空气支承浮动块已广泛使用于磁盘驱动器，以将换能头适当定位在旋转 磁盘上方。在磁盘驱动器中，每个换能器在一旋转磁盘表面上方仅几纳米处 “飞行”。换能器安装在具有一带型面的浮动块组件中。当空气在磁盘和浮 动块之间流动时，空气的加压会产生一空气支承力，这种空气支承力是浮动 块轮廓以及两个表面的相对运动的结果。这一空气力阻止了换能器和旋转磁 盘之间的无意接触。这一空气支承也在浮动块换能器与旋转磁盘之间提供了 非常窄的间隙。这就得以进行高密度的磁性数据的转换并减少磨损和损伤。
磁盘存贮系统设计成具有越来越大的存贮容量，在磁盘上的同心的数据 磁道的密度日益增加(即，数据磁道的尺寸以及数据磁道之间的径向间隔不 断减少)，这就要减小在浮动块所携带的换能器与旋转磁盘之间的空气支承 间隙。获取磁盘中较高数据存贮密度的一个方面就是以超低的飞行高度操作 空气支承浮动块。
为使磁盘驱动器正常工作，浮动块必须保持适当的飞行高度并提供适宜 的接触刚度，以确保运行期间浮动块不会接触磁盘。还有，空气支承浮动块 必须具有在起动时较强的起飞性能，或是较强的倾斜加载/卸载性能，以限制 浮动块和磁盘之间的接触。这种接触会引起浮动块起飞和着陆期间对浮动块 的损伤。
飞行高度是磁记录最关键的参数之一。当浮动块的平均飞行高度减小时， 换能器可获得磁盘上各单个的数据位位置之间更高的分辨率。因此，希望使 换能器尽可能地贴近磁盘飞行。
在传统的空气支承浮动块中，浮动块本体由一导电陶瓷材料的基底薄片 形成。在该基底上，淀积有一绝缘材料的薄膜，并通过诸如溅射的工艺在其 中建立一金属的换能器。换能器通常包括一用于将磁性编码的信息存贮在一 磁性介质上的写入器部分和一用于从磁性介质获取磁性编码的信息的读出器 部分，这种换能器由许多带有图案的层连续堆叠在基底上形成。这种换能器 的体积通常要比基底的体积小得多。
既包括金属层又包括绝缘层的换能器的各层均具有与基底不同的机械和 化学性能。性能的差别影响着换能器的几个方面。首先，换能器的各层将以 不同的比率研磨，因而当在制造期间研磨换能器的空气支承面(ABS)时，不 同的材料将被去除不同的量，导致换能器具有一不平的ABS。通常，在研磨 过程中，换能器中金属层被磨去的量要比基底磨去的量大。因此，研磨过程 导致换能器的金属层相对基底的极端部凹陷(PTR)。一具体层的PTR定义 为在基底的平面空气支承面与该层的平面空气支承面之间的距离。
此外，绝缘材料经常要比换能器以更大得多的比率减少，导致材料凹陷， 引起在绝缘材料与浮动块本体基底材料的界面处可看得出的偏置。这种偏置 的可变性阻止了换能器像原本可能地那样贴近磁盘表面飞行。
还有，基底和换能器层不同的机械和化学性能进一步影响了换能器工作 期间的空气支承面。当磁性数据存贮和读取系统工作时，换能器经受到磁性 数据存贮和读取系统内升高的温度。此外，由于在换能器中的电流所引起的 热耗散，换能器本身或其一部分的温度可显著高于磁性数据存贮和读取系统 内的温度。
热膨胀系数(CTE)是温度增加1度后每单位长度的材料的长度变化的度 量。形成基底所用材料的CTE通常远小于形成换能器金属层所用材料的CTE。 由于换能器各金属层的CTE较大，这些层倾向于比基底膨胀更多的量。因而， 当换能器经受到较高的工作温度时，各金属层趋向于比基底突伸得更靠近磁 盘，从而影响了换能器的PTR。由温度引起的PTR中的这一变化称之为热PTR (TPTR)。
在磁性数据存贮和读取系统运行期间，换能器设置得密切贴近于磁性介 质。在换能器和介质之间的距离最好足够小，以允许对具有很大面密度的磁 性介质进行读写，并且这个距离又最好足够大，以防止磁性介质与换能器之 间相接触。换能器的性能主要取决于这一距离。
为保持换能器与磁性介质之间的距离恒定，PTR不应随温度显著变化。 如果TPTR很大，则换能器和介质之间的间隔将随温度显著变化，从而要求低 温飞行高度足够高，以适应在较高工作温度时的这一变化。另一方面，如果 TPTR接近于零，则可减少低温飞行高度。
因此，需要设计一空气支承浮动块，尽管有不同的机械和热的凹陷的干 扰，它仍能实现一恒定的、超低的换能器飞行高度。许多的TPTR源起于外露 于空气支承面的金属层。正是由于换能器的金属层与基底材料(它形成空气 支承面)之间的CTE不相匹配，造成热凸起的增加。需要这样一种空气支承 浮动块的设计，它可以从空气支承面消除基底，并从而减少换能头的TPTR。

