JP2990885B2

JP2990885B2 - 薄膜磁気ヘッド及びそれを用いた磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2990885B2
Application number: JP3232965A
Authority: JP
Inventors: 雅章佐野; 礼子荒井; 又洋小室; 勝也光岡; 忠幸岩倉; 昌慶香川; 正則田辺; 寛児川上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: JPH0573839A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な薄膜磁気コア、
薄膜コイル及び非磁性絶縁層を順次積層形成してなる薄
膜磁気ヘッドとそれを搭載した磁気ディスク装置に係
り、特に、高保磁力媒体に十分記録・再生可能な薄膜磁
気ヘッドとそれを搭載した磁気ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜磁気ヘッドは一般に従来のフェライ
トコア等を用いたバルク型ヘッドに比べ、インダクタン
スが小さく、高い周波数に対しても大きい再生出力が得
られるため、磁気ディスク装置の高記録密度化には必須
のデバイスである。

【０００３】薄膜磁気ヘッドの場合は、これまで磁気コ
ア先端部にみられる磁気飽和による再生出力低下現象は
ほとんど起こらず、通常は何ら問題となっていなかっ
た。然るに、近年は磁気ディスク装置の高記録密度化と
共に、記録媒体の高保磁力化が進み、該高保磁力媒体に
十分記録・再生しうる能力が前記薄膜磁気ヘッドに求め
られている。このような記録・再生能力を得るために
は、１）ヘッドの磁気コアを厚くする、２）磁気ギャッ
プ深さを短くする及び、３）磁気コアに飽和磁束密度の
大きい材料を用いる等の方法がある。しかし、１）の方
法では磁気コア先端のトラック幅が狭い上部磁気コアに
対しては、磁気飽和を防ぐために膜厚が著しく厚くなる
場合もあり、分解能の低下を来し好ましくない。また、
上記２）の方法もギャップ深さの超高精密加工を必要と
し、磁気ヘッドの大量生産に必ずしも最適というわけで
はない。さらに、１）及び２）の方法を施した高記録密
度化対応の薄膜磁気ヘッドの場合でも、本発明者等は、
薄膜磁気ヘッドといえども従来のバルク型磁気ヘッドで
の現象に類似した上部磁気コア先端部の磁気飽和による
ヘッド先端部の磁界勾配が鈍化することに依存する再生
出力低下現象を起こすことを見出した。これは、磁気ヘ
ッドを励磁したときに磁気飽和の始まる場所が上部磁気
コアの段差部から上部磁気コア先端の磁気ギャップ対向
部に移るためであり、特に、トラック幅の狭い上部磁気
コアに厳しい。かかる高記録密度化対応薄膜磁気ヘッド
における再生出力低下現象という新しい課題に対して、
これを積極的に対策しようとする試みはこれまでのとこ
ろ見当らない。

【０００４】一方、３）の方法については、例えば、特
開昭60−35316 号公報など多くが開示されている。ま
た、上部磁気コア全体を飽和磁束密度の大きい材料で構
成するものでなく、磁気コア先端部に飽和磁束密度の高
い材料を適用する提案（特開昭60−10410 号公報）も開
示されている。本発明者等の検討では、これらの方法が
原理的には上記出力低下現象の抑制に対しても有効であ
ることが判明した。しかし、これに対しては特開昭60−
35316号公報及び特開昭60−10410号公報には全く言及さ
れてない。然るに、一般に高飽和磁束密度を示す材料は
異方性磁界が大きく、そのままでは透磁率が小さいため
に再生出力が小さく、磁気ヘッドとして使えない場合が
多い。従って、直交スイッチング磁界中スパッタリング
あるいは回転磁界中熱処理等により異方性磁界を低減す
る手段等がとられているが、材料自体の異方性磁界が大
きいので熱的履歴により異方性磁界が変動し不安定であ
る。アイー・イー・イー・イー、トランザクションオ
ンマグネティックスボリューム２５ナンバー５
（１９８９）（IEEE,TRANSACTION ON MAGNETICS，vol．
２５，Ｎｏ．５（１９８９））にも開示されているよう
に、記録後の磁気コア自体の性質に起因する雑音発生な
どの原因の一つにもなっている。このような理由から、
高飽和磁束密度の材料を磁気ヘッド用コアとして現実に
工業ベースで実用化できた例は見当らない。

