JP2007059015A - スライダの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】、形状の安定性の高いキャンバをスライダに高精度かつ経済的に形成
【解決手段】スライダの製造方法は、スライダとなるべき複数の素子とスライダへの切断時に切り代となる切断部とが交互に配列形成されたバーからスライダを製造する方法である。本製造方法は、スライダの媒体対向面となるべき第1の面の裏面である第2の面の、素子の間に挟まれた切断部の各々の少なくとも一部に、バーの全体形状が第1の面を凸面とする湾曲形状となるように電磁波を照射する照射ステップ102と、照射ステップに続いて、素子の各々の第1の面が凹状となるようにバーを研磨面に押し付けながら、第1の面を研磨する研磨ステップ103と、研磨ステップに続いて、バーを切断面に沿って切断し、各スライダに分離する切断ステップ104とを有している。
【選択図】 図2

Description

本発明は、ハードディスクドライブに用いられるスライダの製造方法に関し、特に、スライダの媒体対向面におけるキャンバの形成方法に関する。
高速、大容量、高信頼性、低コストの記録媒体としてハードディスクドライブが、デジタル情報の記録に広く用いられている。ハードディスクドライブには、記録媒体への情報の書込をおこなう書込素子と、記録媒体からの情報の読出しをおこなう読込素子の少なくとも一方が設けられた磁気ヘッドスライダ(以下、スライダという。)が備えられている。これらの書込素子や読込素子が設けられたリードライト部は、スライダの一端部に設けられている。スライダが記録媒体と対向する面は媒体対向面またはABS(Air Bearing Surface)と呼ばれる。
媒体対向面には、スライダの浮上特性や動作特性の改善のため、レール状の凹凸が設けられるが、媒体対向面はさらに、クラウンやキャンバと呼ばれる曲面形状に加工されることが多い。クラウンとはスライダの奥行き方向(空気流流入方向)に沿った面内における曲面形状であり、キャンバとはスライダの幅方向(空気流流入方向と直交する方向)に沿った面内における曲面形状である。
本発明の対象であるキャンバの形成方法については、従来から多くの技術が開示されている。まず、スライダとなるべき素子にレーザーを照射し、所定のキャンバを形成する方法が開示されている(特許文献1)。素子には研磨やレール形成による残留応力が生じているが、レーザーを媒体対向面の反対面から照射し、反対面の表面層を選択的に除去し、素子の応力状態を変えることで、所定のキャンバが形成される。
また、媒体対向面に形成されたレールをイオンミリング用レジストフィルムで保護し、硬質の微粒子をバーに高速で噴射してレール以外の部位の表面層に圧縮応力を発生させて、所定のキャンバ形状を形成する方法が開示されている(特許文献2)。
また、バーの媒体対向面となるべき面に所定の溝を形成し、バーを曲面状の定盤に押し付けて研磨する方法が開示されている(特許文献3)。バーは、定盤に押し付けられると溝が開いて湾曲するため、定盤の曲率に応じた曲率のキャンバが形成される。
また、スライダを、凹状の曲面形状の治具に、媒体対向面となるべき面の裏面を接合面として接着剤で接着し、接着剤の硬化によってスライダを曲面形状に変形させて、媒体対向面となるべき面を平坦に研磨する方法が開示されている(特許文献4)。研磨後にスライダを治具からはがすと固着力が解放され、媒体対向面に一定曲率のキャンバが形成される。
また、内周部から外周部にかけて球面形状となるように内周部と外周部に高低差が設けられた研磨面にバーを押し付けて研磨する方法が開示されている(特許文献5)。
また、レールを除く媒体対向面に加工痕と呼ばれる微小溝をスライダの長さ方向に沿って形成する方法が開示されている(特許文献6)。この加工痕を形成する際の加工歪によって、媒体対向面は、加工痕の両側が開いて撓むような形状になり、キャンバが形成される。
特開平6−84312号公報 特開平11−110934号公報 特開2000−3570号公報 特開平11−213368号公報 特開平8−203051号公報 特開平5−334643号公報
