JP2013137857A - Head slider - Google Patents

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JP2013137857A
JP2013137857A JP2013024440A JP2013024440A JP2013137857A JP 2013137857 A JP2013137857 A JP 2013137857A JP 2013024440 A JP2013024440 A JP 2013024440A JP 2013024440 A JP2013024440 A JP 2013024440A JP 2013137857 A JP2013137857 A JP 2013137857A
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Shigeyoshi Umemiya
茂良 梅宮
Takeshi Aoki
剛 青木
Kazuaki Kurihara
和明 栗原
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve long-distance drive by performing control of a floating amount between a disk and a head during operation of a storage device at a low voltage.SOLUTION: The head slider includes: a first column 202 and a second column 203 that are fixed on an end face of a slider substrate having the end face crossing with the floating surface, with the first column 202 and second column 203 mutually spaced in the in-plane direction of the floating surface; first actuating parts 218a-f fixed ends of which are fixed to the first column and that drive movable ends in the vertical direction of the floating surface; second actuation parts 318a-f fixed ends of which are fixed to the second column and that drive the movable ends in the vertical direction of the floating end; a bridge part 201 that is fixed to the movable ends of the first and second actuation parts and suspended between the first and second actuation parts; and a magnetic head provided on the bridge part.

Description

本発明は、浮上量制御用の圧電アクチュエータを備えるヘッドスライダに関するものである。   The present invention relates to a head slider including a piezoelectric actuator for controlling a flying height.

近年、情報機器の小型化、精密化が進んでいる。情報を蓄積するためのディスクを回転させ、ディスクの表面に記録ヘッドを浮上させ、ディスクの情報を読み出す/または書き込む記憶装置において、ディスクの記録密度が増大する傾向にある。記録密度が増大傾向にあるディスクに読み出し及び書き込みを行うため、ヘッド−ディスク間の距離(浮上量)は短くなる傾向にある。特に磁気ディスクにおいては、記録密度の進歩が著しく、現状、浮上量が10nm程度又はそれ以下である。このように浮上量が小さい磁気ディスク装置において、磁気ヘッドの読み書き動作時における浮上量変動の影響は大きい。   In recent years, miniaturization and precision of information equipment have been advanced. In a storage device that rotates a disk for storing information, floats a recording head on the surface of the disk, and reads / writes information on the disk, the recording density of the disk tends to increase. Since reading and writing are performed on a disk whose recording density is increasing, the distance between the head and the disk (the flying height) tends to be short. Particularly in a magnetic disk, the recording density is remarkably improved, and the current flying height is about 10 nm or less. In such a magnetic disk device with a small flying height, the influence of the flying height variation during the read / write operation of the magnetic head is large.

この問題を解決するために、浮上量をコントロールするための様々な微小移動機構が提案されている。浮上量制御の1つの方法として、例えば、ヒータ回路をヘッドスライダに搭載し、記録ヘッドの熱膨張を利用してスライダ基板の浮上面(ディスクに対向する面)に対して記録ヘッドを突出させる方法が提案されている。しかし、ヒータ回路を用いた制御は、ヒータのON、OFFによる2値制御である。また、記録ヘッドの熱応答の遅延などがあり、記録ヘッドの突き出し動作を高速で行うのは困難である。   In order to solve this problem, various micro-movement mechanisms for controlling the flying height have been proposed. As one method for controlling the flying height, for example, a method in which a heater circuit is mounted on a head slider and the recording head protrudes from the flying surface (the surface facing the disk) of the slider substrate using the thermal expansion of the recording head. Has been proposed. However, control using the heater circuit is binary control by turning the heater on and off. Also, there is a delay in the thermal response of the recording head, and it is difficult to perform the ejecting operation of the recording head at high speed.

浮上量制御における別の方法として、例えば、圧電素子を利用する方法が提案されている。通電によって圧電素子を変形させ、この圧電素子の変形によって記録ヘッドの突き出し動作を行う。圧電アクチュエータによる浮上量の制御は連続制御が可能で、熱アクチュエータと比べて高速な応答が可能である。しかし、記録ヘッドの突き出しを高速で行うことができ、圧電体へ印加する電圧あたりの変位量が大きく、且つ組み込みプロセス及び設計が容易な微小移動機構は開発されていない。   As another method for controlling the flying height, for example, a method using a piezoelectric element has been proposed. The piezoelectric element is deformed by energization, and the ejecting operation of the recording head is performed by the deformation of the piezoelectric element. The flying height control by the piezoelectric actuator can be continuously controlled, and can respond faster than the thermal actuator. However, a micro-movement mechanism that can eject the recording head at high speed, has a large amount of displacement per voltage applied to the piezoelectric body, and is easy to incorporate and design has not been developed.

特開2005−11413号公報JP 2005-11413 A 特開2000−348321号公報JP 2000-348321 A

本発明は、記憶装置の動作中、ディスク−ヘッド間の距離(浮上量)を維持することが可能で、組み込みプロセス及び設計が容易なヘッドスライダを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a head slider that can maintain the distance between the disk and the head (the flying height) during the operation of the storage device, and can be easily assembled and designed.

本発明の一側面によると、
浮上面と交差する端面を有するスライダ基板と、前記端面上に、前記浮上面の面内方向に互いに離間して固設された第1柱及び第2柱と、前記第1柱に固定端が固設され、可動端を前記浮上面の上下方向に駆動する第1作動部と、前記第2柱に固定端が固設され、可動端を前記浮上面の上下方向に駆動する第2作動部と、前記第1および第2作動部の可動端に固定され、前記第1および第2作動部間に吊持された橋架部と、前記橋架部の上に設けられた磁気ヘッドと、を有することを特徴とするヘッドスライダが提供される。
According to one aspect of the invention,
A slider substrate having an end surface intersecting the air bearing surface; a first column and a second column fixed on the end surface in an in-plane direction of the air bearing surface; and a fixed end on the first column. A first actuating unit that is fixed and drives the movable end in the vertical direction of the air bearing surface, and a second actuating unit that has a fixed end fixed to the second column and drives the movable end in the vertical direction of the air bearing surface. A bridge portion fixed to the movable ends of the first and second operating portions and suspended between the first and second operating portions, and a magnetic head provided on the bridge portion. A head slider is provided.

本発明のヘッドスライダは、記憶装置の動作中、ディスクとヘッドと間の距離(浮上量)を維持することができ、その設計及び製造が容易である。   The head slider of the present invention can maintain the distance (flying height) between the disk and the head during operation of the storage device, and is easy to design and manufacture.

磁気ディスク装置の内部を示す平面図であり、図2は、磁気ディスク装置を制御する回路の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a plan view showing the inside of the magnetic disk device, and FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a circuit for controlling the magnetic disk device. 磁気ディスク装置を制御する回路の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the circuit which controls a magnetic disk apparatus. 磁気ヘッド支持体を示した図である。It is the figure which showed the magnetic head support body. 第1及び第2実施形態のヘッドスライダの概略構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the head slider of 1st and 2nd embodiment. 図4のヘッドスライダにおいて、断面Aにおける模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a cross section A in the head slider of FIG. 4. 作動部の変形を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating a deformation | transformation of an action | operation part. 図4、図5におけるヘッドスライダのアクチュエータについて、電極、接続部、電極線、及び電極パッドの配置のみを示した斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing only the arrangement of electrodes, connecting portions, electrode wires, and electrode pads for the actuator of the head slider in FIGS. 4 and 5. 図4のヘッドスライダにおいて、断面Aにおける模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a cross section A in the head slider of FIG. 4. サスペンションを示す図である。It is a figure which shows a suspension. 浮上量を一定に制御するフローチャートの一例である。It is an example of a flowchart for controlling the flying height to be constant. 第1実施形態のヘッドスライダの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the head slider of 1st Embodiment. 第1実施形態のヘッドスライダの製造方法の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the manufacturing method of the head slider of 1st Embodiment. 第2実施形態のヘッドスライダを構成するアクチュエータを示した斜視図である。It is the perspective view which showed the actuator which comprises the head slider of 2nd Embodiment. 第2実施形態のヘッドスライダの作動部の形状を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the shape of the action | operation part of the head slider of 2nd Embodiment. d15モードの変位を生じる圧電体を持つアクチュエータを示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the actuator with a piezoelectric material which produces the displacement of d15 mode. 図15のアクチュエータの作動部に電圧を印加したときの形状を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows a shape when a voltage is applied to the action | operation part of the actuator of FIG. 第3及び第4シミュレーションで用いたアクチュエータのサイズ等の構造パラメータを示す図である。It is a figure which shows structural parameters, such as a size of an actuator used by the 3rd and 4th simulation. 第2実施形態のヘッドスライダの作動部を構成する電極に電位を供給するための配線パターンの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the wiring pattern for supplying an electric potential to the electrode which comprises the action | operation part of the head slider of 2nd Embodiment. 第2実施形態のヘッドスライダの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the head slider of 2nd Embodiment. 第2実施形態のヘッドスライダの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the head slider of 2nd Embodiment. 第2実施形態のヘッドスライダの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the head slider of 2nd Embodiment.

−磁気ディスク装置−
本発明のヘッドスライダを搭載した磁気ディスク装置(記憶装置)について説明する。図1は、磁気ディスク装置の内部を示す平面図であり、図2は、磁気ディスク装置を制御する回路の概略構成を示す図である。
-Magnetic disk unit-
A magnetic disk device (storage device) equipped with the head slider of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view showing the inside of the magnetic disk device, and FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a circuit for controlling the magnetic disk device.

図1に示した磁気ディスク装置101はハードディスクドライブ(HDD)であり、外装としてハウジング102を有する。ハウジング102の内部には、回転軸103に装着されて回転する磁気ディスク104と、磁気ディスク104に対して情報記録と情報再生を行う磁気ヘッドが搭載されたスライダ105と、スライダ105を保持するサスペンション106と、サスペンション106が固定されてアーム軸107を中心に磁気ディスク4の表面に沿って移動するキャリッジアーム108と、キャリッジアーム108を駆動する電磁アクチュエータ109とが設けられている。なお、ハウジング102にはカバー(図示せず)が取り付けられて、ハウジング102とカバーで形成された内部空間に上述の構成部品が収容される。   A magnetic disk device 101 shown in FIG. 1 is a hard disk drive (HDD), and has a housing 102 as an exterior. Inside the housing 102, a magnetic disk 104 mounted on the rotating shaft 103 and rotating, a slider 105 on which a magnetic head for recording and reproducing information on the magnetic disk 104 is mounted, and a suspension for holding the slider 105 106, a carriage arm 108 to which the suspension 106 is fixed and moved along the surface of the magnetic disk 4 about the arm shaft 107, and an electromagnetic actuator 109 for driving the carriage arm 108 are provided. Note that a cover (not shown) is attached to the housing 102, and the above-described components are accommodated in an internal space formed by the housing 102 and the cover.

磁気ディスク装置101は更に、図2に示すように、磁気ディスク装置101の動作を制御する制御部110を有する。制御部110は、例えばハウジング102内部に設けられたコントロールボード(不図示)に搭載される。制御部110は、図2に示すように、CPU(Central Processing Unit)112、CPU112が処理するデータ等を一時的に記憶させておくRAM(Random Access Memory)114、制御用のプログラム等を格納するROM(Read Only Memory)115、外部に対して信号の入出力を行う入出力回路119、これらの回路間で信号を伝送するバス117等から構成される。   The magnetic disk device 101 further includes a control unit 110 that controls the operation of the magnetic disk device 101 as shown in FIG. The control unit 110 is mounted on a control board (not shown) provided inside the housing 102, for example. As shown in FIG. 2, the control unit 110 stores a CPU (Central Processing Unit) 112, a RAM (Random Access Memory) 114 for temporarily storing data processed by the CPU 112, a control program, and the like. A ROM (Read Only Memory) 115, an input / output circuit 119 for inputting / outputting signals to / from the outside, a bus 117 for transmitting signals between these circuits, and the like.

また、図2に示すように、スライダ105はスライダ基板105aに形成されたヘッド
部105bを有する。ヘッド部105bは、磁気ディスク104に対し記録用の磁界を発生する記録用の磁極や、磁気ディスク104に記録された磁気情報を読み取るためのセンサが設けられたヘッド素子105dを備える。ヘッド素子105dは、例えば、制御部110内の入出力回路119と配線111a、111bに接続され、磁気ディスク104への情報の記録(ライト動作)及び磁気ディスク4に記憶された情報の再生(リード動作)を行う。このリード動作またはライト動作を行なう際に、電磁アクチュエータ9によってキャリッジアーム8が駆動され、ヘッド素子105dを磁気ディスク104上の所望のト
ラックに移動する。
As shown in FIG. 2, the slider 105 has a head portion 105b formed on a slider substrate 105a. The head unit 105 b includes a head element 105 d provided with a recording magnetic pole for generating a recording magnetic field on the magnetic disk 104 and a sensor for reading magnetic information recorded on the magnetic disk 104. The head element 105d is connected to, for example, the input / output circuit 119 and the wirings 111a and 111b in the control unit 110, and records information (write operation) on the magnetic disk 104 and reproduces (reads) information stored on the magnetic disk 4. Operation). When performing this read operation or write operation, the carriage arm 8 is driven by the electromagnetic actuator 9 to move the head element 105 d to a desired track on the magnetic disk 104.

リード動作及びライト動作は、具体的に次のように行なわれる。ライト動作時には、制御部110によって、電気信号(電気的な記録信号)がヘッド素子105dに入力される。ヘッド素子105dは、当該記録信号に応じた磁界を磁気ディスク104の各微小領域に印加し、記録信号に担持された情報を(各微小領域の磁化方向に置き換えて)記録する。リード動作時には、ヘッド素子105dが、各微小領域に記録された情報を、各微小領域の磁化に応じた電気信号(電気的な再生信号)として取り出す。   Specifically, the read operation and the write operation are performed as follows. During the write operation, the control unit 110 inputs an electric signal (electric recording signal) to the head element 105d. The head element 105d applies a magnetic field corresponding to the recording signal to each minute area of the magnetic disk 104, and records the information carried in the recording signal (substituting the magnetization direction of each minute area). During the read operation, the head element 105d extracts information recorded in each minute area as an electric signal (electric reproduction signal) corresponding to the magnetization of each minute area.

