热辅助磁头TAMR极尖形变的工艺优化

何聪华1,2

摘 要：热辅助磁头TAMR在封装过程中磁头极尖部位很容易产生形变。极尖的形变对磁头飞行高度很敏感：形变越大，磁头飞行高度越大，飞行高度越难控制。随着磁头飞行高度的增加，输出信号的幅值也随着减小，磁头的读写性能明显下降。本文通过Minitab软件设计正交试验并进行数据分析，寻求封装过程中的最佳工艺参数以达到减少磁头极尖形变的目的，为TAMR封装提供技术参考。

关键词：热辅助磁头 TAMR Minitab

中图分类号：TP206 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（b）-0096-04

Abstract：Deformation of pole area happened on TAMR（Thermal Assisted Magnetic Recording） after potting. Pole area deformation is sensitive to fly height. Deformation more， fly height became bigger and controlled worse. Bigger fly height less signal output， TAMR read and write performance became worse. This paper shows how to optimize potting parameters by Minitab to reduce deformation on TAMR pole area. The result is helpful for TAMR production.

Key Words：Thermal Assisted Magnetic Recording； TAMR； Minitab

近年來，日本TDK株式会社为提高硬盘单张碟片存储密度，开发了热辅助磁头（Thermal Assisted Magnetic Recording，简称TAMR）。该磁头封装了小型激光元件作为加热源，通过对碟片局部加热降低其表面磁介质的矫顽力，实现信息写入；当碟片表面磁介质瞬间冷却恢复高矫顽力状态时，实现信息保持。在磁头上封装小型激光元件后，难免对磁头ABS（Air Bearing Surface），特别是读、写极尖部位的形变产生影响。极尖部位的形变直接影响磁头的飞行高度（Fly Height）和最小磁间隙（Magnetic Spacing）。磁头的飞行高度指当磁头在碟片表面飞行时，磁头和碟片之间的距离称为磁头的飞行高度（Fly Height）；磁间隙指磁头的读写头与碟片的磁介质层之间的垂直距离称为磁间隙（Magnetic Spacing）[1]。目前最小间隙可以保持在15nm左右[2]。

姚华平等用动态电性能测试机研究了磁信号的输出情况，其结果表明：随着磁头飞行高度的增加，输出信号的幅值也随着减小[3]。由此可见，如何通过工艺优化减少形变，对TAMR磁头的生产与开发都具有极其重大的意义。

1 试验设计

TAMR是通过外部镭射的照射，熔化磁头条上的焊料并将带有激光二极管的小型激光元件焊接到磁头条上，然后把磁头条上的TAMR用砂轮片切粒，如图1所示。在保证激光元件与磁头有足够的粘结力的情况下，TAMR在封装过程中不但受到外部镭射照射时所产生的热变形，还受到顶针的推力，以及在磁头条切粒过程中受到砂轮片的切割力。这3种因素会造成TAMR极尖部位的形变。为了保证激光元件与磁头有足够的粘结力，焊接用的镭射能量为定量，故在本试验中只考察顶针推力与砂轮磨粒大小对TAMR极尖形变的影响。

利用Minitab软件设计32两因素三水平正交试验表格，如表1所示。顶针推力分别是（30gf、40gf、50gf），砂轮型号分别是（HAL-6K、HAL-8K、HAL-10K）。

其中，砂轮磨粒大小如表2所示。

2 试验数据分析

试验数据如表3所示：标准序2和标准序3形变都小于1nm。

2.1 试验直观分析

利用Minitab输出主效应图和交互作用图如图2和图3所示：顶针推力曲线斜率比砂轮型号曲线斜率明显大，故顶针推力对TAMR极尖形变的影响更重要；顶针推力与砂轮型号的交互作用并不显著。其中，顶针推力30gf和砂轮型号10K使极尖形变更小，为了得到小的变形量理论上应取顶针推力30gf和砂轮型号HAL-10K。

从表4、表5各因子的统计量可知，因子顶针推力P<0.05，说明该因子对形变的影响是重要的；因子砂轮型号P>0.05，说明该因子对形变的影响是不重要的。

2.2 残差分析

利用Minitab输出残差分析图如图4所示：残差呈现出正态分布；残差的和为0，残差没有明显的模式或趋势。故Minitab所建立的分析模型是有效的。经过工艺优化后，TAMR极尖形变有了极大的改善，如图5所示。

3 结语

通过正交试验得到如下结论：顶针推力30gf和砂轮型号HAL-10K可以获得小的极尖形变。但实际上产中，HAL-10K价格昂贵而且寿命比HAL-8K短，故采用顶针推力30gf和砂轮型号HAL-8K的方案。在大量的生产数据中显示，该工艺参数搭配能很好地控制极尖部位的形变，能稳定保持形变在<1nm。

参考文献

[1] 张晨辉，马天宝，钟敏.磁头/磁盘表面保护膜及抗吸附分子膜研究[J].数字制造科学，2007，5（2）：2

[2] 陈海霞，吴建康.计算机磁头/磁盘超薄气膜润滑稳定性[J].机械科学与技术，2005，24（1）：58-61.

[3] 姚华平，韦鸿钰.硬盘磁头飞行姿态的实验研究[J].装备制造技术，2011（8）：46-48.endprint