專利名稱：測試磁頭元件的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在HSA(磁頭堆棧組件)或SHS(單磁頭懸浮)中測試磁頭元件的裝置。具體地說，本發明涉及一種測量和估算磁頭元件的偽-非對稱特征的方法和裝置。
通常，生產商測試他們的HAS，以確保只把好的HAS裝入磁盤組和硬驅。一種常規測試方法使用昂貴的“旋轉臺”測試機器識別“壞”磁頭，，該方法要求HAS被裝入安裝在測試機上的“磁盤測試堆棧上。這些旋轉臺測試器測量的關鍵屬性之一是軌道平均非對稱，(TAA，也稱之為軌道平均幅度非對稱，或TAAA)。TAA是測量磁頭對一系列寫在測試軌道上的磁變化的幅度響應的正負部分的非對稱特性。也就是，TAA測量來自測試磁盤組的前寫軌道讀回信號的非對稱性。TAA通常表示為軌道峰-峰幅度Vp-p的百分比。如果TAA的絕對值超過一特定的預設值，典型值是±15％，就給磁頭加上“壞”標簽。大于±15％的TAA一般要引起注意，由于糾錯碼算法的超范圍應用和/或產品失效于一預設的軟錯誤率標準，非對稱性可能會影響驅動器性能。
常規的旋轉臺測試方法的一個問題是存在對任何時間要求裝入HAS和/或磁盤組。造成物理傷害的風險它造成產量損失和生產商成本增加。這個方法的另一問題是裝入過程的時間消耗。這個問題既降低了生產線上驅動器的產出量又要求生產商并行安裝旋轉測試機器。
很明顯，需要有一種不再要求裝入操作或昂貴旋轉臺測試器的改進的測試方法。
本發明的一方面是用于測試磁頭元件的一種裝置，由一電磁結構組成，包括磁芯多個電繞組、適合容納磁頭元件的氣隙。電源可操作地連接到多個電線圈，串聯諧振激勵器可操作地連接到電源。本發明的某些實施例還包括可操作地連接到串聯諧振激勵器并且適合補償通過此氣隙的磁場強度變化的控制器。
本發明另一方面涉及一種測試磁頭元件的方法，方法包括下列步驟把磁場加到磁頭元件、測量磁頭元件的輸出信號，計算基頻信號和多次諧波信號的功率電平，利用功率電平計算失真指示值。本發明某些實施例還包括根據此失真指示值接受或拒絕磁頭組件的步驟。提供磁場的步驟需要制備一電磁結構，其中包括磁芯、多個電繞組、氣隙，利用與串聯諧振激勵器相連的電源在多個線圈中產生電流。
本發明第三方面涉及一種測試磁頭元件的系統。這個系統包括環繞磁頭元件產生磁場的裝置、處理數據的計算機處理器裝置、在存儲介質上存儲數據的存儲裝置、從磁頭元件收集數據的第一裝置、處理數據產生磁頭元件輸出失真指示值的第二裝置。
本發明第四方面涉及一種檢測有缺陷磁頭元件的方法，該方法的實施例包括，在磁結構中插入磁頭元件，磁結構包括導電元件，在導電元件中感應電流，因而磁結構產生環繞磁頭組件的磁場，產生的磁場與感應電流有關，同時控制感應電流并且測量磁頭元件的輸出信號。
本發明的一個特點和優點是提供了一種類似于TAA的“好/壞”評估方法，但它并不需要將HSA裝入磁盤組并且不要求昂貴的旋轉臺測試器。參考下面的描述、權利要求、附圖，以便更好地理解本發明的這個以及其它特點、方面和優點。
圖2是一個數據收集和數據分析實施例方框圖。
圖3是一個周期的時間-磁場變化的曲線圖。
圖4是響應圖3磁場由磁頭元件產生的第一緩沖磁頭電壓輸出曲線圖。
圖5是響應圖3磁場由磁頭元件產生的第二緩沖磁頭電壓輸出曲線圖。
圖6是本發明“失真％測試結果與旋轉臺TAA測試結果比較圖。
