CN1234578A - 磁阻头 - Google Patents

Abstract

提供了一种采用MR元件作为磁探测器并在衬底上制作有磁头元件的MR头,它包含并联连接于MR元件的电容器。衬底由导电材料制成并用作组成电容器的一个电极。由于这种构造,MR头的MR元件很难由于ESD/EOS而被击穿。

Description

磁阻头

本发明涉及到磁阻头，它包含从磁记录介质探测磁场的磁阻元件。

已经证明，使用磁阻元件(以下称为“MR元件”)来探测磁记录介质磁场的磁阻头(以下称为“MR头”)存在着因静电放电(ESD)或电过载(EOS)造成MR元件击穿，从而损坏MR头的问题。

更确切地说，ESD或EOS会引起流向MR元件的过电流，过电流产生的热和磁场则会损伤MR元件。

据信，通过诸如晶片制作、加工、组装等一系列生产MR头的工艺，外部电荷通过工艺流入被生产的MR头并引起过电流流向MR头的MR元件，此过电流引起直接或间接损伤MR元件的热和磁场。

注意在晶片制作工艺中，一起组成MR头的磁头元件被制作在晶片衬底上。加工工艺是将其上已经制作有MR头元件的晶片衬底切割成单个的MR头小片，并用预定的方式对MR头小片进行机械加工。在组装工序中，这样加工过的MR头被安装在磁头底座上，而MR头的端子被连接到预定的引线，从而组装成包含MR头的磁头单元。

除上述考虑之外，MR头组装在磁头单元中之后在某些情况下MR元件也会因ESD/EOS而被击穿。更具体地说，例如当MR头被组装在硬盘驱动器中时，电荷可能从磁盘流入MR头，引起过电流流向MR头的MR元件。这种过电流也会损害MR元件。

为了防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿，已经提出过用DLC膜(类金刚石碳膜)或用钨之类的金属膜来涂敷MR头的ABS(空气承载表面)。

然而，用DLC或金属膜涂敷ABS表面并不能完全防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿。

在MR头被组合到磁头单元中之后，MR头的ABS表面的涂层能够有效地防止MR元件被击穿。但由于早期不能防止MR头被击穿，所以这种涂层在MR头制造工艺的最后阶段才制作。

而且，由于金属膜会使MR元件短路，故用金属膜的ABS表面涂层会降低读出的输出。

因此，本发明的目的是借助于提供包含从磁记录介质探测磁场的MR元件的MR头而克服现有技术的上述缺点，不用MR头的ABS表面涂层而防止了MR元件由于ESD/EOS而被破坏。

借助于提供采用MR元件作为磁探测器并具有制作在衬底上的磁头元件的MR头能够达到上述目的。所述MR头包含并联连接于MR元件的电容器以及由导电材料制成的用作形成电容器一个电极的衬底。

在此MR头中，由于电容器并联连接于MR元件，若外部电荷对MR元件施加高电压，则电流主要流向电容器侧。因此，即使电荷从外部流入，也不会有过电流流向MR元件。亦即，并联连接于MR头中的MR元件的电容器有效地防止了过电流流向MR元件。

而且，在MR头中，其上制作磁头元件的衬底被用作电容器的一个电极以便防止过电流流向MR头。利用衬底作为电容器的电极，有可能相当自由地设定电容器的电容。借助于将电容器的电容设定成足够大，由于在MR元件被施加很高的电压时产生的大部分电荷将流向电容器侧，故几乎能够完全防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿。

利用衬底作为电容器的电极来防止MR元件由于ESD/EOS而受到损伤，有可能在比MR头制造工序中制作磁头更早的阶段中制作电容器。这样，借助于在比制作磁头元件更早的阶段中制作电容器以防止MR元件由于ESD/EOS而被损伤，即使在MR头正被制造的过程中，也有可能防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿。

