JP4291754B2 - 磁気ヘッド・スライダおよび磁気ディスク装置 - Google Patents
磁気ヘッド・スライダおよび磁気ディスク装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ギャップ浮上量を調整可能な磁気ヘッド・スライダおよびこの磁気ヘッド・スライダを搭載した磁気ディスク装置に係わり、特にギャップ浮上量を調整するためにヒータを内蔵した磁気ヘッド・スライダの構成に関する。
磁気ディスク装置は、回転する磁気ディスクと、サスペンションによって支持され記録再生素子を搭載した磁気ヘッド・スライダを有する。このスライダは、相対的に磁気ディスク上を走行して磁気ディスクに対し情報の読み書きを行う。このような磁気ディスク装置において、高記録密度化の為には、磁気ディスクと磁気ヘッド・スライダの距離、すなわちスライダ浮上量を低減する必要がある。特に磁気ディスクと磁気ヘッド・スライダの記録再生素子部分との距離であるギャップ浮上量（ｈｇ）を狭小化する必要がある。このギャップ浮上量（ｈｇ）は、磁気ヘッド・スライダの加工誤差や使用される環境（温度、気圧など）の違いにより変化する。この変化量を低減できれば、ギャップ浮上量（ｈｇ）を狭小化することが可能となる。
加工誤差や環境変化に伴うギャップ浮上量（ｈｇ）の変化を低減する手段として、特許文献１には、誘導型薄膜磁気ヘッドのコイル絶縁層内に薄膜抵抗体を設け、必要に応じてこの薄膜抵抗体に通電することにより磁極先端部を熱膨張によって突出させる発明が開示されている。特許文献２には、磁気ヘッド素子の浮上面（ＡＢＳ）とは反対側の位置にヒータを設ける発明が開示されている。
ヒータを用いてギャップ浮上量（ｈｇ）調整を行う上で、形成されるヒータの位置や大きさは重要な因子である。発明者らが検討した結果、磁気ヘッド・スライダのヒータの大きさと形状とその形成位置を変えることで、ヒータの消費電力、応答速度を改善し、ヒータが再生素子の寿命に与える影響を最小限に抑えられることがわかった。
ヒータで消費される電力をできる限り小さく抑えるためには、ヒータの単位消費電力あたりのギャップ浮上変化量（Δｈｇ）を大きくする必要がある。また浮上量調整の応答速度は浮上量調整型磁気ヘッド・スライダの重要な特性の一つであり、早いほどよい。そして、再生素子の近傍にヒータを形成することは、温度上昇による再生素子の短命化につながるため、再生素子の温度上昇を最低限に抑えることが必須である。
本発明の目的は、ギャップ浮上量（ｈｇ）を調整するための加熱手段の消費電力および応答速度を改善し、再生素子の長寿命化を達成する磁気ヘッド・スライダを提供することである。
本発明の他の目的は、ギャップ浮上量（ｈｇ）を調整するための加熱手段の、アクチュエータとしての性能向上と長寿命化を達成する磁気ヘッド・スライダを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、記録再生素子のギャップ浮上量（ｈｇ）の調整を高精度に行い、かつ高信頼性の加熱手段を備える磁気ヘッド・スライダを搭載した磁気ディスク装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の磁気ヘッド・スライダにおいては、スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子とを有し、さらに前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介してその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置するように設けられたヒータを有することを特徴とする。
前記ヒータは、前記スライダの素子形成面（空気流出端面）に平行な面に抵抗線を交互に行き来させたものである。
上記他の目的を達成するために、本発明の磁気ヘッド・スライダにおいては、スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子とを有し、さらに前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介してその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置するように設けられたヒータと、該ヒータの近傍に設けられた前記絶縁材よりも熱伝導率が高い物質の膜を有することを特徴とする。
前記膜は前記ヒータの下部と上部のいずれか一方に設けられる。
前記膜は前記ヒータの両面に設けられても良い。
前記膜は絶縁体であっても良い。
前記膜は前記絶縁材よりも熱膨張率が小さく、前記ヒータよりもヤング率が大きいことが望ましい。
