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JP4020114B2 - 発熱体を備えた薄膜磁気ヘッド、該薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ及び該ヘッドジンバルアセンブリを備えた磁気ディスク装置 - Google Patents

発熱体を備えた薄膜磁気ヘッド、該薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ及び該ヘッドジンバルアセンブリを備えた磁気ディスク装置 Download PDF

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Description

本発明は、発熱体を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスク装置（ＨＤＤ）に関する。
ＨＤＤが備えている薄膜磁気ヘッドは、信号の書き込み又は読み出しに際して、回転する磁気ディスク上において流体力学的に所定の間隙（浮上量）をもって浮上する。薄膜磁気ヘッドは、この浮上状態において、電磁コイル素子から発生する磁界を用いて磁気ディスクに信号の書き込みを行い、磁気抵抗（ＭＲ）効果素子によって磁気ディスクからの信号磁界を感受して読み出しを行う。この際のこれらの磁気ヘッド素子と磁気ディスク表面との磁気的な実効距離がマグネティックスペーシングｄＭＳとなる。
近年のＨＤＤの大容量小型化に伴う高記録密度化に際して、薄膜磁気ヘッドのトラック幅減少による書き込み及び読み出し能力の低下を回避するために、最近のＨＤＤにおいては、浮上量を低下させてｄＭＳをより小さく設計する傾向にある。実際に、ｄＭＳの値は１０ｎｍ程度に設定されている。
しかしながら、ｄＭＳをこのような微小値に設定すると、電磁コイル素子からのジュール熱及び渦電流損熱等によるＴＰＴＰ（Thermal Pole Tip Protrusion）現象によって、突出したＭＲ効果素子部が磁気ディスク表面に接触してしまうおそれが生じる。このような接触が生じた場合、その際の摩擦熱によってＭＲ効果素子の電気抵抗値が変化し、異常信号が発生してしまうなどの問題（サーマルアスペリティ（thermal asperity））が起こる。
このサーマルアスペリティを回避するために、ヘッド素子近傍に発熱体を設け、ＴＰＴＰ現象を積極的に利用してｄＭＳを制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２及び３）。
この際、発熱体からの熱によって磁気ヘッド素子を磁気ディスク方向に突出させるために、できるだけ磁気ヘッド素子の浮上面とは反対側の位置に発熱体を設けることが重要となる。ここで、発熱体からスライダ基板への熱の散逸を防止するため発熱体とスライダ基板との間に熱伝導を抑制するための層が設けられるが、この層の存在によって発熱体の温度が高くなり過ぎて発熱体が溶融するおそれが生じる。そこで、発熱体のスライダ基板とは反対側の隣接した位置に放熱層を設置することが行われている。例えば、特許文献４においては、発熱体からの熱ではないが、電磁コイル素子から発生する熱がこのような放熱層に放出されることによって、記録部の熱膨張が抑制されることが記載されている。
米国特許第５，９９１，１１３号明細書 特開２００３−２７２３３５号公報 特開２００３−１６８２７４号公報 特開２００４−０５５０６７号公報
しかしながら、発熱体に近接してこのような放熱層が設置された場合、発熱体の熱による磁気ヘッド素子の突出効率が低下するという問題が生じていた。
すなわち、発熱体から放熱層に達した熱流量の大部分は、その後、放熱層の発熱体とは反対側の表面からオーバーコート層へと放出される。従って、この放熱層の存在によって、発熱体から放熱層を介して磁気ヘッド素子近傍にまで達する熱流量の割合が低下してしまう。その結果、発熱体からの熱が十分に磁気ヘッド素子近傍に伝搬しないので、磁気ヘッド素子を押し出すための熱膨張が十分に引き起こされず、磁気ヘッド素子の突出効率が低下してしまう。
このように突出効率が低下すると、ｄＭＳの制御により多くの電力を消費するので、特に、現在進められている携帯電話やモバイル用途の各種機器へのＨＤＤの搭載において、低消費電力化及び小型化の障害となる。
従って、本発明の目的は、発熱体からの熱による磁気ヘッド素子の突出効率が向上した薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
本発明について説明する前に、明細書において用いられる用語の定義を行う。薄膜磁気ヘッドのスライダ基板の素子形成面に形成された素子又は層構造等において、基準物よりも素子形成面側にあるものは「下部」とし、又は「（直）下」にあるとし、素子形成面とは反対側にあるものは「上部」とし、又は「（直）上」にあるとする。
本発明によれば、浮上面を有する基板と、この基板上に設けられた下部シールド層及び上部シールド層を有する少なくとも１つの読み出し磁気ヘッド素子並びに少なくとも１つの磁極層を有する少なくとも１つの書き込み磁気ヘッド素子と、この少なくとも１つの読み出し磁気ヘッド素子又は少なくとも１つの書き込み磁気ヘッド素子の浮上面とは反対側の位置に設けられている少なくとも１つの発熱体と、上下部シールド層及び少なくとも１つの磁極層のうちの少なくとも１つの層の浮上面側の端とは反対側の端に隣接して設けられた少なくとも１つの放熱層を含む少なくとも１つの放熱部とを備えた薄膜磁気ヘッドであって、少なくとも１つの放熱部が、浮上面側の端部でのトラック幅方向のパターン幅がこの端部とは反対側の端部でのトラック幅方向のパターン幅よりも大きくなる形状を備えている薄膜磁気ヘッドが提供される。
