JP2009064500A - 磁気ヘッド及び磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】浮上量制御用発熱素子及び高周波磁界アシスト記録用の高周波発振素子を含む磁気ヘッド素子を実装するヘッドスライダにおいて、磁気ヘッド素子と接続する端子数を必要最小限に限定できる構成の磁気ヘッドを提供することにある。
【解決手段】磁気ヘッド素子１０と接続する端子１１〜１５を実装するヘッドスライダにおいて、浮上量制御用発熱素子及び前記高周波発振素子のそれぞれに接続する通電端子の少なくとも１つの通電端子１３を共用する構成の端子部材とを備えた構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に、浮上量制御用発熱素子及び高周波磁界アシスト記録用の高周波発振素子を有する磁気ヘッド及びその磁気ヘッドを備えた磁気ディスク装置に関する。

近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ:Hard Disk Drive、以下単にディスクドライブと表記する）を代表とする磁気ディスク装置の分野では、磁気ヘッドに含まれる磁気再生素子（リードヘッド素子）として、ＭＲ（Magneto-Resistive effect）素子とＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive effect）素子の実用化により、記録密度と記録容量が飛躍的に増加した。さらに、面内磁気記録方式よりも原理的に高密度記録が可能な垂直磁気記録方式の実用化により、ディスクドライブの記録密度は年率４０パーセント程度の伸びを示している。

しかしながら、磁気記録特有の熱揺らぎの問題が顕在化し、超高密度記録化は容易ではないと考えられる。この問題を解消し得る磁気記録方式の一つとして、高周波磁界アシスト記録方式が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。この方式は、記録信号周波数と比べて十分に高い周波数の高周波磁界を、磁気記録媒体（ディスク媒体）の所定微細部位に印加することによって、記録信号周波数領域におけるその部位の保磁力を元々の保磁力（Ｈｃ１）からその半分以下の保磁力（Ｈｃ２）に低下させる技術である。

このようにして、磁気記録媒体の保磁力を低下させたタイミングで、磁気ヘッドにより同部位に記録磁界を印加することにより、より高密度の記録ポテンシャルを有する高い磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の磁気記録媒体への磁気記録が可能となる。

先行技術文献においては、高周波磁界印加手段として、磁極に結合させたコイルに高周波電流を通電することで磁極を励振し、この磁極から発生する高周波磁界を磁気記録媒体に印加する方法が開示されている。しかし、記録密度を高めるために媒体のＫｕを高くすると、高周波磁界の周波数を高くしなければならないが、この方法では周波数を上げることは困難であり、記録部位の保磁力の低下に必要な高周波磁界が不足するため、高周波磁界アシスト記録が成立しにくくなるという問題があった。

これを解決する技術として、スピントルク発振素子を高周波磁界発振源として利用する手法が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。スピントルク発振素子（spin torque oscillator :ＳＴＯ）は、例えばＧＭＲ素子やＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive effect）素子を使用し、直流電流を通電するとスピン注入層を通過する電子のスピンが偏極し、この偏極した電子流により発振層がスピントルクを受けることにより、その磁化が強磁性共鳴を生ずることで、発振層から高周波磁界が発生する。

ここで、ディスクドライブでは、リードヘッド素子（例えば、ＧＭＲ素子）やライトヘッド素子（例えば、垂直磁気記録用の記録磁極）からなる磁気ヘッド素子は、ヘッドスライダ（以下、単にスライダと表記する場合がある）と呼ぶヘッド本体に実装されている。データの記録再生時には、回転するディスク媒体上に、スライダが浮上している状態で、磁気ヘッド素子によりデータの記録または再生が行なわれる。

データの記録時には、磁気ヘッド素子がディスク媒体上に接近した状態の方が、記録特性が良好となるため、スライダの浮上量（浮上高）は、できる小さくすることが望ましい。しかし一方で、シーク動作時には、スライダとディスク媒体との衝突を回避するために、スライダの浮上量は大きい方がよい。そこで、磁極の熱膨張を利用して、スライダの浮上量を制御するための素子を磁気ヘッドに組み込む構造が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。
米国特許第６０１１６６４号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２０７０５０号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２１９７７１号明細書 特開平５−２０６３５号公報

