JP2006268947A - 磁気ヘッド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気ヘッド構造に関し、浮上面のコイルの位置する部分がディスクへ向かって突き出すのを低減することができるようにすることを目的とする。
【解決手段】 コイル22と、コイルが発生した磁束を通し且つ磁気ギャップ24を形成する磁極26と、コイルを取り囲む絶縁層32と、絶縁層及び磁極を覆う保護膜34とを備える磁気ヘッド構造であって、コイル、磁極、絶縁層及び保護膜の積層方向から見た時に、磁気ヘッド構造の浮上面16側の辺が伸びる方向を第１の方向とし、第１の方向に垂直な方向を第２の方向とした時に、絶縁層の第１の方向と第２の方向の最大長さの比は、1.5以上である。
【選択図】 図４

Description

本発明は磁気デイスク装置で使用される磁気ヘッド構造に関する。

磁気ディスク装置は、複数のディスクと、ディスクの間に挿入された複数の磁気ヘッド構造とを含む。磁気ヘッド構造は、磁気ヘッドスライダに設けられている。ディスクに対向する磁気ヘッドスライダの表面を浮上面と呼ぶ。磁気ヘッド構造は、スライダを構成する基板に設けられたコイルと、コイルが発生した磁束を通し且つ磁気ギャップを形成する磁極と、コイルを取り囲む絶縁層と、絶縁層及び磁極を覆う保護膜とを備える。磁気ギャップにより、ディスクに情報を書き込むことができる。さらに、基板にはシールドとリード素子（ＭＲ素子）が配置される。

ディスクに情報を書き込むときには、コイルに電流を流す。コイルを流れる電流が磁束を発生し、磁極の磁気ギャップで漏れだした磁束がディスクに情報を書き込む。また、ディスクからデータを読み込む場合には、ＭＲ素子でデータを読み込む。最近、記録密度を向上させるために、磁気ヘッドスライダの浮上量はますます小さくなっており、例えば、浮上量は１０ｎｍ以下となっている。

磁気ヘッド構造においては、基板はアルチック、コイルは銅、磁極とシールドはNiFeなどの磁性体、保護膜はアルミナ、絶縁層はフォトレジストなどの樹脂材料で作られている。このように、磁気ヘッド構造は全体としてアルミナなどの保護膜によって覆われ、その内部に、保護膜とは熱膨張率の異なるコイルや絶縁層が配置されている。

アルミナの熱膨張率は５．８×１０^-6、銅の熱膨張率は１７．２×１０^-6、磁性体であるパーマロイの熱膨張率は１０×１０^-6、フォトレジストの熱膨張率は３０〜７０×１０^-6である。銅や磁性材料の熱膨張率はアルミナの熱膨張率より２〜３倍程度大きい。フォトレジストの熱膨張率はアルミナの熱膨張率より１０倍程度大きい。

磁気ディスク装置の内部の温度が上昇したり、コイル通電により温度が上昇したりすると、磁気ヘッド構造の構成材料の熱膨張の差によって、磁気ヘッド構造に熱変形が生じる。このような熱変形は浮上面の変形を生じさせる。

浮上面の変形を考察する場合、熱膨張率の大きいフォトレジストからなる絶縁層と磁性体からなるシールド層が大きく膨張し、このため、浮上面の磁極近傍部分がディスクに向かって突き出す現象があらわれる。この浮上面における変形が生じると、磁気ヘッドスライダの最小浮上量が実質的に減少することになり、浮上面の磁極近傍部分がディスクに接触する可能性が生じ、信頼性低下の問題が発生する。

従って、浮上面の磁極近傍部分のディスクへ向かっての突き出しを低減することが望ましい。

従来、絶縁層及び保護膜の材料を変えて浮上面の磁極近傍部分の突き出しを低減する提案がある。例えば、保護膜を２つの部分に分離し、浮上面に近い側にヤング率の高い材料を使用し、浮上面から遠い側にヤング率の低い材料を使用する提案がある（特許文献１参照）。また、絶縁層に低いガラス転移点を有する樹脂を使用する提案がある（特許文献２参照）。しかしながら、上記したように、保護膜の熱膨張率と絶縁層の熱膨張率とは大きな差があり，シールドも変形の要因となっているため、保護膜の熱膨張率と絶縁層の熱膨張率の差を少し縮めただけでは熱変形の根本的な低減対策とはならない。

