JP5093948B2

JP5093948B2 - 磁気ヘッド用基板及びその製造方法

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Publication number: JP5093948B2
Application number: JP2001275417A
Authority: JP
Inventors: 博行横手
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: JP2003089573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピューターの記録装置であるハードディスクドライブやテープドライブ等の高保持力媒体の記録再生に用いられる磁気ヘッド用基板として用いられる非磁性セラミックスとその製造方法及びそれを用いた磁気ヘッド用基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録の高密度化は急速に進んでおり、一般に記録再生用の磁気ヘッドとして磁性薄膜を利用した薄膜磁気ヘッドが使用されている。
【０００３】
かかる薄膜磁気ヘッドには、耐摩耗性、摺動面における表面平滑性及び機械加工性に優れることが要求されており、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスから成るセラミック基板上にアモルファスアルミナから成る絶縁膜をスパッタリング法により成膜し、表面に鏡面加工を施してＡＢＳ（エア・ベアリング・サーフェイス）面を形成した後、磁気抵抗効果を用いたＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｒｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）、或いはＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭＲ）素子を形成し、イオンミリング加工や反応性イオンエッチングによって溝加工を施したものが用いられている。
【０００４】
最近では、ハードディスクドライブ用のＭＲ、ＧＭＲ素子を備えた磁気ヘッドの場合、磁気ヘッドの浮上量（磁気ヘッドと記録媒体であるディスクとの隙間）が１マイクロインチ程度、即ちニアコンタクトに近くなってきており、摺動時に磁気ヘッドがディスクと接触して摩擦熱が発生しやすく、この摩擦熱によってＭＲ、ＧＭＲ素子に温度変化が生じ、磁気ヘッドの読み取り感度が低下するサーマルアスペリティ現象を生じるという問題点があった。
【０００５】
そこで、上述の問題を解決すべく、上記Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスから成るセラミック基板上にＭＲ、ＧＭＲ素子を形成する際のＧＡＰ膜（情報を読み取るＧＭＲ、ＭＲ素子と書き込みコイル間の絶縁やコイルの磁界を発生させるためのスペーシングをとるための膜）に、ＡｌＮやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の熱伝導率の高い材質を用いる手段や、磁気ヘッド用基板のアモルファスアルミナ膜の厚みを薄くして、その上面に備えるＭＲ、ＧＭＲ素子をＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスから成るセラミック基板に近づける手段、及びＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系基板にα−ＳｉＣを添加して熱伝導に優れた磁気ヘッド用基板を形成する手段等によってＭＲ、ＧＭＲ素子周辺の放熱性を向上させた磁気ヘッドが用いられている。
【０００６】
また、セラミック基板の表面にイオンミリング加工によって、０．１〜１μｍの溝及びＡＢＳ面を形成する際、精密加工が可能で、ディスクとの摩擦力が小さく優れた摺動特性を有する磁気ヘッド用基板を得るため、ＳｉＣを４０〜９５体積％、Ａｌ₂Ｏ₃を５〜６０体積％含有したＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ系セラミックスが提案されている（特開平７−２３７９６３号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスから成るセラミック基板では、ＧＭＲやＭＲ素子を形成する際にＡｌＮやＤＬＣ等の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上あるＧＡＰ膜を用いても、上記Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスは、例えばＴｉＣが２０〜３０体積％含有されている場合、基板自体の熱伝導率が１８〜２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と低いため、磁気ヘッド全体として十分な放熱性を得ることができないという欠点を有していた。
