CN1495707A - 带有研磨消耗凸部的磁存储器浮动块 - Google Patents

带有研磨消耗凸部的磁存储器浮动块 Download PDF

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Abstract

一种用于制造具有磁传感器元件的浮动块的方法，包含如下步骤：在浮动块主体材料的晶片表面上形成一个或多个磁传感器元件；在上述晶片表面上形成一个掩模，以限定包含至少一个磁传感器元件的浮动块的位置、尺寸和形状，浮动块的形状包含伸过预定终止研磨的平面的消耗凸部，所述的消耗凸部的宽度小于浮动块的宽度；采用腐蚀掉上述掩模之外的材料的方法从上述晶片切出浮动块，上述的腐蚀方法在浮动块表面上形成大致垂直于上述晶片表面而延伸的消耗凸部；研磨带有消耗凸部的浮动块表面，直到到达预定平面为止。还公开了用这种方法得到的浮动块、晶片和数据存储器。

Description

带有研磨消耗凸部的磁存储器浮动块
技术领域
本发明总的涉及用于磁存储器的浮动块，具体涉及上述浮动块的制造方法和有利于制造的浮动块的结构，更具体地涉及浮动块结构的研磨要求以及研磨浮动块上表面的方法。
背景技术
图1示出现有技术的典型的磁头和磁盘系统10。在工作中，当磁传感器20在磁盘16的上方浮动时，它由悬吊架13支承着。通常称之为“磁头”或“浮动块”的磁传感器由两种元件组成，即履行记录磁转变点的功能的元件(记录头23)和履行读出磁转变点的功能的元件(读出头12)。进、出上述读出和记录头12、23(统称为“磁传感器元件”)的电信号沿着连接到或者说嵌入在上述悬吊架内的传导通道(导线)14传播。通常有两个分别连接读出头和记录头12、23的电连接垫圈(未示出)，该连接垫圈与电线或者说导线14相连接，该导线14在悬吊架13内通向臂式电子装置(未示出)。磁盘16固定在由心轴马达24驱动的心轴18上，使磁盘16转动。磁盘16具有一个基板26，在该基板26上沉积有多个薄膜件21，该薄膜件21具有可由记录头23记录用于信息编码的磁转变点的铁磁性材料。当磁盘在磁传感器20的气垫表面(ABS)下转动时，读出头12便读出磁转变点。
图2示出一种现有技术的磁传感器20在研磨前的中线剖视图。浮动块的基板43是一种坚固耐用的材料。所示的读出头12的元件是环绕着由绝缘层107、109包围的敏感元件105的第一屏蔽板(S1)和第二屏蔽板(P1/S2)，这种类型的磁传感器称为“合并磁头”，因为P1/S2层用作为读出头12的屏蔽板和记录头23的极片。磁头组还包括一个在背部与P1/S2相连接的第二极片(P2)，该第二极片P2在线圈37上方向下弯曲而沿记录间隙层面对着P1，从而在气垫表面(ABS)上形成记录间隙。在P2的首先接触到间隙层的部位称为零喉部高度(ZTH)。上述敏感元件105包括一种磁阻材料例如坡莫合金，但也可以是含有各种铁磁材料层和抗铁磁材料层的多层结构。上述的屏蔽板和极片是铁磁性材料例如NiFe或CoFe。在研磨之前，ABS上的材料和结构伸出至ABS之外。如图2所示，通过研磨将ABS平面之右边的材料去除，而精确地控制敏感元件105的长度(称为“条带高度”)和ZTH至ABS的距离(称为“喉部高度”)。按锯切法锯切平面的不确定性造成上述条带高度在微米级范围波动，从而导致不允许的磁性能波动。研磨作业是在现有技术中用于达到在毫微米级范围内精确控制条带高度的方法。
在制造薄膜式磁传感器的典型方法中，在一个晶片上同时做出很多个磁传感器。当基本的结构形成之后，便可将上述晶片锯成扇形的成排或单个的传感器。在上述的任何工步或所有工步上都可进行进一步的加工。虽然锯切法已是用于将晶片分割出单个浮动块的典型方法，但是最近已经应用含有等离子的粉糠剂的活性离子蚀刻(RIE)法或深的活性离子蚀刻(DRIE)法。浮动块的垂直于上述晶片被切割时露出的表面的表面形成浮动块的气垫表面(ABS)。
研磨作业后，在磁传感器20的ABS上形成通常称之为“轨道”的特征，该轨道在习惯上用于测定浮动块的气动特性，并用作传感器与转动中的媒质或静止的媒质相接触的接触区。