また、CPU112は、サスペンション106の曲げ部に設けられた圧電デバイスによって、当該曲げ部の曲げ角度を微小変位させ、スライダ105に設けられた磁気ヘッドの浮上量を高精度に制御する。   The CPU 112 controls the flying height of the magnetic head provided on the slider 105 with high accuracy by using the piezoelectric device provided at the bent portion of the suspension 106 to slightly displace the bending angle of the bent portion.

−磁気ヘッド支持体−
図3は、磁気ヘッド支持体(head gimbal assembly:HGA)を示した図である。図3(a)が磁気ヘッド支持体の斜視図であり、図3(b)が磁気ヘッド支持体を図3に示すX方向を向いて見た図である。なお、図3に示されるように、浮上面に垂直で磁気ディスクから遠ざかる方向をZ方向、X軸及びZ軸に垂直な方向をY方向とする。以後の図面におけるX軸、Y軸、Z軸は図3の方向に従うものとする。
-Magnetic head support-
FIG. 3 is a view showing a magnetic head support (HGA). 3A is a perspective view of the magnetic head support, and FIG. 3B is a view of the magnetic head support as viewed in the X direction shown in FIG. As shown in FIG. 3, the direction perpendicular to the air bearing surface and away from the magnetic disk is defined as the Z direction, and the direction perpendicular to the X axis and the Z axis is defined as the Y direction. In the following drawings, the X axis, Y axis, and Z axis follow the directions of FIG.

図3に示すように、磁気ヘッド支持体120とは、一般に、サスペンション106にベースプレート122及びヘッドスライダ105等を取り付けた構造体のことをいうが、ベースプレート122及びヘッドスライダ105を取り付ける前の状態、すなわち、サスペンション106のみを磁気ヘッド支持体という場合もある。更には、サスペンション106にベースプレート122又はヘッドスライダ105のいずれか一方を取り付けた構造体のことを、磁気ヘッド支持体120という場合もある。ここで、サスペンション106は、例えば厚さ20μmのステンレス鋼からなる板状部材である。サスペンション106のキャリッジアーム108側の一端にはベースプレート122が接合され、他方の端(先端部106p)には、ヘッドスライダ105が取り付けられる。より具体的には、例えば、ヘッドスライダ105は、サスペンション106の先端部106pに設けられたジンバル(gimbal)106gに固定される。なお、ヘッドスライダ105は磁気ディスク表面104cと対向する位置に配置される。また、サスペンション106上に、浮上量の変動を検知するため圧電材料からなる加速度センサ123が設けられている。   As shown in FIG. 3, the magnetic head support 120 generally refers to a structure in which the base plate 122 and the head slider 105 are attached to the suspension 106, but the state before the base plate 122 and the head slider 105 are attached, That is, only the suspension 106 may be called a magnetic head support. Further, a structure in which either the base plate 122 or the head slider 105 is attached to the suspension 106 may be referred to as a magnetic head support 120. Here, the suspension 106 is a plate-like member made of, for example, stainless steel having a thickness of 20 μm. A base plate 122 is joined to one end of the suspension 106 on the carriage arm 108 side, and a head slider 105 is attached to the other end (tip portion 106p). More specifically, for example, the head slider 105 is fixed to a gimbal 106 g provided at the tip 106 p of the suspension 106. The head slider 105 is disposed at a position facing the magnetic disk surface 104c. Further, an acceleration sensor 123 made of a piezoelectric material is provided on the suspension 106 in order to detect a variation in the flying height.

また、図3(b)に示すように、磁気ディスクが矢印Cの方向に回転することによって、矢印Airの方向に空気流が生じ、ヘッドスライダの浮上面(磁気ディスクと対向する面)105fの下側へ空気が流入する。この空気流によるヘッドスライダの浮上面への揚力と、サスペンションのバネによりヘッドスライダをディスク方向に押し付ける力とが均衡する。ヘッド部(図示せず)において磁気ディスク104cに対し記録用の磁界を発生する記録用の磁極や、磁気ディスク104cに記録された磁気情報を読み取るためのセンサが設けられたヘッド素子105d(図示せず)の浮上面105f側の面と磁気ディスク104cとの距離(スペーシング方向Sの距離:浮上量)は一定に保たれる。   Also, as shown in FIG. 3B, when the magnetic disk rotates in the direction of arrow C, an air flow is generated in the direction of arrow Air, and the air bearing surface 105f of the head slider (the surface facing the magnetic disk) 105f Air flows down. The lift force on the flying surface of the head slider due to the air flow balances with the force pressing the head slider toward the disk by the spring of the suspension. A head element 105d (not shown) provided with a recording magnetic pole for generating a recording magnetic field on the magnetic disk 104c in the head portion (not shown) and a sensor for reading magnetic information recorded on the magnetic disk 104c. The distance between the surface on the flying surface 105f side of the magnetic disk 104c and the magnetic disk 104c (the distance in the spacing direction S: the flying height) is kept constant.

−第1実施形態のヘッドスライダ−
図4は、第1実施形態のヘッドスライダの概略構造を示す斜視図である。
図4に示すように、アクチュエータ105cはスライダ基板105aの端部に配置される。また、アクチュエータ105cを挟んでスライダ基板105aの反対側には、ヘッド素子105dが設けられたヘッド部105bが配置されている。すなわち、ヘッド部105bはアクチュエータ105cを挟んでスライダ基板105aの反対側に位置している。
-Head slider of the first embodiment-
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic structure of the head slider according to the first embodiment.
As shown in FIG. 4, the actuator 105c is disposed at the end of the slider substrate 105a. A head portion 105b provided with a head element 105d is disposed on the opposite side of the slider substrate 105a with the actuator 105c interposed therebetween. That is, the head portion 105b is located on the opposite side of the slider substrate 105a with the actuator 105c interposed therebetween.

スライダ基板105aは、例えばアルチック(Al−TiC)材などのセラミックから構成される。アルチック材はアルミナ(Al)と炭化チタン(TiC)の焼成物である。 The slider substrate 105a is made of a ceramic such as an AlTiC (Al 2 O 3 —TiC) material. The Altic material is a fired product of alumina (Al 2 O 3 ) and titanium carbide (TiC).

ヘッド部105bは、記憶装置内において、記憶媒体に情報を記録する又は記録媒体の情報を再生するために設けられる。ヘッド部105bは、ヘッド素子105d、及びヘッド素子105dの周りに設けられる絶縁部37を備える。ヘッド部105bの厚さは、例えば30μm程度である。   The head unit 105b is provided in the storage device for recording information on the storage medium or reproducing information on the recording medium. The head part 105b includes a head element 105d and an insulating part 37 provided around the head element 105d. The thickness of the head part 105b is, for example, about 30 μm.

ヘッド素子105dは、記憶装置内部において、記憶媒体に情報を記録する又は再生するために設けられる素子である。例えば、磁気ディスク装置に用いられる素子としては、記録媒体に情報を書き込む働きを有する記録素子、及び記録媒体に記録された磁気情報を電気信号として取り出す働きを有する、再生素子が挙げられる。記録素子は、例えば、ライトコイル、主磁極層、及び補助磁極層を含んでなる。ライトコイルは磁束を発生させる機能を有する。主磁極層は、ライトコイルにおいて発生した磁束を収容し、その磁束を磁気ディスクに向けて放出する機能を有する。補助磁極層は主磁極層から放出された磁束を磁気ディスクを経由して環流させる機能を有する。再生素子として、例えばMR素子(磁気抵抗効果素子)などが挙げられる。ヘッド素子105dは記録素子及び再生素子のうち少なくとも一方を有していればよく、その両方を有していてもよい。   The head element 105d is an element provided for recording or reproducing information on a storage medium in the storage device. For example, examples of the element used in the magnetic disk device include a recording element having a function of writing information on a recording medium and a reproducing element having a function of taking out magnetic information recorded on the recording medium as an electric signal. The recording element includes, for example, a write coil, a main magnetic pole layer, and an auxiliary magnetic pole layer. The write coil has a function of generating magnetic flux. The main magnetic pole layer has a function of accommodating magnetic flux generated in the write coil and emitting the magnetic flux toward the magnetic disk. The auxiliary magnetic pole layer has a function of circulating the magnetic flux emitted from the main magnetic pole layer via the magnetic disk. Examples of the reproducing element include an MR element (magnetoresistance effect element). The head element 105d only needs to have at least one of the recording element and the reproducing element, and may have both of them.

ヘッド部105bには、例えば、図4に示すように、アクチュエータ105cに対して電圧を印加するための外部端子44及び47が設けられる。   For example, as shown in FIG. 4, the head portion 105b is provided with external terminals 44 and 47 for applying a voltage to the actuator 105c.

絶縁部37は、アクチュエータ105cとヘッド部105bとの間、及び複数の素子間を電気的且つ磁気的に絶縁するために設けられる。絶縁部37は、絶縁材料からなる、例えば厚さ1〜50μm程度の膜である。絶縁部37に使用可能な材料としては、例えばアルミナ(Al)、酸化ケイ素(SiO)、酸化チタン(TiO)等の金属酸化物など、非磁性且つ非導電性の材料が挙げられる。 The insulating portion 37 is provided to electrically and magnetically insulate between the actuator 105c and the head portion 105b and between a plurality of elements. The insulating portion 37 is a film made of an insulating material and having a thickness of about 1 to 50 μm, for example. Examples of materials that can be used for the insulating portion 37 include nonmagnetic and nonconductive materials such as metal oxides such as alumina (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), and titanium oxide (TiO 2 ). It is done.

ヘッド部105bの層構成は特に限定されるものではなく、磁気記憶装置に用いられる磁気ヘッドを用途に合わせて設けることができる。ヘッド部105bの層構成及び製造方法の詳細については本明細書では省略する。   The layer structure of the head portion 105b is not particularly limited, and a magnetic head used in the magnetic storage device can be provided in accordance with the application. The details of the layer configuration and manufacturing method of the head portion 105b are omitted in this specification.

図5は、図4のヘッドスライダにおいて、断面Aにおける模式的断面図である。アクチュエータ105cとスライダ基板105aとの間には絶縁層6zが設けられている。絶縁層6zとスライダ基板105aとの間には、更に電極33が設けられている。スライダ基板105aとアクチュエータ105cとの間には、更にスライダ基板105aとの間を電気的に絶縁するための絶縁層34が設けられている。   FIG. 5 is a schematic sectional view in section A of the head slider of FIG. An insulating layer 6z is provided between the actuator 105c and the slider substrate 105a. An electrode 33 is further provided between the insulating layer 6z and the slider substrate 105a. An insulating layer 34 is further provided between the slider substrate 105a and the actuator 105c for electrically insulating the slider substrate 105a.

アクチュエータ105cは、記憶装置内部において作動させることにより、記憶媒体104とヘッド素子105dの浮上面との間の間隔を制御する働きを有する。アクチュエータ105cは、圧電体6a、6b、6c、6d(以下、圧電体6と総称する場合がある。)、第1電極9a、9b、9c、9d(以下、第1電極9と総称する場合がある。)、第2電極10a、10b、10c、10d(以下、第2電極10と総称する場合がある。)、樹脂11a、11b、11c、11d、11e(以下、樹脂11と総称する場合がある。)を含んでなる。圧電体6は、弾力性を有する第1電極9と第2電極10とからなる一対の電極に挟まれている。この一対の電極9、10と圧電体6からなる部分18a、18b、18c、18dは、本発明のヘッドスライダにおける作動部(圧電素子)に対応する。以下、この部分18a、18b、18c、18dを作動部18と総称する場合がある。   The actuator 105c has a function of controlling the distance between the storage medium 104 and the flying surface of the head element 105d by operating inside the storage device. The actuator 105c includes piezoelectric bodies 6a, 6b, 6c, and 6d (hereinafter sometimes collectively referred to as piezoelectric body 6), first electrodes 9a, 9b, 9c, and 9d (hereinafter collectively referred to as first electrode 9). The second electrodes 10a, 10b, 10c, and 10d (hereinafter sometimes collectively referred to as the second electrode 10), the resins 11a, 11b, 11c, 11d, and 11e (hereinafter collectively referred to as the resin 11). Is). The piezoelectric body 6 is sandwiched between a pair of electrodes including a first electrode 9 and a second electrode 10 having elasticity. The portions 18a, 18b, 18c, and 18d composed of the pair of electrodes 9 and 10 and the piezoelectric body 6 correspond to the operating portion (piezoelectric element) in the head slider of the present invention. Hereinafter, the portions 18a, 18b, 18c, and 18d may be collectively referred to as the operating portion 18.

なお、記憶装置の内部において、磁気ディスクに対向する面、すなわち浮上面105fは、通常、図6における浮上面105ffの位置まで研磨される。   In the storage device, the surface facing the magnetic disk, that is, the air bearing surface 105f is usually polished to the position of the air bearing surface 105ff in FIG.

作動部18は、圧電体6の分極方向と垂直に電圧を印加することによりd15モード(圧電剪断効果)の変位に基づき変形する作動部18a、18cと、圧電体6の分極方向に電圧を印加することにより圧電体6のd31モード(圧電横効果)の変位を応用した変形を生じる作動部18b、18dとから構成される。図6は、作動部(圧電素子)の変形を説明するための模式的断面図である。   The operating unit 18 applies a voltage perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric body 6 to deform the operating units 18 a and 18 c based on the displacement of the d15 mode (piezoelectric shear effect), and applies a voltage in the polarization direction of the piezoelectric body 6. By doing so, it is comprised from the operation parts 18b and 18d which produce the deformation | transformation which applied the displacement of the d31 mode (piezoelectric lateral effect) of the piezoelectric material 6. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the deformation of the operating portion (piezoelectric element).

図6(a)、(b)はd15モードの変位を生じる圧電素子13aの模式的断面図である。圧電体6は電極19、20に挟まれている。電極19、20は、圧電体6に対して、圧電体6の分極の向きPAと交差する方向に電界EAを印加することができる。電極19、20は、圧電体6に対して、圧電体6の分極PAの方向に垂直な方向に電界EAを印加することが、圧電アクチュエータ10の変形量を大きくする点から好ましい。2つの電極19、20が電位差を与えられることにより、圧電体6はd15モードの変位(剪断変位)を生じる。分極の方向、及び電界印加方向の両方を逆にしても、剪断変位の方向は同じである。分極の方向、もしくは電界印加方向の一方を逆にすると、剪断変位の方向も逆になる。   FIGS. 6A and 6B are schematic cross-sectional views of the piezoelectric element 13a that causes displacement in the d15 mode. The piezoelectric body 6 is sandwiched between the electrodes 19 and 20. The electrodes 19 and 20 can apply an electric field EA to the piezoelectric body 6 in a direction crossing the polarization direction PA of the piezoelectric body 6. It is preferable that the electrodes 19 and 20 apply an electric field EA to the piezoelectric body 6 in a direction perpendicular to the direction of polarization PA of the piezoelectric body 6 from the viewpoint of increasing the deformation amount of the piezoelectric actuator 10. When the two electrodes 19 and 20 are given a potential difference, the piezoelectric body 6 generates d15 mode displacement (shear displacement). Even if both the polarization direction and the electric field application direction are reversed, the shear displacement direction is the same. If one of the polarization direction or the electric field application direction is reversed, the shear displacement direction is also reversed.