前述のスライダは、ディスクドライブの高記録密度化の進展と共に、全体のサイズが小さくなりつつある。スライダには、前述の磁気ヘッド素子以外に、磁気ヘッド素子に通電させる電源回路などに接続するための複数の端子、即ち複数のボンディングパッドが実装されている。

スライダの縮小化に伴って、複数のボンディングパッドを配置するための面積も小さくなっているため、ボンディングパッド自体のサイズを小さくする必要がある。しかしながら、ボンディングパッドのサイズを小さくすると、スライダを、アクチュエータのサスペンションに実装する際のボンディングが困難になる。また、磁気ヘッド素子に含まれる素子数が増大すると、スライダとヘッドアンプとを接続するためのサスペンション上の配線も増大する。従って、配線間の電気的な結合によるノイズが発生しやすくなり、またスペースなどの関係で物理的に配線することが困難になる等の問題が発生する。

そこで、本発明の目的は、浮上量制御用発熱素子及び高周波磁界アシスト記録用の高周波発振素子を含む磁気ヘッド素子を実装するヘッドスライダにおいて、磁気ヘッド素子と接続する端子数を必要最小限に限定できる構成の磁気ヘッドを提供することにある。

本発明の観点は、磁気ヘッド素子と接続する端子を実装するヘッドスライダにおいて、端子数を必要最小限に限定できるようにして、磁気ヘッド素子とヘッドアンプとを接続する配線の増大化を抑制することで、限られたスペースに必要な配線を確実に実現できる磁気ヘッドである。

本発明の観点に従った磁気ヘッドは、回転するディスク媒体上に浮上する構造のヘッドスライダと、前記ヘッドスライダに実装されて、記録磁極、磁気再生素子、浮上量制御用発熱素子、及び高周波磁界アシスト記録用の高周波発振素子を含む磁気ヘッド素子部と、前記ヘッドスライダに実装されて、前記磁気ヘッド素子部に接続される複数の端子において、前記浮上量制御用発熱素子及び前記高周波発振素子のそれぞれに接続する通電端子の少なくとも１つの通電端子を共用する構成の端子部材とを備えた構成である。

本発明によれば、浮上量制御用発熱素子及び高周波磁界アシスト記録用の高周波発振素子を含む磁気ヘッド素子を実装するヘッドスライダにおいて、磁気ヘッド素子と接続する端子数を必要最小限に限定できる構成の磁気ヘッドを提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（ディスクドライブ及び磁気ヘッドの構成）
図１は、本実施形態の磁気ヘッドの配線パターンを説明するための図である。図２は、本実施形態のヘッドスライダに実装されているボンディングパッドの配置を示す図である。図３は、本実施形態のヘッドスライダの外観を示す図である。図４は、本実施形態のディスクドライブの要部を示す図である。図５は、本実施形態の磁気ヘッド素子部の構造を説明するための図である。

まず、本実施形態のディスクドライブは、垂直磁気記録方式のディスクドライブであり、図４に示すように、スピンドルモータ（ＳＰＭ）３１に固定されて、回転運動するディスク媒体３０と、アクチュエータアーム３２に搭載されているヘッドスライダ２０と、回路系３３を有する。

アクチュエータアーム３２は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を駆動源とするヘッド移動機構である。アクチュエータアーム３２は、図示しないサスペンションに保持されているヘッドスライダ２０を、ディスク媒体３０上の半径方向に移動する。ヘッドスライダ２０に実装されている磁気ヘッド素子部（図３の符号１０）は、回転運動しているディスク媒体３０上を浮上している状態で、ディスク媒体３０上に対してデータの記録または再生を実行する。

さらに、ディスクドライブでは、磁気ヘッド素子部１０を駆動制御するための各種回路を含む回路系３３を有する。回路系３３には、磁気ヘッド素子部１０と配線を介して接続するヘッドアンプや、当該ヘッドアンプと接続してデータの記録信号や再生信号を処理するリード／ライトチャネル、及びディスクドライブの制御を行なうマイクロプロセッサなどが含まれている。

