JPH03141008A - 薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り策上Ω皿里旦１ 本発明は薄膜磁気ヘッド、より詳細には磁気ディスク装
置に用いられる記録再生用薄膜磁気ヘッドに関する。

鼠米Ω技１ 電算機の外部記憶装置などに使用される磁気ディスク装
置には、大容量であって、しかも転送速度の大きいこと
が要求されている。特に大容量化については装置が大き
くなることは好ましくないため高密度記録化を図らなけ
ればならない、記録密度を高める方法としては、記録幅
を小さくしてトラック密度を高める方法と、磁化反転間
隔を小さくして長平方向の記録密度を高める方法とがあ
る。

高速転送、高密度記録化が要求される磁気ディスク装置
に使用される磁気ヘッドには、記録再生特性が優れてい
ることとともにインダクタンスが小さいことが要求され
る。インダクタンスが小さいほど共振周波数が高くなり
、装置の帯域を広くすることができるので情報の転送速
度の増加に対応することができる。また、立ち上がりを
早くして記録電流の反転時間を小さくできるため、記録
密度の増加に対応できる。さらには、インピーダンスノ
イズが小さく抑えられるので高い信号対ノイズ比（ＳＮ
比）が得られる等の効果があるためである。

薄膜磁気ヘッドは磁極が小さくインダクタンスを小さく
できるため、このような要求をもっとも満たすことがで
きる構造と言える。

−船釣なコイル巻数６ターンの薄膜磁気ヘッドの断面構
造を第４図に示す、ヘッド素子支持体となるスライダを
構成する基板１１上にはＮｉＦｅ合金等からなる第一磁
極層１２が形成されており。

基板１１はＡ１１ＯｓＴｘＣなどから構成されるととも
に媒体対向面１８を有している。第一磁極層１２の上面
であって媒体対向面１８の近傍にはＡ１．０．などから
なるギャップ層１３が形成され、このギャップ層１３の
後方には熱硬化性樹脂などからなる絶縁層１４により上
下面が被包囲されたコイル１５が形成されている。さら
に絶縁層１４の上面には第二磁極層１６が形成され、第
一磁極層１２と第二磁極層１６との後端に近い部分は後
側ギャップ１９として接合されており、第一磁極層１２
と第二磁極層１６とにより全体としてリング状のヨーク
構造２５が形成されている。さらに第二磁極層１６の上
面にはＡＩ！０−などから構成された保護膜１７が形成
されている。

第一磁極層１２、第二磁極層１６の先端はスライダの媒
体対向面１８にギャップ層１３を挟んだ状態で露出して
おり、露出面での幅は記録するトラックの幅で規定され
る。

薄膜磁気ヘッドの問題点として、再生波形や出力が不安
定になる、いわゆるウィグル現象があるが、これは第一
磁極層１２と第二磁極層１６との磁歪定数を負の適切な
値にすることにより抑えることができる。

薄膜磁気ヘッドのインダクタンスはヨークの構造、透磁
率およびコイル１５の巻数によって決まってくる。

コイル１５の巻数は必要な再生出力が得られるように設
定される。記録密度を増加させるためにトラック密度を
増加するには、磁極先端領域２１（第７図）の幅を小さ
くしなければならない、再生出力はほぼ磁極先端領域２
１の幅に比例するので、磁極先端領域２１の幅を小さく
することは再生出力の低下を招き、この再生出力の低下
を補うためにはコイル巻数を多くする必要がある。とこ
ろが、コイル巻数を多くすることはインダクタンスを大
きくすることにつながる。望ましい方法としてはヘッド
の変換効率をできるだけ大きくしてコイル巻数をむやみ
に増大させないことである。

ヨーク構造２５の透磁率はヘッドの変換効率の観点から
はできるだけ大きくしたほうがよい。

ヨーク構造２５の形状もヘッドの変換効率に影響するた
めインダクタンスが小さく、しかも変換効率が大きいよ
うな形状が望まれる。

ヨーク構造２５の平面形状に関しては、特開昭５５−８
４０１９号公報に記載されている。これを第６図および
第７図を用いて説明すると、ヨーク構造２５は媒体対向
面１８を含む磁極先端領域２１と、この磁極先端領域２
１の後方に続く後側領域２２とで構成され、磁極先端領
域２１は一定の幅で媒体対向面１８から法線方向に延設
されている。後側領域２２の幅は磁極先端領域２１側で
は磁極先端領域２１と同一で後側ギャップ１９の方に近
づ（につれて扇形に広がった形状となっている。かかる
形状となすことにより、媒体上の隣のトラックからの疑
似信号の影響を最小限に抑えつつ、記録時の印加電流に
よるヨークの磁気飽和レベルを高くし、記録再生効率を
高めることができるというものである。