特開平２０００−３０６２１３号公報 特開平２０００−３０６２１５号公報

本発明の目的は、浮上面の磁極近傍部分がディスクへ向かって突き出すのを低減することができるようにした磁気ヘッド構造を提供することである。

本発明の磁気ヘッド構造は、コイルと、コイルが発生した磁束を通し且つ磁気ギャップを形成する磁極と、コイルを取り囲む絶縁層と、絶縁層及び磁極を覆う保護膜とを備える磁気ヘッド構造であって、前記コイル、前記磁極、前記絶縁層及び前記保護膜の積層方向から見た時に、当該磁気ヘッド構造の浮上面側の辺が伸びる方向を第１の方向とし、前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向とした時に、前記絶縁層の前記第１の方向と前記第２の方向の最大長さの比は、１．５以上であることを特徴とする。

この構成によれば、絶縁層の第１の方向の長さを第２の方向の長さより１．５倍以上の長さにすれば、浮上面の磁極近傍部分がディスクへ向かって突き出すのを低減することができる。従来例では、絶縁層の第１の方向の長さは、第２の方向の長さと同じかそれより短かった。この第１の理由は、絶縁層はコイルを絶縁するために設けられるので、絶縁層の第１の方向の長さは、コイルを絶縁するのに必要な長さだけでよいと考えられていたためである。第２の理由は、絶縁層の長さが増加すると、絶縁層の熱膨張量も増加するので、浮上面の磁極近傍部分の突き出し量は大きくなると思われてきたためである。本願の発明者は、絶縁層の高温時の膨張は浮上面に向かう方向ばかりでなく、浮上面に対して横方向にも生じることに着目した。絶縁層が膨張すると、浮上面から離れたコイルの上部で変形が生じて、浮上面に対して横方向に膨張する絶縁層の成分が、絶縁層の上にある保護膜を局部的に押し上げ、保護膜の浮上面側の部分を回転させるモーメントが生じる。このモーメントにより、浮上面の外縁部はディスクに向かって変形し、浮上面の磁極近傍部分の突き出しは抑制されるようになる。特に、絶縁層の第１の方向の長さを第２の方向の長さより１．５倍以上の長さにすることで、コイル上部での変形範囲が広がり、これにより浮上面への突き出し量が小さくなり、より効果的にモーメントが増加して、浮上面での突き出し量が小さくなる。

特に、絶縁層の第１の方向と第２の方向の長さの比は、１．５と６の間であることが望ましい。

コイルは、多層コイルでも、単層コイルでもよい。

例えば、絶縁層はフォトレジストで形成され、保護層はアルミナで形成される。

以上説明したように、本発明によれば、浮上面の磁極近傍部分が突き出すのが低減される。

以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明に係わる磁気ディスク装置の一部を示す略図である。図２は磁気ヘッドスライダを示す斜視図である。

磁気ディスク装置１０は、ディスク１２と、磁気ヘッドスライダ１４とを含む。磁気ヘッドスライダ１４は浮上面１６と、浮上用レール（図示せず）を有する。ディスク１２は作動時に矢印Ｘで示される方向に回転し、磁気ヘッドスライダ１４はディスク１２に対して浮上量Ｙ及びピッチ角Ｚで浮上する。浮上量Ｙは例えば約１０ｎｍである。

磁気ヘッドスライダ１４はスライダ本体となる基板１８と、基板１８に磁気ヘッド構造２０とからなる。磁気ヘッド構造２０は基板１８に幾つかの材料の薄膜を積層して形成されたものである。磁気ヘッド構造２０は、基板１８の端部に形成されたコイル２２と、コイル２２が発生した磁束を通し且つ磁気ギャップ２４を形成する磁極２６を有する。さらに、基板１８にはシールド２８とリード素子（ＭＲ素子）３０が設けられる。

ディスク１２に情報を書き込むときには、コイル２２に電流を流す。コイル２２を流れる電流が磁束を発生し、磁極２６の磁気ギャップ２４で漏れだした磁束がディスク１２に情報を書き込む。また、ディスク１２からデータを読み出す場合には、リード素子３０でデータを読み出す。最近、記録密度を向上させるに、磁気ヘッドスライダ１４の浮上量はますます小さくなっており、例えば、浮上量Ｆは１０ｎｍ以下となっている。