本發明分成三個主要部分，(1)測試時模擬MR的電磁激勵結構和用于優化要求性能的必要電子激勵電路；(2)優化采樣數據收集的方法，它包括實現收集施加磁場影響的MR輸出的必要軟件；(3)從有關磁頭性能的某些屬性測試中產生的有效輸出的處理數據的方法。(1)電磁激勵結構
圖1是設計為測試下激勵HSA時的電磁裝置10的透視圖。電磁裝置10包括有氣隙13的磁芯12、與電源16相連的多個線圈14，在某些實施例中，電磁裝置10可以是“方C”的結構類型。由于它結構簡單、眾所周知的電磁特性，這樣的結構是我們希望的。然而，能夠在氣隙中產生磁場的其它電磁結構是在這個發明的范圍內。
實踐中，電源16在線圈14中產生電流，這個電流依次產生通過磁芯12和氣隙13的磁通。生產商在空隙13中插入HSA，用這個磁場來模擬磁記錄元件。
圖1所描述實施例的電磁裝置10包括(1)尺寸A，由測試的HSA高度再加上一個小的容許間隙而決定；(2)磁極表面積B，設計提供兩極間相對非失真磁力線足夠大面積，使得在直磁力線柱內容易放置測試下HAS的動作部分，區域B也用來建立HSA裝置的最大截面積；(3)尺寸C，由下面兩者間差值而定(i)對線圈產生的空隙磁力線直接影響最小的最大長度，(ii)降低總磁阻、的最小長度，因此提高了效率；(4)尺寸D，由下面兩者間差值而定(i)提供給尺寸E的最大長度，足夠的長度以避免區域B之間磁力線失真，(ii)降低結構總磁阻的最小長度。
磁芯12的希望材料應有下列特性(1)高滲透性和高飽和磁化，用于高效和適當磁通攜帶能力；(2)高電阻，用來最小化交流模式驅動時的渦電流損失；(3)低剩磁，當HSA在測試位置插入或撤出，使得HAS部件暴露給磁極表面間的磁場部分最小。一種適合的材料是具有高滲透性和低剩磁特性的多晶鐵氧體。這種材料之所以受歡迎是因為它滿足上面標準、資源豐富、相對便宜。然而，其它電磁材料是在本發明的范圍內。
在某些實施例中，由電源-16產生的600Hz正弦信號激勵電磁結構-10，采用正弦信號是因為當磁頭通過介質上磁場變化時，正弦信號可以仿真磁頭看見的磁通密度，并且能獲取測試磁頭的動態響應。采用600Hz頻率是因為它兼容60Hz和50Hz信號源，并且較高的頻率利于消除直流背景噪聲/影響。然而，諸如方波、三角波等其它波形和其它頻率也是在這個實施例的范圍內。
環繞電磁結構-10的線圈的匝數N是任意的。然而，本領域技術人員知道，安培定律與選擇具有要求的間隙A和要求的電源16的匝數有關。增加線圈匝數N將增加特定電源16產生的磁場強度。類似地，降低線圈匝數N將減弱特定電源16產生的磁場強度。
場強峰值受控于反比于線圈-16電阻的電源-16產生的電壓Vp-p，如圖1所示，在實施例中，通過串聯一諧振激勵器-22可以使必要的激勵電壓最小。這個激勵器-22允許被激勵的電磁結構-10在給定電壓上產生高場強。這個激勵方法的某些關鍵優點是(1)激勵電源尺寸和重量最小；(2)能夠使用非-常規激勵放大器；(3)輻射和傳導電磁干擾最小，對附近敏感電子裝置干擾最小。
這個串聯諧振激勵器-22用一電容器-18來補償線圈-14和磁芯-12的電感，電容C的選擇應滿足電路諧振操作。也就是電源-16、電容-18、線圈-14、磁芯-12構成一RLC電路。如果滿足C＝1/Lω2，則電路起振，這里L是線圈/磁芯構件的電感，ω是電源-16的頻率。在這樣電容值條件下，電容器-18的容抗將抵消線圈/磁芯構件的電感，它使得電磁結構-10的阻抗最小。