放熱部の形状において、浮上面側の端部でのトラック幅方向のパターン幅（ＷＨＳ１）が、この端部とは反対側の端部でのトラック幅方向のパターン幅（ＷＨＳ２）よりも大きくなっているので、磁気ヘッド素子の浮上面とは反対側に位置している発熱体から放熱部に到達した熱流は、主として上下部シールド層及び磁極層への方向に選択的に向けられ、その分、放熱部の発熱体とは反対側の表面から放出される分が抑制される。従って、より多くの熱流が磁気ヘッド素子の近傍に到達してこの近傍を熱膨張させる。この結果、従来、発熱体からの熱が磁気ヘッド素子近傍以外の領域に多量に散逸してしまう問題が解決されて、発熱体からの熱によるこれらの磁気ヘッド素子の突出効率が向上する。
さらに、ＷＨＳ１の値を大きくとることによって、電磁コイル素子から発生する熱を十分にオーバーコート層へ放出することができ、電磁コイル素子自身の熱膨張による大きなインダクタンスの変動を回避することも可能となる。
少なくとも１つの放熱部が、浮上面側の端部からこの端部とは反対側の端部に行くに従ってトラック幅方向のパターン幅が単調減少する形状を備えていることが好ましい。さらに、この少なくとも１つの放熱部が、凸字形、四角形の少なくとも１つの角が欠けた形、三角形及び半円形のうちの１つ若しくは２つ以上の組み合わせ、又はこれらの形において角が曲線状に滑らかとなっている形状を備えていることも好ましい。
放熱部の形状を、上記のようなパターン幅、さらには形に特定することによって、発熱体からの熱流のうち上下部シールド層及び磁極層への方向に向けられる分の割合が増加するので、さらに積極的に磁気ヘッド素子近傍を熱膨張させることが可能となる。この結果、発熱体からの熱によるこれらの磁気ヘッド素子の突出効率がより一層向上する。
少なくとも１つの発熱体が、基板と少なくとも１つの放熱部との間に形成されていることがさらに好ましい。また、この少なくとも１つの放熱部が、少なくとも１つの発熱体の直上を完全に覆っていることがより好ましい。さらに、基板と少なくとも１つの発熱体との間に、これらを構成する材料よりも熱伝導率が小さい材料から構成される熱伝導抑制層を備えていることがより好ましい。
発熱体が、基板と放熱部との間に位置することによって、発熱体から発生する熱のうち、少なくとも基板とは反対側に伝搬した分は、その多くを放熱部に受け取られることになるので、最終的に磁気ヘッド素子近傍に到達する熱量の割合が増加し、発熱体からの熱によるこれらの磁気ヘッド素子の突出効率がより向上する。さらに、放熱部が、この発熱体の直上を完全に覆っている場合、放熱部が受け取る熱量の割合がさらに増加する。さらにまた、基板と発熱体との間に、これらを構成する材料よりも熱伝導率が小さい材料から構成される熱伝導抑制層を設けることによって、発熱体から発生する熱のうち基板側に伝搬した分は、その多くがこの熱伝導抑制層に遮られて基板にまで到達しない。その結果、放熱部が受け取る熱量の割合が結果的に増加することになる。これにより、発熱体からの熱による磁気ヘッド素子の突出効率がさらに一層向上する。
少なくとも１つの放熱層が、上下部シールド層及び少なくとも１つの磁極層のうちの少なくとも１つの層と同一の膜から形成されていることも好ましい。このように同一の膜から形成されている場合、放熱層と上下部シールド層及び磁極層のうちの１層とのスライダ基板の素子形成面からの距離が同じとなり、これにより、両層間の間隙の大きさが明確に規定しやすくなる。また、構成材料も同一となる。その結果、磁気ヘッド素子形成部の熱伝導設計が容易となる。
少なくとも１つの読み出し磁気ヘッド素子が、面内通電型（ＣＩＰ（Current In Plane））巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive））素子、垂直通電型（ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane））ＧＭＲ素子又はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistive））素子であることが好ましい。ＣＩＰ-ＧＭＲ素子、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子はいずれも非常に高い磁界感度を有するが、その出力が温度に強く依存する。これらの素子を、本発明における発熱による突出効率の向上した薄膜磁気ヘッドの読み出し磁気ヘッド素子として用いることによって、不要な素子温度の上昇による読み出し能力の低下を回避しつつ、これらの素子の有する高い磁界感度を有効に利用することができる。
少なくとも１つの書き込み磁気ヘッド素子が、長手磁気記録用の電磁コイル素子又は垂直磁気記録用の電磁コイル素子であることが好ましい。
本発明によれば、また、上述の薄膜磁気ヘッドを少なくとも１つ備えており、薄膜磁気ヘッドの少なくとも１つの発熱体に電流を供給するためのリード線をさらに備えているヘッドジンバルアセンブリが提供される。
本発明によれば、さらにまた、上述のヘッドジンバルアセンブリを少なくとも１つ備えており、少なくとも１つの発熱体へ供給する電流を制御する電流制御手段をさらに備えている磁気ディスク装置が提供される。
本発明の薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えたＨＤＤによれば、発熱体からの熱による磁気ヘッド素子の突出効率を向上させることができる。さらに、この突出効率の向上によって、ＨＤＤ搭載機器の低消費電力化及び小型化が可能となる。
以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。
図１は、本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、本発明によるＨＧＡの一実施形態を示す斜視図であり、図３は、ＨＧＡの先端部に装着されている本発明による薄膜磁気ヘッド（スライダ）の一実施形態を示す斜視図である。
図１において、１０はスピンドルモータ１１の回転軸の回りを回転する複数の磁気ディスク、１２は薄膜磁気ヘッド（スライダ）をトラック上に位置決めするためのアセンブリキャリッジ装置、１３は薄膜磁気ヘッドの読み書き動作及び発熱動作を制御するための記録再生回路をそれぞれ示している。