図6(c)、(d)はd31モードの変位を生じる圧電素子13bの模式的断面図である。圧電体6は電極29、30に挟まれている。電極29は圧電体6を支えることにより圧電体6の変位方向を変える働きを有する。電極29は、電極30よりも外力に対して変形しにくい。この変形しにくさは、電極のヤング率(伸び弾性率)と、厚さとの積で定量的に表すことができる。電極29と電極30は製造が容易な点から通常同じ材料で構成される。このとき、電極29は電極30よりも厚い。電極29、30は、圧電体6に対して、圧電体6の分極の向きPBに沿った電界EBを印加することができる。電界EBによって、圧電体6に電界EBと垂直な方向に縮む力が働くが、電極29および電極30が圧電体6の変形を拘束しようとする。電極29と電極30とでは電極29の方が剛性が高いため、圧電体6の電極29に近い側は変形量が小さい。その結果、図6(d)のごとく電極29を上向きとする凸形状に変形する。分極の方向及び電界印加方向の両方を逆にしても、圧電体6は同じ方向に縮む力が働くため、変形は同様である。   FIGS. 6C and 6D are schematic cross-sectional views of the piezoelectric element 13b that generates displacement in the d31 mode. The piezoelectric body 6 is sandwiched between the electrodes 29 and 30. The electrode 29 has a function of changing the displacement direction of the piezoelectric body 6 by supporting the piezoelectric body 6. The electrode 29 is less likely to be deformed by an external force than the electrode 30. This difficulty of deformation can be quantitatively expressed by the product of the Young's modulus (elongation elastic modulus) of the electrode and the thickness. The electrode 29 and the electrode 30 are usually made of the same material because they are easy to manufacture. At this time, the electrode 29 is thicker than the electrode 30. The electrodes 29 and 30 can apply an electric field EB along the polarization direction PB of the piezoelectric body 6 to the piezoelectric body 6. Although the electric field EB causes a force to contract in the direction perpendicular to the electric field EB to the piezoelectric body 6, the electrode 29 and the electrode 30 try to restrain deformation of the piezoelectric body 6. Since the electrode 29 and the electrode 30 have higher rigidity than the electrode 29, the deformation amount is small on the side close to the electrode 29 of the piezoelectric body 6. As a result, the electrode 29 is deformed into a convex shape with the electrode 29 facing upward as shown in FIG. Even if both the direction of polarization and the direction of electric field application are reversed, the piezoelectric body 6 is subjected to a force of contracting in the same direction, so that the deformation is the same.

圧電体6は、圧電材料からなる。この圧電体6に使用可能な圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O:PZT)、或いは、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛((Pb,La)(Zr,Ti)O:PLZT)、Nb添加PZT、さらにはPNN−PZT{Pb(Ni,Nb)O−PbTiO−PbZrO}、PMN−PZT{Pb(Mg,Nb)O−PbTiO−PbZrO}等のペロブスカイト酸化物が挙げられる。また、これら材料の他に、ニオブ酸カリウム(KNbO)や窒化アルミニウム(AlN)なども使用可能である。 The piezoelectric body 6 is made of a piezoelectric material. Examples of the piezoelectric material that can be used for the piezoelectric body 6 include lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 : PZT) or lead lanthanum zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti). ) O 3 : PLZT), Nb-added PZT, PNN-PZT {Pb (Ni, Nb) O 3 -PbTiO 3 -PbZrO 3 }, PMN-PZT {Pb (Mg, Nb) O 3 -PbTiO 3 -PbZrO 3 } and the like perovskite oxide. In addition to these materials, potassium niobate (KNbO 3 ), aluminum nitride (AlN), or the like can be used.

電極19、20、29,30(第1電極9及び第2電極10)に使用可能な材料として、導電性の材料が挙げられる。例えば、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、クロム(Cr)、銅(Cu)等の金属が挙げられ、更に、窒化チタン(TiN)等の窒化物、炭化タングステン(WC)等の炭化物、或いは、酸化インジウムスズ(ITO:Indium Tin Oxide)等の酸化物も使用可能である。   Examples of materials that can be used for the electrodes 19, 20, 29, and 30 (the first electrode 9 and the second electrode 10) include conductive materials. Examples include metals such as nickel (Ni), platinum (Pt), iridium (Ir), chromium (Cr), and copper (Cu), and nitrides such as titanium nitride (TiN) and tungsten carbide (WC). Such carbides or oxides such as indium tin oxide (ITO) can also be used.

再び図5を用いて、第1実施形態のヘッドスライダを説明する。第1実施形態のヘッドスライダは、作動部18の一方の端に基板105aが配置され、もう一方の端にはヘッド部105bが配置されている。アクチュエータ105cの浮上面側からd15モードの変位を生じる作動部とd31モードの変位を生じる作動部とが交互に配置されている。d15モードの変位を生じる作動部18a、18cに含まれる圧電体6a、6cの主面(major surface)は、d31モードの変位を生じる作動部18b、18dに含まれる圧電体6b、6dの主面、および浮上面105fと略平行である。換言すれば、d15モードの変位を生じる圧電体の主面、及びd31モードの変位を生じる圧電体の主面が、浮上面のほうを向くように配置される。   The head slider according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 5 again. In the head slider according to the first embodiment, the substrate 105a is disposed at one end of the operating portion 18, and the head portion 105b is disposed at the other end. Actuators that generate d15 mode displacement and actuators that generate d31 mode displacement from the air bearing surface side of the actuator 105c are alternately arranged. The major surfaces of the piezoelectric bodies 6a and 6c included in the actuating portions 18a and 18c that generate the d15 mode displacement are the main surfaces of the piezoelectric bodies 6b and 6d included in the actuating portions 18b and 18d that generate the d31 mode displacement. And substantially parallel to the air bearing surface 105f. In other words, the main surface of the piezoelectric body that generates the d15 mode displacement and the main surface of the piezoelectric body that generates the d31 mode displacement are arranged to face the air bearing surface.

各作動部18の主面に隣接するように、第1電極9及び第2電極10が設けられている。d31モードの作動部18b、18dに含まれる電極のうち、浮上面から遠い第2電極10b、10dは第1電極9b、9dよりもそれぞれ厚い。一方、d15モードの作動部18a、18bに含まれる第1電極9a、9b、及び第2電極10a、10bの厚さの関係は特に限定されるものではなく、第1電極9a、9bの厚さと第2電極10a、10bの厚さとは同じであっても異なっていてもよい。   The first electrode 9 and the second electrode 10 are provided so as to be adjacent to the main surface of each operating portion 18. Of the electrodes included in the d31 mode operating portions 18b and 18d, the second electrodes 10b and 10d far from the air bearing surface are thicker than the first electrodes 9b and 9d, respectively. On the other hand, the relationship between the thicknesses of the first electrodes 9a and 9b and the second electrodes 10a and 10b included in the d15 mode operating portions 18a and 18b is not particularly limited, and the thicknesses of the first electrodes 9a and 9b The thickness of the second electrodes 10a and 10b may be the same or different.

d15モードの変位を生じる作動部18a、18cを構成する圧電体6a、6cは、予め、セラミックス基板105aからヘッド部105bへ向かう方向に分極させておく。d31モードの変位を生じる作動部18b、18dに含まれる圧電体6b、6dは、通常、圧電体6a、6cを分極させる際に同様の方向に分極する。しかし、第1電極9bから第2電極10bに向かって抗電解以上の電界が印加されることにより、第1電極9bから第2電極10bに向かう(セラミックス基板105aからヘッド部105bへ向かう方向と交差する)方向に分極させることができる。   The piezoelectric bodies 6a and 6c constituting the operating portions 18a and 18c that generate the d15 mode displacement are previously polarized in the direction from the ceramic substrate 105a toward the head portion 105b. The piezoelectric bodies 6b and 6d included in the actuating portions 18b and 18d that generate the d31 mode displacement are normally polarized in the same direction when the piezoelectric bodies 6a and 6c are polarized. However, when an electric field higher than anti-electrolysis is applied from the first electrode 9b to the second electrode 10b, the direction from the first electrode 9b to the second electrode 10b (crossing the direction from the ceramic substrate 105a to the head portion 105b). Can be polarized in the direction.

d15モードの変位を生じる圧電体6a、6cと、d31モードの変位を生じる圧電体6b、6dとは、ヘッド部105bに、スライダ基板105aを基準として、スライダ基板105aのアクチュエータが設けられた面内の略同一方向に向かって変位Sを生じさせる。   The piezoelectric bodies 6a and 6c that generate the d15-mode displacement and the piezoelectric bodies 6b and 6d that generate the d31-mode displacement are in-plane in which the actuator of the slider substrate 105a is provided in the head portion 105b with reference to the slider substrate 105a. The displacement S is generated in substantially the same direction.

隣り合う作動部18の間には樹脂11が配置されている。(例えば、作動部18aと18bとの間には樹脂11bが配置されている。)樹脂11は、電気的な絶縁性を有し、圧電材料以外の材料からなり、且つ第1電極9、第2電極10及び圧電体6よりも変形しやすい(柔軟性が高い)ものが好ましい。樹脂11に使用可能な材料は、例えば、ウレタン、ポリイミド、エポキシ、アラミド系樹脂等が挙げられ、耐熱性の点から、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。また、圧電体よりヤング率が低い絶縁材料であれば、樹脂以外の材料も使用できる。例えば、発泡ガラスなどの微小の気泡を多く含むセラミックスでも良い。また、樹脂11の部分が空隙であってもよい。   The resin 11 is disposed between the adjacent operating portions 18. (For example, the resin 11b is disposed between the operating portions 18a and 18b.) The resin 11 has electrical insulation, is made of a material other than the piezoelectric material, and includes the first electrode 9 and the first electrode 9. Those that are easier to deform (higher flexibility) than the two electrodes 10 and the piezoelectric body 6 are preferable. Examples of materials that can be used for the resin 11 include urethane, polyimide, epoxy, and aramid resin, and a polyimide resin is preferably used from the viewpoint of heat resistance. In addition, materials other than resin can be used as long as the insulating material has a Young's modulus lower than that of the piezoelectric body. For example, ceramics containing a lot of fine bubbles such as foam glass may be used. Further, the resin 11 may be a gap.

第1電極9及び第2電極10に電位を印加するため、第1電極9及び第2電極10とそれぞれ電気的に接続したビアなどの配線(図示せず)が設けられる。この配線が複雑にならない点から、第2電極10aと第1電極9b、第2電極10bと第1電極9c、及び第2電極10cと第1電極9dがそれぞれ接続部21a、21b、21cで電気的に接続されていることが好ましい。また、d31モードの変位を生じる圧電体6b、6dへ分極方向が変化させるのに必要な電界である抗電解以上の電界を印加しd15モードの変位を生じる圧電体6a、6cへ抗電解以上の電界を印加しないようにするため、d31モードの変位を生じる圧電体6b、6dの浮上面に垂直な方向の長さはd15モードの変位を生じる圧電体6a、6cのそれよりも小さいことが好ましく、圧電体6a、6cのそれの1/2以下であることがより好ましい。   In order to apply a potential to the first electrode 9 and the second electrode 10, wirings (not shown) such as vias electrically connected to the first electrode 9 and the second electrode 10 are provided. From the point that the wiring is not complicated, the second electrode 10a and the first electrode 9b, the second electrode 10b and the first electrode 9c, and the second electrode 10c and the first electrode 9d are electrically connected by the connecting portions 21a, 21b, and 21c, respectively. Are preferably connected. In addition, an electric field higher than anti-electrolysis, which is an electric field necessary for changing the polarization direction, is applied to the piezoelectric bodies 6b and 6d that generate the d31 mode displacement, and the piezoelectric bodies 6a and 6c that generate the d15-mode displacement are more than anti-electrolytic. In order not to apply an electric field, the length in the direction perpendicular to the air bearing surface of the piezoelectric bodies 6b and 6d that generate the d31 mode displacement is preferably smaller than that of the piezoelectric bodies 6a and 6c that generate the d15 mode displacement. More preferably, it is 1/2 or less of that of the piezoelectric bodies 6a and 6c.

図7は、図4、図5におけるヘッドスライダのアクチュエータ105cについて、第1電極9、第2電極10、接続部21a〜21c、電極線15、16、及び電極パッド14、17の配置のみを示した斜視図である。   7 shows only the arrangement of the first electrode 9, the second electrode 10, the connecting portions 21a to 21c, the electrode lines 15 and 16, and the electrode pads 14 and 17 with respect to the actuator 105c of the head slider in FIGS. FIG.

電極パッド14は、図4における外部端子44(図示せず)と電気的に接続されている。電極線15は、電極パッド14と電気的に接続している。電極線15は、複数の箇所で分岐し、第1電極9a、接続部21b、及び第2電極10dと電気的に接続されている。制御部110からの電位は、サスペンション上に形成された配線、外部端子44、電極パッド14、電極線15経由して、第1電極9a、第2電極10b、第1電極9c、及び第2電極10dに供給される。   The electrode pad 14 is electrically connected to an external terminal 44 (not shown) in FIG. The electrode line 15 is electrically connected to the electrode pad 14. The electrode line 15 branches at a plurality of locations and is electrically connected to the first electrode 9a, the connection portion 21b, and the second electrode 10d. The potential from the control unit 110 is supplied to the first electrode 9a, the second electrode 10b, the first electrode 9c, and the second electrode via the wiring formed on the suspension, the external terminal 44, the electrode pad 14, and the electrode line 15. 10d.

