JP4377777B2 - 磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアッセンブリ、および磁気再生装置 - Google Patents

Description

本発明は垂直通電型の磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを搭載するヘッドサスペンションアッセンブリおよび磁気再生装置に関する。

近年、ハードディスク装置などの磁気記録装置のサイズは急速に小型化しており、記録密度も高密度化してきている。この傾向は今後さらに高まることが見込まれている。記録密度が高まるにつれ高感度なセンサが要求されており、これに応えるものとしてＣＰＰ−ＧＭＲ（current perpendicular to plane - GMR）素子が開発されている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いることにより、高密度かつ高出力の磁気ヘッドを形成することができる。

この種の磁気ヘッドは、ギャップ長を規定する一対のシールド層と、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子にセンス電流を通電する電流供給層（リード層）とを備える。普通、シールド層はリード層の外側に形成される。つまりＣＰＰ−ＧＭＲ素子を２つのリード層により上下から挟み込み、その状態をさらに２つのシールド層で挟む格好になる。記録密度をさらに高めるため、シールド層にリード層としての作用を併せ持たせるようにすることが考えられている（例えば、特許文献１を参照）。
ところで、リード層を媒体対向面より奥側でシールド層と接続することによりギャップ長を短くし、記録密度を高めることが考えられている（例えば、特許文献２を参照）。この構成においては、センス電流は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を通過するまでにシールド層を流れる。
特開２００２−３１４１６５号公報 特開２００２−２５０１６号公報

ところで、磁気ヘッドは、記録媒体から放射される磁束によって素子抵抗が変化することを利用して情報を読み取る。しかしながらセンス電流がシールド層を流れるとシールド層においても抵抗値が生じることになる。シールド層は弱いながらも磁気抵抗効果を持つので、このことが出力電流のＳ／Ｎ比（signal-to-noise ratio）を劣化させる。トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子においては素子抵抗が大きいために、シールド層による抵抗変化の影響はそれほど目立たない。これに対してＣＰＰ−ＧＭＲ素子の抵抗は非常に小さく、シールド層の抵抗変化の割合が大きいために、外乱磁界などにより簡単に出力にノイズ成分が重畳されてしまう。特許文献２の技術のように磁気シールドをリード膜と兼用する場合にはこのことは特に顕著になり、何らかの対策が要望されている。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、外乱磁界によるノイズ成分を低減した磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアッセンブリ、および磁気再生装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、複数の磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子（例えば磁気抵抗効果素子１）を備えこの磁気抵抗効果素子の膜厚方向にセンス電流を通電する磁気ヘッドにおいて、前記磁気抵抗効果素子の一方面に重ねて形成されこの一方面よりも面積の広い第１シールド層（例えば上部シールド２）と、この第１シールド層上に重ねて、前記膜厚方向から見て当該第１シールド層が前記磁気抵抗効果素子に重なり合う部分とそれ以外の部分とを含んで形成され、前記センス電流を前記磁気抵抗効果素子に印加するための非磁性の第１リード層（例えば上部リード４）と、前記磁気抵抗効果素子における前記一方面の逆側の他方面に重ねて形成されこの他方面よりも面積の広い第２シールド層（例えば下部シールド３）と、この第２シールド層下に重ねて、前記膜厚方向から見て当該第２シールド層が前記磁気抵抗効果素子に重なり合う部分とそれ以外の部分とを含んで形成され、前記センス電流を前記磁気抵抗効果素子に印加するための非磁性の第２リード層と（例えば下部リード５）と、前記第１シールド層と前記第１リード層との対向面のうち当該第１シールド層が前記磁気抵抗効果素子に重なり合う部分以外を絶縁する第１絶縁膜と、前記第２シールド層と前記第２リード層との対向面のうち当該第２シールド層が前記磁気抵抗効果素子に重なり合う部分以外を絶縁する第２絶縁膜とを具備することを特徴とする磁気ヘッドが提供される。