図３は磁気ヘッド構造２０を示す断面図である。基板１８は図１及び図２の基板１８の端部の一部分のみが示されている。磁気ヘッド構造２０は、コイル２２と、磁極２６を有する。コイル２２は上コイル２２Ｕと下コイル２２Ｌからなる２層構造のものであり、上コイル２２Ｕと下コイル２２Ｌの中心部は互いに接続されている。さらに、基板１８には２層のシールド２８が設けられ、２層のシールド２８の間にリード素子（ＭＲ素子）３０が配置される。

さらに、磁気ヘッド構造２０は、コイル２２を取り囲む絶縁層３２と、絶縁層３２及び磁極２６を覆う保護膜３４を含む。絶縁層３２は２層のコイル２２（２２Ｕ、２２Ｌ）に対応して２層の構造からなる。これらの要素は、それぞれの材料の薄膜を積層して形成されたものである。保護膜３４はかなりの厚みを有し、上記幾つかの層の間にも形成されている。ここでは、図３における縦方向を積層方向と称する。

基板１８はアルチック、コイル２２は銅、磁極２６とシールド２８はNiFeなどの磁性体、保護膜３４はアルミナ、絶縁層３２はフォトレジストなどの樹脂材料で作られている。磁気ヘッド構造２０は全体としてアルミナなどの保護膜３４によって覆われ、その内部に、保護膜３４とは熱膨張率の異なるコイル２２や絶縁層３２が配置されている。保護膜３４を形成するアルミナの熱膨張率は５．８×１０^-6、コイル２２を形成する銅の熱膨張率は１７．２×１０^-6、磁極２６及びシールド２８を形成する磁性体であるパーマロイの熱膨張率は１０×１０^-6、絶縁層３２を形成するフォトレジストの熱膨張率は３０〜７０×１０^-6である。銅や磁性材料の熱膨張率はアルミナの熱膨張率より２〜３倍程度大きく、フォトレジストの熱膨張率はアルミナの熱膨張率より１０倍程度大きい。

図３においては、絶縁層３２は一定の厚さをもち、かつ、図３の断面でコイル２２の存在範囲より少し長く形成されている。
図４は、磁気ヘッド構造２０を積層方向から見た時の、コイル２２及び絶縁層３２の形状を示す図である。ここでは、図４における横方向を第１の方向、図４における縦方向を第２の方向と称する。図示のように、絶縁層３２は、第１の方向の幅がＬ１であり、第２の方向の幅がＬ２であり、Ｌ１≧１．５Ｌ２である。また、コイル２２は、上コイル２２Ｕと下コイル２２Ｌの２層構造である。図示のように、コイル２２の第１の方向の幅はＣ１である。

図５は２層構造のコイルにおける上コイル２２Ｕを示す平面図である。図６は２層構造のコイルにおける下コイル２２Ｌを示す平面図である。上コイル２２Ｕの内端と下コイル２２Ｌの内端とは互いに接続される。

各コイル２２Ｕ、２２Ｌは、引き出し線２２ａと、コイル部分２２ｂとを有する。コイル部分２２ｂは、コイル内周部２２ｉとコイル外周部２２ｏとを有する。各コイル２２Ｕ、２２Ｌにおいて、コイル外周部２２ｏの幅Ｗがコイル内周部２２ｉの幅ｗよりも２倍以上大きいように形成されている。

図７は磁気ヘッド構造の熱変形を示す図であり、有限要素法を用いて、熱変形を算出したものである。実線が従来例における変形を、破線が本発明での変形を示す。従来例の磁気ヘッド構造の構成要素は図３のものと同様の構成を有するが、従来例の絶縁層３２の第１の方向（横方向）の幅Ｌ１は、第２の方向（縦方向）の幅Ｌ２と同じかそれより小さい。すなわち、Ｌ１≦Ｌ２である。図７においては、主として絶縁層３２と保護膜３４の熱膨張係数の差により、熱変形が生じていることが分かる。特に、浮上面１６の磁極近傍部分１６Ａが矢印Ａで示すようにディスク１２へ向かって最も大きく突き出すように変形する。磁気ヘッドスライダ１４の浮上量は１０ｎｍ以下の域まで達しており、この部分１６Ａの突き出し量が大きくなると、磁気ヘッドスライダ１４の最小浮上量が実質的に減少することになり、浮上面１６のコイル２２が位置する部分１６Ａがディスク１２に接触する可能性がある。なお、ここで問題になる磁極近傍部分１６Ａの突き出し量は、磁気ヘッドが図１のように浮上するため、基板１８における浮上面１６の位置と、保護膜３４の先端における浮上面１６の位置を結んだ直線からの突き出し量である。

