返回杆的写入头的磁场幅度进行比较的曲线图。
图13为将作为具有单个返回杆的写入头的写入电流的函数的磁场角度与具有如本文所公开的两个返回杆的写入头的磁场角度进行比较的曲线图。
图14是将磁场的作为三个写入头的向下轨道定位的函数的垂直分量进行比较的曲线图。
图15为写入头生成的写入场的垂直分量的二维曲线图，该二维曲线图对应于图14的点划线曲线。
具体实施方式
在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，设想以下特征件和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何发明主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。
图1为具有移除的盖的硬盘驱动器10的头部/磁盘组件的顶视图。该磁盘驱动器10包括支撑主轴14的刚性基座12，该主轴支撑至少一个盘16。主轴14由主轴马达(未示出)旋转，该主轴马达在操作中按弯曲箭头17所示的方向旋转至少一个盘16。硬盘驱动器10具有至少一个负载梁组件20，该至少一个负载梁组件具有带有导电互连迹线或线的阵列32的集成前悬挂件(ILS)或挠曲件30。至少一个负载梁组件20附接到刚性臂22，该刚性臂连接到E形支撑结构，有时被称为E块24。挠曲件30附接到空气轴承(或者，在使用氦气或另一种气体来代替磁盘驱动器、空气轴承内的空气的情况下)滑块28。磁性记录读取/写入头29位于滑块28的末端或尾部边缘处。挠曲件30使得滑块28能够在由旋转盘16生成的空气(或气体)轴承上“投掷”和“滚动”。
该磁盘驱动器10还包括在枢转点41处可旋转地安装到刚性基座12的旋转致动器组件40。致动器组件40可包括音圈马达(VCM)致动器，该VCM致动器包括音圈43和固定到基底12的磁体组件42。当由控制电路(未示出)通电时，音圈43移动并借助附接的臂22和至少一个负载梁组件20旋转E块24以将读取/写入头29定位在盘16上的数据轨道上方。迹线互连阵列32在一端处连接到读取/写入头29以及在其另一端处连接到包含在电气模块或芯片50中的读取/写入电路，在图1的示例性磁盘驱动器10中，电气模块或芯片固定到E块24的一侧。芯片50包括读取/写入集成电路(R/W IC)。随着盘16旋转，盘16拖动滑块28下方的空气或其他气体(例如，氦气)并且沿滑块28的空气轴承表面(ABS)在大体平行于盘16的切向速度方向上拖动。随着空气在ABS下方通过，沿空气流动路径的空气压缩使得盘16和ABS之间的气压增加，这产生与至少一个负载梁组件20的趋势抵消的水动力提升力从而朝向盘16推动滑块28。滑块28因此悬在盘16上方，但紧邻盘16的表面。
滑块28支撑读取/写入头29。随着盘16在箭头17的方向上旋转，致动器组件40的移动允许滑块28上的读取/写入头29访问盘16上的不同数据轨道。滑块28通常由复合材料形成，例如氧化铝/碳化钛(Al2O3/TiC)的复合材料。图1仅示出了一个具有相关联的滑块28和读取/写入头29的盘16表面，但可存在堆叠在枢纽上的多个盘16，主轴马达使得该枢纽旋转，其中单独的滑块28和读取/写入头29与每个盘16的每个表面相关联。
为了进行写入，读取/写入头29可以是包括主杆和返回杆的垂直记录头。主杆和返回杆通过在ABS处的写入间隙彼此分隔，并且在远离ABS的区域处通过靠近或背靠的背隙彼此连接。由绝缘层包封的一个或多个导电线圈层定位在主杆和返回杆之间。为了将数据写入盘16，电流流过导电线圈以跨越在主杆和返回杆之间的写入间隙感应磁场。通过反转通过一个或多个线圈的电流的方向，可反转写入磁性介质的数据的极性。
在一些实施方案中，读取/写入头29包括启用HAMR的写入头。(如前文所述，如本文所用，术语“HAMR”是指热辅助记录的所有变体，包括TAR、TAMR、EAMR和HAMR。)在HAMR中，将具有高磁结晶各向异性(Ku)的磁性记录材料局部加热，而启用HAMR的写入头写入以降低足够的矫顽磁力以发生写入，但矫顽磁力/各向异性足够高，使得记录的位在磁盘驱动器的环境温度(即，大约15摄氏度至30摄氏度的正常操作温度或“室温”)下是热稳定的。在一些提议的HAMR系统中，将磁性记录材料加热至接近或高于其居里温度。然后可通过常规磁阻读取头在环境温度下读取回所记录的数据。已针对常规连续介质提出了HAMR磁盘驱动器，其中磁记录材料为磁盘上的连续层，并且对于位图案化介质(BPM)，其中磁记录材料被图案化成离散数据岛或“位”。