アセンブリキャリッジ装置１２には、複数の駆動アーム１４が設けられている。これらの駆動アーム１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１５によってピボットベアリング軸１６を中心にして角揺動可能であり、この軸１６に沿った方向にスタックされている。各駆動アーム１４の先端部には、ＨＧＡ１７が取り付けられている。各ＨＧＡ１７には、スライダが、各磁気ディスク１０の表面に対向するように設けられている。磁気ディスク１０、駆動アーム１４、ＨＧＡ１７及び薄膜磁気ヘッド（スライダ）は、単数であっても良い。
図２に示すように、ＨＧＡは、サスペンション２０の先端部に、磁気ヘッド素子を有するスライダ２１を固着し、さらにそのスライダ２１の端子電極に配線部材２５の一端を電気的に接続して構成される。
サスペンション２０は、ロードビーム２２と、このロードビーム２２上に固着され支持された弾性を有するフレクシャ２３と、ロードビーム２２の基部に設けられたベースプレート２４と、フレクシャ２３上に設けられておりリード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材２５とから主として構成されている。
本発明のＨＧＡにおけるサスペンションの構造は、以上述べた構造に限定されるものではないことは明らかである。なお、図示されていないが、サスペンション２０の途中にヘッド駆動用ＩＣチップを装着してもよい。
図３に示すように、本実施形態におけるスライダは、互いに積層された記録用の電磁コイル素子及び再生用のＭＲ効果素子３０と、これらの素子に接続された４つの信号端子電極３１と、図３には示されていないヒータに流す電流用の２つの駆動端子電極３２とを、その素子形成面３３上に備えている。３４はスライダの浮上面である。なお、これらの端子電極の数及び位置は、図３の形態に限定されるものではない。図３において端子電極は６つであるが、例えば、電極を５つとした上でグランドをスライダ基板に接地した形態でも良い。
図４は、本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態をスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図であり、図５（Ａ）は図４のＡ−Ａ線断面を含む斜視図、図５（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。なお、図５におけるコイルの巻き数は図を簡略化するため、図４における巻き数より少なく表されている。コイルは１層、２層以上又はヘリカルコイルでもよい。また、図４及び図５において、発熱体４６の構成も、後に詳述するため、簡略的に示されている。
図５（Ａ）において、４０はスライダ基板であり、浮上面５０を有し、書き込み又は読み出し動作時には回転する磁気ディスク表面上において流体力学的に所定の間隙をもって浮上している。このスライダ基板４０の浮上面５０を底面とした際の一つの側面（素子形成面）に、読み出し用のＭＲ効果素子４２と、書き込み用の電磁コイル素子４４と、発熱体４６と、放熱部４８とが形成されている。
ＭＲ効果素子４２は、ＭＲ効果層４２ｃと、この層を挟む位置に配置される下部シールド層４２ａ及び上部シールド層４２ｆとを含む。ＭＲ効果層４２ｃは、ＣＩＰ-ＧＭＲ多層膜、ＣＰＰ-ＧＭＲ多層膜又はＴＭＲ多層膜からなり、非常に高い感度で磁気ディスクからの信号磁界を感知する。ＭＲ効果層４２ｃがＣＰＰ-ＧＭＲ多層膜又はＴＭＲ多層膜からなる場合、上下部シールド層４２ｆ及び４２ａはそれぞれ上下部電極として兼用される。下部シールド層４２ａ及び上部シールド層４２ｆは磁性層であり、ＭＲ効果層４２ｃに対して雑音となる外部磁界を遮断する役割を有する。
電磁コイル素子４４は、下部磁極層４４ａ、上部磁極層４４ｆ及びコイル層４４ｃを含む。下部磁極層４４ａ及び上部磁極層４４ｆは、コイル層４４ｃから発生した磁束を、書き込みがなされる磁気ディスク表面にまで収束させながら導くための磁路である。なお、ＭＲ効果素子４２の上部シールド層４２ｆと電磁コイル素子４４の下部電極層４４ａとが一体となって、１つの層で両層の機能を兼ねてもよい。
ＭＲ効果素子４２及び電磁コイル素子４４の磁気ディスク表面側の端は、ヘッド端面５１に達している。ここで、ヘッド端面５１には、保護膜としてＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等のコーディングが施されている。なお、ＭＲ効果素子４２及び電磁コイル素子４４の端となっているヘッド端面５１と磁気ディスク表面との書き込み／読み出し動作時における距離がｄＭＳとなる。
発熱体４６は、ＭＲ効果素子４２及び電磁コイル素子４４のヘッド端面５１とは反対側の位置であってスライダ基板４０と放熱部４８との間に形成されている。ここで、発熱体４６は、必ずしもこの位置に限定されるものではなく、これらの磁気ヘッド素子のヘッド端面５１とは反対側の位置に設けられていればよい。例えば、放熱部４８の上方の位置に形成されていてもよい。
放熱部４８は、第１の放熱層４８ａ及び第２の放熱層４８ｂを含む。この放熱部４８は、発熱体４６からの熱を受け取って、発熱体４６からの熱流を促進させる役割を果たしている。これによって、発熱体４６が自ら発した熱によって溶融する事態が回避される。さらに、放熱部４８は、同図に示すように特定の形状（同図では凸形状に相当）を有しており、この熱流の方向が積極的にＭＲ効果素子４２及び電磁コイル素子４４近傍に向けられるので、発熱体４６からの熱によるこれらの磁気ヘッド素子の突出効率が向上する。熱流の方向に選択性を持たせるための放熱部４８のこのような形状については、後に詳述する。なお、この放熱部４８は２つの放熱層を含む積層体となっているが、単層の、又は３つ以上の放熱層を含む積層体であってもよい。