電極パッド17は、図4における外部端子44(図示せず)と電気的に接続されている。電極線16は、電極パッド17と電気的に接続している。電極線16は、複数の箇所で分岐し、接続部21a、接続部21cと電気的に接続されている。制御部110からの電位は、サスペンション上に形成された配線、外部端子44、電極パッド14、電極線15経由して、第2電極10a、第1電極9b、第2電極10c、及び第1電極9dに供給される。   The electrode pad 17 is electrically connected to an external terminal 44 (not shown) in FIG. The electrode line 16 is electrically connected to the electrode pad 17. The electrode wire 16 branches at a plurality of locations and is electrically connected to the connection portion 21a and the connection portion 21c. The potential from the control unit 110 is supplied to the second electrode 10a, the first electrode 9b, the second electrode 10c, and the first electrode via the wiring formed on the suspension, the external terminal 44, the electrode pad 14, and the electrode line 15. 9d.

電極パッド14にグランド側の電位が供給され、電極パッド17にバイアス側の電位が供給されると、図5に示される方向の電界Eが各圧電体18a〜18dに印加される。d15モードの変位を生じる作動部の主な変位方向及びd31モードの変位を生じる作動部の主な変位方向は、図3及び図5に示されるスペーシング方向Sである。   When a ground side potential is supplied to the electrode pad 14 and a bias side potential is supplied to the electrode pad 17, an electric field E in the direction shown in FIG. 5 is applied to each of the piezoelectric bodies 18a to 18d. The main displacement direction of the actuator that generates the displacement in the d15 mode and the main displacement direction of the actuator that generates the displacement in the d31 mode are the spacing directions S shown in FIGS. 3 and 5.

再び、図5を用いて、第1実施形態のヘッドスライダについて説明する。基板105aは、上述のとおり、硬いアルチックからなる。また、その厚さ(Y方向の長さ)は1mm程度である。一方、ヘッド部105bは種々の金属酸化物及び金属からなるが、アルチックよりも軟らかい材料を主に含む。また、その厚さ(Y方向の長さ)は通常数十μm程度と、基板105aに比べて非常に薄い。よって、図6に示すように、作動部18a〜18dがそれぞれ変形すると、その基板105a側は基板105aに固定されるためほとんど形状が変化しないのに対し、そのヘッド部105b側は浮上面105fに垂直な方向に大きく変位する。記憶装置内部において、ヘッド部105bは記録再生素子と磁気ディスク媒体間方向(スペーシング方向:図3における矢印S方向)に大きく変位する。ゆえに、ヘッド部105bのヘッド素子105dと記憶媒体104との間隔(浮上量)は、アクチュエータ105cの浮上面105f側で且つヘッド部105b側の部分Bにおける矢印S方向の変位量が制御されることによって制御されうる。   The head slider according to the first embodiment will be described again with reference to FIG. As described above, the substrate 105a is made of hard Altic. The thickness (the length in the Y direction) is about 1 mm. On the other hand, the head portion 105b is made of various metal oxides and metals, but mainly includes a material softer than AlTiC. The thickness (the length in the Y direction) is usually about several tens of μm, which is very thin compared to the substrate 105a. Therefore, as shown in FIG. 6, when the operating portions 18a to 18d are respectively deformed, the substrate 105a side is fixed to the substrate 105a so that the shape hardly changes, whereas the head portion 105b side is changed to the floating surface 105f. Large displacement in the vertical direction. Inside the storage device, the head unit 105b is largely displaced in the direction between the recording / reproducing element and the magnetic disk medium (spacing direction: arrow S direction in FIG. 3). Therefore, the distance (flying height) between the head element 105d of the head portion 105b and the storage medium 104 is controlled by the displacement amount in the arrow S direction at the portion B on the flying surface 105f side and the head portion 105b side of the actuator 105c. Can be controlled by.

比較実施形態として、d15モードの変位を生じる作動部のみで構成されるアクチュエータが挙げられる。このアクチュエータは、圧電体に印加される単位電界あたりの変位量が大きいため、スライダ基板105aからヘッド部105bへ向かう方向の長さ(Y方向の長さ)を例えば4〜6μm程度としても十分なS方向の変位量を得られる。このアクチュエータを実装するには、圧電効果の性質上、隣接する圧電体の分極方向を交互に反転させるか、隣接する圧電体の分極方向を一方向にそろえ、各圧電体を挟む電極をパターニングによって独立させなければならない。前者は、ヘッドスライダの製造途中で生じさせた分極成分(特に図5において分極PAとは反対方向の分極成分)が徐々に低下するため、S方向の変位量は徐々に低下する。後者は、前者と同様にヘッドスライダの製造途中で生じさせた分極成分が徐々に低下する場合がある。また、後者のアクチュエータは、作動部を駆動させるため電極9と電極10とを電気的に絶縁する必要がある。電極9と電極10の絶縁性を確保する点から、製造時に接続部21aを除去するためのパターニング工程を必要とする。このパターニング工程は、圧電体の間隔(ピッチ)を狭いと実現が難しい。   As a comparative embodiment, an actuator composed only of an operating part that generates a displacement in d15 mode can be mentioned. Since this actuator has a large amount of displacement per unit electric field applied to the piezoelectric body, the length in the direction from the slider substrate 105a to the head portion 105b (the length in the Y direction) is, for example, about 4 to 6 μm. A displacement amount in the S direction can be obtained. In order to mount this actuator, due to the nature of the piezoelectric effect, the polarization directions of adjacent piezoelectric bodies are alternately reversed, or the polarization directions of adjacent piezoelectric bodies are aligned in one direction, and the electrodes sandwiching each piezoelectric body are patterned. Must be independent. In the former, since the polarization component (particularly the polarization component in the direction opposite to the polarization PA in FIG. 5) generated during the manufacture of the head slider gradually decreases, the displacement amount in the S direction gradually decreases. In the latter case, the polarization component generated during the production of the head slider may be gradually reduced as in the former case. Further, the latter actuator needs to electrically insulate the electrode 9 and the electrode 10 in order to drive the operating portion. From the viewpoint of ensuring the insulation between the electrode 9 and the electrode 10, a patterning step for removing the connecting portion 21a is required at the time of manufacture. This patterning process is difficult to realize if the interval (pitch) between the piezoelectric bodies is narrow.

また、別の比較実施形態として、d31モードの変位を生じる作動部のみで構成されるアクチュエータが挙げられる。このアクチュエータは、作動部の分極の方向と変位を生じさせるのに必要な電界の方向が同じ方向であるため、分極量の低下の恐れがなく、長期に渡るヘッドスライダの使用に適している。しかし、圧電体に印加される単位電界あたりの変位量が小さいため、例えば10〜30V程度の印加電圧でS方向に十分変位させるためには、スライダ基板105aからヘッド部105bへ向かう方向の長さ(Y方向の長さ)を例えば20〜30μm程度に大きくする必要がある。d31モードの変位を生じる圧電体の幅(浮上面に垂直な方向の長さ:Z方向の長さ)は、例えば0.5〜2μm程度である。この圧電体の幅に対してスライダ基板105aからヘッド部105bへ向かう方向の長さが大きいため、ヘッドスライダの製造プロセスにおいて、圧電体の形状をエッチングプロセスにより形成するとき、形状精度の高い圧電体を形成することが難しい。   Further, as another comparative embodiment, an actuator composed only of an operating part that generates a d31 mode displacement can be cited. This actuator is suitable for the use of a head slider over a long period of time because there is no fear of a decrease in the amount of polarization because the direction of polarization of the actuator is the same as the direction of the electric field required to cause displacement. However, since the amount of displacement per unit electric field applied to the piezoelectric body is small, the length in the direction from the slider substrate 105a toward the head portion 105b is sufficient to cause sufficient displacement in the S direction with an applied voltage of, for example, about 10 to 30V. It is necessary to increase (the length in the Y direction) to about 20 to 30 μm, for example. The width (length in the direction perpendicular to the air bearing surface: length in the Z direction) of the piezoelectric body that causes the d31 mode displacement is, for example, about 0.5 to 2 μm. Since the length in the direction from the slider substrate 105a to the head portion 105b is larger than the width of the piezoelectric body, when the piezoelectric body is formed by an etching process in the manufacturing process of the head slider, the piezoelectric body has high shape accuracy. Difficult to form.

本実施形態のヘッドスライダは、d15モードの変位を生じる作動部とd31モードの変位を生じる作動部とが図5に示されるように交互に配置されるため、製造時において、電極9と電極10の絶縁性を確保するためのパターニング工程が不要である。また、そのパターニング工程が不要であるため、圧電体の間隔(ピッチ)を狭めることができる。よって、得られるヘッドスライダは、小型で駆動力が高い。このようなヘッドスライダは長期の使用に適している。   In the head slider according to the present embodiment, since the actuators that generate the d15 mode displacement and the actuators that generate the d31 mode displacement are alternately arranged as shown in FIG. 5, the electrode 9 and the electrode 10 are manufactured at the time of manufacture. No patterning process is required to ensure the insulation. Further, since the patterning step is unnecessary, the interval (pitch) between the piezoelectric bodies can be reduced. Therefore, the obtained head slider is small and has high driving force. Such a head slider is suitable for long-term use.

また、本実施形態のヘッドスライダは、アクチュエータにd31モードの変位を生じる作動部が50%含まれるにもかかわらず、圧電体のスライダ基板からヘッド部へ向かう方向の長さがd15モードの変位を生じる作動部のみで構成されるアクチュエータと同程度であっても、スペーシング方向の変位量はd15モードの作動部のみから構成されるアクチュエータのそれと遜色がない。よって、ヘッドスライダの製造プロセスにおいて、圧電体の形状をエッチングプロセスにより形成するとき、形状精度の高い圧電体を形成することができる。   In addition, the head slider of this embodiment has a d15 mode displacement in the direction from the slider substrate to the head portion of the piezoelectric body, even though the actuator includes 50% of the actuator that generates the d31 mode displacement. Even if it is almost the same as the actuator composed of only the actuating part that is generated, the displacement amount in the spacing direction is comparable to that of the actuator composed of only the actuating part of the d15 mode. Accordingly, when the shape of the piezoelectric body is formed by an etching process in the head slider manufacturing process, a piezoelectric body with high shape accuracy can be formed.

図8は、図5と同様のヘッドスライダの断面図である。例えば、図8に示すようなヘッド部105b、アクチュエータ105c及びアルチック基板105aからなるヘッドスライダについて、電極間に10Vの電界を印加したときの点B1におけるスペーシング方向(Z方向)の変位量をシミュレーションにより求めた。なお、ヘッドスライダの浮上面105fは、浮上面105ffの位置まで研磨されている。また、分極の方向及び電界を印加する方向は図5のヘッドスライダと同様であるが、図示されていない。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a head slider similar to FIG. For example, with respect to a head slider including a head portion 105b, an actuator 105c, and an AlTiC substrate 105a as shown in FIG. 8, the amount of displacement in the spacing direction (Z direction) at point B1 when an electric field of 10 V is applied between the electrodes is simulated. Determined by Note that the air bearing surface 105f of the head slider is polished to the position of the air bearing surface 105ff. The direction of polarization and the direction of applying an electric field are the same as those of the head slider of FIG. 5, but are not shown.

(第1シミュレーション)
d15モードの作動部25本と、d31モードの作動部24本を交互に配列した。アクチュエータ105cの高さ(図8におけるH1)は4μmとした。d15モードの作動部において、圧電体6aは幅(図8におけるW6a)2μm、高さ(図8におけるH1)4μm、長さ(図8におけるX軸方向の長さ)500μmの大きさを有する。d31モードの作動部において、圧電体6bは幅(図8におけるW6b)1μm、高さ(図8におけるH1)4μm、長さ(図8における紙面奥行き方向の長さ)500μmの大きさを有する。d31モードの作動部に設けられる第2電極10bは、幅(図8におけるW10b)1μm、高さ(図8におけるH1)4μm、長さ(図8における紙面奥行き方向の長さ)500μmの大きさを有する。d15モードの作動部に設けられる第1電極9a、第2電極10a、及びd31モードの作動部に設けられる第1電極9bは、幅(図8におけるW9a、W10a、W9b)150nm、高さ(図8におけるH1)4μm、長さ(図8における紙面奥行き方向の長さ)500μmの大きさを有する。
(First simulation)
Twenty-five d15 mode operating parts and 24 d31 mode operating parts were alternately arranged. The height of the actuator 105c (H1 in FIG. 8) was 4 μm. In the d15 mode operating portion, the piezoelectric body 6a has a width (W6a in FIG. 8) of 2 μm, a height (H1 in FIG. 8) of 4 μm, and a length (length in the X-axis direction in FIG. 8) of 500 μm. In the d31 mode operation section, the piezoelectric body 6b has a width (W6b in FIG. 8) of 1 μm, a height (H1 in FIG. 8) of 4 μm, and a length (length in the depth direction in FIG. 8) of 500 μm. The second electrode 10b provided in the d31 mode operation unit has a width (W10b in FIG. 8) of 1 μm, a height (H1 in FIG. 8) of 4 μm, and a length (length in the depth direction in FIG. 8) of 500 μm. Have The first electrode 9a, the second electrode 10a provided in the d15 mode operating part, and the first electrode 9b provided in the d31 mode operating part have a width (W9a, W10a, W9b in FIG. 8) of 150 nm and a height (FIG. H1 in FIG. 8 has a size of 4 μm and a length (length in the depth direction in FIG. 8) of 500 μm.

作動部18a以外のd15モードの変位を生じる他の作動部は、作動部18aと同じ大きさを有する。作動部18b以外のd31モードの変位を生じる他の作動部は、作動部18bと同じ大きさを有する。樹脂11は、浮上面に露出する樹脂を除き、幅(図8におけるW11b)2μm、高さ(図8におけるH1)4μm、長さ(図8における紙面奥行き方向の長さ)500μmの大きさを有する。絶縁層35とヘッド部105bを合わせた高さ(図8におけるH2)は30μmだった。   Other operating parts that cause d15 mode displacement other than the operating part 18a have the same size as the operating part 18a. Other operating parts that cause the d31 mode displacement other than the operating part 18b have the same size as the operating part 18b. The resin 11 has a width (W11b in FIG. 8) of 2 μm, a height (H1 in FIG. 8) of 4 μm, and a length (length in the depth direction in FIG. 8) of 500 μm, excluding the resin exposed on the air bearing surface. Have. The total height of the insulating layer 35 and the head portion 105b (H2 in FIG. 8) was 30 μm.

