JP2007287277A - 磁気ヘッドスライダ及びヘッドジンバルアセンブリ - Google Patents

磁気ヘッドスライダ及びヘッドジンバルアセンブリ Download PDF

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Abstract

【課題】再生素子の近傍にヒータを配置し、浮上量を調整する磁気ヘッドスライダにおいて、記録電流起因や環境温度起因の熱突出を増加させることなく、ヒータ発熱による熱突出を増加させることが求められている。
【解決手段】磁気ヘッドスライダ1の薄膜ヘッド部分1bは、再生素子2、再生素子2の上下に再生素子2を挟むように配置されたヒータ50、記録素子3、これらを隔てるアルミナ(Al)等の絶縁層60などから構成される。ヒータ50はNiCr等の薄膜抵抗体からなる細線であり、素子形成面1cに対して直角の方向に、再生素子2の上下に、再生素子2を挟むように蛇行して配置されている。細線の厚さは0.1μm〜0.2μmであり、幅は1μm〜3μmである。細線の長さは約100μmであり、抵抗は約50Ω〜500Ωである。
【選択図】図1

Description

本発明は、磁気ディスク装置の高記録密度化を実現するための磁気ヘッドスライダ及びヘッドジンバルアセンブリに係わり、特に磁気ディスクと磁気ヘッドの距離を調整する機能を持った磁気ヘッドスライダ及びヘッドジンバルアセンブリに関する。
磁気ディスク装置は、回転する磁気ディスクと、磁気ヘッド支持機構によって支持されて磁気ディスクの径方向に位置決めされる磁気ヘッドスライダとを有し、磁気ヘッドスライダが相対的に磁気ディスク上を走行して磁気ディスク上に記録された磁気情報を読み書きする。前記磁気ヘッドスライダは空気潤滑軸受として空気のくさび膜効果によって浮上し、磁気ディスクと直接は固体接触しないようになっている。磁気ディスク装置の高記録密度化と、それによる装置の大容量化あるいは小型化を実現するためには、磁気ヘッドスライダと磁気ディスクの距離、すなわちスライダ浮上量を縮め、線記録密度を上げることが有効である。
従来からスライダ浮上量の設計においては、加工ばらつきや使用環境気圧差、使用環境温度差などによる浮上量低下を見込み、最悪条件でもスライダとディスクが接触しないように、浮上量マージンを設けてきた。ヘッド個体毎に、または使用環境に応じて浮上量を調整する機能を設けたスライダを用いれば上記マージンをなくし、スライダとディスクの接触を防ぎつつ記録再生素子の浮上量を大幅に縮めることができる。
特許文献1には、薄膜抵抗体から成るヒータをスライダ基板と再生素子の間に設け、薄膜ヘッド部分の一部を必要に応じて加熱して熱膨張、突出させ、再生素子及び記録素子と磁気記録媒体との距離を調整するスライダ構造が提案されている。図12に特許文献1に記載されている磁気ヘッドスライダの薄膜ヘッド部分の断面図を示す。スライダ基板1aと再生素子2の間にヒータ22が配置されている。図13はヒータ22の平面図である。ヒータ22はスライダ基板1aに平行に薄膜抵抗体の細線を蛇行させたものである。
特許文献2には、ヒータ及び記録再生素子の周囲を剛性の小さな樹脂膜で囲むことにより、ヒータ及び記録再生素子の近傍だけを突出変形させるスライダ構造が提案されている。
特開2005−135501号公報 特開2005−056447号公報
浮上量調整スライダの課題は消費電力である。特に携帯用機器に搭載される磁気ディスク装置では厳しい消費電力の制限がある。ヒータで加熱する熱アクチュエータは、平衡状態に達したスライダの浮上量を保持するのに電力を消費しない圧電アクチュエータおよび静電アクチュエータと違って、装置の動作中、スライダの浮上量調整を行うための電力を必要とする。したがって、供給した電力を効率よく変形量(突出量)に変換できる熱アクチュエータを開発し、消費電力を低減する必要がある。
ヒータによる熱突出量を増やすためには、スライダ基板上に形成される下地絶縁膜を厚くして、ヒータの熱をスライダ基板へ逃げにくくする方法や、特許文献2に記載されているように、ヒータの周囲に柔らかい樹脂膜を形成して熱変形量を大きくする方法が有効である。
