JP2009009636A - Magnetic head slider - Google Patents
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Abstract
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に係わる。 The present invention relates to a magnetic head slider for realizing a high recording density of a magnetic disk device.
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(記録再生素子)を搭載するスライダと、スライダを支持するサスペンションを備える支持機構とを有し、支持機構によりスライダを磁気ディスクの径方向に位置決めし、スライダが相対的に磁気ディスク上を走行して、記録再生素子により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、磁気ディスクとスライダが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、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。 The magnetic disk apparatus includes a rotating magnetic disk, a slider on which a magnetic head (recording / reproducing element) is mounted, and a support mechanism including a suspension that supports the slider, and the slider is positioned in the radial direction of the magnetic disk by the support mechanism. Then, the slider travels relatively on the magnetic disk and reads / writes magnetic information recorded on the magnetic disk by the recording / reproducing element. The slider floats as an air-lubricated bearing by the wedge film effect of air so that the magnetic disk and the slider are not in direct solid contact. In order to increase the recording density of a magnetic disk device and increase the capacity or size of the device, it is effective to increase the linear recording density by reducing the distance between the slider and the magnetic disk, that is, the slider flying height. is there.
一方で、従来から知られているように、磁気ディスク装置内部に存在する塵埃がスライダと磁気ディスク間に介在することで、スライダ浮上量が大きくなり記録再生素子の記録再生特性が劣化しエラーが発生する。また、塵埃との衝突によりスライダに搭載されている記録再生素子が物理的に損傷をうけることで、記録再生素子が劣化し磁気ディスク装置が故障する場合もある。この他にも、塵埃がスライダと磁気ディスク間に侵入し、磁気ディスク表面に物理的に損傷を与えることで、磁気ディスク上の情報再生が不可能となる場合もある。 On the other hand, as conventionally known, dust existing inside the magnetic disk device is interposed between the slider and the magnetic disk, so that the flying height of the slider increases and the recording / reproducing characteristics of the recording / reproducing element deteriorate, resulting in an error. appear. Further, when the recording / reproducing element mounted on the slider is physically damaged due to the collision with dust, the recording / reproducing element may deteriorate and the magnetic disk device may fail. In addition to this, dust may enter between the slider and the magnetic disk and physically damage the surface of the magnetic disk, making it impossible to reproduce information on the magnetic disk.
従来、塵埃からスライダを防御する方法として、スライダ浮上面の流入端側にランド部を設けて塵埃の侵入を防止する方法(特許文献1)、スライダ浮上面のセンターパッドの流入端側に所定の距離で塵埃防御壁を設け、塵埃の浮上面への侵入を低減する方法(特許文献2)がある。 Conventionally, as a method for protecting the slider from dust, a land portion is provided on the inflow end side of the slider air bearing surface to prevent intrusion of dust (Patent Document 1), and a predetermined amount is provided on the inflow end side of the center pad of the slider air bearing surface. There is a method (Patent Document 2) in which a dust protection wall is provided at a distance to reduce intrusion of dust into the air bearing surface.
塵埃による磁気ディスク装置の故障は、磁気ヘッドスライダの浮上量が低減するにつれて増大する。特に近年では、磁気記録密度向上を実現するために、スライダに搭載されている記録再生素子と磁気ディスク間の磁気スペーシングの低減が必須であり、記録再生素子を保護している炭素保護膜の厚さを減少させている。従って、塵埃によるスライダ浮上面の物理的損傷が極微小である場合でも、再生素子部に影響し、磁気再生特性の劣化が発生し、磁気ディスク装置の故障につながる可能性が高くなってきている。特に、トンネル電流型磁気抵抗膜(TMR膜)を用いた再生素子では、トンネルバリア膜が損傷した場合、絶縁性が低下して再生出力が低下してしまう。このように、磁気記録密度向上に伴い塵埃が磁気ディスク装置の信頼性に及ぼす影響は増大しており、特に塵埃が磁気ヘッドスライダの再生素子の特性劣化に及ぼす影響は顕著になっている。従って、磁気ヘッドスライダの再生素子を塵埃から防御し、再生素子の磁気特性劣化を抑制することは磁気記録装置の信頼性にとって非常に重要である。 The failure of the magnetic disk device due to dust increases as the flying height of the magnetic head slider decreases. In recent years, in particular, in order to improve the magnetic recording density, it is essential to reduce the magnetic spacing between the recording / reproducing element mounted on the slider and the magnetic disk. The thickness is reduced. Therefore, even if physical damage to the slider flying surface due to dust is extremely small, there is a high possibility that the reproducing element will be affected, the magnetic reproducing characteristics will deteriorate, and the magnetic disk device will be broken. . In particular, in a reproducing element using a tunnel current type magnetoresistive film (TMR film), when the tunnel barrier film is damaged, the insulation is lowered and the reproduction output is lowered. As described above, the influence of dust on the reliability of the magnetic disk device is increasing as the magnetic recording density is improved. In particular, the influence of dust on the deterioration of the characteristics of the reproducing element of the magnetic head slider is remarkable. Therefore, it is very important for the reliability of the magnetic recording apparatus to protect the reproducing element of the magnetic head slider from dust and suppress the deterioration of the magnetic characteristics of the reproducing element.
