JP2605681B2 - 薄膜磁気ヘツド - Google Patents

薄膜磁気ヘツド

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    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive

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  • Magnetic Heads (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、PCM(Pulse Code Modulation)記録再生装
置等に用いられる薄膜磁気ヘッドに関し、詳細には磁気
回路を構成する磁性膜の改良に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、基板上に絶縁膜を介してコイル導体及び磁
性膜を積層してなる薄膜磁気ヘッドにおいて、 上記磁性膜を、Fe,Al,Siを主成分とし、Al及びSiの組
成範囲がそれぞれ2〜10重量%Al,4〜15重量%Siであっ
て、さらに0.005〜4重量%の窒素を含有するFe−Al−S
i系合金膜とし、 磁性膜の磁気特性の向上により記録再生効率の向上を
図り、かつ高耐摩耗性を有する薄膜磁気ヘッドを提供し
ようとするものである。
〔従来の技術〕
磁気記録の分野においては、高密度記録化に伴い磁気
記録媒体に高抗磁力化の方向にあり、記録再生波長も短
波長化の一途をたどっている。したがって、磁気ヘッド
においても、高飽和磁束密度を有するコア材を用い、ま
た狭ギャップ化を進める等、上記の高密度記録化への対
応を図っている。
薄膜磁気ヘッドもその例にもれず、狭ギャップ化及び
高抗磁力対応の薄膜磁気ヘッドが望まれる。一般に、薄
膜磁気ヘッドは、磁気回路を構成する磁性薄膜やコイル
導体等がスパッタリングに代表される真空薄膜形成技術
により形成されるために、狭トラック化や狭ギャップ化
等の微小寸法化が容易で、高分解能記録が可能であると
いう特徴を有するが、特に狭ギャップ化した場合、再生
効率の低下が予想される。
これを改善するためには、磁性膜の高透磁率化や磁束
伝達路である磁性膜の断面積の拡大,磁気回路の短磁路
化等が考えられる。
例えば、第6図に模式的に示すように、磁性基板(2
1)上に下部磁性膜(22),コイル導体(23),上部磁
性膜(24)を順次積層形成した薄膜磁気ヘッドにおい
て、同一構造,同一寸法でコアである磁性薄膜(21),
(22)の透磁率と再生効率の関係を調べると、第7図に
示すように、磁気ギャップのギャップ長gが小さくなる
と効率が低下することがわかった。すなわち、ギャップ
長gを0.3μmとしたときの再生効率(第7図中、曲線
aで示す。)は、ギャップ長gを0.8μmとしたときの
再生効率(第7図中、曲線bで示す。)を大きく下回っ
た。
したがって、同一寸法で同じ再生効率を得るために
は、磁気回路を構成する磁性膜の透磁率を向上する必要
がある。
一方、磁路断面積,すなわち磁性膜の断面積の拡大
は、この磁性膜の膜厚の増大が必要で、これに伴う膜付
け時間の長時間化,エッチングの長時間化,さらには精
度の低下等が予想され、好ましくない。また、磁気回路
の短磁路化は、高効率化にとって優れた手段ではある
が、巻線数の減少による記録電流の増大,再生出力低下
を伴い、やはり好ましくない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このように、薄膜磁気ヘッドを狭ギャップ化し、同時
に再生効率を確保しようとする場合には、最も良い方法
はプロセスの大きな変更もなく高効率化を達成できる磁
性膜の高透磁率化である。
そこで本発明は、このような要望に応えて提案された
ものであって、製造プロセスの大幅な変更を伴わず磁性
膜の高透磁率化を図り、記録再生効率に優れ、さらに耐
摩耗性に優れた薄膜磁気ヘッドを提供することを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は、上述の薄膜磁気ヘッドの高効率化を図
るために、特に作動ギャップを構成し記録・再生に関与
する磁性膜について検討を重ねた結果、窒素を含有する
Fe−Al−Si系磁性膜が高い透磁率を示し、磁気特性や機
