KR0131975B1

KR0131975B1 - 자기박막헤드

Info

Publication number: KR0131975B1
Application number: KR1019940027049A
Authority: KR
Inventors: 윤우영
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1994-10-22
Filing date: 1994-10-22
Publication date: 1998-04-18
Also published as: GB2294354B; DE19526399A1; KR960015408A; GB9515131D0; DE19526399C2; GB2294354A

Abstract

본 발명은 폴의 두께를 증가시키지 않고 언더슈우트를 제거하기 위하여, 자기매체의 표면에 대향하는 헤드표면을 가지는 자기박막헤드에 있어서, 비자기물질로 된 절연기판과, 상기 절연기판상에 형성되고 하부팁을 가지며 적어도 자기포화방지물질층을 포함하는 하부폴층과, 상기 하부폴층의 상면에 형성된 변화캡층과, 상기 하부폴층의 상부에 형성되고 상부팁을 가지며 적어도 자기포화방지물질층을 포함하는 상부폴층을 구비하며, 상기 상부폴층과 상기 하부폴층과 상기 변환캡층이 상기 헤드표면에 가까운 위치로부터 상기 자기매체의 표면에 대하여 소정의 경사각을 가지면서 상기 헤드표면까지 신장한다.

Description

자기박막헤드

제1도는 종래의 자기박막헤드의 단면구조와 그것에 따른 리이드백펄스파형을 보여주는 도면.

제2도는 본 발명에 따른 자기박막헤드의 단면구조를 보여주는 도면.

제3도는 제2도에 보인 자기박막헤드의 리이드백펄스의 파형을 보여주는 단면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 상부폴층(top magnetic pole layer)

21 : 제2폴층(second magnetic pole layer)

23 : 제2포화방지층(second anti-saturation layer)

25 : 코일들(coils) 27 : 절연층(insulation layer)

29 : 변환갭층(transducing gap layer)

31 : 제1포화방지층(first anti-saturation layer)

33 : 제1폴층(first magnetic pole layer)

35 : 절연기관(insulation substrate)

36 : 하부폴층(bottom magnetic pole layer)

22 : 제2팁(또는 상부팁)(second pole tip or top pole tip)

30 : 변환캡(transducing gap)

32 : 제1팁(또는 하부팁)(first pole tip or bottom pole tip)

Tp : 상부폴층(또는 하부폴층)의 실지두께

Tx : 상부폴층(또는 하부폴층)의 대향두께

본 발명은 자기(magnetic)매체상의 정보를 독출하기 위한 자기박막헤드(thin film magnetic head)에 관한 것으로서, 특히 언더슈우트(undershoot) 현상을 방지하는 자기박막헤드에 관한 것이다.

컴퓨터의 디스크드라이브(disk drive)와 같은 자기기억장치에서는, 자기기억디스크와 같은 자기매체(magnetic medium)의 표면에 디지탈정보가 자화된 상태로 저장된다. 디지탈정보는, 회전하는 자기디스크의 표면에 걸쳐서 연속되는 영역에 있는 자기필드(magnetic field)를 선택적으로 분극시키는 것에 따라 나타난다. 디지탈정보가 저장디스크로부터 독출될 때에는, 자기매체의 분극상태가 전기적인 신호로서 감지되며, 이 전기적인 신호(독출신호 : 리드백(read back)신호)는 자기매체에서의 상대적인 자화강도와 독출헤드의 자계형태를 보여준다. 이러한 독출신호에 부가되는 연속적인 심볼들의 위치들이 디지탈정보의 내용을 표시하게 된다. 그리고, 자기매체로 디지탈정보를 기록하거나 재생하는 동작은, 회전하는 자기디스크의 표면을 비행하는 자기헤드에 의해 수행된다.

