專(zhuān)利名稱(chēng)：薄膜變壓器和帶這種變壓器的磁頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種變壓器，該變壓器包括一磁軛、至少一初級(jí)電氣線(xiàn)匝和至少一次級(jí)電氣線(xiàn)匝。
這種變壓器是眾所周知的，經(jīng)常用以將某給定值的交流電壓變換成不同值的交流電壓。這類(lèi)周知的變壓器包括一磁軛，磁軛由鐵心組成，鐵心上通常繞有多個(gè)構(gòu)成初級(jí)線(xiàn)圈的初級(jí)電氣線(xiàn)匝和多個(gè)構(gòu)成次級(jí)線(xiàn)圈的次級(jí)電氣線(xiàn)匝。這類(lèi)周知的變壓器體積較大，因而不大適用于通常采用小型或極小型電氣、電子或磁性元件的復(fù)雜電路。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種性能突出的變壓器，即體積小、特別適用于現(xiàn)代電路或與現(xiàn)代電路配用的變壓器。
為此，本發(fā)明的第一種變壓器具有以下特點(diǎn)它由多層用薄膜技術(shù)制成的薄層組成，第一導(dǎo)磁層和第二導(dǎo)磁層一起構(gòu)成磁軛，由導(dǎo)電層構(gòu)成的一些線(xiàn)匝在磁軛內(nèi)延伸，磁軛中各個(gè)線(xiàn)匝為一邊與部分磁軛為另一邊之間配設(shè)以一層超導(dǎo)材料。
這里超導(dǎo)材料是指處于超導(dǎo)狀態(tài)且顯示出完全的或大體上完全的邁斯納效應(yīng)的材料。出于實(shí)用上的原因，這些材料的臨界溫度最好較高，舉例說(shuō)，高于氮在常壓下的液化溫度。合適的材料有，舉例說(shuō)，由下列化合物分別制成的超導(dǎo)陶瓷材料鑭、鋇、銅和氧的化合物，例如La1-xBaxCuO4，其中x在0.15和0.16之間;鑭、鍶、銅和氧的化合物，例如La2-xSrxCuO4，其中x在0.15和0.2之間;釔、鋇、銅和氧的化合物，例如YBa2Cu3O7-d，其中d在0.0和1.0之間或Y0.4Ba0.6Cu1.0O3.0;或釔、鋇、鍶、銅和氧的化合物，例如YBa2-xSrxCu3O8，其中部分元素可加以部分地取代，舉例說(shuō)，氧用氟取代或鍶用鈣取代。
邁斯納效應(yīng)可以防止位于超導(dǎo)材料層兩側(cè)的導(dǎo)磁層的各部分之間產(chǎn)生短路電流。換句話(huà)說(shuō)，敷設(shè)超導(dǎo)材料層可以防止磁軛的第一和第二導(dǎo)磁層之間產(chǎn)生雜散的磁通量。因此可以防止電勢(shì)能的大量損失，而且使本發(fā)明的變壓器載荷時(shí)其總損失主要限制于磁軛材料的磁阻所引起的損失和線(xiàn)匝材料的電阻所引起的損失。因此借助于本發(fā)明的措施可以制取高效的變壓器。當(dāng)然，這種變壓器的結(jié)構(gòu)使它具有體積小的優(yōu)點(diǎn)。
一個(gè)具有進(jìn)一步更高效率的變壓器的一個(gè)值得推薦的實(shí)施例，其特征在于，構(gòu)成初級(jí)和次級(jí)線(xiàn)匝的導(dǎo)電層包含超導(dǎo)材料。在該實(shí)施例中利用了超導(dǎo)現(xiàn)象，使材料的電阻在超導(dǎo)狀態(tài)下為零或大致上為零。因此用這個(gè)實(shí)施例就可以大量降低線(xiàn)匝的電阻或歐姆電阻，從而大幅度減少發(fā)熱量。
本發(fā)明的上述目的還可以藉本發(fā)明的第二種變壓器付諸實(shí)施，該第二種變壓器的特征在于，它由多層用薄膜技術(shù)制成的薄層組成，第一導(dǎo)磁層和第二導(dǎo)磁層一起構(gòu)成磁軛，由超導(dǎo)材料的導(dǎo)電層構(gòu)成的一些線(xiàn)匝在磁軛內(nèi)延伸，且其中至少在磁軛中并置的各超導(dǎo)材料線(xiàn)匝之間的距離比線(xiàn)匝的寬度小。
