专利名称：磁头结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用在磁盘装置中的磁头结构。
背景技术：
磁盘装置包括多个磁盘和插入在这些磁盘之间的多个磁头结构。磁头结构设在磁头浮动块中。磁头浮动块朝向磁盘的表面被称为浮动表面。该磁头结构包括线圈；磁极，其允许由线圈产生的磁通传送通过并且形成磁隙；绝缘层，其包围所述线圈；以及保护膜，其覆盖所述绝缘层和磁极，且这些元件都设在形成磁头浮动块的基板上。数据由于磁隙而可被写入磁盘。另外，在基板上布置有屏蔽层(shield)和读取元件(MR元件)。
当数据被写入磁盘中时，向线圈供应电流。流经线圈的电流产生磁通，并且在磁极的磁隙中漏出的磁通将数据写入磁盘。另一方面，当从磁盘读取数据时，通过MR元件读取数据。近年来，为了增大记录密度，减小了磁头浮动块的浮动量，从而例如将浮动量减少到等于或小于10nm。
在该磁头结构中，基板由Al2O3-TiC制成，线圈由铜制成，磁极和屏蔽层由磁性材料(例如，NiFe)制成，保护膜由氧化铝制成，并且绝缘层由树脂材料(例如，光致抗蚀剂)制成。这样，整个磁头结构被由氧化铝制成的保护膜覆盖，并且在磁头结构内设置有热膨胀系数与保护膜不同的线圈和绝缘层。
氧化铝的热膨胀系数为5.8×10-6，铜的热膨胀系数为17.2×10-6，作为磁性材料的坡莫合金的热膨胀系数为10×10-6，并且光致抗蚀剂的热膨胀系数为30-70×10-6。铜或磁性材料的热膨胀系数大约比氧化铝的热膨胀系数大两至三倍。光致抗蚀剂的热膨胀系数大约比氧化铝的热膨胀系数大10倍。
当磁盘装置内部的温度升高时或者当由于供应电流而导致温度升高时，由于该磁头结构的组成材料的热膨胀系数不同，因而在磁头结构中会出现热变形。这种热变形会造成浮动表面变形。
对浮动表面的变形的观察表明，由具有较大热膨胀系数的光致抗蚀剂构成的绝缘层和由磁性材料构成的屏蔽层产生了相当大的膨胀，且由此发生不期望的现象，即浮动表面靠近磁极的一部分朝向磁盘突出。如果浮动表面发生了变形，则磁头浮动块的最小浮动量明显减小，并且可能出现这样一种情况，即浮动表面靠近磁极的一部分与磁盘接触，从而降低可靠性。
因此，优选减少靠近磁极的该部分浮动表面朝向磁盘的突出量。
通常，提议通过改变绝缘层和保护膜的材料来减少靠近磁极的该部分浮动表面的突出量。例如，在日本未审专利公开特开No.2000-306213中，提出将保护膜分成两个部分，并且在比较靠近浮动表面的部分中采用具有较高杨氏模量的材料，而在离浮动表面较远的部分中采用具有较低杨氏模量的材料。此外，在日本未审专利公开特开No.2000-306215中，提出使用具有较低玻璃化转变点的树脂用于绝缘层。但是，如上所述，由于保护膜和绝缘层的热膨胀系数之间存在较大差异，并且由于屏蔽层也是变形中的因素之一，因此即使稍微减小在保护膜和绝缘层的热膨胀系数之间的差异，也不能根本解决热变形问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁头结构，通过该结构可以减小靠近磁极的一部分浮动表面朝向磁盘的突出量。
本发明的磁头结构的特征在于，其包括线圈；磁极，其允许由所述线圈产生的磁通传送通过并且形成磁隙；绝缘层，其包围所述线圈；和保护膜，其覆盖所述绝缘层和磁极，其中，如果将第一方向定义为当沿着所述线圈、磁极、绝缘层和保护膜层叠的方向观察时磁头结构的浮动表面侧延伸的方向，并且将第二方向定义为与垂直于所述第一方向的方向，则绝缘层在第一方向上的最大长度与在第二方向上的最大长度的比值等于或大于1.5。
