KR100829577B1

KR100829577B1 - 수직 자기 기록 헤드

Info

Publication number: KR100829577B1
Application number: KR1020060114730A
Authority: KR
Inventors: 임영훈; 선우국현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-05-14

Abstract

본 발명에 따른 수직 자기 기록 헤드는, 메인 폴(main pole)과 리턴 폴(return pole) 및 자기 유도 코일을 포함하는 싱글 폴(single pole) 타입의 수직 자기 기록 헤드에 있어서, 기록 매체에 가까운 팁(tip) 부분에서, 트랙(track) 방향으로 팁의 폭이 기록 매체와 대향하는 ABS면에 가까워질수록 연속적으로 좁아지는 형상을 갖는 메인 폴; 및 다운 트랙(down-track) 방향으로 상기 메인 폴의 전면과 배면에 각각 배치된 한 쌍의 보조 요크(sub yoke)를 포함한다.

수직 자기 기록(Perpendicular Magnetic Recoding) 헤드, 메인 폴, 보조 요크

Description

수직 자기 기록 헤드{Perpendicular magnetic recording head}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 수직 자기 기록 헤드를 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 메인 폴과 보조 요크의 모습을 상세히 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 메인 폴과 보조 요크의 모습을 상세히 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드에 의한 다운 트랙(Down-Track) 방향의 수직 기록 필드를 보인다.

도 5는 상기 도 4의 수직 기록 필드에 의한 필드 기울기(Field Gradient)를 보인다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 메인 폴(main pole) 11: 메인 폴의 팁(tip)

21, 23: 제1 보조 요크(sub yoke) 22, 24: 제2 보조 요크

30: 자기 유도 코일 40: 리턴 폴(return pole)

50: 자기 쉴드(magnetic shield) 60: 자기 기록 매체

본 발명은 자기 기록 헤드에 관한 것으로서, 더 상세하게는 보조 요크를 개량하여 자기 기록 헤드의 수직 기록 필드 특성을 향상시킨 수직 자기 기록 헤드에 관한 것이다.

현재의 하드 디스크(HDD)에 대한 데이터 기록 방식은 대부분 수평 자기 기록 방식이다. 따라서 하드 디스크에 데이터를 기록할 때, 하드 디스크의 자기 기록층의 데이트 기록 영역의 자기 분극은 자기 기록층의 표면에 수평으로 놓이게 된다. 그런데 수평 자기 기록 방식으로 상기 자기 기록층에 데이터를 기록하는 과정에서 같은 극끼리 마주하도록 자기 분극이 정렬되는 경우가 자주 발생된다. 이와 같은 경우, 같은 극이 마주하는 자기 분극들은 서로 반발하게 되므로, 두 자기 분극사이의 거리는 다른 극끼리 마주하도록 정렬된 자기 분극들사이의 거리보다 멀어지게 된다. 이에 따라 자기 기록층에서 같은 극이 마주하도록 정렬되는 자기 분극이 차지하는 면적은 다른 극이 마주하도록 정렬되는 자기 분극이 차지하는 면적보다 증가하게 된다. 이 결과, 자기 기록층의 데이터 기록 밀도는 낮아지게 된다.

이와 같은 수평 자기 기록 방식의 문제점을 해소할 수 있는 방안의 하나가 수직 자기 기록 방식으로 자기 기록층에 데이터를 기록하는 것이다. 수직 자기 기록 방식에서 자기 분극은 자기 기록층의 표면에 수직한 방향으로 정렬된다. 수직 자기 기록 방식에서 이웃하는 자기 분극들이 반대 방향으로 정렬된 경우, 자기 분 극들은 서로 끌어당겨 면적을 축소하는 방향으로 움직이는 경향이 있다. 이러한 원인으로 데이터 기록 밀도를 높일 수 있다. 이와 같은 수직 자기 기록 방식의 이점에 따라 이 방식을 실제 활용할 수 있는 수직 자기 기록 헤드에 관심이 모아졌고, 현재 다양한 수직 자기 기록 헤드가 소개되고 있다.

