JP2005293663A - 複合型薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 書込み側及び読出し側間のクロストークを大幅に低減することが可能な複合型薄膜磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】 書込みヘッド素子と、１対の書込みヘッド素子用端子パッドと、書込みヘッド素子及び１対の書込みヘッド素子用端子パッド間を電気的に接続している１対の書込みヘッド素子用リード導体と、読出しヘッド素子と、１対の読出しヘッド素子用端子パッドと、読出しヘッド素子及び１対の読出しヘッド素子用端子パッド間を電気的に接続している１対の読出しヘッド素子用リード導体とを備えており、１対の書込みヘッド素子用リード導体と１対の読出しヘッド素子用リード導体とが、絶縁層のみを介して互いに重なり合うことのないパターンに形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、書込みヘッド素子及び読出しヘッド素子を備えた複合型薄膜磁気ヘッドに関する。

近年、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）の大容量化及び小型化が要求されており、これに伴って磁気ディスクの高密度化及び磁気ヘッドを含むヘッドサスペンションアセンブリ（ＨＧＡ）の小型化が図られている。

ＨＧＡの小型化が進むと問題となるのが、書込み側と読出し側との間のクロストークである。特に、磁気ヘッド素子の小型化が進むと、放熱特性が悪化するのみならず素子断面積の減少により素子を流れる電流密度が増大し、また、書込み周波数の高周波化が図られることにより、書込みヘッド素子に印加される電圧が急峻に変化する。その結果、書込み側から読出し側へのクロストークが生じると、読出しヘッド素子の特性が劣化し易くなる。

非特許文献１には、サスペンション上に形成された書込み側トレース導体と読出し側トレース導体との間の結合メカニズムを解析し、両者間のクロストークを低減させる技術が提案されている。この文献には、書込み側と読出し側との間のクロストークは、クロストーク波形が書込み電圧波形の微分波形であることから、主として、書込み側トレース導体と読出し側トレース導体との間のキャパシティブな結合によって生じると記載されている。また、クロストークのほとんどが、書込み側トレース導体及び読出し側トレース導体間の結合に起因するものであり、磁気ヘッド内の内部結合には起因しないと結論している。

Klass B.Klaassen et al., "Write-to-Read Coupling", IEEE Trans. Magn. Vol.30, pp61-67, January 2002

しかしながら、本願発明者等は、書込み側トレース導体及び読出し側トレース導体間の結合以外に、薄膜磁気ヘッド内部における結合も書込み側及び読出し側間のクロストークに大きな影響を与えるのではないかと考え、解析及び検討を行った結果、本発明に至ったのである。

即ち、本発明の目的は、書込み側及び読出し側間のクロストークを大幅に低減することが可能な複合型薄膜磁気ヘッドを提供することにある。

本発明の複合型薄膜磁気ヘッドは、書込みヘッド素子と、１対の書込みヘッド素子用端子パッドと、書込みヘッド素子及び１対の書込みヘッド素子用端子パッド間を電気的に接続している１対の書込みヘッド素子用リード導体と、読出しヘッド素子と、１対の読出しヘッド素子用端子パッドと、読出しヘッド素子及び１対の読出しヘッド素子用端子パッド間を電気的に接続している１対の読出しヘッド素子用リード導体とを備えている。特に本発明によれば、１対の書込みヘッド素子用リード導体と１対の読出しヘッド素子用リード導体とが、絶縁層のみを介して互いに重なり合うことのないパターンに形成されているか、又は１対の書込みヘッド素子用リード導体と１対の読出しヘッド素子用リード導体とが、絶縁層のみを介して一部で互いに重なり合いかつ各書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体間のキャパシタンスが０．１ｐＦ以下となるようなパターンに形成されている。