しかし、下地絶縁膜の厚膜化は、記録電流による発熱のスライダ基板への放熱性を悪くしてしまうため、記録電流起因の熱突出を増大させてしまうという問題がある。記録電流起因の熱突出とは、記録電流がコイルに流れる時の電磁誘導によって磁極で発生する渦電流損による発熱(鉄損)と記録電流によるコイル発熱(銅損)の和がヘッドの記録再生素子近辺を加熱し、熱膨張させることによるナノメートルオーダの熱突出である。従来からスライダ浮上量の設計においては、加工ばらつきや使用環境気圧差、使用環境温度差などによる浮上量低下を見込み、最悪条件でもスライダとディスクが接触しないように、浮上量マージンを設けてきた。そのため、記録電流起因の熱突出はできるだけ小さく抑える必要があり、下地絶縁膜の厚さはなるべく薄くなるように設計し、記録電流による発熱のスライダ基板への放熱性を良くしている。しかし、下地絶縁膜の薄膜化はヒータの発熱をスライダ基板に放熱しやすくしてしまい、ヒータによる熱突出量を減らしてしまうため、浮上量調整のための消費電力を増加させてしまうという問題がある。
ヒータの周囲に柔らかい樹脂膜を形成する方法は、樹脂膜近傍の変形を容易にしているため、熱アクチュエータによる熱突出を増大させるのと同時に、記録電流起因や環境温度起因の熱突出も増大させてしまうという問題がある。環境温度起因の熱突出とは、記録再生素子を構成する磁気シールドや磁極などの金属材料や樹脂材料と、それ以外の部分のセラミックス材料との線膨張係数差が原因で、環境温度の上昇によって起こるナノメートルオーダの局所的な熱突出である。
上記のような理由から、記録電流起因や環境温度起因の熱突出を増加させることなく、熱アクチュエータによる熱突出を増加させることができるヒータの構造が求められている。また、単純に熱変形による突出量を大きくするだけでは、突出により新たに生じる空気圧力によってスライダが浮き上がるため、ストロークをそれほど大きくすることはできない。そのため、熱突出形状はできるだけ急峻になることも求められている。
本発明の目的は、ヒータ発熱による突出量は大きく、記録電流発熱による突出量は小さい磁気ヘッドスライダを提供することである。
本発明の他の目的は、熱突出によるスライダの浮き上がりが小さい磁気ヘッドスライダを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、ヒータ発熱による突出量は大きく、記録電流発熱による突出量は小さい磁気ヘッドスライダを保持するヘッドジンバルアセンブリを提供することである。
本発明の磁気ヘッドスライダは、
スライダと、
スライダの素子形成面に形成された再生素子と、
再生素子の上部に形成された記録素子と、
再生素子の近傍に形成され、記録素子が積層される方向に蛇行する薄膜抵抗体の細線からなるヒータと、を有するものである。
前記再生素子の上下は、薄膜抵抗体の細線に挟まれているのが望ましい。
前記ヒータは、スライダの素子形成面と再生素子の間に形成されていても良い。
また、前記ヒータは、再生素子と記録素子の間に形成されていても良い。
本発明のヘッドジンバルアセンブリは、磁気ヘッドスライダと、磁気ヘッドスライダを保持する可撓性のジンバルと、ジンバルを支持し、磁気ヘッドスライダに荷重を与えるロードビームとを有し、
磁気ヘッドスライダが、スライダと、スライダの素子形成面に形成された再生素子と、再生素子の上部に形成された記録素子と、再生素子の近傍に形成され、記録素子が積層される方向に蛇行する薄膜抵抗体の細線からなるヒータと、を有するものである。
本発明によれば、浮上量調整機能を有する磁気ヘッドスライダにおいて、ヒータ発熱による突出量は大きく、記録電流発熱による突出量は小さくすることができる。また、熱突出によるスライダの浮き上がりを小さくすることができる。
本発明の実施形態に係わる磁気ヘッドスライダおよびヘッドジンバルアセンブリについて、図面を用いて以下説明する。なお、異なる図面で同じ番号は同じ構成部品を示している。