再一次參考圖1所示實施例，通過空隙-13的磁場強度可以隨垂直位置而變化。當接近電磁結構垂直中心，由于增加的磁力線損失而出現這樣效果。為了補償這個影響，某些實施例可以結合一控制器-20，根據當前HAS中的哪一個磁頭正在被測試，控制器20控制電源16產生的電壓。某些控制器-20可以是實現標準的模擬或數字控制算法的反饋裝置。然而，能夠調整和保持電源16的峰-峰電壓的其它裝置也在這個發明的范圍內。
本發明某些實施例使用校準技術確定適當的峰峰電壓。這些實施例可以使用一獨立裝置來測量空隙-13各個位置磁場或測量參考HAS組件的輸出。可以將這個校準過程的數據提供給控制器-20并根據磁頭元件位置用于調整電源-16電壓。就是說，利用計算機或類似的裝置計算出適當的校正因子，不管HAS中的磁頭的垂直位置如何，保證磁場鉗口(magnetic jaws)水平中心處的垂直分量近似為常數。
本領域技術人員知道，，磁場的峰峰強度是交流激勵峰峰電壓的函數。因此，在這個實施例進行測試的裝置的磁場強度將遵循交流電源16產生的正弦電壓波形，并正比于加到線圈-14的電壓。因為每個特定的磁頭設計都有最敏感的特定偏置電流點，本發明某些實施例在使用控制器-20測試特定裝置時，可以調整電源峰峰電壓。這個偏置電流特定值取決于特定的產品磁頭或生產商磁頭結構設計。(2)數據采樣和收集圖2表示了一個適當的數據采樣和收集算法，在方塊50，操作員放置測試的HSA于電磁結構-10表面B之間空隙中。在方塊52，操作員啟動電源-16，在表面之間的空隙中產生磁場，本發明實施例感應磁場如圖3所示。
圖2中的方塊56，生產商可以使用與模/數轉換器和數據存儲裝置相連的計算機在一個周期內對測試HAS中的每個磁頭的模擬緩沖磁頭電壓(BHV)輸出進行n次采樣(圖2沿X軸是時間標志)。n值大數據曲線較平滑，但要求更多時間和計算機資源執行分析工作。某些實施例中也可以在m個周期內采樣BHV輸出。在方塊58，BHV輸出采樣值以m×n矩陣形式存儲在計算機可讀取內存裝置。在方塊60，對矩陣中n列的每一列求平均值，產生一個表示單一平均周期的數據陣列。本發明實施例的這個平均數據陣列中的數值如圖4和圖5曲線所示。
本發明某些實施例在方塊56里可以包括一選擇性時間延遲。在某些情況下，這個時間將允許總系統確定必須提供可接受的測量精度和重復性的程度。決定部件所要求的時間通常反比于激勵MR裝置所要求的場強和產生可接受的、可分析的BHV輸出所要求的精度。本發明某些實施例還將控制采樣的頻率和相位確保數據矩陣中的每個n維數組表示實際的周期。實施例也將使用硬件以磁場周期內一特定點同步數據組起點或使用軟件調整和分類收集的數據。在未決的臨時申請09/120,995，Feb.19,2000(當前申請號09/505,033，Feb.16,2000)，題為“分析馬達非平衡的方法和裝置”，結合參考實例描述了一種適當的方法。能夠保證準確表示實際HSA輸出的數據矩陣的其它方法也是可能的并是在這個發明的范圍內。(3)失真測量再一次參考圖2，平均輸出數據陣列在方塊62中被復制成t秒的時間記錄，由計算機的中央處理單元做快速傅立葉變換(FFT)分析。此分析產生基頻信號和幾個諧波信號功率值(分貝或dB)。在方塊64，通過把全部或選擇的FFT諧波數據與用于基頻信號的FFT數據進行比較計算出％失真值。使用大量的公式執行此任務。然而，相對簡單的公式是受歡迎的，比如用作選擇低階的諧波的簡單函數、幾何函數、高斯加權函數等。中間平均時域波形的例子如圖4和圖5所示。它們分別表示了％失真為27.48和4.96兩種情況數據曲線。在方塊66，用這個％失真值來接受還是拒絕HSA。