【０００８】
また、磁気ヘッド用基板のアモルファスアルミナ膜の厚みを薄くすると、膜の耐電圧が不十分になり、ＭＲ、ＧＭＲ素子とセラミック基板が通電してしまうという欠点を有していた。
【０００９】
さらに、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣにα−ＳｉＣを添加したセラミック基板を用いた場合、その表面にイオンミリング加工によって、０．１〜１μｍの溝及びＡＢＳ面を形成する際、α−ＳｉＣはＡｌ₂Ｏ₃やＴｉＣとのミリングレートの違いによって、チッピングが生じやすく良好な表面粗さを得ることができず、磁気ヘッドの浮上量が安定しないという欠点を有していた。
【００１０】
さらにまた、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣセラミックスは、ＳｉＣの含有量が４０〜９５体積％と多いため、強度、硬度は高いものとできるが、硬度が高すぎるため、快削性が劣り、磁気ヘッド用基板等を形成する際の切削加工がスムーズにいかず、歩留が低下するという欠点を有していた。
【００１１】
本発明は上述の欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は磁気ヘッドの素子部の放熱性を向上させ、安定した浮上高さを保持できる磁気ヘッド用基板を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気ヘッド用基板は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分として、ＳｉＣを３０〜４６重量％含有するとともに、結晶相としてＡｌ _２Ｏ _３、ＳｉＣ及び３Ａｌ _２Ｏ _３・２ＳｉＯ _２（ムライト相）を有する非磁性セラミックスからなり、Ｘ線回折における前記ＳｉＣのピーク強度の最大値に対する前記３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２のピーク強度の最大値の比が０．０４以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の磁気ヘッド用基板の製造方法は、Ａｌ_２Ｏ_３を５４〜７０重量％、及び平均粒径が１μｍ以下の炭化珪素を３０〜４６重量％含有してなる混合粉末を、所定形状に成形した後、得られた成形体を、非酸化雰囲気で、２０℃／分以下の昇温速度にてホットプレスして非磁性セラミックスを作製する工程を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の磁気ヘッド用基板によれば、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分として、ＳｉＣを３０〜４６重量％含有するとともに、結晶相としてＡｌ _２Ｏ _３、ＳｉＣ及び３Ａｌ _２Ｏ _３・２ＳｉＯ _２（ムライト相）を有する非磁性セラミックスからなり、Ｘ線回折におけるＳｉＣのピーク強度の最大値に対する３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２のピーク強度の最大値の比が０．０４以下であることから、熱伝導率が高く充分な放熱性を得ることができるとともに、磁気ヘッド用基板のＡＢＳ面を形成時のイオンミリング加工において、加工面を表面粗さの優れたものとできるため、安定した浮上高さを保持でき、読み取り感度の優れたものとすることができる。
【００１５】
また、本発明の非磁性セラミックスの製造方法によれば、Ａｌ₂Ｏ₃を５４〜７０重量％、平均粒径が１μｍ以下の炭化珪素を３０〜４６重量％含有し、得られた成形体を、非酸化雰囲気で、２０℃／分以下の昇温速度にてホットプレスすることから、Ａｌ₂Ｏ₃とＳｉＣ粉末表面のＳｉＯ₂が反応することによって生成するムライト相の生成を抑制して、緻密で高強度な非磁性セラミックスを得ることができ、イオンミリング加工後の面粗さを優れたものとして、磁気ヘッドの読み取り感度を優れたものとすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明の磁気ヘッド用基板となる非磁性セラミックスは、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、ＳｉＣを３０〜４６重量％含有するものであり、特に磁気ヘッド用基板として好適に用いられ、熱伝導の非常に優れたものである。
【００１８】
