JPH10269526A - 磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造プロセスが容易で磁束効率が高く且つ高
トラック密度・高線記録密度にも対応できる薄い膜厚を
トラック幅として超狭トラックの記録再生を行える複合
型薄膜磁気ヘッドを提供する。 【解決手段】 直径５０μｍ以下の膜厚をトラック幅と
するトラックコア１ａ，１ｂをギャップ間５０μｍ以下
に隣接させ、記録／再生用のコアとして磁気抵抗素子を
有する記録再生複合型の磁気ヘッドを構築する。集束イ
オンビームによって、トラック幅に対しアジマス角のな
い幅０．５μｍ以下に加工したギャップ内に、高埋込み
性を有す塗布型の膜形成材料を流入硬化させる。記録再
生素子部のトラックコア１ａ，１ｂやバックコア４ａ，
４ｂを同一材料から形成し、再生素子部の電極及び引出
し導体６と記録素子部のピラーコイル７ｂと上層コイル
７ｃを同一導電材料から構成し、この同一材料の記録再
生素子部の構成要素の全て又は一部はヘッド基板８から
同じ高さに積層形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク装置
または磁気テープ装置等に広く用いられる磁気ヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の磁気ディスク装置等の技術におい
ては、その小型化および大容量化に伴い、情報記録の高
密度化が進行され、記録媒体のトラック密度の観点から
は、トラック幅は１μｍ以下に迫りつつある。よって、
トラック幅が狭くなった結果その記録媒体からの磁気信
号の弱少化に伴なって更に高感度な再生ヘッドが求めら
れる。また、線記録密度の観点からは、記録周波数の増
加に伴なって低インピーダンスの記録ヘッドが求められ
る。従来の薄膜ヘッドの一例としては、図５に示すよう
な膜厚３ａをトラック幅とする再生用薄膜ヘッドがあ
る。このヘッドは再生感度を上げるため磁気抵抗素子を
有し、ギャップ２ａはフォトリソ技術によって、トラッ
ク幅に対しアジマス角のないギャップを有するように膜
面に垂直な３．３μｍ幅に形成されている。

【０００３】また図６には、同じく膜厚３をトラック幅
とする従来の電磁誘導型の薄膜ヘッドが示されている。
このヘッドは、数１００μｍオーダー（720 ×800 ）の
ヨークコア４にコイルが複数ターン（８巻き）巻回され
て成る構造を成し、ギャップ２は、ヨークコア４の左右
いずれか一方を形成し、このギャップの部位を図示の如
く斜めに切断した後、所定のギャップ材を０．２μｍ成
膜して残りのヨークコアを形成する故に、トラック幅に
対しアジマス角のある構造になる。

【０００４】一方、図７（ａ）にはトラック幅に対しア
ジマス角のない膜厚３をトラック幅とする従来の電磁誘
導型薄膜ヘッドを例示している。図示のように、ギャッ
プ２は集束イオンビームで膜面に対し垂直に加工されア
ジマス角はない構造ではあるが、拡大図（ｂ）から明ら
かなように当該ギャップ２内には何も充填されていな
い。

【０００５】また、図８（ａ）に示すような従来の記録
再生複合型薄膜ヘッドもある。このヘッドの記録用のト
ラック幅は、膜厚が２μｍ以上の磁性膜をエッチング加
工することにより形成される上部磁性コア１１の先端の
幅３ｃで決まる。従って、トラック幅が２μｍ以下にな
ると、アスペクト比（縦横比）が１以下となり、精度の
良い加工ができなくなる。ヘッド基板８に数１００個並
ぶ薄膜素子の１個１個に対し、集束イオンビームを用い
トラック幅に加工（エッチング）することも提案されて
いるが、工数の点で量産には適していない。そして、こ
の記録再生複合型薄膜ヘッドには約１５〜２０層におよ
ぶ多くの層数が形成され、磁気抵抗素子部に係わる工程
を除いても約４４工程の薄膜形成プロセスを要してい
た。また断面図（ｂ）のような薄膜ヘッドは、次のよう
な多くの形成プロセスによって製造されていた。すなわ
ち、ヘッド基板８に対し、 第１磁気シールドコア１
０、 第１ギャップ１２、 磁気抵抗素子５、
電極を含む引出し導体６を形成し、また、 第２ギャ
ップ１３および、 第２磁気シールドコア１４の再生
素子部を形成した後、更に、 記録用ギャップ２ｂ、
そして 導体コイル７ｂおよび、 上部磁性コア１
１を順次形成する。またこれらの各層は、上記工程
の第１ギャップ１２を除いて全てフォトリソ工程等を用
いた薄膜加工が必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような膜厚をトラック幅とする従来の薄膜ヘッドでは、
再生専用で記録できないか、記録と再生ができたとして
も電磁誘導型で高感度な再生は得られないという更なる
問題もあった。また、従来の薄膜ヘッドのコアサイズは
１００μｍ以上の大きなものであり、磁路が長いことに
起因する記録／再生のための磁束効率が低いという問題
もあった。さらに、膜厚をトラック幅とする従来の磁気
ヘッドは、トラック幅に対しアジマス角のあるギャップ
部を有する故に、その応用分野がビデオレコーダ等に限
定されるか、トラック幅に平行なアジマス角のないギャ
ップでもギャップ長が長いので線記録密度の観点では実
用的でないのみならず、ギャップ内に何も充填されてい
ないので、記録媒体との接触に伴う力学的な信頼性や、
ヘッド端面側の加工強度等の信頼性に欠けるという問題
もあった。