このような手段を講じることにより、第１リード層は、第１シールド層を介して磁気抵抗効果素子を真横から挟み込む格好となる。同様に第２リード層は、第２シールド層を介して磁気抵抗効果素子を真横から挟み込む格好となる。従ってセンス電流の流れる経路が最短化され、センス電流がシールド層を流れる領域を最小化することができる。従って、シールド層に外乱磁界などが作用したとしてもその磁気抵抗効果によるノイズを最小限にでき、これにより良好なＳ／Ｎを得ることが可能になる。

本発明によれば、外乱磁界によるノイズ成分を低減した磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアッセンブリ、および磁気再生装置を提供することができる。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係わる磁気ヘッドの第１の実施形態を示す断面図である。図２は、図１の磁気ヘッドを媒体対向面側から見た正面図である。図１および図２において、基板（図示せず）上に、下部リード５、下部シールド３、磁気抵抗効果素子１、上部シールド２、および、上部リード４がこの順に積層される。センス電流は上部リード４と下部リード５との間に通電される。すなわちセンス電流は磁気抵抗効果素子１の膜厚方向に流れ、従ってこの実施形態に係わる磁気ヘッドは垂直通電型である。

下部リード５、および上部リード４にはＣｕ、Ａｕ、Ｔａなどの金属導電体を主に用いることができる。第１の実施形態ではＡｕを用いる。下部シールド３、および上部シールド２にはＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂなどの軟磁性体を主に用いることができる。第１の実施形態ではＮｉＦｅを用いる。

磁気抵抗効果素子１は、例えば下地層、反強磁性層、磁化固着層、スペーサ層、磁化自由層、および、保護層をこの順に積層した構成を持つ。磁化自由層および磁化固着層にはＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏを主成分とする金属磁性体を主に用いることができる。反強磁性層にはＰｔＭｎやＩｒＭｎなどを用いることができる。下地層にはＮｉＦｅＣｒやＴａなどを用いることができる。保護層にはＴａ，Ｒｕなどを用いることができる。

スペーサ層はたとえばＣｕ、Ａｕなどの導電体、またはＣｕ／Ａｌ／Ｃｕ積層膜を酸化処理した膜を用いることができる。スペーサ層を導電層とすると、いわゆるＣＰＰ−ＧＭＲヘッドが形成される。スペーサ層を絶縁層とすると、トンネル効果を用いたいわゆるＴＭＲヘッドが形成される。

磁気抵抗効果素子１は磁気記録媒体のトラック幅に相当する幅で形成される。磁気抵抗効果素子１の両側には、例えばＣｏＰｔからなるバイアス膜（図示せず）が、例えばアルミナからなる絶縁膜（図示せず）を挟んで設置される。

上記構成において、電流供給用のリード（符号４，５）は磁気シールド（符号２，３）の外側に形成される。よって上下シールド間の距離を小さく保つことができ、従ってトラック長手方向の分解能を決定するギャップ長を小さくすることができる。すなわち磁気記録媒体のトラック長手方向の分解能を微細化し、記録密度を高めることが可能になる。

さらに上記構成においては、センス電流はそのほとんどがリード層（上部リード４および下部リード５）を流れることになる。すなわちセンス電流がシールド層（上部シールド２および下部シールド３）を流れる部分は、図１，２における磁気抵抗効果素子１の上下の部分のみに、限定される。これによりセンス電流にかかる全抵抗値のうち、シールド層によってもたらされる抵抗値の割合を小さくすることができる。

これにより、外乱磁界などが図１、図２の磁気ヘッドに作用し、上部シールド２、および下部シールド３に磁気抵抗効果が生じても、その抵抗変化率を低く抑えることができる。従ってシールド層の磁気抵抗効果に起因するノイズを低く抑え、出力のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になる。

図３は、比較のため示す磁気ヘッドの断面図である。図３の磁気ヘッドにおいては、上部リード４は、磁気抵抗効果素子１と上部シールド２とが重なり合う部分に達していない。同様に下部リード５は、磁気抵抗効果素子１と下部シールド３とが重なり合う部分に達していない。従ってセンス電流がシールド層のかなりの部分に流れることになり、センス電流にかかる全抵抗値のうちシールド層によってもたらされる抵抗値の割合が大きくなる。