前記ヒータの上下の少なくとも一方にタングステンあるいはチタンのバリア層を設けても良い。
上記他の目的を達成するために、本発明の磁気ヘッド・スライダにおいては、スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子とを有し、さらに前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、周辺部よりも中央部分の断面積が大きくなるように交互に行き来させたヒータを有することを特徴とする。
前記抵抗線は、周辺部よりも中央部で線幅が広くなっている。
前記抵抗線は、周辺部よりも中央部で厚さが大きくなっている。
上記他の目的を達成するために、本発明の磁気ヘッド・スライダにおいては、スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子とを有する磁気ヘッド・スライダにおいて、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、周辺部よりも中央部分の間隔が大きくなるように交互に行き来させたヒータを有することを特徴とする磁気ヘッド・スライダ。
上記他の目的を達成するために、本発明の磁気ヘッド・スライダにおいては、スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子とを有し、さらに前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、温度が最も高くなる部分を避けて交互に行き来させたヒータを有することを特徴とする。
前記抵抗線は、前記ヒータの中央部以外の部分に配線される。
前記抵抗線は、前記ヒータの中央部分および前記再生素子近傍以外の部分に配線される。
上記さらに他の目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置においては、
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介してその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置するように設けられたヒータと、を有することを特徴とする。
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介してその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置するように設けられたヒータと、を有することを特徴とする。
上記さらに他の目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置においては、
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介してその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置するように設けられたヒータと、該ヒータの近傍に設けられた前記絶縁材よりも熱伝導率が高い物質の膜と、を有することを特徴とする。
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介してその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置するように設けられたヒータと、該ヒータの近傍に設けられた前記絶縁材よりも熱伝導率が高い物質の膜と、を有することを特徴とする。
上記さらに他の目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置においては、
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、周辺部よりも中央部分の断面積が大きくなるように交互に行き来させたヒータと、を有することを特徴とする。
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、周辺部よりも中央部分の断面積が大きくなるように交互に行き来させたヒータと、を有することを特徴とする。
上記さらに他の目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置においては、
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、周辺部よりも中央部分の間隔が大きくなるように交互に行き来させたヒータと、を有することを特徴とする。
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、周辺部よりも中央部分の間隔が大きくなるように交互に行き来させたヒータと、を有することを特徴とする。