まず図2を参照して本発明の磁気ヘッドスライダが搭載される磁気ディスク装置の概略構成を説明する。磁気ディスク装置10は、磁気情報が格納されスピンドルモータによって回転する磁気ディスク13と、記録再生素子を搭載しサスペンション15によって支持および径方向位置決めされる磁気ヘッドスライダ1を有し、磁気ヘッドスライダ1が相対的に磁気ディスク13上を走行して磁気ディスク上に記録された磁気情報を読み書きする。磁気ヘッドスライダ1は空気潤滑軸受として空気のくさび膜効果によって浮上し、磁気ディスク13と直接は固体接触しないようになっている。磁気ディスク装置10の高記録密度化と、それによる装置の大容量化あるいは小型化を実現するためには、磁気ヘッドスライダ1と磁気ディスク13の距離、すなわちスライダ浮上量を縮め、線記録密度を上げることが有効である。近年、スライダ浮上量は10nm程度あるいは10nm以下まで縮められている。
磁気ヘッドスライダ1は、サスペンション15を構成する板ばね状のロードビームに取り付けられた薄板状のジンバルに取り付けられており(この構成をヘッドジンバルアセンブリという)、ロードビームによって磁気ディスク面への押し付け荷重を与えられ、サスペンション15とともにボイスコイルモータ16によって磁気ディスク13の径方向にシーク動作し、磁気ディスク面全体で記録再生を行う。磁気ヘッドスライダ1は、装置の停止時あるいは読み書き命令が一定時間無い時に、磁気ディスク13上からランプ14上に待避する。なお、ここではロード・アンロード機構を備えた装置を示したが、装置停止中は磁気ヘッドスライダ1が磁気ディスク13のある特定の領域で待機するコンタクト・スタート・ストップ方式の磁気ディスク装置であっても良い。
図3にヘッドジンバルアセンブリ(HGA)の構成を示す。HGA4は、磁気ヘッドスライダ1と、サスペンション15及びサスペンションに配線されたトレース42を備えている。サスペンション15は、磁気ヘッドスライダ1を磁気ディスク対向面側で保持する可撓性のジンバル43と、ジンバル43を磁気ディスク対向面側で支持し、磁気ヘッドスライダ1にディスク方向への荷重を与えるロードビーム41とを有し、ロードビーム41の一端にはマウントプレート44を備えている。図3のHGA4は、ロード・アンロード・タイプであって、ロードビーム41の先端にランプ14に退避するためのタブ45を備えている。磁気ヘッドスライダ1の空気流出端面(タブ側)にはヘッド素子部に接続された複数の端子が形成されており、各端子とトレース42の各配線とが半田や金のボール・ボンディングなどを使用して接続されている。
図4に第1の実施例による磁気ヘッドスライダ1の全体構成を示す。磁気ヘッドスライダ1は、アルミナ・炭化チタン焼結体(アルチック:Al・TiC)の基板(スライダ)1aと、スライダ1aの素子形成面1cに形成された薄膜ヘッド部分1bからなる。ウエハ状態で、スパッタリング、めっき、研磨などの工程を繰り返して、薄膜ヘッド部分1bを基板1aの素子形成面1c上に形成した後に、ダイシングによってウエハからバー状のブロックに切断し、所定の加工を施した後、ブロックから磁気ヘッドスライダ1を多数切り出す。磁気ヘッドスライダ1は例えば長さ1.25mm、幅1.0mm、厚さ0.3mmのほぼ直方体形状をしており、空気軸受面5、空気流入端面11、空気流出端面12、両側の側面、背面の計6面から構成される。なお、スライダの寸法は前記以外に、更に小型で長さ0.85mm、幅0.7mm、厚さ0.23mmのもの等がある。
空気軸受面5にはイオンミリングやエッチングなどのプロセスによって微細な段差(ステップ軸受)が設けられており、磁気ディスクと対向して空気圧力を発生し、背面に負荷される荷重を支える空気軸受の役目を果たしている。なお、図では段差は強調して描かれている。段差は、実質的に平行な3種類の面に分類される。最もディスクに近いレール面6(6a,6b)、レール面6より約100nm乃至200nm深いステップ軸受面である浅溝面7(7a,7b)、レール面6より約1μm深くなっている深溝面8の3種類である。ディスクが回転することで生じる空気流が、空気流入端面11側のステップ軸受である浅溝面7bからレール面6bへ進入する際に、先すぼまりの流路によって圧縮され、正の空気圧力を生じる。一方、レール面6bや浅溝面7bから深溝面8へ空気流が進入する際には流路の拡大によって、負の空気圧力が生じる。