後側領域２２の幅の広がり方は、後側領域２２の側面２
３と媒体対向面１８とのなす角度（以下、側面角θと記
す）で定義することができる。

特開昭５５−８４０１９号公報では約３０°乃至６０”
であれば記録時の磁気飽和レベルは実質的に影響されな
いことが記述されている。ただし、再生特性やインダク
タンスと側面角θとの関係についてはふれられていない
。

他に側面角θと記録再生特性との関係について記述した
ものとして、日本応用磁気学会誌１３巻２号（１９８９
）９９−１０２がある。ここでは磁歪定数が正の磁極層
をヨークとする薄膜磁気ヘッドで側面角θが３０°％４
５＠、６０°の場合のものの再生出力を比較し、側面角
θが６０°の場合において再生出力が最も大きいことが
実験結果として示されている。また、磁歪定数が負の磁
極層をヨークとする薄膜磁気ヘッドでは、逆に側面角θ
が大きいほど再生出力は小さくなるとの推測が記述され
ている。しかし、測定結果はなく。

インダクタンスと側面角θの関係のついては何ら記載さ
れていない。

が　゛しよ　と　る 上記したように、高トラツク密度に対応して磁極先端領
域２１の幅を小さくすることは再生出力の低下につなが
る。これを補うためにはコイル巻数を多くしなければな
らない、しかし、コイル巻数を多くすることはインダク
タンスの増加につながり、共振周波数の低下、インピー
ダンスノイズの増加につながる。従って、ヘッドの変換
効率ができるだけ大きくなるヨーク構造にしてコイル巻
数をむやみに増加させないことと、コイルの単位巻数当
りのインダクタンスができるだけ小さくなるようなヨー
ク構造にすることが望ましい、しかし現状におけるヘッ
ドの変換効率がほぼ８０％乃至９０％程度は得られてい
ることを考慮すると、変換効率の改善だけではコイル巻
数の大きな削減は望めない、従って、コイル単位巻数当
りのインダクタンスを小さく抑えることが非常に有効な
手段となる。

ヨーク構造では磁路長（磁極先端ギャップから後側ギャ
ップまでの距離）Ｌ（第７図）を小さくすることにより
変換効率を高め、インダクタンスを小さく抑えることが
できる。ただし、磁路長りを小さくすることはコイル１
５の幅を小さくすることとなるため、コイル１５の電気
抵抗は大きくなる。また、製造上もより微細なパターン
による製作となり困難が増す。

一方側面角θは大きいほうがコイル１５の単位巻数当た
りのインダクタンスは小さくなる。そこで、記録再生特
性に悪影響を与えない範囲において側面角θはできるだ
け大きくしたほうが良い。

側面角θは磁極層を形成する際に使用するフォトマスク
で規定されるため、コイル１５の電気抵抗や製造上の困
難さとは無関係に最適化することが容易である。しかし
、当該発明者の知る範囲において、４負の磁歪定数を有
する磁極層をヨークとした場合の、側面角θと記録再生
特性との関係を記述したものはみあたらなかった。

上記したような現状に鑑み本発明では、コイル巻数当り
のインダクタンスが小さく、かつ良好な記録再生特性が
得られるヨーク構造を有した薄膜磁気ヘッドを提供する
ことを目的と−している。

特に負の磁歪定数を有した磁極層のヨーク構造を持つ薄
膜磁気ヘッドにおいて、コイル巻数当りのインダクタン
スが小さく、かつ良好な記録特性が得られる側面角θを
有したものを提供することを目的としている。

占　　゛　るための 上記した目的を達成するために本発明にかかる薄膜磁気
ヘッドでは、第一磁極層と第二磁極層との間に記録再生
ギャップ層が介装されてヨーク構造が形成され、前記記
録再生ギャップ層の後方であって前記第一磁極層と前記
第二磁極層との間にコイルが形成され、前記ヨーク構造
の媒体対向面側の部分である磁極先端領域が一定の幅を
有し、該磁極先端領域につながる後側領域の幅が前記磁
極先端領域の幅から後方にいくにしたがって増大し、そ
の後端近傍に後側ギャップが形成された薄膜磁気ヘッド
において、前記後側領域の前記磁極先端領域につながる
部分の側面と前記媒体対向面とのなす角度が３０゜〜７
５°の範囲に設定されていることを特徴としている。

■ ヨーク構造における後側領域の側面角θをできるだけ大
きくすることにより、コイル巻数当りのインダクタンス
は小さくなる。さらに、側面角θを３０゜〜７５°の範
囲に設定すれば、限られたインダクタンスにおいてコイ
ル巻数を最大に設定でき、かつ記録特性を損なうことな
く大きな再生出力が得られる。また、限られたインダク
タンスで一定の再生出力を得る条件でトラック密度は最
大となる。