上記さらに他の目的を達成するために、本発明の磁気ディスク装置においては、
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、温度が最も高くなる部分を避けて交互に行き来させたヒータと、を有することを特徴とする。
磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有し、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面（空気流出端面）に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介して抵抗線をその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置し、温度が最も高くなる部分を避けて交互に行き来させたヒータと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、ギャップ浮上量（ｈｇ）を調整するための加熱手段のアクチュエータとしての性能向上と、再生素子の長寿命化を達成することが可能である。
図１５に本発明の各実施例による磁気ヘッド・スライダ（以下スライダと称す）１が搭載される磁気ディスク装置５０の構成を示す。ベース５１に固定されたスピンドル・モータの回転軸５２に磁気ディスク５３が装着され、回転駆動される。ピボット５４にアクチュエータ・アーム５５が軸支され、アクチュエータ・アーム５５の一端にはサスペンション５６が取り付けられ、他端には、ボイス・コイル・モータ５７を構成するコイル（図示せず）が取り付けられている。ピボット５４とアクチュエータ・アーム５５とボイス・コイル・モータ５７とで駆動装置を構成している。サスペンション５６の先端には磁気ヘッド・スライダ１が取り付けられている。ベース５１にはランプ機構５８が設けられており、磁気ディスク５３の外周側に位置している。ランプ機構５８は磁気ヘッド・スライダ１のアンロード時に、リフト・タブ５９が乗り上げるスロープが形成されている。
ボイス・コイル・モータ５７のコイルに通電することによりアクチュエータ・アーム５５に回転トルクが発生し、アクチュエータ・アーム５５に取り付けられているサスペンション５６が磁気ディスク５３の半径方向に移動される。この回転動作によりサスペンション５６の先端に取り付けられている磁気ヘッド・スライダ１が、磁気ディスク５３の半径方向位置の任意の位置に移動され、情報の記録、再生を行う。磁気ヘッド・スライダ１のアンロード時には、リフト・タブ５９がランプ機構５８のスロープに乗り上げるように移動され、ロード時は、ランプ機構５８に待機中の状態から、磁気ディスク５３の記録面にロードされる。
図１６に本発明の各実施例による磁気ヘッド・スライダ１の浮上面側から見た構成を示す。磁気ヘッド・スライダ１は、スライダ１００の浮上面（ＡＢＳ）となる面に、イオン・ミーリング等の加工技術により、フロント軸受面１０１、サイド軸受面１０２，１０３、リア軸受面１０４が形成され、フロント軸受面１０１とサイド軸受面１０２，１０３にはレール１０５，１０６が、リア軸受面１０４にはレール１０７が形成されている。レール１０７面には、磁気ヘッドの記録再生素子２が露出している。フロント軸受面１０１、サイド軸受面１０２，１０３、リア軸受面１０４の間には負圧発生深溝１０８が形成されている。各軸受面および各レール面には、カーボン等の保護膜が形成されている。
＜第一実施例による磁気ヘッド・スライダの内部構成＞
図１は、本発明の第一実施例による磁気ヘッド・スライダ１の、スライダ側面側から見た記録再生素子近傍の断面図（図１６のＣ−Ｃ′断面図に相当）であり、図２はスライダ空気流出端側から見たヒータ１２のＡ−Ａ’線断面図である。図１、図２に示すように、本実施例の記録再生素子２はアルチックのスライダ４の素子形成面（空気流出端面）の浮上面（ＡＢＳ）の近傍に形成されており、その周囲は絶縁材のアルミナ３で満たされている。記録再生素子２は、再生素子（ＭＲ）９と再生素子９を外部磁界から保護する上部シールド１０と下部シールド１１とを有する再生ヘッドと、再生ヘッドに絶縁体を介して積層された上部磁極５と下部磁極６とコイル７とコイル７の周囲を満たす絶縁材のレジスト８とを有する記録素子とで構成されている。そして浮上量を調整するためのヒータ１２は、スライダ４と記録再生素子２の間であって記録再生素子９の近傍に設けられる。
＜第一実施例による磁気ヘッド・スライダの内部構成＞