書込みヘッド素子用リード導体と読出しヘッド素子用リード導体とが絶縁層を介して互いに重なり合うと、両者間に大きなキャパシタンスが発生し、書込みヘッド素子に印加される書込み電圧の立上り及び／又は立下りエッジに対応して読出しヘッド素子にクロストーク電圧が発生してしまう。しかしながら、このような重なり合う部分が生じないようにこれら書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体をパターニングすれば、両者間のキャパシタンスは小さくなり、クロストーク電圧発生を抑止又は大幅に低減することができる。書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体の一部が絶縁層のみを介してどうしても互いに重なり合う場合には、両者間のキャパシタンスが０．１ｐＦ以下となるようなパターンに形成することによって、クロストーク電圧発生を大幅に低減することができる。

このように書込みヘッド素子から読出しヘッド素子への直接的なクロストークを大幅に低減することより、エレクトロマイグレーションの加速によって生じる読出しヘッド素子の短寿命化を防止でき、読出しヘッド素子が多層膜で構成されている場合には、金属原子の層間拡散の加速によって生じる磁気特性劣化を防止することができる。

各書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体間のキャパシタンスが０．１ｐＦ以下となるように、重なり部分の面積及び間隔が設定されていることが好ましい。

読出しヘッド素子が、積層面に対して平行な方向にセンス電流を流す磁気抵抗効果（ＭＲ）読出しヘッド素子であることが好ましい。このＭＲ読出しヘッド素子が、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）読出しヘッド素子であることがより好ましい。

書込みヘッド素子が、インダクティブ書込みヘッド素子であることも好ましい。

本発明によれば、書込みヘッド素子から読出しヘッド素子への直接的なクロストークを大幅に低減でき、その結果、エレクトロマイグレーションの加速によって生じる読出しヘッド素子の短寿命化を防止でき、読出しヘッド素子が多層膜で構成されている場合には、金属原子の層間拡散の加速によって生じる磁気特性劣化を防止することができる。

図１は本発明の一実施形態における複合型薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に説明するためにこの複合型薄膜磁気ヘッドを搭載する磁気ヘッドスライダを素子形成面側から見た立面図であり、図２はこの複合型薄膜磁気ヘッドのヘッド素子部分の層構造を説明するために浮上面（ＡＢＳ）側から見た断面図であり、図３はこの複合型薄膜磁気ヘッドのリード導体部分の層構造を説明するためにＡＢＳ側から見たＡ−Ａ線断面図である。

図１において、１０はインダクティブ書込みヘッド素子の上部磁極層、１１はコイル導体、１２は下部磁極層、１３及び１４はコイル導体１１の両端にそれぞれの一端が電気的に接続されている１対の書込みヘッド素子用リード導体、１５及び１６は１対の書込みヘッド素子用リード導体１３及び１４それぞれの他端に電気的に接続されている１対の書込みヘッド素子用端子パッド、１７及び１８は同図には示されていないＭＲ又はＧＭＲ読出しヘッド素子の両端にそれぞれの一端が電気的に接続されている１対の読出しヘッド素子用リード導体、１９及び２０は１対の読出しヘッド素子用リード導体１７及び１８それぞれの他端に電気的に接続されている１対の読出しヘッド素子用端子パッドを示している。なお、本実施形態における読出しヘッド素子は、積層面に対して平行な方向にセンス電流を流すＣＩＰ（カレントインプレーン）型のＭＲ又はＧＭＲ読出しヘッド素子である。

図２に示すように、ヘッド素子部分は、図示しない基板上に絶縁層２１を介して積層された下部シールド層（ＳＦ）２２と、下部シールド層２２上にシールドギャップ層２３を介して積層された上部シールド層（ＳＳ１）２４と、シールドギャップ層２３を介して下部シールド層２２及び上部シールド層２４間に挿設されたＭＲ又はＧＭＲ層２５と、上部シールド層２４上に絶縁層２６を介して積層された下部磁極層（ＳＳ２）１２と、ギャップ層２７を介して下部磁極層１２と対向する上部磁極層１０とを含む層構成となっている。