수직 자기 기록 방식의 장점은 싱글 폴(single pole) 구조인 메인 폴의 헤드와 기록 매체의 연자성 바탕층(SUL)을 이용하여 기록 매체에 강한 자장을 공급하는 것이다. 그러나 트랙 기록밀도를 증가시키기 위해 현재 자기 기록 헤드의 메인 폴 팁을 작게 할수록 기록 매체에 인가되는 자장의 세기가 감소하고, 그에 따라서 트랙 기록밀도의 증가 추세가 약해지고 있다.

수직 자기 기록 헤드의 트랙 기록밀도를 높이기 위해 기록 매체의 트랙 폭과 관계된 메인 폴의 팁 폭을 좁게 하면서도, 자기장을 효과적으로 집중시켜 상기 메인 폴과 기록 매체가 대향하는 ABS면에 기록을 하기에 충분한 세기의 수직 자기장이 형성되도록 한 구성의 수직 자기 기록 헤드를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 수직 자기 기록 헤드는, 메인 폴(main pole)과 리턴 폴(return pole) 및 자기 유도 코일을 포함하는 싱글 폴(single pole) 타입의 수직 자기 기록 헤드에 있어서, 기록 매체에 가까운 팁(tip) 부분에서, 트랙(track) 방향으로 팁의 폭이 기록 매체와 대향하는 ABS면에 가까워질수록 연속적으로 좁아지는 형상을 갖는 메인 폴; 및 다운 트랙(down-track) 방향으로 상기 메인 폴의 전면 과 배면에 각각 배치된 한 쌍의 보조 요크(sub yoke)를 포함한다. 상기 수직 자기 기록 헤드는 전술한 싱글 폴 타입의 쓰기용 헤드와 함께 기록 매체에 저장된 데이터를 읽는 읽기용 헤드를 포함할 수도 있다.

상기 한 쌍의 보조 요크는 각각의 보조 요크가 서로 다른 포화자속밀도를 가지는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 보조 요크의 포화자속밀도(Bs)는 1.0 내지 1.8 테슬라(T)일 수 있다.

상기 한 쌍의 보조 요크는 상기 메인 폴의 전면과 배면 중에서 리턴 폴에서 더 먼 쪽 면에 배치된 제1 보조 요크와 리턴 폴에서 더 가까운 쪽 면에 배치된 제2 보조 요크로 구성되고, 상기 제2 보조 요크는 상기 제1 보조 요크보다 높은 포화자속밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제1 보조 요크의 포화자속밀도(Bs)는 1.0 내지 1.6 테슬라(T)이고, 상기 제2 보조 요크의 포화자속밀도(Bs)는 1.6 내지 1.8 테슬라(T)일 수 있다.

한편, 상기 한 쌍의 보조 요크는 상기 메인 폴의 팁쪽 단부가 상기 기록 매체에 가까워질수록 그 두께가 점차 얇아지도록 경사진 형태를 가질 수 있다.

다운 트랙(down-track) 방향이란 기록 매체의 트랙이 진행하는 방향을 의미하고, 기록 매체와 평행한 평면상에서 트랙 (track) 방향과 수직을 이룬다. 여기서, 기록 매체란 자기 기록층을 가지고, 자기 기록층에 자기 분극의 형태로 정보를 저장할 수 있는 매체를 의미한다. 기록 매체는 흔히 디스크 형상을 가지고, 이 경우 상기 다운 트랙 방향은 원주방향에, 트랙 방향은 반지름 방향에 해당한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 수직 자기 기록 헤드의 단면을 보이는 단면도이다. 본 발명에 따른 수직 자기 기록 헤드는 기록 매체에 강한 수직 자기장을 인가하여 자기 분극을 발생시키는 쓰기용 헤드와 함께 기록 매체에 자기 분극의 형태로 저장된 정보를 재생하는 읽기용 헤드를 포함할 수도 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드, 좀 더 구체적으로 쓰기용 헤드는, 메인 폴(10)과 다운 트랙 방향으로 상기 메인 폴(10)의 전면과 배면에 각각 배치된 한 쌍의 보조 요크(21, 22)를 갖는다. 여기서 전면과 배면은 다운 트랙 방향(y축 방향)에서 본 것을 기준으로 위치를 표현한 것이다. 상기 메인 폴(10)에서 기록 매체(60)에 가깝고 폭이 좁은 부분, 즉 상기 메인 폴(10)의 팁(11)은 트랙 방향으로 그 폭이 상기 기록 매체(60)와 대향하는 ABS면에 가까울수록 연속적으로 좁아지도록 경사지게 형성될 수 있다. 여기서 폭이란 도면의 y축 방향에서 상기 메인 폴(10)을 볼 때의 너비를 의미한다. 상기 한 쌍의 보조 요크(21, 22) 중에서 메인 폴(10)을 중심으로 리턴 폴(40)의 반대쪽 면에 배치된 것이 제1 보조 요크(21)이고, 리턴 폴(40)쪽 면에 배치된 것이 제2 보조 요크(22)이다. 상기 제1 및 제2 보조 요크(21, 22)는 자기장 손실(leakage)을 막고, 메인 폴(10)에 자기장을 집중시키기 위해 상기 메인 폴(10)보다 큰 두께를 가지는 것이 바람직하다.