ディスク媒体３０は、図５に示すように、媒体基板３０ａと、その上に設けられた垂直磁気記録層３０ｂとを有する。垂直磁気記録層３０ｂには、磁気ヘッド素子部１０のライトヘッド部を構成する記録磁極（主磁極４０）から印加される記録磁界により、垂直方向の磁化が制御されて、データの書込みが行なわれる。

ヘッドスライダ２０は、図３に示すように、先端部で、ディスク媒体３０との対向面２２の近傍に実装された磁気ヘッド素子部１０を有する。この磁気ヘッド素子部１０が実装されている側面には、後述するように、記録信号や電源線などに接続される複数のボンディングパッド２１が設けられている。また、ヘッドスライダ２０は、ディスク媒体３０の回転運動により発生する空気の流出端（トレーリングエッジ）２３と、空気の流入端（リーディングエッジ）２４とを有する。磁気ヘッド素子部１０は、空気の流出端２３の側面に、ボンディングパッド２１と共に配置されている。

また、ヘッドスライダ２０は、例えば酸化アルミニューム（Ａｌ_２Ｏ_３）と炭化チタン（ＴｉＣ）の複合材料からなり、ディスク媒体３０上を浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計・加工されている。

磁気ヘッド素子部１０は、記録ヘッド部（ライトヘッド部）、及び図示しない再生ヘッド部（リードヘッド部）を有する。リードヘッド部は、ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子などからなる磁気再生素子を有し、ディスク媒体３０の垂直磁気記録層３０ｂの磁化の方向、即ち磁気記録データを読み取る。

ライトヘッド部は、図５に示すように、記録磁極を構成する主磁極４０とリターンパス（シールド）４１、励磁コイル４２、浮上量制御用の発熱素子（ヒータ）４３、及び高周波発振素子５０を有する。なお、リードヘッド部とライトヘッド部とは、図示しないアルミナ等の絶縁体により分離されている。

高周波発振素子５０は、例えばスピントルク発振素子（spin torque oscillator :ＳＴＯ）からなり、図６に示すように、図示しない駆動電流制御器から通電される第１の電極５１、及び接地されている第２の電極５６を有する。さらに、高周波発振素子５０は、第１及び第２の電極５１，５６間に、バイアス層５２、発振層５３、中間層５４、及びスピン注入層５５が積層された構造を有する。バイアス層５２は、発振層５３に磁気バイアスを印加するための層である。発振層５３は、高周波で磁化が発振することで高周波磁界を発生する。スピン注入層５５は、スピン偏極した電子を発振層５３に供給するための層である。

（磁気ヘッドの端子及び配線パターン）
図１は、磁気ヘッドの配線パターンの構成を示す図である。また、図２は、図３に示すヘッドスライダ２０の先端部を示す図である。

本実施形態では、磁気ヘッド素子部１０は、ライトヘッド部の励磁コイル４２及びリードヘッド部はそれぞれ、独立した２個の端子１１ａ，１１ｂ及び端子１５ａ，１５ｂに接続されている。さらに、浮上量制御用の発熱素子４３及び高周波発振素子５０はそれぞれ、１個の端子１２，１４に接続されている。

浮上量制御用の発熱素子４３及び高周波発振素子５０は、１個の接地用端子（ＧＮＤ）１３を共用しいる。即ち、発熱素子４３は、専用の端子１２と共用の接地用端子１３とに通電されて発熱し、後述するように、記録磁極を熱膨張により変形させる。また、高周波発振素子５０は、専用の端子１４と共用の接地用端子１３とに通電されて、発振層５３から高周波磁界を発生する。

ヘッドスライダ２０には、図２に示すように、磁気ヘッド素子部１０の各端子１１ａ〜１５ｂに対応する７つのボンディングパッド２１が実装されている。即ち、磁気ヘッド素子部１０は、ヘッドスライダ２０に設けられた各ボンディングパッド２１を介して、７つの端子１１ａ〜１５ｂのそれぞれと、回路系３３に含まれるヘッドアンプとの間を接続するための配線がアクチュエータアーム３２に搭載されているサスペンション上に設けられている。