上記従来の方法では、スライダ浮上面の流入端側に設けられたランド部、あるいはセンターパッドの流入端側に設けられた防御壁位置における間隙以下の粒径を持つ塵埃は記録再生素子部に侵入可能であるため、依然として塵埃と再生素子との接触を完全に防止することは困難である。 In the conventional method, dust having a particle size equal to or smaller than the gap at the land portion provided on the inflow end side of the slider floating surface or the defense wall position provided on the inflow end side of the center pad enters the recording / reproducing element portion. Since it is possible, it is still difficult to completely prevent contact between dust and the reproducing element.
本発明の目的は、上記従来の問題を鑑みて、スライダ浮上面に侵入する塵埃とスライダに搭載されている再生素子との接触を防ぐことである。 In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to prevent contact between dust entering the slider air bearing surface and a reproducing element mounted on the slider.
上記目的を達成するために、本発明の磁気ヘッドスライダにおいては、スライダと、スライダの端面に絶縁膜を介して設けられた磁気抵抗型再生素子と、記録素子を有し、前記絶縁膜と再生素子の間に、一端が浮上面に露出し、浮上面におけるトラック幅方向の幅が再生素子の磁気抵抗効果膜と磁区制御膜を合わせた幅よりも大きく、絶縁膜よりも硬度が低い薄膜層を有する。 In order to achieve the above object, a magnetic head slider according to the present invention comprises a slider, a magnetoresistive reproducing element provided on an end face of the slider via an insulating film, and a recording element. A thin film layer in which one end is exposed between the elements on the air bearing surface, the width in the track width direction on the air bearing surface is larger than the combined width of the magnetoresistive effect film and the magnetic domain control film of the reproducing element, and has a lower hardness than the insulating film Have
前記薄膜層は再生素子の下部磁気シールド膜と同じ磁性材料であることが望ましく、例えばNiFe合金である。 The thin film layer is preferably made of the same magnetic material as the lower magnetic shield film of the reproducing element, for example, a NiFe alloy.
また、前記薄膜層は前記再生素子の磁区制御膜と同じ磁性材料であることが望ましく、例えば、CoPt系合金である。 The thin film layer is preferably made of the same magnetic material as the magnetic domain control film of the reproducing element, and is, for example, a CoPt alloy.
前記磁気抵抗効果膜はTMR膜であり、前記下部磁気シールド膜は下部電極を兼用し、前記上部磁気シールド膜は上部電極を兼用する。 The magnetoresistive film is a TMR film, the lower magnetic shield film also serves as a lower electrode, and the upper magnetic shield film also serves as an upper electrode.
本発明によれば、スライダ浮上面に侵入する塵埃とスライダに搭載されている再生素子との接触を防ぐことができる。これにより、再生素子の特性劣化を抑制し、磁気記録装置の信頼性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the contact with the dust which invades a slider air bearing surface, and the reproducing element mounted in the slider can be prevented. Thereby, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the reproducing element and to improve the reliability of the magnetic recording apparatus.