電極間に10Vの電界を印加したときの点Bにおけるスペーシング方向の変位量は3.6nmだった。   The displacement in the spacing direction at point B when an electric field of 10 V was applied between the electrodes was 3.6 nm.

(第2シミュレーション)
樹脂11の設けられた部分を空隙としたことを除き、第1シミュレーションのヘッドスライダと同様のヘッドスライダについてシミュレーションをおこなった。電極間に10Vの電界を印加したときの点Bにおけるスペーシング方向の変位量は3.8nmだった。
(Second simulation)
A simulation was performed for a head slider similar to the head slider of the first simulation except that the portion where the resin 11 was provided was a gap. The amount of displacement in the spacing direction at point B when an electric field of 10 V was applied between the electrodes was 3.8 nm.

(比較シミュレーション)
d15モードの作動部49本に置き換えたことを除き、第1シミュレーションのヘッドスライダと同様のヘッドスライダについてシミュレーションを行った。電極間に10Vの電界を印加したときの点Bにおけるスペーシング方向の変位量は5.4nmだった。本構造では、分極方向を一方向にそろえ、圧電体の各駆動電極をパターニングによって独立させなければならず、シミュレーションの設計値である4μmピッチの圧電体を製造することは極めて困難である。
(Comparison simulation)
A simulation was performed for a head slider similar to the head slider of the first simulation, except that 49 d15 mode operating parts were replaced. The displacement in the spacing direction at point B when an electric field of 10 V was applied between the electrodes was 5.4 nm. In this structure, the polarization direction must be aligned in one direction, and each drive electrode of the piezoelectric body must be made independent by patterning, and it is extremely difficult to manufacture a 4 μm pitch piezoelectric body, which is the design value of the simulation.

本実施形態のヘッドスライダは、スライダ基板からヘッド部へ向かう方向の長さが小さいため、アクチュエータにより動かされる部分、すなわちヘッド部及びアクチュエータの部分の形状が小さく、当該部分の共振周波数が高い。したがって、作動部の駆動周波数を高く設定できる。アクチュエータにより動かされる部分の共振周波数が作動部を駆動させる駆動周波数に近い場合、そのアクチュエータにより動かされる部分の共振によって、作動部の正常な駆動が阻害される場合がある。そこで、そのような影響を受けずに制御を行なうことができるようにするため、アクチュエータにより動かされる部分の共振周波数よりも低い周波数で作動部を駆動する。よって、作動部の駆動周波数を高く設定することができると、磁気ヘッドの浮上量の制御を高速に行なうことが可能となる。   Since the head slider of the present embodiment has a small length in the direction from the slider substrate to the head portion, the shape of the portion moved by the actuator, that is, the shape of the head portion and the actuator portion is small, and the resonance frequency of the portion is high. Therefore, the drive frequency of the operating part can be set high. When the resonance frequency of the part moved by the actuator is close to the drive frequency for driving the operating part, the normal driving of the operating part may be hindered by the resonance of the part moved by the actuator. Therefore, in order to be able to perform control without being affected by such influence, the operating portion is driven at a frequency lower than the resonance frequency of the portion moved by the actuator. Therefore, if the drive frequency of the operating unit can be set high, the flying height of the magnetic head can be controlled at high speed.

なお、本実施形態において、作動部18aと作動部18bとの間、作動部18bと作動部18cとの間、作動部18cと作動部18dとの間に樹脂が設けられているが、この樹脂の部分を第1電極及び第2電極と同様、導電性の材料で形成してもよい。このとき、第2電極10aと第1電極9bとが一体となり、第2電極10bと第1電極9cとが一体となり、第2電極10cと第1電極9dとが一体となる。このような態様のヘッドスライダは、作動部の間に樹脂を設ける上記実施形態よりもアクチュエータ105cの変形量は小さくなるものの、上記実施形態と同様、長期の使用において圧電素子の変形量の低下が少なく、その設計及び製造が容易である。   In the present embodiment, resin is provided between the operating portion 18a and the operating portion 18b, between the operating portion 18b and the operating portion 18c, and between the operating portion 18c and the operating portion 18d. Similarly to the first electrode and the second electrode, the portion may be formed of a conductive material. At this time, the second electrode 10a and the first electrode 9b are integrated, the second electrode 10b and the first electrode 9c are integrated, and the second electrode 10c and the first electrode 9d are integrated. In the head slider of this aspect, although the deformation amount of the actuator 105c is smaller than that in the above embodiment in which resin is provided between the operating parts, the deformation amount of the piezoelectric element is reduced in long-term use as in the above embodiment. There are few, and the design and manufacture are easy.

本実施形態のヘッドスライダように、アクチュエータはd15モードとd31モードの変位を生じる作動部が浮上面側から順に交互に配置されることが、動作の安定性、アクチュエータの耐久性の点から好ましいが、必ずしも交互に配置される必要はない。また、アクチュエータは、d15モードの変位を生じる作動部とd31モードの変位を生じる作動部とを少なくとも一つずつ備えていればよい。また、本実施形態のヘッドスライダのように、d15モードの作動部の占める割合は50%に限定されるものではない。長期の使用に耐え且つ設計及び製造が容易である点からd15モードの作動部の占める割合は40〜60%であることが好ましい。   As in the head slider of this embodiment, it is preferable from the viewpoint of the stability of the operation and the durability of the actuator that the actuators that cause the displacement of the d15 mode and the d31 mode are alternately arranged in order from the air bearing surface side. It is not always necessary to arrange them alternately. In addition, the actuator only needs to include at least one operating unit that generates d15 mode displacement and at least one operating unit that generates d31 mode displacement. Further, as in the head slider of the present embodiment, the proportion of the d15 mode operating portion is not limited to 50%. From the standpoint of enduring long-term use and easy design and manufacture, the proportion of the d15 mode operating portion is preferably 40 to 60%.

以下、再び図5を用いて、第1実施形態のヘッドスライダを説明する。   Hereinafter, the head slider of the first embodiment will be described with reference to FIG. 5 again.

アクチュエータ105cとスライダ基板105aとの間には絶縁層6zが設けられている。絶縁層6zは、アルチックなど導電性を有する材料からなるスライダ基板105aと第1電極9または第2電極10との電気的な短絡を防止する働きを有する。絶縁層6zに使用可能材料は、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば後述の圧電体6に使用される圧電材料の他、アルミナ(Al)や酸化チタン(TiO)等が挙げられる。中でも、後述するヘッドスライダの製造方法に示すように、製造工程を増やすことなく絶縁層を設けることができる点から、圧電体6に使用される圧電材料を、圧電体6a〜6dと一体化させて設けることが好ましい。 An insulating layer 6z is provided between the actuator 105c and the slider substrate 105a. The insulating layer 6z has a function of preventing an electrical short circuit between the slider substrate 105a made of a conductive material such as Altic and the first electrode 9 or the second electrode 10. The material that can be used for the insulating layer 6z is not particularly limited as long as it has insulating properties. For example, in addition to the piezoelectric material used for the piezoelectric body 6 described later, alumina (Al 2 O 3 ) or oxidation titanium (TiO 2), and the like. In particular, as shown in the head slider manufacturing method described later, an insulating layer can be provided without increasing the number of manufacturing steps, so that the piezoelectric material used for the piezoelectric body 6 is integrated with the piezoelectric bodies 6a to 6d. It is preferable to provide them.

絶縁層6zとスライダ基板105aとの間には、更に電極33が設けられていてもよい。電極33は、後述する作動部がd15モードの変位を生じるのに必要な、スライダ基板105aからヘッド部105に向かう方向の分極を、圧電体に生じさせる電界を印加するために設けられる。なお、本実施形態のヘッドスライダにおいて、アクチュエータ105cを挟んで電極33の反対側に設けられる電極は、製造工程の途中で除去され、存在しない。電極33の材料として、例えば、白金(Pt)などの高融点金属、金(Au)、イリジウム(Ir)等の化学的に安定な貴金属、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO)、窒化チタン(TiN)等が挙げられる。 An electrode 33 may be further provided between the insulating layer 6z and the slider substrate 105a. The electrode 33 is provided to apply an electric field that causes the piezoelectric body to generate polarization in a direction from the slider substrate 105a toward the head unit 105, which is necessary for an operating unit to be described later to generate a d15 mode displacement. In the head slider of this embodiment, the electrode provided on the opposite side of the electrode 33 across the actuator 105c is removed during the manufacturing process and does not exist. Examples of the material of the electrode 33 include a high melting point metal such as platinum (Pt), a chemically stable noble metal such as gold (Au) and iridium (Ir), strontium ruthenate (SrRuO 3 ), titanium nitride (TiN), and the like. Is mentioned.

スライダ基板105aと間には、更にスライダ基板105aとアクチュエータ105cとの間を電気的に絶縁するための絶縁層34が設けられていてもよい。絶縁層34は、例えば膜厚500nmの絶縁材料からなる膜であり、図4に示すように、スライダ基板105aの端部表面に形成される。絶縁層34に使用可能な材料としては、例えばアルミナ(Al)や酸化チタン(TiO)等が挙げられる。このような絶縁層34を設けることにより、スライダ基板105aをアクチュエータ105cの電極から完全に絶縁し、アクチュエータ105c側のノイズがスライダ基板105aに漏れることを防止することができる。 An insulating layer 34 for electrically insulating the slider substrate 105a and the actuator 105c may be provided between the slider substrate 105a. The insulating layer 34 is a film made of an insulating material having a film thickness of 500 nm, for example, and is formed on the end surface of the slider substrate 105a as shown in FIG. Examples of materials that can be used for the insulating layer 34 include alumina (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ). By providing such an insulating layer 34, the slider substrate 105a can be completely insulated from the electrode of the actuator 105c, and noise on the actuator 105c side can be prevented from leaking to the slider substrate 105a.

本実施形態のヘッドスライダにおいては、絶縁層34と電極33が設けられているが、これらを設けることなく、アルチックなどの導電性のスライダ基板105aの上に絶縁層6z及びアクチュエータ105cを設けてもよい。この場合、セラミックス基板105aは、d15モードの変位を生じるのに必要な分極を印加するための電極として用いられる。   In the head slider of this embodiment, the insulating layer 34 and the electrode 33 are provided. However, the insulating layer 6z and the actuator 105c may be provided on the conductive slider substrate 105a such as Altic without providing them. Good. In this case, the ceramic substrate 105a is used as an electrode for applying the polarization necessary to cause the d15 mode displacement.

アクチュエータ105cとヘッド素子105dとの間には、アクチュエータ105cとヘッド素子105dとの間を電気的に絶縁するための絶縁層35が設けられている。絶縁層35は、例えば膜厚500nmの絶縁材料からなる膜である。絶縁層35に使用可能な材料としては、例えばアルミナ(Al)や酸化チタン(TiO)等が挙げられる。 An insulating layer 35 is provided between the actuator 105c and the head element 105d for electrically insulating the actuator 105c and the head element 105d. The insulating layer 35 is a film made of an insulating material having a film thickness of 500 nm, for example. Examples of materials that can be used for the insulating layer 35 include alumina (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ).

磁気ディスク装置における浮上量の制御方法の一例を、図9及び図10を用いて説明する。図9はサスペンション106を示す図である。図9(a)はサスペンションの側面図であり、図9(b)は浮上面105f側から見たサスペンションの平面図である。   An example of a method for controlling the flying height in the magnetic disk device will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a view showing the suspension 106. FIG. 9A is a side view of the suspension, and FIG. 9B is a plan view of the suspension viewed from the air bearing surface 105f side.

ヘッド素子105dと入出力回路119とを接続する配線111a、111bと並行して、アクチュエータ105cに供給する電圧制御用の配線111c、111dを配置する。また、サスペンション106に圧電素子からなる加速度センサ123が実装されている。加速度センサ123は、配線111e、111fを経由して入出力回路119に接続されている。   In parallel with the wirings 111a and 111b connecting the head element 105d and the input / output circuit 119, wirings 111c and 111d for voltage control supplied to the actuator 105c are arranged. An acceleration sensor 123 made of a piezoelectric element is mounted on the suspension 106. The acceleration sensor 123 is connected to the input / output circuit 119 via wirings 111e and 111f.

浮上量が変動した際、加速度センサ123は電圧信号を出力する。出力した電圧信号は、配線111e、111f、入出力回路119を経由して、オペアンプ(増幅回路)118で増幅される。増幅された信号を、配線111c、111dを経由してアクチュエータ105cの動作電圧として入力する。   When the flying height fluctuates, the acceleration sensor 123 outputs a voltage signal. The output voltage signal is amplified by an operational amplifier (amplifying circuit) 118 via wirings 111e and 111f and an input / output circuit 119. The amplified signal is input as the operating voltage of the actuator 105c via the wirings 111c and 111d.

図10は、浮上量を一定に制御するフローチャートの一例である。CPU112は、磁気ヘッド105に磁気ディスク104上を読み出し又は書き込み位置までシークさせる(S101)。シーク動作中、浮上量の変動が加速度センサ123によりセンスされる(S102)。浮上量の変動により加速度センサが電圧を出力すると(S103)、アクチュエータ105cに動作電圧が印加される(S104)。このとき、アクチュエータ105cは浮上量の変動を打ち消す動作をし、浮上量を一定に保持する。その後、読出し又は書き込み動作が行われる(S105)。読出し又は書き込み動作が終わるまで、ステップ102〜105が繰り返される。読出し又は書き込み動作が終わると、再びシーク動作に移る(S101)。   FIG. 10 is an example of a flowchart for controlling the flying height to be constant. The CPU 112 causes the magnetic head 105 to seek to the reading or writing position on the magnetic disk 104 (S101). During the seek operation, the flying height variation is sensed by the acceleration sensor 123 (S102). When the acceleration sensor outputs a voltage due to the fluctuation of the flying height (S103), an operating voltage is applied to the actuator 105c (S104). At this time, the actuator 105c operates to cancel the fluctuation of the flying height, and keeps the flying height constant. Thereafter, a read or write operation is performed (S105). Steps 102-105 are repeated until the read or write operation is completed. When the read or write operation is completed, the operation again moves to the seek operation (S101).