このことから、外乱磁界などが図３の磁気ヘッドに作用して上部シールド２、および下部シールド３に磁気抵抗効果が生じると、その抵抗変化率が無視できない値になる。従ってシールド層の磁気抵抗効果に起因するノイズが大きくなるため、出力のＳ／Ｎ比の劣化を招く。

図４は、本発明により得られる効果を示すためのグラフである。このグラフは、磁気記録媒体からの再生出力のＳ／Ｎ比を、図１（図２）の磁気ヘッドと図３に示す磁気ヘッドとのそれぞれにつき同一条件下で測定した結果を、磁気ヘッドの抵抗値に対してプロットしたグラフである。各磁気ヘッドはそれぞれ２０本ずつ用意された。磁気記録媒体は、Ｈｃ＝４５００Ｏｅ、Ｍｒｔ＝０．３ｍｅｍｕ／ｃｍ２とした。磁気ヘッドの浮上量＝５ｎｍ、センス電流＝３ｍＡとし、Ｓ／Ｎ比を測定した。

図４によれば、既存の磁気ヘッドのＳ／Ｎ比は１５〜１７ｄＢであるのに対し、本発明に係わる磁気ヘッドのＳ／Ｎ比は１７〜２０ｄＢであることがわかる。このことから、本発明によれば磁気記録媒体からの再生出力のＳ／Ｎ比を向上させることが可能であることが、立証された。

［第２の実施形態］
図５は、本発明に係わる磁気ヘッドの第２の実施形態を示す断面図である。なお図５において図１と共通する部分には同一の符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。図５において、上部リード４と上部シールド２との間には絶縁膜６が積層される。絶縁膜６は上部リード４と上部シールド２とを、媒体対向面から磁気抵抗効果素子の１ハイト奥側付近までの部分においてのみ、導通させる。同様に、下部リード５と下部シールド３との間には絶縁膜７が積層される。絶縁膜７は下部リード５と下部シールド３とを、媒体対向面から磁気抵抗効果素子の１ハイト奥側付近までの部分においてのみ、導通させる。絶縁膜６，７にはＡｌＯｘやＳｉＯｘを用いることができ、第２の実施形態ではＡｌＯｘを用いる。

絶縁膜６，７を設けることにより、センス電流の流れる範囲はさらに限定される。すなわちセンス電流は、上部シールド２、下部シールド３が磁気抵抗効果素子１に重なり合う部分においてのみ流れる。従って第２の実施形態によれば、上部シールド２、下部シールド３の磁気抵抗効果による影響をさらに少なくでき、従って再生出力のＳ／Ｎ比をさらに向上させることが可能になる。

［第３の実施形態］
図６は、本発明に係わる磁気ヘッドの第３の実施形態を示す断面図である。図６においては上部リード４および下部リード５が、媒体対抗面よりもわずかに後退させて形成される。上部リード４および下部リード５にはＣｕを用いることが多いが、Ｃｕは耐食性に劣るため、媒体対抗面に露出させるとハイト加工時に腐食する虞がある。そこで図６に示すように上部リード４および下部リード５を媒体対抗面からリセスさせることにより、ハイト加工時の腐食を防止することができる。

［第４の実施形態］
図７は、本発明に係わる磁気ヘッドの第４の実施形態を示す断面図である。図７においては図６のリセス部分を媒体対向面からさらに後退させ、この後退部分にＴａなどの耐食性に優れる材料を形成するようにする。一般に、ＴａはＣｕなどよりも高い抵抗値を示すが、図７のように磁気ヘッドの先端部のみに用いる場合には、全体での抵抗上昇は極めて小さい。この構成によっても図６の構成と同様に、ハイト加工時のリードの腐食を防ぐことが可能である。

図８は、本発明により得られる効果を示すための第２のグラフである。図５〜図７のいずれの磁気ヘッドにおいても、シールド層の磁気抵抗効果に起因するノイズを低く抑えることができる。図８のグラフは、図４と同じ条件下で図５〜図７、および図３の磁気ヘッドをそれぞれ２０本ずつ用意し、各サンプルにつき磁気ヘッドの抵抗値に対する再生出力のＳ／Ｎ比をプロットしたグラフである。