械的特性に優れ、薄膜磁気ヘッドの磁性膜として有用で
あるとの知見を得るに至った。
本発明の薄膜磁気ヘッドは、このような知見に基づい
て完成されたものであって、基板上に絶縁膜を介してコ
イル導体及び磁性膜を積層してなる薄膜磁気ヘッドにお
いて、上記磁性膜が、Fe,Al,Siを主成分とし、Al及びSi
の組成範囲がそれぞれ2〜10重量%Al,4〜15重量%Siで
あって、さらに0.005〜4重量%の窒素を含有すること
を特徴とするものである。
〔作用〕
窒素を含有するFe−Al−Si系磁性膜は、透磁率や硬度
に優れた特性を有し、これを磁気回路を構成し記録・再
生に関与する磁性膜とすることにより、記録再生効率の
向上が図られ、耐摩耗性も改善される。
〔実施例〕
以下、本発明を適用した薄膜磁気ヘッドの実施例につ
いて図面を参照しながら説明する。
本発明の薄膜磁気ヘッドにおいては、第1図及び第2
図に示すように、基板(1)上に、先ずフロントギャッ
プ部やバックギャップ部を除いてSiO2等よりなる第1の
絶縁層(2)が形成される。
上記基板(1)としては、本実施例ではMn−Zn系フェ
ライトやNi−Zn系フェライト等の強磁性酸化物基板であ
る。なお、上記基板(1)としては、これに限られず、
セラミック等の非磁性基板上に強磁性金属材料からなる
下部磁性膜を被着した複合基板や、あるいは強磁性酸化
物基板上に同様に下部磁性膜を被着した複合基板であっ
てもよい。
上記第1の絶縁層(2)上には、CuあるいはAl等の通
電金属材料よりなる第1のコイル導体(3)が、所定の
間隔をもって複数ターン(本実施例では3ターン)を有
する渦巻状に形成されている。このコイル導体(3)
は、通常、上記通電金属材料を基板(1)全面に被着し
た後、パターンエッチングを施すことにより形成され
る。
さらに、上記第1のコイル導体(3)を被覆するよう
に第2の絶縁層(4)が被着形成され、上記第1のコイ
ル導体(3)と同一の巻回方向を有し、上記第2の絶縁
層(4)に形成されたコンタクト窓部(5)を介して上
記第一のコイル導体(3)と電気的に接続された第2の
コイル導体(6)が形成されている。この第2のコイル
導体(6)も渦巻状で、この例では3ターンを有してい
る。したがって、これら第1のコイル導体(3)と第2
のコイル導体(6)とは、合わせて6ターンのスパイラ
ル2層重ね巻線構造となっている。なお、これらコイル
導体としては、前述のスパイラル多層巻線構造に限られ
ず、ヘリカル型,ジグザグ型等、如何なる巻線構造であ
ってもよい。
上記第2のコイル導体(6)上には、上記第1のコイ
ル導体(3)と同様、後述の上部磁性膜との絶縁を図る
ために、第3の絶縁層(7)が形成されている。
そして、上記第3の絶縁層(7)上には、上記強磁性
酸化物よりなる基板(1)との共働で磁気回路を構成す
る上部磁性膜(8)が被着形成されている。この上部磁
性膜(8)は、上記各コイル導体(3),(6)の渦巻
の中央部から、基板(1)の磁気記録媒体対接面近傍に
跨がって被着形成され、上記渦巻の中央部では、各絶縁
層(2),(4),(7)に設けられた窓部(9)を介
して基板(1)と接続され、バックギャップを構成する
とともに、磁気記録媒体対接面近傍では、SiO2やTa2O5
等のギャップスペーサ(10)を挟んで基板(1)と対向
し、作動ギャップGを構成するようになっている。
さらにまた、図示していないが、通常は上述のコイル
導体(3),(6)や上部磁性膜(8)等により構成さ
れる磁気回路部を保護し磁気記録媒体に対する当りを確
保するための保護板が、低融点ガラス等の接着剤として
融着接合されている。
このように構成される本発明の薄膜磁気ヘッドにおい
ては、上記上部磁性膜(8)(あるいは複合基板の場合
には下部磁性膜も)の材質は、窒素を含有するFe−Al−
Si系合金とする。
本発明者等の実験によれば、磁性膜中の窒素Nの含有
量が増加するのに伴なって透磁率が急激に向上し、特に
窒素Nの含有量が約2重量%のときに窒素Nを全く含ま
ない磁性膜に比べて透磁率がおよそ2.4倍にも達してい
ることがわかった。実際に、窒素を含有する場合と窒素
を含有しない場合の透磁率の周波数特性を調べたとこ
ろ、第3図に示すようなものであった。すなわち、窒素
を含有するFe−Al−Si系磁性膜では、第3図中曲線Aで