一种类型的启用HAMR的写入头使用激光源和耦接到近场换能器(NFT)的光学波导来加热盘上的记录材料。来自激光源的光在执行写入操作之前加热磁记录介质的一部分(例如，盘16)。NFT通常位于滑块的位于或“悬在”盘表面上方的ABS处。NFT可具有大致三角形的输出端，使得在波导的表面处生成的消光波耦接到在NFT的表面上被激发的表面等离子体，并且在三角形的输出端的顶点处生成强光学近场。
来自激光器的光可通过波导芯层和NFT聚焦在磁性介质的精确位置上以降低在主写入杆执行写入操作之前磁性介质的该定位的矫顽磁力。这允许通过允许激光精确聚焦使得光能够被导向在磁性记录介质上的所需定位来实现改善的面密度。波长为例如780nm至980nm的半导体激光器可用作HAMR光源。激光器可被支撑在滑块28的顶部上，或者其可位于挠曲件30上并且通过光学通道耦接到滑块28。
在操作过程中，在音圈43已将读取/写入头29定位在盘16上的数据轨道上方之后，读取/写入头29(例如，启用HAMR的写入头)可用于将信息写入盘16的表面上的一个或多个轨道并且从盘16的表面上的轨道读取先前记录的信息。轨道可包括可磁化材料(例如，位图案化介质)的离散数据岛，或者盘16可具有可磁化材料的常规连续磁记录层。硬盘驱动器10中(例如，芯片50上)的处理电路将代表待写入到盘16的信息的信号提供给读取/写入头29并且从读取/写入头29接收代表从盘16读取的信息的信号。
为了从盘16读取信息，读取/写入头29可包括至少一个读取传感器。读取/写入头29中的一个或多个读取传感器可包括例如一个或多个巨磁电阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器或其他类型的磁阻传感器。当滑块28穿过在16盘上的轨道时，读取/写入头29检测由于记录在盘16上的磁场变化引起的电阻的变化，电阻的变化代表记录的位。
图2为根据一些实施方案的示例性磁性写入头100A的一部分的横截面示意图。磁性写入头100A包括在滑块28中，并且可包括图2中未示出的层和/或部件。磁性写入头100A具有头侧102、尾侧104和ABS 150。头侧102比尾侧104更靠近滑块28的头部边缘，并且尾侧104比头侧102更靠近滑块28的尾部边缘。头侧102在尾侧104穿过之前穿过待写入介质的区域。换句话讲，参考图1和箭头17，该箭头示出盘16旋转的方向，头侧102比尾侧104更靠近枢转点41。
磁性写入头100A包括耦接到主杆130的缝合层160，该主杆被配置为发射用于影响磁性介质的记录磁场。主杆130用作第一电极并且在ABS 150处具有前部。磁性写入头100A还包括第一返回杆110，该第一返回杆充当第二电极并且还在ABS 150处具有前部。如图2中所示，第一返回杆110比主杆130更靠近头侧102。相似地，主杆130比第一返回杆110更靠近尾侧104。缝合层160从ABS 150凹陷距离140。
磁性写入头100A(其可为HAMR头)还可包括NFT和波导，该波导可定位在主杆130和第一返回杆110之间。在其中磁性写入头100A包括NFT和波导的实施方案中，在操作期间，来自激光源的电磁能量(例如，光)被引入波导并且沿着波导的长度传播。在靠近ABS 150的波导的表面处产生消光波。消光波在沿着ABS 150的平面的方向上偏振，耦接到在NFT输出端头的表面上激发的表面等离子体。表面等离子体使得电荷沿向下轨道方向移动并且集中在NFT输出端头和主杆130的末端之间的ABS 150处的空间中，随后生成被称为光学近场点的局部电场。电场加热磁性介质的硬记录层的一部分，从而降低其在具体部分或“位”中的矫顽磁力，使得来自主杆130的磁场可改变其磁化。主杆130然后施加磁场并影响磁性介质在光学近场点处的部分的磁化。
如图2中所示，在ABS 150处，主杆130和第一返回杆110分隔开距离170A。主杆130的第一通量闭合路径由第一返回杆110提供，该第一通量闭合路径可为，相对来讲，相距主杆130很远的距离，尤其是如果波导和NFT位于主杆130和第一返回杆110之间，如上所述。较大距离170A相对于较小距离170A可导致较慢饱和(因此，较慢切换速度)。因此，为了改善磁性写入头100A的切换速度和性能，希望改善通量闭合。
改善磁性写入头100A的切换速度和性能的一种方法是减小主杆130和第一返回杆110之间的距离170A。但是，当磁性写入头100A包括HAMR光学器件时，这样做会降低光学效率，这会对磁性写入头100A的性能产生负面影响。此外，减小主杆130和第一返回杆110之间的距离170A可不期望地增加写入场的向下轨道分量，同时减小垂直分量。因此，需要改善切换速度的解决方案(即，切换磁性写入头的杆的磁极化所需的时间)，而不会引起实质的光学损耗和磁场降级(例如，垂直分量的减小和/或向下轨道分量的增加)。