보다 잡음이 적고 신뢰성 있는 기록 및 재생동작을 위해서는 무엇보다도 자기헤드의 향상된 감도와 안정된 전기적 특성을 가지는 것이 중요하다. 일반적으로 널리 사용되는 자기헤드인 자기박막헤드는, 웨이퍼공정에 의해 제작된 것으로서, 기존의 훼라이트(ferite) 또는 복합물헤드에서 채용되는 코일감기 등의 공정을 사용할 필요가 없도록 하였을 뿐만 아니라 매우 향상된 전자기적 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 이러한 자기박막헤드는 두개의 폴(pole)사이에 놓인 변환갭(transducing gap)을 중심으로 한자계를 형성시키는 것에 의해 자기매체로부터 전기적인 신호를 얻는다. 상기한 자기매체로부터 변환된 전기신호에서 하나의 펄스 신호, 즉 0 또는 1의 단일 디지털 신호에 대해 변환된 전기적 신호를 리이드백펄스(readback pulse 또는 isolated readback pulse)라 한다. 이러한 자기 변환갭에 자기 매체의 표면이 대향될 때 유기되는 일련의 리이드백펄스를 통하여 디지털정보의 기록 및 재생이 수행된다. 그러나 이러한 자기박막헤드에서는, 리이드백펄스의 선단(leading edge)과 후단(trailing edge)에서 자속의 불연속으로 인한 언더슈우트현상이 발생된다. 언더슈우트의 발생은, 자기매체에 유효한 디지탈정보가 근접하여 기록되어 있음에 따라 전술한 리이드백펄스가 겹쳐지는 경우에 마아진에러(margin error) 및 비교에러를 유발시킨다. 이와 같은 에러들은 자기디스크의 최대기록밀도에 한계를 제공하고, 결과적으로 고밀도 및 고용량의 자기디스크를 구현함에 있어서 장애요소가 된다. 또한, 8MHz이상의 높은 주파수가 요구되는 자기박막헤드에서는 표피전류(eddy current)가 발생되는데, 이 표피전류에 의한 전류손실은 전체적인 재생효율을 저하시키는 기능상의 한계를 드러내는 것이다.

전술한 언더슈우트현상의 유기를 최소화하기 위한 종래의 자기박막헤드가 제1도에 도시되어 있다. 제1도에 보인 자기박막헤드는, Al₂O₃로 된 절연기판(13)을 사용하고, 전술한 언더슈트의 발생을 억제하기 위하여 상부폴층(1)과 하부폴층(9)의 하면에 각각 퍼멀로이(perm-alloy; NiFe)로 된 포화방지층(anti-saturation layer)(3,11)이 각각 접하도록 하였다. 절연기판(13)의 상면에는 하부폴층(9)이 형성되어 있으며, 상부폴층(1)과 하부폴층(9)사이의 절연층(7)에는 구리등의 도전물질로 된 코일(5)들이 형성되어 있다. 상부폴층(1)의 팁(tip)(2)과 하부폴층(9)의 팁(12)사이에 위치한 변환갭(10)을 중심으로 자속선들(14a,14b,14c)이 생성된다.

그러나, 제1도에 보인 바와 같이, 변환갭(10)에 인접한 부분에서 생성되는 자속선들(14a)은 어느 정도의 밀도를 유지하면서 밀집되어 있으나, 팁(2,12)의 변환갭(10)의 반대방향의 각 에지부분의 자속선(14b,14c)은 밀집되지 못하고 분산됨을 볼 수 있다. 이러한 자속의 분산으로 인한 불연속성은, 제1도의 그래프(시간에 대한 독출전기신호의 진폭을 보여주는 그래프)에서 보인 바와 같이, 리이드백펄스 RB의 선단과 후단에 언더슈우트 USr 및 USt를 여전히 유기시킨다. 이 선단과 후단의 언더슈우트 USr 및 USt는 팁(2) 및 (12)의 외곽 에지부근에서의 자속불연속영역에 대응하여 발생되는 것이다. 결과적으로 제1도와 같이 퍼멀로이물질을 사용하는 것 만으로는 언더슈우트를 효율적으로 억제시킬 수 없음을 알 수 있다.

이러한 자속의 불연속에 의한 언더슈트는 상부폴층(1) 및 하부폴층(9)의 두께를 늘여서 자속의 연속면을 늘릴수록 억제될 수 있으나, 상부폴층(1)과 하부폴층(9)의 두께에 따른 자기 매체의 표면에 대향되는 팁(2,12)의 면이 넓어져서 표피전류에 의한 전류손실이 커지는 문제가 발생한다. 또한 폴의 두께를 늘리는 것은 고밀도화되어가는 자기디스크에 적합한 자기박막헤드를 제작함에 있어서 적합하지 못하다.

한편, 이것에 관련하여, 미합중국 특허등록번호 제5,181,152호(출원인 : Seag ate Technology Inc., 제목 : LEADING EDGE UNDERSHOOT ELIMINATION IN THIN FILM HEADS)에서는, 부분적으로 리이드백펄스의 선단에서 발생되는 언더슈우트를 제거하기 위하여 비자기물질층(non-magnetic layer)과 하부폴층사이에 2~15㎛의 두께를 가지는 NiFe로 된 자기층을 형성하고, 이 자기층으로 하여금 하부폴층의 부근에서 분산되는 자력선들을 흡수하도록 한다. 그러나, 이러한 자기박막헤드는 리이드백펄스의 선단측의 언더슈트만을 부분적으로 제거할 뿐이고, 이용되는 자기층의 큰 두께는자기디스크의 표면에서 요구하는 폴의 두께를 설계함에 있어서 유리한 인자가 되지 못한다.

