JP2007305215A - 磁気抵抗効果型磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】高密度テープストレージ用再生ヘッドとして好適なフラックスガイド型ＧＭＲヘッドの放熱性を容易に改善し、より高い再生出力を得ることを可能にする。
【解決手段】上層シールド３ａ及び下層シールド３ｂ間であって、磁気記録媒体との摺動面１側の再生ギャップＧの中央に配設されたフラックスガイド２と、フラックスガイド２から、前記摺動面１と直交する方向に所定距離隔て、且つフラックスガイド２とは異なる高さ位置に配設されたＧＭＲ素子４と、前記ＧＭＲ素子４とオーバーラップし、該ＧＭＲ素子４とは異なる高さ位置に配設されたヒートシンク１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗を利用して磁気記録媒体に記録された磁気信号を読み取る磁気抵抗効果型磁気ヘッドに関する。

近年、磁気テープを記録媒体とするテープストレージ装置においても、データ記録容量の高密度化に伴いハードディスク用再生ヘッドと同様、磁気抵抗効果型磁気ヘッド、例えばＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）ヘッドの適用が検討されている。しかし、テープストレージシステムではハードディスクシステムと異なり、磁気テープと磁気ヘッドが接触して走行することとなる。

ハードディスクシステムで用いられているようなＧＭＲヘッドをテープストレージ用ヘッドとして適用する場合、接触走行に伴う弊害として、ＧＭＲ素子磨耗によるバイアス点の変動、ＧＭＲ素子とそれに隣接するシールドとの間で発生する電気的短絡、引掻疵によるＧＭＲ素子の損傷などが発生する可能性があり、接触走行に伴う信頼性確保の点で、磁気テープ用ＧＭＲヘッドとしては例えば下記特許文献１に記載のようなＧＭＲ素子を摺動面に露出させないフラックスガイド型ＧＭＲヘッドのような形態が望ましい。

図６は特許文献１に記載のフラックスガイド型ＧＭＲヘッドの断面を示している。図６においてヘッドの摺動面（磁気テープ対向面）１側に臨んでフラックスガイド２が配設され、フラックスガイド２を挟むように上下一対のシールド３ａ，３ｂが配設されている。摺動面１に露出した上下シールド３ａ，３ｂの間隔Ｇを再生ギャップ長と呼び、この再生ギャップ長で再生ヘッドの波長分解能が決定される。一般的には再生ギャップ長が小さいほど波長分解能が良い。

一方ＧＭＲ素子４は摺動面１から一定量離間した位置に配設されている。ＧＭＲ素子４が配設される位置においては、上下シールド３ａ，３ｂ間距離は再生ギャップ長よりも拡張するような構造を取っている。このような構造を取ることで、記録媒体から発生する信号磁束がＧＭＲ素子４へ伝播する過程で発生する信号磁束の漏洩を最小限に抑えつつ、再生ギャップ長として0.2μm以下という波長分解能の良いフラックスガイド型ＧＭＲヘッドを作成することができる。

尚図中５はデプス（磨耗許容量）、６はデプスゼロ点（磨耗限界点）を各々示している。
特開２００２−１３３６１５号公報

しかし、前記図６の構造においてはＧＭＲ素子４が上下一対のシールド３ａ，３ｂから比較的離れた位置に配設されること、及びＧＭＲ素子〜シールド間にはＡｌ₂Ｏ₃やフォトレジスト硬化膜などの一般的な金属と比較して熱伝導性の劣る絶縁材料が形成されることから、ＧＭＲ素子４へセンス電流を通電することにより発生するジュール熱が放熱されにくい構造となっている。

ＭＲ素子（ＧＭＲ素子）は媒体に記録された微弱な磁気信号を感知し自身の抵抗変化を引き起こす。媒体からの信号磁界によるＭＲ素子（ＧＭＲ素子）の抵抗変化をΔＲとした場合、再生信号出力ΔＶは基本的にはΔＶ＝Ｉs×ΔＲにより決定される。ここでＩｓはＭＲ素子（ＧＭＲ素子）に通電するセンス電流値を意味する。従って、ＭＲ素子（ＧＭＲ素子）に通電するセンス電流が多いほど、高い再生出力が得られることになる。

しかし、センス電流が多いほどＧＭＲ素子はジュール熱による温度上昇が発生する。一般的に、ＧＭＲ素子は温度上昇に伴い抵抗変化が減少するため、再生出力信号の強度はあるセンス電流値以上では減少に転じる。フラックスガイド型ＧＭＲヘッドにおいては、先述した理由によりＧＭＲ素子に発生したジュール熱が放熱しにくい構造であるため、本来ＧＭＲ素子が有している能力を十分に発揮しにくいと言った問題がある。