上記非磁性セラミックス中のＳｉＣは、６０〜１００Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率を有するものであり、非磁性セラミックスの熱伝導を向上させるとともに高剛性を付与する作用を成し、非磁性セラミックス中に３０〜４６重量％含有している。ＳｉＣの含有量が３０重量％未満となると、熱伝導率が低下し、磁気ヘッドの素子部の放熱性が低下するため、安定した浮上高さを保持することが困難となる。一方、４６重量％を越えると、ＳｉＣは硬度が高いため、切断等の加工時の抵抗が大きくなるとともに、チッピングサイズが大きくなり、磁気ヘッドからパーティクル（粉塵）が発生して磁気ヘッドのクラッシュや記録の読み取り不良を生じる恐れがある。従って、上記ＳｉＣの含有量は３０〜４６重量％に特定され、特に、３０〜３８重量％とすることがより好ましく、加工性をさらに高め、快削性を有する非磁性セラミックスとすることができる。
【００１９】
一般に、上記ＳｉＣはその粉末表面が酸化することによって、ＳｉＯ₂を有しており、このＳｉＯ₂はＡｌ₂Ｏ₃と反応して、ムライト相（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）を生成するが、該ムライト相はＡｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ焼結体からなる非磁性セラミックスにおいて、粒界相として存在し、熱伝導率を低下させるばかりでなく、磁気ヘッドスライダーとして、ＡＢＳ面をイオンミリング加工等を施す場合に、その他の成分とのミリングレートの差によって表面粗さを悪くする要因となる。
【００２０】
そこで、本発明の磁気ヘッド用基板となる非磁性セラミックスは、Ｘ線回折におけるＳｉＣのピーク強度の最大値に対する３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２（ムライト相）のピーク強度の最大値の比が０．０４以下とするものであり、非磁性セラミックスの粒界に存在するムライト相を減少させることによって、熱伝導率を高いものとし、磁気ヘッドにおけるＭＲ、ＧＭＲ素子部の放熱性を高め、浮上量の安定した読み取り感度の高い磁気ヘッドを得ることができる。また、イオンミリング加工における各結晶のミリングレートを高め、優れた表面粗さを有する磁気ヘッドを得ることができる。
【００２１】
なお、上記本発明の磁気ヘッド用基板となる非磁性セラミックスは、ＭＲ素子及びＧＭＲ素子の読みとり感度をよくするために、磁気ヘッドスライダー本体の材料が非磁性とする必要があり、磁気ヘッドスライダーにおいては飽和磁束密度を５μＴ（マイクロテスラ）以下とすることが必要である。
【００２２】
なお、上記非磁性セラミックスには、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂（ムライト）の他、不純物としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の磁性金属成分を総量で０．１重量％以下含有していても良い。
【００２３】
ここで、本発明の磁気ヘッド用基板の製造方法を説明する。
【００２４】
先ず、所定の配合組成となるように、例えば原料の平均粒径が１μｍ以下のＳｉＣとＡｌ₂Ｏ₃の比率を重量％比で３６：６４となるような原料調合を行い、これらの混合物をボールミル等の粉砕混合装置を用いて粉砕混合し、スプレードライヤー等によって噴霧乾燥して均一な形状の粉体を得る。
【００２５】
なお、上記ＳｉＣの平均粒径を１μｍ以下とすることによって、スライシング時の加工によりチッピングが生じるのを防止することができる。
【００２６】
次いで、得られた粉体を粉末プレス機で所定の形状に成形し、該成形体をホットプレスカーボン型に充填した後、Ａｒガスの非酸化雰囲気中、圧力３００ｋｇ／ｃｍ²以上、昇温速度を２０℃／分以下とし、焼成温度１８００〜１９００℃、焼成時間１時間以上の条件でホットプレスを施すことによって製作できる。
【００２７】
また、上述で得られた非磁性セラミックスにポリッシングによって表面を平滑に加工し、その表面上にアモルファスアルミナ等の絶縁膜をスパッタリング法を用いて形成することによって磁気ヘッド用基板が製作される。
【００２８】
さらに、この磁気ヘッド用基板を用いて磁気ヘッドを形成するには、フォトリソグラフィ技術を用いて基板上にＭＲ、ＧＭＲ素子等の読み取り素子やコイル膜等からなる書き込み素子を形成するウェハ工程を経た後、スライシング加工により所定の形状に切断するとともに、記録媒体との対向面に鏡面加工を施してＡＢＳ面を形成した後、イオンミリングやＲＩＥ加工技術を用いてレール溝加工を施すスライダー工程を経て製作される。
【００２９】
上述の製造方法によって得られた非磁性セラミックスは、磁気ヘッド用基板及び磁気ヘッドとして好適に用いられ、磁気ヘッドの通電時に発生する書き込みコイルからの発熱、及び素子近傍の発熱が基板に伝わった後、効率よく磁気ヘッドのＡＢＳ面から放熱され、磁気ヘッドの読み取り感度を優れたものとすることができる。
