CN1030669A - 薄膜变压器和带这种变压器的磁头 - Google Patents

Abstract

举例说，一种适用于薄膜磁头的薄膜变压器，包 括一由两导磁薄层3和5构成的磁轭、一由导电薄层 13构成的初级线匝和一由导电薄层15构成的次级 线匝。在薄层3与所述线匝之间配设以超导材料薄 层21，或者各线匝紧密装配在一起，线匝本身由超导 材料制成。

Description

本发明是关于一种变压器，该变压器包括一磁轭、至少一初级电气线匝和至少一次级电气线匝。

这种变压器是众所周知的，经常用以将某给定值的交流电压变换成不同值的交流电压。这类周知的变压器包括一磁轭，磁轭由铁心组成，铁心上通常绕有多个构成初级线圈的初级电气线匝和多个构成次级线圈的次级电气线匝。这类周知的变压器体积较大，因而不大适用于通常采用小型或极小型电气、电子或磁性元件的复杂电路。

本发明的一个目的是提供一种性能突出的变压器，即体积小、特别适用于现代电路或与现代电路配用的变压器。

为此，本发明的第一种变压器具有以下特点：它由多层用薄膜技术制成的薄层组成，第一导磁层和第二导磁层一起构成磁轭，由导电层构成的一些线匝在磁轭内延伸，磁轭中各个线匝为一边与部分磁轭为另一边之间配设以一层超导材料。

这里超导材料是指处于超导状态且显示出完全的或大体上完全的迈斯纳效应的材料。出于实用上的原因，这些材料的临界温度最好较高，举例说，高于氮在常压下的液化温度。合适的材料有，举例说，由下列化合物分别制成的超导陶瓷材料：镧、钡、铜和氧的化合物，例如La_1-xBa_xCuO₄，其中x在0.15和0.16之间;镧、锶、铜和氧的化合物，例如La_2-xSr_xCuO₄，其中x在0.15和0.2之间;钇、钡、铜和氧的化合物，例如YBa₂Cu₃O_7-d，其中d在0.0和1.0之间或Y_0.4Ba_0.6Cu_1.0O_3.0;或钇、钡、锶、铜和氧的化合物，例如YBa_2-xSr_xCu₃O₈，其中部分元素可加以部分地取代，举例说，氧用氟取代或锶用钙取代。

迈斯纳效应可以防止位于超导材料层两侧的导磁层的各部分之间产生短路电流。换句话说，敷设超导材料层可以防止磁轭的第一和第二导磁层之间产生杂散的磁通量。因此可以防止电势能的大量损失，而且使本发明的变压器载荷时其总损失主要限制于磁轭材料的磁阻所引起的损失和线匝材料的电阻所引起的损失。因此借助于本发明的措施可以制取高效的变压器。当然，这种变压器的结构使它具有体积小的优点。

一个具有进一步更高效率的变压器的一个值得推荐的实施例，其特征在于，构成初级和次级线匝的导电层包含超导材料。在该实施例中利用了超导现象，使材料的电阻在超导状态下为零或大致上为零。因此用这个实施例就可以大量降低线匝的电阻或欧姆电阻，从而大幅度减少发热量。

本发明的上述目的还可以藉本发明的第二种变压器付诸实施，该第二种变压器的特征在于，它由多层用薄膜技术制成的薄层组成，第一导磁层和第二导磁层一起构成磁轭，由超导材料的导电层构成的一些线匝在磁轭内延伸，且其中至少在磁轭中并置的各超导材料线匝之间的距离比线匝的宽度小。

本发明的这种变压器具有这样的优点：超导线匝的电阻等于零或非常小，因而变压器载荷时线匝中不发生或几乎不发生电势能损失。此外这种变压器还具有这样的优点：各线匝在彼此以非常小的间距配置在磁轭内，也就是说构成了一个超导性的屏蔽，起抑制在磁轭的第一和第二导磁层之间的杂散的磁通量的作用。因此可以防止大的势能损失，而且使这种变压器载荷时其总损失主要只限制于磁轭材料的磁阻所引起的损失。各线匝的间距最好取得小于各线匝的半个宽度。这种变压器，与本发明的上述变压器一样，当然也具有体积小的优点。

变压器还可与具有一个或一个以上感应传感元件的磁头配用，用以变换与磁信息有关的交流电压。本发明的变压器由于其性能良好故特别适合与这类磁头配合使用。此外若磁头是薄膜型的，则本发明可提供将变压器与磁头合成一个组件这样一个意想不到的可能性。因此本发明还涉及这样一种薄膜磁头，该磁头具有至少一个电感应传感元件和一个用以将传感元件与磁记录媒体进行磁通量耦合的面，包括一第一导磁层和一第二导磁层，该两导磁层一起构成在所述面上具有传感间隙的磁轭，所述导磁层在传感元件两侧延伸。