本発明はこのような事象に鑑みてなされたもので、その目的は、高密度テープストレージ用再生ヘッドとして好適なフラックスガイド型ＧＭＲヘッドの放熱性を容易に改善し、より高い再生出力を得ることを可能にするものである。

前記課題を解決するための本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、第１および第２の磁気シールド間に配設された磁気抵抗効果型素子を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記第１および第２の磁気シールド間であって、一端が、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気記録媒体に接触する接触面側に臨んで配設されたフラックスガイドと、前記フラックスガイドから、前記接触面と直交する方向に所定距離隔て、且つ該フラックスガイドとは異なる高さ位置に配設された磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子とオーバーラップし、該磁気抵抗効果素子とは異なる高さ位置に配設されたヒートシンクとを備えたことを特徴としている。

また、前記磁気抵抗効果素子の配設位置における前記第１および第２の磁気シールド間の距離は、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドの接触面側の前記第１および第２の磁気シールド間の距離よりも長く形成されていることを特徴としている。

また、前記磁気抵抗効果素子はＧＭＲ素子であり、前記ヒートシンクが内包された前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドはＧＭＲヘッドチップ内に配設されていることを特徴としている。

また、前記ヒートシンクは前記磁気抵抗効果素子と絶縁されていることを特徴としている。

また、前記ヒートシンクは熱伝導性の良好な非磁性金属からなる材料で構成されていることを特徴としている。

（１）請求項１〜５に記載の発明によれば、磁気抵抗効果型磁気ヘッドの内部にヒートシンクを配設しているので、磁気抵抗効果素子、例えばＧＭＲ素子へセンス電流を通電することにより発生するジュール熱の放熱性を高めることができる。その結果、より高いセンス電流を例えばＧＭＲ素子へ供給することが可能になり、再生出力の向上をもたらすことができる。また、磁気抵抗効果素子の温度上昇を低減させることができるため磁気ヘッドの信頼性向上にも寄与できる。
（２）請求項２に記載の発明によれば、磁気記録媒体から発生した信号磁束が磁気抵抗効果素子へ伝播する過程で発生する信号磁束の漏洩を最小限に抑えることができる。
（３）請求項３に記載の発明によれば、ヒートシンクがＧＭＲヘッドチップ内部に内包されることになるため、外部冷却機構を付与しなくても冷却機構が容易に実現される。
（４）請求項４に記載の発明によれば、ヒートシンクと磁気抵抗効果素子が電気的に接触して再生出力が大幅に低下することは避けられるとともに、ヒートシンクを磁気抵抗効果素子に極力接近して配設することができ、このように構成することにより放熱性がより向上する。
（５）請求項５に記載の発明によれば、ヒートシンクは非磁性金属で構成されるため、ヒートシンクを配設することによる磁気抵抗効果素子への磁気的擾乱が発生しない。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態例による、放熱性改善構造のフラックスガイド型ＧＭＲヘッドの要部断面を示している。本実施形態例は、ＧＭＲ素子４の上部を覆うようにヒートシンク１１（熱吸収膜）を形成、付与させたことを特徴とする。ヒートシンク１１に用いる材料としては、ＧＭＲ素子４への磁気的擾乱を防ぐために非磁性材料であること、さらに熱伝導性の高い材料が効果的であることから、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕもしくはそれら元素を主成分とする合金が好ましい。

また放熱性を高めるため、ヒートシンク１１はＧＭＲ素子４に極力接近させて配置されるべきである。しかし、ヒートシンク１１とＭＲ素子４が電気的に接触してしまうと再生出力の大幅な低下をもたらすため両者は絶縁させる必要がある。そのためには、ＧＭＲ素子４の直上にＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁性薄膜を膜厚として約50nm形成した後に、ヒートシンク１１を形成するようにすればよい。

以下、本実施形態例を、フラックスガイド型ＧＭＲヘッドの作成方法とともに具体的に説明する。まず表面が鏡面加工された図示省略の非磁性セラミック基板（２１）上に、FeAlSiあるいはNiFeなどの軟磁性材料からなる下層シールド３ｂが成膜されフォトリソグラフィを用いて所望の形状に形成される。

次に、再生ギャップ長に影響しない領域（摺動面１から見た場合にデプスゼロ点６より奥側に相当する領域）の下層シールド３ｂに、１２に示すようにフォトリソグラフィとイオンエッチングを用いて溝を形成し、当該溝部にAl₂O₃などの非磁性絶縁膜を埋め込む。