次いで、図５（Ｂ）を用いて、上記の構成を詳述する。スライダ基板４０は、例えばアルティック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）等から形成されている。４１は、スライダ基板４０上に積層された例えばＡｌ２Ｏ３等からなる厚さ約０.０５μｍ〜約１０μｍの絶縁層である。下部シールド層４２ａは、絶縁層４１上に積層されており、例えば厚さ約０.３μｍ〜約３μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成されている。４２ｂは、下部シールド層４２ａ上に積層された例えばＡｌ２Ｏ３又はＤＬＣ等からなる厚さ約０.００５μｍ〜約０.５μｍの下部シールドギャップ層である。
ＭＲ効果層４２ｃは、例えばＣＩＰ-ＧＭＲ多層膜、ＣＰＰ-ＧＭＲ多層膜又はＴＭＲ多層膜から構成される。４２ｄは、磁気バイアス層を備えておりＭＲ効果層４２ｃの両端に接続された例えばＣｕ等からなる素子リード導体層、４２ｅはＭＲ効果層４２ｃ及び素子リード導体層４２ｄ上に積層された例えばＡｌ２Ｏ３又はＤＬＣ等からなる厚さ約０.００５μｍ〜約０.５μｍの上部シールドギャップ層である。なお、ＭＲ効果層４２ｃがＣＰＰ-ＧＭＲ多層膜又はＴＭＲ多層膜で構成される場合、上下部シールドギャップ層４２ｅ及び４２ｂ、並びに素子リード導体層４２ｄは不要となる。上部シールド層４２ｆは、上部シールドギャップ層４２ｅ上に積層されており、例えば厚さ約０.３μｍ〜約４μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成されている。なお、上下部シールド層４２ｆ及び４２ａの間隔である再生ギャップ長は、約０.０３μｍ〜約１μｍである。
４３は、上部シールド層４２ｆ上に積層された例えばＡｌ２Ｏ３等からなる厚さ約０.１μｍ〜約２.０μｍの絶縁層である。下部磁極層４４ａは、絶縁層４３上に積層されており、例えば厚さ約０.３μｍ〜約３μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成されている。なお、上部シールド層４２ｆと下部電極層４４ａとが一体となって、１つの層で両層の機能を兼ねる場合、絶縁層４３は省略される。４４ｂは、下部磁極層４４ａ上に積層された例えばＡｌ２Ｏ３又はＤＬＣ等からなる厚さ約０.０３μｍ〜約０.５μｍ（記録ギャップ長に相当）の磁気ギャップ層である。コイル層４４ｃは、磁気ギャップ層４４ｂ上に積層されており、例えば厚さ約０.５μｍ〜約３μｍのＣｕ等から形成されている。４４ｄは、コイル層４４ｃを覆う例えば熱硬化されたレジスト層等からなる厚さ約０.１μｍ〜約５μｍのコイル絶縁層、４４ｅは、コイル層４４ｃの一端に電気的に接続された例えばＣｕ又はＮｉＦｅ等からなるコイルリード導体層である。上部磁極層４４ｆは、下部磁極層４４ａと共に磁極及び磁気ヨークを構成しており、例えば厚さ約０.５μｍ〜約５μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成されている。
４７は、例えば熱硬化されたレジスト層等からなる厚さ約０.３μｍ〜約４μｍの熱伝導抑制層である。第１の放熱層４８ａは、熱伝導抑制層４７上に積層されており、上部シールド層４２ｆと同じく例えば厚さ約０.３μｍ〜約４μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成される。第２の放熱層４８ｂは、第１の放熱層４８ａの上に形成された絶縁層４３上に積層されており、下部磁極層４４ａと同じく例えば厚さ約０.３μｍ〜約３μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成される。４９は、例えばＡｌ２Ｏ３等から形成されているオーバーコート層である。
図６は、図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの放熱部４８をスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図であり、図７（Ａ）〜（Ｆ）は、放熱部４８の種々の変更態様を同じくスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図である。
図６によれば、放熱部４８は凸字形であり、ヘッド端面５１側の端部でのヘッド端面方向のパターン幅ＷＨＳ１が、この端部とは反対側の端部でのヘッド端面方向のパターン幅ＷＨＳ２よりも大きくなっている。また、破線で表された発熱体４６は、同図において放熱部４８の凸部の直下に位置している。ここで、ＷＨＳ１＞ＷＨＳ２であるので、放熱部４８は、発熱体４６の直上を完全に覆ってはいるが、発熱体４６を覆っている付近の表面積は小さく抑えられることになる。放熱部４８がこのような形状を有しているので、発熱体４６から放熱部４８に伝搬した熱量のうち、放熱部４８の発熱体４６とは反対側の表面からその上部に存在するオーバーコート層４９（図示せず）に向けて放出される分が小さく抑えられる。さらに、上述したように、放熱部４８は主に熱伝導率の良い金属材料から形成されており、またＷＨＳ１＞ＷＨＳ２となっているので、発熱体４６からの熱流は、主として下部磁極層４４ａ、上下部シールド層４２ｆ及び４２ａへの方向５３に選択的に向けられて、積極的にＭＲ効果素子４２及び電磁コイル素子４４近傍を熱膨張させる。この結果、発熱によるこれらの磁気ヘッド素子の突出効率が向上する。
ここで、放熱部４８のヘッド端面５１側の端部でのパターン幅ＷＨＳ１を十分に大きくとっているので、電磁コイル素子のコイル層４４ｃから発生する熱を十分にオーバーコート層へ放出することができ、電磁コイル素子自身の熱膨張による大きなインダクタンスの変動を回避することも可能となっている。