本出願人及び本願発明者は、特願２００４−９９０５５で、絶縁層３２の体積を増加させることにより、磁極近傍部分１６Ａの突き出し量を低減できる構成を開示している。絶縁層３２の体積の増加は、絶縁層３２を浮上面と反対側に伸ばしたり、絶縁層３２に対して浮上面と反対側又は積層方向に絶縁層３２と同じフォトレジスト材料の層を設けることにより実現する。

特願２００４−９９０５５に記載されているように、絶縁層３２の体積をある値以上に増加すれば、保護膜３４は、図７において破線で示されるように変形し、浮上面１６の磁極近傍部分１６Ａが矢印Ａで示す方向に突き出すのを低減することができる。

通常は絶縁層３２の横幅が増加すると、絶縁層３２の熱膨張量も増加するので、浮上面１６の磁極近傍部分１６Ａの突き出し量は大きくなると思われる。特願２００４−９９０５５の発明者である本願発明者は、絶縁層３２の高温時の膨張は浮上面１６に向かう方向ばかりでなく、浮上面１６に対して横方向にも生じることに着目した。

絶縁層３２が膨張すると、浮上面１６に対して横方向に膨張する絶縁層３２の成分が、絶縁層３２の上にある保護膜３４の一部を局部的に押し上げ、浮上面１６の保護膜３４が位置する部分を回転させるモーメントＭが生じる。このモーメントＭにより、浮上面１６の外縁部（図７における保護膜３４の左端上部）はディスク１２に向かって変形し、浮上面１６の磁極近傍部分１６Ａの突き出しは抑制される。

このため、熱膨張率の大きい絶縁層３２を大きくすれば、浮上面１６の磁極近傍部分１６Ａの突き出しが低減される。なお、保護膜３４を変形させて浮上面１６の磁極近傍部分１６Ａが突き出すのを低減するためには、絶縁層３２を覆う保護膜３４の厚さが大きいほど、絶縁層３２の材料の体積はより大きくする必要がある。

しかし、特願２００４−９９０５５に記載されたのは、絶縁層３２の体積を増加させることのみであり、絶縁層３２の第１の方向幅Ｌ１と第２の方向の幅Ｌ２の関係については特に記載していない。本願発明者は、更に検討を進めた結果、絶縁層３２の体積だけでなく、絶縁層３２の第１の方向幅Ｌ１と第２の方向の幅Ｌ２の関係も重要であることを見出した。

特に、本発明では、図４に示すように、絶縁層３２の第１の方向（横方向）の幅Ｌ１を、第２の方向（縦方向）の幅Ｌ２の１．５倍以上にしているので、コイル２２上部での変形量が大きくなり、これにより浮上面への突き出し量が小さくなり、より効果的にモーメントが増加して、浮上面での突き出し量が小さくなる。

図８は、絶縁層３２の縦方向の長さＬ２を一定の６５μｍとし、横方向の幅Ｌ１を変化させた場合の突き出し量の変化のシミュレーション結果を示す。保護膜３２の厚さは、１２．５μｍ、１７．５μｍ、２２．５μｍの３種類とした。この場合、絶縁層３２の体積と共にＬ１／Ｌ２も変化する。この結果から、Ｌ１／Ｌ２の値が増加すると突き出し量が低減され、ある値以上でほぼ一定となることが分かる。これは、横長構造の絶縁層３２のフォトレジストにより、突き出し量は低減され、保護膜３４の厚さに応じてフォトレジストの体積が一定値に達すると低減効果が飽和するためであると考えられる。