磁気ヘッドスライダ1は、空気流入端面11側の浮上量が空気流出端面12側の浮上量より大きくなるような姿勢で浮上するように設計されている。従って流出端近傍のレール面6aがディスクに最も接近する。流出端近傍では、レール面6aが周囲の浅溝面7a、深溝面8に対して突出しているので、スライダピッチ姿勢およびロール姿勢が一定限度を超えて傾かない限り、レール面6aが最もディスクに近づくことになる。記録素子3および再生素子2は、レール面6aの薄膜ヘッド部分1bに属する部分に形成されている。ロードビーム41から押し付けられる荷重と、空気軸受面5で生じる正負の空気圧力とがうまくバランスし、記録素子3および再生素子2からディスクまでの距離を10nm程度あるいはそれ以下の適切な値に保つよう、ステップ軸受の形状が設計されている。なお、ここでは空気軸受面5が実質的に平行な3種類の面6、7、8から形成される二段ステップ軸受の磁気ヘッドスライダについて説明したが、4種類以上の平行な面から形成される三段以上のステップ軸受の磁気ヘッドスライダであっても良い。
図1は磁気ヘッドスライダ1の、薄膜ヘッド部分1bの断面図である。図5は薄膜ヘッド部分1bを浮上面5から見た構成図である。図1及び図5に示すように、磁気ヘッドスライダ1のアルチック基板1aの素子形成面1c上に形成された薄膜ヘッド部分1bは、再生素子2、再生素子2の上下に再生素子2を挟むように配置されたヒータ50、記録素子3、これらを隔てるアルミナ(Al)等の絶縁層60、およびそれぞれの素子への電気配線膜(図示せず)などから構成される。再生素子2は、下部磁気シールド21と、ギャップ層22と、ギャップ層22の中に形成された磁気抵抗効果素子23と、上部磁気シールド24とで構成されている。磁気抵抗効果素子23は、GMR(Giant Magnetoresistive)素子やTMR(Tunneling Magnetoresistive)素子などである。記録素子3は、下部磁極31と、浮上面側に磁気ギャップ32を形成し後部で下部磁極31に磁気的に接続されている上部磁極33と、下部磁極31と上部磁極33の間に層間絶縁層34を介して形成されたコイル35とで構成されている。ヒータ50はNiCr等の薄膜抵抗体からなる細線であり、素子形成面1cに対して直角の方向(記録素子3が積層される方向)に、再生素子2の上下に、再生素子2を挟むように蛇行して形成されている。この例では、素子形成面1cと再生素子2の間と、再生素子2と記録素子3の間で、それぞれ一回折り返されている構成である。細線の厚さは0.1μm〜0.2μmであり、幅は1μm〜3μmである。細線の長さは約100μmであり、抵抗は約50Ω〜500Ωである。なお、図1及び図5は、素子構造をわかりやすくするために、スライダ長手方向(図1のX方向)の寸法を拡大して描いてある。
図13に示した従来のヒータ構造との違いは、従来のヒータ22がスライダ幅方向(図12のY方向)に蛇行する構造なのに対して、本実施例のヒータ50は、スライダ基板1aの素子形成面1cに対して直角の方向であるスライダ長手方向(図1のX方向)に蛇行する構造になっていることである。アルチック基板1aの素子形成面1cに対して直角の方向に細線を蛇行させ、スライダ幅方向に関してヒータ領域の寸法を狭くすることにより、熱伝導率の高いアルチック基板1aと対向するヒータ50の面積が従来のヒータ構造に対して極端に小さくなり、ヒータ50の熱がアルチック基板1aに逃げにくくなる。この結果、ヒータ50の熱が再生素子近傍に集中し、熱突出量が増加する。また、ヒータ50の発熱領域が小さくなり、突出形状が急峻になる。突出形状が急峻になると、突出により新たに生じる空気圧力の増加を抑えることができるため、突出によるスライダの浮き上がりを小さくすることができる。その結果、突出量の浮上変化効率が従来のヒータ構造と比べて向上するため、低消費電力化が可能となる。