図８によれば、図５〜図７の磁気ヘッドのＳ／Ｎ比はいずれも１９〜２１ｄＢであり、第１の実施形態の磁気ヘッドよりもさらに良好な結果を得られることが分かる。従って第２〜第４の実施形態のいずれによっても、磁気記録媒体からの再生出力のＳ／Ｎ比を向上させることが可能であることが立証された。

図９は、本発明の実施形態に係わる磁気ヘッドを搭載可能なハードディスク装置を示す外観斜視図である。本発明に係わる磁気ヘッドは、磁気記録媒体に磁気的に記録されるディジタルデータを読み取る磁気再生装置に搭載することが可能である。磁気記録媒体としては、ハードディスクドライブに内蔵されるプラッタが代表的である。さらに、本発明に係わる磁気ヘッドは、磁気記録媒体にディジタルデータを書き込む機能を併せ持つ磁気記録再生装置に搭載することも可能である。

図９のハードディスク装置１５０は、磁気ヘッドをロータリーアクチュエータを用いて移動させる。図９において、記録用のディスク媒体２００はスピンドル１５２に装着される。このディスク媒体２００は、駆動装置制御部（図示せず）からの制御信号に応答するモータ（図示せず）により、矢印Ａの方向に回転駆動される。なおディスク媒体２００を複数備えられても良く、この種の装置は複数プラッタ型と称される。

ヘッドスライダ１５３は薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられ、ディスク媒体２００に情報を記憶し、また、ディスク媒体２００に記録された情報を再生する。ヘッドスライダ１５３は、その先端付近に図１、または図５〜図７のいずれかの磁気ヘッドを搭載する。

ディスク媒体２００が回転することにより、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）はディスク媒体２００の表面から一定の高さだけ浮上する。なお本発明の磁気ヘッドは、スライダがディスク媒体２００と接触する、いわゆる接触走行型の装置にも適用可能である。

サスペンション１５４は、駆動コイル（図示せず）を保持するボビン部（図示せず）などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に、接続される。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられる。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた駆動コイル（図示せず）と、このコイルを挟み込むように対向して配置される永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。

アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられるボールベアリング（図示せず）によって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。

図１０は、図９のハードディスク装置における磁気ヘッドアッセンブリ１６０のアクチュエータアーム１５５から先端の部分を、媒体側から眺めた拡大斜視図である。図１０において、磁気ヘッドアッセンブリ１６０はアクチュエータアーム１５５を有する。アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続される。サスペンション１５４の先端にはヘッドスライダ１５３が取り付けられる。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有する。リード線１６４は、ヘッドスライダ１５３に組み込まれる磁気ヘッドの各電極に電気的に接続される。リード線１６４は電極パッド１６５にも接続される。

図９および図１０に示されるように、図１、または図５〜図７のいずれかの磁気ヘッドを用いてハードディスク装置を実施することにより、既存のハードディスク装置よりもノイズの少ない再生出力を得ることが可能となる。ひいては磁気記録密度をさらに向上させ、記録容量の更なる増大を促すことが可能になる。

以上述べたように本発明の実施形態によれば、上部リード４および下部リード５を、それぞれ上部シールド２および下部シールド３の外側に形成することにより、ギャップ長を縮小して磁気記録媒体の記録密度を向上させることが可能になる。さらに、上部リード４および下部リード５を媒体対向面にまで延伸して形成することにより、センス電流が上部シールド２および下部シールド３を流れる範囲を少なくすることができ、上部シールド２および下部シールド３の磁気抵抗効果によるノイズを低減することができる。さらに、絶縁膜６，７を積層することによりセンス電流の流れる範囲を更に縮小し、ノイズをさらに低減することができる。これらのことから、外乱磁界によるノイズ成分を低減した磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアッセンブリ、および磁気再生装置を提供することが可能になる。