따라서 본 발명의 목적은 상부폴층 및 하부폴층의 팁부근으로부터 유기되는 언더슈우트를 제거할 수 있는 자기박막헤드를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 폴의 두께를 늘리지 않고도 언더슈우트의 발생을 억제할 수 있는 자기박막헤드를 제공함에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 자기매체의 표면에 대향하는 헤드표면을 가지는 자기박막헤드에 있어서, 비자기물질로 된 절연기판과, 상기 절연기판상에 형성되고 하부팁을 가지며 적어도 자기포화방지물질층을 포함하는 하부폴층과, 상기 하부폴층의 상면에 형성된 변환갭층과, 상기 하부폴층의 상부에 형성되고 상부팁을 가지며 적어도 자기포화방지물질층을 포함하는 상기 하부폴층과 같은 두께의 상부폴층을 구비하며, 상기 상부폴층과 상기 하부폴층과 상기 변환갭층이 상기 헤드표면에 가까운 위치로부터 상기 자기매체의 표면에 대하여 경사지면서 상기 헤드표면까지 신장되어 있음을 특징으로 한다.

그러면, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 제2도는 본 발명에 따른 자기박막헤드의 단면구조를 보여준다. 제2도를 참조하면, Al₂O₃로 된 절연기판(35)의 상면에는 1.8㎛정도의 두께를 가지는 제1폴층(33)이 통상의 도포공정(침적, 증착 또는 스퍼터링)에 의해 형성된다. 제1폴층(33)과, 제1포화방지층(31)의 두께 비율은 4 : 1이다. 본 발명의 실시예에서는, 제1포화방지층(31)을 이루는 물질은 전술한 NiFe보다 자기포화방지특성이 더 나은 물질, 예를들면 FeCoX 등을 사용한다. 제1포화방지층(31)의 상면에는 비자기물질(non-magnetic material)로 이루어진 변환갭층(29)이 형성된다. 이 변환갭층(29)은 자기매체(15)의 표면에 대향하는 자기박막헤드의 외면(이하 헤드표면 이라 함)에 가까운 위치에서 제2폴층(21)의 하면에 형성된 제2포화방지층(23)과 접한다. 앞서 명명한 헤드표면은, 제2도에 보인 바와 같이, 제1폴층(33) 및 제1포화방지층(31)의 노출된 단부를 포함하는 제1팁(32; 또는 하부팁)과, 변환갭층(29)의 노출된 단부에 해당하는 변환갭(30)과, 제2폴층(21) 및 제2포화방지층(23)의 노출된 단부를 포함하는 제2팁(22; 또는 상부팁)을 포함하는 영역을 가리키는 것으로 알아야 한다. 제2폴층(21)은 제1폴층(33)과 마찬가지로 1.8㎛정도의 두께를 가지며, 제2포화방지층(23)도 제1포화방지층(31)과 마찬가지로 0.45㎛정도의 두께를 가진다. 제2포화방지층(23)과 변환갭층(29)의 사이에는 절연층(27)이 채워져 있으며, 절연층(27)중에는 구리등의 도전물질로 된 다수개의 코일들(25)이 형성되어 있다. 이 코일들(25)은, 제2도에는 도시되지 않았지만, 절연층(27)을 관통하여 나선형으로 배열된다.

여기서, 제1 및 제2포화방지층(31,23)은, 제1도의 종래의 경우와 같이 폴층의 하면에 부분적으로 접촉되어 있지 않고, 헤드표면까지 제1 및 제2폴층(33,21)을 따라 신장되어 있다. 또한, 제1 및 제2폴층(33,21)은 적어도 위치 X에서 헤드표면에 대하여 약 50°의 경사각(trade-off angle) θt을 가지며, 이것을 따라 제1 및 제2폴층(33,21)사이에 위치한 제1포화방지층(31), 변환갭층(29) 및 제2포화방지층(23)도 그와 동일한 경사각(약 50°)을 가지면서 전술한 헤드표면까지 신장되어 있음을 주목하여야 한다. 그리고, 실질적으로 제1폴층(33)과 제1포화방지층(31)은 하나의 하부폴층(36)을 형성하며, 제2폴층(21) 및 제2포화방지층(23)은 하나의 상부폴층(20)을 형성한다. 그러므로, 상부폴층(20) 및 하부폴층(36)의 두께는 동일하게 2.25㎛(1.8+0.45)로 되다. 즉, 폴의 자기포화특성의 향상에 기여하는 포화방지층의 두께는 전체 폴의 두께에 대하여 1/5의 비율을 가진다.