図6、図7に、ヒータに50mWの電力を与えた際のスライダの熱変形を、有限要素法を用いて解析し、従来のヒータ構造と実施例によるヒータ構造を比較した結果を示す。二つのヒータ構造で解析条件を同一とするために、浮上面5からヒータ22,50の中心位置までの距離D1を同じ距離にして解析を行った。図6は記録再生素子近傍のスライダ長手方向の変形形状を示し、横軸に空気流出端からの再生素子位置の距離をとり、縦軸に記録再生素子近傍の突出量をとったものである。図7は記録再生素子近傍の磁気ディスク径方向の変形形状を示し、横軸にスライダ幅方向の中心からの再生素子位置の距離をとり、縦軸に記録再生素子近傍の突出量をとったものである。図6、図7の解析結果より、本実施例のヒータ構造の方が、突出量が大きくなることが確認できる。また、突出量の最大値で突出形状を規格化し、突出形状を比較した結果を図8、図9に示す。図8、図9より、本実施例のヒータ構造の方がアルチック部分の変形量が小さく、突出形状が急峻になっていることが確認できる。
図10は、本発明の第2の実施例による磁気ヘッドスライダ1の、薄膜ヘッド部分1bの断面図である。スライダの基本構成は第1の実施例と同じである。本実施例では、ヒータ50は、スライダ長手方向に関して上部磁気シールド24と下部磁極31の間で、スライダ長手方向(図10のX方向)に蛇行する構造になっている。この構造によれば、実施例1と同様の効果が得られる他に、ヒータ50の構造を簡素化することができる。
図11は、本発明の第3の実施例による磁気ヘッドスライダ1の、薄膜ヘッド部分1bの断面図である。スライダの基本構成は第1の実施例と同じである。本実施例では、ヒータ50は、スライダ長手方向に関してスライダ基板1aと下部磁気シールド21の間で、スライダ長手方向(図11のX方向)に蛇行する構造になっている。この構造でも実施例1と同様の効果が得られ、かつヒータ50の構造を簡素化することができる。
第1の実施例による磁気ヘッドスライダの薄膜ヘッド部分の断面図である。 本発明の磁気ヘッドスライダを搭載する磁気ディスク装置の上面図である。 本発明のヘッドジンバルアセンブリの斜視図である。 第1の実施例による磁気ヘッドスライダの斜視図である。 第1の実施例による磁気ヘッドスライダの薄膜ヘッド部分を浮上面から見た図である。 第1の実施例の突出量増加効果を示す図である。 第1の実施例の突出量増加効果を示す図である。 第1の実施例の突出量を急峻にする効果を示す図である。 第1の実施例の突出量を急峻にする効果を示す図である。 第2の実施例による磁気ヘッドスライダの薄膜ヘッド部分の断面図である。 第3の実施例による磁気ヘッドスライダの薄膜ヘッド部分の断面図である。 従来の磁気ヘッドスライダの薄膜ヘッド部分の断面図である。 従来の磁気ヘッドスライダのヒータ構造を示す平面図である。
符号の説明
1…磁気ヘッドスライダ、1a…基板(スライダ)、1b…薄膜ヘッド部分、1c…素子形成面、2…再生素子、3…記録素子、4…ヘッドジンバルアセンブリ、5…浮上面、6a,6b…レール面、7a,7b…浅溝面、8…深溝面、10…磁気ディスク装置、11…空気流入端面、12…空気流出端面、13…磁気ディスク、14…ランプ、15…サスペンション、16…ボイスコイルモータ、21…下部磁気シールド、22…ギャップ層、23…磁気抵抗効果素子、24…上部磁気シールド、31…下部磁極、32…記録ギャップ、33…上部磁極、34…層間絶縁層、35…コイル、41…ロードビーム、42…トレース、43…ジンバル、44…マウントプレート、45…タブ、50…ヒータ、60…絶縁層、D1…浮上面からヒータの中心位置までの距離。

Claims (15)

  1. スライダと、
    該スライダの素子形成面に形成された再生素子と、
    該再生素子の上部に形成された記録素子と、
    前記再生素子の近傍に形成され、前記記録素子が積層される方向に蛇行する薄膜抵抗体の細線からなるヒータと、
    を有することを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