図１は、本発明の第一実施例による磁気ヘッド・スライダ１の、スライダ側面側から見た記録再生素子近傍の断面図（図１６のＣ−Ｃ′断面図に相当）であり、図２はスライダ空気流出端側から見たヒータ１２のＡ−Ａ’線断面図である。図１、図２に示すように、本実施例の記録再生素子２はアルチックのスライダ４の素子形成面（空気流出端面）の浮上面（ＡＢＳ）の近傍に形成されており、その周囲は絶縁材のアルミナ３で満たされている。記録再生素子２は、再生素子（ＭＲ）９と再生素子９を外部磁界から保護する上部シールド１０と下部シールド１１とを有する再生ヘッドと、再生ヘッドに絶縁体を介して積層された上部磁極５と下部磁極６とコイル７とコイル７の周囲を満たす絶縁材のレジスト８とを有する記録素子とで構成されている。そして浮上量を調整するためのヒータ１２は、スライダ４と記録再生素子２の間であって記録再生素子９の近傍に設けられる。
下部シールド１１とスライダ４の間にあるヒータ（抵抗体）１２は抵抗線を交互に行き来させた構造であり、その先端は再生素子９よりも後方（ＡＢＳと反対側）に位置している。ヒータ１２の大きさは、スライダの厚さ方向のヒータ寸法を高さ２１、スライダの幅方向のヒータ寸法を幅２２、スライダ長手方向のヒータ寸法を厚さ２３として、ヒータ１２の位置は、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４としてあらわされる。またヒータ１２の中心はコイル７、再生素子９の中心と同様に対称面Ｂ−Ｂ’上にある。
まずヒータ１２の位置について検討した結果を図５、図６および図７に示す。ヒータ１２の大きさ、線幅、間隙などの構造を変えずに、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４を３８μｍ、６８μｍ、９８μｍと変えた三種類の実験サンプルに関して、図５はヒータ１２の単位消費電力あたりのギャップ浮上変化量（Δｈｇ）を、図６は浮上量変化の時定数を、図７は再生素子（ＭＲ）９の温度上昇（ΔＴ）を示す。
図５から明らかなように、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４を短くすると、ヒータ１２の発熱量５０ｍＷあたりのΔｈｇは大きくなることがわかる。これはヒータ１２を浮上面（ＡＢＳ）に近づけるほど、浮上量調整に要する電力が小さくて済むということである。また図６に示すように、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４を小さくすると、浮上量変化の時定数は小さくなることがわかる。一方、図７に示すように、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４を小さくすると、ヒータ１２の発熱量５０ｍＷあたりのΔＴは大きくなることがわかる。つまり、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４が短いほど、アクチュエータとしての特性が良くなるが、そのかわり再生素子９の寿命は短くなることがわかる。
次に、ヒータ１２の大きさについて検討した結果を示す。図８は、ヒータ１２の幅２２を２０μｍ、ヒータ１２の厚さ２３を０．０８μｍ、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４を２５μｍとして、ヒータ１２の高さ２１を１０μｍ、２０μｍ、４０μｍと変えたシュミレーション・モデルに関する、単位浮上変化量当たりの再生素子９の上昇温度と、単位浮上変化量当たりのヒータ１２の消費電力を示している。図８から、ヒータ１２の高さ２１を小さくしていくと、単位浮上変化量当たりの再生素子９の上昇温度は小さくなり、単位浮上変化量当たりのヒータ１２の消費電力は大きくなることがわかる。ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４を変えたシュミレーション・モデルも検討した結果、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４を小さくし、あわせてヒータ１２の高さ２１を小さくすると、単位浮上変化量当たりの再生素子９の温度上昇を抑えつつ、単位浮上変化量あたりのヒータ１２の消費電力を小さくできることがわかった。
図９は、ヒータ１２の高さ２１を２０μｍ、ヒータ１２の厚さ２３を０．０８μｍ、ヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４を２５μｍとして、ヒータ１２の幅２２を２０μｍ、４０μｍ、８０μｍと変えたシュミレーション・モデルに関する、単位浮上変化量当たりの再生素子９の温度上昇と、単位浮上変化量当たりのヒータ１２の消費電力を示している。図９から、ヒータ１２の幅２２を小さくしていくと、単位浮上変化量当たりの再生素子９の上昇温度はほとんど変わらず、単位浮上変化量当たりのヒータ１２の消費電力が小さくなることがわかる。