本發明實施例利用FFTW子程序庫由計算機進行離散傅立葉變換。這個子程序庫在麻省理工學院用C編程語言制成，在GNU一般公共許可條件下，訪問http//theory.Lcs.mit.edu/～fftw/即可。然而，本領域技術人員知道，其它離散傅立葉變換算法是廣泛可用的并具有潛在的應用。
圖6表明的是由本發明實施例計算得到的％失真與傳統旋轉臺測量的TAA絕對值之間的關系。從一般趨勢看出，采用不同的測量系統效果是非常好的。假設絕對TAA測量的＜～15％是好磁頭，％失真的＜～10％也是好磁頭，重要的是大多數以旋轉臺TAA方法測量是好的磁頭以％失真方法測量的也是好磁頭。與之類似，以旋轉臺方法測量是壞的磁頭以％失真方法測量的也是壞磁頭。不需要將HSA裝入磁盤組就可以完成“合格/不合格”的測量，結果測試周期時間(TAK)比旋轉臺方法少了60-70％。
本發明也因為能檢測邊緣磁頭而受歡迎，而旋轉臺法則不能。這個特點受歡迎是因為生產商可以把統計數據用于質量控制目的。這個特點受歡迎還因為生產商可以對這些驅動器分類處理。就是說，生產商將較好性能的磁頭用于高性能驅動器，將較差磁頭用于低性能驅動器。這樣可以幫助生產商減小浪費。
某些實施例也可以測量激勵信號和磁頭的合成電信號間的相位差。這些實施例是可行的，因為由靜電放電(ESD)或不適當過程控制損傷的磁頭顯示出與磁頭的要求密度所不同的相位。尤其是GMR磁頭。迄今尚未了解到旋轉臺法能夠診斷此重要問題。其它實施例依然可以分析各種合成諧波信號的相關強度，以檢測ESD損傷。
本發明提供了許多超出已知HSA測試方法和裝置的優點。例如本發明包括評估MR和GMR磁頭元件性能的方法，和旋轉臺TAA測量方法結果相比，不需要旋轉臺測試器和在HSA水平的上裝入操作。本發明的另外優點是可以使用正弦磁強曲線，而不象傳統的HSA非裝入測試所用激勵場使用步進直流激勵源(通常表示“準靜態測試”)。準動態測試比現有技術所用的準靜態測試更接近于HSA的實際操作條件。
盡管上面已經根據某些實施例對本發明作了詳細的描述，在不脫離本發明的基本精神和特征條件下，仍可用其它特定形式實施。例如，盡管這個公開重點在于發明的應用上，以便在HAS裝配階段檢查MR和GMR磁頭元件，很清楚，對工件夾具、控制電子技術、連接、分析軟件等一些小的修改將允許所述的方法等效地應用在滑子、磁頭平衡組件(HGA)和其它裝置組件的較低階段。實施例中這些用于分析的采集數據將從連接到觸點、導線、皮線的電子器件的輸出被采樣。另外，盡管這個公開的實施例一般利用可編程的、連接到模數轉換器和數據存儲裝置的通用目的計算機，本發明也可以由其它硬件實現。尤其是某些大的廠家，可能希望以專用設備替代計算機。
上面以附圖和文字描繪了本發明實施例及其特點和器件，關于本發明器件的固定、安裝、粘貼或連接形成一個機器整體的裝置，除非有特殊要求，否則這個裝置意味著包括傳統的固定零件，比如機器螺釘、螺母、連接件，墊圈、夾具、鉚釘、套索釘、銷釘等等。如果允許，組件也可以用焊接、摩擦固定、粘附、變形等方法連接。電氣連接與定位敏感器件可以用適當的電子器件和連接方法形成，包括傳統的機件與連接件。除非有特殊要求，本發明器件制作材料可以選擇適當的材料，比如金屬、金屬合金、纖維、塑料等等，以及適當的生產加工方法，比如鑄造、模壓、機加工等方法。任何參考前后、左右、頂部和底部、上部和下部旨在便于描述，沒有局限于本發明或它的部件到任一位置或空間方向。因此，這里所述實施例解釋說明考慮了所有方面，未加任何限制，參照附加的權利要求可以確定本發明的范圍。
權利要求