以上のようにして、本実施形態の磁気ヘッドでは、浮上量制御用の発熱素子４３及び高周波発振素子５０は、接地端子１３を共用することにより、２素子で３個の端子１２〜１４により、ヘッドアンプと接続される配線パターンから通電される。即ち、磁気ヘッド素子部１０には、ライトヘッド部、リードヘッド部、浮上量制御用の発熱素子４３及び高周波発振素子５０の４素子が含まれているため、通常では、それぞれ２端子で合計８端子が必要となる。

これに対して、本実施形態では、ライトヘッド部及びリードヘッド部のそれぞれは独立して２端子１１ａ，１１ｂ及び１５ａ，１５ｂが配置されるが、浮上量制御用の発熱素子４３及び高周波発振素子５０については、接地用端子１３を共用することにより、合計して７端子とすることができる。このような構成により、ヘッドスライダ２０が縮小化された場合でも、ボンディングパッド２１のサイズを小さくすること無く、端子数を削減することで、限られたスペースに必要な個数のボンディングパッド２１を配置することが可能となる。

なお、本実施形態では、いずれも基本的に直流通電で駆動する浮上量制御用の発熱素子４３及び高周波発振素子５０の接地用端子を共有することで、端子数を削減して必要最小限とした。しかしこれに限ることなく、浮上量制御用の発熱素子４３及び高周波発振素子５０を直列または並列に接続して、２端子を共に共有させることも可能である。

（データ記録動作）
以下、図７及び図８を参照して、ディスクドライブのデータ記録時に、本実施形態の磁気ヘッド素子部１０の動作を説明する。

ディスクドライブでは、データ記録時には、図７（Ａ）に示すライトゲートＷＧのタイミングで、回路系３３に含まれるリード／ライトチャネルから、記録信号がヘッドアンプに出力される。ヘッドアンプは、当該記録信号の変化に応じた記録電流を、図８（Ａ）または（Ｂ）に示すように、励磁コイル４２に供給する。これにより、記録磁極を構成する主磁極４０が励磁されて、磁気ヘッド素子部１０は、ディスク媒体３０上の垂直磁気記録層３０ｂに対して垂直磁気記録を実行する。

このようなデータ記録時に、本実施形態のディスクドライブでは、図７（Ａ）に示すライトゲートＷＧのタイミングに同期して、ヘッドアンプは、磁気ヘッド素子部１０に含まれる浮上量制御用の発熱素子４３と高周波発振素子５０の両方に、所定の電流を通電させる。図７（Ｂ）の信号ＤＦＨは、浮上量制御用の発熱素子４３に通電させるオン／オフのタイミングを示す。同様に、図７（Ｃ）の信号ＲＨは、高周波発振素子５０に通電させるオン／オフのタイミングを示す。

図８（Ａ）は、浮上量制御用の発熱素子４３に対する通電がオフの場合に、磁気ヘッド素子部１０には熱膨張が発生してない状態を示す。これに対して、図８（Ｂ）は、浮上量制御用の発熱素子４３に対する通電がオンになると、発熱素子４３からの発熱により、記録磁極が熱膨張して変形し、ディスク媒体３０上に接近する状態となる。即ち、ヘッドスライダ２０の磁気ヘッド素子部１０と、ディスク媒体３０の垂直磁気記録層３０ｂとの間隔に相当する浮上量ＦＨａが、発熱素子４３に対する通電のオフの場合の浮上量ＦＨｂと比較して低下し（小さくなり）、主磁極４０からの記録磁界の作用が大きくなる。

一方、高周波発振素子５０への通電がオンとなると、ディスク媒体３０の垂直磁気記録層３０ｂに対して高周波磁界を印加し、前述した高周波磁界アシスト記録機能を実現する。このとき、高周波発振素子５０は記録磁極の近傍に配置されているため、図８（Ｂ）に示すように、浮上量制御用の発熱素子４３に対する通電オンにより、ディスク媒体３０の垂直磁気記録層３０ｂに接近する。これにより、主磁極４０からの記録磁界と共に、高周波発振素子５０からの高周波磁界の作用が大きくなる。