このようにして、浮上量の変動に応じたアクチュエータ105cの微小駆動が行え、結果として浮上量を一定に保つことができる。具体的には、気圧の変化、熱膨張、ヘッドクラッシュによる衝撃や記憶装置のモータによる振動など、様々な要因による、スライダの浮上面(図3(b)における105f)と記憶媒体(図3(b)における104c)との間の距離の変化に対応して、容易に浮上量を補正することが可能である。さらに、磁気ディスクのうねりや局所的な凹凸、回転軸のブレなどによるディスクが1回転する間に生じる浮上量の変動にも高速に対応して、浮上量を安定化させることができる。   In this way, the actuator 105c can be finely driven according to the fluctuation of the flying height, and as a result, the flying height can be kept constant. Specifically, the air bearing surface of the slider (105f in FIG. 3B) and the storage medium (FIG. 3B) due to various factors such as changes in atmospheric pressure, thermal expansion, impact due to head crashes, and vibration caused by the motor of the storage device. It is possible to easily correct the flying height in accordance with the change in the distance between 104 c) and b). Furthermore, the flying height can be stabilized in response to high-speed fluctuations caused by the flying height of the disk during one rotation due to the undulation of the magnetic disk, local unevenness, and rotation of the rotating shaft.

−第1実施形態のヘッドスライダの製造方法−
図11は、第1実施形態のヘッドスライダの製造方法を示す断面図である。なお以下の説明で、厚さは基板に対して膜が堆積する方向(Y方向)の長さを意味する。
-Manufacturing Method of Head Slider of First Embodiment-
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the head slider according to the first embodiment. In the following description, the thickness means the length in the direction in which the film is deposited on the substrate (Y direction).

AlTiC基板105a上に絶縁層34(厚さ500nm、Al)、下部電極33(150nm、Pt/Ti)、圧電体6(厚さ5μm、PZT)、上部電極43(厚さ150nm、Al)をスパッタ法で形成する(図11(1)〜(4))。圧電体6は結晶化させるため高温(500〜700℃)で成膜する。下部電極33はIrなどの貴金属であればよく、圧電体6はPZT以外の圧電材料、PLZTなどでもよい。上部電極43は、ウェットエッチングでパターニング可能なAlなどが望ましい。 On the AlTiC substrate 105a, an insulating layer 34 (thickness 500 nm, Al 2 O 3 ), a lower electrode 33 (150 nm, Pt / Ti), a piezoelectric body 6 (thickness 5 μm, PZT), an upper electrode 43 (thickness 150 nm, Al ) Is formed by sputtering (FIGS. 11 (1) to (4)). The piezoelectric body 6 is formed at a high temperature (500 to 700 ° C.) for crystallization. The lower electrode 33 may be a noble metal such as Ir, and the piezoelectric body 6 may be a piezoelectric material other than PZT, such as PLZT. The upper electrode 43 is preferably made of Al that can be patterned by wet etching.

次に、上部電極43と下部電極33の間に電圧を印加して分極処理を行う。上部電極4
3がAlであれば、分極終了後、ウェットエッチングにて剥離してもよい。次に、フォト
リソを用いてマスクをパターニング、ドライエッチングにて圧電体6をエッチングする(
図11(5))。
Next, a polarization process is performed by applying a voltage between the upper electrode 43 and the lower electrode 33. Upper electrode 4
If 3 is Al, it may be removed by wet etching after the end of polarization. Next, the mask is patterned using photolithography, and the piezoelectric body 6 is etched by dry etching (
FIG. 11 (5)).

次に鍍金用シード層300nm(Cu/Cr)をスパッタ法で成膜し、更に銅(Cu)鍍金を行い、エッチングによりできた溝を第1電極9、第2電極10となる銅で埋める(図11(6))。次に研磨により圧電体6表面の面だしと上面の平坦化を行う(図11(7))。さらに樹脂11を設ける部分に存在する銅をドライエッチングする(図11(8))。エッチングでできた溝49に樹脂11を埋め(図11(9))、研磨にて圧電体6表面の面出しを行う(図11(10))。表面に絶縁層35(厚さ500nm、Al)を形成後、ヘッド部105bを形成する(図11(11))。 Next, a plating seed layer of 300 nm (Cu / Cr) is formed by sputtering, and further copper (Cu) plating is performed, and the grooves formed by etching are filled with copper to be the first electrode 9 and the second electrode 10 ( FIG. 11 (6)). Next, the surface of the surface of the piezoelectric body 6 and the upper surface thereof are planarized by polishing (FIG. 11 (7)). Further, the copper existing in the portion where the resin 11 is provided is dry-etched (FIG. 11 (8)). The resin 11 is filled in the groove 49 formed by etching (FIG. 11 (9)), and the surface of the piezoelectric body 6 is surfaced by polishing (FIG. 11 (10)). After forming the insulating layer 35 (thickness 500 nm, Al 2 O 3 ) on the surface, the head portion 105b is formed (FIG. 11 (11)).

図12は、第1実施形態のヘッドスライダの製造方法の変形例を示す断面図である。図12(8)までは、図11の(8)までと同じ工程を行う。その後、Siなどの基板48を用いて圧電体6の上面と貼り合わせる(図12(9))。貼り合わせには接着剤を用いても良いが、表面活性化接合法などが望ましい。あるいは、接合面にAu/Snをスパッタし共晶接合を用いても良い。溝49はそのまま残されている。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modification of the method of manufacturing the head slider according to the first embodiment. Up to FIG. 12 (8), the same steps as in FIG. 11 (8) are performed. Thereafter, it is bonded to the upper surface of the piezoelectric body 6 using a substrate 48 such as Si (FIG. 12 (9)). An adhesive may be used for bonding, but a surface activated bonding method or the like is desirable. Alternatively, eutectic bonding may be used by sputtering Au / Sn on the bonding surface. The groove 49 is left as it is.

次に研磨によって基板48の厚さを薄層化し、さらにエッチングによって10μm程度まで薄くする(図12(10))。その上に絶縁層35(500nm、Al)を形成後、ヘッド部105bを形成する(図12(11))。 Next, the thickness of the substrate 48 is reduced by polishing, and further reduced to about 10 μm by etching (FIG. 12 (10)). An insulating layer 35 (500 nm, Al 2 O 3 ) is formed thereon, and then a head portion 105b is formed (FIG. 12 (11)).

なお、d31モードの変位を生じさせる圧電体6に隣接する電極9と10との間に抗電界以上の電界を印加することにより、電極間方向に平行な方向に分極させてからヘッドスライダを使用する。   The head slider is used after being polarized in a direction parallel to the interelectrode direction by applying an electric field higher than the coercive electric field between the electrodes 9 and 10 adjacent to the piezoelectric body 6 causing the d31 mode displacement. To do.

−第2実施形態のヘッドスライダ−
第2実施形態のヘッドスライダは、図4に示される第1形態のヘッドスライダの概略構造と同様の概略構造を備える。アクチュエータ105cの構造が、第2実施形態のヘッドスライダと第1実施形態のヘッドスライダとで異なる。以下の説明では、アクチュエータ105cの構造について主に説明し、第1実施形態と重複する部分については説明を省略する。
-Head slider of the second embodiment-
The head slider of the second embodiment has a schematic structure similar to the schematic structure of the head slider of the first form shown in FIG. The structure of the actuator 105c is different between the head slider of the second embodiment and the head slider of the first embodiment. In the following description, the structure of the actuator 105c will be mainly described, and description of portions overlapping with those of the first embodiment will be omitted.

図13は、第2実施形態のヘッドスライダのアクチュエータ105cのみを示した斜視図である。図13に示されるヘッドスライダは、図4の斜視図と同じ方向からアクチュエータ105cを見た図である。アクチュエータ105cは第1柱202、第2柱203と、第1柱202及び第2柱203に両端を取り付けた橋架部201と、第1柱202と前記橋架部201の間に設けられた複数の第1作動部218a〜218f(以下第1作動部218と総称する場合がある。)と、第2柱203と橋架部201との間に設けられた複数の第2作動部318a〜318f(以下第2作動部318と総称する場合がある。)とを備える。なお、第1作動部218と第2作動部318は、それぞれ6つ設けられているが、それぞれ少なくとも一つ存在していればよい。第1柱202及び第2柱203は、図6において第1柱202及び第2柱203の左上方向に存在し図示されていないスライダ基板105aに隣接している。一方、第1作動部218、第2作動部318、及び橋架部201とセラミックス基板105aとの間には空隙204が設けられている。また、橋架部201は、図6において橋架部201の右下方向に存在し図示されていないヘッド部105bに隣接している。一方、第1柱202及び第1作動部218とヘッド部105bとの間には空隙205が設けられ、第2柱203及び第2作動部318とヘッド部105bとの間には空隙305が設けられている。 FIG. 13 is a perspective view showing only the actuator 105c of the head slider according to the second embodiment. The head slider shown in FIG. 13 is a view of the actuator 105c viewed from the same direction as the perspective view of FIG. The actuator 105 c includes a first pillar 202, a second pillar 203, a bridge part 201 having both ends attached to the first pillar 202 and the second pillar 203, and a plurality of parts provided between the first pillar 202 and the bridge part 201. First operating parts 218a to 218f (hereinafter may be collectively referred to as first operating part 218) and a plurality of second operating parts 318a to 318f (hereinafter referred to as the first operating part 218 and the bridge part 201). And may be collectively referred to as a second operating unit 318). In addition, although the six 1st action | operation parts 218 and the 2nd action | operation parts 318 are each provided, at least one each should just exist. The first pillar 202 and the second pillar 203 exist in the upper left direction of the first pillar 202 and the second pillar 203 in FIG. 6 and are adjacent to the slider substrate 105a (not shown). On the other hand, a gap 204 is provided between the first operating part 218, the second operating part 318, and the bridge part 201 and the ceramic substrate 105a. Moreover, the bridge part 201 exists in the lower right direction of the bridge part 201 in FIG. 6, and is adjacent to the head part 105b which is not illustrated. On the other hand, a gap 205 is provided between the first pillar 202 and the first operating part 218 and the head part 105b, and a gap 305 is provided between the second pillar 203 and the second operating part 318 and the head part 105b. It has been.

図14は、第2実施形態のヘッドスライダの第1作動部218の形状を示した斜視図である。図14に示される第1作動部218は、図4の斜視図と同じ方向から見た図である。第1作動部218は、圧電体206及び圧電体206に電界を印加するための一対の電極209、210を具備する。圧電体206、電極209、210の主面は、浮上面(図4における浮上面105f)のほうを向くように配置される。圧電体206、電極209、電極210は、第1実施形態の圧電体6、電極9、電極10にそれぞれ対応する。第2実施形態において、作動部218はd15モードの変位を生じさせても、d31モードの変位を生じさせてもよい。駆動モード及び変位を生じさせる方向に応じた作動部の形状、並びに圧電体の分極の方向及び圧電体への電界の印加方向は図6を用いて説明したとおりである。複数の第1作動部218の駆動モードは互いに同じであっても異なっていてもよい。また、第2作動部318は第1作動部218と同様の形状とすることができる。複数の第2作動部318の駆動モードは互いに同じであっても異なっていてもよい。   FIG. 14 is a perspective view showing the shape of the first operating portion 218 of the head slider according to the second embodiment. 14 is a view as seen from the same direction as the perspective view of FIG. The first operation unit 218 includes a piezoelectric body 206 and a pair of electrodes 209 and 210 for applying an electric field to the piezoelectric body 206. The main surfaces of the piezoelectric body 206 and the electrodes 209 and 210 are arranged so as to face the air bearing surface (the air bearing surface 105f in FIG. 4). The piezoelectric body 206, the electrode 209, and the electrode 210 correspond to the piezoelectric body 6, the electrode 9, and the electrode 10 of the first embodiment, respectively. In the second embodiment, the operating unit 218 may cause a d15 mode displacement or a d31 mode displacement. The shape of the operating portion according to the drive mode and the direction in which the displacement is generated, the direction of polarization of the piezoelectric body, and the direction of application of the electric field to the piezoelectric body are as described with reference to FIG. The driving modes of the plurality of first operating parts 218 may be the same or different from each other. Further, the second operating part 318 can have the same shape as the first operating part 218. The driving modes of the plurality of second operating units 318 may be the same or different.

橋架部201の動作を安定させるため、複数の第1作動部218と複数の第2作動部318の形状は同じであることが好ましい。   In order to stabilize the operation of the bridge unit 201, it is preferable that the plurality of first operating units 218 and the plurality of second operating units 318 have the same shape.

図15(a)、(b)はd15モード(圧電剪断効果)の変位を生じる圧電体(活性部)を持つアクチュエータを示す断面模式図である。図15を用いて、第2実施形態のアクチュエータの変形について説明する。図15(a)はヘッド素子105d側から見たアクチュエータ105cであり、図15(b)はヘッドスライダを上側(Z軸方向)から見たアクチュエータ105cである。作動部218は第1柱202から橋架部201へ向かう分極P1を持ち、作動部318は第2柱203から橋架部201へ向かう分極P2を持つ。   FIGS. 15A and 15B are schematic cross-sectional views showing an actuator having a piezoelectric body (active portion) that generates a displacement of d15 mode (piezoelectric shear effect). The deformation | transformation of the actuator of 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 15A shows the actuator 105c viewed from the head element 105d side, and FIG. 15B shows the actuator 105c viewed from the upper side (Z-axis direction) of the head slider. The actuating part 218 has a polarization P1 from the first pillar 202 toward the bridge part 201, and the actuating part 318 has a polarization P2 from the second pillar 203 towards the bridge part 201.

図16(a)、(b)は、図15のアクチュエータの作動部218及び318に電圧を印加したときの形状を示す断面模式図である。図16(a)はヘッド素子105d側から見たアクチュエータ105cであり、図16(b)はヘッドスライダを上側(Z軸方向)から見たアクチュエータ105cである。図16(a)に示されるように、作動部218に電界E1を印加し、作動部318に電界E2を印加する。すると、各作動部218、318は図6(a)(b)で説明したd15モードの変位を生じる。第1柱202と第2柱203は、図示されないスライダ基板105aに固定されている。一方、第1作動部218、第2作動部318、及び橋架部201とスライダ基板105aとの間には空隙204が設けられている。よって、第1柱202と第2柱203に対して、橋架部201が−Z方向の変位を生じる。また、電界印加方向もしくは分極方向を逆にした場合は、第1柱202と第2柱203に対して、橋架部201が+Z方向に変位を行う。   FIGS. 16A and 16B are schematic cross-sectional views showing shapes when a voltage is applied to the actuators 218 and 318 of the actuator of FIG. 16A shows the actuator 105c viewed from the head element 105d side, and FIG. 16B shows the actuator 105c viewed from the upper side (Z-axis direction) of the head slider. As shown in FIG. 16A, an electric field E1 is applied to the operating unit 218, and an electric field E2 is applied to the operating unit 318. Then, the operating parts 218 and 318 cause the displacement in the d15 mode described in FIGS. 6 (a) and 6 (b). The first pillar 202 and the second pillar 203 are fixed to a slider substrate 105a (not shown). On the other hand, a gap 204 is provided between the first operating part 218, the second operating part 318, and the bridge part 201 and the slider substrate 105a. Therefore, the bridge part 201 is displaced in the −Z direction with respect to the first pillar 202 and the second pillar 203. When the electric field application direction or the polarization direction is reversed, the bridge portion 201 is displaced in the + Z direction with respect to the first column 202 and the second column 203.