本發(fā)明的這種變壓器具有這樣的優(yōu)點(diǎn)超導(dǎo)線(xiàn)匝的電阻等于零或非常小，因而變壓器載荷時(shí)線(xiàn)匝中不發(fā)生或幾乎不發(fā)生電勢(shì)能損失。此外這種變壓器還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)各線(xiàn)匝在彼此以非常小的間距配置在磁軛內(nèi)，也就是說(shuō)構(gòu)成了一個(gè)超導(dǎo)性的屏蔽，起抑制在磁軛的第一和第二導(dǎo)磁層之間的雜散的磁通量的作用。因此可以防止大的勢(shì)能損失，而且使這種變壓器載荷時(shí)其總損失主要只限制于磁軛材料的磁阻所引起的損失。各線(xiàn)匝的間距最好取得小于各線(xiàn)匝的半個(gè)寬度。這種變壓器，與本發(fā)明的上述變壓器一樣，當(dāng)然也具有體積小的優(yōu)點(diǎn)。
變壓器還可與具有一個(gè)或一個(gè)以上感應(yīng)傳感元件的磁頭配用，用以變換與磁信息有關(guān)的交流電壓。本發(fā)明的變壓器由于其性能良好故特別適合與這類(lèi)磁頭配合使用。此外若磁頭是薄膜型的，則本發(fā)明可提供將變壓器與磁頭合成一個(gè)組件這樣一個(gè)意想不到的可能性。因此本發(fā)明還涉及這樣一種薄膜磁頭，該磁頭具有至少一個(gè)電感應(yīng)傳感元件和一個(gè)用以將傳感元件與磁記錄媒體進(jìn)行磁通量耦合的面，包括一第一導(dǎo)磁層和一第二導(dǎo)磁層，該兩導(dǎo)磁層一起構(gòu)成在所述面上具有傳感間隙的磁軛，所述導(dǎo)磁層在傳感元件兩側(cè)延伸。
這類(lèi)磁頭敘述在美國(guó)專(zhuān)利4，239，587(PHN8861;本說(shuō)明書(shū)將該專(zhuān)利結(jié)合以供參考)中，并可用于供在磁性層上記錄和/或讀取信息所用的設(shè)備中。這類(lèi)設(shè)備可供工業(yè)上用，舉例說(shuō)，采用磁盤(pán)、磁鼓或磁帶的信息存儲(chǔ)設(shè)備;或供消費(fèi)者用，舉例說(shuō)，錄象機(jī)。公知磁頭的襯底上有兩層NiFe層，該兩層一起構(gòu)成磁軛。用以與記錄媒體進(jìn)行磁力線(xiàn)耦合的磁軛的前方部分，具有一傳感間隙。磁軛的后方部分構(gòu)成所述兩NiFe層之間的接合處。接合處周?chē)湓O(shè)以一個(gè)與磁軛絕緣的由導(dǎo)電材料制成的扁平線(xiàn)匝以構(gòu)成感應(yīng)傳感元件。
本發(fā)明的一個(gè)目的也是提供前述那種配設(shè)以集成式變壓器的磁頭。
與周知的磁頭比較，本發(fā)明的磁頭的特征在于，除具有構(gòu)成傳感元件的第一導(dǎo)電層外，還配設(shè)以第二導(dǎo)電層，此第二導(dǎo)電層與第一導(dǎo)電層和磁軛一起構(gòu)成本發(fā)明上述變壓器的其中一個(gè)變壓器。
本發(fā)明的磁頭可制成盡可能提供在一個(gè)襯底上的多層薄膜的形式。濺射技術(shù)、光蝕刻技術(shù)、電極淀積法和汽相淀積技術(shù)都可用以實(shí)施多層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的好處在于，只需將制造公知磁頭的方法略加修改即可制取其中具有高效變壓器的薄膜磁頭。在這種情況下，采用分開(kāi)設(shè)置的變壓器是不必要的。
本發(fā)明磁頭的一個(gè)值得推薦的實(shí)施例的特征在于，傳感間隙中有一層超導(dǎo)材料一直延伸到用以將傳感元件與磁記錄媒體進(jìn)行磁通量耦合的面。間隙中的超導(dǎo)材料層，由于其磁屏蔽作用，防止了間隙區(qū)的第一和第二導(dǎo)磁材料之間產(chǎn)生雜散的磁通量。這個(gè)實(shí)施例由于采取了這項(xiàng)措施，因而制成了高效磁頭。
現(xiàn)在參照附圖以舉例的方式更詳細(xì)地介紹本發(fā)明的內(nèi)容。附圖中，

