CN101241703A - 具有采用多种材料的螺旋线圈结构的磁写入头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于垂直磁记录的磁写入头，具有能够降低制造复杂性并提高制造的周期的螺旋线圈设计。所述写入头包括写入极和螺旋写入线圈，螺旋写入线圈具有经过写入极的上面的上部线圈部分和经过写入极的下面的下部线圈部分。上部和下部线圈部分通过连接柱相互连接。尽管上部和下部线圈部分由诸如Cu的非磁性导电材料构成，但是连接柱由诸如NiFe的磁性导电材料构成。通过采用磁性材料构建连接柱，能够在与用来制造写入头的各种磁结构，例如磁成形层和/或后间隙的制造步骤相同的制造步骤中构建所述连接柱。这通过删减了很多额外的制造步骤极大地简化了写入头的制造，否则将需要这些制造步骤来制造具有非磁连接柱的螺旋线圈。

Description

具有采用多种材料的螺旋线圈结构的磁写入头

技术领域

本发明涉及垂直磁记录，更具体而言，涉及具有螺旋线圈设计的写入头的制造方法，所述设计采用了多种材料来提高可制造性。

背景技术

计算机的长期存储器的核心是被称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、通过临近旋转磁盘的表面的悬臂悬置的写入头和读出头以及使悬臂发生摆动从而将读出头和写入头放置到旋转盘上的选定圆形磁道上的致动器。读出头和写入头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。悬臂使滑块朝向盘的表面偏置，在盘旋转时，临近盘的空气连同盘的表面一起运动。所述滑块依附于这一运动空气构成的垫在盘的表面上飞行。当滑块依附在气垫上时，采用写入头和读出头向旋转盘写入磁转变(transition)以及从旋转盘读出磁转变。将读出头和写入头连接到根据计算机程序工作的处理电路，以实现写入和读取功能。

写入头通常包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘叠层)内的线圈层，所述绝缘叠层夹在所述第一和第二极片(pole piece)层之间。通过处于写入头的气垫面(ABS)处的间隙层在第一和第二极片层之间形成间隙，并在后间隙(back gap)处连接所述极片层。传导至线圈层的电流在极片内引发磁通量，其使得磁场在ABS处的写间隙处弥散出来，其目的在于在运动介质上的磁道中例如前述旋转盘上的圆形磁道中写入上述磁转变。

在近来的读出头设计中，采用又被称为巨磁致电阻(GMR)传感器的自旋阀传感器从旋转磁盘检测磁场。所述传感器包括夹在被称为被钉扎(pinned)层和自由层的第一和第二铁磁层之间的被称为间隔层的非磁导层。将第一和第二引线连接至自旋阀传感器，从而通过其传导检测电流。垂直于气垫面(ABS)钉扎所述被钉扎层的磁化，并且自由层的磁矩平行于ABS，但是能够响应于外部磁场而自由旋转。通常通过与反铁磁层的交换耦合钉扎被钉扎层的磁化。

将间隔层的厚度选择为小于通过传感器的传导电子的平均自由程。凭借这一设置，能够通过间隔层与被钉扎层和自由层中的每者之间的界面散射一部分传导电子。在被钉扎层和自由层的磁化相对于彼此平行时，散射最小，在被钉扎层和自由层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化能够使自旋阀传感器的电阻与cosθ成比例变化，其中，θ是被钉扎层和自由层的磁化之间的夹角。在读取模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的幅度成比例变化。在通过自旋阀传感器传导检测电流时，电阻变化将引起电势变化，将所述电势变化进行探测和处理作为回放信号。

为了满足日益增强的对提高的数据率和数据容量的需求，研发人员近来将其工作重点放在了垂直记录系统的开发上。常规纵向记录系统，例如，结合了上述写入头的纵向记录系统沿磁盘表面的平面内的磁道将数据存储为具有纵向取向的磁位。这种纵向数据位是通过形成于由写间隙分隔的一对磁极之间的弥散场记录的。