从参照附图对本发明最佳实施例的下列详细描述中，本发明的这些目的和其它目的、特点以及优点将变得更为明显。

图1是包含根据本发明的MR头的磁头的一个实施例的局部剖面透视图；

图2是图1的磁头沿通过第一导体的平面的剖面图；

图3是包括在图1MR头中的MR头的等效电路；

图4图示了当外部电荷流入MR头时，流向由衬底和导电层组成的电容器的电流I1以及流向MR元件侧的电流I2随时间的变化；

图5是包含根据本发明的MR头的磁头的另一个实施例的局部剖面透视图；

图6是包含根据本发明的MR头的磁头的再一个实施例的局部剖面透视图；

图7是图6的磁头沿通过第一导体的平面的剖面图；

图8是图6的磁头沿通过第二导体的平面的剖面图；

图9是包含根据本发明的MR头的磁头的另一个实施例的沿通过第二导体的平面的剖面图；

图10是包含根据本发明的MR元件的MR头的又一个实施例的剖面图；

图11是图10的磁头沿通过第二导体的平面的剖面图。

第一实施例：

参照图1和2，其中示出了包含根据本发明的MR头的磁头的第一实施例。图1是作为第一实施例的磁头1A的透视图，为了易于了解磁头1A的内部结构而剖开了其中一些部分，图2是图1中磁头1A的剖面图。

磁头1A准备用于硬盘驱动器。它包含其上制作有根据本发明的MR头的由导电材料制成的衬底2以及制作在MR头上的感应磁头。MR头作为读出头，而感应磁头作为写入头。

此MR头是所谓屏蔽式MR头，它包含制作在衬底2上的绝缘层3、制作在绝缘层3上的导电层4、经由绝缘层3制作在导电层4上的第一磁屏蔽5、经由绝缘层3制作在第一磁屏蔽5上的MR元件6、以及经由绝缘层3制作在MR元件上的第二磁屏蔽7。

衬底2由诸如Al₂O₃-TiC之类的导电材料制成。在制造磁头1A的过程中以及当磁头1A被内建到硬盘驱动器之类中时，衬底2被连接于地电位。

绝缘层3由诸如Al₂O₃、SiO₂之类的绝缘材料制成。虽然在图1和2中未示出绝缘层3的层结构，但由于在衬底2上相互层叠地制作了一起形成磁头1A的各个层，故绝缘层3实际上是由多个层组成的。

导电层4由诸如Cr、Ti、Ta、W、Mo、Cu或它们的合金之类的导电材料制成。导电层4经由绝缘层3正对着衬底2。这样，导电层4和衬底2就一起组成一个电容器。

由衬底2和导电层4组成的电容器的电容，用下列关系表示：

C=εS/d    ..(1)

其中ε是衬底2与导电层4之间的绝缘层3的介电常数，d是衬底2与导电层4之间的距离，S是导电层4的面积。

因此，借助于改变衬底2与导电层4之间的距离d以及导电层4的面积S，能够自由地设定电容器的电容。

需要注意的是，电容器的电容最好应该设定为足够大，以防止由于ESD/EOS而击穿MR元件6。因此，衬底2与导电层4之间的距离d最好应该尽可能小到不发生介电击穿的程度。同时，导电层4的面积S应该尽可能大。导电层4的面积S可以一直增大到衬底2的平坦顶部的面积。

需要注意的是，若导电层4的面积S被做成与衬底2的平坦顶部的面积一样大，则导电层4在磁头1A侧面处将被暴露。从防止磁头1A侧面处短路的观点出发，导电层4在磁头1A侧面处最好应该不被暴露。因此，导电层4最好应该具有在磁头1A侧面处不会被暴露的范围内的最大可能的面积S。

第一磁屏蔽5经由绝缘层3制作在导电层4上。第一磁屏蔽5对MR元件6以下的各个层进行磁屏蔽。磁屏蔽5由诸如Ni-Fe之类的软磁性材料制成。MR元件6经由绝缘层3制作在第一磁屏蔽5上。