授予Zarouri等人的美国专利No.5321882公开了一种用于逐个地形成浮动块气垫表面的方法。所述的浮动块在从晶片切下的柱体依序地加工时由一种机械衬垫来支承。在授予Lackey的美国专利No.6093083中，将成排的浮动块牢牢固定到一种支架上进行加工。
浮动块可以成排地研磨，但最好在研磨前先切出单独的浮动块。虽然已经分离出单独的浮动块，但也可以将它们固定在支架上一次几个地进行研磨。研磨浮动块所需的工时是制造成本中的一大要素，因此，需要通过减少研磨工时来提高生产效率，并且良好地控制ABS表面的平直度。
发明内容
下面说明一种用于制造具有一个或多个可减少为形成气垫表面(ABS)而进行研磨所需工时的消耗结构(凸部)的浮动块的方法。按照本发明，可减少由研磨而去除的浮动块的材料量，并且不需额外的研磨或者说抛光工步。
在从一种晶片分离出单独的浮动块之前，先在浮动块表面上制出由不受深的活性离子蚀刻(DRIE)而去除的材料形成的掩模的图样，该掩模沿磁传感器元件的最接近预定要成为ABS的平面的部位的周围概括出一个消耗凸部，该消耗凸部使浮动块的待研磨的表面变得不在一平面，并在预定的ABS平面下延伸。当采用DRIE法单独地分离出浮动块时，掩模的包含消耗凸部的形状向下投入浮动块主体。消耗凸部盖住读出头和记录头的薄膜件。浮动块的表面上所具有的要由研磨作业去除的材料量比现有技术结构的少，即长宽比高，而现有技术结构则要求去除浮动块的整个平坦表面上的材料。上述的消耗凸部可减少通过研磨而去除的材料量，同时又可保持精确控制磁阻条带高度和喉部高度的能力。在一个实施例中，沿浮动块的ABS的外边缘设置附加的导轨，以便在研磨过程中保持浮动块对称，并防止浮动块向一侧倾斜。在研磨过程中，上述的消耗凸部和导轨部分地或完全地被消除。可以对各种不同的实施例选择最佳的消耗凸部的形状。
在另一个实施例中，消耗凸部的剖面形状做成具有一个在ABS研磨过程中有助于破断的缩颈部位，这样就进一步加快制造过程。在又一个实施例中，在浮动块的与ABS相对的侧面上设置一个凹槽，以便为毗邻的浮动块的消耗凸部提供一个空间，使多个浮动块在晶片表面上更紧密地隔开，从而在磁头制造过程中更有效地利用晶片材料。
附图说明
为了更完全地理解本发明的特征和优点，请参看下面结合附图阅读的详细说明，下列附图中，相同的标号代表所有附图中相同或相似的部件。
图1是一种可以应用本发明的浮动块的磁盘传动系统的简图；
图2是一种现有技术的磁传感器在研磨前的中线剖视图，示出研磨浮动块的作用和目的；
图3是按照本发明的第一实施例的具有多个浮动块掩模的晶片的局部视图；
图4是本发明第一实施例的由DRIE法切出的浮动块的等角图；
图5是示于图4的浮动块中的消耗凸部的放大图；
图6是按本发明第二实施例的浮动块的后部在研磨前的等角视图；
图7是图7所示的消耗凸部的放大图；
图8是本发明的浮动块和掩模的垂直于浮动块的后部(左边)和待研磨表面(底部)的中线剖视图；
图9是按照本发明的第三实施例的一种具有多个浮动块掩模的晶片的局部视图，上述浮动块的上表面上带有一个凹槽以便更有效地利用晶片；
图10是图9所示的在上表面上具有一个凹槽以便更有效地利用晶片的浮动块的等角视图；
图11示出本发明的一个实施例的浮动块在研磨前的后部情况，上述浮动块的消耗凸部和磁传感器元件偏离浮动块的中线；
图12示出本发明的一个实施例的浮动块在研磨前的后部，其磁传感器元件和带有缩颈部位的消耗凸部偏离浮动块的中线。
具体实施方式
图3是按照本发明的第一实施例的具有多个浮动块掩模53的晶片52的部分视图。基板43是一个可进行DRIE(深的活性离子蚀刻)加工的材料例如硅。上述的掩模53具有浮动块和消耗凸部32和任意的导轨34的形状。掩模53由抗DRIE的材料例如光敏性树脂或氧化铝制成。当晶片52以大致垂直于其表面对准的离子流进行DRIE加工时，便按掩模的形状切出具有消耗凸部的各个浮动块。虽然在磁头构件中也可采用不可由离子反应蚀刻加工的材料来形成消耗凸部，但是有缺点，即可能使一些磁头材料溅射并沉积在切口上，从而妨碍各浮动块的完全分离。上述的消耗凸部32和导轨34的截面形状的细节由掩模53的形状决定，这些部位的形状和尺寸将随本发明的各种实施例而变化。消耗凸部的形状不需要具有平坦面，因此可具有弯曲的和不规则的形状。掩模53与DRIE技术相结合可以比现有技术的锯切法去除浮动块之间的更多的材料。本发明的技术通过研磨法减少待去除的材料量可以使研磨方法比现有技术的方法进行得更快。