  2. 前記再生素子の上下が、前記薄膜抵抗体の細線に挟まれていることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  3. 前記ヒータが、前記スライダの素子形成面と前記再生素子の間に形成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  4. 前記ヒータが、前記再生素子と前記記録素子の間に形成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  5. 前記薄膜抵抗体の細線は、厚さが0.1μm〜0.2μmであり、幅が1μm〜3μmであることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  6. 前記薄膜抵抗体の細線は、厚さが0.1μm〜0.2μmであり、幅が1μm〜3μmであり、長さが約100μmであることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  7. 前記薄膜抵抗体の細線は、厚さが0.1μm〜0.2μmであり、幅が1μm〜3μmであり、抵抗が約50Ω〜500Ωであることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  8. 前記再生素子は、下部磁気シールドと、上部磁気シールドと、該下部磁気シールドと上部磁気シールドの間にギャップ層を介して設けられた磁気抵抗効果素子とを有し、前記薄膜抵抗体の細線が、前記スライダの素子形成面と前記下部磁気シールドの間と、前記上部磁気シールドと前記記録素子の間に形成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  9. 前記再生素子は、下部磁気シールドと、上部磁気シールドと、該下部磁気シールドと上部磁気シールドの間にギャップ層を介して設けられた磁気抵抗効果素子とを有し、前記薄膜抵抗体の細線が、前記スライダの素子形成面と前記下部磁気シールドの間に形成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  10. 前記再生素子は、下部磁気シールドと、上部磁気シールドと、該下部磁気シールドと上部磁気シールドの間にギャップ層を介して設けられた磁気抵抗効果素子とを有し、前記薄膜抵抗体の細線が、前記上部磁気シールドと前記記録素子の間に形成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドスライダ。
  11. スライダと、
    該スライダの素子形成面に形成された再生素子と、
    該再生素子の上部に形成された記録素子と、
    前記再生素子の近傍に形成され、前記素子形成面に対して直角の方向に蛇行する薄膜抵抗体の細線からなるヒータと、
    を有することを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
  12. 磁気ヘッドスライダと、該磁気ヘッドスライダを保持する可撓性のジンバルと、該ジンバルを支持し、前記磁気ヘッドスライダに荷重を与えるロードビームとを有するヘッドジンバルアセンブリにおいて、
    前記磁気ヘッドスライダが、スライダと、該スライダの素子形成面に形成された再生素子と、該再生素子の上部に形成された記録素子と、前記再生素子の近傍に形成され、前記記録素子が積層される方向に蛇行する薄膜抵抗体の細線からなるヒータと、を有することを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
  13. 前記再生素子の上下が、前記薄膜抵抗体の細線に挟まれていることを特徴とする請求項12記載のヘッドジンバルアセンブリ。
  14. 前記ヒータが、前記スライダの素子形成面と前記再生素子の間に形成されていることを特徴とする請求項12記載のヘッドジンバルアセンブリ。
  15. 前記ヒータが、前記再生素子と前記記録素子の間に形成されていることを特徴とする請求項12記載のヘッドジンバルアセンブリ。
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