従って、本実施形態のディスクドライブでは、データ記録時には、磁気ヘッド素子部１０からは、主磁極４０からの記録磁界と共に、高周波発振素子５０からの高周波磁界の作用が大きくなり、高い垂直磁気記録特性によるデータ記録が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に関する磁気ヘッドの配線パターンを説明するための図。 本実施形態に関するヘッドスライダに実装されているボンディングパッドの配置を示す図。 本実施形態に関するヘッドスライダの外観を示す図。 本実施形態に関するディスクドライブの要部を示す図。 本実施形態に関する磁気ヘッド素子部の構造を説明するための図。 本実施形態に関する高周波発振素子の構造を示す模式図である。 本実施形態に関するディスクドライブでのデータ記録時の動作を説明するためのタイミングチャート。 本実施形態に関するヘッドスライダの浮上量制御の動作を説明するための図。

符号の説明

１０…磁気ヘッド素子部、１１ａ〜１５ｂ…端子、２０…ヘッドスライダ、
２１…ボンディングパッド、２２…対向面、
２３…空気の流出端（トレーリングエッジ）、
２４…空気の流入端（リーディングエッジ）、３０…ディスク媒体、３０ａ…媒体基板、
３０ｂ…垂直磁気記録層、３１…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、
３２…アクチュエータアーム、３３…回路系、４０…主磁極、
４１…リターンパス（シールド）、４２…励磁コイル、
４３…浮上量制御用の発熱素子（ヒータ）、５０…高周波発振素子、５１…第１の電極、
５２…バイアス層、５３…発振層、５４…中間層、５５…固定層、５６…第２の電極。

Claims (9)

1. 回転するディスク媒体上に浮上する構造のヘッドスライダと、
   前記ヘッドスライダに実装されて、記録磁極、磁気再生素子、浮上量制御用発熱素子、及び高周波磁界アシスト記録用の高周波発振素子を含む磁気ヘッド素子部と、
   前記ヘッドスライダに実装されて、前記磁気ヘッド素子部に接続される複数の端子において、前記浮上量制御用発熱素子及び前記高周波発振素子のそれぞれに接続する通電端子の少なくとも１つの通電端子を共用する構成の端子部材と
   を具備したことを特徴とする磁気ヘッド。
2. 前記端子部材は、浮上量制御用発熱素子及び前記高周波発振素子のそれぞれと接続する接地用端子を、前記共用端子として有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
3. 前記ヘッドスライダは、前記端子部材と前記磁気ヘッド素子部に含まれる各素子に対して電流を供給する回路とを接続するボンディングパッドが実装されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
4. 前記高周波発振素子は、前記記録磁極の近傍に配置されるスピントルク発振素子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
5. 回転するディスク媒体と、
   記録磁極、磁気再生素子、浮上量制御用発熱素子、及び高周波磁界アシスト記録用の高周波発振素子を含む磁気ヘッド素子部が実装されて、前記ディスク媒体上に浮上する構造のヘッドスライダと、
   前記ヘッドスライダに実装されて、前記磁気ヘッド素子部に接続される複数の端子において、前記浮上量制御用発熱素子及び前記高周波発振素子のそれぞれに接続する通電端子の少なくとも１つの通電端子を共用する構成の端子部材と、
   データ記録時に、前記記録磁極、前記浮上量制御用発熱素子、及び前記高周波発振素子のそれぞれに通電させて、前記ディスク媒体上に磁気記録を実行するための記録手段と
   を具備したことを特徴とする磁気ディスク装置。
6. 前記端子部材は、浮上量制御用発熱素子及び前記高周波発振素子のそれぞれと接続する接地用端子を、前記共用端子として有することを特徴とする請求項５に記載の磁気ディスク装置。
7. 前記ヘッドスライダは、前記端子部材と前記磁気ヘッド素子部に含まれる各素子に対して電流を供給する回路とを接続するボンディングパッドが実装されていることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。
8. 前記高周波発振素子は、前記記録磁極の近傍に配置されるスピントルク発振素子であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。
9. 前記記録手段は、データ記録時に、前記記録磁極、前記浮上量制御用発熱素子、及び前記高周波発振素子のそれぞれに対する通電を同期して実行することを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。

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