JP2008047246A - 磁気ヘッド、磁気記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スライダ内部にインピーダンス変換回路を搭載した磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【解決手段】外部磁界の変動に対応して抵抗値が変化するＭＲ素子と、ＭＲ素子からの信号出力をインピーダンス変換して出力するインピーダンス変換手段と、を有することを特徴とする磁気ヘッドである。そして、インピーダンス変換手段は、一次側が、ＭＲ素子の出力インピーダンスに、二次側がＭＲ素子の出力信号を増幅する増幅器の入力インピーダンスに整合するマッチングトランスである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＲ素子を搭載した磁気ヘッド、磁気記憶装置のインピーダンス整合に関する。

近年、情報記憶装置の小型化と記録容量の大容量化の要求により、より小型で記録媒体への高密度な記録、再生が可能な磁気ヘッドとして薄膜磁気ヘッド素子を有する磁気ヘッドが採用されている。このような磁気ヘッドとしては、記録素子と磁気抵抗素子を用いた再生素子とを有する複合型ヘッドや、磁気抵抗素子を用いた再生素子のみの再生ヘッドがある。再生ヘッドの再生素子としては、ＣＰＰ型（Current PerpendＩＣular to Plane）のＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistive）を採用したものがある。再生ヘッドは、スライダ基板とその上に形成された下地層の上にＴＭＲ素子が形成される。ＴＭＲ素子の構成は、下部電極、フリー層、非磁性層、固定層、反磁性層、上部電極の順に積層されている構成である。このように、ＴＭＲ素子は、１対の電極端子と、これら電極端子に挟み込まれるフリー層、非磁性層、固定層、反磁性層からなるＴＭＲ層とを備える。ＴＭＲ層では、フリー層および固定層の間に挟まれる非磁性層の絶縁層の働きで磁気抵抗効果は確立される。磁気記録媒体からの磁界の向きに応じてフリー層の磁化方向が変化すると、ＴＭＲ層の抵抗値が大きく変化する。一方、ＴＭＲ層には電圧が付加される。そして、磁気記録媒体からの磁性によるＴＭＲ層の抵抗変化による電流値の変化に基づき磁気情報に関する信号が出力される。再生ヘッドのデータ再生回路は、ヘッド回路と中継回路とヘッドアンプＩＣとから構成される。ヘッド回路は、ＴＭＲ素子を有する回路からなる。中継回路は、ヘッドアンプＩＣとヘッド回路とを接続するケーブルよりなる。ヘッドアンプＩＣは、ＴＭＲ素子に電圧を付加する電源と、ヘッド信号の増幅回路を有する。そのため、ＴＭＲ素子の両端とヘッドアンプＩＣ間は、ケーブルで接続されている。ヘッドアンプＩＣは、ＴＭＲ素子の両端と接続され、ヘッド回路のインピーダンスと中継回路およびヘッドアンプＩＣを含めたインピーダンスが等しくなるようにすることで、信号出力が低減せずに、高速転送が可能な回路構成としている。この整合は、個々の回路のインピーダンスに左右されるため、中継回路およびヘッドアンプＩＣのインピーダンスが固定される場合には、ヘッド回路のインピーダンス特性を変更して整合をとる必要がある。そのためには、ヘッドの構造をもとに導出した等価回路をもとに、そのＬ，Ｃ，Ｒに対応した部位を調節することによりヘッドのインピーダンスを調節しなければならない。このため、中継回路にインピーダンス変換手段を設けることで、インピーダンスの整合をとる方式が提案されている。(特許文献１)。
特開平９−１８５８０３号公報（第６頁、段落００５４、図２）

インピーダンス変換手段を中継回路のサスペンションに設ける場合、サスペンションの一部にトランジスタを含む回路を載せるため、空力特性を別途考慮しなければならない問題が生ずる。また、トランジスタを含む回路に電源を供給しなければならない問題も出てくる。このため、スライダ内部にインピーダンスマッチングのためのインピーダンス変換回路が搭載されることが望まれる。本発明は、スライダ内部にインピーダンス変換回路を搭載した磁気ヘッド、磁気記憶装置を提供することを目的とする。

本発明の磁気ヘッドは、外部磁界の変動に対応して抵抗値が変化するＭＲ素子と、ＭＲ素子からの信号出力をインピーダンス変換して出力するインピーダンス変換手段と、を有する構成である。この構成をとることにより、インピーダンス変換手段を用いてＭＲ素子の出力インピーダンスとＭＲ素子の出力信号を増幅する増幅器の入力インピーダンスとを整合させることができる。