【０００７】なお、従来の磁気抵抗素子を用いた記録再
生複合型の薄膜ヘッドは、そのヘッド基板に再生素子部
を形成した後に記録素子部を形成するという製造プロセ
スで作られるので、電磁誘導型の薄膜ヘッドの少なくと
も２倍以上の工数の薄膜プロセスを必要としていたの
で、時間的、コスト的にも経済性に欠けていた。

【０００８】そこで本発明の目的は、製造プロセスが容
易で、磁束効率が高く且つ高トラック密度・高線記録密
度にも対応できる薄い膜厚をトラック幅として、極めて
狭いトラックの記録再生を行える複合型の薄膜磁気ヘッ
ドを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の種々の問
題点に鑑みて成されたものであり、これら不具合を解消
し上記目的を達成するため次のような手段を講じてい
る。すなわち、 ［１］ 膜厚をトラック幅とする磁気ヘッドにおいて、
記録用および再生用のそれぞれのヘッド部を成す素子を
同一基板上に備える複合型の構造を有するように磁気ヘ
ッドを構成する。 ［２］ この磁気ヘッドを構成する磁気コアを外径５０
μｍ以下の円筒状にして積層構造の一部とする。 ［３］ この磁気ヘッドに形成されるギャップ部を、塗
布型のスピンオングラスを充填する。 ［４］ 所定の基板上に複数の薄膜が積層され、所定の
膜厚をトラック幅とする記録再生複合型ヘッドとし、積
層を形成する所定の層から構成される記録素子および再
生素子のそれぞれの磁気コアやコイルの全て又はこの一
部を、同一の層または、当該基板から積層方向において
同じ高さに形成する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の磁気ヘッドに係わる複数の実施形態を説明する。 （第１実施形態）図１（ａ）〜（ｃ）には本発明の第１
実施形態としての磁気ヘッドが例示されている。まず斜
視図（ａ）によれば、この磁気ヘッドにおいては、ヘッ
ド基板８上の左右に再生素子１００と記録素子２００が
並設されている。また各々の素子には次のような磁性コ
ア部材が設けられている。例えば、ギャップ２ａ，２ｂ
を有する膜厚１μｍ以下のトラック幅に等しい厚さのト
ラックコア１ａ，１ｂと、磁束の伝達効率（パーミアン
ス）を向上させるためのバックコア４ａ，４ｂとが設け
られている。これらのギャップ２ａ，２ｂは集束イオン
ビームでトラックコア１ａ，１ｂに対してそれぞれ０．
５μｍ以下の隙間幅で垂直方向に加工されており、当該
ギャップにはスピンオングラスが充填されている。特に
再生素子１００は、磁気抵抗素子（ＡＭＲ又はＧＭＲ）
５を有している。

【００１１】一方、記録素子２００の記録用導体コイル
は、下層コイル７ａ、柱状コイル（ピラーコイル）７ｂ
および上層コイル７ｃから成る「１ターン」即ち、一巻
きで構成されている。