図３に示すように、書込みヘッド素子用リード導体１４は、読出しヘッド素子用リード導体１７と絶縁層のみを介して直接的には、即ち上部シールド層２４及び下部磁極層１２の外側領域においては、対向していない。書込みヘッド素子用リード導体１４と読出しヘッド素子用リード導体１７とが重なり合っているのは、上部シールド層２４及び下部磁極層１２の存在する領域においてのみ、これら上部シールド層２４及び下部磁極層１２を間に介して重なり合っている。従って、１対の書込みヘッド素子用リード導体１３及び１４は、１対の読出しヘッド素子用リード導体１７及び１８に対して、絶縁層のみを介して直接的には対向していない。

図４は、図１の複合型薄膜磁気ヘッドの概略的な等価回路図である。

同図において、Ｃ_１はインダクティブ書込みヘッド素子のコイル導体１１と下部磁極層（ＳＳ２）１２との間の浮遊キャパシタンス、Ｃ_２は下部磁極層（ＳＳ２）１２と上部シールド層（ＳＳ１）２４との間の浮遊キャパシタンス、Ｃ_３及びＣ_４は上部シールド層（ＳＳ１）２４と読出しヘッド素子用リード導体１７及び１８それぞれとの間の浮遊キャパシタンス、Ｃ_５及びＣ_６は書込みヘッド素子用リード導体１３及び１４と読出しヘッド素子用リード導体１７及び１８それぞれとの間の浮遊キャパシタンスである。

本実施形態の構造によれば、書込みヘッド素子用リード導体が読出しヘッド素子用リード導体に対して、絶縁層のみを介して直接的には対向していないため、これら書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体間のキャパシタンスＣ_５及びＣ_６が従来技術に比して非常に小さくなっている。これらキャパシタンスＣ_５及びＣ_６が共に小さいと、書込み動作時に書込みコイル１１に印加される書込み電圧の立上り及び／又は立下りエッジに対応して読出しヘッド素子に発生するクロストーク電圧がかなり低くなる。図５はこの様子を示す特性図であり、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸はクロストーク電圧（ｍＶ_Ｐ−Ｐ）、ａは従来技術のように書込みヘッド素子用リード導体の一部が読出しヘッド素子用リード導体の一部に絶縁層を介して直接的に対向しておりキャパシタンスＣ_５及びＣ_６が共に大きくなっている薄膜磁気ヘッド、ｂは本実施形態の薄膜磁気ヘッドの特性をそれぞれ示している。実用の周波数範囲において、本実施形態の特性ｂでは従来の特性ａに比べて、発生するクロストーク電圧がかなり小さくなっている。

本実施形態のように、書込みヘッド素子から読出しヘッド素子への直接的なクロストークを大幅に低減することより、エレクトロマイグレーションの加速によって生じる読出しヘッド素子の短寿命化を防止でき、ＧＭＲ読出しヘッド素子の場合には、金属原子の層間拡散の加速によって生じる磁気特性劣化を防止することができる。

図６は本発明の他の実施形態における複合型薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に説明するためにこの複合型薄膜磁気ヘッドを搭載する磁気ヘッドスライダを素子形成面側から見た立面図であり、図７はこの複合型薄膜磁気ヘッドのリード導体部分の層構造を説明するためにＡＢＳ側から見たＢ−Ｂ線断面図である。

図６において、６０はインダクティブ書込みヘッド素子の上部磁極層、６１はコイル導体、６２は下部磁極層、６３及び６４はコイル導体６１の両端にそれぞれの一端が電気的に接続されている１対の書込みヘッド素子用リード導体、６５及び６６は１対の書込みヘッド素子用リード導体６３及び６４それぞれの他端に電気的に接続されている１対の書込みヘッド素子用端子パッド、６７及び６８は同図には示されていないＭＲ又はＧＭＲ読出しヘッド素子の両端にそれぞれの一端が電気的に接続されている１対の読出しヘッド素子用リード導体、６９及び７０は１対の読出しヘッド素子用リード導体６７及び６８それぞれの他端に電気的に接続されている１対の読出しヘッド素子用端子パッドを示している。なお、本実施形態においても、読出しヘッド素子は、積層面に対して平行な方向にセンス電流を流すＣＩＰ型のＭＲ又はＧＭＲ読出しヘッド素子である。