以上の検討結果から、ヒータ１２を再生素子９の下部シールド１１とスライダ４の間に配置し、ヒータ１２の高さ２１とヒータ１２の幅２２とヒータ１２の中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離２４とを小さくすることで、ヒータ１２の消費電力と浮上変化の応答速度を改善し、再生素子９の寿命への影響を最小限に抑えることが可能となる。
〈第二実施例による磁気ヘッド・スライダの内部構成〉
前記第一実施例において、浮上量制御のアクチューエータ性能改善のために、ヒータ１２の抵抗を一定にしてヒータ１２の高さ２１とヒータ１２の幅２２を小さくすると、必然的にヒータ１２の抵抗線の断面積は小さくなり、発熱による溶解や電流および応力によるマイグレーションで断線しやすくなる。つまりヒータ１２のサイズと信頼性は相反する関係にある。したがって、十分なアクチューエータ性能と信頼性を同時に実現するヒータ１２を作ることが重要となる。
〈第二実施例による磁気ヘッド・スライダの内部構成〉
前記第一実施例において、浮上量制御のアクチューエータ性能改善のために、ヒータ１２の抵抗を一定にしてヒータ１２の高さ２１とヒータ１２の幅２２を小さくすると、必然的にヒータ１２の抵抗線の断面積は小さくなり、発熱による溶解や電流および応力によるマイグレーションで断線しやすくなる。つまりヒータ１２のサイズと信頼性は相反する関係にある。したがって、十分なアクチューエータ性能と信頼性を同時に実現するヒータ１２を作ることが重要となる。
また、ヒータ内部で温度分布の偏りがあることがわかった。図１０は、断線するまでヒータ１２への供給電力を大きくしたときの、ヒータ１２の断線箇所を×印で示している。断線する箇所はヒータ１２の中心部に集中しており、断線する箇所が偏っていることから、ヒータ１２の内部の温度分布に実際に偏りがあることがわかる。これはヒータ１２の周りや抵抗線の間隙を埋めるアルミナ３の熱伝導率が、ヒータ１２の熱伝導率の数十分の一程度であるため、ヒータ１２の内部の熱伝導が阻害され熱がこもりやすいためである。したがって、ヒータ１２の内部の温度分布が偏って、局所的にヒータ１２の一部が高温になっている場合、局所的に高温になっている部分の信頼性が著しく低下するため、ヒータ内部の温度分布が一定である場合よりも、ヒータ１２全体の信頼性が低くなってしまう。
そこで、第二実施例では、上記第一実施例をさらに改善し、ヒータの高信頼性をも実現するものである。第二実施例による磁気ヘッド・スライダの概略構成を図３、図４に示す。図３は、本実施例によるヒータを有する磁気ヘッド・スライダの、スライダ側面側から見た記録再生素子近傍の断面図（図１６のＣ−Ｃ′断面図に相当）であり、図４はスライダ空気流出端側から見たＡ−Ａ’線断面図である。図１に示した磁気ヘッド・スライダ１と同等の記録再生素子２とヒータ１２を有した磁気ヘッド・スライダであり、図３に示すように、記録再生素子２はアルチックのスライダ４の素子形成面（空気流出端面）の浮上面（ＡＢＳ）の近傍に形成されており、その周囲はアルミナ３で満たされている。
記録再生素子２は、記録を行うための上部磁極５と下部磁極６とコイル７とコイル７の周囲を満たすレジスト８を有する記録素子と、再生を行うための再生素子（ＭＲ）９と再生素子９を外部磁界から保護する上部シールド１０と下部シールド１１で構成されている。そして記録再生素子２の近傍には、浮上量を調整するためのヒータ１２が備えられている。下部シールド１１とスライダ４の間にあるヒータ１２は図２と同じく抵抗線を交互に行き来させた構造であり、ヒータ（抵抗体）１２の大きさは、スライダの厚さ方向を高さ２１、スライダの幅方向を幅２２、スライダ長手方向を厚さ２３として、ヒータ１２の位置は、ヒータ１２の中心と浮上面ＡＢＳの距離２４としてあらわされる。またヒータ１２の中心はコイル７、再生素子９の中心と同様に対称面Ｂ−Ｂ’上にある。
本実施例のもっとも大きな特徴はヒータ１２の近傍に、アルミナ３よりも熱伝導率が高い物質からなる膜（温度勾配緩和材）３１を形成していることにある。本実施例では、２つの温度勾配緩和材３１で、アルミナ３の間にあるヒータ１２を挟んでいる。ヒータ１２と温度勾配緩和材３１は十分な絶縁抵抗を得るために、ある程度の間隔があけてある。ヒータ１２を挟む温度勾配緩和材３１の大きさは、図４および図３に示すように、スライダの厚さ方向の寸法を高さ３２、スライダの幅方向の寸法を幅３３、スライダ長手方向の寸法を厚さ３４としてあらわされる。またヒータ１２と温度勾配緩和材３１をあわせたスライダ長手方向の大きさは疑似ヒータ厚さ３５としてあらわされる。