特許文献2〜6に記載の技術は、スライダそのものに機械的な加工を施し、あるいは、研磨面の形状を工夫してキャンバを形成しようとするものである。ところで、近年、携帯電話への搭載などを目的とするハードディスク装置の小型化に伴い、スライダ自体も、従来の30%スライダ(1.0mm×1.235mm×0.3mm程度の大きさのスライダ)から20%スライダ(0.7mm×0.85mm×0.23mm程度の大きさのスライダ)へと小型化されつつあり、さらなる小型化も検討されている。また、記録媒体の高密度化にはスライダの浮上量の低減が有効であることから、浮上量は近年ますます低減化する方向となっている。これらの要求に応えるためには、スライダのサイズや浮上量に合わせて、加工精度や研磨面精度を高める必要がある。しかし、このようなスライダへの機械的な加工などで対処する方法には限界があり、また、生産コストや歩留まりの悪化にもつながる。
一方、特許文献1に記載の技術は、レーザーを照射するという全く異なる原理に基づく方法であり、スライダの小型化や浮上量の低減といった要請に対する制約は少ない。しかし、レーザー照射によって発生した応力状態(圧縮応力)がハードディスクの製造中の検査工程や、ハードディスクの使用下などにおける熱衝撃などによって緩和してしまうことが多く、形状安定性に対する信頼性が低いという問題がある。
本発明の目的は、上記の状況を踏まえ、形状の安定性の高いキャンバをスライダに高精度かつ経済的に形成できるスライダの製造方法を提供することである。
本発明のスライダの製造方法は、スライダとなるべき複数の素子とスライダへの切断時に切り代となる切断部とが交互に配列形成されたバーからスライダを製造する方法である。本製造方法は、スライダの媒体対向面となるべき第1の面の裏面である第2の面の、素子の間に挟まれた切断部の各々の少なくとも一部に、バーの全体形状が第1の面を凸面とする湾曲形状となるように電磁波を照射する照射ステップと、照射ステップに続いて、素子の各々の第1の面が凹状となるようにバーを研磨面に押し付けながら、第1の面を研磨する研磨ステップと、研磨ステップに続いて、バーを切断面に沿って切断し、各スライダに分離する切断ステップとを有している。
第2の面の切断部に電磁波を照射すると、照射された切断部の第2の面側は圧縮応力を受け、収縮する。この結果、バーは、第1の面を凸面として湾曲する。この状態で、湾曲したバーの湾曲状態を元に戻すように、すなわち素子の各々の第1の面が凹状となるようにバーを変形させ研磨面に押し付けながら研磨すると、各素子は両端部がまず研磨され、その後研磨が進行するにつれて各素子の中央部に研磨範囲が広がっていく。すなわち、バーは、各素子の両端部が最も研磨され、各素子の中央部の研磨量が最小となるように研磨され、各素子には中央部を凸部とするキャンバが形成される。
電磁波はレーザーを用いることができる。
電磁波は波長200〜3000nmのレーザーとすることが望ましい。また、レーザーは、気中におかれたバーに、0.1〜1.5mJ/mm2の範囲の照射量で照射されてもよく、液中におかれたバーに、0.1〜4.0mJ/mm2の範囲の照射量で照射されてもよい。
研磨ステップは、第2の面のバーの長手方向に沿った複数の部位を、研磨面から法線方向に略等距離の位置で保持することにより、バーを研磨面に押し付けることを含んでいてもよい。この際、複数の部位は切断面とすることが望ましい。
本発明によれば、キャンバ形状は、電磁波の照射量や波長等を適切に選択し湾曲曲率を調整することによって制御されるため、スライダやキャンバ形状ごとに治具等を用意する必要がなく、加工精度も高い。また、電磁波はバーの切断面に照射され、スライダにはほとんどまたはまったく照射されないため、スライダにレーザーによる圧縮応力が生じることもない。したがって、熱衝撃によってこの圧縮応力が緩和され、キャンバ形状の安定性が阻害されるおそれも小さい。このため、形状の安定性の高いキャンバをスライダに高精度かつ経済的に形成できる。