本実施形態においても、ヘッド素子部分の構成は、図２の場合と同様に、図示しない基板上に絶縁層を介して積層された下部シールド層（ＳＦ）７２と、下部シールド層７２上にシールドギャップ層を介して積層された上部シールド層（ＳＳ１）７４と、シールドギャップ層を介して下部シールド層７２及び上部シールド層７４間に挿設されたＭＲ又はＧＭＲ層７５と、上部シールド層７４上に絶縁層を介して積層された下部磁極層（ＳＳ２）６２と、ギャップ層を介して下部磁極層６２と対向する上部磁極層６０とを含む層構成となっている。

図６及び図７に示すように、本実施形態においては、書込みヘッド素子用リード導体６３及び６４の一部６３ａ及び６４ａが、読出しヘッド素子用リード導体６７の一部と絶縁層のみを介して直接的に、即ち上部シールド層７４及び下部磁極層６２の外側領域においても対向している。換言すれば、書込みヘッド素子用リード導体６３及び６４と読出しヘッド素子用リード導体６７とは、上部シールド層７４及び下部磁極層６２の存在する領域においてこれら上部シールド層７４及び下部磁極層６２を間に介して重なり合っており、さらに上部シールド層７４及び下部磁極層６２の存在しない外側領域においても一部６３ａ及び６４ａが絶縁層のみを介して互いに重なり合っている。ただし、本実施形態では、書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体間のキャパシタンスＣ_５及びＣ_６（図４参照）の各々が０．１ｐＦ以下となるように、上部シールド層７４及び下部磁極層６２の外側領域における対向部分の面積が小さくなりかつ距離が大きくなるように設定されている。

図８は書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体間のキャパシタンスＣ_５及びＣ_６を変えた場合の時間対クロストーク電圧特性図である。

同図から分かるように、書込みヘッド素子用リード導体と読出しヘッド素子用リード導体との一部６３ａ及び６４ａが絶縁層のみを介して互いに重なり合っている場合にも、キャパシタンスＣ_５及びＣ_６が共に０．１ｐＦ以下であれば、書込み動作時に書込みコイルに印加される書込み電圧の立上り及び／又は立下りエッジに対応して読出しヘッド素子に発生するクロストーク電圧が非常に低くなっている。

本実施形態のように、書込みヘッド素子から読出しヘッド素子への直接的なクロストークを大幅に低減することより、エレクトロマイグレーションの加速によって生じる読出しヘッド素子の短寿命化を防止でき、ＧＭＲ読出しヘッド素子の場合には、金属原子の層間拡散の加速によって生じる磁気特性劣化を防止することができる。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明の一実施形態における複合型薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に説明するためにこの複合型薄膜磁気ヘッドを搭載する磁気ヘッドスライダを素子形成面側から見た立面図である。 図１の複合型薄膜磁気ヘッドにおけるヘッド素子部分の層構造を説明するためにＡＢＳ側から見た断面図である。 図１の複合型薄膜磁気ヘッドにおけるリード導体部分の層構造を説明するためにＡＢＳ側から見たＡ−Ａ線断面図である。 図１の複合型薄膜磁気ヘッドの概略的な等価回路図である。 図１の複合型薄膜磁気ヘッド及び従来の薄膜磁気ヘッドの周波数対クロストーク電圧特性図である。 本発明の他の実施形態における複合型薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に説明するためにこの複合型薄膜磁気ヘッドを搭載する磁気ヘッドスライダを素子形成面側から見た立面図である。 図６の複合型薄膜磁気ヘッドにおけるリード導体部分の層構造を説明するためにＡＢＳ側から見たＢ−Ｂ線断面図である。 図６の複合型薄膜磁気ヘッドにおける書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体間のキャパシタンスＣ_５及びＣ_６を変えた場合の時間対クロストーク電圧特性図である。