次に、下層ギャップ膜としてAl₂O₃などの非磁性絶縁膜１３をスパッタリング法により成膜した後、ケミカルポリシングにより表面を鏡面加工する。

次にフラックスガイド２は、例えばNiFe、Co系アモルファスなどの軟磁性材料をスパッタリング法により成膜する。フラックスガイド膜厚に関しては信号磁束をＧＭＲ素子４へ伝達する効率、及びテープとの接触走行における信頼性を考慮すると再生ギャップ長の1/3〜1/4程度となるような膜厚が好適である。また再生波形の良好な対称性を得るために、フラックスガイド２は再生ギャップＧの中央になるように配する。

フラックスガイド２両端部には、フラックスガイド２に用いる軟磁性薄膜が記録媒体からの信号磁界に対して線形性良く磁化される過程を生み出すために、CoCrPtなどの硬質磁性材料により構成される一対の永久磁石膜がアバットジャンクション接続により形成される（図示省略）。

その後フォトリソグラフィを用いてフラックスガイド２が所望の寸法形状に形成されるが、フラックスガイドハイトに関しては、信号磁束伝達効率の観点から以降に形成されるＧＭＲ素子ハイトの15〜25%の割合でオーバーラップするように形成する（特許文献１に記載の技術）。

またフラックスガイド２を所望の形状に形成した後に発生する段差を軽減させるために、フラックスガイド周囲にフラックスガイド膜厚相当の絶縁膜１４が形成される。

その後、フラックスガイド２とＧＭＲ素子４間相関絶縁膜１５をAl₂O₃などの絶縁材料により形成した後、ＧＭＲ素子４が形成される。ＧＭＲ膜としては、現在ハードディスク用再生ヘッドとして一般的に用いられているようなSpinValve(SV)膜をスパッタリング法により成膜する。

このSVには信号磁界に対してその磁化方向が自由に変化する磁性層である「フリー層」と、信号磁界に対して磁化方向が変化しない磁性層である「ピン層」があり、作成過程においてはフリー層の磁化容易軸が無磁界の状態で摺動面に対して平行となり、ピン層の磁化容易軸が摺動面に対して垂直となるように制御される。

また、前記フリー層は信号磁束伝達効率を考慮すると、フラックスガイド２になるべく近接して配置させる方が良い（特許文献１に記載の技術）。図１の構造ではSV形成面に対してフラックスガイド２が下層側に配されるため、フリー層は前の工程で形成されたフラックスガイド２に近接するように下層側に形成される構造(トップ型SV素子)が望ましい。

このSV素子（ＧＭＲ素子４）両端部にも前記フラックスガイド２と同様、磁化過程における安定動作を目的とした一対の永久磁石膜がアバットジャンクション接続により形成され（図示省略）、フォトリソグラフィを用いて所望の形状に形成される。

続いて、ＧＭＲ（SV）素子４上部にＧＭＲ素子上絶縁膜１６がAl₂O₃などの絶縁材料により形成される。本発明において適用するＧＭＲ素子４は、ＧＭＲ素子面内方向にセンス電流を通電することにより再生出力を得ることができるいわゆるCIP（Current In Plane）型素子であるため、ＧＭＲ素子４に、高導電材料によって構成されるヒートシンク１１が電気的に接触すると大幅な再生出力低下をもたらす。従って、ＧＭＲ素子４とヒートシンク１１は確実に絶縁させる必要があり、当該絶縁膜１６は次に形成されるヒートシンク１１とＧＭＲ素子４間を絶縁させる役割を担っている。ヒートシンク１１の放熱効率と絶縁性確保の観点から、当該絶縁膜１６の膜厚は50nm程度が好適である。

この後、本発明の要点となるヒートシンク１１が形成される。ヒートシンク１１にはCuなど熱伝導性の良好な材料をスパッタリングなどにより成膜し、フォトリソグラフィにより所定の形状にパターニングする。ヒートシンク１１の寸法形状が大きいほど、またその膜厚も厚いほどヒートシンク容積が大きくなるので、放熱性の面では優れたものとなるが、実用上は、SV素子（ＧＭＲ素子４）を完全に覆うような位置関係であり、その寸法としてはSV素子（ＧＭＲ素子４）の面積の2倍以上であること。また膜厚としてはGMR膜の2倍以上あればヒートシンクとして十分な効力を発揮できる。

次に、再生ギャップ長に影響しない領域（摺動面１から見た場合にデプスゼロ点６より奥側に相当する領域）に絶縁膜１７を形成する。この絶縁膜１７には上層シールド形成面の段差を解消し上層シールド３ａの軟磁気特性を良好なものとするため、フォトレジストを所定の方法で硬化させた膜を用いる。フォトレジスト硬化膜は所望の形状に作成することが容易であることからも当該絶縁膜１７の作成には好適である。

続いて、上層シールド３ａとなるCo系アモルファス材料あるいはNiFeなどの強磁性薄膜をスパッタリング法あるいは電解メッキ法により成膜し、フォトリソグラフィを用いて所望の形状に作成する。そして配線工程や端子形成工程（図示省略）などを経てフラックスガイド型ＧＭＲヘッドのウエハー１０が完成する。