MR元件6是电阻根据外部磁场的幅度而变化的元件。它由例如用溅射方法依次制作的Ta层、NiFeNb层、Ta层、NiFe层和Ta层组成。在这样构成的MR元件6中，NiFe层是所谓的软邻近层(SAL)，它具有磁阻效应，用作磁探测器。NiFeNb层也是SAL层，用来对NiFe层施加垂直偏置磁场。注意，MR元件6可以不总是如上所述地构建，如有需要，也可以根据磁读取系统的要求来恰当地构建。亦即，可以采用呈现所谓巨磁阻(GMR)效应的MR元件。

MR元件6被制成具有矩形形状且其一个横侧面在磁记录介质对面暴露。MR元件6在其相对两端处分别排列有永久磁铁8和9，以便将水平偏置磁场加于MR元件6。

永久磁铁8和9用来对MR元件6施加水平偏置磁场，以便稳定MR元件6的工作。它们最好应该由具有大的矫顽力的硬磁材料，更具体地说是CoNiPt、CoCrPt之类制成。

与MR元件6一端接触的永久磁铁8具有连接于其上的第一导体10，而与MR元件6另一端接触的永久磁铁9具有连接于其上的第二导体11。导体10和11用来对MR元件6施加读出电流。它们由例如Cr、Ti、Ta、W、Mo、Cu或它们的合金制成。

连接于永久磁铁8的第一导体10的一端制作成掩埋在绝缘层3中，而另一端制作成暴露出来。暴露的部分用作MR元件6对外连接的第一端子。当用磁头从磁记录介质读取磁信号时，通过第一导体10从第一外部连接端子对MR元件6施加读出电流。

同样，连接于永久磁铁9的第二导体11的一端制作成掩埋在绝缘层3中，而另一端制作成暴露出来。暴露的部分用作MR元件对外连接的第二端子。当用磁头从磁记录介质读取磁信号时，第二外部连接端子被连接于地电位。

而且，绝缘层3被制作在第一导体10下方，并在其中制作窗口，第一导体10通过此窗口连接于导电层4。换言之，此MR头的导电层4被电连接到MR元件6的一端。应该指出的是，第二导体11不连接于导电层4。

在MR元件6、永久磁铁8和9以及导体10和11上，经由绝缘层3制作第二磁屏蔽7。第二磁屏蔽7对MR元件6上的各个层进行磁屏蔽。它由诸如Ni-Fe之类的软磁材料制成。需要注意的是，除了对MR元件6上的各个层进行磁屏蔽的功能外，第二磁屏蔽7还用作制作在MR头上的感应磁头的磁芯。

制作在MR头上的感应磁头包含由第二磁屏蔽7和上磁芯12形成的磁芯以及绕在磁芯上的薄膜线圈13。

顶磁芯12与第二磁屏蔽7一起组成封闭磁路，用作感应磁头的磁芯。它由Ni-Fe之类的软磁材料制成。第二磁屏蔽7和顶磁芯12的前端正对着磁记录介质暴露，并在其后端彼此接触。注意第二磁屏蔽7和顶磁芯12制作有前端，以便在它们之间提供预定的间隙t1和正对着磁记录介质。

更具体地说，在磁头1A中，第二磁屏蔽7对MR元件6上的上方各个层进行磁屏蔽，同时用作感应磁头的磁芯，且第二磁屏蔽7和顶磁芯12一起形成感应磁头的磁芯。在第二磁屏蔽7和顶磁芯12之间形成并正对着磁记录介质的间隙t1，提供感应磁头的记录磁隙。

此外，第二磁屏蔽7上制作有掩埋在绝缘层3中的薄膜线圈13。薄膜线圈13绕在由第二磁屏蔽7和顶磁芯12制作的磁芯上。薄膜线圈13的二端被暴露出来(未示出)。在薄膜线圈13的二端上制作端子，用作感应磁头对外连接的端子。亦即，当磁头将磁信号写入到磁记录介质时，来自这些外部连接端子的写入电流将被馈至薄膜线圈12。