以下、図面を参照して、本発明のスライダの製造方法について詳細に説明する。図1には、本発明のスライダの製造方法に係るスライダの斜視図および断面図を示す。同図(a)の斜視図に示すように、スライダ1は、アルティック(Al23・TiC)等のセラミック材料からなる基板2と、積層体からなる薄膜磁気ヘッド部3とを備えている。スライダ1の上方(下方となる場合もある。)に、回転駆動される円盤状の記録媒体(図示せず)が設けられている。スライダ1はほぼ六面体形状をなし、六面のうちの一面が記録媒体と対向する媒体対向面ABSを形成している。媒体対向面ABSの薄膜磁気ヘッド部3には、読込・書込素子が設けられたリードライト部4が設けられ、さらに基板2にはレール部5a、5bが設けられている。読込素子としては、AMR(異方性磁気抵抗効果)素子、GMR(巨大磁気抵抗効果)素子、またはTMR(トンネル磁気抵抗効果)素子等の磁気抵抗効果を示す感磁膜を用いた素子(以下、MR素子ともいう。)を用いることができる。書込素子としては、誘導型磁気変換素子が用いられる。書込素子は、記録媒体の面内方向への記録をおこなう水平記録方式と、記録媒体の面外方向への記録をおこなう垂直記録方式のいずれでもよい。
記録媒体が回転すると、空気流は、スライダ1の空気流流入方向側6から進入し、薄膜磁気ヘッド部3が設けられた記録媒体進行方向zの下流側端部からスライダ1外へ抜ける。すなわち、空気流は、レール部5bと記録媒体との間のわずかな隙間に入り、レール部5a,5bで整流され、リードライト部4と記録媒体との間の隙間に入る。この空気流によって、y方向下向きの揚力が生じ、スライダ1は、記録媒体の表面から浮上する。
媒体対向面ABSは、レール部5aが記録媒体に対して最も突出し、リードライト部4は、レール部5aよりも1〜3nmほど記録媒体に対して引込んでいる。レール部5a、5bの段差は必ずしも必要ではない。同図(b)は同図(a)のb−b線に沿った断面図である。媒体対向面ABSには、スライダ1の幅方向(空気流流入方向と直交する方向)に沿った面内に、中央部を凸面とする曲率半径Rのキャンバが形成されている。同図(b)は、キャンバの湾曲を強調して描いており、実際の曲率半径はこれより大きい。通常、曲率半径Rは6m以上となるよう設定される。なお、図示しないが、スライダ1の長さ方向(空気流流入方向)に沿った面内には、中央部を凸面とするクラウンが形成されている。
次に、以上説明したスライダの製造方法を、図2のフロー図および図3〜7を参照して説明する。
(ステップ101:バー形成ステップ)まず、スライダ1となるべき複数の素子13が薄膜工程によって積層されたウエハ11を用意する。図3(a)には、薄膜磁気ヘッド素子の積層方向上側(図中白抜き矢印で示す。)から見た概略外形図を示す。ウエハ11はシリコン等の基板の上に、多数の素子13が2次元状に配列されて形成されている。ウエハ11は、素子13が長手方向に一列に配列形成されるように、砥石18によって長尺状のバー12に切断される。
図3(b)は、図3(a)と同様に、積層方向上側(図中白抜き矢印で示す。)からみた、バーを切り出したときのバーの斜視図である。ウエハ11は、媒体対向面ABSとなるべき第1の面S1が切断面に現れる向きで切断されている。図3(c)には、バーの第1の面が上になるように見た、すなわち、バーを図3(b)の回転矢印の向きに回転させた状態におけるバーの斜視図を示す。バー12は、スライダとなるべき複数の素子13と、切断部14とが交互に配列されている。切断部14は、バー12の第1の面S1を研磨して媒体対向面ABSを形成した後に、バー12を個々のスライダ1に切断するときの切り代として用いられる。
切断部14には抵抗膜(図示せず)が形成されていてもよい。この抵抗膜はRLGまたはELGと呼ばれるセンサー膜で、第1の面S1が研磨されるときに同時に研磨され、その電気抵抗値が変化する。電気抵抗値を監視することで、第1の面S1の研磨量を制御し、MR素子の媒体対向面ABSから法線方向への深さ(MR高さ)を所定の値に調整することができる。