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

本発明に係わる磁気ヘッドの第１の実施形態を示す断面図。 図１の磁気ヘッドを媒体対向面側から見た正面図。 比較のため示す磁気ヘッドの断面図。 本発明により得られる効果を示すためのグラフ。 本発明に係わる磁気ヘッドの第２の実施形態を示す断面図。 本発明に係わる磁気ヘッドの第３の実施形態を示す断面図。 本発明に係わる磁気ヘッドの第４の実施形態を示す断面図。 本発明により得られる効果を示すための第２のグラフ。 本発明の実施の形態に係わる磁気ヘッドを搭載可能なハードディスク装置を示す外観斜視図。 図９のハードディスク装置における磁気ヘッドアッセンブリ１６０のアクチュエータアーム１５５から先端の部分をディスク側から眺めた拡大斜視図。

符号の説明

１…磁気抵抗効果素子、２…上部シールド、３…下部シールド、４…上部リード、５…下部リード、６，７…絶縁膜、１５０…ハードディスク装置、１５２…スピンドル、１５３…ヘッドスライダ、１５４…サスペンション、１５５…アクチュエータアーム、１５６…ボイスコイルモータ、１５７…スピンドル、１６０…磁気ヘッドアッセンブリ、１６４…リード線、１６５…電極パッド、２００…ディスク媒体

Claims (7)

1. 複数の磁性膜を積層した磁気抵抗効果素子を備えこの磁気抵抗効果素子の膜厚方向にセンス電流を通電する磁気ヘッドにおいて、
   前記磁気抵抗効果素子の一方面に重ねて形成されこの一方面よりも面積の広い第１シールド層と、
   この第１シールド層上に重ねて、前記膜厚方向から見て当該第１シールド層が前記磁気抵抗効果素子に重なり合う部分とそれ以外の部分とを含んで形成され、前記センス電流を前記磁気抵抗効果素子に印加するための非磁性の第１リード層と、
   前記磁気抵抗効果素子における前記一方面の逆側の他方面に重ねて形成されこの他方面よりも面積の広い第２シールド層と、
   この第２シールド層下に重ねて、前記膜厚方向から見て当該第２シールド層が前記磁気抵抗効果素子に重なり合う部分とそれ以外の部分とを含んで形成され、前記センス電流を前記磁気抵抗効果素子に印加するための非磁性の第２リード層と、
   前記第１シールド層と前記第１リード層との対向面のうち当該第１シールド層が前記磁気抵抗効果素子に重なり合う部分以外を絶縁する第１絶縁膜と、
   前記第２シールド層と前記第２リード層との対向面のうち当該第２シールド層が前記磁気抵抗効果素子に重なり合う部分以外を絶縁する第２絶縁膜とを具備することを特徴とする磁気ヘッド。
2. 前記磁気抵抗効果素子はＣＰＰ−ＧＭＲ（current perpendicular to plane - GMR）素子であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
3. 前記第１リード層、前記第１シールド層、前記磁気抵抗効果素子、前記第２シールド層、および、前記第２リード層は同じ平面を共有してこの平面を介して磁気記録媒体に対向することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ヘッド。
4. 前記第１シールド層、前記磁気抵抗効果素子、および、前記第２シールド層は同じ平面を共有してこの平面を介して磁気記録媒体に対向し、
   前記第１リード層と前記第２リード層とは、前記平面よりも後退して前記磁気記録媒体に対向することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ヘッド。
5. 前記第１リード層と前記第２リード層とが前記平面よりも後退する部分に、前記第１リード層と前記第２リード層とは組成の異なる部材を形成することを特徴とする請求項４に記載の磁気ヘッド。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気ヘッドと、当該磁気ヘッドを磁気記録媒体の記録面に対向支持する支持機構とを具備することを特徴とするヘッドサスペンションアッセンブリ。
7. 請求項６に記載のヘッドサスペンションアッセンブリを具備し、磁気記録媒体に記録された磁気的情報を前記磁気ヘッドを用いて読み取ることを特徴とする磁気再生装置。

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