本发明涉及具有一空气支承面的磁头。磁头包含一基底，基底具有由一 前面、一后面、以及第一和第二侧边界定的一与磁盘相对的面。浮动块包括 设置在基底后面上的一端层，其中，底涂层具有一与磁盘相对的面，并由热 膨胀系数大于基底的热膨胀系数的材料构成。一空气支承垫只形成在该端层 的与磁盘相对的面上。一换能头形成在空气支承垫中并外露于一空气支承面。
附图简述
图1为示出用于将一浮动块定位在磁盘的磁道上方的一磁盘驱动器致动 系统的俯视立体图；
图2为本发明浮动块的一实施例的仰视图；
图3A为图2所示浮动块的剖视图；
图3B为图2所示浮动块另一实施例的剖视图；
图4为本发明一浮动块的另一实施例的仰视图；
图5为图4所示的浮动块的剖视图。

图1示出磁盘驱动器10的俯视立体图，它包括一音圈电动机(VCM)12、 一致动臂14、一悬架16、一挠性件18、一浮动块20、一头部安装件22、以 及一磁盘24。浮动块20通过挠性件18连接到悬架16末端。悬架16在头部 安装件22处连接到致动臂14。致动臂14耦合于VCM12。如图1右侧所示， 磁盘24有许多磁道26，并绕轴28旋转。
在磁盘驱动器10工作期间，磁盘24的转动会产生空气运动，浮动块20 会与这种运动的空气相交会。该空气运动起到保持浮动块20在磁盘24上方 一很小的距离的作用，从而使浮动块20在磁盘24上方飞行。VCM12选择性 地运作，以围绕轴30移动致动臂14，籍此移动悬架16并将由浮动块20所载 的换能头(未示出)定位在磁盘24的磁道26上方。换能头的正确定位对于 读写在磁盘24的同心磁道26上的数据是必要的。
图2是空气支承浮动块20的仰视图。浮动块20具有与附接于挠性件18 的面或顶面(未示出)相对的一常平环。浮动块20还具有携带一换能头34 的一与磁盘相对的面32，换能头34面向磁盘24并从其读写数据。此外，浮 动块20还具有在其顶面和与磁盘相对的面32之间延伸的一前边36和一相对 的后边38。第一侧边40和第二侧边42在浮动块20的前边36和后边38之间 延伸。
空气支承浮动块20的与磁盘相对的面的轮廓对于浮动块20的飞行特性 有重要影响，对空气支承浮动块已设计出并采用了形形色色的轮廓。其中两 个例子包含在美国专利No.5,062,017(Strong等人)和No.5,343,343(Chapin) 中，并均转让给了Seagate Eechnology Inc.，并包含在此供参考。当磁盘驱 动器10工作时，浮动块必须保持在磁盘24上方超低的飞行高度。运行期间， 当浮动块20在磁盘24(图1)上方飞行时，在换能头34和磁盘24之间的磁 头介质间隙(HMS)必须基本保持恒定，以便准确地从磁盘上读取数据或将 数据写于其上。
浮动块20的与磁盘相对的面32形成了浮动块的一空气支承面44(ABS)。 空气支承面44是浮动块20的基准水平面。在图2所示的浮动块20中，所示 为一中心轨的一空气支承垫46设置在浮动块20的后边38附近。虽然图2中 未示出，但其它一些构件，如一十字轨、一通道、或具有一ABS的第一和第 二后部，可形成于浮动块20的与磁盘相对的面上，而另一些构件，如从ABS 凹陷的空气通道，可形成在与磁盘相对的面32中。
浮动块20包括一浮动块本体48，它由导电的、诸如Al2O3-TiC、TiC、Si， SiC、ZrO2之类的陶瓷衬体材料，或者与这些材料组合形成的其它合成材料的 薄片构成。一端层50在后边38邻近处形成浮动块20的换能器部分。端层50 包括一底涂层52和一外涂层54，且该两层由同样的材料形成。端层50由一 种绝缘材料制成，所示绝缘材料诸如二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、 氧化钇稳定的二氧化锆(Y2O3-ZrO2)、氧化铍(BeO)、氧化钇(Y2O3)、 或氮化钛(TiN)所构成。此外，端层50形成有一介电材料。界面56形成了 浮动块本体48和换能器部分50的不同材料、尤其是基底48和底涂层52之 间的交界面。
中心轨46，或称空气支承垫，单独设置在浮动块20的端层50上。中心 轨46与浮动块20的后边38邻接，并基本上沿浮动块20的中心线(C)设置。 中心轨46由与端层50相同的材料构成。中心轨46形成浮动块20的空气支 承面44。浮动块20的端层50和基底48从中心轨46凹陷。此外，在浮动块 20的与磁盘相对的面32上的附加的轮廓从由中心轨46所形成的空气支承面 44凹陷。