示すようにいずれの周波数においても高い透磁率を示す
のに対して、窒素を含有しないFe−Al−Si系磁性膜では
各周波数において透磁率が大幅に劣ることがわかった。
また、この透磁率は、上記磁性膜に含まれる窒素Nの含
有量が多すぎると却って低下してしまい、1MHzの周波数
では上記窒素Nの含有量が3重量%以下であることが好
ましい。しかしながら、上記磁性膜においては、窒素N
の含有量の増加とともに比抵抗が増加することから、よ
り高周波数領域での使用、例えばデジタル記録用薄膜磁
気ヘッド等への使用を考えると、上記窒素Nの含有量が
4重量%程度までは実用可能であると考えられる。
また、磁性膜に含まれる窒素Nの含有量の増加に伴な
って、ビッカース硬度も急激に高くなり、上記窒素Nの
含有量が約2重量%を越えるとほぼ一定の硬度を確保す
ることができることが分かった。
したがって、本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、磁性
膜に含有される窒素Nの含有量としては、0.005〜4重
量%の範囲であることが好ましい。上記含有量が0.005
重量%未満であると充分な効果が期待できず、また上記
含有量が4重量%を越えると却って透磁率が低下してし
まい保磁力Hcも大きく成ってしまう虞れがある。さら
に、上記窒素Nとともに酸素を含有してもよい。
一方、上記磁性膜の主成分であるFe,Al,Siの組成範囲
としては、上記Alの含有量が2〜10重量%、上記Siの含
有量が4〜15重量%、残部がFeであることが好ましい。
すなわち、上記磁性膜を FeaAlbSicNd (a,b,c,dは各成分の重量比を表す。) で表わしたときに、その組成範囲が、 70≦a<95 2≦b≦10 4≦c≦15 0.005≦d≦4 a+b+c+d=100 であることが望ましい。上記AlやSiが少なすぎても、ま
た逆に多すぎても磁性膜の磁気特性が劣化してしまう。
また、上記Feの一部をCoあるいはNiのうち少なくとも
1種と置換することも可能である。
上記Feの一部をCoと置換することにより飽和磁束密度
Bsを上げることができる。特に、Feの40重量%をCoで置
換したもので最大の飽和磁束密度Bsが得られる。このCo
の置換量としては、Feに対して0〜60重量%の範囲内で
あることが好ましい。
同様に、上記Feの一部をNiと置換することにより、飽
和磁束密度Bsを減少することなく透磁率を高い状態に保
つことができる。このNiの置換量としては、Feに対して
0〜40重量%の範囲内であることが好ましい。
さらに、上述の磁性膜には、耐蝕性や耐摩耗性を改善
するために各種元素を添加剤として加えもよい。上記添
加剤として使用される元素としては、Sc,Y,La,Ce,Nd,Cd
等のランタン系列元素を含むIII a族元素、Ti,Zr,Hf等
のIV a族元素、V,Nb,Ta等のV a族元素、Cr,Mo,W等のVI
a族元素、Mn,Tc,Re等のVII a族元素、Cu,Ag,Au等のI b
族元素Ga,In,Ge,Sn,Sb等が挙げられる。これら添加剤の
1種または2種以上を組み合わせて、上記磁性薄膜に対
して0〜10重量%の範囲で添加する。すなわち、上記添
加剤をTとし上記磁性膜を FeaAlbSicNdTe (a,b,c,d,e,の各成分の重量比を表わす。) で表わしたときに、その組成範囲が 65≦a<95 2≦a≦10 4≦c≦15 0.005≦d≦6 0≦e≦10 a+b+c+d+e=100 を満足することが望ましい。上記添加剤の添加量が10重
量%を越えると磁性膜の磁気特性を劣化してしまう虞れ
がある。
あるいは、上記添加剤としてRu,Rh,pd,Os,Ir,Pt等の
白金族元素を1種以上添加してもよい。この場合、上記
白金族元素の添加量としては40重量%以下であることが
好ましい。上記添加量が40重量%を越えると磁性膜の磁
気特性を劣化してしまう虞れがある。
さらに、上記III a族元素、IV a族元素等の添加剤と
上記白金族元素の両者を添加することも可能である。こ
の場合の組成範囲としては、上記III a族元素、IV a族
元素等の添加剤をT、上記白金族元素をPとし、上記磁