放熱部４８と下部磁極層４４ａ等との間隙Ｇは、上下部シールド層４２ｆ及び４２ａがシールド効果を良好に保つのに適した形状及び面積を維持することを目的として、磁気的に分離するように設けられている。さらに、この間隙Ｇによって、発熱体４６からの熱が多量に磁気ヘッド素子に流入して、温度に敏感なＭＲ効果素子のＭＲ特性に悪影響を及ぼしたり、電磁コイル素子を熱膨張させてインダクタンスを大きく変動させたりする事態が回避される。
次いで、放熱部４８の種々の変更態様について説明する。放熱部は、図７（Ａ）の４８´のように、四角形のヘッド端面５１とは反対側の２つの角が欠けた形状であってもよい。また、図７（Ｂ）の４８´´のように、底辺をヘッド端面５１側にしてヘッド端面５１と平行に置かれた三角形、図７（Ｃ）の４８´´´のように、直線の辺をヘッド端面５１側にしてヘッド端面５１と平行に置かれた半円形、図７（Ｄ）の４８´´´´のように、半円形及び図７（Ａ）の形状の組み合わせ、図７（Ｅ）のように、半円形及び三角形の重ね合わせ部分を持つ組み合わせであってもよい。さらに、図７（Ｆ）に示したように、これらの形状において角が曲線上に滑らかになっていてもよい。ここで、図７（Ｆ）では、４８´の角を滑らかにした形を示している。
図７（Ａ）〜（Ｆ）の何れの形状においても、ヘッド端面５１側の端部からこの端部とは反対側の端部に行くに従って、ヘッド端面５１方向のパターン幅が単調減少しており、ヘッド端面５１側の端部でのパターン幅が、この端部とは反対側の端部でのパターン幅よりも大きくなっている。従って、これらの形状においても、図６の形状と同じく発熱体からの熱流は、下部磁極層等への方向に選択的に向けられて、積極的にＭＲ効果素子及び電磁コイル素子近傍を熱膨張させる。この結果、発熱によるこれらの磁気ヘッド素子の突出効率が向上する。
なお、図６及び図７（Ａ）〜（Ｆ）において、いずれの形状もヘッド端面５１に垂直な所定の面に関して左右対称となっているが、上述のパターン幅の要件を満たしていれば、左右非対称な形状であってもかまわない。さらに、上述した条件を満たす形状であれば、当然その他の形状であってもよい。また、図６において、放熱部４８は発熱体４６の直上を覆っているが、この条件に限定されるものではなく、発熱体４６と対向する部分の一部が抜けていたり切り欠けていたりしてもよい。ただし、発熱体４６の溶融を回避し、発熱体からの熱による磁気ヘッド素子の突出効率をより高めるために、放熱部４８が発熱体４６の直上を完全に覆っていることが好ましい。
図８は、図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの構成を示す、図４のＢ−Ｂ線断面図である。同図においては、図５（Ａ）及び（Ｂ）と同一の要素が、同じ参照番号を用いて示されている。ただし、図８に示された断面には、ＭＲ効果層４２ｃ、コイルリード導体層４４ｅ、発熱体４６、熱伝導抑制層４７及び放熱部４８は現れていない。
図９は、図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの発熱体４６の構成を示す、スライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図である。また、図１０は、発熱体４６の電極パッド部の構成を示すための図４におけるＣ−Ｃ線断面図である。
図９によると、発熱体４６は、１本のラインを層内で蛇行させた発熱部４６ａと、発熱部４６ａの両端にそれぞれ接続された引き出し電極４６ｂ及び４６ｃとを有しており、所定の長さの通電路となっている。
より具体的には、発熱部４６ａは、所定の始点６０から折り返し点６１まで矩形波状に蛇行するように形成された上り部６６と、折り返し点６１から始点６０の近傍の終点６２まで上り部６６に沿って蛇行しながら戻るように形成された下り部６７と、始点６０と引き出し電極４６ｃとを接続する接続部７４と、終点６２と引き出し電極４６ｂとを接続する７５とを有している。また、互いに沿うように形成された上り部６６と下り部６７との間隔７０は、互いに面する上り部６６同士の間隔７２及び互いに面する下り部６７同士の間隔７３と比較して、狭くなるように設定されている。
発熱部４６ａは、例えば、約１００ｎｍ〜約５０００ｎｍ程度の厚さを有しており、例えば、ＮｉＣｕを含む材料からなる。ここで、ＮｉＣｕにおけるＮｉの含有割合は、例えば、約１５〜約６０原子％であり、好ましくは２５〜４５原子％である。また、このＮｉＣｕに対する添加物として、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＨｆのうち、少なくとも１つの元素が含まれていてもよい。これらの添加物の含有割合は、５原子％以下であることが好ましい。
また、発熱部４６ａは、例えば、ＮｉＣｒを含む材料からなっていてもよい。この場合、ＮｉＣｒにおけるＮｉの含有割合は、例えば、約５５〜約９０原子％であり、好ましくは７０〜８５原子％である。また、このＮｉＣｒに対する添加物として、Ｔａ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＨｆのうち、少なくとも１つの元素が含まれていてもよい。これらの添加物の含有割合は、５原子％以下であることが好ましい。また、引き出し電極４６ｂ及び４６ｃは、発熱部４６ａと同じ材料である。
図１０によれば、発熱部４６ａは熱伝導抑制層４７と第１の放熱層４８ａとの間に形成されており、この間の領域から引き出し電極４６ｂ及び４６ｃが引き出されている。引き出し電極４６ｂ及び４６ｃ上には、導電性を有する電極膜部材８０ｂ及び８０ｃがそれぞれ形成されている。この電極膜部材８０ｂ及び８０ｃ上には、この電極膜部材８０ｂ及び８０ｃを電極として電界めっきによって形成された、上方に伸びるバンプ８１ｂ及び８１ｃがそれぞれ設けられている。電極膜部材８０ｂ及び８０ｃ並びにバンプ８１ｂ及び８１ｃは、Ｃｕ等の導電材料等からなる。電極膜部材８０ｂ及び８０ｃの厚みは、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ程度であり、バンプ８１ｂ及び８１ｃの厚みは、約５μｍ〜約３０μｍ程度である。