また、ヨーク後側領域の側面角θを３０゜〜７５°の範
囲に設定することにより、一定のコイル巻数で同等の記
録再生特性を確保しつつ、インダクタンスを小さく抑え
ることが可能となる。従って、ヘッドインビータンスノ
イズが小さく抑えられ、磁気ディスク装置において大き
いＳＮ比が得られる。

東１１目−ば」立殻」 コイル巻数当りのインダクタンスが小さく、かつ良好な
記録特性が得られる側面角θを見出すため、側面角θ以
外の条件はできる限り一定にして側面角θのみが異なる
第４図に示した構造の薄膜磁気ヘッドを作製した。磁極
層はＮｉＦｅ合金で形成し、その組成比を制御すること
により磁歪定数を約−２Ｘ　１０−’とし、側面角θが
３０”から９０”のものまでを作製した。第一磁極層１
２、第二磁極層１６の厚みはそれぞれ約３．３μｍ、ギ
ャップ長は約０．４μｍ、磁極先端領域２１の幅および
媒体対抗面１８から法線方向の高さはそれぞれ約１２μ
ｍ、磁路長りは１４０μｍ、コイル巻数は２４ターンで
あった。

第１８図は上記した磁気ヘッドについて側面角θとイン
ダクタンスとの関係を測定した結果を示している。イン
ダクタンスは測定周波数や測定電流によって変化するた
め一定とし、測定周波数はＩＭ）Ｉｚ、測定電流は０．
５　ａ＋Ａｒｍ５の正弦波とした。第１図から側面角θ
が大きいほどインダクタンスが小さくなっていることが
わかる。従ってインダクタンスの観点からは側面角θは
できるだけ大きい方がよいといえる。

次に、記録再生特性を１２００エルステツドのスパッタ
媒体上で回転数３６０ＯＲＰＭ、ｍ気ディスクにおける
半径３５關の位置で測定した。同測定条件での各ヘッド
の浮上量は０．１４５±０．００５μｍであった。

記録特性はオーバライド特性で評価した。オーバライド
特性は３　ＭＨｚを記録したトラックに８ＭＨｚで記録
し、３　ＭＨｚの信号成分の減衰量（以下０／Ｗと記す
）として測定した。記録電流起磁力はヨークが十分飽和
する条件とした。第２図に側面角θとＯ／胃との関係を
測定した結果を示す。

側面角θが３０°から７５°の範囲では０／Ｗはほぼ一
定となっている。従って記録特性上は側面角θの上限は
６０°ではなくほぼ７５°であるといえる。

再生特性は種々の周波数における再生出力で評価した。

第３図は側面角θと１．３．８．１２朋Ｚでの再生出力
との関係を測定した結果を示している。各周波数におい
て再生出力は側面角θが３０°から７５°の範囲でほぼ
一定であり、再生特性上の側面角θの上限もほぼ７５°
であることがわかった。また、測定範囲において周波数
特性や分解能の側面角θによる大きな違いはみられなか
った。

以上に示した実験事実から、記録再生特性上は側面角θ
が３０゜〜７５°の範囲でほぼ一定であることがわかっ
たので、インダクタンスを小さくするために側面角θを
７５°以下でできるだけ大きくすればよいといえる。

さらに詳しく実験した結果、ヨークが十分飽和する記録
電流起磁力は側面角θが３０’から６０°の範囲でほぼ
一定であり、７５＠になると若干大きくなることもわか
った。つまり、各側面角θで記録電流起磁力を最適化す
れば、側面角θが３０゜〜７５°の範囲で同等の記録特
性が得られるが、記録電流を側面角θが３０”から６０
”の範囲での最適記録電流起磁力に固定すれば側面角θ
が７５°での記録特性は少し低くなった。

以上の結果から、インダクタンスを小さくするためには
側面角θは６０’以上が望ましく、記録再生特性の面か
らは７５＠以下が望ましいことがわかった。また、側面
角θが６０”から７５°の範囲の中では、記録電流の設
定条件と必要な記録特性との兼ね合いで側面角θを選択
すればよいことがわかった。

次に、一定のインダクタンスで一定の再生出力を得るた
めに側面角θによってトラック密度がどのように変わる
かを示す、ここではトラック幅は磁極先端領域２１の幅
とする。側面角θが４５゜で３０ターンの薄膜磁気ヘッ
ドと比較した場合、同一インダクタンスで側面角θが６
０°では３６ターン、７５°では４４ターンにでき、同
一トラック幅での出力はそれぞれ１．２倍、１．４７倍
のものが得られた。