为了改善通量闭合，图2的示例性实施方案在主杆130和尾侧104之间提供第二返回杆120。主杆130和第一返回杆110和第二返回杆120均由产生高饱和通量密度的磁性材料构成，例如NiFe、CoFeNi或CoFe。在图2的实施方案中，第二返回杆120具有与第一返回杆110类似的形状，其不同之处在于第一返回杆延伸朝向ABS 150处的主杆130。延伸朝向主杆130的第二返回杆120的部分具有在垂直于ABS 150的方向上延伸的高度122。在ABS 150处，第二返回杆120的末端与主杆130相距距离170B。距离170B可例如介于大约600nm和大约1000nm之间。第二返回杆120的距离140、170B和高度122可被优化以改善通量闭合。
图3A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头100B的一部分的横截面示意图，并且图3B为磁性写入头100B的主杆130和第二返回杆120的部分的更近视图。类似于图2的磁性写入头100A，图3A的磁性写入头100B包括主杆130、缝合层160、第一返回杆110和第二返回杆120。图3A中示出的缝合层160、第一返回杆110和第二返回杆120在图2的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。
在图3A和图3B中所示的实施方案中，主杆130包括ABS 150处的锥形部分132(即，锥形部分132延伸到ABS 150)。如图所示，锥形部分132朝向ABS 150逐渐变小。锥形部分132具有尾侧边缘133，该尾侧边缘与ABS 150形成角度134。在图3A和图3B中所示的实施方案中，角度134小于90度。在ABS 150处，锥形部分132在向下轨道方向延伸一距离136(即，在使用图3A和图3B中示出的轴线的y方向)。在图3A和图3B中所示的实施方案中，锥形部分132在朝向第一返回杆110的方向上延伸。在其他实施方案中，锥形部分132可在朝向第二返回杆120的方向上延伸。在ABS 150 处，主杆130和第二返回杆120分隔开距离170。距离170可例如介于大约600nm和大约1000nm之间。主杆130具有基本上垂直于ABS 150的边缘131。第二返回杆120具有面向主杆的边缘125，如图3B所示，该面向主杆的边缘基本上垂直于ABS150。面向主杆的边缘125和边缘131到ABS 150的投影在ABS 150处分隔开距离142。高度122(这也是图3A和图3B的实施方案中的面向主杆的边缘125的长度)，距离136、142和170，角度134和边缘133的长度(以及其他特性，包括其他尺寸、角度、材料等)是可以被选择或优化(例如，联合地)以提供通量闭合的所需水平的改善。
图4A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头100C的一部分的横截面示意图，并且图4B为磁性写入头100C的主杆130和第二返回杆120的部分的更近视图。类似于图2-图3A的磁性写入头100A和100B，图4A和
图4B的磁性写入头100C包括主杆130、缝合层160、第一返回杆110和第二返回杆120。在图4A和图4B的实施方案中，主杆130和第二返回杆120两者在ABS 150处包括锥形部分132、124。主杆130及其锥形部分132在图3A和图3B的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。
在示例性磁性写入头100C中，第二返回杆120还包括锥形部分124。锥形部分124具有面向主杆的边缘125，该面向主杆的边缘与ABS 150形成角度126。在图4A和图4B中所示的实施方案中，角度126大于90度，从而使锥形部分124形成楔形件。角度126和134可处于某种关系(例如，它们可为互补角度)，或者它们可彼此不具有关系。面向主杆的边缘125和边缘131到ABS 150的投影在ABS 150处分隔开距离142。
第二返回杆120的锥形部分124朝向主杆130延伸并且具有最大高度122，如从ABS150所测量。如本领域技术人员将会意识到的，面向主杆的边缘125的长度可以得自高度122和角度126(即，如同最大高度122除以对角度126的互补角度的正弦(即，180度减去角度126))。