제3도를 참조하면, 전술한 50°의 경사각 θt의 설정은, 폴의 두께를 최적화하기 위한 것으로서, 실질적인 상부폴층(20) 및 하부폴층(36)의 두께 Tp(실질두께)가 2.25㎛이므로, 자기매체(15)에 대향하는 헤드표면에서의 폴의 두께 Tx(대향두께)는 3.35㎛(=2.25/cos50)로 설정된다. 자기매체(15)의 표면에 대향하는 폴의 두께가 크면 클수록 자력선분산의 정도가 감소하여 언더슈트의 발생이 억제되지만, 이것이 고주파에서 표피전류에 의한 전류손실을 더욱 증대시킨다는 것을 고려한다면, 3.35㎛로 되는 폴의 대향두께 Tx는 기존에 사용되는 자기박막헤드에서의 폴의 두께를 증가시키지 않은 상태에서, 보다 향상된 자기포화특성을 부여하고 표피전류에 의한 전류손실도 줄일 수 있음을 이해할 수 있다. 폴의 두께를 크게하지 않아도 된다는 것은 고밀도화되어가는 자기디스크에 적합한 자기박막헤드를 제작함에 있어서의 여유를 제공한다는 것이다. 또한, 제3도에 도시된 그래프(시간에 따른 독출전기신호의 진폭을 보여주는 그래프)에 보인 바와 같이, 제1 및 제2팁(22,32)의 부근에서의 자력선분산이 줄어듬에 따라, 독출전기신호는 리이드 백펄스 RB' 의 선단(leading edge) A와 후단(trailing edge) B에서의 언더슈우트가 억제된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 폴의 두께를 늘리지 않고도 언더슈우트의 발생을 효율적으로 억제할 수 있기 때문에, 고밀도화되어가는 자기디스크에 적합하게 사용될 수 있는 자기박막헤드를 제공하는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에서는 자기포화방지용의 물질로서 FeCoX를 사용하였으나, 이보다 더 향상된 자기 포화방지용 물질을 이용할 수 있다. 또한, 경사각을 50°정도로 하고 폴의 대향두께를 3.35㎛정도로 하였으나, 설계조건이나 통상적으로 가능한 제조공정을 이용하여 그것들에 관련된 구조를 다양하게 변형 또는 개량할 수 있을 것이다. 또한, 전술한 본 발명에 따른 특징적인 토폴로지(topology)를 적어도 포함하는 범위내에서, 단순한 구조의 변경이나 치환 등은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이할 것이다.

Claims

자기매체의 표면에 대향하는 헤드표면을 가지는 자기박막헤드에 있어서, 비자기물질로 된 절연기판과, 상기 절연기판상에 형성되고 하부팁을 가지며 적어도 자기포화방지물질층을 포함하는 하부자기폴층과, 상기 하부자기폴층의 상면에 형성된 변환갭층과, 상기 하부폴층의 상부에 형성되고 상부팁을 가지며 적어도 자기포화방지물질층을 포함하며 상기 하부자기폴층의 두께와 동일한 두께의 상부자기폴층을 구비하며, 상기 상부자기폴층과 상기 하부자기폴층과 상기 변환갭층이 상기 헤드표면에 가까운 위치로부터 상기 자기매체의 표면에 대하여 경사지면서 상기 헤드표면까지 신장되어 있음을 특징으로 하는 자기박막헤드.
제1항에 있어서, 상기 하부자기폴층과 상기 상부자기폴층에 포함된 상기 자기포화방지물질층이 적어도 상기 헤드표면에 노출되어 있음을 특징으로 하는 자기박막헤드.
제1항에 있어서, 상기 하부자기폴층이, 상기 절연기판상에 상기 하부자기폴층의 두께보다 작은 두께로 형성된 제1폴층과, 상기 제1폴층의 상면에 상기 제1폴층의 두께와 합해져서 상기 하부자기폴층의 두께를 형성하는 제1자기포화방지층으로 이루어짐을 특징으로 하는 자기박막헤드.
제1항에 있어서, 상기 상부자기폴층이, 상기 변환갭층의 상부에 상기 상부자기폴층의 두께보다 작은 두께로 형성된 제1폴층과, 상기 제1폴층의 하면에 상기 제1폴층의 두께와 합해져서 상기 상부자기폴층의 두께를 형성하는 제1자기포화방지층으로 이루어짐을 특징으로 하는 자기박막헤드.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1폴층의 두께와 상기 제1포화방지층의 두께 비율이 4 : 1임을 특징으로 하는 자기박막헤드.
제1항에 있어서, 상기 자기매체의 표면에 대하여 경사지는 각도는 50°임을 특징으로 하는 자기박막헤드.