换能头34基本沿浮动块20的中心线形成在中心轨46中。换能头34是 由许多金属和绝缘层组成的多层装置。通常，换能头34的各金属部分由主要 为铁(Fe)、镍(Ni)、和/或钴(Co)的合金构成。例如，同样的层可由坡 莫合金，即含有约20％的铁和80％镍的一种NiFe合金构成。这类金属合金 通常具有很大的热膨胀系数(CTE)。例如Ni79Fe21的CTE约为12.2×10-6/ ℃。
在现有技术的浮动块中，端层50由一种绝缘材料构成，其化学和机械性 能与浮动块本体48所用基底材料的密切相匹配。本发明浮动块20的端层50 的材料的CTE与换能头34各金属层的CTE相当。端层50的CTE大于7×10 -6/℃。理想的是端层50的CTE近似等于换能头34金属层的CTE，后者约为 12.0×10-6/℃，以使两种材料的CTE密切相匹配。此外，底涂层52的厚度在 约2.0微米和30微米之间，虽然这一厚度可在这一范围内变化或超出这一范 围，这取决于AAB光工艺的对准能力。端层50的厚度在约10微米和约70 微米之间。
图3A是图2浮动块20的一部分沿其中心线20的剖视图。图2所示端层 50由底涂层52和外涂层54的组合构成。浮动块20包括基底浮动块本体48、 底涂层52、换能头34、以及外涂层54。浮动块20的空气支承面44形成在空 气支承垫46的与磁盘相对的面32上。由金属层和介电层形成的换能头34形 成在空气支承垫46中、底涂层52和外涂层54之间。通过改变一般由铣加工 形成的步深，可使浮动块本体48的其余部分从ABS凹陷。虽然图3中未示出， 浮动块20的与磁盘相对的面32可包括形成ABS的其它结构特征。
空气支承垫46形成浮动块20的空气支承面44，即基准水平。一般说， 不形成空气支承垫46的部分的底涂层52和外涂层54的部分从ABS凹陷。此 外，浮动块20的基底部48可从ABS凹陷约0.005微米至约0.3微米之间。换 能头34的PTR在离ABS约0.0075微米(凹)至约-0.005微米(凸)之间。
换能头34的各层均具有不同的机械和化学性能。由于这些不同的性能， 换能头34的各层将以不同比率研磨。于是，在制造过程中，换能头34的空 气支承面44的研磨会导致换能头34具有不平的ABS。通常，在研磨过程中， 从换能头34各金属层将比从基底48研磨掉更多的量，导致金属层相对基底48 产生极端部凹陷(PTR)。一具体层的PTR定义为基底48的ABS和该层的 ABS之间的距离。
换能头34各层不同的机械和化学性能还会影响运行期间换能头34的空 气支承面44。用于形成浮动块基底48的材料的CTE通常要比用于形成换能 头34金属层的材料的CTE低得多。由于金属层的CTE较大，这些层倾向于 比基底48膨胀更大的量，于是，当换能头34经受高的工作温度，金属层突 伸，比基底48更靠近磁盘表面(如图3所示)，从而影响换能头34金属层 的PTR。PTR的这一变化是由温度引起的，故称之为热PTR(TPTR)。
本发明针对TPTR的问题，采用一种底涂层和外涂层相结合的端层50， 构成它的材料的CTE与换能头34的金属层的CTE相等并密切相配。形成底 涂层52和外涂层54的材料的CTE大于7.0×10-6/℃，并包含、但不限于TiO2、 MgO、Y2O3-ZrO2、BeO、Y2O3、或TiN。此外，其中形成有换能头34的空 气支承垫46由与底涂层52和外涂层54相同的材料制成。
空气支承垫46仅形成在浮动块20的底涂层和外涂层相结合的端层50上， 并不延伸至浮动块20的基底48上。在等温加热期间，换能头34、空气支承 垫46、以及底涂层和外涂层相结合的端层50由于TPTR相对浮动块20的基 底48一致地膨胀和收缩，而不是换能头34相对磁盘24膨胀和收缩。因而， 在浮动块20的换能头34和磁盘24之间的飞行高度得以保持。换能头34、中 心轨46以及端层50的协调运动克服了在驱动器环境温度中的变化来保持飞 行高度。