在ABS 150处，主杆130和第二返回杆120分隔开距离170。距离170可例如介于大约600nm和大约1000nm之间。最大高度122，距离136，距离170，角度126、134，和边缘125、133的长度(以及任何其他特性，例如，尺寸、材料等)可被选择或优化(例如，联合地)以提供通量闭合的所需水平的改善。
图5A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头100D的一部分的横截面示意图，并且图5B为磁性写入头100D的主杆130和第二返回杆120的部分的更近视图。类似于图2-图4B的磁性写入头100A、100B和100C，图5A和图5B的磁性写入头100D包括主杆130、缝合层160、第一返回杆110和第二返回杆120。缝合层160和第一返回杆110在图2的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。具有锥形部分132的主杆130在图3A和图3B的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。
示例性磁性写入头100D还包括具有锥形部分124的第二返回杆120。在图5A和图5B的示例性实施方案中，锥形部分124为堆叠结构。堆叠结构为组装以形成锥形部分124的几何形状的任何结合。例如，堆叠结构可由两个四边形(例如，图5A和图5B所示的矩形，梯形和矩形等)的结合形成。图5A和图5B的堆叠结构包括两个四边形形状128A和128B。四边形形状128A包括具有长度122A的面向主杆的边缘125A。四边形形状128B包括面向主杆的边缘125B，该面向主杆的边缘具有等于锥形部分124的最大高度122B减去长度122A的长度。
第二返回杆120的锥形部分124朝向主杆130延伸并且具有最大高度122B，如从ABS150所测量。面向主杆的边缘125A和主杆边缘131到ABS150的投影在ABS 150处分隔开距离142A。面向主杆的边缘125B从ABS 150凹陷。该面向主杆的边缘与边缘131的投影的距离为距离142B，如图5A和图5B所示。
在ABS 150处，主杆130和第二返回杆120分隔开距离170。距离170可例如介于大约600nm和大约1000nm之间。最大高度122B，长度122A，距离136、142A、142B和170，角度134，和边缘125A、125B、133的长度(以及任何其他特性，例如，尺寸、材料等)可被选择或优化(例如，联合地)以提供通量闭合的所需水平的改善。
图6A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头100E的一部分的横截面示意图，并且图6B为磁性写入头100E的主杆130和第二返回杆120的部分的更近视图。类似于图2-图5B的磁性写入头100A、100B、100C和100D，图6A和图6B的磁性写入头100E包括主杆130、缝合层160、第一返回杆110，和第二返回杆120。缝合层160和第一返回杆110在图2的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。具有锥形部分132的主杆130在图3A和图3B的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。
示例性磁性写入头100E还包括具有锥形部分124的第二返回杆120。锥形部分124具有如从ABS 150测量的最大高度122C。在图6A和图6B的示例性实施方案中，锥形部分124为包括三个四边形形状128A、128B、128C的堆叠结构。在图6A和图6B的示例性实施方案中，三个四边形形状128A、128B和128C为矩形，但应当理解其他形状也可以使用或另选地使用。四边形形状128A包括具有长度122A的面向主杆的边缘125A。四边形形状128B包括面向主杆的边缘125B，该面向主杆的边缘具有等于高度122B减去长度122A的长度。四边形形状128C包括面向主杆的边缘125C，该面向主杆的边缘具有等于最大高度122C减去高度122B的长度。
第二返回杆120的锥形部分124朝向主杆130延伸。面向主杆的边缘125A和主杆边缘131到ABS 150的投影在ABS 150处分隔开距离142A。面向主杆的边缘125B从ABS 150凹陷。该面向主杆的边缘与边缘131的投影的距离为距离142B，如图5A和图5B所示。类似地，面向主杆的边缘125C也从ABS 150凹陷。该面向主杆的边缘与边缘131的投影的距离为距离142C，如图6A和图6B所示。