なお、本ステップにおいて、必要に応じてバー12の第1の面S1を研磨してもよい。ただし、ここでの研磨は最終的な研磨ではないため、研磨量は所定のMR高さに対して余裕を取った量にとどめられる。さらに、第1の面S1の裏面(以下、第2の面S2という。)、すなわち、スライダをヘッドジンバルアセンブリに組み立てる際のフレクシャへの固定面を研磨してもよい。
(ステップ102:照射ステップ)図4は、照射およびその後の切断の各工程を示すステップ図である。図4中の各図は、バーの側方(厚みが見える方向)から見た側方図である。また、各図において、素子の数は実際の数よりも少なく表示されている。図4(a)に示すように、バー12は照射前にはほぼ平坦な直方体形状である。バーは適切な治具(図示せず)に固定されている。
次に図4(b)に示すように、第2の面S2の素子13の間に挟まれた各切断部14にレーザーを照射する(同図矢印参照)。図は、すべての切断部14が同時に照射されるように表示されているが、照射は個々の切断部14に順次おこなってもよいし、複数または全部の切断部14に同時におこなってもよい。
図5は、照射範囲の一例を示す概念図で、同図(a)は斜視図、同図(b)は第2の面を示す平面図である。各図には、バーの各部の寸法も示している。本例では、素子13の幅を0.7mm、切断部14の幅を0.12mm、素子13と切断部14の一組あたりの配列ピッチを0.82mmとした。レーザーは、切断部14の全幅および切断部14の両側の素子13にも幅0.01mmにわたって照射した(各図の破線領域)。すべての切断部14への照射が終わると、バー12の全体形状は、図4(b)に示すように、第1の面S1を凸面とする湾曲形状となる。
図6は、バーが湾曲するメカニズムを示す模式図である。同図(a)のように切断部14の第2の面S2側にレーザーを照射すると、第2の面S2側に圧縮応力が生じ、同図(b)のように照射領域(図5の例ではほぼ切断部14に等しい。)の第2の面S2側が収縮する。収縮量は第2の面S2上で最も大きく、切断部14の内部にいくに従い減少する。照射された切断部14の両脇の素子13は、収縮した切断部14に引張られ(図中、白抜き矢印参照)、第2の面S2で互いに最も接近し、このような湾曲形状が得られる(図中、色付き矢印参照)。
レーザーの波長は200〜3000nm程度の範囲が望ましい。レーザーの照射量は、照射を気中でおこなうか液中で(すなわち、バーを純水等に浸した状態で)おこなうかによって異なる。気中でおこなう場合、0.1〜1.5mJ/mm2程度が望ましく、液中でおこなう場合、0.1〜4.0mJ/mm2程度が望ましい。下限値を下回る照射量では必要な変形が得られず、上限値を上回る照射量だとエネルギーが強すぎてバー自体や書込素子、読込素子が破損(折損)するおそれがある。液中でおこなう場合は、空気中でおこなう場合に比べ、バーの温度上昇を抑えることができるので、照射量の上限を高くすることができる。そのため、バーの変形量も空気中でおこなうよりも大きくすることもできる。この範囲において、バーの材質やバーの材質や残留応力(第1,第2の面の面粗さや研磨方法などにより異なる)、バーの厚みなどのサイズ、レーザーの照射時間、照射回数(スキャン回数)などを考慮して、照射量を決定することができる。
レーザーを照射する目的はバー12を湾曲させることにあるので、目的の湾曲形状が得られる限り、レーザー以外の電磁波でもよい。照射範囲は、レーザーの波長や照射量に応じて調整することができる。すなわち、切断部14の全面に照射してもよいし、一部だけでもよく、上述したように切断部14に隣接する素子13の一部に照射してもよいし、照射しなくてもよい。また、薄膜磁気ヘッド部3には、亀裂を発生させないため、照射しない方が望ましい。ただし、バー12の両端部の切断部への照射は不要である。これらの条件のもとでは、後述する実施例では、素子および切断部の一組あたりの湾曲角度θ(図4(b)参照)は0〜0.004°程度であり、仮に100個の素子が形成されたバーでも、その全体の湾曲角度は最大0.4°程度である。なお、図4(b),(e)ではバーの湾曲を強調して示していることに注意されたい。