また、本発明の磁気ヘッドのインピーダンス変換手段は、一次側が、ＭＲ素子の出力インピーダンスに、二次側がＭＲ素子の出力信号を増幅する増幅器の入力インピーダンスに整合するマッチングトランスを有する構成である。
この構成により、ＭＲ素子の出力インピーダンスとＭＲ素子の出力信号を増幅する増幅器の入力インピーダンスとをトランスにより整合させることができる。

また、本発明の磁気ヘッドは、ＭＲ素子の出力信号を増幅器に接続する配線と、ＭＲ素子へ電源を供給する配線とが分離している構成である。
この構成により、ＭＲ素子への電源供給とＭＲ素子からの信号出力が分離するので、トランスを使用できる。

本発明により、磁気ヘッド内に形成した誘導結合用トランスにより磁気ヘッドにおける信号伝送側のインピーダンスは、誘導結合用のコイルにより決まるので磁気ヘッドの設計が容易になる。

（実施例１）
図５に磁気記憶装置の説明図を示す。
磁気記憶装置４１は、ヘッドスタックアセンブリ４４と記録媒体４３を回転するためのスピンドルモータ４２を、ベース４６に搭載している。そして、これらを駆動するためのディスクコントローラ等を搭載した制御部（図示せず）がベース４６の裏側に設けられている。ヘッドスタックアセンブリ４４は、磁気ヘッドを備えるスライダ５１を搭載するサスペンション５２、サスペンション５２を支持するアーム５３と、サスペンション５２とアーム５３を有する複数のアクチュエータブロック５４と、図示していないＶＣＭコイルと軸受けユニットを有する。また、磁気記憶装置４１は、アクチュエータブロック５４を駆動するためのボイスコイルモータ５５を備えた駆動部５６を有する。制御部からの指示により、ボイスコイルモータ５５が駆動され、ヘッドスタックアセンブリ４４が移動することで、磁気ヘッドの移動が行われる。

また、アクチュエータブロック５４の側面には、磁気ヘッドとヘッドアンプＩＣ６とを接続するためのフレキシブルプリント基板６１と、ヘッドアンプＩＣ６、ヘッド用電源ＩＣ７を搭載するヘッド駆動用フレキシブルプリント基板６２が取り付けられている。このヘッド駆動用フレキシブルプリント基板６２は固定部材４５を経由して制御部に接続されている。ヘッドアンプＩＣ６は、磁気ヘッドおよび制御部と接続され、データの記録のための信号の増幅と、データ再生のための増幅を行う。

図６にヘッドスタックアセンブリの構成図を示す。ヘッドスタックアセンブリ４４は、複数枚から構成されるアクチュエータブロック５４を有する。サスペンション５２は、スライダ５１を搭載したジンバルを含んでいる。アーム５３は、スライダ５１からのヘッド信号を伝達するフレキシブルプリント基板６１を接続部５７に導いている。接続部５７は、フレキシブルプリント基板６１とヘッド駆動用フレキシブルプリント基板６２とを接続する部分である。ヘッド駆動用フレキシブルプリント基板６２は、磁気ヘッドと磁気記憶装置本体部の制御部と中継するフレキシブルなプリント基板であり、ヘッドアンプＩＣ６、ヘッド用電源ＩＣ７、接続端子５８を有する。スライダ５１からのヘッド信号および電源信号は、サスペンション５２、フレキシブルプリント基板６１を経て接続部５７、フレキシブルプリント基板６２上の接続端子５８を経由してヘッド駆動用フレキシブルプリント基板６２上のヘッドアンプＩＣ６、ヘッド用電源ＩＣ７へ導かれる。