実施例を説明する前に、本発明に係る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図2により説明する。磁気ディスク装置100は、ベース102を有し、ベース102にスピンドルモータ(図示せず)が固定されている。スピンドルモータのスピンドル(回転軸)104に、磁気情報を格納する磁気ディスク106が装着され、回転駆動される。ベース102には、また、ピボットユニット108が固定され、ピボットユニット108にアーム110が取り付けられ、アーム110の一端にサスペンション112が取り付けられ、サスペンション112に磁気ヘッドスライダ1が保持されている。磁気ヘッドスライダ1には、サスペンション112によって磁気ディスク面への押し付け荷重が与えられている。アーム110の他端はボイスコイル116のホルダーを構成している。ベース102には、さらに磁気回路118が固定されており、磁気回路118が形成する磁界中にボイスコイル116が配置されている。ボイスコイル116に通電することにより、磁界中でボイスコイル116が力を受け、アーム110がピボットユニット108を中心にして揺動し、磁気ヘッドスライダ1を磁気ディスク106の半径方向に移動(シーク)させる。また、ベース102には、ランプ機構120が取り付けられており、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、サスペンション112の先端に形成されたリフトタブ114を介して、磁気ヘッドスライダ1を磁気ディスク106の外側のランプ機構120に退避させる。
Before describing the embodiment, a schematic configuration of a magnetic disk drive on which a magnetic head slider according to the present invention is mounted will be described with reference to FIG. The
磁気ディスク装置100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106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。
In order to increase the recording density of the
なお、上記の説明では、磁気ヘッドスライダ1のロード・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106のある特定の領域(例えば内周側)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。
In the above description, the apparatus provided with the load / unload mechanism of the
次に、実施例による磁気ヘッドスライダの全体構成を図3により説明する。図3は磁気ヘッドスライダを浮上面側から示す斜視図である。磁気ヘッドスライダ1は、アルミナとチタンカーバイドの焼結体(以下、アルチックと略す)に代表される材料の基板部分(スライダ)1aと、スライダ1aの端面に形成された薄膜ヘッド部分1bとから構成されている。薄膜ヘッド部分1bはスライダ1aの端面に薄膜プロセスで形成された薄膜層4、磁気再生素子(以下、再生素子と略す)3、磁気記録素子(以下、記録素子と略す)2およびこれらの素子の間及び上部に形成されたアルミナ(Al2O3)等の絶縁膜などから構成される。
Next, the overall configuration of the magnetic head slider according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the magnetic head slider from the air bearing surface side. The
スライダ1aは例えばフェムトスライダと呼ばれる規格のスライダでは、長さ0.85mm、幅0.7mm、厚さ0.23mmのほぼ直方体形状をしており、浮上面9、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。
The slider 1a is, for example, a standard slider called a femto slider, and has a substantially rectangular parallelepiped shape with a length of 0.85 mm, a width of 0.7 mm, and a thickness of 0.23 mm. The air bearing
浮上面9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、図示されていない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。段差は実質的に平行な3種類の面に分類され、最もディスクに近いレール面5(5a,5b,5c)、レール面5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5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、ステップ軸受である浅溝面7bからレール面5b,5c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5b,5c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。なお、図3では溝の深さを強調して示してある。
The air bearing
磁気ヘッドスライダ1は空気流入端側の浮上量が空気流出端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る。従って流出端近傍の浮上面がディスクに最も接近する。流出端近傍では、レール面(素子設置面)5a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、素子設置面5aが最もディスクに近づくことになる。記録素子2、再生素子3および薄膜層4は、素子設置面5aの薄膜ヘッド部分1bに属する部分に形成されている。サスペンション112から押し付けられる荷重と、浮上面9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2および再生素子3からディスクまでの距離を10nm程度の適切な値に保つよう、浮上面9の形状が設計される。
The
また、浮上面9で最もディスクと接触する可能性の高い素子設置面5aにはディスクとの短時間かつ軽微な接触が起こっても摩耗がしにくいように、また記録素子2および再生素子3の腐食を防ぐために、厚さ数nmの炭素保護膜が形成されている。
Further, the