在如上所述构造的磁头1A中，由衬底2和导电层4形成的电容器用来防止过电流流向MR元件6。下面参照图3所示的MR头的等效电路来进一步描述这一点。

注意在图3中，用参考号A指出的虚线方框表示作为击穿MR元件6的一个因素的电荷源。更具体地说，电荷源被模拟成直流源E和电阻器R。

如图3所示，MR元件6的一端连接于外部电路。当MR头被驱动时，读出电流I，从外部电路加于MR元件6。注意MR元件6的端点中的第一导体10所连接的一个端点，被连接于第一外部连接端子也连接于其上的外部电路。MR元件6经由第二导体11连接于地电位。亦即，第二外部连接端子连接于地电位。

在此MR头中，由衬底2和导电层4形成的电容器C₁在第一导体10连接于其上的MR元件6侧并联连接于MR元件6。注意连接于MR元件6的电容器C₁侧对应于导电层4。另一方面，不连接于MR元件6的电容器C₁侧对应于衬底2，且连接于地电位。在图3中，电阻器R₁是连接于MR元件6与导电层4之间的电阻器(亦即第一导电层10的电阻器)。

实际上，在MR元件6中也出现寄生电容，但由于寄生电容比之衬底2与导电层4所形成的电容器C₁的电容是非常小的，故此处将其忽略，不再加以描述。

当电荷从图3中参考号A所示的电荷源流入时，流向电容器C₁的电流I₁由下列关系(2)表示，而此时流向MR元件6的电流I₂由下列关系(3)表示： $I_1=\frac{R_{\mathrm{mr}}E}{F}{e}^{-\frac{(R_{\mathrm{mr}}+R_1)t}{C_{1}F}}---\left(2\right)$ $I_2=\frac{E}{R_{\mathrm{mr}}+R}(1-\frac{R_{\mathrm{mr}}R}{F})e^{-\frac{(R_{\mathrm{mr}}+R_1)t}{C_{1}F}}---\left(3\right)$

其中F=RR₁+R₁R_mr+R_mrR。

如从关系(1)和(2)可见，流向电容器C₁的电流I₁和流向MR元件6的电流I₂根据某个时间常数而变化。更具体地说，当电荷从电荷源流入时，流向电容器C₁的电流I₁和流向MR元件6的电流I₂如图4所示变化。

如从图4可见，起初，在电荷从电荷源流入MR头之后，电流将流向由衬底2与导电层4组成的电容器C₁，同时有少量电流流向MR元件6。

当瞬间施加高电压时，由于ESD/EOS而发生MR元件击穿。因此，直流电源E实际上是具有某个时间常数的电源。所以，若电容器C₁具有足够的电容和足够大的时间常数，则很少有电流流向MR元件6。

在上述的MR头中，如前所述，借助于改变一起形成电容器C₁的衬底2与导电层4之间的距离d以及导电层4的面积S，能够自由地设定电容器C₁的电容。若电容器C₁的电容被设定成使电容器C₁对从外部流入的电荷具有足够大的时间常数，则即使外部电荷流入，也很少有电流流向MR元件6。于是，MR元件6就不会被击穿。

当积累在电容器C₁中的电荷流入MR元件6时，有可能击穿MR元件6。但由于实际上在MR元件6与电容器C₁之间提供了电阻器R₁，能量被电阻器R₁消耗了，以致电容器C₁中的电荷不会严重地损伤MR元件6。

如上所述，在MR头中，当电荷从外部流入时，电荷会积累在由衬底2与导电层4组成的电容器C₁中，故不可能击穿MR元件6。

在磁头1A中，在衬底2上制作MR头的过程中，在制作MR元件6之前制作导电层4。这样，在制作MR元件6之前，就已经存在外部电荷流动时电流泄漏的路径。因此，磁头1A具有使MR元件6在整个磁头1A的制造工序中不会由于ESD/EOS而被击穿的结构。