在ABS 150处，主杆130和第二返回杆120分隔开距离170。距离170可例如介于大约600nm和大约1000nm之间。高度122B、122C，长度122A，距离136、142A、142B、142C、170和136，角度134，和边缘125A、125B、133的长度(以及任何其他特性，例如，尺寸、材料等)可被选择或优化(例如，联合地)以提供通量闭合的所需水平的改善。
应当理解，图5A至图6B所示的堆叠结构仅仅是堆叠结构的示例。它们并非旨在限制可形成第二返回杆的锥形部分124的堆叠结构的特性。如上所述，构成堆叠结构的形状不必为矩形形状。可使用任何合适的形状(例如三角形、四边形等)。堆叠结构可包括附加的或另选的部件(例如，多于两个或三个形状)，其可具有任何合适的大小和形状。此外，构成堆叠结构的每个形状可以是形状的组合(例如，堆叠在矩形上的梯形)。
图3A至图6B示出锥形主杆130的一个实施方案。图7A至图9B示出了若干其他实施方案。
图7A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头100F的一部分的横截面示意图，并且图7B为磁性写入头100F的主杆130和第二返回杆120的部分的更近视图。类似于图2-图6B的磁性写入头100A、100B、100C、100D、100E，图7A和图7B的磁性写入头100F包括主杆130、缝合层160、第一返回杆110和第二返回杆120。缝合层160和第一返回杆110在图2的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。具有如图7A和图7B所示的锥形部分124的第二返回杆120在图4A和图4B的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。应当理解，尽管图7A和图7B示出了来自图4A和图4B的锥形部分124，但是锥形部分124可具有任何合适的形状和特性。锥形部分的其他示例性实施方案在图5A-图6B的描述中加以讨论。
主杆130包括ABS 150处的锥形部分132(即，锥形部分132延伸到ABS 150)。在ABS150处，锥形部分132在向下轨道方向延伸一距离136A(即，在使用图7A和图7B中示出的轴线的y方向)。
锥形部分132具有尾侧边缘133，该尾侧边缘与ABS 150形成角度134。在图7A和图7B中所示的实施方案中，角度134小于90度。锥形部分132还具有朝向第二返回杆120延伸的边缘137并且基本上平行于ABS 150。边缘137具有长度136B。
在ABS 150处，主杆130和第二返回杆120分隔开距离170。距离170可例如介于大约600nm和大约1000nm之间。高度122，距离136A、136B、142和170，角度134，和边缘133的长度(以及其他特性，包括其他尺寸、角度、材料等)是可以被选择或优化(例如，联合地)以提供通量闭合的所需水平的改善。
图8A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头100G的一部分的横截面示意图，并且图8B为磁性写入头100G的主杆130和第二返回杆120的部分的更近视图。类似于图2-图7B的磁性写入头100A、100B、100C、100D、100E和100F，图8A和图8B的磁性写入头100G包括主杆130、缝合层160、第一返回杆110和第二返回杆120。缝合层160和第一返回杆110在图2的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。具有如图8A和图8B中所示的锥形部分124的第二返回杆120在图4A和图4B的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。应当理解，尽管图8A和图8B示出了来自图4A和图4B的锥形部分124，但是锥形部分124可具有任何合适的形状和特性。锥形部分的其他示例性实施方案在图5A-图6B的描述中加以讨论。
主杆130包括ABS 150处的锥形部分132(即，锥形部分132延伸到ABS 150)。在ABS150处，锥形部分132在向下轨道方向延伸一距离136A(即，在使用图8A和图8B中示出的轴线的y方向)。在ABS 150处，主杆130和第二返回杆120分隔开距离170。距离170可例如介于大约600nm和大约1000nm之间。