圖1是本發(fā)明變壓器一個(gè)實(shí)施例的平面示意圖;
圖2是沿圖1中的Ⅱ-Ⅱ箭頭截取的剖面示意圖;
圖3是沿圖1中的Ⅲ-Ⅲ箭頭截取的剖面示意圖;
圖4是本發(fā)明磁頭第一實(shí)施例的平面示意圖;
圖5是沿圖4中的Ⅴ-Ⅴ箭頭截取的剖面示意圖;
圖6是本發(fā)明磁頭第二實(shí)施例的剖面示意圖。
圖1、2和3中所示的本發(fā)明的變壓器與諸如玻璃之類(lèi)的非導(dǎo)電材料制成的襯底1形成一個(gè)組件，并可在襯底1上提供多層薄膜結(jié)構(gòu)而制成的。薄膜技術(shù)中眾所周知的諸如濺射法或汽相淀積法等技術(shù)和方法都可用以實(shí)施多層結(jié)構(gòu)。該多層結(jié)構(gòu)包括第一薄層3和第二薄層5。第一薄層3由諸如鎳鐵合金或鐵硅鋁合金之類(lèi)的導(dǎo)磁材料制成，第二薄層5由類(lèi)似材料制成。第一導(dǎo)磁層3淀積在襯底1上，第二導(dǎo)磁層5則以這樣的方式涂敷，使得兩薄層3和5在標(biāo)有7和9A、9B、9C的區(qū)域磁性地連接在一起，且在所述區(qū)域外彼此磁性地絕緣。這樣，薄層3和5結(jié)合在一起構(gòu)成帶有內(nèi)部空間11的磁軛。區(qū)域7周?chē)湓O(shè)以?xún)蓪颖〉膶?dǎo)電層13和15，該導(dǎo)電層由，舉例說(shuō)，銅或黃金制成，但最好由如YBa2CuO7-d的超導(dǎo)材料制成。本實(shí)施例中的薄層13大致構(gòu)成一匝，可視為變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈;或多或少呈螺旋形的薄層15大致構(gòu)成三匝，在一起可視為變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈。薄層13有兩個(gè)連接面13A和13B，外部導(dǎo)線(xiàn)(圖中未示出)即可連接到該兩連接面上。薄層15只有一個(gè)連接面15A，但在面15B的部位與導(dǎo)電材料的另一具有連接面17A的薄的額外層17電性連接。因此薄層15可借助于連接面15A和17A另外與其它另外連接導(dǎo)線(xiàn)(圖中未示出)連接。
本發(fā)明的變壓器包括由例如前面談過(guò)的陶瓷材料中之一的超導(dǎo)材料制成的薄層21，薄層21在導(dǎo)電層13和15為一邊與導(dǎo)磁層3為另一邊之間延伸。為抑制薄層21中發(fā)生不必要的電路電流，薄層21有一個(gè)中斷區(qū)23，中斷區(qū)23從相對(duì)于薄層21來(lái)說(shuō)大致位于中心位置的區(qū)域7一直延伸到薄層21的邊緣21A。從次級(jí)線(xiàn)圈的線(xiàn)匝方向看，中斷區(qū)23可能窄。
在各順次的薄層3、21、13、15和5之間，按周知的方式配設(shè)以絕緣層。所有絕緣層都用標(biāo)號(hào)25表示，它可由，舉例說(shuō)，石英和/或光致抗蝕劑組成。為完善起見(jiàn)，應(yīng)該指出的是，為使圖1清楚起見(jiàn)，假設(shè)薄層5和25都是透明的。
圖4和5所示的本發(fā)明的薄膜磁頭可借助于，舉例說(shuō)，濺射技術(shù)和/或汽相淀積技術(shù)進(jìn)行制造。圖中所示的磁頭是由按一層接一層敷設(shè)的多層薄層組成，其中，由諸如NiFe合金(坡莫合金)、FeAlSi合金(鐵硅鋁磁合金)或非晶質(zhì)合金之類(lèi)的導(dǎo)磁材料制成的第一薄層103被淀積在由，舉例說(shuō)，玻璃或氧化鋁制成的耐磨的非導(dǎo)電襯底101上。第一薄層103與第二導(dǎo)磁層105一起構(gòu)成磁軛，磁軛具有間隙長(zhǎng)度為1、間隙寬度為w和較大間隙高度h界定著面106的傳感間隙108及區(qū)域107和109，薄層103和105就在區(qū)域107和109中磁性連接在一起。