第二实施例

现参照图5，其中示出了包含根据本发明的MR头的磁头的第二实施例。通常用参考号1B来表示磁头。图5是作为第二实施例的磁头1B的透视图，为了更容易了解磁头1B的内部结构，其某些部分被剖开了。在图5和图6-11中，用相似的或相同的参考号来表示与图1和2相似的或相同的元件，以下不再描述。

图5所示的磁头1B在制作在第一导体10下方的绝缘层3中制作了一个窗口，第一导体10通过此窗口连接于第一磁屏蔽5。注意在图5中，第一导体10和第一磁屏蔽5彼此连接的部分被示为圆圈B1所包围的区域。

在此磁头1B中，导电层4、第一磁屏蔽5和MR元件6具有相同的电位，以致能够更有效地防止MR元件6由于ESD/EOS而被击穿。

第三实施例

现参照图6-8，其中示出了包含根据本发明的MR头的磁头的第三实施例。通常用参考号1C来表示磁头。图6是作为第三实施例的磁头1C的透视图，为了更容易了解磁头1C的内部结构，其某些部分被剖开了。图7是磁头1C沿通过第一导体10的平面的剖面图，而图8是磁头1C沿通过第二导体11的平面的剖面图。

图6-8所示的磁头1C包含经由绝缘层3制作在衬底2上的第一导电层4a以及经由绝缘层3制作在第一导电层4a上的第二导电层4b。第一磁屏蔽5经由绝缘层3制作在第二导电层4b上。换言之，磁头1C包含第一和第二导电层4a和4b来取代图1和2所示的磁头1A中的导电层4。

如图6和7所示，磁头1C在制作在第一导体10下方的绝缘层3中制作了一个窗口，第一导体10通过此窗口连接于第一导电层4a。换言之，在包括于磁头1C中的MR头中，第一导电层4a电连接于MR元件6的一端。注意第二导体11没有连接到第一导电层4a。

如图8所示，在制作于第二导体11下方的绝缘层3中制作了一个窗口，第二导体11通过此窗口连接于第二导电层4b。换言之，在此MR头中，第二导电层被电连接于MR元件6的另一端。注意第一导体10没有连接到第二导电层4b。

在磁头1C中，衬底2和第一导电层4a一起形成一个电容器，同时，第一和第二导电层4a和4b也一起形成另一个电容器。此处假设，衬底2和第一导电层4a形成的电容器的电容为Ca，而第一和第二导电层4a和4b形成的电容器的电容为Cb。

此时，这些电容器彼此并联连接，因而总电容C为Ca+Cb。因此，此磁头1C中的电容器的电容能够做得比磁头1A和1B中的更大，从而更有效地防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿。亦即，二个导电层4a和4b一起形成电容器，从而确保MR元件更不容易由于ESD/EOS而被击穿。

第四实施例

现参照图9，其中示出了包含根据本发明的MR元件的磁头的第四实施例。通常用参考号1D来表示磁头。图9是磁头1D第四实施例沿通过第二导体11的平面的剖面图。在图9中，用相似的或相同的参考号来表示与图6-8相似的或相同的元件，以下不再描述。

图9所示的磁头1D在制作在第二导体11下方的绝缘层3中制作了一个窗口，第二导体11通过此窗口连接于第一磁屏蔽5。注意在图9中，第二导体11和第一磁屏蔽5彼此连接的部分被示为圆圈B2所包围的区域。

在此磁头1D中，第二导电层4b、第一磁屏蔽5和MR元件6具有相同的电位，以致能够更有效地防止MR元件6由于ESD/EOS而被击穿。

第五实施例

现参照图10和11，其中示出了包含根据本发明的MR元件的磁头的第五实施例。通常用参考号1E来表示磁头。图10是磁头1E沿通过第一导体10的平面的剖面图，而图11是磁头1E沿通过第二导体11的平面的剖面图。