【００３０】
特に、上述の製造方法におけるホットプレスの雰囲気を非酸化雰囲気とし、昇温速度を２０℃／分以下とすることが重要であり、昇温速度を遅くすることによって、Ａｌ₂Ｏ₃とＳｉＣ粉末表面のＳｉＯ₂との反応によって生成するムライト相の生成を抑制し、熱伝導率が高く、磁気ヘッドにおけるＭＲ、ＧＭＲ素子部の放熱性を高め、浮上量の安定した読み取り感度の高い磁気ヘッドを得ることができるとともに、イオンミリング加工における各結晶のミリングレートを高め、優れた表面粗さを有する磁気ヘッドを得ることができる。
【００３１】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更は可能である。
【００３２】
【実施例】
次いで、本発明の実施例を説明する。
【００３３】
（実施例１）
出発原料としてＡｌ₂Ｏ₃粉末（純度９９．９％以上、平均結晶粒子径０．３μｍ）、ＳｉＣ粉末（純度９９．５％以上、平均結晶粒子径０．２μｍ）を表１に示す如く割合にて添加混合し、これら混合粉末をボールミルにより３０時間の湿式粉砕混合を行い、噴霧乾燥の後、得られた混合粉末を予備成形し、該成形体をホットプレス黒鉛型内に充填し、昇温速度２０℃／分にて昇温し、１８５０℃、３５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１時間のホットプレスを行い、φ６０ｍｍ×３．５ｍｍ厚みのセラミックスを得た。
【００３４】
得られたセラミックスからＪＩＳＣ２１４１に基づいた試料を切り出し、熱伝導率、ヤング率を測定した。
【００３５】
また、セラミックスの表面に鏡面加工を施した５０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ厚みの試料を直径９６ｍｍ、刃幅０．０９５ｍｍのレジンダイヤモンド砥石を用い、１０，０００ｒｐｍの回転数と５０ｍｍ／分の送り速度により、１０本の切断加工を実施し、各試料の最大チッピングサイズを測定して平均値を算出した。
【００３６】
なお、チッピングサイズの評価として、磁気ヘッドスライダーを作製する場合、品質に影響を及ぼさない５μｍ未満の場合を◎、同じく品質に影響を及ぼさない５〜１０μｍ未満の場合を○、スライダーとして満足できない１０〜２０μｍ以下である場合を△、著しく品質に影響を及ぼす２０μｍを越える場合は×として評価を実施した。
【００３７】
また、アルゴンイオンビームにて加工した後の基板の表面粗さを測定するため、表面粗さ（Ｒａ）が１．０ｎｍになるまで研磨された鏡面に対して、約５００Ｐａの圧力で保持した雰囲気中で、５００Ｖ、１３０ｍＡのアルゴンイオンビームにより０．５μｍの深さまで表面加工を行い、処理後の表面粗さ（Ｒａ）をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて測定した。
【００３８】
それぞれの結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１から明らかなように、ＳｉＣの含有量が３０〜４６重量％の試料（Ｎｏ．４〜１０）は、熱伝導率が３５〜３９Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率が４１５〜４２５ＧＰａ、チッピングサイズが非常に小さく加工性に優れ、表面粗さを４．８ｎｍ以下と小さくすることができることが判った。
【００４１】
特に、ＳｉＣの含有量が３０〜３８重量％の試料（Ｎｏ．６〜１０）は、チッピングサイズが非常に小さく、表面粗さを３．８〜４ｎｍと加工性に優れることが判った。
【００４２】
これに対し、ＳｉＣの含有量が４６重量％を超える試料（Ｎｏ．１〜３）は、チッピングサイズが大きくなり磁気ヘッドからパーティクル（粉塵）が発生する。
また、ＳｉＣの含有量が３０重量％未満の試料（Ｎｏ．１１、１２）は、熱伝導率が小さいため、放熱性が悪く、表面粗さも６〜７．２ｎｍと非常に大きいことが判った。
【００４３】
（実施例２）
次いで、実施例１と同様なＡｌ₂Ｏ₃粉末（純度９９．９％以上、平均結晶粒子径０．３μｍ）、ＳｉＣ粉末（純度９９．５％以上、平均結晶粒子径０．２μｍ）を６４：３６の重量比で添加混合し、これら混合粉末をボールミルにより３０時間の湿式粉砕混合を行い、噴霧乾燥の後、得られた混合粉末を予備成形し、該成形体をホットプレス黒鉛型内に充填し、表２に示す如く昇温速度にて、１８５０℃、３５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で１時間のホットプレスを行い、φ６０ｍｍ×３．５ｍｍ厚みのセラミックスを得た。
【００４４】