【０００５】一方、磁気コアの成膜手段はスパッタリン
グ法の他にめっき法による方法がある。めっき法の利点
は成膜温度が室温に近い（通常３０℃前後）ことから膜
の内部応力が小さいために、応力誘起異方性が小さく、
多少の組成変動でもヘッド性能が安定していることであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、めっ
き法の利点を活かして、かつ、上記した高飽和磁束密度
をもつ材料本来の性能をそのまま活かして使用すること
で安定で、かつ、薄膜磁気ヘッドとしての記録・再生性
能を向上させ、高保磁力媒体への適用を可能にした薄膜
磁気ヘッドとそれを用いた磁気ディスク装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来、一般に薄膜磁気ヘ
ッド用の磁気コアにはパーマロイ膜をスパッタリング法
で形成する方法とめっき法で形成する方法がある。めっ
き法はめっきを施すまえにめっき電極としてパーマロイ
と同一組成の下地膜を約０.１μｍ程度の厚さに真空蒸
着法あるいはスパッタリング法により作製する必要があ
る。

【０００８】本発明は、下地膜の上にめっき法でパーマ
ロイ膜を形成する場合、基板に対して下部磁気コア及び
上部磁気コアを順次形成するそのプロセスをそのまま活
かし、即ち、めっき用の下地膜を高飽和磁束密度材料で
構成するとともに、その厚さを磁気コア全体の７〜３０
％とし、また、前記下部磁気コアをリーディング側及び
前記上部磁気コアをトレーリング側とし、前記下部磁気
コア先端の飽和磁化に達する電流が前記上部磁気コア先
端の飽和磁化に達する電流よりも小さくなるようにし、
めっき用電極と高飽和磁束密度材料特有の性能を兼ね備
えた薄膜磁気ヘッドにある。即ち、めっきパーマロイ膜
で磁気コアを作製する場合に、その下地膜としてパーマ
ロイよりも飽和磁束密度の高い材料を用いるものであ
り、これによって磁気コア、特に、上部磁気コア先端部
の磁気飽和を緩和し、ギャップ先端に広がるヘッド記録
磁界のトレーリング側磁界勾配を急峻化し、媒体に記録
される磁化反転を急峻化させ、高記録密度化を図るもの
である。

【０００９】

【作用】上記手段によって本発明が対象とする主要課題
を解決できる理由は以下に述べる本発明の手段による。

【００１０】先ず、記録磁界増加時の再生出力低下につ
いて、再度、その原理を整理する。先に述べた磁気コア
膜厚の厚膜化または磁気ギャップ深さの短小化を施した
高記録密度化対応の薄膜磁気ヘッドの場合、ヘッドを励
磁したときに磁気飽和の始まる場所が上部磁気コアの段
差部から上部磁気コア先端の磁気ギャップ対向部に移
り、ヘッド先端に広がる記録磁界分布の上部磁気コア側
の磁界勾配が記録電流の増加と共に緩やかとなる傾向を
示す。通常のヘッドでは上部磁気コア側が媒体への記録
が決定されるトレーリング側となり、その磁界勾配は媒
体の磁気特性と共に媒体に記録される磁化反転の急峻性
を決める重要な因子である。

【００１１】即ち、媒体磁気特性が一定の場合、磁化反
転の急峻性はヘッドの上部磁気コア側の記録磁界勾配が
緩やかなほど悪化し、係る記録磁化信号を再生した場
合、磁化反転に対応して得られる出力波形の半値幅が広
がり、特に、高記録密度で記録された場合に著しい再生
出力の低下を招く。従って、磁気コア膜厚の厚膜化また
は磁気ギャップ深さの短小化を施した高記録密度化対応
の薄膜磁気ヘッドの場合、上記のとおり、該ヘッドを励
磁したときにヘッド先端に広がる記録磁界分布の上部磁
気コア側の磁界勾配が記録電流の増加と共に緩やかとな
るため、再生出力も記録電流の増加と共に低下する傾向
を示し、高記録密度化への対応が困難となる。

【００１２】また、高記録密度化に対してはヘッド磁気
ギャップでの再生損失低減のため、ギャップ長は短いほ
ど再生効率がよいが、反面ギャップ長が短いほど上部磁
気コア先端の磁気ギャップ対向部における磁気飽和が起
こりやすくなり、記録電流増加時の再生出力低下がさら
に起こりやすくなって、高記録密度化を著しく阻害する
恐れが増す。

【００１３】このように、記録電流増加時の再生出力低
下を防止するためには、上部磁気コア先端の磁気ギャッ
プ対向部における磁気飽和を抑制すればよいことがわか
る。従って、上部磁気コアに飽和磁束密度の大きい材料
を使用する試みがなされて来たが、飽和磁束密度の大き
い材料は一般に異方性磁界が大きいために透磁率が小さ
く、再生効率が悪く実用化に至っていない。