锥形部分132具有第一尾侧边缘133A，该第一尾侧边缘与ABS 150形成角度134A。在图8A和图8B中所示的实施方案中，角度134A小于90度。锥形部分132还具有第二尾侧边缘133B，该第二尾侧边缘从ABS 150凹陷并且与该ABS形成角度134B。在图8A和图8B的实施方案中，角度134B小于角度134A。在其他实施方案中，角度134A、134B基本上相等，或者角度134B大于角度134A。角度134B可大约为零，从而使得尾侧边缘133B基本上平行于ABS 150(但从该ABS凹陷)。第一尾侧边缘133A和第二尾侧边缘133B相交于一点，该点为从投影朝向主杆边缘131的ABS 150的距离136B。如本领域技术人员将会理解，尾侧边缘133A、133B的长度可使用三角法来导出，并且例如距离136B、142、170和角度134A、134B。例如，尾侧边缘133B的长度为距离136B除以角度134B的余弦，并且尾侧边缘133A的长度为距离170减去距离136B、142，除以角度134A的余弦。
高度122，距离136A、136B、142和170，角度134A、134B，和边缘133A、133B的长度(以及其他特性，包括其他尺寸、角度、材料等)可被选择或优化(例如，联合地)以提供通量闭合的所需水平的改善。
图9A为根据一些实施方案的示例性磁性写入头100H的一部分的横截面示意图，并且图9B为磁性写入头100H的主杆130和第二返回杆120的部分的更近视图。类似于图2-图8B的磁性写入头100A、100B、100C、100D、100E、100F和100G，图9A和图9B的磁性写入头100H包括主杆130、缝合层160、第一返回杆110和第二返回杆120。缝合层160和第一返回杆110在图2的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。具有如图9A和图9B中所示的锥形部分124的第二返回杆120在图4A和图4B的讨论中加以描述，并且此处不再重复该描述。应当理解，尽管图9A和图9B示出了来自图4A和图4B的锥形部分124，但是锥形部分124可具有任何合适的形状和特性。锥形部分的其他示例性实施方案在图5A-图6B的描述中加以讨论。
主杆130包括ABS 150处的锥形部分132(即，锥形部分132延伸到ABS 150)。在ABS150处，锥形部分132在向下轨道方向延伸一距离136A(即，在使用图9A和图9B中示出的轴线的y方向)。在ABS 150处，主杆130和第二返回杆120分隔开距离170。距离170可例如介于大约600nm和大约1000nm之间。
锥形部分132具有第一尾侧边缘133A，该第一尾侧边缘与ABS 150形成角度134A。在图9A和图9B中所示的实施方案中，角度134A小于90度。锥形部分132还具有从ABS 150凹陷并基本上垂直于该ABS 150的第二尾侧边缘133B。在其他实施方案中，第二尾侧边缘133B不垂直于ABS 150。第二尾侧边缘133B具有长度135并且为从投影朝向主杆边缘131的ABS150的距离136B。锥形部分132还具有第三尾侧边缘133C，该第三尾侧边缘从ABS 150凹陷并且与该ABS形成角度134B。在图9A和图9B的实施方案中，角度134B小于角度134A。在其他实施方案中，角度134A、134B基本上相等，或者角度134B大于角度134A。角度134B可大约为零，使得第三尾侧边缘133C基本上平行于ABS 150(但从该ABS凹陷)。
如本领域技术人员将会理解，尾侧边缘133A、133C的长度可使用三角法来导出，并且例如距离136B、142、170和角度134A、134B。
高度122，距离136A、136B、142和170，角度134A、134B，长度135，和边缘133A、133C的长度(以及其他特性，包括其他尺寸、角度、材料等)可被选择或优化(例如，联合地)以提供通量闭合的所需水平的改善。
图10为将磁场的作为具有单个返回杆的写入头的写入电流(单位为mA)的函数的垂直分量(单位为奥斯特)与具有如本文所公开的两个返回杆的写入头的垂直分量进行比较的曲线图。如图10所示，添加第二返回杆导致所选择的写入电流的磁场的垂直分量实质增加。换句话讲，添加第二返回杆使得写入头能够使用较低的写入电流提供目标垂直场。