图4示出按图3所示的第一实施例在由DRIE法从晶片切出浮动块后的带有消耗凸部32的浮动块20的等角图，该图中的浮动块20的视图是浮动块表面的后部，也就是在使用时通过移动中的磁性媒质的最后部分的表面。导轨34和消耗凸部32延伸过从浮动块后部至前部包括浮动块的全长。磁头件31以阴影线示出，它伸入消耗凸部32内。上述的消耗凸部也可具有在现有技术中用的锚底件(未示出)以便在制造晶片过程中支承易碎的磁极尖端。所述的锚底件实际上可以是上述掩模的一部分，因为它通常是由一种在DRIE过程中不易蚀刻的材料例如NiFe制成的。磁头件31的内部结构与现有技术的相同，这些结构的细节与本发明无关，因此，本发明可对任何磁头结构加以应用，其包括作为制造过程中的一部分的研磨工序。磁头件31具有一个上层，其材料是不受活性离子蚀刻的材料例如CoFe或NiFe合金，因此，也可用作掩模的一部分。浮动块主体43的材料是一种可通过DRIE法去除的材料，硅是浮动块主体的优选材料，但是也可采用其他的可离子蚀刻的材料。上述的本实施例具有任意对称的导轨34，该导轨34设置在浮动块的待研磨的底面的两外边缘上，它们有助于研磨过程使研磨面不致于向一侧倾斜。在研磨过程中，浮动块的消耗凸部32必须面对着研磨板，并可相对于研磨板移动，或使研磨板移动。两个导轨34最好是高度和宽度相同，但其高度或宽度不必与消耗凸部相同。在研磨过程到某个时刻，导轨34和消耗凸部32的表面变成同一平面，因为突起的材料已被磨去。上述导轨34与用于控制浮动块的浮动特性的气动导轨有所不同，导轨34可在研磨过程中完全除去，这一点在下面将更详细地说明。
图5是图4中的消耗凸部32的放大图，该图示出了研磨过程可以终结的任选的平面，图中A-A平面是消耗凸部32的研磨前的底面。在另一个实施例中，凸部32之底面比导轨34矮些。B-B平面是一个研磨过程可以终结而留下一部分消耗凸部32且导轨(未示出)在包围浮动块的表面(即图中的C-C平面)下延伸的平面。研磨过程也可持续到到达消耗凸部和导轨完全去除以及浮动块表面的一些材料被除去的D-D平面为止。研磨过程终结的平面通常称为ABS，但是，在研磨后可能要添加一些附加的用于保护层、气动结构等的材料，故真实的最终ABS稍低于实际的研磨平面。
图6示出本发明第二实施例的具有消耗凸部32T的浮动块的等角图。在本实施例中，消耗凸部32T沿其横向在结构上是较弱的，因为它具有一个缩颈部分(像一个倒“T”形)，该缩颈部分有利于破断以便在研磨开始时除去大量的材料，从而进一步减少研磨I时。图7所示的停止研磨而形成ABS的各任意点的平面与图6和图4所示的相同。
图8是按照本发明的垂直于浮动块20的后部800和待研磨面(802平面)的浮动块和掩模的中线剖视图，该图中未示出导轨的细节。从图中可看出，消耗凸部32沿浮动块20的全长延伸。掩模53盖住了浮动块的整个表面，它是按现有技术沉积在磁头件上的外敷层61。平面802被视作消耗凸部32底面或研磨态ABS平面的基准。导轨(未示出)也沿浮动块的全长平行于消耗凸部32延伸。
图9示出本发明第三实施例的具有多个浮动块掩模53C的晶片52的局部视图，上述掩模53C的上表面(平行于ABS的表面)具有凹槽55。图10是本发明第三实施例的浮动块20的等角图。凹槽55的尺寸要做成可使毗邻的浮动块的消耗凸部32T或32(未示出)伸入，这就可使浮动块在晶片上更紧密地从而也更有效地定位。为了达到这个效果，导轨34必须不伸出至消耗凸部32T或32那么长。但是，在相邻浮动块上也可具有多个凹槽55以便接纳另外的消耗凸部例如导轨34。