根据该结构，可以通过将绝缘层在第一方向上的长度设定为比在第二方向上的长度大1.5倍以上，减少靠近磁极的那部分浮动表面朝向磁盘的突出量。在现有技术中，绝缘层在第一方向上的长度等于或小于在第二方向上的长度。这种情况的第一个原因在于，由于绝缘层只是设置用来使线圈绝缘的，因此在使线圈绝缘的情况下认为该绝缘层在第一方向上的长度足够了。第二个原因在于，随着绝缘层长度增加，绝缘层的热膨胀量也增加，并且认为靠近磁极的那部分浮动表面的突出量增加。本发明的发明人着重研究了这样的事实，即绝缘层在高温下不仅沿着朝向浮动表面的方向膨胀，而且还沿着相对于浮动表面横向的方向膨胀。如果绝缘层膨胀，则线圈在远离浮动表面的上部发生变形，并且沿着相对于浮动表面横向的方向膨胀的绝缘层部分局部地向上推动所述绝缘层上的保护膜，因此产生了使位于浮动表面侧的一部分保护膜转动的力矩。由于该力矩，浮动表面的外缘朝向磁盘变形，从而抑制了靠近磁极的那部分浮动表面的突出量。具体地，通过将绝缘层在第一方向上的长度设定为比在第二方向上的长度大1.5倍以上，从而增加在线圈上部处的变形区域，减少了朝向浮动表面的突出量，力矩更有效地增大，并且减少了浮动表面的突出量。
具体地，优选将绝缘层在第一方向上的长度与在第二方向上的长度的比值设定在1.5至6之间。
线圈可以为多层线圈或单层线圈。
例如，绝缘层由光致抗蚀剂制成，而保护膜由氧化铝制成。
根据本发明，如上所述，可以减小靠近磁极的那部分浮动表面的突出量。
从下面结合附图给出的说明将更加清楚地了解本发明的特征和优点，在附图中图1为显示出根据本发明的磁盘装置的一部分的示意图；图2为显示出磁头浮动块的立体图；图3为显示出磁头结构的剖视图；图4为沿着层叠方向观察时该磁头结构的视图；图5为俯视平面图，其显示出具有双层结构的线圈的上线圈；图6为俯视平面图，其显示出具有双层结构的线圈的下线圈；图7为显示出该磁头结构的热变形的剖视图；图8为一示意图，其显示出当绝缘层的长宽比改变时突出量的变化；图9为一示意图，其显示出在其它条件下当该绝缘层的长宽比改变时突出量的变化；图10为一示意图，其显示出在本发明以及现有技术中的磁头结构的浮动表面的位移；和图11为显示出磁头结构的修改例的剖视图。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行说明。图1为显示出根据本发明的磁盘装置的一部分的示意图。图2为显示出磁头浮动块的立体图。
磁盘装置10包括磁盘12和磁头浮动块14。磁头浮动块14具有浮动表面16和浮动导轨(未示出)。在操作中，磁盘12沿着由箭头X所示的方向旋转，并且磁头浮动块14相对磁盘12以浮动量Y和俯仰角Z浮动。浮动量Y例如大约为10nm。
磁头浮动块14包括形成浮动块主体的基板18和设在该基板18上的磁头结构20。磁头结构20是通过在基板18上层叠由几种材料制成的薄膜形成的。磁头结构20具有形成在基板18的端部上的线圈22和允许由线圈22产生的磁通传送通过且形成磁隙24的磁极26。另外，在基板18上设有屏蔽层28和读取元件(MR元件)30。
当数据被写入到磁盘12上时，向线圈22供应电流。流经线圈22的电流产生磁通，从而从磁极26的磁隙24泄漏的磁通将数据写入到磁盘12上。另一方面，当从磁盘12读取数据时，通过读取元件30读取数据。近年来，为了增加记录密度已经减少了磁头浮动块14的浮动量，例如浮动量已经减少至等于或小于10nm。