1.一種測試磁頭元件的裝置，包括電磁結構，包含磁芯、多個電繞組、適合容納磁頭元件的氣隙；電源，可操作地連接到多個電線圈；串聯諧振激勵器，可操作地連接到電源。
2.按權利要求1所述的裝置，其特征在于還包括控制器，可操作地連接到串聯諧振激勵器并適合對穿越氣隙的磁場強度的變化進行補償。
3.按權利要求2所述的裝置，其特征在于控制器適合最佳化磁頭元件響應靈敏度。
4.按權利要求2所述的裝置，其特征在于控制器包括適合為磁頭堆棧組件中的每個磁頭組件提供預選磁場的反饋回路。
5.按權利要求1所述的裝置，其特征在于電磁結構適合使效率最大、渦電流最小、剩磁最小。
6.按權利要求1所述的裝置，其特征在于磁芯由高滲透、低剩磁的多晶鐵氧體材料制成。
7.按權利要求1所述的裝置，其特征在于多個繞組中的繞組數由氣隙、電源和要求的磁場確定。
8.按權利要求1所述的裝置，其特征在于電磁結構有電感和串聯諧振激勵器，串聯諧振激勵器包含適合平衡此電感的電容。
9.按權利要求1所述的裝置，其特征在于供電電源適合提供正弦電壓。
10.一種測試磁頭元件的方法，包括為磁頭元件提供磁場；測量磁頭元件輸出信號；計算基頻信號和多個諧波信號的功率電平。利用此功率電平計算失真指示值。
11.按權利要求10所述的方法，其特征在于進一步包括根據失真指示值拒絕磁頭元件。
12.按權利要求10所述的方法，其特征在于提供磁場方法的步驟包括提供包含鐵芯、多個線圈、氣隙的電磁結構；利用連接于串聯諧振激勵器的電源在多個線圈中產生電流；
13.按權利要求12所述的方法，其特征在于提供磁場步驟進一步包括調整電流以補償磁頭元件的位置。
14.按權利要求12所述的方法，其特征在于進一步包括把磁頭堆棧組件放在氣隙中。
15.按權利要求10所述的方法，其特征在于提供磁場的步驟進一步包括為特定的磁頭元件使磁場最佳。
16.按權利要求10所述的方法，其特征在于提供磁場的步驟進一步包括利用控制器補償磁場變化。
17.按權利要求10所述的方法，其特征在于測量輸出信號的步驟包括在多個周期內采樣多個數據點；將多個采樣點存儲在數據存儲裝置中。
18.按權利要求10所述的方法，其特征在于測量輸出信號的步驟進一步包括同步多個數據點的頻率和相位。
19.一種測試磁頭元件的系統，包括裝置，用于產生環繞磁頭元件的磁場；計算機處理器裝置，用于處理數據；存儲裝置，用于在存儲介質上存儲數據；第一裝置，用于從磁頭元件收集數據；第二裝置，用于處理數據，以產生磁頭元件輸出失真指示值。
20.一種檢測失效磁頭元件的方法，包括將磁頭元件插入電磁結構，電磁結構包括導電元件；在導電元件中感應電流，因此，電磁結構產生環繞磁頭元件的磁場，產生的磁場與感應電流有關；以及同時控制感應電流并且測量磁頭元件的輸出信號。
全文摘要
本發明涉及一種允許識別故障磁頭的方法和裝置。本發明一方面是包括由磁芯(12)、多個電繞組(14)、適合容納磁頭堆棧組件的氣隙(13)組成的電磁結構(10)。線圈與電源(16)和串聯諧振激勵器(22)相連。本發明某些實施例進一步包含一個與串聯諧振激勵器相連的控制器(20),并適合補償通過氣隙的磁場強度的變化。本發明另一方面是包括一種測試磁頭元件的方法。這種方法的一個實施例步驟包括:測量磁頭對外部施加磁場的輸出響應,傅立葉變換輸出信號,利用合成功率電平計算磁頭輸出中的失真指示值。
文檔編號G11B5/455GK1371479SQ00812274
公開日2002年9月25日 申請日期2000年7月14日 優先權日1999年7月14日
發明者加里·A·甘德 申請人:佩姆星公司