相反，垂直记录系统则将数据记录为垂直于磁盘的平面取向的磁化。磁盘具有通过薄的硬磁顶层覆盖的软磁衬层衬层。垂直写入头具有带有非常小的截面的写入极和带有大得多的截面的返回极。高度集中的强磁场沿垂直于磁盘表面的方向从写入极发射，从而使硬磁顶层磁化。之后，所形成的磁通通过软衬层行进，返回至返回极，在该处，所述磁通充分展开并变弱，因而在其返回至返回极的过程中往回穿过硬磁顶层时，不会擦除通过写入极记录的信号。

为了进一步提高这样的磁头的写入场，可以为所述头配置螺旋写入线圈(与更为普通的扁平线圈相对)。可以将这样的螺旋线圈配置为具有通过所述写入极之上和之下的线匝。但是，难以构造这样的螺旋线圈，因为它们是沿垂直于淀积层的平面的尺度(dimension)形成的。换言之，如果将构成写入头的淀积层的平面看作是水平面，那么就要在垂直以及水平的尺度内构造所述写入线圈。

这一固有的制造困难导致了制造复杂性和成本的极大提高。因此，需要一种写入头结构，其允许使用螺旋写入线圈，同时能够使制造复杂性降至最低，从而能够以经济有效的方式实际制造出这样的写入头。

发明内容

本发明提供了一种具有螺旋写入线圈的写入头结构，能够以最低的制造复杂性和最少的制造步骤有效地制造所述螺旋写入线圈。所述写入头包括写入极和螺旋写入线圈，所述螺旋写入线圈具有经过所述写入极的上面的上部线圈部分和经过所述写入极的下面的下部线圈部分。所述上部和下部线圈部分通过连接柱(connection stud)相互电连接。尽管所述上部和下部线圈部分由诸如Cu的非磁性导电材料构成，但是所述连接柱由诸如NiFe的磁性导电材料构成。

通过采用磁性材料构建连接柱，能够在与用来制造写入头的各种磁结构，例如磁成形层和/或后间隙的制造步骤相同的制造步骤中有利地构建所述连接柱。这种做法通过删减了很多额外的制造步骤极大地简化了写入头的制造，否则将需要所述额外制造步骤来制造具有非磁连接柱的螺旋线圈。

在结合附图阅读了下述对优选实施例的详细说明之后，本发明的这些以及其他特征和优点将变得显而易见，在附图中始终采用类似的附图标记表示类似的元件。

附图说明

为了更充分地理解本发明的本质和优点，以及优选使用模式，可以接合附图阅读下述详细说明，以供参考，所述附图并非按比例绘制。

图1是其中可以实施本发明的盘驱动系统的示意图；

图2是沿图1的2-2线得到的滑块的ABS视图，示出了磁头在其上的位置；

图3是沿图2的3-3线截取并逆时针旋转了90度的根据本发明的实施例的磁头的截面图；

图4是沿图3的4-4线得到的写入头的ABS视图；

图5是沿图3的5-5线得到的写入头的顶视图；以及

图6是线圈连接结构和写入极二者的侧视截面图，将两图并排布置的目的在于说明所述结构的层之间的关系。

具体实施方式

下述说明给出了当前构思的实施本发明的最佳实施例。给出这一说明的目的在于对本发明的一般原理进行举例说明，而不是为了将所要求保护的发明概念限定于此。

参考图1，示出了实施本发明的磁盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转磁盘112支持在主轴114上并通过磁盘驱动马达118旋转。每一磁盘上的磁记录具有磁盘112上的同心数据道(未示出)的环形图案的形式。

至少一个滑块113处于磁盘112的附近，每一滑块113支持一个或多个磁头组件221。随着磁盘旋转，滑块113在磁盘表面122上沿径向内外移动，从而使磁头组件121能够访问写入预期数据的磁盘的不同磁道。每一滑块113通过悬臂115连接至致动器臂119。悬臂115提供轻微的弹力，从而使滑块113抵靠着磁盘表面122偏置。每一致动器臂119连接至致动器机构127。图1所示的致动器机构127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括可以在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过由控制器129提供的马达电流信号控制。