图3为显示出磁头结构20的剖视图。图3只显示出基板18的一部分，即，仅图1和图2中所示的基板18的端部的一部分。该磁头结构20具有线圈22和磁极26。线圈22具有由上线圈22U和下线圈22L构成的双层结构，并且上线圈22U和下线圈22L的中央部分相互连接。另外，在基板18上设有两层屏蔽层28，并且读取元件(MR元件)30设置在这两层屏蔽层28之间。
另外，该磁头结构20包括包围着线圈22的绝缘层32和覆盖着绝缘层32和磁极26的保护膜34。该绝缘层32具有与双层线圈22(22U和22L)对应的双层结构。这些元件通过层叠薄膜而形成。保护膜34具有相当大的厚度，并且也形成在上述多层之间。这里，将图3中的纵向方向称为层叠方向。
基板18由Al2O3-TiC制成，线圈22由铜制成，磁极26和屏蔽层28由磁性材料(例如，NiFe)制成，保护膜34由氧化铝制成，并且绝缘层32由树脂材料(例如，光致抗蚀剂)制成。整个磁头结构20被由例如氧化铝材料制成的保护膜34覆盖，并且在该磁头结构20内布置有热膨胀系数与保护膜34不同的线圈22和绝缘层32。形成保护膜34的氧化铝的热膨胀系数为5.8×10-6，形成线圈22的铜的热膨胀系数为17.2×10-6，形成磁极26和屏蔽层28的作为磁性材料的坡莫合金的热膨胀系数为10×10-6，并且形成绝缘层32的光致抗蚀剂的热膨胀系数为30-70×10-6。铜或磁性材料的热膨胀系数大约比氧化铝的热膨胀系数大两至三倍，而光致抗蚀剂的热膨胀系数大约比氧化铝的热膨胀系数大10倍。
在图3中，绝缘层32具有恒定的厚度，并且形成为其长度比在图3剖视图中所示的存在有线圈32的区域稍长。
图4为一示意图，其显示出当沿着层叠方向观察磁头结构20时线圈22和绝缘层32的形式。这里，将图4中的横向方向称为第一方向，而将图4中的纵向方向称为第二方向。如示意性地所示，绝缘层32具有沿着第一方向的宽度L1和沿着第二方向的宽度L2，并且L1≥1.5L2。而且，线圈22具有由上线圈22U和下线圈22L构成的双层结构。如示意性地所示，线圈22沿着第一方向的宽度为C1。
图5为俯视平面图，其显示出具有双层结构的线圈的上线圈22U。图6为俯视平面图，其显示出具有双层结构的线圈的下线圈22L。上线圈22U的内端和下线圈22L的内端相互连接。
线圈22U和22L都具有引线22a和线圈部分22b。线圈部分22b具有线圈内圆周部分22i和线圈外圆周部分22o。线圈22U和22L都形成为这样，从而使线圈外圆周部分22o的宽度W比线圈内圆周部分22i的宽度w大两倍。
图7为剖视图，其显示出磁头结构的热变形，采用有限元法计算该热变形。实线表示在现有技术中的变形，而虚线表示在本发明中的变形。现有技术中的磁头结构的构成元件的结构与在图3中所示的结构类似，但是在现有技术中绝缘层32在第一方向(横向方向)上的宽度L1等于或小于在第二方向(纵向方向)所进阿门嘎的宽度L2。换句话说，L1≤L2。在图7中，可知热变形主要由绝缘层32和保护膜34之间在热膨胀系数上的差异引起。具体地，该变形以这样的方式产生，即浮动表面16靠近磁极的一部分16A如由箭头A所示一样非常明显地朝向磁盘突出。磁头浮动块14的浮动量已经达到等于或小于10nm的范围，并且如果该部分16A的突出量增加，则磁头浮动块14的最小浮动量将显著减少，并且可能出现这样一种情况，即线圈22所处的浮动表面16的部分16A与磁盘12接触。因为磁头如图1中所示那样浮动，所以所述靠近磁极的该部分16A的突出量为从连接浮动表面16在基板18上的位置和浮动表面16在保护膜34的前端处的位置的直线突出的量。