性膜を FeaAlbSicNdTePf (a,b,c,d,e,fは各成分の重量比を表わす。) で表わしたときに、 55≦a<95 2≦a≦10 4≦c≦15 0.005≦d≦6 0≦e≦10 0≦f≦40 a+b+c+d+e+f=100 を満足することが好ましく、さらに上記白金族元素とし
て第5周期の白金族元素、すなわちRu,Rh,Pdを使用した
ときにはe+f≦20,上記白金族元素として第6周期の
白金族元素、すなわちOs,Ir,Ptを使用したときにはe+
f≦40であることが望ましい。上述の範囲越える添加剤
を添加すると、磁気特性が劣化する虞れがある。
ところで、一般的に、磁性膜の透磁率は、形状の相違
に起因して実際の薄膜磁気ヘッドに応用されたときは若
干透磁率が減少する傾向に有り、最終的には薄膜磁気ヘ
ッドを試作しその差異を調べる必要がある。
そこで、第4図に示すように、基板(1)として、フ
ェライト基板(1a)上に下部磁性膜(1b)を被着した複
合基板を用いた薄膜磁気ヘッドを試作して、窒素含有Fe
−Al−Si系磁性膜の優位性を電磁変換特性から調べた。
なお、この第4図において、先の第1図及び第2図に示
す薄膜磁気ヘッドと同一の部材には同一の符号を付して
ある。
その結果、第5図に示すように、下部磁性膜(1b)の
みを窒素を含むFe−Al−Si系磁性膜とした場合にも出力
向上が見られ、さらに下部磁性膜(1b)及び上部磁性膜
(8)の両者を窒素を含有するFe−Al−Si系磁性膜とす
ることにより、大幅な出力向上が達成されることが確認
された。
〔発明の効果〕 以上の説明からも明らかなように、本発明の薄膜磁気
ヘッドにおいては、磁気回路を構成する磁性薄膜を窒素
を含有するFe−Al−Si系磁性膜としているので、透磁率
の大幅な向上が図られ、記録再生効率に優れた薄膜磁気
ヘッドの提供が可能となった。
また、本発明によれば、薄膜磁気ヘッドの製造プロセ
スの変更は必要なく、生産効率の低下や精度の低下等の
心配はない。また、巻線数を減らす必要もないので、記
録電流の増大や再生出力の低下を惹起することもない。
さらに、窒素を含有するFe−Al−Si系磁性膜は、耐蝕
性や耐摩耗性にも優れたものであるので、薄膜磁気ヘッ
ドの耐久性の点でも有利である。
これらの利点は、薄膜磁気ヘッドの構成に由来する小
型化の容易性,高生産性,高信頼性,高密度記録化等の
特徴と相埃って薄膜磁気ヘッドの性能の向上に有効に働
き、実用価値の高い薄膜磁気ヘッドの提供が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用した薄膜磁気ヘッドの一例を示す
要部拡大平面図であり、第2図は第1図A−A線におけ
る要部拡大断面図である。 第3図は窒素含有Fe−Al−Si系磁性膜の透磁率の周波数
特性を窒素を含有しないFe−Al−Si系磁性膜のそれと比
較して示す特性図である。 第4図は下部磁性膜を設けた薄膜磁気ヘッドの一例を示
す要部拡大断面図であり、第5図は第4図に示す薄膜磁
気ヘッドの磁性薄膜を窒素含有Fe−Al−Si系磁性膜にし
たときの7MHzにおける再生出力を窒素を含有しないFe−
Al−Si系磁性膜を用いた場合と比較して示す特性図であ
る。 第6図は一般的な薄膜磁気ヘッドの構成を模式的に示す
要部拡大断面図であり、第7図は再生効率の透磁率依存
性をギャップ長0.8μmの場合とギャップ長0.3μmの場
合を比較して示す特性図である。 1……基板 3,6……コイル導体 8……上部磁性膜 1b……下部磁性膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 允 東京都品川区北品川6丁目5番6号 ソ ニー・マグネ・プロダクツ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−189816(JP,A) 特開 昭62−88113(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に絶縁膜を介してコイル導体及び磁
    性膜を積層してなる薄膜磁気ヘッドにおいて、 上記磁性膜が、Fe,Al,Siを主成分とし、Al及びSiの組成
    範囲がそれぞれ2〜10重量%Al,4〜15重量%Siであっ
    て、さらに0.005〜4重量%の窒素を含有することを特
    徴とする薄膜磁気ヘッド。
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