在磁盘存储系统的运转过程中，磁盘112的旋转在滑块113和磁盘表面122之间生出了气垫，其对滑块施加向上力或提升作用。因而气垫平衡了悬臂115的轻微的弹力，并支撑滑块113在正常运转过程中离开磁盘表面并以一小的基本恒定的间隔略微处于磁盘表面上方。

在运转过程中，通过控制单元129生成的控制信号，例如存取控制信号和内部时钟信号，控制磁盘存储系统的各个部件。典型地，控制单元129包括逻辑控制电路、存储机构和微处理器。控制单元129生成控制信号，以控制各种系统操作，例如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的头定位和选道控制信号。线128上的控制信号提供所需的电流分布，从而最佳地移动滑块113，并将其定位至磁盘112上的预期数据道。利用记录信道125实现往返于写入头和读出头121的写入信号及读取信号的传输。

参考图2能够更为详细地看到滑块113中的磁头121的取向。图2是滑块113的ABS视图，可以看到，包括感应写入头和读传感器的磁头位于滑块的尾缘上。对典型磁盘存储系统的上述说明和所附的图1中的图示仅做说明用途。显然，磁盘存储系统可以含有大量磁盘和致动器，每一致动器可以支持若干滑块。

现在参考图3，可以通过磁头302实施本发明。写入头302包括磁写入极304以及第一或底部磁返回极306。可以将写入极304构建到磁成形层308上。通过第一磁后间隙结构310将底部返回极306与成形层308以及写入极304磁连接。写入极304和第一返回极延伸至气垫面(ABS)。磁基座312可以在ABS处从第一返回极306的尾缘延伸。这一基座能够起到防止杂散场无意中抵达磁介质(未示出)的作用。可以由诸如NiFe或CoFe的材料构建第一返回极306、第一后间隙310、成形层308和基座312。写入极304可以由诸如CoFe的高磁矩磁性材料构成，并且优选具有包括通过非磁材料薄层分隔的CoFe层的层叠结构。

仍然参考图3，写入头302包括图3的截面图中所示的第一和第二线圈部分314和316，其可以由诸如Cu的导电材料构成。所述第一和第二线圈部分314和316是共同的螺旋线圈317的上部和下部。第一或者下部线圈部分314位于由诸如氧化铝的非磁性电绝缘材料构成的层313的顶上，并且嵌入到绝缘层318内，层318可以包括位于线圈的匝内和周围的硬烘焙(hardbaked)光致抗蚀剂层315，并且也可以包括位于线圈上面和前面的氧化铝填充层319。如图3所示，第二或上部线圈部分316嵌入到可以是硬烘焙光致抗蚀剂或某种其他材料的上部线圈绝缘层320内。写入头302可以包括其他非磁性电绝缘填充层，例如，位于成形层308和ABS之间的氧化铝(Al₂O₃)填充层322，以及位于写入极304和成形层308的上面的诸如氧化铝的平面化填充层324。

参考图3和图4，写入头302可以包括尾磁屏蔽件326，可以通过尾间隙328将其与写入极304的尾缘隔开。尾屏蔽件326可以由诸如NiFe或CoFe的磁性材料构成，尾间隙可以由诸如氧化铝(Al₂O₃)、Rh等的非磁材料构成。可以将所述尾屏蔽件形成为包围所述写入极304，其中，通过非磁侧间隙层402和404将尾屏蔽件的侧面屏蔽部分与写入极304隔开。或者，可以将尾屏蔽件构造为纯粹的尾屏蔽件，即，该尾屏蔽件不具有这些围绕写入极304的侧面部分。