ヒータ１２と温度勾配緩和材３１の間隙は、ヒータ１２と温度勾配緩和材３１の間の絶縁抵抗と熱伝導性を考慮して０．０１μｍ以上２μｍ以下が好ましい。また温度勾配緩和の効果を得るために、温度勾配緩和材３１と絶縁媒体越しに接しているヒータ１２の表面積は、ヒータ１２の全表面積の３０％以上が望ましい。またそれぞれの温度勾配緩和材３１は、ヒータ１２の高温部分と絶縁媒体を介して接する一方で、同時にヒータ１２の低温部分とも絶縁媒体を介して接するように形成されている。また温度勾配緩和材３１を浮上面（ＡＢＳ）まで伸ばすと、磁気ディスクへの放熱量を増やすヒートシンクとして働いてしまうので、温度勾配緩和材３１と浮上面（ＡＢＳ）の距離は３μｍ以上であることが望ましい。なお、本実施例では絶縁媒体はアルミナであるが、アルミナよりも熱伝導率の高い材料を使ってもよい。
また、温度勾配緩和材３１に絶縁材料を用いても良い。その場合、ヒータ１２と温度勾配緩和材３１の間の移動熱量を増やすために、ヒータ１２と温度勾配緩和材３１の間隙をなくすこと、または抵抗線同士の間隙にも温度勾配緩和材３１を形成することが望ましい。
温度勾配緩和材３１によってヒータ１２の温度勾配は緩和される一方、温度勾配緩和材３１もヒータ１２と同程度の温度に上昇するので、ヒータ１２の一部として作用する。したがってヒータ１２の厚さ２３ではなく、疑似ヒータ厚さ３５を熱変形に影響を与えるヒータの厚さとして扱うことになり、実際のヒータの厚さ２３よりも見かけ上、厚くなる。しかし解析結果から、ヒータの厚さを数倍に厚くしても消費電力や浮上量変化の応答速度、再生素子の温度上昇にほとんど影響を与えないことがわかっている。しかし、本実施例では、ヒータ１２と温度勾配緩和材３１は、下部シールド１１とスライダ４の間に形成されているため、温度勾配緩和材３１を厚くすると、下部シールド１１とスライダ４の距離が大きくなってしまう。下部シールド１１とスライダ４の距離が大きくなると、ライト・コイル７の発熱によるサーマルプロトリュージョンと呼ばれる浮上面（ＡＢＳ）の局所的な突出が大きくなり、浮上量の低減を阻害することになってしまう。したがって、温度勾配緩和材３１の厚さ３４はヒータ１２の厚さ２３の５倍以内にすることが望ましい。
なお、本実施例において、温度勾配緩和材３１はヒータ１２を挟み込むように二つ形成されているが、位置、形状および個数は一意ではない。したがって、温度勾配緩和材３１の高さ３２、温度勾配緩和材３１の幅３３は、ヒータ１２の高さ２１、ヒータの幅２２より大きくても小さくてもよいし、ヒータ１２の片側だけに温度勾配緩和材３１を形成してもよいし、温度勾配緩和材３１を複数形成してもよい。形状も方形である必要はなく、ヒータ内部の温度分布に合わせて自由な形状でよい。
また温度勾配緩和材３１の材質として、アルミナ３よりも熱膨張率が小さいもの、またはヒータ１２の材質よりもヤング率の大きいものを選ぶことによって、記録再生素子２近傍の熱変形にともなうヒータ１２の変形を小さくすることが出来る。ヒータ１２の変形を抑えることによって、繰り返し変形によるヒータの疲労破壊やストレス・マイグレーションによる断線を防ぐことができる。
またヒータ１２に使われる材質によっては、ヒータ配線の下層、上層あるいは上下層に、タングステンやチタンなどのバリア・メタルの層を用いて積層配線とすることで、エレクトロ・マイグレーション、ストレス・マイグレーションへの耐性向上をはかってもよい。
このように本実施例によるスライダでは、ヒータ１２の高温部分と低温部分の熱量のやり取りは、断面積の小さいヒータ１２の抵抗線や熱伝導率の小さいアルミナ３だけではなく、十分な断面積を持ちアルミナ３よりも熱伝導率の大きい温度勾配緩和材３１を介して主に行われる。したがって、温度勾配緩和材３１がないときと比べて、ヒータ１２の高温部分と低温部分の温度の差が小さくなり、温度勾配が緩和される。熱集中が解消されることによって、ヒータ１２全体の信頼性は改善される。
〈第三実施例によるヒータの構成〉
本発明の第三実施例によるヒータの構成を図１１、１２に示す。磁気ヘッド・スライダの全体構成、記録再生素子構造およびヒータの配置は上記第一および第二実施例と同じである。図１１、１２はそれぞれスライダ流出端側から見たヒータ１２である。ヒータ１２の厚さ２３は一定である。
〈第三実施例によるヒータの構成〉
本発明の第三実施例によるヒータの構成を図１１、１２に示す。磁気ヘッド・スライダの全体構成、記録再生素子構造およびヒータの配置は上記第一および第二実施例と同じである。図１１、１２はそれぞれスライダ流出端側から見たヒータ１２である。ヒータ１２の厚さ２３は一定である。