【００１４】そこで、磁気飽和に関与する部分にのみ飽
和磁束密度の大きい材料を適用することで、磁気飽和を
効果的に抑制されることを見出したものである。

【００１５】上記したように、一般に飽和磁束密度の大
きい材料は異方性磁界が大きく透磁率が小さいために磁
気ヘッドとしての再生効率の低下をきたす。直交スイッ
チング磁界中スパッタリングあるいは回転磁界中熱処理
等により異方性磁界の低減は可能であるが熱的に不安定
となり信頼性の点で問題がある。従って、異方性磁界の
大きい状態、即ち、材料として安定な状態で適用するこ
とがのぞましい。そのためには、磁気コアとしてのめっ
きパーマロイ膜の下地膜として飽和磁束密度の大きい材
料が磁気コア全体の膜厚に対してどの程度の膜厚で構成
すれば、磁気飽和を抑制し、再生効率の低下をきたさな
いかが重要な要素となる。

【００１６】本発明の下地膜としての膜厚は磁気コア全
体の７〜３０％とし、特に飽和磁束密度１.４テスラ以
上、異方性磁界２０〜４０エルステットの材料の場合、
０.２〜１.０μｍの範囲できわめて良好な結果が得られ
る。下地膜の膜厚が０.２μｍよりも薄くなると高飽和
磁束密度の効果が薄れヘッド先端に広がる記録磁界分布
の急峻性がやや弱くなる。また、下地膜の膜厚が１.０
μｍを超えて厚過ぎても（磁気コア膜厚の３０％以上
になると）磁気コア全体の異方性磁界が大きくなり再生
出力低下につながり好ましくない。

【００１７】一方、材料的にはＣｏ系非晶質材料に代表
される飽和磁束密度１．４テスラ，異方性磁界約２０エ
ルステットのＣｏ−Ｚｒ−Ｔａ非晶質膜、あるいは、飽
和磁束密度１.６テスラ以上，異方性磁界約２５エルス
テットのＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系結晶質材料等が挙げられ
る。

【００１８】前者のＣｏ−Ｚｒ−Ｔａ非晶質膜の場合
は、その上にめっきされるパーマロイとの反応があるた
めに下地膜とパーマロイとの境界にＴｉとかＣｒの薄い
（0.1μｍ程度）金属膜を施す必要がある。従って、材
料的には結晶質で安定な後者のＣｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系の方
が望ましい。

【００１９】下地膜としての高飽和磁束密度材料である
Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ系膜は組成を適正に選ぶことによっ
て、その上に、めっきするパーマロイ膜の結晶構造と同
じ面心立方晶（ｆｃｃ）構造となり、かつ、めっきパー
マロイ膜と同じ（１１１）の配向性をもつ。従って、下
地膜との結晶構造的な整合性がよく、磁気特性的にも安
定した薄膜磁気ヘッドの供給が可能である。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を述べながら本発明を詳細に説
明する。

【００２１】図１は、本発明に基づき作製した薄膜磁気
ヘッドの一断面図である。同図において、１はセラミッ
ク等の基板、２は本発明の基幹である高飽和磁束密度材
料で構成されたパーマロイめっき用の下地膜である。３
はパーマロイで構成された下部磁気コア、４は非磁性ギ
ャップ材、５は導体コイル６を絶縁保護するためのレジ
スト、７は３と同様パーマロイで構成された上部磁気コ
ア、８はそれらを保護するためのアルミナ等による保護
膜である。図２は、本発明の薄膜磁気ヘッドを搭載した
磁気ディスク装置の概念図である。同図において、１０
１はヘッド−ディスクアセンブリであり、表面に情報が
記録・再生される磁気媒体が形成されている磁気ディス
ク１０２、情報を記録・再生する磁気ヘッドを形成した
ヘッドスライダ１０３、ヘッドスライダ１０３が取り付
けられ磁気ディスクとのサブミクロンスペースを安定に
維持するためのばね材１０４、及びヘッドアセンブリを
固定し、位置決め機構に連結されるガイドアーム１０５
から構成される。

【００２２】ヘッド−ディスクアセンブリ１０１とディ
スク回転制御系１０６、ヘッド位置決め制御系１０７、
及び記録・再生信号制御系１０８との組合せにより磁気
ディスクの基本が構成される。