图11为将作为具有单个返回杆的写入头的写入电流(单位为mA)的函数的向下轨道磁场(单位为奥斯特)与具有如本文所公开的两个返回杆的写入头的向下轨道磁场进行比较的曲线图。如图11所示，添加第二返回杆导致针对最高到约70mA的所选择的写入电流在向下轨道方向上具有略微更高的磁场。但是，如图10示出，磁场的向下轨道分量的增加远远超过垂直分量中的增益。因此，通过使用如本文所述的第二返回杆来改善写入头的总体性能。
图12为将作为具有单个返回杆的写入头的写入电流(单位为mA)的函数的磁场幅度(单位为奥斯特)与具有如本文所公开的两个返回杆的写入头的磁场幅度进行比较的曲线图。如图12所示，添加第二返回杆导致针对最高到约80mA的所选择的写入电流具有更高的磁场幅度。换句话讲，添加第二返回杆使得写入头能够使用较低的写入电流提供目标磁场幅度。
图13为将作为具有单个返回杆的写入头的写入电流的函数的磁场角度与具有如本文所公开的两个返回杆的写入头的磁场角度进行比较的曲线图。如图13所示，场角度在很大程度上不受添加第二返回杆的影响。
图14是将磁场的作为三个示例性写入头的向下轨道定位的函数的垂直分量进行比较的曲线图。实心曲线对应于仅具有单个返回杆的写入头。其他两条曲线对应于具有如本文所公开的两个返回杆的写入头。虚曲线示出具有非锥形第二返回杆的写入头的垂直分量，并且点划线曲线示出具有锥形第二返回杆的写入头的垂直分量。如图14所示，添加第二返回杆在向下轨道方向上的所有感兴趣定位处提供更强的垂直分量。如点划线曲线所示，渐缩第二返回杆减小了主杆与第二返回杆之间的距离，这使得垂直分量中的峰值发生在刚好低于0.6微米的向下轨道定位处。相比之下，单个返回杆写入头和不具有锥形第二返回杆的双返回杆写入头的峰值接近1微米。
图15为写入头生成的写入场的垂直分量的二维曲线图，该二维曲线图对应于图14的点划线曲线。如图所示，在向下轨道方向上的写入场的垂直分量的最大振幅在中心(0.00交叉轨道)处发生在刚好低于0.6微米。
应当理解，存在可利用本文的公开的主杆130和第二返回杆120的几乎无限的组合。本文所示的示例性实施方案仅仅是不同主杆130和第二返回杆120组合的示例。其他组合是可能的。仅作为一个示例，图7A-图9B中所示的锥形主杆130可与图5A-图6B中所示的锥形第二返回杆120的任一个锥形第二返回杆结合使用。同样，特定具体实施可包括锥形主杆130和非锥形第二返回杆120，或者非锥形主杆130和锥形第二返回杆120。相似地，具体实施可包括非锥形主杆130和非锥形第二返回杆120。
此外，尽管本文的公开讨论了第二返回杆120的渐缩，但第一返回杆110也可为渐缩的或另选地为渐缩的。用于HAMR写入头的锥形返回杆110公开于2018年6月28日提交的题为“具有锥形返回杆的磁性写入头(MAGNETIC WRITE HEAD WITH A TAPERED RETURNPOLE)”的共同未决的美国专利申请16/022,273。美国专利申请16/022,273的内容的全文据此以引用方式并入以用于所有目的。
在上述描述和附图中，已阐述了具体术语以提供对所公开的实施方案的彻底理解。在一些情况下，术语或附图可暗示实施本发明不需要的具体细节。
应当理解，虽然本文在HAMR的上下文中提供了本公开，但这些概念和示例性实施方案并不限于HAMR具体实施。本文所公开的技术和实施方案可用于其他类型的写入头和其他类型的数据存储设备。
为避免不必要地模糊本公开，熟知的部件(例如，磁性写入头的部件)以框图形式示出和/或不被详细讨论，或者在一些情况下根本不进行讨论。
除非本文另有具体定义，否则所有术语应被赋予其尽可能广泛的解释，包括本说明书和附图暗指的含义以及由本领域的技术人员所理解的和/或如字典、论文等所定义的含义。如本文明确地所述，一些术语可能不符合它们的普通或惯例含义。如本说明书和所附权利要求书中所用，除非另外指明，单数形式“一个”、“一种”和“所述”不排除复数指代物。
除非另外指明，否则“或”一词应解释为具有包容性。因此，短语“A或B”应解释为意味着以下所有：“A和B两者，“A但不是B”和“B但不是A”。在本文中“和/或”的任何使用并不意味着单独的词“或”表示独占性。如本说明书和所附权利要求书中所用，“A、B和C中的至少一者”，“A、B或C中的至少一者”，“A、B或C中的一者或多者”和“A、B和C中的一者或多者”的形式的短语是可互换的，并且各自涵盖以下所有含义：“只有A”，“只有B”，“只有C”，“A和B但没有C”，“A和C但没有B”，“B和C但没有A”以及“所有A、B和C”。