第三実施例におけるもっとも大きな特徴は、ヒータ１２の内部の温度が一定かほぼ一定になるように、ヒータ１２の温度が最も高くなる中央付近の抵抗線の断面積を大きくしていることである。図１１に示した例では、抵抗線の折返しごとに線幅を変更し、中央に近づくほど線幅を増大させている。つまり中央に近づくほど単位長さあたりの抵抗が小さくなっている。また図１２に示した例では、抵抗線の線幅を随時変更し、中央に近づくほど線幅を太くしている。
また、本実施例においては、ヒータ１２の温度が最も高くなる中央付近の抵抗線の断面積を大きくしているが、ヒータ１２の内部の温度分布が一定かほぼ一定になるように、ヒータ１２の中央付近の抵抗線の線間隙を大きくしてもよい。
また、本実施例においてはヒータの厚さ２３を一定としているが、図２に示すヒータと比べて、ヒータの高さ２１とヒータの幅２２が大きくなってしまうので、浮上量調整の性能に影響することが考えられる。そこで、ヒータの厚さを調整することで、高温となる部分の断面積を大きくしてもよい。
なお、本実施例においては、ヒータ１２の内部の温度が最も高くなる部分をヒータ１２の中央としているが、記録再生素子２とヒータ１２の熱分布は素子構造の影響を大きく受けるため、ヒータ１２の高温部分が中央になるとは限らない。したがって、ヒータ１２の内部の温度分布に合わせて、線断面積や線間隙を調整することが望ましい。
また、本実施例においては、ヒータ１２の内部の温度が一定かほぼ一定になるように、ヒータ１２の線断面積を決めているが、線断面積が大きくなることによる熱耐力向上や、電流密度低下によるエレクトロ・マイグレーション耐性の向上を考慮して、断面積を決めてもよい。その場合、反応速度論モデルにしばしば使用されるアレニウスの式を利用して、Ａを定数、Ｊを電流密度、ｎを電流に関する定数（通常２）、Ｅａを活性化エネルギー、ｋをボルツマン常数、Ｔを絶対温度として、式Ｋ＝ＡＪ−ｎｅｘｐ（−Ｅａ／（ｋＴ））のＫが一定になるように、ヒータ１２の線断面積を決めてもよい。
このように本実施例による磁気ヘッド・スライダでは、中央に近づくほどヒータ１２の抵抗線の断面積が大きくなり、抵抗が小さくなるため、単位長さあたりの発熱量が小さくなる。したがって、ヒータ１２の内部の温度が一定かほぼ一定になり、熱集中が解消されることで、ヒータ１２の信頼性は改善される。
〈第四実施例によるヒータの構成〉
第四実施例によるヒータの構成を図１３、１４に示す。図１３はヒータ中央付近を回避して抵抗線が配線されたヒータ１２をスライダ流出端側から見た図である。図１４はヒータ中央付近および再生素子近傍を回避して抵抗線が配線されたヒータ１２をスライダ流出端側から見た図である。スライダの記録再生素子構造とヒータの配置は、図１に示した磁気ヘッド・スライダと同じである。
〈第四実施例によるヒータの構成〉
第四実施例によるヒータの構成を図１３、１４に示す。図１３はヒータ中央付近を回避して抵抗線が配線されたヒータ１２をスライダ流出端側から見た図である。図１４はヒータ中央付近および再生素子近傍を回避して抵抗線が配線されたヒータ１２をスライダ流出端側から見た図である。スライダの記録再生素子構造とヒータの配置は、図１に示した磁気ヘッド・スライダと同じである。
第四実施例におけるもっとも大きな特徴は、抵抗線の配線が全面に形成された場合に、ヒータ１２の温度が最も高くなる部分を回避して抵抗線を配線していることである。図１３に示した例では、高温になる中央付近を回避して抵抗線を配線している。この例ではヒータ中央での発熱がないため、ヒータ内部の温度勾配緩和の効果もある。
また図１４に示すように、再生素子の温度上昇を抑制するために、ヒータ中央付近と再生素子近傍を回避して抵抗線を配線してもよい。
なお、本実施例においては、ヒータ１２の内部の温度が最も高くなる部分をヒータ１２の中央としているが、記録再生素子２とヒータ１２の熱分布は素子構造の影響を大きく受けるため、ヒータ１２の高温部分が中央になるとは限らない。したがって、ヒータ１２の内部の温度分布に合わせて、配線位置を調整することが望ましい。
また本実施例では、ヒータを一つだけ形成しているが、複数個のヒータを組み合わせてもよい。
このように本実施例によるスライダでは、熱が集中して信頼性が低くなるヒータ中央を回避することで、ヒータ１２全体の信頼性を向上させることが出来る。また再生素子近傍を避けて配線することで、再生素子９の温度上昇を抑え、再生素子９の信頼性を確保できる。
以上、本発明の実施形態による加熱用薄膜構造体またはヒータによれば、磁気ヘッド・スライダに備えられたヒータへの電力印加により浮上量を調整するとき、ヒータ内部の温度分布の偏りを解消するか、ヒータ内部の高温部分の信頼性を上げることで、ヒータの各部分でほぼ同一の信頼性を実現できる加熱用薄膜構造体またはヒータを有する磁気ヘッド・スライダを提供することができる。
また、ヒータの各部分でほぼ同一の信頼性を実現し、ヒータ全体の信頼性が向上された磁気ヘッド・スライダを搭載した磁気ディスク装置を提供することができる。