(ステップ103:研磨ステップ)次に、バー12を研磨面に押し付けながら、第1の面S1を研磨する。まず、研磨に用いられる研磨装置について説明する。図7は、研磨装置の概略構成を示す斜視図である。研磨装置21は、テーブル22と、テーブル22上に設けられた回転ラッピングテーブル23と、回転ラッピングテーブル23の側方に設けられた支柱24と、支柱24から回転ラッピングテーブル23の上方に張り出したアーム25と、アーム25に取付けられたバー支持部26とを備えている。回転ラッピングテーブル23は、バー12が研磨される研磨面23aを有している。研磨面23aは、例えば、Sn(スズ)からなる円板の表面にダイヤモンド砥粒を埋め込んで形成されている。バー支持部26は、アーム25に連結された支持部本体27と、支持部本体27の前面に設けられたベース部材28と、ベース部材28の前面に設けられた治具保持部29とを備えている。ベース部材28は、アーム(図示せず)を介して、支持部本体27内に設けられたアクチュエータ(図示せず)に連結されており、アクチュエータを駆動することにより、上下に動くことができる。治具保持部29にはバー12を保持する研磨用治具30が固定されるようになっている。研磨用治具30は、SiC、ステンレス鋼や、ジルコニア(ZrO2),アルミナ(Al23)等のセラミックなどで作ることができる。バー支持部26には、さらに複数の荷重調整部(図示せず)が備えられている。荷重調整部は、研磨用治具30を介して、バー12の長手方向に沿った複数の位置でバー12を研磨面23aに押し付けることができる。荷重調整部は、できるだけ均等な間隔で設けられていることが望ましい。支持部本体27、ベース部材28、および治具保持部29の上方は、カバー31によって覆われている。
研磨の手順は以下の通りである。まず、バー12を研磨用治具30にセットする。具体的には、バー12を、第2の面S2を接合面として接着剤で研磨用治具30に貼り付ける。バー12は非常に薄く可撓性があるため、図4(c)に示すように、バー12の湾曲した全体形状は、平坦な研磨用治具30の形状に従い、容易に平面形状に修正される。この結果、各素子13の第1の面S1は凹状となる。
次に、図4(d)に示すように、バー12が装着された研磨用治具30を、第1の面S1が研磨面23aと対向する向きで、研磨装置21にセットする。この際、荷重調整部がバー12の切断部14の上方となるよう調整するのが望ましい。荷重調整部の位置は、図4(d)の白抜き矢印として示されている。研磨用治具30は研磨面23aに対して平行にセットされるため、各切断部14の第2の面S2は、研磨面23aから法線方向に略等距離の位置で保持される。
この状態でバー12を研磨面23aに押しつけ、第1の面S1を研磨する。各素子13の第1の面S1は凹状となっており、各素子13の長手方向(バーの長手方向)の両側端部15(またはその周辺部)だけが研磨面23aに接触しているので、最初のうちは端部15だけが研磨される。さらに研磨を続けると、徐々に中央部16に向かって研磨範囲が広がり、最終的には図4(e)に示すように、第1の面S1の全面が研磨され、媒体対向面ABSが形成される。研磨量は、前述した抵抗膜の電気抵抗変化を監視して制御する。
研磨が終了すると、ミリング等によって媒体対向面ABSにレールの凹凸部を形成する。その後、図4(f)に示すように、バー12を研磨用治具30から取りはずす。バー12は研磨用治具30の拘束から解放されるため、再び湾曲した状態に戻る。上述したように、各素子13は最初両側端部15だけが研磨され、最終的に中央部16も研磨されるので、両側端部15が最も研磨され、中央部16の研磨量は最小となる。この結果、各素子13にはキャンバが形成される。
(ステップ104:切断ステップ)バー12を切断用治具(図示せず)で保持しながら、切断部14で切断して、図4(g)に示すように、スライダ1に分離する。切断には、砥石が用いられる。その後、スライダ1を洗浄し、切断用治具から取外す。