【００２３】図３は、本発明の基本原理を示すものであ
る。同図において、１１，１２はそれぞれ対向する磁気
媒体１０２の走行方向に対して上部磁気コアによって構
成されるトレーリング側、及び下部磁気コアによって構
成されるリーディング側となる図１で示した薄膜磁気ヘ
ッドの磁気コア先端の断面図を示している。図３(ｃ)は
ヘッドが励磁されたときの磁気コア内部の磁化の分布を
模式的に示したものである。従来の薄膜磁気ヘッドでは
この構成では、記録電流を徐々に大きくしていく過程
で、トレーリング側磁気コア先端の磁化Ｍ_Tの方がリー
ディング側磁気コア先端の磁化Ｍ_Lより先に小さい電流
でコアの飽和レベルに達するため、トレーリング側の磁
界勾配が記録電流の増大と共に鈍化し、再生出力の低下
を招いている。本発明は、かかるトレーリング側磁気コ
ア先端の磁化Ｍ_Tとリーディング側磁気コア先端の磁化
Ｍ_Lとの関係を逆にすることにより、記録電流増加に伴
う再生出力低下の低減を図るものであり、同図に示すよ
うに、記録電流を徐々に大きくしていく過程で、リーデ
ィング側磁気コア先端の磁化Ｍ_Lの方がトレーリング側
磁気コア先端の磁化Ｍ_Tより先に小さい記録電流でコア
の飽和レベルに達する構造を基本とする。図３（ｂ）も
図３（ａ）及び図３（ｃ）と同様に本発明の基本原理を
示すものである。同図に示すようにトレーリング側の磁
界勾配ΔＨｘ_T／Δｘが通常記録・再生する際の電流値
ではリーディング側磁界勾配ΔＨｘ_L／Δｘより小さく
なり、これが再生出力の低下を招いている。本発明は、
かかるトレーリング側の磁界勾配ΔＨｘ_T／Δｘとリー
ディング側磁界勾配ΔＨｘ_L／Δｘとの関係を逆にする
ことにより、記録電流増加に伴う再生出力低下の低減を
図るものである。

【００２４】以上に示した基本原理に基づき本発明の実
施例を説明する。

【００２５】〈実施例−１〉図１において、基板１は厚
さ４ｍｍ，直径３インチのＺｒＯ₂系のセラミック基板
である。基板を十分洗浄した後、０.２μｍ厚さの高飽
和磁束密度材料である４１Ｃｏ−２４Ｎｉ−１４Ｆｅ−
２１Ｐｄ結晶質膜をスパッタリング法により成膜した。
その膜の磁気特性は飽和磁束密度１．４テスラ，異方性
磁界３０エルステット、困難軸方向の保磁力は１.３エ
ルステットであった。膜をＸ線回折したところ配向性は
ほぼ（１１１）の単独配向であった。この膜を下地膜と
して、その上に下部磁気コアとしての耐熱性に優れたイ
ンジウムを少量含んだパーマロイ膜を約２μｍフレーム
めっき法により堆積した。その時のめっき浴組成及びめ
っき条件は次の通りである。

【００２６】

【表１】

【００２７】この膜の磁気特性は困難軸方向の保磁力
０.１エルステット、異方性磁界２.５エルステットであ
った。Ｘ線回折の結果、めっきパーマロイ膜の配向性も
下地膜同様ほぼ（１１１）の単一配向であった。このよ
うに、磁気コアとしてのパーマロイ膜自体の磁気特性も
スパッタリング膜に比べ低保磁力の優れた特性を示し、
３５０℃の熱処理によっても磁気特性の劣化は認められ
ず、下地膜との反応も認められなかった。これは、めっ
き膜特有の下地膜との結晶整合性が良い結果である。

【００２８】フレームを除去後、薄膜技術により、非磁
性ギャップ材４、ホトレジスト５、導体コイル６、さら
に、ホトレジスト５を順次形成する。次いで、上部磁気
コアのめっき用下地膜として下部磁気コアの場合と同様
の高飽和磁束密度材料を下部磁気コアの場合に比べ磁気
飽和を抑制する目的も含めて０.５μｍと厚くスパッタ
リング法により成膜し、その上に下部磁気コア同様にパ
ーマロイをフレームめっきし、薄膜磁気ヘッドとする。
上部磁気コアに関しても、下部磁気コアと同様の磁気特
性を示した。図４は、本発明からなる薄膜磁気ヘッドを
磁気ディスク装置に搭載した場合の磁気ヘッド先端部に
広がる磁界分布と記録電流との関係を、従来の薄膜磁気
ヘッドの特性と比較して示したものであり、図５は、同
じく再生出力と記録電流との関係を示したものである。
従来ヘッドに比べ、記録電流を大きくした場合の磁界勾
配がわかる。このことは、図３に示したようにリーディ
ング側が先に飽和することによって、トレーリング側の
磁界勾配が急俊になったことに対応し、めっき下地膜に
磁気コアより高い飽和磁束密度をもつ４１Ｃｏ−２４
Ｎｉ−１４Ｆｅ−２１Ｐｄ結晶質膜を適用した効果が現
れている。また、図５からも記録電流の増大に伴う再生
出力低下を１０％以下に抑えることができた。