各作動部218、318の間には、空隙211、311がそれぞれ設けられている。アクチュエータ105cにヘッド部105bを支えるのに必要な強度が不足している場合、空隙211、311の部分に、アルミナ等の補強材を設けてもよい。   Gaps 211 and 311 are provided between the operating portions 218 and 318, respectively. When the actuator 105c has insufficient strength to support the head portion 105b, reinforcing members such as alumina may be provided in the gaps 211 and 311.

(第3シミュレーション)
第2実施形態のヘッドスライダについて、変位量のシミュレーションを行った。計算ツールとして有限要素シミュレーション(ANSYS 11.0)を用いた。シミュレーションで用いたアクチュエータのサイズ等の構造パラメータを図17を用いて説明する。図17(a)はヘッド素子105d側から見たアクチュエータ105cであり、図17(b)はヘッドスライダを上側(Z軸方向)から見たアクチュエータ105cである。図17(c)は、図17(a)の作動部218、318を拡大した図である。第1柱202と橋架部201の間にd15モードの第1作動部218が8本、第2柱203と橋架部201の間にd15モードの第2作動部318が8本配置されている。
(Third simulation)
The displacement of the head slider according to the second embodiment was simulated. A finite element simulation (ANSYS 11.0) was used as a calculation tool. Structural parameters such as the size of the actuator used in the simulation will be described with reference to FIG. 17A shows the actuator 105c viewed from the head element 105d side, and FIG. 17B shows the actuator 105c viewed from the upper side (Z-axis direction) of the head slider. FIG. 17C is an enlarged view of the operating portions 218 and 318 in FIG. Between the first column 202 and the bridge portion 201, eight d15 mode first operation portions 218 are arranged, and between the second column 203 and the bridge portion 201, eight d15 mode second operation portions 318 are arranged.

アクチュエータの高さ(図17(b)におけるH1)は6μm、橋架部201の高さ(図17(b)におけるH3)、並びに第1柱202の高さ及び第2柱203の高さ(図17(b)におけるH4)は5μmとした。空隙204の高さ(図17(b)におけるH5)、並びに空隙205及び空隙305(図17(b)におけるH6)は1μmとした。作動部218、318の高さ(図17(b)におけるH7)はそれぞれ4μmとした。   The height of the actuator (H1 in FIG. 17B) is 6 μm, the height of the bridge 201 (H3 in FIG. 17B), the height of the first pillar 202, and the height of the second pillar 203 (FIG. H4) in 17 (b) was 5 μm. The height of the gap 204 (H5 in FIG. 17B), and the gap 205 and the gap 305 (H6 in FIG. 17B) were set to 1 μm. The heights (H7 in FIG. 17B) of the operating portions 218 and 318 were each 4 μm.

アクチュエータの長さ(図17(b)におけるX方向の長さX1)は700μm、橋架部201の長さ(図17(b)における長さX3)は420μm、第1柱202及び第2柱の長さ(図17(b)における長さX4)は120μm、第1作動部218及び第2作動部318の長さ(図17(b)における長さX7)は20μmとした。   The length of the actuator (length X1 in the X direction in FIG. 17B) is 700 μm, the length of the bridge portion 201 (length X3 in FIG. 17B) is 420 μm, the first pillar 202 and the second pillar. The length (length X4 in FIG. 17B) was 120 μm, and the lengths of the first operating portion 218 and the second operating portion 318 (length X7 in FIG. 17B) were 20 μm.

アクチュエータのZ方向の長さ(図17(a)における長さW1)は230μmとした。各作動部218及び318において、圧電体206のZ軸方向の長さ(図17(c)における長さW206)は2μm、電極209、210のZ軸方向の長さ(図17(c)における長さW209、W210)はそれぞれ4μmとした。   The length of the actuator in the Z direction (length W1 in FIG. 17A) was 230 μm. In each operating portion 218 and 318, the length of the piezoelectric body 206 in the Z-axis direction (length W206 in FIG. 17C) is 2 μm, and the length of the electrodes 209 and 210 in the Z-axis direction (in FIG. 17C). The lengths W209 and W210) were each 4 μm.

各作動部は、圧電体206としてチタン酸ジルコン酸ランタン鉛PZT(Zr/Ti=52/48)、電極209、210に銅を用いて構成した。橋架部201、第1柱202、及び第2柱203は前記PZT(Zr/Ti=52/48)とした。各作動部218、318の間には、空隙211、311が存在するものとした。空隙211、311のZ方向の長さは、いずれも20μmとした。   Each actuating part was configured using the lanthanum zirconate titanate lead PZT (Zr / Ti = 52/48) as the piezoelectric body 206 and the electrodes 209 and 210 using copper. The bridge portion 201, the first pillar 202, and the second pillar 203 are the PZT (Zr / Ti = 52/48). It is assumed that gaps 211 and 311 exist between the operating parts 218 and 318. The lengths of the gaps 211 and 311 in the Z direction were all 20 μm.

また、ヘッドスライダを支持する基板として230μm(Z方向)×700μm(X方向)×850μm(Y方向)のアルチックを材料とするスライダ基板105a(図示せず)、および、230μm(Z方向)×700μm(X方向)×35μm(Y方向)のサイズを持つヘッド素子105bを配置した。圧電体206への印加電圧は5Vとした。サスペンション106のヘッドジンバル106に拘束される部分はスライダ基板105a(図示せず)の上面(浮上面の反対側の面)とした。   Further, a slider substrate 105a (not shown) made of 230 μm (Z direction) × 700 μm (X direction) × 850 μm (Y direction) Altic as a substrate for supporting the head slider, and 230 μm (Z direction) × 700 μm A head element 105b having a size of (X direction) × 35 μm (Y direction) was arranged. The voltage applied to the piezoelectric body 206 was 5V. The portion of the suspension 106 restrained by the head gimbal 106 is the upper surface of the slider substrate 105a (not shown) (the surface opposite to the air bearing surface).

その結果、ヘッド素子部は均一な突き出しを示し、ヘッド素子部の−Z方向への変位量は48.1nmだった。現状の磁気ディスク装置において、浮上量は10nm以下であることから、十分な低電圧駆動が可能となることを示唆している。   As a result, the head element portion showed a uniform protrusion, and the displacement amount of the head element portion in the −Z direction was 48.1 nm. In the current magnetic disk device, the flying height is 10 nm or less, which suggests that a sufficiently low voltage drive is possible.

(第4シミュレーション)
空隙211、311の部分にアルミナを充填したことを除き、第3シミュレーションと同様の構造のヘッドスライダについて、変位量のシミュレーションを行った。
(4th simulation)
The displacement amount was simulated for the head slider having the same structure as that of the third simulation except that the gaps 211 and 311 were filled with alumina.

その結果、ヘッド素子部は均一な突き出しを示し、ヘッド素子部の−Z方向への変位量は11.8nmだった。現状の磁気ディスク装置において、浮上量は10nm以下であることから、十分な低電圧駆動が可能となることを示唆している。   As a result, the head element portion showed a uniform protrusion, and the displacement amount of the head element portion in the −Z direction was 11.8 nm. In the current magnetic disk device, the flying height is 10 nm or less, which suggests that a sufficiently low voltage drive is possible.

図18に第2実施形態のヘッドスライダの作動部を構成する電極に電位を供給するための配線パターンの一例を示す断面図である。各作動部218において、浮上面側の電極は配線215と電気的に接続され、浮上面の反対側の電極は配線216と電気的に接続されている。各作動部318において、浮上面側の電極は配線315と電気的に接続され、浮上面の反対側の電極は配線316と電気的に接続されている。配線216と配線316は電気的に接続されているが、それぞれ独立の配線であっても良い。配線215、315にグランド電位を、配線216、316にバイアス電位を印加すると、図16に示される向きの電界E1、E2を圧電体に印加することができる。   FIG. 18 is a cross-sectional view showing an example of a wiring pattern for supplying a potential to an electrode that constitutes the operating part of the head slider according to the second embodiment. In each operating portion 218, the electrode on the air bearing surface side is electrically connected to the wiring 215, and the electrode on the opposite side of the air bearing surface is electrically connected to the wiring 216. In each operating portion 318, the electrode on the air bearing surface side is electrically connected to the wiring 315, and the electrode on the opposite side of the air bearing surface is electrically connected to the wiring 316. The wiring 216 and the wiring 316 are electrically connected, but may be independent wirings. When a ground potential is applied to the wirings 215 and 315 and a bias potential is applied to the wirings 216 and 316, the electric fields E1 and E2 in the directions shown in FIG. 16 can be applied to the piezoelectric body.

第2実施形態のアクチュエータがd15モードの変位を生じる作動部を含んで構成されるとき、その作動部を構成する圧電体に浮上面及びアクチュエータが設けられたスライダ基板の表面に垂直な方向に予め分極を生じさせておく。d15モードの変位用の分極を発生させるための一方の電極は、作動部218について第1柱202と圧電体206との間に設けられ、他方の電極は圧電体206を挟んで一方の電極の反対側に設けられる。第2実施形態に設けられる分極用電極を構成する材料として、例えば、例えば、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、クロム(Cr)、銅(Cu)等の金属が挙げられ、更に、窒化チタン(TiN)等の窒化物、炭化タングステン(WC)等の炭化物、或いは、酸化インジウムスズ(ITO:Indium Tin Oxide)等の酸化物も使用可能である。分極用電極が配置される場所の一例は、後述の第2実施形態のヘッドスライダの製造方法において述べる。   When the actuator of the second embodiment is configured to include an operating portion that generates a d15 mode displacement, the piezoelectric body constituting the operating portion is previously provided in a direction perpendicular to the air bearing surface and the surface of the slider substrate on which the actuator is provided. Create polarization. One electrode for generating polarization for displacement in the d15 mode is provided between the first column 202 and the piezoelectric body 206 with respect to the operating portion 218, and the other electrode is sandwiched between the piezoelectric body 206 and the other electrode. Provided on the opposite side. Examples of the material constituting the polarization electrode provided in the second embodiment include metals such as nickel (Ni), platinum (Pt), iridium (Ir), chromium (Cr), and copper (Cu). Furthermore, a nitride such as titanium nitride (TiN), a carbide such as tungsten carbide (WC), or an oxide such as indium tin oxide (ITO) can be used. An example of the location where the electrode for polarization is arranged will be described in the method for manufacturing the head slider according to the second embodiment described later.

第2実施形態のヘッドスライダは、スライダ基板上の一組の柱に圧電アクチュエータを介して両端を取付けた橋架部と、該橋架部上に設けた記録ヘッドとを備える。このような構造のヘッドスライダは、ヘッド部が設けられた橋架部とスライダ基板との間に空隙が生じ、スライダ基板に対するヘッド部の拘束力が小さくなる。よって、アクチュエータを構成する作動部(圧電素子)の圧電体に印加される電圧が低くても大きな変位量を得ることができる。   The head slider according to the second embodiment includes a bridge portion in which both ends are attached to a set of pillars on a slider substrate via a piezoelectric actuator, and a recording head provided on the bridge portion. In the head slider having such a structure, a gap is generated between the bridge portion provided with the head portion and the slider substrate, and the restraining force of the head portion on the slider substrate is reduced. Therefore, even if the voltage applied to the piezoelectric body of the operating part (piezoelectric element) constituting the actuator is low, a large amount of displacement can be obtained.

−第2実施形態のヘッドスライダの製造方法−
図19〜21は、第2実施形態のヘッドスライダの製造方法を示す断面図である。図20は、図19(e)におけるB−B’間の断面図である。
-Manufacturing Method of Head Slider of Second Embodiment-
19 to 21 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the head slider according to the second embodiment. FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG.