상기 메인 폴(10)과 한 쌍의 보조 요크(21, 22)의 둘레에는 자기 유도 코일(30)이 배치된다. 상기 자기 유도 코일(30) 바깥쪽에는 어느 한 쪽에 리턴 폴(40)이 배치된다. 다른 한 쪽에는 자기적 성질을 띠고 있는 자기 쉴드(50)가 배치될 수 있다. 메인 폴(10)과 리턴 폴(40) 사이는 절연물질로 채워질 수 있고, 상 기 자기 유도 코일(30)은 이러한 절연물질층 안에 배치될 수 있다. 한편, 읽기용 헤드는 기록 매체(60) 표면의 자기 분극에 따른 전기적 신호를 발생시키는 소자(미도시)를 포함하는 구조물로서, 다수의 층을 포함하는 적층 구조물의 형태로 구비될 수 있다.

상기 리턴 폴(40)은 기록 매체(60)에 가까운 단부가 상기 메인 폴(10)의 팁에 가깝게 위치하도록 배치될 수 있고, 상기 리턴 폴(40)의 단부와 상기 메인 폴(10)의 팁(11) 사이의 간극이 대략 500nm 이내의 값을 가질 수 있다. 좀 더 바람직하게는 상기 간극이 100nm 이내의 값을 가질 수도 있다. 이와 같은 형태의 쓰기용 헤드를 일컬어 쉴디드 폴(shielded pole) 타입이라 하기도 한다.

상기 메인 폴(10)은 포화자속밀도(Bs)가 상대적으로 높은 소재로 만들어진다. 예를 들면, 상기 메인 폴(10)은 포화자속밀도가 2.0 내지 2.4테슬라(T)인 소재로 만들어질 수 있다. 좁은 단면적을 갖는 팁에 강한 자기장이 집중될 수 있도록 하기 위함이다. 상기 한 쌍의 보조 요크(21, 22)는 메인 폴(10)보다 상대적으로 포화자속밀도가 낮은 소재로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 상기 보조 요크(21, 22)는 포화자속밀도가 1.0 내지 1.8테슬라(T)인 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 상기 보조 요크(21, 22)는 높은 주파수의 자기장 변화에 대하여 빠른 응답 특성을 가질 수 있도록 상기 메인 폴(10)보다 상대적으로 투자율이 높은 특성을 갖는 소재로 만들어진 것이 바람직하다. 상기 메인 폴(10) 및 보조 요크(21, 22)의 소재로 적합한 물질의 예로서 CoNi_(x)Fe_(y) 또는 Ni_(x)Fe_(y)를 들 수 있다. 여기서 합금비 즉, x,y값을 다르게 함으로써 요구에 맞는 포화자속밀도와 투자율을 얻을 수 있다.

한편, 상기 제2 보조 요크(22)는 상기 제1 보조 요크(21)보다 상대적으로 포화자속밀도가 더 높은 재료로 만들어진 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1 보조 요크(21)의 포화자속밀도는 1.0 내지 1.6테슬라(T)일 수 있고, 상기 제2 보조 요크(22)의 포화자속밀도는 1.6 내지 1.8테슬라(T)일 수 있다. 메인 폴(10)과 리턴 폴(40)의 사이에 배치된 제2 보조 요크(22)에 상대적으로 더 강한 자기장이 형성되기 때문이다.