そして、実施例１と同様な測定に加え、鏡面加工部をＸ線回折によりＳｉＣと３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂（ムライト）のそれぞれのピーク強度の最大値の比を測定した。
【００４５】
その結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】

【００４７】
表２より明らかなように、昇温速度が２０℃以下の試料（Ｎｏ．１３〜１５、１８〜２０）は、Ｘ線回折におけるピーク強度の最大値の比が０．０３８以下と、ムライト相の析出が少ないため、熱伝導率が３２〜３７Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率が４１５〜４２５ＧＰａと優れ、チッピング評価、表面粗さも４ｎｍ以下と非常に加工性が優れることが判った。
【００４８】
これに対し、昇温速度が２０℃を超える試料（Ｎｏ．１６，１７，２１，２２）は、Ｘ線回折におけるピーク強度の比が０．０４５〜０．０６と大きく、ムライト相が増加する傾向にある。そのため、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、ヤング率が４１０ＧＰａ以下と小さく、チッピング評価及び表面粗さが８．５〜９．８ｎｍと非常に低下することが判った。
【００４９】
ここで、Ａｌ₂Ｏ₃粉末（純度９９．９％以上、平均結晶粒子径０．３μｍ）、ＳｉＣ粉末（純度９９．５％以上、平均結晶粒子径０．２μｍ）を６４：３６の重量比で添加混合し、昇温速度１８℃／分でホットプレスによって得た試料（Ｎｏ．１４）をＸ線回折した結果を図１に示す。
【００５０】
図１より明らかなように、ムライトのピーク強度の最大値は（２θ＝約２６．４°）１８２、ＳｉＣのピーク強度の最大値は（２θ＝約３５．８°）５３４０であり、このＳｉＣのピーク強度の最大値である５３４０に対するムライトのピーク強度の最大値は１８２の比は、０．０３４と０．０４以下の小さなものとなっていることが判る。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の磁気ヘッド用基板によれば、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分として、ＳｉＣを３０〜４６重量％含有するとともに、結晶相としてＡｌ _２Ｏ _３、ＳｉＣ及び３Ａｌ _２Ｏ _３・２ＳｉＯ _２（ムライト相）を有する非磁性セラミックスからなり、Ｘ線回折におけるＳｉＣのピーク強度の最大値に対する３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２のピーク強度の最大値の比が０．０４以下であることから、熱伝導率が高く充分な放熱性を得ることができるとともに、磁気ヘッド用基板のＡＢＳ面を形成時のイオンミリング加工において、加工面を表面粗さの優れたものとして安定した浮上高さを保持できる読み取り感度の優れたものとすることができる。
【００５２】
また、本発明の磁気ヘッド用基板の製造方法によれば、Ａｌ_２Ｏ_３を５４〜７０重量％、平均粒径が１μｍ以下の炭化珪素を３０〜４６重量％含有し、得られた成形体を、非酸化雰囲気で、２０℃／分以下の昇温速度にてホットプレスすることから、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＣ粉末表面のＳｉＯ_２が反応することによって生成するムライト相の生成を抑制して、緻密で高強度な非磁性セラミックスを得ることができ、イオンミリング加工後の面粗さを優れたものとして、磁気ヘッドの読み取り感度を優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線回折の結果を示すグラフである。

Claims

Ａｌ_２Ｏ_３を主成分として、ＳｉＣを３０〜４６重量％含有するとともに、結晶相としてＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ及び３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２（ムライト相）を有する非磁性セラミックスからなり、Ｘ線回折における前記ＳｉＣのピーク強度の最大値に対する前記３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２のピーク強度の最大値の比が０．０４以下であることを特徴とする磁気ヘッド用基板。
請求項１に記載の磁気ヘッド用基板の製造方法であって、Ａｌ_２Ｏ_３を５４〜７０重量％、及び平均粒径が１μｍ以下のＳｉＣを３０〜４６重量％含有してなる混合粉末を、所定形状に成形した後、得られた成形体を、非酸化雰囲気で、２０℃／分以下の昇温速度にてホットプレスして前記非磁性セラミックスを作製する工程を具備することを特徴とする磁気ヘッド用基板の製造方法。