用于浮动块20的基准面是空气支承垫46。由于换能头34和空气支承垫 46一致地膨胀和收缩，所以它们彼此协调地运动，并且换能头34相对于浮动 块20的ABS(中心轨)不存在TPTR。飞行高度根据作为基准点的空气支承 垫46确定，所以如果空气支承垫46的ABS以某一比率膨胀，飞行高度被保 持，但换能头34不会比ABS膨胀得更快。换言之，换能头34的极端部的高 度被保持恒定，所以当换能头34(极端部)膨胀并从ABS突伸时，基底48 相应地上下移动，且浮动块20没有任何部分接触磁盘。只要基底48从换能 头34凹陷，它就不会触及磁盘24。
在本发明的另一些实施例中，空气支承垫46设置在浮动块20的端层50 上，然而，它可位于后边38上任一点处。即，本发明的空气支承垫46并不 必需定位在浮动块20的中心线上，只要空气支承垫46只形成在端层50上即 可。
图3B是图2的浮动块20的另一实施例沿浮动块20的中心线的剖视图。 在图3B中，一介电层材料58形成在底涂层52和换能器34之间。如果底涂 层52由一介电材料构成，则就不需要单独的介电层(如图3A所示)。但是， 当底涂层52由其CTE与换能头34的金属层的CTE密切相配的一非介电材料 组成，时，则需要介电层58。
图4是本发明另一实施例的浮动块220的仰视图。在本发明的所有实施 例中，同样的结构均用同样的标号标示。与图2所示的浮动块20相似，浮动 块220包括一由基底材料构成的浮动块本体248、形成在浮动块220的后边238 上的一端层250、仅设置在端层250上的一中心轨246、以及形成在中心轨246 中的一换能头234。端层250由一底涂层252和一外涂层254组成。此外，浮 动块220包含一膨胀节或缓冲层260，所述膨胀节260沿界面256形成在基底 248和底涂层252之间。
图5是图4所示浮动块220沿其中心线C的剖视图。膨胀节260吸收基 底248和底涂层252之间的界面256的任何变形，并使周围层的轮廓基本不 受干扰。形成膨胀节260的材料的CTE通常大于基底248的CTE，并小于端 层250的CTE，膨胀节260的CTE最好为9×10-6/℃。膨胀节260的关键特 点是它具有较低的杨氏模量。膨胀节260的杨氏模量小于基体248和端层250 的材料的杨氏模量(看哪个更小)。膨胀节260的厚度与其杨氏模量有关。 当其杨氏模量降低时，膨胀节260所需的厚度也减少。用作膨胀节260的一 种合适的材料的例子是硅的氮氧化物(SiOxNy)。
膨胀节260沿基底248和底涂层252之间的整个界面256设置。但是， 在本发明的其它实施例中，膨胀节260可由基底248和底涂层252之间的若 干垫子或一形成图案的层构成。膨胀节260吸收底涂层252和外涂层254中 材料的膨胀，并消除中心轨246的变形。由于基底248的非弹性，通常会发 生变形，这可能抑制端层250的膨胀。膨胀节260吸收该变形，并允许端层250 和基底248彼此独立作用，以使在中心轨246中不产生变形。
本发明减少了换能头的热极端部凹陷和突起。本发明包括构成一浮动块 的底涂层和外涂层的改进的材料。此外，换能头形成在一单独形成在浮动块 底涂层和外涂层上的中心轨中。本发明通过加厚度底涂层和只从底涂层和外 涂层结合体形成换能器飞行面来使一空气支承面不包括基底，也就是换能器 飞行面仅形成在中心轨中，而中心轨仅形成在底涂层上，并由与底涂层相同 的材料形成。此外，底涂层和外涂层由CTE大致等于形成换能头的金属层的 CTE的材料形成。所以，中心轨形成了空气支承面的基准点。由于换能头、 中心轨、以及底涂层相对浮动块本体一致膨胀和收缩，所以它们彼此协同地 运动，并且换能头相对于浮动块的ABS没有TPTR。另外，本发明可包含位 于浮动块基底和底涂层之间的一膨胀节。该膨胀节吸收基底和底涂层之间任 何界面变形，并使周围层的轮廓、特别是中心轨基本不受干扰。
虽然已参照较佳实施例描述了本发明，熟悉本技术领域的人士应理解， 可在形式和细节中作出改变而不背离本发明的精神和范围。
对相关申请的交叉参考
本申请要求2002年9月27日提交的、由Declan Macken、John Robert Pendray、Vee Sochivy Kong、Mallika Kamarajugadde和Jeremy Adam Thurn 所作的临时申请No.60/414,014(题为“用于减少热极端部凹陷的底涂层和外 涂层材料(BASECOAT，OVERCOAT MATERIAL FOR THERMAL PTR REDUCTION)”)的优先权。