バンプ８１ｂ及び８１ｃの上端は、オーバーコート層４９から露出しており、これらの上端には、発熱体４６用のパッド８２ｂ及び８２ｃがそれぞれ設けられている。このパッド８２ｂ及び８２ｃを介して、発熱体４６に電流が供給されることになる。なお、同様にして、ＭＲ効果素子４２及び電磁コイル素子４４は信号端子電極３１（図３）と接続されているが、これらの接続構造は、図の簡略化のため図示されていない。
図１１は、図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明する工程図であり、図４のＡ−Ａ線断面を示している。
以下、同図を参照して、これらの実施形態における薄膜磁気ヘッドの製造工程を簡単に説明する。まず、図１１（Ａ）に示すように、例えばスパッタリング法によって、基板４０上に絶縁層４１が積層される。次いで、絶縁層４１上に、例えばめっき法によって下部シールド層４２ａを構成する膜が形成され、さらに例えばフォトリソグラフィによって、下部シールド層４２ａ及び同層中に間隙Ｇが形成される。その後、熱伝導抑制層４７が、例えばフォトリソグラフィ及び熱処理によってヘッド端面５１とは反対側の下部シールド層４２ａに隣接した位置に形成される。次いで、発熱体４６を構成する発熱部４６ａと引き出し電極４６ｂ及び４６ｃとが、例えばスパッタリング法によって熱伝導抑制層４７上に形成される。
次いで、図１１（Ｂ）に示すように、例えばスパッタリング法によって、下部シールドギャップ層４２ｂを構成する膜が形成される。次いで、例えばスパッタリング法によって、ＭＲ効果層４２ｃと、素子リード導体層４２ｄと、上部シールドギャップ層４２ｅを構成する膜とが順次形成される。次いで、例えばめっき法によって上部シールド層４２ｆを構成する膜が形成される。さらに、上部シールド層４２ｆを構成する膜の上に、例えばスパッタリング法によって絶縁層４３を構成する膜、及び下部磁極層４４ａを構成する膜が形成される。
ここで、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法等の公知の方法を用いて、上記各層を構成する膜をパターン化すると共に間隙Ｇを形成することによって、下部シールドギャップ層４２ｂ、上部シールドギャップ層４２ｅ、上部シールド層４２ｆ、絶縁層４３及び下部磁極層４４ａと、所定の形状を有する第１の放熱層４８ａ及び第２の放熱層４８ｂを含む放熱部４８とが、分離して形成される。その後、平坦化層４９ａが形成される。この工程により、平坦化層４９ａの材料が上記の形成された間隙Ｇに埋め込まれることになる。以上の工程によって、ＭＲ効果素子４２の形成が完了する。
次いで、図１１（Ｃ）に示すように、スパッタ法、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法等を用いた公知の方法によって、磁気ギャップ層４４ｂが形成され、さらに磁気ギャップ層４４ｂの上にコイル層４４ｃ、コイル層４４ｃを覆うようにコイル絶縁層４４ｄ及び上部磁極層４４ｆが形成される。以上の工程によって、電磁コイル素子４４の形成が完了する。最後に、図１１（Ｄ）に示すように、オーバーコート層４９が形成される。
図１２は、図１の実施形態における磁気ディスク装置の記録再生回路１３の回路構成を示すブロック図である。
図１２において、９０は記録再生制御ＬＳＩである。９１は記録再生制御ＬＳＩ９０から記録データを受け取るライトゲート、９２はライト回路、９３は、発熱体への電流値の制御用テーブル等を格納するＲＯＭ、９５は、ＭＲ効果素子４２へセンス電流を供給する定電流回路、９６は、ＭＲ効果素子４２の出力電圧を増幅する増幅器、９７は、記録再生制御ＬＳＩ９０に対して再生データを出力する復調回路、９８は温度検出器、９９は、発熱体４６の制御回路をそれぞれ示している。
記録再生制御ＬＳＩ９０から出力される記録データは、ライトゲート９１に供給される。ライトゲート９１は、記録再生制御ＬＳＩ９０から出力される記録制御信号が書き込み動作を指示するときのみ、記録データをライト回路９２へ供給する。ライト回路９２は、この記録データに従ってコイル層４４ｃに書き込み電流を流し、電磁コイル素子４４により磁気ディスク１０（図１）上に記録を行う。
記録再生制御ＬＳＩ９０から出力される再生制御信号が読み出し動作を指示するときのみ、定電流回路９５からＭＲ効果層４２ｃに定電流が流れる。このＭＲ効果素子４２により再生された信号は増幅器９６で増幅された後、復調回路９７で復調され、得られた再生データが記録再生制御ＬＳＩ９０に出力される。
発熱体制御回路９９は、記録再生制御ＬＳＩ９０から出力される発熱体ＯＮ／ＯＦＦ信号及び発熱体電流値制御信号を受け取る。この発熱体ＯＮ／ＯＦＦ信号がオン動作指示である場合、電流が発熱体４６の発熱部４６ａに流れる。この際の電流値は、発熱体電流値制御信号に応じた値に制御される。
このように、記録／再生動作制御信号系とは独立して、発熱体ＯＮ／ＯＦＦ信号及び発熱体電流値制御信号系を設けることによって、記録再生動作に連動した発熱体への通電のみならず、より多様な通電モードを実現することができる。
実際の動作においては、発熱体４６の発熱部４６ａに、所定の通電モードに対応した電流が流れる。この電流によって、この発熱体４６から熱が発生し、この熱が放熱部を伝搬して電磁コイル素子４４及びＭＲ効果素子４２に到達し、これらの磁気ヘッド素子を熱膨張によってヘッド端面５１方向に突出させる。これにより、ｄＭＳを書き込み動作時及び読み出し動作時にのみ小さくすることができる。このように、磁気ヘッド素子の動作時にのみｄＭＳを小さくすることにより、磁気ディスク表面にスライダが衝突するクラッシュの確率をさほど高めることなく、トラック幅の狭小化に伴う信号書き込み能力及び／又は信号読み出し能力の低下を補い、記録ビットの微小化に伴う信号磁界の微弱化に対応することができる。このｄＭＳ値は、発熱部４６ａに流れる電流を制御する発熱体電流値制御信号により精度良く調整することができる。