자기 유도 코일(30)에 의해 발생된 자기장은 상기 한 쌍의 보조 요크(21, 22)와 상기 메인 폴(10)을 따라 흐르고, 기록 매체(60)에 가까워지면서 점차 메인 폴(10)로, 그리고 상기 메인 폴(10)의 팁(11)으로 집중되어, 기록 매체(60)에 인가된다. 상기 도 1에 표시된 점선과 같이 상기 팁(11) 아래의 기록 매체(60)의 기록층을 통과한 자기장은 그 밀도가 낮아져서 상기 메인 폴(10)보다 넓은 면적을 갖는 리턴 폴(40)을 통해 되돌아 간다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 메인 폴과 보조 요크의 모습을 상세히 도시한 사시도이다. 전술한 바와 같이 메인 폴(10)은 기록 매체에 가까운 방향(z축방향)의 단부에 트랙 방향(x축방향)으로 좁은 폭(W1)을 갖는 팁(11)을 갖는다. 상기 팁(11)의 단부는 기록 매체와 대향하는 ABS면에 가까워지면서 그 폭이 W2에 이를 때까지 연속적으로 좁아지는 형상을 갖는다. 이를 통해 상기 ABS면에서의 자기장을 집중시켜 자속밀도를 향상시킴으로써 트랙 기록밀도 향상에 기여할 수 있다.

상기 한 쌍의 보조 요크(21, 22)는 상기 메인 폴(10)의 전면과 배면에 각각 맞닿도록 배치된다. 다만, 상기 보조 요크(21, 22)는 상기 메인 폴(10)의 팁(11)으로부터 기록 매체에서 멀어지는 방향(-z축 방향)으로 소정의 거리를 두고 배치되는 것이 바람직하다. 상기 보조 요크(21, 22)를 따라 흐르는 자기장이 누출되지 않고 상기 메인 폴(10)의 팁(11)에 효과적으로 집중되도록 하기 위함이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 메인 폴과 보조 요크의 모습을 상세히 도시한 사시도이다. 본 실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드에서 한 쌍의 보조 요크(23, 24)는 기록 매체 방향(z축 방향)의 단부가 각각 비스듬한 경사면(23T, 24T)를 이루며, 제1 및 제2 보조 요크(23, 24)의 두께가 점차 얇아지도록 형성되어 있다. 보조 요크(23, 24)의 이러한 형태는 그 안에 형성된 자기장이 외부로 누출되지 않고 상기 메인 폴(10)로 집중되도록 하는 데에 기여할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드와 종래 기술에 따른 수직 자기 기록 헤드의 자기적 특성을 비교하기 쉽게 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 종래 기술에 따른 수직 자기 기록 헤드는 보조 요크가 메인 폴의 일 면에만 배치되고, 메인 폴의 팁 폭이 ABS면으로부터 부상하는 방향으로 일정하게 형성되어 1자 형상을 가지는 경우이다. 나머지 자기 유도 코일 및 리턴 폴에 관한 조건 등은 동일하다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드에 의한 다운 트랙(Down-Track) 방향의 수직 기록 필드를 보인다. 상기 도 2의 실시예에 도시된 것과 같이 메인 폴(10)과 한 쌍의 보조 요크(21, 22)를 갖는 수직 자기 기록 헤드와 종래의 수직 자기 기록 헤드에 공통적으로 35mA의 전류를 인가했을 때, 상기 도 4 의 시뮬레이션 결과에 따르면, 본 발명(Present Inv.)의 경우가 종래 기술(Prior Art)에 비해 기록 필드의 세기가 35% 증가되었고, 소거효과를 가지는 리턴 필드의 세기는 30% 감소된 것을 볼 수 있다. 기록 필드와 리턴 필드의 비를 나타내는 필드 비(field ratio)를 살펴보면 92%나 증가하여 두 배 가까이 향상되었음을 확인할 수 있다.

도 5는 상기 도 4의 수직 기록 필드에 의한 필드 기울기(Field Gradient)를 보인다. 상기 도 4와 동일한 조건으로 시뮬레이션 한 결과 본 발명(Present Inv.)의 경우 최대 필드 기울기는 종래 기술(Prior Art)에 따른 최대 필드 기울기에 비해 약 13% 증가한 모습을 보인다.