次に、本発明の実施例について説明する。波長1064nmのレーザーを、図5に示すバー12に気中で照射した。照射範囲は図中に示すように、切断部14および切断部14の両側0.01mmの範囲の素子13とした。照射量をパラメータとし、キャンバの頂点高さhおよび曲率半径Rを計測した。頂点高さhは図1(b)に示すように、素子(スライダ)の両側面から中心方向へ0.01mm寄った位置を結ぶ線を基準とした。表1に結果を示す。
Figure 2007059015
このように、本発明によって、頂点高さおよび曲率半径の異なるキャンバを形成することができる。また、照射量を変えることによって、切断部の第2の面の収縮量が変わり、頂点高さおよび曲率半径を調整できることもわかる。
最後に、本発明の効果をまとめて説明する。まず本発明によれば、レーザーを照射する部位は切断によって最終的に除去される切断部であり、素子にはほとんど照射されない。これは、特許文献1で開示されたような、素子に直接レーザーを照射する方法とは全く異なるものであり、同文献について前述したようなキャンバの形状安定性に関する信頼性の低下は原理的におき得ない。また、レーザーの照射位置は高精度で制御可能であるため、切断部が小さい場合も切断部に精度よく照射することができる。すなわち、特許文献2,3,6のように機械的な処理と比べて、スライダの小型化への対応も容易である。また、レーザーの波長や照射量(エネルギーとビームのサイズおよび照射位置によって制御)を調整することによって任意の頂点高さおよび曲率半径をもったキャンバが形成できるので、スライダの大きさ、浮上量その他の設計要求に応じた調整が容易である。すなわち、特許文献3,4,5のように治具や研磨装置をキャンバの形状に合わせて準備する必要がないので、生産性も良好である。
本発明のスライダの製造方法に係るスライダの斜視図および断面図である。 本発明のスライダの製法方法を示すフロー図である。 ウエハおよびバーの外観図である。 照射およびその後の切断の各工程を示すステップ図である。 照射範囲の一例を示す概念図である。 バーが湾曲するメカニズムを示す模式図である。 研磨装置の概略構成を示す斜視図である。
符号の説明
1 スライダ
11 ウエハ
12 バー
13 素子
14 切断部
21 研磨装置
23a 研磨面
30 研磨用治具
ABS 媒体対向面
S1 第1の面
S2 第2の面

Claims (7)

  1. スライダとなるべき複数の素子とスライダへの切断時に切り代となる切断部とが交互に配列形成されたバーからスライダを製造する方法であって、
    スライダの媒体対向面となるべき第1の面の裏面である第2の面の、前記素子の間に挟まれた前記切断部の各々の少なくとも一部に、前記バーの全体形状が該第1の面を凸面とする湾曲形状となるように電磁波を照射する照射ステップと、
    前記照射ステップに続いて、前記素子の各々の前記第1の面が凹状となるように前記バーを研磨面に押し付けながら、該第1の面を研磨する研磨ステップと、
    前記研磨ステップに続いて、前記バーを前記切断面に沿って切断し、各スライダに分離する切断ステップと、
    を有するスライダの製造方法。
  2. 前記電磁波はレーザーである、請求項1に記載のスライダの製造方法。
  3. 前記電磁波は波長200〜3000nmのレーザーである、請求項2に記載のスライダの製造方法。
  4. 前記レーザーは、気中におかれた前記バーに、0.1〜1.5mJ/mm2の範囲の照射量で照射される、請求項3に記載のスライダの製造方法。
  5. 前記レーザーは、液中におかれた前記バーに、0.1〜4.0mJ/mm2の範囲の照射量で照射される、請求項3に記載のスライダの製造方法。
  6. 前記研磨ステップは、前記第2の面の前記バーの長手方向に沿った複数の部位を、前記研磨面から法線方向に略等距離の位置で保持することにより、該バーを研磨面に押し付けることを含む、請求項1から5のいずれか1項に記載のスライダの製造方法。
  7. 前記複数の部位は前記切断面である、請求項6に記載のスライダの製造方法。
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