なお、記録再生回路１３の回路構成は、図１２に示したものに限定されるものでないことは明らかである。記録制御信号及び再生制御信号以外の信号で書き込み動作及び読み出し動作を特定しても良い。また、少なくとも書き込み動作時及び読み出し動作時の両方で発熱体４６を発熱させることが望ましいが、書き込み動作時若しくは読み出し動作時の一方でのみ、又は書き込み動作及び読み出し動作が連続する一定期間内において継続して発熱体４６を発熱させることも可能である。さらに、発熱体４６に通電する電流として、直流だけではなく、交流又はパルス電流等を用いることも可能である。
以下、本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態における放熱部の形状の効果について実施例を用いて説明する。
図１３（Ａ）は、本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態における放熱部をスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図であり、具体的な寸法が示されている。図１３（Ｂ）は、比較例として従来の薄膜磁気ヘッドにおける放熱部を同じくスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図であり、具体的な寸法が示されている。なお、これらの図において、下部磁極層よりも上に形成された電磁コイル素子部分は、破線で簡略化して示されている。
図１３（Ａ）によれば、放熱部１３０は、図６と同じく凸字形状を有している。ここで、ＷＨＳ１＝９０.０μｍ、及びＷＨＳ２＝４０.０μｍである。発熱体１３２は、その大きさが３０.０μｍ×３０.９μｍであり、同図において放熱部１３０の凸部の直下に位置している。ここで、放熱部１３０は、発熱体１３２の直上を完全に覆っている。９０.０μｍ×２５.０μｍの矩形である上下部シールド層、ＭＲ効果層及び下部磁極層を含む磁気ヘッド素子積層体１３１と、放熱部１３０との間隙Ｇは、５.０μｍである。
一方、図１３（Ｂ）によれば、比較例としての従来形状の放熱部１３３は、９０.０μｍ×６０.０μｍの矩形であり、９０.０μｍ×２５.０μｍの矩形である磁気ヘッド素子積層体１３４との間でＧ＝５.０μｍの間隙をもって配置されている。すなわち、図１３（Ａ）の放熱部１３０は、図１３（Ｂ）の従来形状の放熱部１３３のヘッド端面５１とは反対側の２つの角を四角く抉って凸字状にしたものである。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）において、この放熱部形状以外は、発熱体の位置も含めて同じ構成となっている。
図１４は、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示した形状の放熱部を備えた薄膜磁気ヘッドにおけるヘッド端面のＴＰＴＰを示す。横軸は、スライダ基板の素子形成面からヘッド端面内の一地点までの距離ＤＲであり、縦軸は、同地点での発熱体の発熱による突出量（ＴＰＴＰ量）を示す。発熱体への投入電力は、共に１００ｍＷである。ＴＰＴＰ量は、シミュレーション値である。
図１４によれば、ヘッド端面の突出形状は、本発明による薄膜磁気ヘッド（図１３（Ａ））と従来の薄膜磁気ヘッド（図１３（Ｂ））とにおいてほぼ同じであるが、ＴＰＴＰ量は、本発明による薄膜磁気ヘッド（図１３（Ａ））の方が、ヘッド端面の全領域において大きい。磁気ヘッド素子端の位置に当たるＤＲ＝２.５μｍにおいて、従来の薄膜磁気ヘッド（図１３（Ｂ））のＴＰＴＰ量は、９.０ｎｍであるのに対して、本発明による薄膜磁気ヘッド（図１３（Ａ））のＴＰＴＰ量は、９.７ｎｍと大きくなっている。すなわち、本発明の薄膜磁気ヘッドにおいては、ＴＰＴＰ量が約７.７％向上していることがわかる。
以上の結果によって、本発明の放熱部形状を備えた薄膜磁気ヘッドにおいては、従来の薄膜磁気ヘッドに比べて、発熱体からの熱による磁気ヘッド素子の突出効率が大きく向上していることが理解される。
さらに、本発明は、発熱体を備えた長手磁気記録用の薄膜磁気ヘッドだけではなく、発熱体を備えた垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドにおいても実施可能であることは明らかである。すなわち、電磁コイル素子が垂直磁気記録に対応した構造を有していても、発熱体からの熱流の方向に選択性を持たせた放熱部の形状の効果は上述した内容と全く同様である。さらに、垂直磁気記録に対応した電磁コイル素子自身の発する熱に対する効果も同様になることは明らかである。
さらに、以上に述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明によるＨＧＡの一実施形態を示す斜視図である。 図２の実施形態におけるＨＧＡの先端部に装着されている薄膜磁気ヘッドを示す斜視図である。 本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態をスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの構成を示す、図４のＡ−Ａ線断面を含む斜視図、及びＡ−Ａ線断面図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの放熱部をスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図である。 放熱部の種々の変更態様をスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの構成を示す、図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの発熱体の構成を示す、スライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図である。 発熱体の電極パッド部の構成を示す、図４のＣ−Ｃ線断面図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明する工程図である。 図１の実施形態における磁気ディスク装置の記録再生回路の回路構成を示すブロック図である。 本発明による薄膜磁気ヘッドの一実施形態における放熱部、及び従来の薄膜磁気ヘッドにおける放熱部をスライダ基板の素子形成面側から透視的に見た平面図である。 図１３に示した形状の放熱部を備えた薄膜磁気ヘッドにおけるヘッド端面のＴＰＴＰを示す特性図である。