図１に回路構成図を示す。データ再生回路は、スライダ５１上のヘッド回路１とフレキシブルプリント基板６１上の中継回路４とヘッド駆動用フレキシブルプリント基板６２上のヘッド駆動回路５を有する。そして、ヘッド駆動回路５は、ヘッドアンプＩＣ６、ヘッド用電源ＩＣ７からなる。その接続配線は、次のようである。ヘッド回路１は、TMR素子２とトランス３とを有する。トランス３は、トランス回路３１とトランス回路３２とが直列に接続されたものである。そして、トランス回路３１は、コイル３１１、３１３から構成され、トランス回路３２は、コイル３１２、３１４で構成されている。TMR素子２は、トランス３の１次側コイルのコイル３１１、コイル３１２と各々接続される。トランス回路３１のコイル３１３は、ヘッド回路１のＲＸ端子から中継回路４を経由してヘッドアンプＩＣ６のＲＸｈ端子と接続される。また、トランス回路３２のコイル３１４は、ヘッド回路１のＲＹ端子から中継回路４を経由してヘッドアンプＩＣ６のＲＹｈ端子と接続される。ヘッド用電源ＩＣ７のＰＸｈ端子は、中継回路４を経由し、ヘッド回路１のＰＸ端子を経てトランス回路３１のコイル３１１と接続する。ヘッド用電源ＩＣ７のＰＹｈ端子は、中継回路４を経由し、ヘッド回路１のＰＹ端子を経てトランス回路３２のコイル３１２と接続する。そして、電源用ＩＣ７は、コイル３１１、コイル３１２を通してＴＭＲ素子２と接続される。一方、中継回路４は、ヘッド回路１とヘッド駆動回路５とを中継する回路であり、サスペンション５２に印刷されたパターンとそれに接続するフレキシブルプリント基板６１とにより構成されている。ヘッドアンプＩＣ６とヘッド用電源ＩＣ７は、ヘッド駆動用フレキシブルプリント基板６２上に個別のＩＣチップとして搭載されており、中継回路４からの接続パターンが各回路を構成するＩＣに接続される。

動作概要は、次のようである。

ヘッド回路１は、電源用ＩＣ７からのバイアス電圧が印加されているTMR素子２により、記録媒体３３からの磁束の変化を検出し、それを電流に変換する。次に、検出された電流についてトランス３を介して中継回路４へ送出する。そして、トランス３で変換され出力された電圧は、中継回路４を経由してヘッドアンプＩＣ６に入力される。入力された電圧は、差動増幅されて制御部に検出信号として送出される。

図２に、ヘッド回路の構成を示す。ヘッド回路１は、TMR素子２のＲ３とその浮遊容量Ｃ３、シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２とその配線インダクタンスＬ１、Ｌ２、ＴＭＲ素子２の各層間の浮遊容量等のＣ１、Ｃ２とトランス回路３１、３２とを有する。シャント抵抗Ｒ１、Ｒ２とは、静電気破壊を防止するための抵抗で、再生ヘッドを構成するスライダ基板と、ＴＭＲ素子２の電極の引出部２３、２４との間に形成されている。ＴＭＲ素子２へバイアス電圧が付加されている状態で、記録媒体４３からの入力磁界に変化が発生すると、磁気抵抗に変化が生ずる。このことで、ＴＭＲ素子２に流れる電流に変化が生ずるため、トランス３１、トランス３２に流れる電流も変化する。トランス３１、トランス３２は、同一のトランス巻線比の構成とし、出力は、逆相の出力とする。その結果、トランス３１の巻線数比がｎ１：ｎ２であれば、そのコイル両端に発生した電圧Ｖｏが変換されＶｏ×ｎ２／ｎ１としてヘッドアンプＩＣ６への入力電圧となる。また、トランス３２の巻線数比がｎ１：ｎ２であれば、そのコイル両端に発生した電圧Ｖｏが変換されＶｏ×ｎ２／ｎ１としてヘッドアンプＩＣへの逆相の入力電圧となる。

図３にトランスのコイルの説明図を示す。図３（ａ）は、スライダの端子面の説明図である。

リード端子ＲＸ，ＲＹ、ライト端子ＷＸ，ＷＹ、電源端子ＰＸ，ＰＹを示す。以下はリード回路の構造について説明を行う。電源端子ＰＸは、トランス回路３１、引出部２５、引出部２３を経てシールド部２１の下部に配置されているＴＭＲ素子２の一端と接続するように配線されている。電源端子ＰＹは、トランス回路３２を経て引出部２６、引出部２４を経てシールド部２１の下部に配置されているＴＭＲ素子２の他端と接続するように配線されている。リード端子ＲＸは、トランス回路３１、スタッド２７を経由してグラウンドに接続し、リード端子ＲＹは、トランス回路３２、スタッド２８を経由してグラウンドに接続するように配線されている。図３（ｂ）は、リード端子ＲＸの周辺の拡大図を示す。リード端子ＲＸは、配線パターンを経てトランスコイル３１３の一端に接続されるように形成され、トランスコイル３１３の他端は、スタッド２７を経由してスライダ５１の基板と接続されグラウンドに接続されるように形成される。また、トランスコイル３１１は、一端を電源端子ＰＸと接続されるように形成される。トランスコイル３１１の他端は、ＴＭＲ素子２に接続されるように形成される。トランスコイル３１１とトランスコイル３１３間は、ＡＬ２Ｏ３等の絶縁膜を成膜している。