なお、ここでは浮上面9が実質的に平行な3種類の面5、7、8から構成される二段ステップ軸受の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構成される三段以上のステップ軸受のスライダであっても良い。
Here, the slider of the two-step step bearing constituted by the three types of
次に、図1及び図4を参照して、薄膜ヘッド部分1bの構成を詳細に説明する。図1は、図3に示した磁気ヘッドスライダ1の薄膜ヘッド部分1bのX−X線断面拡大図であり、図4は再生素子部分を浮上面側から見た模式図である。図1に示すように、薄膜ヘッド部分1bは、アルチック基板1a上に、スパッタリング、メッキ、エッチング、研磨などの薄膜プロセスを用いて形成された、アルミナ等の絶縁膜(第1絶縁膜)13と、第1の絶縁膜13よりも硬度が低い薄膜層4と、アルミナ等の絶縁膜13′と、磁界によって抵抗値が変化するのを測る磁気抵抗型の再生素子3と、アルミナ等の絶縁分離膜14と、コイルを流れる電流で磁極間に磁界を発生して磁気情報を記録するインダクティブ型の記録素子2と、これらの素子を覆うアルミナ等の絶縁膜(第3絶縁膜)15とで構成される。再生素子3は、下部磁気シールド膜30と、上部磁気シールド膜32と、下部磁気シールド膜30と上部磁気シールド膜32の間にアルミナ等のギャップ膜(第2絶縁膜)36を介して形成された磁気抵抗効果膜(MR膜)34と、MR膜34の両側に設けられた磁区制御膜38(図4参照)とで構成されている。記録素子2は、下部磁極20と、下部磁極20と後端部で磁気的に接続された上部磁極22と、下部磁極20と上部磁極22とで構成される閉磁気回路と鎖交するように設けられたコイル24と、コイル24の層間絶縁膜26と、下部磁極20と上部磁極22の浮上面側の開放端に設けられた磁気ギャップ28とで構成されている。薄膜層4は、第1の絶縁膜13と絶縁膜13′の間に設けられ、例えば下部磁気シールド膜30と同じ材料のNiFe合金か、または磁区制御膜38と同じ材料のCoPt系合金で構成され、アルミナからなる第1の絶縁膜13よりも低い硬度を有する。薄膜層4の浮上面側の端部は、浮上面9(5a)に露出しており、図4に示すようにトラック幅方向の幅W2は、MR膜34の幅とその両側の磁区制御膜38の幅を合わせた幅W1よりも広くなっている。薄膜層4は、スライダ1aの空気流入端側から流入した塵埃が、再生素子3に到達する前に捕捉する役目を果たす。
Next, the configuration of the thin
図4及び図5を参照して薄膜層4により塵埃を捕捉するメカニズムを説明する。図5は磁気ヘッドスライダ1が磁気ディスク106上を浮上している様子を示す側面図である。レール面5aに露出している薄膜層4と磁気ディスク面との距離は、再生素子3と磁気ディスク面との距離とほとんど同じであるため、スライダ1aの空気流入端側から浮上面9と磁気ディスク106との間に侵入し、薄膜ヘッド部1bにおいて、薄膜ヘッド部1bと磁気ディスク106に接触する程度の大きさの塵埃は、再生素子3と接触する前に、薄膜層4と接触することになる。塵埃50は、スライダ1aから脱落したアルミナやチタンカーバイトをはじめとする硬質粒子や磁気ディスク内部から発生するステンレス等の金属粒子であり、また、問題となる塵埃は硬度が高いアルミナである。薄膜層4の硬度はアルミナなどの材料からなる第1絶縁膜13の硬度よりも小さい(軟らかい)ため、図4及び図5に示すように第1の絶縁膜13を通過した塵埃50は薄膜層4に食い込み、薄膜層4に捕捉され、再生素子3まで達しない。したがって、塵埃50と再生素子3との接触を抑制することができる。
A mechanism for capturing dust by the
図4に示すように、矢印A1のスクラッチでは、下部磁気シールド膜30、磁区制御膜38および上部磁気シールド膜32間の短絡によって磁気再生機能がダメージを受ける可能性が大きいが、矢印A2のスクラッチでは、下部磁気シールド膜30および上部磁気シールド膜32の間には第2絶縁膜36だけが存在するので、下部磁気シールド膜30と上部磁気シールド膜32間の短絡を引き起こす可能性は小さく、磁気再生機能はダメージを受けることはない。従って、薄膜層4のトラック幅方向に関する必要寸法は、MR膜34の幅とその両側の磁区制御膜38の幅を合わせた幅W1よりも大きくする必要がある。
As shown in FIG. 4, in the scratch indicated by the arrow A1, there is a high possibility that the magnetic reproducing function is damaged by a short circuit among the lower
特に、TMR膜を用いた再生素子においては、下部磁気シールド膜30から上部磁気シールド膜32方向に向かうスクラッチ痕によって、磁気再生機能にダメージが生じやすい。そのため、TMR膜のみを塵埃から保護するのではなく、磁区制御膜38も同様に塵埃によるスクラッチから保護する必要がある。
In particular, in a reproducing element using a TMR film, the magnetic reproducing function is likely to be damaged due to scratch marks from the lower
なお、上記実施例では、薄膜層4として、下部磁気シールド膜30あるいは磁区制御膜38と同じ材料を用いたが、これらの材料に限られるものではなく、アルミナなどの第1絶縁膜13より軟らかい材料ならば、いかなる薄膜材料でも上記と同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the same material as that of the lower
以上説明したように、本発明の実施例による磁気ヘッドスライダによれば、スライダ浮上面に侵入する塵埃とスライダに搭載されている再生素子との接触を防ぐことができる。これにより、再生素子の特性劣化を抑制し、磁気ヘッドスライダを搭載する磁気記録装置の信頼性を向上させることができる。 As described above, according to the magnetic head slider according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent contact between dust entering the slider air bearing surface and the reproducing element mounted on the slider. Thereby, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the reproducing element and to improve the reliability of the magnetic recording apparatus on which the magnetic head slider is mounted.