１…磁気ヘッド・スライダ、
２…記録再生素子、
３…アルミナ（絶縁材）、
４…スライダ、
５…上部磁極、
６…下部磁極、
７…コイル、
８…レジスト絶縁膜、
９…：再生素子（ＭＲ）、
１０…上部シールド、
１１…下部シールド、
１２…ヒータ（抵抗体）、
２１…ヒータの高さ、
２２…ヒータの幅、
２３…ヒータの厚さ、
２４…ヒータの中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離、
３１…温度勾配緩和材、
３２…温度勾配緩和材の高さ、
３３…温度勾配緩和材の幅、
３４…温度勾配緩和材の厚さ、
３５…疑似ヒータ厚さ、
３６…温度勾配緩和材と浮上面の距離、
５０…磁気ディスク装置、
５１…ベース、
５２…回転軸、
５３…磁気ディスク、
５４…ピボット、
５５…アクチュエータ・アーム、
５６…サスペンション、
５７…ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）、
１００…スライダ、
１０１…フロント軸受面、
１０２，１０３…サイド軸受面、
１０４…リア軸受面、
１０５，１０６，１０７…レール、
１０８…負圧発生深溝。
２…記録再生素子、
３…アルミナ（絶縁材）、
４…スライダ、
５…上部磁極、
６…下部磁極、
７…コイル、
８…レジスト絶縁膜、
９…：再生素子（ＭＲ）、
１０…上部シールド、
１１…下部シールド、
１２…ヒータ（抵抗体）、
２１…ヒータの高さ、
２２…ヒータの幅、
２３…ヒータの厚さ、
２４…ヒータの中心と浮上面（ＡＢＳ）の距離、
３１…温度勾配緩和材、
３２…温度勾配緩和材の高さ、
３３…温度勾配緩和材の幅、
３４…温度勾配緩和材の厚さ、
３５…疑似ヒータ厚さ、
３６…温度勾配緩和材と浮上面の距離、
５０…磁気ディスク装置、
５１…ベース、
５２…回転軸、
５３…磁気ディスク、
５４…ピボット、
５５…アクチュエータ・アーム、
５６…サスペンション、
５７…ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）、
１００…スライダ、
１０１…フロント軸受面、
１０２，１０３…サイド軸受面、
１０４…リア軸受面、
１０５，１０６，１０７…レール、
１０８…負圧発生深溝。
Claims (6)
- スライダと、該スライダの素子形成面に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子とを有する磁気ヘッド・スライダにおいて、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介してその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置するように設けられたヒータと、該ヒータの近傍に設けられた前記絶縁材よりも熱伝導率が高い絶縁体の膜を有することを特徴とする磁気ヘッド・スライダ。
- 前記膜は前記ヒータの下部と上部のいずれか一方に設けられることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド・スライダ。
- 前記膜は前記ヒータの両面に設けられることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド・スライダ。
- 前記膜は前記絶縁材よりも熱膨張率が小さく、前記ヒータよりもヤング率が大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気ヘッド・スライダ。
- 前記ヒータの上下の少なくとも一方にタングステンあるいはチタンのバリア層を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気ヘッド・スライダ。
- 磁気ディスクと、
該磁気ディスクを回転軸に保持し回転させるスピンドル・モータと、
前記磁気ディスクに対し情報の記録再生を行う磁気ヘッド・スライダと、
該磁気ヘッド・スライダを支持するサスペンションと、
該サスペンションを前記磁気ディスクの半径方向に移動させる駆動装置と、
を有する磁気ディスク装置において、前記磁気ヘッド・スライダは、
スライダと、該スライダの素子形成面に再生素子と記録素子が積層された記録再生素子と、前記スライダと前記記録再生素子の間に絶縁材を介してその先端が前記記録再生素子の再生素子よりも後方に位置するように設けられたヒータと、該ヒータの近傍に設けられた前記絶縁材よりも熱伝導率が高い絶縁体の膜と、を有することを特徴とする磁気ディスク装置。
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