符号の説明
１０ 磁気ディスク
１１ スピンドルモータ
１２ アセンブリキャリッジ装置
１３ 記録再生回路
１４ 駆動アーム
１５ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
１６ ピボットベアリング軸
１７ ＨＧＡ
２０ サスペンション
２１、４０ スライダ基板
２２ ロードビーム
２３ フレクシャ
２４ ベースプレート
２５ 配線部材
３０ 書き込み及び読み出し磁気ヘッド素子
３１ 信号端子電極
３２ 駆動端子電極
３３ 素子形成面
３４、５０ 浮上面
４１、４３ 絶縁層
４２ ＭＲ効果素子
４２ａ 下部シールド層
４２ｂ 下部シールドギャップ層
４２ｃ ＭＲ効果層
４２ｄ 素子リード導体層
４２ｅ 上部シールドギャップ層
４２ｆ 上部シールド層
４４ 電磁コイル素子
４４ａ 下部磁極層
４４ｂ 磁気ギャップ層
４４ｃ コイル層
４４ｄ コイル絶縁層
４４ｅ コイルリード導体層
４４ｆ 上部磁極層
４６、１３２、１３５ 発熱体
４６ａ 発熱部
４６ｂ、４６ｃ 引き出し電極
４７ 熱伝導抑制層
４８、１３０、１３３ 放熱部
４８ａ 第１の放熱層
４８ｂ 第２の放熱層
４９ オーバーコート層
４９ａ 平坦化層
５１ ＰＴＲ面
６０ 始点
６１ 折り返し点
６２ 終点
６６ 上り部
６７ 下り部
７０、７２、７３ 間隔
７４、７５ 接続部
８０ｂ、８０ｃ 電極膜部材
８１ｂ、８１ｃ バンプ
８２ｂ、８２ｃ パッド
９０ 記録再生制御ＬＳＩ
９１ ライトゲート
９２ ライト回路
９３ ＲＯＭ
９５ 定電流回路
９６ 増幅器
９７ 復調回路
９８ 温度検出器
９９ ヒータ制御回路
１３１、１３４ 磁気ヘッド素子積層体

Claims (10)

  1. 浮上面を有する基板と、
    該基板上に設けられた下部シールド層及び上部シールド層を有する少なくとも１つの読み出し磁気ヘッド素子並びに少なくとも１つの磁極層を有する少なくとも１つの書き込み磁気ヘッド素子と、
    前記少なくとも１つの読み出し磁気ヘッド素子又は前記少なくとも１つの書き込み磁気ヘッド素子の前記浮上面とは反対側の位置に設けられている少なくとも１つの発熱体と、
    前記下部シールド層、前記上部シールド層及び前記少なくとも１つの磁極層のうちの少なくとも１つの層における前記浮上面側の端とは反対側の端との間に間隙を介することにより、該少なくとも１つの層と分離して設けられた少なくとも１つの放熱層を含む少なくとも１つの放熱部と
    を備えた薄膜磁気ヘッドであって、
    該少なくとも１つの放熱部が、浮上面側の端部でのトラック幅方向のパターン幅が該浮上面側の端部とは反対側の端部でのトラック幅方向のパターン幅よりも大きくなる形状を備えていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
  2. 前記少なくとも１つの放熱部が、浮上面側の端部から該浮上面側の端部とは反対側の端部に行くに従ってトラック幅方向のパターン幅が単調減少する形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
  3. 前記少なくとも１つの放熱部が、凸字形、四角形の少なくとも１つの角が欠けた形、三角形及び半円形のうちの１つ若しくは２つ以上の組み合わせ、又は該１つ若しくは２つ以上の組み合わせの形において角が曲線状に滑らかとなっている形状を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜磁気ヘッド。
  4. 前記少なくとも１つの発熱体が、前記基板と前記少なくとも１つの放熱部との間に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  5. 前記少なくとも１つの放熱部が、前記少なくとも１つの発熱体の直上を完全に覆っていることを特徴とする請求項４に記載の薄膜磁気ヘッド。
  6. 前記基板と前記少なくとも１つの発熱体との間に、該基板及び該少なくとも１つの発熱体を構成する材料よりも熱伝導率が小さい材料から構成される熱伝導抑制層を備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載の薄膜磁気ヘッド。
  7. 前記少なくとも１つの読み出し磁気ヘッド素子が、巨大磁気抵抗効果素子又はトンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  8. 前記少なくとも１つの書き込み磁気ヘッド素子が、長手磁気記録用の電磁コイル素子又は垂直磁気記録用の電磁コイル素子であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
  9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドを少なくとも１つ備えており、該薄膜磁気ヘッドの前記少なくとも１つの発熱体に電流を供給するためのリード線をさらに備えていることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
  10. 請求項９に記載のヘッドジンバルアセンブリを少なくとも１つ備えており、前記少なくとも１つの発熱体へ供給する電流を制御する電流制御手段をさらに備えていることを特徴とする磁気ディスク装置。
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