【００１２】また、正面図（ｂ）によれば、複数の薄膜
が基板８の上に積層された構成を有する薄膜ヘッドであ
ることをが解る。詳しくは、ヘッド基板８上に形成され
た再生素子１００および記録素子２００の各部すなわ
ち、トラックコア１ａと１ｂ、ギャップ２ａと２ｂ、バ
ックコア４ａと４ｂ、電極９と柱状コイル７ｂの一部、
および引出し導体６と上層コイル７ｃは、それぞれ同じ
高さの同一層に形成されている。

【００１３】さらに、平面図（ｃ）が示すこの磁気ヘッ
ドのコアの各部の寸法によれば、摺動面に設けられたギ
ャップ２ａ，２ｂを始めとする各部は微細に形成されて
いる。例えばトラックコア１ａ，１ｂの略円形状の外径
は容易に直径５０μｍ以下にも形成でき、同様に両コア
のギャップ間距離は５０μｍ以下より遥かに接近した約
２１μｍに設定できる。さらに、この磁気ヘッドは超め
て狭いトラック幅にも対応できる薄膜構造のヘッドであ
ることが解る。

【００１４】（第２実施形態）また図２には、第２実施
形態の磁気ヘッドとして、垂直磁気媒体の記録に適した
単磁極タイプの記録素子部を例示する。斜視図（ａ）に
示される如く、この記録素子部を構成するトラックコア
１ｂ以外の構成体は、図１に例示した記録素子２００の
構成体と全て同等であるのでその説明は省略する。

【００１５】ただし、トラックコア１ｂの形状を示す平
面図（ｂ）によれば、このトラックコア１ｂは垂直方向
に強い磁界を発生させるため、図１に示した記録素子部
のトラックコア１ｂの摺動面側の一端部を図示のように
僅かに変形した形状を有していることを特徴とする。よ
って、この記録素子部は単磁極タイプであり、垂直磁気
媒体への記録に最適となる。

【００１６】（第３実施形態）次に、図３には単一のギ
ャップ部によって記録と再生の両機能が可能な磁気抵抗
素子５を用いた複合型の磁気ヘッドの構造を例示する。
なお、図示のトラックコア１およびバックコア４は、図
７、図８で示した従来の記録素子のトラックコア１ｂと
バックコア３ｂにそれぞれ等価であるのでその説明は省
略する。その他の構成要素も実質的に同等である。この
複合型ヘッドにおける記録機能は、これらトラックコア
１とバックコア４を中心近傍で串刺し状に貫く「１ター
ン」のコイル（即ち、上層コイル７ｃ，ピラーコイル７
ｂ，下層コイル７ａ）によって得られる。一方の再生機
能は、引出し導体６の下層に設けられた磁気抵抗素子５
によって高感度に行われる。このように、磁気抵抗素子
５を用いて記録用と再生用を複合化することで、１つの
ヘッドで録再機能を小さな構造体で提供することができ
る。

【００１７】以上のように、磁気ヘッドの構造に関する
複数の実施形態を提案したが、ここで、磁気ヘッドの特
性とその形状的特徴との関係について数量的に分析した
結果を示す。

【００１８】図４（ａ）のグラフには、コアサイズを小
さくしていった場合のギャップから０．１μｍの距離で
の記録磁界強度Ｈの３次元有限要素法で求めた数値結果
を示している。なお、この数値計算に用いたコア形状は
図４（ｂ）に示すように、既に述べた図１の記録素子部
のトラックコアに対して相似形に変えて単純化してい
る。但し、トラックコアのギャップ長ＧＬ、ギャップデ
プスＧＤおよびバックコアの摺動面からの距離はそれぞ
れ一定であると仮定し、また、コア材料は、飽和磁束密
度Ｂｓが１．２５Ｔ、異方性磁界ＨＫが８Ｏe として、
コイルには１００ｍＡの電流を印加した場合を想定す
る。

【００１９】本グラフに示す如く、外径Ｒo が従来のヘ
ッドと同じ１００μｍ以上のコアは、１８００Ｏe 程度
の記録磁界強度Ｈを発生するが、コアの外径Ｒo を小さ
くしていくと記録磁界Ｈは増加傾向を示し、外径Ｒo が
２５μｍ以下では磁界強度３０００Ｏe を超える記録磁
界強度Ｈが発生する。この結果と相反定理から明らとな
ることは、例えば外径Ｒo が２５μｍ以下の大きさのコ
アは従来の１００μｍ以上の大きなコアに対しも、およ
そ６０％以上高い記録／再生効率を有するものであると
言える。