上述的消耗凸部不必沿浮动块的中心平面设置。存在一个在敏感元件下方偏离消耗凸部的轴线设置磁传感器元件的选择方案。图11示出本发明的一个实施例的研磨前的浮动块的后部，该浮动块具有偏离浮动块中线设置的消耗凸部和磁传感器元件。在浮动块的ABS侧的另一部位上可做出另一个消耗凸块例如导轨34。例如，如图11所示，消耗凸块32和导轨34相对于浮动块的中心平面对称地设置。在想像中，这样可防止浮动块偏斜。在图12所示的另一个实施例中，偏置的消耗凸块32T可以做出一个如上所述有助于破断的缩颈部位。作为一个实例，可将倒“T”形结构偏离带有或不带有其他消耗凸部的浮动块的中心轴线设置以提高浮动块的研磨效率。
任何研磨工艺的一个问题就是要确定什么时候已去除了足够的材料而达到了敏感元件的合适的条带高度以及引入的记录头的喉部高度。为此目的，在现有技术中采用了电子研磨导向(ELG)技术，这种ELG可通过把它包含在导轨、消耗凸部本身、或浮动块的研磨后留下的其他任何部分而与消耗凸部一起使用。在本发明的另一个实施例中，可用敏感构件确定敏感元件的条带高度和喉部高度。采用敏感构件的优点是可使磁头结构简单一些，但是增加了在研磨时必须电连接敏感构件而不对敏感元件造成电损伤或机械损伤的复杂性。对于带有消耗凸部的浮动块来说，采用敏感构件作为研磨终点的检测器不是唯一的方法，而是可采用另外的磁头结构和研磨方法，以便对浮动块确定可再现的ABS平面。
除了上面已给出的特定的材料、厚度值等等之外，实施本发明的浮动块中的层次、结构和材料都是按现有技术确定并按现有技术制造的。
在本文所述的材料成分中未考虑到少量的杂质，而这些杂质正如本专业技术人员所熟知的那样在具体的实施例中是不可避免的。
虽然上面按具体的实施例说明了本发明，但是，本文所述的本发明并不限于本申请书的内容，本专业技术人员将会明白其各种改变和改型，这些改变和改型也属于本发明的范围。

Claims (30)

1.一种用于制造具有磁传感器元件的浮动块的方法，包含如下步骤：
在浮动块主体材料的晶片表面上形成一个或多个磁传感器元件；
在上述晶片表面上形成一个掩模，以限定包含至少一个磁传感器元件的浮动块的位置、尺寸和形状，浮动块的形状包含伸过预定终止研磨的平面的消耗凸部，所述的消耗凸部的宽度小于浮动块的宽度；
采用腐蚀掉上述掩模之外的材料的方法从上述晶片切出浮动块，上述的腐蚀方法在浮动块表面上形成大致垂直于上述晶片表面而延伸的消耗凸部；
研磨带有消耗凸部的浮动块表面，直到到达预定平面为止。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的形成掩模的步骤还包括在消耗凸部的第一侧形成第一导轨并在消耗凸部的第二侧形成第二导轨，上述的研磨浮动块表面的步骤还包括利用上述的第一和第二导轨帮助浮动块表面保持其所选定的相对于研磨板的方向。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的形成掩模的步骤还包括形成带有缩颈部位的消耗凸块，所述缩颈部位的宽度小于该消耗凸部的最宽部位的宽度。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的形成掩模的步骤还包括在浮动块上形成一个凹槽，以便使毗邻的浮动块的消耗凸部可伸入该凹槽。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于上述的切出浮动块的步骤还包含采用深的活性离子蚀刻法去除掩模外的材料。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，上述的深的活性离子蚀刻法采用了含等离子的粉糠剂。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的研磨浮动块的带有消耗凸部的表面直至到达预定平面为止的步骤还包括应用来自磁传感器元件的信号来确定何时到达预定的平面。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的预定平面通过消耗凸部及其停止研磨后留下的部分。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的消耗凸部偏离浮动块的中线。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，上述的形成掩模的步骤还包括在消耗凸部的第一侧形成一个导轨，而上述的研磨浮动块表面的步骤还包括利用上述导轨帮助浮动块表面保持其所选定的相对于研磨板的方向。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，上述的消耗凸部和导轨是对称地设置的。