如作为头302的ABS视图的图4所示，可以采用锥形或梯形构造写入极304，其有利于防止在向盘的内侧部分或外侧部分写入时，头302因头偏斜而无意中写入到相邻磁道中。

再次参考图3，还可以提供第二或上部返回极330，并且可以将其构造为与尾屏蔽件326接触，并且如图3所示，第二返回极330可以使尾屏蔽件326与第二后间隙部分332磁连接。因此，可以看到，尾屏蔽件326、写入极304和返回极306全部能够在从ABS移开的区域内相互磁连接。可以在上部返回极330的顶上提供由(例如)氧化铝构成的保护层334，以保护写入极302的元件不受腐蚀或其他损害。各种磁结构：第一返回极306、第一后间隙层310、成形层308、写入极304、第二后间隙332、第二返回极330基座312和尾屏蔽件326一起形成磁轭结构335。

如上所述，上部和下部线圈部分314和316是共同的螺旋写入线圈317的部分。参考图6，可以在顶视图中看到线圈317的下部314。如上文参考图3所示，下部314经过成形层308、写入极304和上部返回极330的下面。因此，如示出了下部314经过了这些磁结构的下面的图5所示，通过虚线示出下部314，以表明其在顶视图中隐藏在这些结构的后面。尽管线圈317的下部314经过这些不同的结构308、304、330的下面，但是，图5中仅示出了上部返回极330，因为其他的结构隐藏在了上部返回极330的下面。可以看出，下部线圈部分314超过写入头302的轭335显著横向延伸。上部线圈部分316也超过轭335显著横向延伸，但是，为了清晰起见，在图6中未示出上部线圈部分316。

继续参考图5，线圈317还包括与下部线圈部分314的末端连接的连接柱结构502。这些连接柱由导电材料构成，起着将下部线圈部分314与上部线圈部分316电连接以完成螺旋线圈结构317的作用。图3示出了上部线圈部分316，但是图5中未示出，其目的在于更为清晰地示出连接柱502和位于下面的下部线圈部分314。

图6示出了主写入头部分601与线圈317的外端部分之间的关系，主写入头部分与上文参考图3描述的结构类似。在图6中，将线圈317的外侧部分与主写入头部分601的截面并排示出，以说明每一结构的层之间的有利关系，但是，应当理解，它们并非按比例绘制，并且实际上的相对于彼此的取向未必如图6所示。参考图5的顶视图，能够更加清楚地理解外侧线圈部分相对于主写入头部分601的实际布局。

继续参考图6，可以看出，下部线圈部分位于下面的绝缘层603上。如上所述，下部线圈部分314由诸如Cu的非磁性导电材料构成。类似地，上部线圈部分316由诸如Cu的非磁性导电材料构成。另一方面，连接柱结构502部分或全部由诸如NiFe的磁性导电材料构成。由于连接柱部分的位置远离写入头302的磁极部分，因而采用磁性材料形成所述柱部分不会对写入头的性能造成不利影响。但是，采用磁性材料而不是诸如Cu的非磁材料形成柱部分502提供了显著的制造优势，在下文中将对其予以更加详细的说明。

从图6可以看出，柱部分502由与写入头的其他磁层对应的层构成，这意味着它们彼此由相同的材料构成，并且基本形成于同一构造高度(buildelevation)上。这允许在与形成写入头的其余部分时所采用的相同的光刻和淀积步骤中形成这些层。例如，如图6所示，柱结构502的层308b对应主写入头部分601的成形层308a。类似地，连接柱502的层332b对应主写入头部分601的上部后间隙层332a。连接柱502和主写入极部分601的层之间的关系用于举例说明。连接柱也可以具有对应于主写入极部分601的其他磁结构的层。连接柱502的层308a、308b可以由(例如)NiFe合金构成，例如，所述NiFe合金可以是具有大约20、55或78原子百分数的Fe的合金。换言之，Fe含量可以变化，其可以是任何百分比，例如，15-25原子百分数、50-60原子百分数或70-85原子百分数。但是，构成连接柱502的材料不限于NiFe或具有这些成分的NiFe合金。