这类磁头叙述在美国专利4，239，587（PHN8861;本说明书将该专利结合以供参考）中，并可用于供在磁性层上记录和/或读取信息所用的设备中。这类设备可供工业上用，举例说，采用磁盘、磁鼓或磁带的信息存储设备;或供消费者用，举例说，录象机。公知磁头的衬底上有两层NiFe层，该两层一起构成磁轭。用以与记录媒体进行磁力线耦合的磁轭的前方部分，具有一传感间隙。磁轭的后方部分构成所述两NiFe层之间的接合处。接合处周围配设以一个与磁轭绝缘的由导电材料制成的扁平线匝以构成感应传感元件。

本发明的一个目的也是提供前述那种配设以集成式变压器的磁头。

与周知的磁头比较，本发明的磁头的特征在于，除具有构成传感元件的第一导电层外，还配设以第二导电层，此第二导电层与第一导电层和磁轭一起构成本发明上述变压器的其中一个变压器。

本发明的磁头可制成尽可能提供在一个衬底上的多层薄膜的形式。溅射技术、光蚀刻技术、电极淀积法和汽相淀积技术都可用以实施多层结构。本发明的好处在于，只需将制造公知磁头的方法略加修改即可制取其中具有高效变压器的薄膜磁头。在这种情况下，采用分开设置的变压器是不必要的。

本发明磁头的一个值得推荐的实施例的特征在于，传感间隙中有一层超导材料一直延伸到用以将传感元件与磁记录媒体进行磁通量耦合的面。间隙中的超导材料层，由于其磁屏蔽作用，防止了间隙区的第一和第二导磁材料之间产生杂散的磁通量。这个实施例由于采取了这项措施，因而制成了高效磁头。

现在参照附图以举例的方式更详细地介绍本发明的内容。附图中，

图1是本发明变压器一个实施例的平面示意图;

图2是沿图1中的Ⅱ-Ⅱ箭头截取的剖面示意图;

图3是沿图1中的Ⅲ-Ⅲ箭头截取的剖面示意图;

图4是本发明磁头第一实施例的平面示意图;

图5是沿图4中的Ⅴ-Ⅴ箭头截取的剖面示意图;

图6是本发明磁头第二实施例的剖面示意图。

图1、2和3中所示的本发明的变压器与诸如玻璃之类的非导电材料制成的衬底1形成一个组件，并可在衬底1上提供多层薄膜结构而制成的。薄膜技术中众所周知的诸如溅射法或汽相淀积法等技术和方法都可用以实施多层结构。该多层结构包括第一薄层3和第二薄层5。第一薄层3由诸如镍铁合金或铁硅铝合金之类的导磁材料制成，第二薄层5由类似材料制成。第一导磁层3淀积在衬底1上，第二导磁层5则以这样的方式涂敷，使得两薄层3和5在标有7和9A、9B、9C的区域磁性地连接在一起，且在所述区域外彼此磁性地绝缘。这样，薄层3和5结合在一起构成带有内部空间11的磁轭。区域7周围配设以两层薄的导电层13和15，该导电层由，举例说，铜或黄金制成，但最好由如YBa₂CuO_7-d的超导材料制成。本实施例中的薄层13大致构成一匝，可视为变压器的初级线圈;或多或少呈螺旋形的薄层15大致构成三匝，在一起可视为变压器的次级线圈。薄层13有两个连接面13A和13B，外部导线（图中未示出）即可连接到该两连接面上。薄层15只有一个连接面15A，但在面15B的部位与导电材料的另一具有连接面17A的薄的额外层17电性连接。因此薄层15可借助于连接面15A和17A另外与其它另外连接导线（图中未示出）连接。

本发明的变压器包括由例如前面谈过的陶瓷材料中之一的超导材料制成的薄层21，薄层21在导电层13和15为一边与导磁层3为另一边之间延伸。为抑制薄层21中发生不必要的电路电流，薄层21有一个中断区23，中断区23从相对于薄层21来说大致位于中心位置的区域7一直延伸到薄层21的边缘21A。从次级线圈的线匝方向看，中断区23可能窄。

在各顺次的薄层3、21、13、15和5之间，按周知的方式配设以绝缘层。所有绝缘层都用标号25表示，它可由，举例说，石英和/或光致抗蚀剂组成。为完善起见，应该指出的是，为使图1清楚起见，假设薄层5和25都是透明的。

图4和5所示的本发明的薄膜磁头可借助于，举例说，溅射技术和/或汽相淀积技术进行制造。图中所示的磁头是由按一层接一层敷设的多层薄层组成，其中，由诸如NiFe合金（坡莫合金）、FeAlSi合金（铁硅铝磁合金）或非晶质合金之类的导磁材料制成的第一薄层103被淀积在由，举例说，玻璃或氧化铝制成的耐磨的非导电衬底101上。第一薄层103与第二导磁层105一起构成磁轭，磁轭具有间隙长度为1、间隙宽度为w和较大间隙高度h界定着面106的传感间隙108及区域107和109，薄层103和105就在区域107和109中磁性连接在一起。区域107周围配设由导电材料制成的薄层113用以构成线匝。该线匝在薄层105和107的空间上彼此分开的部分之间延伸，并构成磁头的感应传感元件。区域109周围配设以导电材料制成的螺旋形延伸层115，供构成线圈之用，该线圈与由薄层113构成的线匝以及由薄层103和105构成的磁轭一起构成薄膜变压器，其中当磁头作为写头用时，薄层115可视为初级线圈，薄层113可视为次级线圈。薄层115有一供连接第一外导线所用的连接面115A和一直通连接面115B。磁头还有一个连接面117A用以连接第二外导线。连接面117A配设在导电材料制成的附加层117，附加层117上配设以直通连接面117B。导电层119跨接在两个直通连接面115B和117B之间，从而形成了薄层115与连接面117A之间的电性连接。制造导电层的合适的导电材料，举例说，有金或银之类的金属。