12.一种未精加工的浮动块，包括：
一个设置在该未精加工的浮动块的预先选定要研磨的第一表面附近的磁传感器；
一个在预定的研磨平面下延伸并大致与上述磁传感器对准的消耗凸部，从而使垂直于上述研磨平面的线穿过磁传感器和上述消耗凸部，该消耗凸部的宽度小于上述第一表面的宽度。
13.根据权利要求12的未精加工的浮动块，其特征在于，还具有至少一个在上述第一表面上平行于上述消耗凸部设置的导轨，该导轨也在预定的研磨平面下延伸。
14.根据权利要求13的未精加工的浮动块，其特征在于，上述的消耗凸部偏离上述第一表面的中心线。
15.根据权利要求12的未精加工的浮动块，其特征在于，上述的消耗凸部在磁传感器附近具有一个缩颈部位，该部位的宽度小于消耗凸部的离磁传感器更远的较宽部位的宽度。
16.根据权利要求12的未精加工的浮动块，其特征在于，在该浮动块的第二表面上具有一个凹槽，所述的第二平面与上述第一平面平行，上述的凹槽大致与消耗凸部相对准，从而使一根垂直于第一和第二表面的线穿过上述的消耗凸部和凹槽。
17.根据权利要求12的未精加工的浮动块，其特征在于还包括：
设置在第一表面上消耗凸部的相对两侧的第一和第二导轨，该第一和第二导轨在预定的研磨平面下延伸；和
一个位于上述浮动块的第二表面上的凹槽，所述的第二表面与上述第一表面相平行，上述的凹槽与上述消耗凸部大致上相对准，从而使一根垂直于第一和第二表面的线穿过上述的消耗凸部和凹槽。
18.一种晶片，包括：
多个磁传感器；和
一个由抗深的活性离子蚀刻的材料形成的掩模，该掩模在每个磁传感器周围限定浮动块的形状，该浮动块形状包括位于其第一侧面上的要研磨的消耗凸部，该消耗凸部通过一个要终止研磨的预定平面，消耗凸部的宽度小于上述浮动块的第一侧面的宽度，它与上述的磁传感器大致相对准。
19.根据权利要求18的晶片，其特征在于，上述的掩模包含感光性树脂或氧化铝。
20.根据权利要求18的晶片，其特征在于，上述的消耗凸部在磁传感器附近具有一个缩颈部位，该部位的宽度小于消耗凸部的离磁传感器更远的较宽部位的宽度。
21.根据权利要求18的晶片，其特征在于，上述的浮动块形状在其第二侧面上具有一个可让毗邻的浮动块形状的消耗凸部伸入的凹槽。
22.根据权利要求18的晶片，其特征在于，上述的浮动块形状在其第一侧面上具有一个导轨。
23.根据权利要求22的晶片，其特征在于，上述的消耗凸部偏离上述的第一侧面的中线。
24.一种数据存储器，包括：
磁媒质；
一个包含磁传感器元件并具有突出在气垫表面上的消耗凸部的留下部分的浮动块，上述的消耗凸部的留下部分的宽度小于气垫表面的宽度，它与磁传感器相对准；和
一种使上述磁媒质相对于上述磁传感器移动以便在磁媒质上记录和读出磁转变点的装置。
25.根据权利要求24的数据存储器，其特征在于，上述的浮动块在其平行于上述消耗凸部留下部分的平面上具有一个凹槽。
26.根据权利要求24的数据存储器，其特征在于，上述的浮动块形状包括位于其气垫表面上的导轨。
27.根据权利要求24的数据存储器，其特征在于，上述的消耗凸部偏离上述气垫表面的中线。
28.根据权利要求24的数据存储器，其特征在于，上述的浮动块在平行于气垫表面的平面上具有一个凹槽，该凹槽与上述消耗凸部相对准，以使晶片上毗邻的浮动块的消耗凸部可在制造过程中伸入上述凹槽。
29.根据权利要求24的数据存储器，其特征在于，上述的浮动块的气垫表面上具有一个导轨。
30.根据权利要求24的数据存储器，其特征在于，上述的消耗凸部偏离上述气垫表面的中线。
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