【００２０】また、超ＬＳＩ用層間平坦化膜である塗布
型のＳｉＯ₂ 膜形成材料（スピンオングラス）は、その
硬化過程において優れた流動性を示すため、深さ１μ
ｍ、幅０．０５μｍの溝に対しても埋め込みが可能であ
り確実かつ容易である。

【００２１】本発明の磁気ヘッドの膜厚は１μｍ以下と
いうオーダーの薄膜であるので、この様ないわゆる「高
埋込性」を有するスピンオングラスは、幅０．５μｍ〜
０．０５μｍまでのギャップ内に埋め込むことは容易で
ありその形成も簡単に行える。そこでこの形成手順を次
に説明する。すなわち、ギャップ部の実際の形成工程と
しては、まず、 膜厚０．５μｍのトラックコアを形
成した後、帯電防止用のＡｕを蒸着し、 トラックコ
アに集束イオンビームで０．２μｍ幅のギャップ加工す
る。そして、 スピンオングラスを塗布後に硬化さ
せ、 反応性イオンエッチングで余分なスピンオング
ラスを除去し、 イオンミリングでＡｕを除去する。
このように数工程によって、膜形成材料としての例えば
スピンオングラスを充填した所望のギャップ部を簡単に
形成することができる。

【００２２】よって、従来の記録再生複合型薄膜ヘッド
（図８）が有す約１５〜２０層におよぶ多くの層数の形
成のために、約４４工程（但し磁気抵抗素子部関連の工
程を除く）の薄膜形成プロセスを要したことに比較し
て、本発明の薄膜磁気ヘッドは図８と同様の記録再生複
合型のヘッドではあるが、その形成する薄膜層数は図１
に示す如く僅かに７層と極めて少なくてよい構造であ
る。そして、一層当たりの成膜法としては次のような工
程により簡便に行われる。すなわち、 磁性材料また
は導電材料の成膜、 フォトリソおよびエッチング工
程による薄膜加工、 絶縁膜の成膜、 平坦化。従
って、このような４工程 〜 を各層毎にそれぞれ
実施したとしても、本発明によれば３２工程（但し磁気
抵抗素子部を除く）の薄膜形成プロセスによって製造で
きるので、結果的には従来技術に比較しても約３０％に
近い形成プロセスの工数削減が実現する。

【００２３】（作用） このように本発明によれば次の
ような作用を奏する。すなわち、 （１） コアサイズを小さく設定したことにより、磁気
抵抗の減少により多くの磁束がコアを流れることができ
ると共に、ギャップ部以外で発生するいわゆる「漏れ磁
束」が減少するので、記録／再生効率が向上する。 （２） 記録再生機能を併せもつ記録再生複合型ヘッド
として一体化することにより、高感度な磁気抵抗素子を
用いることができる。また、記録専用／再生専用の各々
のコアは独立に設計できるので、例えば垂直磁気媒体に
も適した単磁極ヘッドによる記録機能と、リングヘッド
による再生機能が発揮できる。 （３） ギャップ内には硬化したスピンオングラスが充
填されてあるので、ヘッドの摺動面側の加工強度や記録
媒体との接触に対する強度および耐久性などが向上す
る。 （４） 記録素子部と薄膜素子部の一部を製造工程とし
て同時に形成できるので、ヘッドの薄膜プロセス全体の
工数が大幅に削減する。

【００２４】（変形実施例）以上、複数の実施形態に基
づいて説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定され
るものではない。例えば、ヘッドの材質、形状、寸法お
よびこの他の変形が所望により適宜可能であり、その他
にも本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施も
可能である。

【００２５】

【発明の効果】したがって本発明によれば次のような効
果が得られる。すなわち、 （効果１）１μｍ以下の極めて狭いトラック幅の磁性薄
膜の膜厚をトラック幅とする薄膜磁気ヘッドが容易に実
施でき、よって、高感度でトラック幅に対しアジマス角
のないギャップを有する高分解能の再生機能と高周波特
性に優れた記録機能の提供が可能となる。 （効果２）記録再生複合型ヘッドの製造工程数のかなり
の削減が実現でき、コスト削減にも寄与する。 （効果３）そのほかにも例えば、ノイズを拾い易い磁気
コアの寸法を従来の約１／１０に設定し、円筒形に近い
形状に設定し、所望により磁気シールドを設けたことに
よって更なる感度の向上も得られ、小型で且つ高感度な
ヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の磁気ヘッドの第１実施形態を
示し、（ａ）は、この薄膜ヘッドの概要を示す斜視図、
（ｂ）は、このヘッドの摺動面側から見た正面図、
（ｃ）は、このヘッドのコアの寸法を示す平面図。