在此实施例中，传感间隙108由在其中间夹有一层超导材料制成的薄层121A的如SiO₂之类的电气绝缘材料制成的绝缘层125A和125B及第三绝缘层125C构成。超导层121A从面106一直延伸到区域107，在面106中，在传感元件与沿传感间隙在箭头A的方向移动的磁记录媒体之间发生有磁通量耦合。同样也由超导材料制成的薄层121B从区域107延伸到区域109处。因此整个超导层被配置在以导电层113和115及在空间上与薄层103分开的薄层105的导磁部分为一方和以导磁层103为另一方之间。上面谈过的材料，每一种都可用作超导材料。从图4可以看到，薄层121A和121B具有这样的结构，因而不会产生不必要的线路电流：绝缘层125A、125B和125C从面106延伸，并分别充填薄层103和121A、121B及薄层121A、121B和105之间的空间。当然，在薄层103和105之间局部存在多个薄绝缘层。所有这些绝缘层在图5中都用标号125表示。为完善起见，应该指出的是，为清楚展示图4中的磁头，假设各薄层105和125，125A，125B，125C都是透明的。

应该指出，所配设的超导层121A，其间隙高度h可以很大，间隙长度1可以很小，而不致产生效率问题。为使薄膜磁头具有长的使用寿命，间隙高度h最好要大，为提高磁头的分辨率，间隙长度1最好要小。此外应该指出的是，当然衬底101上可以配设不只一个磁轭而是配设由导磁层103和105构成的多个磁轭，以便制造本发明的多间隙薄膜磁头，这种磁头适宜与多磁迹磁记录媒体配用。

图6中所示的薄膜磁头包括一耐磨材料制成的衬底201、各由导磁材料制成的第一薄层203和第二薄层205、一感应传感元件和一变压器。传感元件由配设成线匝形式的薄层213形成，变压器则由与配设成线圈的形式的薄层215结合在一起的薄层213形成。薄层213和215由超导材料制成，举例说，可由前面谈过的超导材料中之一种，且两薄层一起构成一个磁轭。这种磁头可用作，举例说，读头，在这种情况下，薄层213可视为变压器的初级线圈。薄层215可视为变压器的初级线圈。薄层213和215所形成的并置线匝，它们之间的距离比单个线匝的宽度小得多。此外，磁头具有一个毗邻面206的传感间隙208，用以将传感元件与磁记录媒体进行磁性耦合，在该间隙中有由薄层213形成的线匝的部分。当然薄层203和213、215之间以及薄层213、215和205之间分别配设以绝缘层。所有这些薄层都用标号225表示。

图6的磁头在结构上是比图4和5所示的磁头略微简单些，但它具有与图4和5的磁头同样良好的性能。这种磁头也可以制成多间隙磁头。

Claims (5)

1、一种变压器包括一磁轭和至少一初级电气线匝和至少一次级电气线匝，其特征在于，该变压器由多层用薄膜技术制成的薄层组成，第一导磁层和第二导磁层在一起构成磁轭，由导电材料层形成的一些线匝在磁轭中延伸，且磁轭中各线匝为一边与部分磁轭为另一边之间配设以一层超导材料。

2、如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述导电层包含超导材料。

3、一种变压器包括一磁轭和至少一初级线匝和至少一次级线匝，其特征在于，该变压器是由多层用薄膜技术制成的薄层组成，第一导磁层与第二导磁层一起构成磁轭，由超导材料制成的导电层形成的一些线匝在磁轭内延伸，且其中至少在磁轭内并置的各超导材料线匝之间的距离小于单个线匝层的宽度。

4、一种薄膜磁头具有至少一感应传感元件和一用以将传感元件与磁记录媒体进行磁通量耦合的面，包括一第一导磁层和一第二导磁层，该两层一起构成在所述供磁通量耦合的面上有一个传感间隙的磁轭，所述导磁层延伸在传感元件两侧，所述薄膜磁头的特征在于，除构成传感元件的第一导电层外，该磁头还具有第二导电层，此第二导电层与第一导磁层及磁轭一起，构成权利要求1、2或3所述的变压器。

5、如权利要求4所述的薄膜磁头，其特征在于，一超导材料层在传感间隙中一直延伸到将传感元件与磁记录媒体进行磁通量耦合的面。

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