本发明的申请人和发明人在日本专利申请No.2004-99055中已经披露了一种能够通过增大绝缘层32的体积来减小靠近磁极的那部分16A的突出量的结构。绝缘层32的体积增加是这样实现的，即，通过使绝缘层32沿着与浮动表面相反的方向延伸，或者通过相对于绝缘层32沿着与浮动表面相反的方向或沿着层叠方向设置由与绝缘层32相同的光致抗蚀剂材料制成的层。
如在日本专利申请No.2004-99055中所描述的一样，如果绝缘层32的体积增加到大于一定值，则保护膜34以由图7中的虚线所示的方式变形，从而可以减小浮动表面16靠近磁极的那部分16A沿着箭头A所示的方向的突出量。
通常，当绝缘层32的宽度增大时，绝缘层32的热膨胀量也增加，因此认为浮动表面16靠近磁极的部分16A的突出量也增加。本发明的发明人(也是日本专利申请No.2004-99055的发明人)已经发现这样的事实，即绝缘层32在高温下不仅沿着朝向浮动表面16的方向发生膨胀，而且还沿着相对于浮动表面16横向的方向发生膨胀。
如果绝缘层32膨胀，则绝缘层32的、沿着相对于浮动表面16横向的方向膨胀的部分局部地向上推动位于绝缘层32上的一部分保护膜34，因此产生使保护膜34所处的那部分浮动表面16转动的力矩M。由于该力矩M，浮动表面16的外缘(图7中保护膜34的上部最左端)朝向磁盘12变形，从而抑制了浮动表面16靠近磁极的那部分16A的突出量。
因此，通过增加具有较大热膨胀系数的绝缘层32的体积，可以减小浮动表面16靠近磁极的部分16A的突出量。顺便说一下，覆盖绝缘层32的保护膜34越厚，则绝缘层32的材料体积必须越大，以便使保护膜34变形，从而减小浮动表面16靠近磁极的部分16A的突出量。
但是，日本专利申请No.2004-99055只描述了增大绝缘层32的体积，而没有具体描述绝缘层32在第一方向上的宽度L1和在第二方向上的宽度L2之间的关系。通过进一步试验，本发明的发明人发现，不但绝缘层32的体积是重要的，而且绝缘层32在第一方向上的宽度L1和在第二方向上的宽度L2之间的关系也是重要的。
具体地，在本发明中，如图4所示，如果将绝缘层32在第一方向(横向宽度)上的宽度L1设定为比在第二方向(纵向方向)上的宽度L2大1.5倍以上，则在线圈22的上部处的变形量增大，结果，朝向浮动表面的突出量减小，力矩有效地增大，并且减小了在浮动表面处的突出量。
图8模拟显示出当将绝缘层32在纵向方向上的长度L2设定为恒定值65μm并且改变在横向方向上的宽度L1时突出量的变化情况。保护膜34的厚度被设定为12.5μm、17.5μm和22.5μm。在这种情况下，L1/L2以及绝缘层32的体积改变。由此应理解，当L1/L2的值增大时，突出量减小，并且在一定数值或更大的数值处变得恒定。这被认为是因为具有横向细长结构的绝缘层32的光致抗蚀剂减少了突出量，并且当光致抗蚀剂的体积随着保护膜34的厚度而达到一定值时，其减少效应饱和。
图9为一示意图，其显示出当将绝缘层32的体积设定为恒定值并且改变L1/L2的值时，靠近磁极的那部分16A的突出量的变化。并且在该情况下，将保护膜34的厚度设定为12.5μm、17.5μm和22.5μm。由于绝缘层32的体积恒定并且L1/L2比变化，因此如果L1/L2增大，则L1增大并且L2减小，或者绝缘层32的厚度减小。