図４にインピーダンスの整合の説明図を示す。簡略化した等価回路である。Ｉｃは、ＴＭＲ素子２から出力される電流を示す。トランス３によるインピーダンス整合を行う。１次側のインピーダンスをＺ１、２次側のインピーダンスをＺ２とする。トランスの１次側の巻き線数をＮ１、トランスの２次側の巻き線数をＮ２とする。

Ｚ２＝Ｚ１×（Ｎ２／Ｎ１）×（Ｎ２／Ｎ１）
ヘッド回路１のトランス回路３の１次側の回路のＺ１には、1次側のＴＭＲ素子２の抵抗Ｒ３とシャント抵抗Ｒ1、Ｒ２、各層のコンデンサ等が含まれている。一方、中継回路４からヘッドアンプＩＣ６までの信号伝送路のインピーダンスは、中継回路４のケーブルのインピーダンスＺｃとヘッドアンプＩＣ６の入力インピーダンスＺｐから構成される。すなわちＺｓ=Ｚｃ＋Ｚｐとなる。従って、ヘッド回路１の出力インピーダンスを信号伝送路のインピーダンスと整合させるためには、Ｚ２＝Ｚｓにすればよい。このため、ヘッド回路１の設計の際に、Ｚ２＝Ｚｓになるように設計を行う。具体的には、トランスの巻線比Ｎ２／Ｎ１による調整を行う。他のＴＭＲの抵抗Ｒ３、シャント抵抗Ｒ1、Ｒ２、各層の浮遊容量によるコンデンサ等の磁気ヘッドの各層の製造条件で形成されるものは、固定とする。

このように、トランスコイルの巻き線の調整により、Ｚ２を決定することができるので、トランスによるインピーダンス整合を図ることができる。この結果、磁気ヘッド内に形成した誘導結合用トランスにより磁気ヘッドにおける信号伝送側のインピーダンスは、誘導結合用のコイルにより決まるので磁気ヘッドの設計が容易になる。

回路構成図 ヘッド回路の説明図 トランスのコイルの説明図 インピーダンス整合の説明図 磁気記憶装置の説明図 ヘッドスタックアセンブリの説明図

符号の説明

１ ヘッド回路
２ ＴＭＲ素子
３ トランス
４ 中継回路
５ ヘッド駆動回路
６ ヘッドアンプＩＣ
７ ヘッド用電源ＩＣ
２１ シールド部
２３〜２６ 引出部
２７〜２８ スタッド
３１〜３２ トランス回路
４１ 磁気記憶装置
４２ スピンドルモータ
４３ 記録媒体
４４ ヘッドスタックアセンブリ
４５ 固定部材
４６ ベース
５１ スライダ
５２ サスペンション
５３ アーム
５４ アクチュエータブロック
５５ ボイスコイルモータ
５６ 駆動部
５７ 接続部
５８ 接続端子
６１ フレキシブルプリント基板
６２ ヘッド駆動用フレキシブルプリント基板
３１１〜３１４ トランスコイル

Claims (5)

1. 外部磁界の変動に対応して抵抗値が変化するＭＲ素子と、
   ＭＲ素子からの信号出力をインピーダンス変換して出力するインピーダンス変換手段と、
   を有することを特徴とする磁気ヘッド。
2. インピーダンス変換手段は、
   一次側が、ＭＲ素子の出力インピーダンスに、二次側がＭＲ素子の出力信号を増幅する増幅器の入力インピーダンスに整合するマッチングトランスを有することを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド。
3. ＭＲ素子の出力信号を増幅器に接続する配線と、ＭＲ素子へ電源を供給する配線とが分離していることを特徴とする請求項２記載の磁気ヘッド。
4. 外部磁界の変動に対応して抵抗値が変化するＭＲ素子と、
   ＭＲ素子からの信号出力をインピーダンス変換して出力するインピーダンス変換手段と、
   を有する磁気ヘッドを搭載することを特徴とする磁気記憶装置。
5. インピーダンス変換手段は、
   一次側が、ＭＲ素子の出力インピーダンスに、二次側がＭＲ素子の出力信号を増幅する増幅器の入力インピーダンスに整合するマッチングトランスを有する磁気ヘッドを搭載することを特徴とする請求項４記載の磁気記憶装置。
   

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