區(qū)域107周?chē)湓O(shè)由導(dǎo)電材料制成的薄層113用以構(gòu)成線(xiàn)匝。該線(xiàn)匝在薄層105和107的空間上彼此分開(kāi)的部分之間延伸，并構(gòu)成磁頭的感應(yīng)傳感元件。區(qū)域109周?chē)湓O(shè)以導(dǎo)電材料制成的螺旋形延伸層115，供構(gòu)成線(xiàn)圈之用，該線(xiàn)圈與由薄層113構(gòu)成的線(xiàn)匝以及由薄層103和105構(gòu)成的磁軛一起構(gòu)成薄膜變壓器，其中當(dāng)磁頭作為寫(xiě)頭用時(shí)，薄層115可視為初級(jí)線(xiàn)圈，薄層113可視為次級(jí)線(xiàn)圈。薄層115有一供連接第一外導(dǎo)線(xiàn)所用的連接面115A和一直通連接面115B。磁頭還有一個(gè)連接面117A用以連接第二外導(dǎo)線(xiàn)。連接面117A配設(shè)在導(dǎo)電材料制成的附加層117，附加層117上配設(shè)以直通連接面117B。導(dǎo)電層119跨接在兩個(gè)直通連接面115B和117B之間，從而形成了薄層115與連接面117A之間的電性連接。制造導(dǎo)電層的合適的導(dǎo)電材料，舉例說(shuō)，有金或銀之類(lèi)的金屬。
在此實(shí)施例中，傳感間隙108由在其中間夾有一層超導(dǎo)材料制成的薄層121A的如SiO2之類(lèi)的電氣絕緣材料制成的絕緣層125A和125B及第三絕緣層125C構(gòu)成。超導(dǎo)層121A從面106一直延伸到區(qū)域107，在面106中，在傳感元件與沿傳感間隙在箭頭A的方向移動(dòng)的磁記錄媒體之間發(fā)生有磁通量耦合。同樣也由超導(dǎo)材料制成的薄層121B從區(qū)域107延伸到區(qū)域109處。因此整個(gè)超導(dǎo)層被配置在以導(dǎo)電層113和115及在空間上與薄層103分開(kāi)的薄層105的導(dǎo)磁部分為一方和以導(dǎo)磁層103為另一方之間。上面談過(guò)的材料，每一種都可用作超導(dǎo)材料。從圖4可以看到，薄層121A和121B具有這樣的結(jié)構(gòu)，因而不會(huì)產(chǎn)生不必要的線(xiàn)路電流絕緣層125A、125B和125C從面106延伸，并分別充填薄層103和121A、121B及薄層121A、121B和105之間的空間。當(dāng)然，在薄層103和105之間局部存在多個(gè)薄絕緣層。所有這些絕緣層在圖5中都用標(biāo)號(hào)125表示。為完善起見(jiàn)，應(yīng)該指出的是，為清楚展示圖4中的磁頭，假設(shè)各薄層105和125，125A，125B，125C都是透明的。
應(yīng)該指出，所配設(shè)的超導(dǎo)層121A，其間隙高度h可以很大，間隙長(zhǎng)度1可以很小，而不致產(chǎn)生效率問(wèn)題。為使薄膜磁頭具有長(zhǎng)的使用壽命，間隙高度h最好要大，為提高磁頭的分辨率，間隙長(zhǎng)度1最好要小。此外應(yīng)該指出的是，當(dāng)然襯底101上可以配設(shè)不只一個(gè)磁軛而是配設(shè)由導(dǎo)磁層103和105構(gòu)成的多個(gè)磁軛，以便制造本發(fā)明的多間隙薄膜磁頭，這種磁頭適宜與多磁跡磁記錄媒體配用。