从图9中所示的结果应理解，当L1/L2比(即绝缘层32在横向方向上的宽度L1与在纵向方向上的宽度L2的比值)大于1.5时，突出量具有一局部最小值。虽然用于该局部最小值的比值L1/L2随着绝缘膜34的厚度而变化，但是应理解的是，该比值大约在1.5至6之间。另外，随着保护膜34的厚度变得更大，所述部分16A的突出量的局部最小值的位置朝向L1/L2比值更小的方向运动。
本发明的特征在于，通过利用上述机理来减小所述部分16A的突出量。但是，如果绝缘层(光致抗蚀剂)32的长宽比L1/L2太大，则不能够期望获得减小所述部分16A的突出量的效果，因此重要的是根据保护膜34的厚度在包括局部最小值的预定范围内确定绝缘层32的长宽比。
图10为一示意图，其显示出在本发明中以及在现有技术中的磁头结构的浮动表面位移之间的比较。在根据本发明的磁头结构中，L1为50μm，L2为200μm，并且L1/L2为4.0，而在根据现有技术的磁头结构中，L1和L2为40μm，并且L1/L2为1.0，并且保护膜34的厚度在这两个结构中都为12.5μm，而且线圈在横向方向上的宽度C1为30μm。图10中的水平轴线表示磁头沿着层叠方向在浮动表面上的位置，而垂直轴线表示突出量(nm)。根据本发明，应理解的是，与现有技术相比，该突出量的最大值减少了10％至20％。
虽然上面对本发明的实施例进行了说明，但是显然本发明可以有各种修改。例如，在上述实施例中，线圈22为双层线圈，但是单层线圈也可以获得相同的效果。图11为具有单层线圈的磁头结构的剖视图。在图11中，设有单层线圈22，并且包围该线圈22的单层绝缘层32的L1/L2增大。
权利要求
1.一种磁头结构，其包括线圈；磁极，其允许由所述线圈产生的磁通传送通过并且形成一磁隙；绝缘层，其包围所述线圈；以及保护膜，其覆盖所述绝缘层和磁极，其中将第一方向定义为当沿着其中所述线圈、磁极、绝缘层和保护膜层叠的方向观察时磁头结构的浮动表面侧延伸的方向，并且将第二方向定义为与所述第一方向垂直的方向，则所述绝缘层在第一方向上的最大长度与在第二方向上的最大长度的比值等于或大于1.5。
2.如权利要求1所述的磁头结构，其特征在于，所述比值在1.5至6之间。
3.如权利要求1所述的磁头结构，其特征在于，所述线圈为多层线圈。
4.如权利要求2所述的磁头结构，其特征在于，所述线圈为多层线圈。
5.如权利要求1所述的磁头结构，其特征在于，所述线圈为单层线圈。
6.如权利要求2所述的磁头结构，其特征在于，所述线圈为单层线圈。
全文摘要
公开了一种磁头结构，其可以减小线圈所处的浮动表面的一部分朝向磁盘的突出量。该磁头包括线圈(22)；磁极(26)，其允许由所述线圈产生的磁通传送通过并且形成磁隙(24)；绝缘层(32)，其包围所述线圈；和保护模(34)，其覆盖所述绝缘层和磁极，如果将第一方向定义为当沿着其中所述线圈、磁极、绝缘层和保护膜层叠的方向观察时磁头结构的浮动表面侧延伸的方向，并且将第二方向定义为与所述第一方向垂直的方向，则绝缘层在第一方向上的最大长度与在第二方向上的最大长度的比值等于或大于1.5。
文档编号G11B5/31GK1838240SQ200510083139
公开日2006年9月27日 申请日期2005年7月13日 优先权日2005年3月23日
发明者青木健一郎 申请人:富士通株式会社