1…磁気ヘッドスライダ、
1a…スライダ、
1b…薄膜ヘッド部分、
2…記録素子、
3…再生素子、
4…薄膜層、
5a、5b、5c…レール面、
7a、7b…浅溝面、
8…深溝面、
9…浮上面、
11…空気流入端面、
12…空気流出端面、
13…第1絶縁膜、
13′…絶縁膜、
14…絶縁分離膜、
15…第3絶縁膜、
20…下部磁極、
22…上部磁極、
24…コイル、
26…層間絶縁膜、
28…磁気ギャップ膜、
30…下部磁気シールド膜、
32…上部磁気シールド膜、
34…MR膜(TMR膜)、
36…第2絶縁膜(ギャップ膜)、
38…磁区制御膜。
1 ... Magnetic head slider,
1a ... slider,
1b: Thin film head part,
2. Recording element,
3 ... reproducing element,
4 ... thin film layer,
5a, 5b, 5c ... rail surface,
7a, 7b ... shallow groove surface,
8 ... Deep groove surface,
9 ... the air bearing surface,
11 ... Air inflow end face,
12 ... Air outflow end face,
13 ... 1st insulating film,
13 '... insulating film,
14 ... Insulating separation membrane,
15 ... Third insulating film,
20 ... bottom pole,
22: Upper magnetic pole,
24 ... Coil,
26 ... interlayer insulating film,
28: Magnetic gap film,
30 ... Lower magnetic shield film,
32. Upper magnetic shield film,
34. MR film (TMR film),
36 ... second insulating film (gap film),
38: Magnetic domain control film.
Claims (10)
前記スライダの端面に第1絶縁膜を介して設けられた再生素子であって、下部磁気シールド膜と、上部磁気シールド膜と、該下部磁気シールド膜と上部磁気シールド膜の間に配置された磁気抵抗効果膜と、該磁気抵抗効果膜の両側に配置された磁区制御膜とを有する再生素子と、
前記再生素子に隣接して設けられた記録素子であって、下部磁極と、上部磁極と、該下部磁極と上部磁極とで構成される閉磁気回路と鎖交するように配置されたコイルと、該下部磁極と上部磁極の開放端に形成された磁気ギャップとを有する記録素子と、
前記スライダと前記再生素子の間で、前記第1絶縁膜の上に設けられた薄膜層であって、一端が浮上面に露出し、浮上面におけるトラック幅方向の幅が前記磁気抵抗効果膜と磁区制御膜を合わせた幅よりも大きく、前記第1絶縁膜よりも硬度が低い薄膜層と、
を有することを特徴とする磁気ヘッドスライダ。 A slider,
A reproducing element provided on an end face of the slider via a first insulating film, wherein the magnetic element is disposed between a lower magnetic shield film, an upper magnetic shield film, and the lower magnetic shield film and the upper magnetic shield film. A reproducing element having a resistance effect film and a magnetic domain control film disposed on both sides of the magnetoresistance effect film;
A recording element provided adjacent to the reproducing element, the coil disposed so as to be linked to a closed magnetic circuit composed of a lower magnetic pole, an upper magnetic pole, and the lower magnetic pole and the upper magnetic pole; A recording element having a lower magnetic pole and a magnetic gap formed at the open end of the upper magnetic pole;
A thin film layer provided on the first insulating film between the slider and the reproducing element, one end of which is exposed on the air bearing surface, and the width of the air bearing surface in the track width direction is the magnetoresistive film. A thin film layer that is larger than the combined width of the magnetic domain control films and has a lower hardness than the first insulating film;
A magnetic head slider comprising:
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