スライダ基板105aの一例としてアルチック基板上に犠牲層51を1μmの厚さでスパッタ法を用いて形成する。犠牲層51に使用する材料は、スライダ基板105a、圧電体206、電極209、210は除去できないエッチング液により除去できる材料である。犠牲層を構成する材料として、例えばSiO:シリカが挙げられる。次に犠牲層51上にレジストを塗布し、一例としてi線ステッパを用いてパターニングを施し、ICPによるドライエッチングを行い、前述の犠牲層のパターニングを行う(図19(a))。次に犠牲層51上に例えばアルミナからなる絶縁層52を2μmの厚さで形成する。その後、CMPを用いてAl:絶縁層52の平坦化を行う。なお、犠牲層51の上に設けられた絶縁層52は、完成したヘッドスライダのアクチュエータ105cとともに変形する。よって、犠牲層51の上に設けられた絶縁層52の厚さはアクチュエータ105cが変形可能な程度の厚さであることが好ましく、例えば0.4μm以下が好ましい。一方、犠牲層51の上に設けられた絶縁層52の厚さは、アクチュエータ105cに強度を付与する点から、例えば0.2μm以上であることが好ましいが、犠牲層51が露出した状態であってもよいもよい。絶縁層52の平坦化後、一例として、ダマンシンプロセスによりグランド側の配線53をPtで形成する(図19(b))。ここで、ダマシンプロセスとは、露光、エッチング、鍍金およびCMPにより配線を埋め込む技術を指す。次にアクチュエータの活性部となる圧電体206となるPZTを製膜する(図19(c)、図20(a))。圧電体206の厚さは例えば5μmであり、スパッタ法を用いて形成できる。圧電体206の上にダマシンプロセスにより埋め込まれた例えばCuからなる分極用電極パターン54a〜54dを形成する(図19(d))。図19(e)に示される矢印P1、P2の方向に分極させるため、分極用電極54a〜54dにそれぞれ電位を印加する。分極用電極54aと54bとの距離及び54cと54dとの距離は例えば20μmであり、54bと54cとの幅は例えば420μmである。また、分極用電極54aから−X方向の端部までの距離、及び分極用電極54dからX方向の端部までの距離は、例えばいずれも120μmである。分極用電極54aと54bとの間及び54cと54dとの間の圧電体206に、例えば300Vの直流電圧を印加する。 As an example of the slider substrate 105a, the sacrificial layer 51 is formed on the AlTiC substrate with a thickness of 1 μm by sputtering. The material used for the sacrificial layer 51 is a material that can be removed by an etching solution that cannot remove the slider substrate 105a, the piezoelectric body 206, and the electrodes 209 and 210. Examples of the material constituting the sacrificial layer include SiO 2 : silica. Next, a resist is applied onto the sacrificial layer 51, and as an example, patterning is performed using an i-line stepper, dry etching using ICP is performed, and the sacrificial layer is patterned (FIG. 19A). Next, an insulating layer 52 made of alumina, for example, is formed on the sacrificial layer 51 to a thickness of 2 μm. Thereafter, the Al 2 O 3 : insulating layer 52 is planarized by CMP. The insulating layer 52 provided on the sacrificial layer 51 is deformed together with the actuator 105c of the completed head slider. Therefore, the thickness of the insulating layer 52 provided on the sacrificial layer 51 is preferably such that the actuator 105c can be deformed, for example, 0.4 μm or less. On the other hand, the thickness of the insulating layer 52 provided on the sacrificial layer 51 is preferably, for example, 0.2 μm or more from the viewpoint of imparting strength to the actuator 105c, but the sacrificial layer 51 is exposed. It may be good. After the insulating layer 52 is planarized, as an example, the ground-side wiring 53 is formed of Pt by a damancin process (FIG. 19B). Here, the damascene process refers to a technique for embedding wiring by exposure, etching, plating, and CMP. Next, PZT to be a piezoelectric body 206 which becomes an active part of the actuator is formed (FIGS. 19C and 20A). The thickness of the piezoelectric body 206 is 5 μm, for example, and can be formed using a sputtering method. Polarizing electrode patterns 54a to 54d made of Cu, for example, embedded by a damascene process are formed on the piezoelectric body 206 (FIG. 19D). In order to polarize in the directions of arrows P1 and P2 shown in FIG. 19 (e), potentials are respectively applied to the polarization electrodes 54a to 54d. The distance between the polarization electrodes 54a and 54b and the distance between 54c and 54d are, for example, 20 μm, and the width between 54b and 54c is, for example, 420 μm. Further, the distance from the polarizing electrode 54a to the end portion in the −X direction and the distance from the polarizing electrode 54d to the end portion in the X direction are both 120 μm, for example. For example, a DC voltage of 300 V is applied to the piezoelectric body 206 between the polarization electrodes 54a and 54b and between the polarization electrodes 54a and 54d.

分極処理後、例えば活性部となる圧電体206を誘導結合型プラズマ(ICP)によりドライエッチングし、圧電体206の間に溝207を形成する(図20(b))。形成した溝207に、電極209、210となる銅(Cu)をダマシンプロセスにより埋め込む(図20(c)、(d))。埋め込まれた銅を例えばICPによりドライエッチングし、電極209、210を形成する(図20(e))。次に、作動部間の空隙211を形成するため、犠牲層212としてSiO:シリカをスパッタで製膜し(図20(f))、更に平坦化を行う(図20(g)、図21(a))。 After the polarization treatment, for example, the piezoelectric body 206 serving as an active portion is dry-etched by inductively coupled plasma (ICP) to form a groove 207 between the piezoelectric bodies 206 (FIG. 20B). Copper (Cu) to be the electrodes 209 and 210 is embedded in the formed groove 207 by a damascene process (FIGS. 20C and 20D). The embedded copper is dry-etched by ICP, for example, to form electrodes 209 and 210 (FIG. 20E). Next, in order to form the gap 211 between the operating parts, SiO 2 : silica is formed as a sacrificial layer 212 by sputtering (FIG. 20F), and further flattened (FIG. 20G, FIG. 21). (A)).

なお、例えば、作動部間の空隙211をアルミナで充填する態様の場合は、シリカの代わりにアルミナをスパッタで製膜後、平坦化を行う。   For example, in the case of filling the gap 211 between the operating parts with alumina, planarization is performed after forming the alumina by sputtering instead of silica.

次に、上面に銅(Cu)等の金属材料を形成し、更に、i線レジストのリフトオフ等により銅をパターニングし、各作動部を構成する電極209、210に電気的に接続される配線215、216、315、316を形成する(図21(b))。   Next, a metal material such as copper (Cu) is formed on the upper surface, and further copper is patterned by lift-off of an i-line resist or the like, and the wiring 215 electrically connected to the electrodes 209 and 210 constituting each operation unit. 216, 315, and 316 are formed (FIG. 21B).

その後、例えばシリカからなる層をスパッタで製膜し、更にシリカ層上にレジストを塗布し、i線ステッパを用いてパターニングを施し、ICPによるドライエッチングを行い、犠牲層56のパターニングを行う(図21(c))。次にアルミナ層57を製膜後、ダマシンプロセスにより上部ヘッド素子へ接続するためのビア58を形成する(図21(d))。   Thereafter, for example, a layer made of silica is formed by sputtering, a resist is applied on the silica layer, patterning is performed using an i-line stepper, dry etching by ICP is performed, and the sacrificial layer 56 is patterned (FIG. 5). 21 (c)). Next, after the alumina layer 57 is formed, a via 58 for connection to the upper head element is formed by a damascene process (FIG. 21D).

アクチュエータ層を形成後、通常のリードおよびライト素子を具備するヘッド素子を含んでなるヘッド部105b形成する(図21(e))。ここで、アクチュエータに電圧を印加するためビア58と電気的に接続している端子(図示せず)がヘッド部105の上面に形成される。この端子は予めサスペンションのジンバル側に設けた配線と金パッド等を用いて電気的に接続され、HDDに搭載されている各演算素子とドライバおよびコントローラを介して電気的に制御される。   After the actuator layer is formed, a head portion 105b including a head element having normal read and write elements is formed (FIG. 21E). Here, a terminal (not shown) electrically connected to the via 58 for applying a voltage to the actuator is formed on the upper surface of the head portion 105. This terminal is electrically connected in advance by using a wiring provided on the gimbal side of the suspension and a gold pad or the like, and is electrically controlled through each arithmetic element mounted on the HDD, a driver and a controller.

次に、犠牲層の除去を行う(図21(f))。ヘッド素子(図示せず)は概ねアルミナにより覆われているが、磁気ディスクとやり取りを行うリードおよびライト素子は露出された状態にある。リードおよびライト素子等のヘッド素子の浮上面に出ている重要な部位は、磁性を持つ合金材料を用いており、犠牲層のエッチャントに腐食されるため、パターン化したレジストで保護する。その後、バッファードフッ酸からなるエッチャントに浸漬し、製膜時に形成した犠牲層となるシリカを選択的に除去し、空隙204、205、305が形成され、本発明の構造を持つヘッドスライダが得られる。図21(f)において、点線で囲まれた領域F1は図15における第1柱202に対応し、領域F2は図15における第2柱203に対応し、領域F3は図15における第1作動部218に対応し、領域F4は図15における第2作動部318に対応し、領域F5は橋架部201に対応する。   Next, the sacrificial layer is removed (FIG. 21F). The head element (not shown) is generally covered with alumina, but the read and write elements that communicate with the magnetic disk are exposed. An important part that appears on the air bearing surface of the head element such as the read and write elements is made of a magnetic alloy material and corroded by the etchant of the sacrificial layer, so that it is protected with a patterned resist. Thereafter, it is immersed in an etchant made of buffered hydrofluoric acid to selectively remove silica as a sacrificial layer formed during film formation, and voids 204, 205, 305 are formed, and a head slider having the structure of the present invention is obtained. It is done. In FIG. 21 (f), a region F1 surrounded by a dotted line corresponds to the first pillar 202 in FIG. 15, the region F2 corresponds to the second pillar 203 in FIG. 15, and the region F3 corresponds to the first operating part in FIG. The region F4 corresponds to the second actuating portion 318 in FIG. 15, and the region F5 corresponds to the bridge portion 201.

尚、以上述べてきた構造およびその構造実現のための作製プロセスは一例であり、任意の構造および手法、工程入替、別手段を講じることも可能である。   The structure described above and the manufacturing process for realizing the structure are merely examples, and an arbitrary structure and method, process replacement, and another means can be taken.

本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

6、6a〜6d 圧電体
6z 絶縁層
9、9a〜9d 第1電極
10,10a〜10d 第2電極
11、11a〜11e 樹脂
13a、13b 圧電素子
14 電極パッド
15、16 電極線
17 電極パッド
18、18a〜18d 作動部(圧電素子)
19、20、29、30 電極
21a〜21c 接続部
33 (下部)電極
34 絶縁層
35 絶縁層
37 絶縁部
43 上部電極基板
44、47 外部端子
48 基板
49 溝
51 犠牲層
52 絶縁層
53 グランド側の配線
54a〜54d 分極用電極
56 犠牲層
57 アルミナ層
58 ビア
101 ハードディスクドライブ
102 ハウジング
103 回転軸
104 磁気ディスク
105 スライダ
105a スライダ基板
105b ヘッド部
105c アクチュエータ
105d ヘッド素子
105f、105ff 浮上面
106 サスペンション
106g ジンバル
107 アーム軸
108 キャリッジアーム
109 電磁アクチュエータ
110 制御部
111a〜111h 配線
112 CPU
114 RAM
115 ROM
117 バス
118 オペアンプ
119 入出力回路
120 磁気ヘッド支持体
122 ベースプレート
123 加速度センサ
201 橋架部
202 第1柱
203 第2柱
204、205、305 空隙
206 圧電体
207 溝
209,210 電極
211、311 空隙
215、216、315、316 配線
218、218a〜218f 第1作動部
318、318a〜318f 第2作動部
6, 6a to 6d Piezoelectric body 6z Insulating layer 9, 9a to 9d First electrode 10, 10a to 10d Second electrode 11, 11a to 11e Resin 13a, 13b Piezoelectric element 14 Electrode pad 15, 16 Electrode line 17 Electrode pad 18, 18a-18d Actuator (piezoelectric element)
19, 20, 29, 30 Electrode 21a to 21c Connection part 33 (Lower) electrode 34 Insulating layer 35 Insulating layer 37 Insulating part 43 Upper electrode substrate 44, 47 External terminal 48 Substrate 49 Groove 51 Sacrificial layer 52 Insulating layer 53 On the ground side Wiring 54a to 54d Polarizing electrode 56 Sacrificial layer 57 Alumina layer 58 Via 101 Hard disk drive 102 Housing 103 Rotating shaft 104 Magnetic disk 105 Slider 105a Slider substrate 105b Head portion 105c Actuator 105d Head element 105f, 105ff Floating surface 106 Suspension 106g Gimbal 107 Arm Axis 108 Carriage arm 109 Electromagnetic actuator 110 Controller 111a to 111h Wiring 112 CPU
114 RAM
115 ROM
117 bus 118 operational amplifier 119 input / output circuit 120 magnetic head support 122 base plate 123 acceleration sensor 201 bridge 202 first pillar 203 second pillar 204, 205, 305 gap 206 piezoelectric body 207 groove 209, 210 electrode 211, 311 gap 215, 216, 315, 316 wiring 218, 218a-218f 1st operation part 318, 318a-318f 2nd operation part

Claims (3)

浮上面と交差する端面を有するスライダ基板と、
前記端面上に、前記浮上面の面内方向に互いに離間して固設された第1柱及び第2柱と、
前記第1柱に固定端が固設され、可動端を前記浮上面の上下方向に駆動する第1作動部と、
前記第2柱に固定端が固設され、可動端を前記浮上面の上下方向に駆動する第2作動部と、
前記第1および第2作動部の可動端に固定され、前記第1および第2作動部間に吊持された橋架部と、
前記橋架部の上に設けられた磁気ヘッドと、
を有することを特徴とするヘッドスライダ。
A slider substrate having an end surface intersecting the air bearing surface;
A first column and a second column fixed on the end surface, spaced apart from each other in an in-plane direction of the air bearing surface;
A first actuating portion having a fixed end fixed to the first pillar and driving the movable end in the vertical direction of the air bearing surface;
A second actuating portion having a fixed end fixed to the second column and driving the movable end in the vertical direction of the air bearing surface;
A bridge portion fixed to the movable ends of the first and second actuating parts and suspended between the first and second actuating parts;
A magnetic head provided on the bridge portion;
A head slider characterized by comprising:
前記第1作動部は、一端が前記第1柱に固設され、他端に前記橋架部が固定された、主面が前記浮上面を含む平面と対向する板状の第1圧電体を備え、
前記第2作動部は、一端が前記第2柱に固設され、他端に前記橋架部が固定された、主面が前記浮上面を含む平面と対向する板状の第2圧電体を備え、
前記第1および第2作動部はさらに、前記第1および第2圧電体の前記浮上面側の前記主面に設けられた第1電極(209)および他方の主面に設けられた第2電極(210)とを備え、
前記第1電極(209)および前記第2電極(210)間に電界が印加されると前記第1および第2圧電体は、d15モードの変位またはd31モードの変位を生じて、前記橋架部を駆動する、
ことを特徴とするヘッドスライダ。
The first operating portion includes a plate-like first piezoelectric body having one end fixed to the first pillar and the bridge portion fixed to the other end, the main surface facing a plane including the air bearing surface. ,
The second operating portion includes a plate-like second piezoelectric body having one end fixed to the second column and the bridge portion fixed to the other end, and a main surface facing a plane including the air bearing surface. ,
The first and second actuating parts are further provided with a first electrode (209) provided on the main surface on the air bearing surface side of the first and second piezoelectric bodies and a second electrode provided on the other main surface. (210)
When an electric field is applied between the first electrode (209) and the second electrode (210), the first and second piezoelectric bodies cause a displacement in a d15 mode or a displacement in a d31 mode, and the bridge portion is Drive,
A head slider characterized by that.
それぞれ複数の前記第1および第2作動部が、前記浮上面の上下方向に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載のヘッドスライダ。   3. The head slider according to claim 1, wherein a plurality of the first and second actuating portions are respectively arranged in a vertical direction of the air bearing surface.
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