符号の説明

１０、６０ 上部磁極層
１１、６１ コイル導体
１２、６２ 下部磁極層
１３、１４、６３、６４ 書込みヘッド素子用リード導体
１５、１６、６５、６６ 書込みヘッド素子用端子パッド
１７、１８、６７、６８ 読出しヘッド素子用リード導体
１９、２０、６９、７０ 読出しヘッド素子用端子パッド
２１、２６ 絶縁層
２２、７２ 下部シールド層
２３ シールドギャップ層
２４、７４ 上部シールド層
２５、７５ ＭＲ又はＧＭＲ層
２７ ギャップ層
６３ａ、６４ａ 重なり合っている一部

Claims (9)

1. 書込みヘッド素子と、１対の書込みヘッド素子用端子パッドと、前記書込みヘッド素子及び前記１対の書込みヘッド素子用端子パッド間を電気的に接続している１対の書込みヘッド素子用リード導体と、読出しヘッド素子と、１対の読出しヘッド素子用端子パッドと、前記読出しヘッド素子及び前記１対の読出しヘッド素子用端子パッド間を電気的に接続している１対の読出しヘッド素子用リード導体とを備えており、前記１対の書込みヘッド素子用リード導体と前記１対の読出しヘッド素子用リード導体とが、絶縁層のみを介して互いに重なり合うことのないパターンに形成されていることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
2. 前記読出しヘッド素子が、積層面に対して平行な方向にセンス電流を流す磁気抵抗効果読出しヘッド素子であることを特徴とする請求項１に記載の複合型薄膜磁気ヘッド。
3. 前記磁気抵抗効果読出しヘッド素子が、巨大磁気抵抗効果読出しヘッド素子であることを特徴とする請求項２に記載の複合型薄膜磁気ヘッド。
4. 前記書込みヘッド素子が、インダクティブ書込みヘッド素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の複合型薄膜磁気ヘッド。
5. 書込みヘッド素子と、１対の書込みヘッド素子用端子パッドと、前記書込みヘッド素子及び前記１対の書込みヘッド素子用端子パッド間を電気的に接続している１対の書込みヘッド素子用リード導体と、読出しヘッド素子と、１対の読出しヘッド素子用端子パッドと、前記読出しヘッド素子及び前記１対の読出しヘッド素子用端子パッド間を電気的に接続している１対の読出しヘッド素子用リード導体とを備えており、前記１対の書込みヘッド素子用リード導体と前記１対の読出しヘッド素子用リード導体とが、絶縁層のみを介して一部で互いに重なり合いかつ該各書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体間のキャパシタンスが０．１ｐＦ以下となるようなパターンに形成されていることを特徴とする複合型薄膜磁気ヘッド。
6. 前記各書込みヘッド素子用リード導体及び読出しヘッド素子用リード導体間のキャパシタンスが０．１ｐＦ以下となるように重なり部分の面積及び間隔が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の複合型薄膜磁気ヘッド。
7. 前記読出しヘッド素子が、積層面に対して平行な方向にセンス電流を流す磁気抵抗効果読出しヘッド素子であることを特徴とする請求項５又は６に記載の複合型薄膜磁気ヘッド。
8. 前記磁気抵抗効果読出しヘッド素子が、巨大磁気抵抗効果読出しヘッド素子であることを特徴とする請求項７に記載の複合型薄膜磁気ヘッド。
9. 前記書込みヘッド素子が、インダクティブ書込みヘッド素子であることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の複合型薄膜磁気ヘッド。

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