【図２】 図２（ａ），（ｂ）は本発明の第２実施形態
の垂直磁気記録用の単磁極ヘッドを示し、（ａ）は、こ
のヘッドの斜視図、（ｂ）は、コアの概略形状を示す平
面図。

【図３】図３は、本発明の同一ギャップで記録／再生可
能な複合型ヘッドの斜視図。

【図４】 図４はコアサイズと記録磁界の強さの関係を
示し、（ａ）は、数値計算結果を表わすグラフ、（ｂ）
は、この計算にモデルとして用いたコアの平面図および
側面図。

【図５】図５は、膜厚をトラック幅とする従来の磁気抵
抗硬化型再生ヘッドの斜視図。

【図６】図６は、膜厚をトラック幅とする従来の電磁誘
電型薄膜ヘッドを示す三面図。

【図７】図７は、トラック幅に対しアジマス角のないギ
ャップを有する膜厚をトラック幅とする従来の電磁誘導
型薄膜ヘッドの一部分を拡大して示す斜視図。

【図８】 図８（ａ），（ｂ）は、従来の記録再生複合
型の薄膜ヘッドを例示し、（ａ）は、薄膜ヘッドの形状
の一例を示す平面図、（ｂ）は、その他の薄膜ヘッドの
層構造を示す断面図。

【符号の説明】

１… 磁性コア部（トラックコア）、 １ａ… トラックコア（再生用）、 １ｂ… トラックコア（記録用）、 ２… ギャップ部、 ２ａ… ギャップ（再生用）、 ２ｂ… ギャップ（記録用）、 ３… トラック幅に等しい膜厚（再生記録用）、 ３ａ… トラック幅に等しい膜厚（再生用）、 ３ｂ… トラック幅に等しい膜厚（記録用）、 ４… パーミアンスを上げるための磁性コア（バックコ
ア）、 ４ａ… バックコア（再生用）、 ４ｂ… バックコア（記録用）、 ５… 磁気抵抗素子（再生用）、 ６… 引出し導体（再生用）、 ７… 導体コイル（記録用）、 ７ａ… 下層コイル（記録用）、 ７ｂ… 柱状コイル（記録用）、 ７ｃ… 上層コイル（記録用）、 ７ｄ… 導体コイル（記録用）、 ８… 基板（ヘッド基板）、 ９… 電極、 １０… 第１磁性シールド、 １１… 上部磁性コア、 １２… 第１ギャップ、 １３… 第２ギャップ、 １４… 第２磁性シールド、 １００… 再生素子（再生専用磁気ヘッド部）、 ２００… 記録素子（記録専用磁気ヘッド部）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 直樹 秋田県秋田市新屋町字砂奴寄４―21 秋田 県高度技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜厚をトラック幅とする磁気ヘッドにお
   いて、 記録用および再生用のそれぞれのヘッド部を成す素子が
   同一基板上に具備されて成る複合型の構造を有すること
   を特徴とする磁気ヘッド。
2. 【請求項２】 膜厚をトラック幅とする磁気ヘッドにお
   いて、 この磁気ヘッドを構成する磁気コアが外径５０μｍ以下
   の円筒状を成し、積層構造の一部を成していることを特
   徴とする磁気ヘッド。
3. 【請求項３】 膜厚をトラック幅とする磁気ヘッドにお
   いて、 この磁気ヘッドに形成されるギャップ部は、塗布型のス
   ピンオングラスが充填されて成ることを特徴とする磁気
   ヘッド。
4. 【請求項４】 所定の基板上に複数の薄膜が積層されて
   成り、所定の膜厚をトラック幅とする記録再生複合型ヘ
   ッドであって、 前記積層を形成する所定の層から構成される記録素子お
   よび再生素子のそれぞれの磁気コアやコイルの全て又は
   この一部は、同一の層または、当該基板から積層方向に
   おいて同じ高さに形成されていることを特徴とする磁気
   ヘッド。