図９は、絶縁層３２の体積を一定とした上で、Ｌ１／Ｌ２の値を変えた場合の磁極近傍部分１６Ａの突き出し量の変化を示す図である。この場合も、保護膜３２の厚さは、１２．５μｍ、１７．５μｍ、２２．５μｍの３種類とした。絶縁層３２の体積が一定で、Ｌ１／Ｌ２の値が変化するため、Ｌ１／Ｌ２が増加すると、Ｌ１が増加してＬ２が減少するか又は絶縁層３２の厚さが減少する。
図９の結果から、部分１６Ａの突き出し量は絶縁層３２の横方向の幅Ｌ１と縦方向の幅Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２が１．５より大きい時に極小値をもつことが分かる。極小値になる比Ｌ１／Ｌ２は、保護膜３４の厚さにより異なるが、おおよそ１．５から６の間にあることが分かる。また、保護膜３４の厚さが大きいほど、部分１６Ａの突き出し量の極小値は比Ｌ１／Ｌ２が小さくなる方へ移動する。

従って、このメカニズムを利用して、部分１６Ａの突き出し量の低減を図るのが、本発明の特徴である。ただし、絶縁層（フォトレジスト）３２の横縦比Ｌ１／Ｌ２が大きすぎると、部分１６Ａの突き出しの低減効果はなくなるので、保護膜３４の厚さに応じて、極小値を含む所定の範囲で絶縁層３２の横縦比を定めることが肝要となる。

図１０は、本発明と従来の磁気ヘッド構造の浮上面の変位量を比較した図である。本発明の磁気ヘッド構造は、Ｌ１が５０μｍで、Ｌ２が２００μｍで、Ｌ１／Ｌ２が４．０であり、従来の磁気ヘッド構造は、Ｌ１とＬ２が４０μｍで、Ｌ１／Ｌ２が１．０であり、保護膜３４の厚さは両方とも１２．５μｍであり、コイルの横方向の幅Ｃ１は３０μｍである。図１０の横軸は、ヘッドの浮上面における積層方向の位置であり、縦軸は突き出し量（ｎｍ）である。本発明によれば、従来例に比べて突き出し量の最大値が、１０％から２０％小さくなっていることが分かる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。例えば、上記の実施例では、コイル２２は２層コイルとしたが、単層コイルの場合も同様の効果が得られる。図１１は、コイルが単層である磁気ヘッド構造の断面図である。図１１においては、単層のコイル２２が設けられ、コイル２２を取り囲む単層の絶縁層３２の体積及びＬ１／Ｌ２が増加される。

図１は本発明に係わる磁気ディスク装置の一部を示す略図である。 図２は磁気ヘッドスライダを示す斜視図である。 図３は磁気ヘッド構造を示す断面図である。 図４は磁気ヘッド構造を積層方向から見た図である。 図５は２層構造のコイルにおける上コイルを示す平面図である。 図６は２層構造のコイルにおける下コイルを示す平面図である。 図７は磁気ヘッド構造の変形例を示す断面図である。 図８は絶縁層の横縦比を変化させた時の突き出し量の変化を示す図である。 図９は絶縁層の横縦比を別の条件で変化させた時の突き出し量の変化を示す図である。 図１０は本発明と従来例の磁気ヘッド構造の浮上面の変位量を示す図である。 図１１は磁気ヘッド構造の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 磁気ディスク装置
１２ ディスク
１４ 磁気ヘッドスライダ
１６ 浮上面
１８ 基板
２０ 磁気ヘッド構造
２２ コイル
２４ 磁気ギャップ
２６ 磁極
２８ シールド
３０ リード素子
３２ 絶縁層
３４ 保護膜

Claims (4)

1. コイルと、コイルが発生した磁束を通し且つ磁気ギャップを形成する磁極と、コイルを取り囲む絶縁層と、絶縁層及び磁極を覆う保護膜とを備える磁気ヘッド構造であって、
   前記コイル、前記磁極、前記絶縁層及び前記保護膜の積層方向から見た時に、当該磁気ヘッド構造の浮上面側の辺が伸びる方向を第１の方向とし、前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向とした時に、
   前記絶縁層の前記第１の方向と前記第２の方向の最大長さの比は、１．５以上であることを特徴とする磁気ヘッド構造。
2. 前記比は、１．５と６の間である請求項１に記載の磁気ヘッド構造。
3. 前記コイルは多層コイルである請求項１又は２に記載の磁気ヘッド構造。
4. 前記コイルは単層コイルである請求項１又は２に記載の磁気ヘッド構造。

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