磁头1E具有通过绝缘层3a制作在其正对着磁记录介质一侧上的导电层4c和制作在导电层4c上的绝缘层3b。

如图10所示，磁头1E在第一导体10上制作有已经制作在窗口(第一导体10通过此窗口暴露出来)中的绝缘层3。此部分被用作第一外部连接端子。如图11所示，绝缘层3也制作在第二导体11上。绝缘层3中制作有窗口，第二导体11通过此窗口暴露出来。此部分被用作第二外部连接端子。

在磁头1E中，如图10所示，经由绝缘层3a制作在正对着磁记录介质的磁头1E侧上的导电层4c，被连接于第一导体10。换言之，MR头中的导电层4c被电连接到MR元件6的一端。应该指出的是，如图11所示，第二导体11不连接于导电层4c。

在此磁头1E中，通过绝缘层3a制作在正对着磁记录介质的磁头1E侧上的导电层4c，与第二衬底2一起形成一个电容器，从而防止MR元件6由于ESD/EOS而被击穿。此结构特别适用于衬底2较厚，且衬底2的平坦顶部面积大于正对着磁记录介质的磁头侧的面积的情况。

前面已经用包含根据本发明的MR头的磁头的五个非限制性实施例描述了本发明。亦即，根据本发明的MR头的特征是，其上制作磁头元件的衬底被用作电容器的一个电极，以防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿，且本发明不局限于包括在上述实施例中的其它方面。因此，导电层可以经由绝缘层制作在衬底的底表面上(亦即未制作磁头元件处)，以形成防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿的电容器。

如上面已经详细描述的那样，根据本发明的MR头具有并联连接于MR元件的电容器，以致当外部电荷流入，从而对MR元件施加高电压时，电荷流入电容器。因此，在根据本发明的MR头中，即使电荷从外部流入，也没有过电流流向MR元件。这样，根据本发明的MR头的MR元件就很难由于ESD/EOS而被击穿。

而且，根据本发明的MR头采用衬底作为形成电容器的一个电极，从而能够相当自由地设定电容器的电容。因此，在本发明的MR头中，能够将用来防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿的电容器的电容设定成足够大，从而可以几乎完美地防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿。

而且，由于根据本发明的MR头采用了衬底作为形成电容器的一个电极，就有可能在制造MR头的工艺中制作磁头元件之前，先制作用来防止MR元件由于ESD/EOS而被击穿的电容器。因此，根据本发明，在MR头的制造工序中可防止MR元件被击穿。

Claims (5)

1．一种采用磁阻元件作为磁探测器并在衬底上制作有磁头元件的磁阻头，它包含：

并联连接于磁阻元件的电容器；

衬底由导电材料制成以便用作构成电容器的一个电极。

2．权利要求1所述的磁阻头还包含：

通过绝缘层制作在衬底上的导电层；

通过绝缘层制作在导电层上的第一磁屏蔽；

磁阻元件通过绝缘层制作在第一磁屏蔽上；以及

通过绝缘层制作在磁阻元件上的第二磁屏蔽；

绝缘层电连接于磁阻元件的一端；以及

电容器由衬底和导电层组成。

3．权利要求2所述的磁阻头，其中第一磁屏蔽电连接于导电层。

4．权利要求1所述的磁阻头还包含：

通过绝缘层制作在衬底上的第一导电层；

通过绝缘层制作在第一导电层上的第二导电层；

通过绝缘层制作在第二导电层上的第一磁屏蔽；

磁阻元件通过绝缘层制作在第一磁屏蔽上；以及

通过绝缘层制作在磁阻元件上的第二磁屏蔽；

第一导电层电连接于磁阻元件的一端；以及

电容器由衬底和第一导电层组成。

5．权利要求4所述的磁阻头，其中第一磁屏蔽电连接于第二导电层。

Images