【００２９】〈実施例−２〉実施例−１と同様の方法により薄膜磁気ヘッドを作製し
た。但し、磁気コアのめっき用下地膜として５２Ｃｏ−
２７Ｎｉ−２１Ｆｅ３元系結晶質膜を用いた。即ち、下
部磁気コア用下地膜として０.２μｍ、上部磁気コア用
下地膜として０.３μｍをスパッタリングにより成膜し
た。この膜の飽和磁束密度は１.７テスラ、異方性磁界
は２５エルステット、困難軸方向の保磁力は２エルステ
ットであった。

【００３０】同じようにして、磁気ディスク装置に搭載
し磁界分布と記録電流との関係、再生出力と記録電流と
の関係を調べた結果、ほぼ図４及び図５の結果と同様の
性能が得られた。

【００３１】このように、磁気コアをめっきする際の下
地膜として磁気コア材よりも飽和磁束密度の高い材料を
用いることにより磁気コア、特に、上部磁気コア（トレ
ーリング側）先端の磁気飽和を防ぎ、トレーリング側の
磁界勾配をリーディング側（下部磁気コア）よりも大き
くすることが可能となり、記録電流増大に伴う再生出力
の低下を抑制出来る。

【００３２】また、下地膜としての高飽和磁束密度材料
の膜厚は、その材料の透磁率（異方性磁界）によって変
えることが望ましく、０.２〜１.０μｍ（磁気コア全体
の膜厚の７〜３０％）の範囲が望ましい。

【００３３】本発明の実施例では、磁気コアとして耐熱
性に優れたインジウム入りパーマロイ膜について述べた
が、導体絶縁膜として耐熱温度の低いホトレジストを使
用するケースが多いゆえ一般のめっきパーマロイ膜でも
同様の効果がある。

【００３４】また、本実施例では高飽和磁束密度材料と
してＣｏ系について述べたが、パーマロイに比べＦｅを
多くした組成で、例えば、５０Ｎｉ−５０Ｆｅのように
高飽和磁束密度化した材料を適用しても同様の効果があ
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、薄膜磁気ヘッドにおい
て、適切な部分に飽和磁束密度の高い材料を用いること
が出来るのでヘッド先端に記録磁界を効率よく、かつ、
大きな値で発生させることが出来るので、保磁力１００
０エルステット以上の高保磁力磁気ディスクでも十分に
記録・再生が可能となる。

【００３６】また、磁気コアとして用いるパーマロイ等
の高透磁率材料の体積的優位性によって高飽和磁束密度
材料の透磁率がパーマロイ等の透磁率に比べ小さく（例
えば１／１０）ても実用上支障来すことがなく、高飽和
磁束密度材料の選択の自由度が大幅に広がる効果をも
つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜磁気ヘッドの一実施例の断面図。

【図２】本発明の薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディス
ク装置の説明図。

【図３】本発明の基本原理を概説するための説明図。

【図４】本発明による薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気デ
ィスク装置の記録電流の特性図。

【図５】本発明による薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気デ
ィスク装置の記録電流の特性図。

【符号の説明】

１…基板、２…高飽和磁束密度下地膜、３…下部磁気コ
ア、４…非磁性ギャップ材、５…レジスト、６…導体コ
イル、７…上部磁気コア、８…保護膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者光岡勝也茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者岩倉忠幸茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者香川昌慶神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内 (72)発明者田辺正則神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内 (72)発明者川上寛児神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内 (56)参考文献特開昭57−24015（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−136907（ＪＰ，Ａ) 特開平４−232606（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 5/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下部磁気コア及び上部磁気コアが順次形成
され、前記下部磁気コア及び上部磁気コアの各々は下地
膜と該下地膜上に形成されためっき膜とによって形成さ
れ、前記下地膜は前記めっき膜より高い飽和磁束密度の
材料で形成されており、前記下地膜の厚さは前記磁気コ
アの７〜３０％であり、前記下部磁気コアがリーディン
グ側及び前記上部磁気コアがトレーリング側であること
を特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】請求項１に記載の薄膜磁気ヘッドを搭載し
たことを特徴とする磁気ディスク装置。