상기 도 4 및 도 5의 시뮬레이션 결과를 통해 보면, 본 발명에 따른 수직 자기 기록 헤드는 메인 폴의 팁 폭을 감소되었음에도 불구하고 한 쌍의 보조 요크를 이용하여 자기장을 효과적으로 집중시킴으로써 기록 필드, 리턴 필드 및 필드 기울기 등 자기적 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니라 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

전술한 발명이 구성에 의하여 본 발명은 수직 자기 기록 헤드의 트랙 기록밀도를 높이기 위해 기록 매체의 트랙 폭과 관계된 메인 폴의 팁 폭을 좁게 하면서 도, 한 쌍의 보조 요크를 이용하여 자기장을 효과적으로 집중시켜 상기 메인 폴과 기록 매체가 대향하는 ABS면에 기록을 하기에 충분한 세기의 수직 자기장이 형성되도록 하는 효과가 있다.

Claims

메인 폴과 리턴 폴 및 자기 유도 코일을 포함하는 싱글 폴 타입의 수직 자기 기록 헤드에 있어서,

기록 매체에 가까운 팁 부분에서, 트랙 방향으로 팁의 폭이 기록 매체와 대향하는 ABS면에 가까워질수록 연속적으로 좁아지는 형상을 갖는 메인 폴; 및

다운 트랙 방향으로 상기 메인 폴의 전면과 배면에 각각 배치된 한 쌍의 보조 요크;를 포함하며,

상기 한 쌍의 보조 요크는 상기 메인 폴의 팁쪽 단부가 상기 기록 매체에 가까워질수록 그 두께가 점차 얇아지도록 경사진 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제1항에 있어서,

상기 한 쌍의 보조 요크는 각 보조 요크의 포화 자속 밀도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제2항에 있어서,

상기 보조 요크의 포화자속밀도는 1.0 내지 1.8 테슬라(T)인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제1항에 있어서,

상기 한 쌍의 보조 요크는 상기 메인 폴의 전면과 배면 중에서 리턴 폴에서 더 먼 쪽 면에 배치된 제1 보조 요크와 리턴 폴에서 더 가까운 쪽 면에 배치된 제2 보조 요크로 구성되고, 상기 제2 보조 요크는 상기 제1 보조 요크보다 높은 포화자속밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제4항에 있어서,

상기 제1 보조 요크의 포화자속밀도는 1.0 내지 1.6 테슬라(T)이고, 상기 제2 보조 요크의 포화자속밀도는 1.6 내지 1.8 테슬라(T)인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
삭제
메인 폴과 리턴 폴 및 자기 유도 코일을 포함하는 싱글 폴 타입의 쓰기용 헤드와 기록 매체에 저장된 데이터를 읽는 읽기용 헤드를 포함하는 수직 자기 기록 헤드에 있어서, 상기 쓰기용 헤드는,

기록 매체에 가까운 팁 부분에서, 트랙 방향으로 팁의 폭이 기록 매체와 대향하는 ABS면에 가까워질수록 연속적으로 좁아지는 형상을 갖는 메인 폴; 및

다운 트랙 방향으로 상기 메인 폴의 전면과 배면에 각각 배치된 한 쌍의 보조 요크;를 포함하며,

상기 한 쌍의 보조 요크는 상기 메인 폴의 팁쪽 단부가 상기 기록 매체에 가까워질수록 그 두께가 점차 얇아지도록 경사진 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제7항에 있어서,

상기 한 쌍의 보조 요크는 각 보조 요크의 포화 자속 밀도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제8항에 있어서,

상기 보조 요크의 포화자속밀도는 1.0 내지 1.8 테슬라(T)인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제7항에 있어서,

상기 한 쌍의 보조 요크는 상기 메인 폴의 전면과 배면 중에서 리턴 폴에서 더 먼 쪽 면에 배치된 제1 보조 요크와 리턴 폴에서 더 가까운 쪽 면에 배치된 제2 보조 요크로 구성되고, 상기 제2 보조 요크는 상기 제1 보조 요크보다 높은 포화자속밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제10항에 있어서,

상기 제1 보조 요크의 포화자속밀도는 1.0 내지 1.6 테슬라(T)이고, 상기 제2 보조 요크의 포화자속밀도는 1.6 내지 1.8 테슬라(T)인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
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