側面角θが４５°でトラック幅１２μｍで３０ターンの
薄膜磁気ヘッドと比較した場合、同一インダクタンスで
側面角θが６０°となしたものでは３６ターンでトラッ
ク幅１０ｕｍ、同一インダクタンスで側面角θが７５°
となしたものでは４４ターンでトラック幅８．２μｍで
同等の再生出力を得ることができた。

トラック密度としてはガートバンドを５μｍとすると、
側面角θが４５°では１４９４トラック／インチ、に対
し、側面角θが６０”では１６９３）ラック／インチ、
側面角θが７５°では１９２４／トラック／インチまで
設定でき、磁気ディスク装置の容量は側面角θが４５°
の場合に比べ側面角θが６０°では約１３％、側面角θ
が７５°では約２９％大きくできた。

次に、コイル巻数やトラック幅を一定にした場合に、側
面角θによってヘッドインビータンスノイズやＳＮ比が
どのように変るかを示す、トラック幅、コイル巻数をそ
れぞれ１２ａｍ、３ｏターンとする０周波数帯域を３０
ＭＨｚ、コイル抵抗３゜Ω、ヘラドルプリアンプ系の容
量を４０ｐＦとすると、側面角θが３０”、４５°、６
ｏ＠、７５゜におけるインダクタンスはそれぞれ８６０
　ｎＨ。

７２０ｎＨ１６００ｎｅ、　４９０ｎＨとなり、インピ
ーダンスノイズは５．４ｕＶｒｍｓ、５．　１ｕＶｒｍ
ｓ。

４．８μＶｒｍｓ、４．５ｇＶｒ■Ｓとなった。

プリアンプのノイズを０．７μＶｒ＋ａｓ／　ｆＴｚ媒
体ノイズを５μＶｒｍｓ、再生出力を４００　ｕ　Ｖｐ
ｐとすると、各側面角θにおけるＳＮ比は３３．７ｄＢ
、３３．９ｄＢ、３４．１ｄＢ、３４．３ｄＢとなった
。

従って、側面角θが４５°の場合にくらべ側面角θが６
０°、７５°ではＳＮ比はそれぞれ０．２ｄＢ、０．４
ｄＢ大きくなる。なお、プリアンプノイズ、媒体ノイズ
は一般的な値を想定したが、よりノイズの小さいプリア
ンプ、媒体を使用すれば、インピーダンスノイズの違い
によるＳＮ比の違いはさらに大きくなる。

１里辺苅１ 以上の説明により明らかなように、本発明に係る薄膜磁
気ヘッドは、後側領域の磁極先端領域につながる部分の
側面と媒体対向面とのなす角度が３０’〜７５°の範囲
に設定されているので、ヨーク後側領域の側面角θをで
きるだけ大きくすることにより、限られたインダクタン
スに右いてコイル巻数を大きく設定できた。さらに、側
面角θを３０°以上７５°以下の範囲にすることにより
、限られたインダクタンスにおいてコイル巻数を最大に
設定でき、かつ記録特性を損なうことなく大きな再生出
力を得ることができた０本発明に係る薄膜磁気ヘッドを
使用することにより、磁気ディスク装置の容量や転送速
度の増大が容易に実現でき、また再生出力が大きくでき
るため、歩留りの高い薄膜磁気ヘッドを得ることができ
る。また、同一出力を得る場合にもインダクタンスが小
さく抑えられ、インピーダンスノイズが小さ（抑えられ
るので磁気ディスク装置のＳＮ比を大きくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は側面角θとインダクタンスの関係を示す図、第
２図は側面角θとオーバーライド特性の関係を示す図、
第３図は側面角θと再生出力の関係を示す図、第４図は
一般的な薄膜磁気ヘッドの構造を示す第５図におけるｍ
Ｖ−ｒＶ線断面図、第５図は一般的な薄膜磁気ヘッドの
構造を示す斜視図、第６図は一般的な薄膜磁気ヘッドの
ヨーク構造を示す断面図、第７図は一般的な薄膜磁気ヘ
ラ、ドのヨーク構造を示す平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一磁極層と第二磁極層との間に記録再生ギャッ
   プ層が介装されてヨーク構造が形成され、前記記録再生
   ギャップ層の後方であって前記第一磁極層と前記第二磁
   極層との間にコイルが形成され、前記ヨーク構造の媒体
   対向面側の部分である磁極先端領域が一定の幅を有し、
   該磁極先端領域につながる後側領域の幅が前記磁極先端
   領域の幅から後方にいくにしたがって増大し、その後端
   近傍に後側ギャップが形成された薄膜磁気ヘッドにおい
   て、前記後側領域の前記磁極先端領域につながる部分の
   側面と前記媒体対向面とのなす角度が３０゜〜７５゜の
   範囲に設定されていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド
   。