底部线圈部分314的侧面可以由诸如硬烘焙的光致抗蚀剂层315的绝缘层包围，其使下部线圈部分3 14在主写入极部分601内绝缘。可以在层308b、332b的侧面提供另外的绝缘层602和604，从而使连接柱绝缘，这些绝缘层602、604可以由诸如氧化铝的非磁性电绝缘材料构成。类似地，可以采用用来使上部线圈部分316绝缘的硬烘焙的光致抗蚀剂绝缘层320使上部线圈部分316绝缘并对其加以保护。

上文参考图6描述的写入头设计极大促进了写入头内的螺旋线圈的制造。这是因为，通过使连接柱502由与主写入头部分601的结构(例如，308a、332a)相同的磁性材料构成，能够在用于制造写入头的相同的步骤中形成连接柱。因此，可以在无需额外的耗费成本的光刻、离子铣削、蚀刻和/或淀积步骤的情况下形成连接柱502，而这些步骤是在连接柱502由Cu构成时所需的。如果连接柱502由(例如)Cu构成，那么必须在绝缘层602、604内形成通孔，并且必须执行分离的掩模设置和淀积步骤来构建Cu柱。由不同的材料(例如，上文所述的)构建线圈减少了必须执行的制造操作的数量，并且降低了周期时间。事实上，本发明能够删减大约30项制造操作，并且能够使周期时间缩短22小时左右。

尽管已经描述了各种实施例，但是应当理解，这些实施例都是通过举例的方式给出的，其目的并非在于提供限制。对于本领域技术人员而言，落在本发明的范围内的其他实施例也可能变得显而易见。因此，本发明的范围和外延不应受到任何上述示范性实施例的限制，而是应当仅根据权利要求及其等同要件界定。

Claims (20)

1.一种用于垂直磁记录的磁写入头，包括：

具有前缘、尾缘以及第一和第二横向相对侧面的磁写入极，所述写入极延伸至气垫面；以及

导电写入线圈，其进一步包括：

形成于所述写入极之下的由非磁性导电材料构成的下部线圈部分，所述下部线圈部分与所述写入极隔开，并且横向延伸超过所述写入极的所述第一和第二横向相对侧面；

形成于所述写入极之上的由非磁性导电材料构成的上部线圈部分，所述上部线圈部分与所述写入极隔开，并且横向延伸超过所述写入极的所述第一和第二横向相对侧面；以及

连接柱，在横向超过所述写入极的所述第一和第二侧面之一的区域内与所述上部和下部线圈部分连接，所述连接柱包括磁性导电材料。

2.根据权利要求1所述的磁写入头，其中，所述连接柱包括NiFe。

3.一种磁写入头，包括：

由磁性材料构成的并且包括延伸至气垫面的磁写入极的磁轭结构；以及

螺旋写入线圈，其包括：

经过所述写入极的下面并且横向延伸超过所述磁轭结构的下部线

圈部分，所述下部线圈部分包括非磁性导电材料；

经过所述写入极的上面并且横向延伸超过所述磁轭结构的上部线

圈部分，所述上部线圈部分包括非磁性导电材料；以及

连接柱，在横向超过所述磁轭结构的区域内与所述下部线圈部分和

上部线圈部分连接，所述连接柱包括磁性导电材料。

4.根据权利要求3所述的磁头，其中，所述连接柱和所述磁轭结构的至少一部分由相同的材料构成。

5.根据权利要求3所述的磁头，其中，所述磁轭结构的至少一部分和所述连接柱的至少一部分包括NiFe。

6.根据权利要求3所述的磁写入头，其中，所述磁轭结构包括由磁性材料构成的磁后间隙结构，并且其中，所述连接柱的至少一部分由与所述后间隙结构相同的磁性材料构成。

7.根据权利要求6所述的磁头，其中，所述后间隙结构的至少一部分和所述连接柱包括NiFe。

8.根据权利要求6所述的磁头，其中，所述后间隙结构的至少一部分和所述连接柱的一部分在共同的制造步骤中形成。

9.根据权利要求3所述的磁写入头，其中，所述磁轭结构包括与所述写入极磁连接并且由磁性材料构成的磁成形层结构，并且其中，所述连接柱的至少一部分由与所述成形层结构相同的磁性材料构成。