次に完成したウエハー１０を切断し、図２に示すように上層シールド３ａに保護板（セラミック）２２を接着し、摺動面１の形状加工を行ってヘッドチップ２０が完成する。

その後加工したヘッドチップ２０を図３に示すようにヘッドベース３１に接着し、ワイヤーボンディング処理（ワイヤー３２）を施すことでストレージ機器へ再生信号が出力可能な形態となる。最後に所望のデプス（磨耗許容量）５になるようラッピング加工を施し、テープストレージ用ヘッドアッセンブリ３０が完成に至る。尚図中３３は端子板、３４は再生信号出力端子である。

次に本実施形態例の効果について述べる。本発明者らは、ヒートシンクを付与しないフラックスガイド型ＧＭＲヘッドとヒートシンクを付与したフラックスガイド型ＧＭＲヘッドを作成し、所定の条件下における電磁変換特性を比較した。なお、ヒートシンクはＣｕ薄膜をスパッタリング法により膜厚100nmにて成膜した後、フォトリソグラフィを用いて所定の形状に加工したものである。

図４はその比較結果を示している。図４において、ヒートシンクを付与していないヘッドは、センス電流が9mAを超えると出力が低下しているのに対して、ヒートシンクを付与したヘッドはセンス電流12mAまでほぼ出力が直線的に増加している。また両者で最大出力値を比較すると、ヒートシンクを付与していないヘッドが0.83mVpp（センス電流9mAにおける出力値）であるのに対し、ヒートシンクを付与したヘッドは1.12mVpp（センス電流12mAにおける出力値）であり、ヒートシンク付与により約35%の出力上昇をもたらすことができている。

このことから、ヒートシンクを設けることにより、ＧＭＲ素子にセンス電流を通電することで発生するジュール熱の放熱性が改善され、より高いセンス電流を通電することが可能となり、その結果高い再生出力が得られることがわかる。

また図５はセンス電流を変化させたときに、ＧＭＲ抵抗がどの程度上昇するかを示したものである。センス電流0.5mAにおけるＧＭＲ抵抗を基準とした場合、ヒートシンクを付与していないものでは12mAにおいて約26%の抵抗上昇が認められるのに対して、ヒートシンクを付与しているものでは12mAにおける抵抗上昇が約17%にまで低減されている。このことからもヒートシンク付与により放熱性が改善されていることがわかる。

尚本発明のヒートシンクは、図１のようにＧＭＲ素子４の上側に設けるに限らず、下側に設けてもよく、また上、下２枚設けてもよい。

本発明の一実施形態例を示す要部断面略図。 図１のヘッドをＧＭＲヘッドチップ内に配設した実施形態例を示す概略構成図。 図２のヘッドチップを用いたテープストレージ用ヘッドアッセンブリの概略構成図。 磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおける、ヒートシンク有り、無しの場合のセンス電流と再生出力の関係を示す特性図。 磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおける、ヒートシンク有り、無しの場合のセンス電流と抵抗上昇率の関係を示す特性図。 従来のフラックスガイド型ＧＭＲヘッドの要部断面略図。

符号の説明

１…摺動面、２…フラックガイド、３ａ…上層シールド、３ｂ…下層シールド、４…ＧＭＲ素子、５…デプス、６…デプスゼロ点、１０…ウェハー、１１…ヒートシンク、１２〜１７…絶縁膜、２０…ヘッドチップ、２１…非磁性セラミック基板、２２…保護板、３０…テープストレージ用ヘッドアッセンブリ、３１…ヘッドベース、３２…ワイヤー、３３…端子板、３４…再生信号出力端子。

Claims (5)

1. 第１および第２の磁気シールド間に配設された磁気抵抗効果型素子を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、
   前記第１および第２の磁気シールド間であって、一端が、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドの磁気記録媒体に接触する接触面側に臨んで配設されたフラックスガイドと、
   前記フラックスガイドから、前記接触面と直交する方向に所定距離隔て、且つ該フラックスガイドとは異なる高さ位置に配設された磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子とオーバーラップし、該磁気抵抗効果素子とは異なる高さ位置に配設されたヒートシンクと
   を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
2. 前記磁気抵抗効果素子の配設位置における前記第１および第２の磁気シールド間の距離は、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドの接触面側の前記第１および第２の磁気シールド間の距離よりも長く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
3. 前記磁気抵抗効果素子はＧＭＲ素子であり、前記ヒートシンクが内包された前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドはＧＭＲヘッドチップ内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
4. 前記ヒートシンクは前記磁気抵抗効果素子と絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
5. 前記ヒートシンクは熱伝導性の良好な非磁性金属からなる材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
   

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