在具体实施方式或权利要求书中使用术语“包括”、“具有”(having)、“具有”(has)、“带有”及其变型的范围内，此类术语旨在以类似于术语“包含”的方式包括，即，是指“包括但不限于”。术语“示例性”和“实施方案”用于表达示例，而非偏好或要求。
如本文所用，术语“在……上方”、“在……下方”、“在……之间”和“在……上”是指一个特征件相对于其他特征件的相对位置。例如，设置在另一特征件“上方”或“下方”的一个特征件可与另一特征件直接接触，或者可具有中间材料。此外，设置在两个特征件“之间”的一个特征件可与两个特征件直接接触，或者可具有一个或多个中间特征件或材料。
相反，在第二特征件“上”的第一特征件与第二特征件接触。附图未必按比例绘制，并且特征件的尺寸、形状和大小可与它们在附图中的描述基本不同。
尽管已公开了具体实施方案，但显而易见的是，在不脱离本公开的更广泛的实质和范围的情况下，可对其进行各种修改和改变。例如，至少在可行的情况下，可将任何实施方案的特征或方面与实施方案中的任何其他实施方案组合，或代替对应特征或其方面来应用。因此，本说明书和附图被认为是示例性意义的而不是限制性意义的。

Claims (20)

1.一种磁性写入头，包括：
头侧；
尾侧；
空气轴承表面(ABS)；
主杆，所述主杆设置在所述头侧和所述尾侧之间并延伸到所述ABS；
第一返回杆，所述第一返回杆设置在所述主杆和所述头侧之间；和
第二返回杆，所述第二返回杆设置在所述主杆和所述尾侧之间。
2.根据权利要求1所述的磁性写入头，其中所述主杆包括在所述ABS处的锥形部分，其中所述锥形部分包括与所述ABS成角度的尾侧边缘，其中所述角度小于90度。
3.根据权利要求2所述的磁性写入头，其中所述尾侧边缘为第一尾侧边缘并且所述角度为第一角度，并且其中所述锥形部分还包括从所述ABS凹陷并且与所述ABS成第二角度的第二尾侧边缘，其中所述第二角度小于90度。
4.根据权利要求3所述的磁性写入头，其中所述第一角度和所述第二角度基本上相等。
5.根据权利要求3所述的磁性写入头，其中所述第二角度小于所述第一角度。
6.根据权利要求5所述的磁性写入头，其中所述第二角度大约为零。
7.根据权利要求3所述的磁性写入头，其中所述锥形部分还包括第三尾侧边缘，其中所述第三尾侧边缘被设置在所述第一尾侧边缘和所述第二尾侧边缘之间，并且其中所述第三尾侧边缘基本上垂直于所述ABS。
8.根据权利要求2所述的磁性写入头，其中所述锥形部分为第一锥形部分，并且其中所述第二返回杆包括在所述ABS处且朝向所述主杆延伸的第二锥形部分。
9.根据权利要求1所述的磁性写入头，其中所述第二返回杆包括在所述ABS处且朝向所述主杆延伸的锥形部分。
10.根据权利要求9所述的磁性写入头，其中所述锥形部分包括与所述ABS成角度的面向主杆的边缘，其中所述角度大于90度。
11.根据权利要求9所述的磁性写入头，其中所述锥形部分包括第一面向主杆的边缘和第二面向主杆的边缘，其中所述第一面向主杆的边缘和所述第二面向主杆的边缘中的每一者基本上垂直于所述ABS。
12.根据权利要求11所述的磁性写入头，其中所述锥形部分还包括第三面向主杆的边缘，其中所述第三面向主杆的边缘基本上垂直于所述ABS。
13.一种磁性存储系统，包括根据权利要求1所述的磁性写入头。
14.一种磁性写入头，包括：
空气轴承表面(ABS)；
主杆，所述主杆延伸到所述ABS；
第一返回杆，所述第一返回杆延伸到所述ABS并且设置在所述磁性写入头的所述主杆和头侧之间；和
第二返回杆，所述第二返回杆设置在所述磁性写入头的所述主杆和尾侧之间，其中所述第二返回杆包括邻近所述ABS的锥形部分，其中所述锥形部分在朝向所述主杆的方向上延伸。
15.根据权利要求14所述的磁性写入头，其中所述主杆和所述第二返回杆之间的距离介于大约600nm和1000nm之间。
16.根据权利要求14所述的磁性写入头，其中所述锥形部分包括堆叠结构。
17.根据权利要求14所述的磁性写入头，其中所述锥形部分包括楔形件。
18.根据权利要求14所述的磁性写入头，其中所述锥形部分为第一锥形部分，并且其中所述主杆包括邻近所述ABS的第二锥形部分，其中所述第二锥形部分在朝向所述第一返回杆的方向上延伸。
19.根据权利要求18所述的磁性写入头，其中所述第一锥形部分包括楔形件或堆叠结构。
20.根据权利要求18所述的磁性写入头，其中所述第二锥形部分包括面向所述第二返回杆的边缘，其中所述边缘与所述ABS成角度，其中所述角度小于90度。
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