10.根据权利要求9所述的磁写入头，其中，所述成形层结构和所述连接柱结构的至少一部分包括NiFe。

11.根据权利要求9所述的磁写入头，其中，所述成形层结构和所述连接柱结构的至少一部分在共同的制造步骤中构建。

12.根据权利要求3所述的磁写入头，其中，所述上部线圈部分和所述下部线圈部分由Cu构成，并且其中，所述连接柱的至少一部分包括NiFe。

13.一种用于垂直磁记录的磁写入头，包括：

由磁性材料构成的第一磁返回极，其具有设置在气垫面处的末端和与所述气垫面反向的末端；

位于所述第一磁返回极之上并且在所述的与所述气垫面反向的末端处与所述第一磁返回极磁连接的第一磁后间隙层；

形成于所述第一后间隙层之上并与其磁连接的磁成形层，所述磁成形层朝向所述气垫面延伸但未延伸至所述气垫面；

形成于所述磁成形层之上并与其磁连接的磁写入极，其延伸至所述气垫面；

形成于所述成形层之上并且在从所述气垫面移开的区域内与所述成形层磁连接的第二磁后间隙层；

形成于所述第二后间隙层之上并与其磁连接的第二磁返回极，其中，所述第一磁返回极、第一磁后间隙层、磁成形层、磁写入极、第二磁后间隙层和第二返回极一起形成了磁轭；

包括非磁性导电材料的下部线圈部分，其经过所述磁成形层和所述第一返回极之间，并且横向延伸超过所述磁轭；

包括非磁性导电材料的上部线圈部分，其经过所述磁成形层和所述第二返回极之间，并且横向延伸超过所述磁轭；以及

包括磁性导电材料的连接柱，其在所述磁轭之外的区域内形成于所述上部和下部线圈部分之间，并使所述上部和下部线圈部分相互电连接；其中

所述下部线圈部分、上部线圈部分和连接柱一起形成了围绕所述磁成形层的螺旋线圈。

14.根据权利要求13所述的磁写入头，其中，所述磁连接柱包括NiFe。

15.根据权利要求13所述的磁写入头，其中，所述第一磁后间隙层、磁成形层、第二磁后间隙层和连接柱均包括NiFe，并且其中，所述上部和下部线圈部分包括Cu。

16.根据权利要求13所述的磁写入头，其中，所述连接柱包括与所述磁成形层对应的磁层，所述磁层和所述磁成形层在所述写入头内形成于共同的构造高度。

17.根据权利要求13所述的磁写入头，其中，所述连接柱包括与所述第二磁后间隙层对应的磁层，所述磁层和所述第二磁后间隙层由相同的材料形成，并且在所述写入头内形成于共同的构造高度。

18.根据权利要求13所述的磁写入头，其中，所述连接柱包括与所述磁成形层由相同的材料形成并且形成于相同的构造高度的第一磁层，并且其中，所述连接柱还包括与所述第二后间隙层由相同的材料形成并且形成于相同的构造高度的第二磁层。

19.根据权利要求13所述的磁头，其中，所述上部和下部线圈部分包括Cu，所述连接柱和所述成形层包括NiFe，所述连接柱中的Fe的原子百分率与所述成形层中的Fe的原子百分率相同。

20.根据权利要求13所述的磁头，其中，所述上部和下部线圈部分包括Cu，所述连接柱和所述第二后间隙层包括NiFe，所述连接柱中的Fe的原子百分率与所述第二后间隙层中的Fe的原子百分率相同。

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