圖6中所示的薄膜磁頭包括一耐磨材料制成的襯底201、各由導(dǎo)磁材料制成的第一薄層203和第二薄層205、一感應(yīng)傳感元件和一變壓器。傳感元件由配設(shè)成線(xiàn)匝形式的薄層213形成，變壓器則由與配設(shè)成線(xiàn)圈的形式的薄層215結(jié)合在一起的薄層213形成。薄層213和215由超導(dǎo)材料制成，舉例說(shuō)，可由前面談過(guò)的超導(dǎo)材料中之一種，且兩薄層一起構(gòu)成一個(gè)磁軛。這種磁頭可用作，舉例說(shuō)，讀頭，在這種情況下，薄層213可視為變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈。薄層215可視為變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈。薄層213和215所形成的并置線(xiàn)匝，它們之間的距離比單個(gè)線(xiàn)匝的寬度小得多。此外，磁頭具有一個(gè)毗鄰面206的傳感間隙208，用以將傳感元件與磁記錄媒體進(jìn)行磁性耦合，在該間隙中有由薄層213形成的線(xiàn)匝的部分。當(dāng)然薄層203和213、215之間以及薄層213、215和205之間分別配設(shè)以絕緣層。所有這些薄層都用標(biāo)號(hào)225表示。
圖6的磁頭在結(jié)構(gòu)上是比圖4和5所示的磁頭略微簡(jiǎn)單些，但它具有與圖4和5的磁頭同樣良好的性能。這種磁頭也可以制成多間隙磁頭。
權(quán)利要求
1.一種變壓器包括一磁軛和至少一初級(jí)電氣線(xiàn)匝和至少一次級(jí)電氣線(xiàn)匝，其特征在于，該變壓器由多層用薄膜技術(shù)制成的薄層組成，第一導(dǎo)磁層和第二導(dǎo)磁層在一起構(gòu)成磁軛，由導(dǎo)電材料層形成的一些線(xiàn)匝在磁軛中延伸，且磁軛中各線(xiàn)匝為一邊與部分磁軛為另一邊之間配設(shè)以一層超導(dǎo)材料。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于，所述導(dǎo)電層包含超導(dǎo)材料。
3.一種變壓器包括一磁軛和至少一初級(jí)線(xiàn)匝和至少一次級(jí)線(xiàn)匝，其特征在于，該變壓器是由多層用薄膜技術(shù)制成的薄層組成，第一導(dǎo)磁層與第二導(dǎo)磁層一起構(gòu)成磁軛，由超導(dǎo)材料制成的導(dǎo)電層形成的一些線(xiàn)匝在磁軛內(nèi)延伸，且其中至少在磁軛內(nèi)并置的各超導(dǎo)材料線(xiàn)匝之間的距離小于單個(gè)線(xiàn)匝層的寬度。
4.一種薄膜磁頭具有至少一感應(yīng)傳感元件和一用以將傳感元件與磁記錄媒體進(jìn)行磁通量耦合的面，包括一第一導(dǎo)磁層和一第二導(dǎo)磁層，該兩層一起構(gòu)成在所述供磁通量耦合的面上有一個(gè)傳感間隙的磁軛，所述導(dǎo)磁層延伸在傳感元件兩側(cè)，所述薄膜磁頭的特征在于，除構(gòu)成傳感元件的第一導(dǎo)電層外，該磁頭還具有第二導(dǎo)電層，此第二導(dǎo)電層與第一導(dǎo)磁層及磁軛一起，構(gòu)成權(quán)利要求1、2或3所述的變壓器。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜磁頭，其特征在于，一超導(dǎo)材料層在傳感間隙中一直延伸到將傳感元件與磁記錄媒體進(jìn)行磁通量耦合的面。
全文摘要
舉例說(shuō)，一種適用于薄膜磁頭的薄膜變壓器，包括一由兩導(dǎo)磁薄層3和5構(gòu)成的磁軛、一由導(dǎo)電薄層13構(gòu)成的初級(jí)線(xiàn)匝和一由導(dǎo)電薄層15構(gòu)成的次級(jí)線(xiàn)匝。在薄層3與所述線(xiàn)匝之間配設(shè)以超導(dǎo)材料薄層21，或者各線(xiàn)匝緊密裝配在一起，線(xiàn)匝本身由超導(dǎo)材料制成。
文檔編號(hào)H01F19/00GK1030669SQ8810440
公開(kāi)日1989年1月25日 申請(qǐng)日期1988年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月15日
發(fā)明者維克托·齊爾倫, 雅各布斯·約瑟夫斯·瑪麗亞·魯伊葛羅克 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司