JPH05290331A - 薄膜磁気変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】本発明は望ましくない磁気飽和を生じさせない
ヨーク構造を持つ薄膜磁気変換器を提供することであ
る。 【構成】磁気ヘッド１は低リアクタンスの背面ギャップ
BGと高リアクタンスの正面ギャップFG，一対の脚部5,7
より成るヨーク構造3を持つ。FGは磁極片の5a,7a の磁
極面で定められ、磁気飽和を、磁極片中の領域またはFG
の近傍に制限するような断面積を有する。磁極片はFGに
おける短いのど部X,Y を定め、FGにおける磁束密度を高
める。磁極片はFGから離れる方向で、且つ記録媒体Ｍに
対面する端面5P,7P を有し、M205P,7P 間での磁束結合
を生じさせ、FGから離れた端面の端部での漏れ磁束を減
少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に薄膜磁気変換器
（トランスジューサ）に関し、特にこのような薄膜磁気
変換器の磁気ヨーク構造に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】従来の代表的な薄膜変換トラ
ンスジューサは図１に示されている。Ｒｏｍａｎｋｉｗ
他の米国特許第4,295,173 号はこのような変換器を詳細
に開示している。分解能の増強を達成するための従来の
実施形態は、前面ギャップＦＧすなわち読出し／書き込
みギャップに薄い磁極片５ａ及び７ａを備え、同時に例
えば脚部５及び７のような、磁極片から離れたヨークの
断面積を増大することによってヨークの飽和を防止する
ことにあった。図１を参照すると、薄膜磁気変換器は従
来のとおり基板１上に製造され、この基板１は製造の終
了後に媒体Ｍの近傍に端面を有している。この端面はス
ライダの役割を果たし、空気軸受、すなわちスライダと
ディスク表面との間の空気の薄膜上に載置（浮動）され
ている。磁気変換器は基板１上の薄膜構造として製造さ
れ、脚部５と７とを有する磁気ヨーク構造から成ってい
る。薄膜脚部５と７とは背面ギャップＢＧで結合されて
いる。磁極片５ａ及び７ａである薄膜脚部５及び７の他
端は厚みと断面積とが縮小されており、密接な間隔を隔
てて地点ｘとｙとの間にのど部を有する前面ギャップＦ
Ｇを形成している。前面ギャップの磁極片５ａ，５ｂの
端部は媒体Ｍと対面している。薄膜脚部５と７とは背面
ギャップＢＧと前面ギャップＦＧとの間の領域で間隔を
隔ててあり、コイル巻線８ａを有する単数又は複数個の
平面コイル８が脚部の前記部分の間の電気的絶縁材料内
に埋設されている。電流がこれらのコイルを導通する
と、ヨーク内に磁界が誘導される。前面ギャップＦＧは
のど部を有しており、こののど部は地点ｘとｙとの間に
延びており、地点ｙは媒体Ｍに近接したのど部の端部で
ある。

【０００３】この設計は保磁力が低い媒体Ｍには有効で
あった。媒体Ｍの直線ビット密度が増大するにつれて、
より高い保磁力が要求される。それに付随して、薄膜誘
導変換器は事前に書き込まれたデータに重ね書きするた
めに充分な大きさの書き込み用磁界を作成可能でなけれ
ばならない。即ち、この新規の信号の振幅と位相の両方
に関して、重ね書きされたデータからの読み出しにおい
て残余信号がなく、新たに書き込まれた信号を、適正に
リードバックする能力が必要である。

【０００４】薄膜ヘッドのヨーク構造の飽和を回避する
ための従来の実施形態は、特に磁極チップから離れた脚
部の領域でヨーク構造の断面積を増大することであっ
た。しかしこれは、高度の保磁力を有する媒体上に書き
込むために高い磁束密度の磁界が必要な場合、特にのど
部の高さ、すなわち図１の地点ｘとｙとの間の寸法が長
い場合には、磁極構造の飽和を防止するには有効ではな
かった。のど部に沿った、又、図２の５ｃ及び７ｃの領
域の磁極を横切るヨーク構造の対向面間の磁束漏れは、
媒体Ｍに近接するヨーク構造の尖端部の磁束密度を大幅
に低減せしめ、このことは不都合である。

【０００５】図１の形式の構造における飽和現象に関し
ては、Ｋｅｌｏｙ氏及びＶａｌｓｔｙｎ氏によって論考
されている。（ＩＥＥＥ、磁気会報、Ｖ、磁気−１６
＃６、１９８０年９月刊、７８８−７９０ヘージ参
照）。

【０００６】良好に書き込まれた遷移を記録するのに充
分な磁束密度を媒体に付与するために書き込み電流を増
大することが必要であった従来の用途では、保磁力が高
い媒体上に書き込む場合に飽和現象が見られた。特に、
磁気遷移を記録するために、媒体内での飽和の逆転を起
こすためにより高い磁界が必要である程、所定の断面積
の脚部及びその他の部品を有する変換器のヨーク構造内
の磁界密度は増大する。ある地点でこれらの磁界密度
は、充分に大きくなり、５ａ及び７ａのような薄膜磁極
片と、脚部５及び７のようなより厚いヨーク領域との間
で遷移が行われる領域でヨーク構造の部分を飽和させ
る。この点との関連で図２を参照する。図２では、ヨー
ク構造の断片部分、特に正面ギャップＦＧののど部ｘ，
ｙの上端に近接した領域での代表的な磁束経路が図示さ
れている。図２では、矢印がヨーク構造の脚部５及び７
（図示せず）の輪郭を辿っている。矢印の長さは基本的
に磁化の大きさと比例する。矢印は図１のヘッドのギャ
ップ領域での磁化の分布を概略的に示している。磁気飽
和の領域は５ｃ及び５ｂで図示されている。背面ギャッ
プＢＧ及び、正面ギャップＦＧの近傍に示された領域以
外の領域（ｚ方向に先細の磁極）の脚部で飽和が生じな
い場合は、先ず領域５ｃが飽和し、書き込み電流の増大
と共に領域５ｄが飽和する。

【０００７】このように、図１の構造は保磁力が低い用
途で書き込む場合は有効であるが、ヨーク構造の、少な
くとも前面ギャップＦＧののど部の上端に近接した領域
では複雑な磁気飽和パターンが生じ、これは媒体上の磁
気層に有効な書き込み、又は重ね書きを行うための、保
磁力が高い媒体Ｍと関連した充分な強度の磁束の発生も
しくは生成を妨害する。

【０００８】

【発明の目的】本発明の目的は、不都合な磁気飽和を除
去する設計の薄膜ヨーク構造を提供することによって、
従来の代表的な種類の薄膜変換器に伴う前述の問題を解
決した薄膜磁気変換器を提供することである。

【０００９】

【発明の概要】ヨーク構造には互いに並置されたほぼ平
坦な２つの脚部を備えている。従来はこのヨーク構造は
適当な基体上に支持されており、この基体はディスク駆
動の応用例では、ディスク表面で空気軸受上に載置（浮
動）されるように設計されたスライダとして機能する。
脚部の間の磁性材料の薄膜層は一端でヨーク構造の背面
ギャップを形成し、これら脚部を連結する磁気抵抗が低
い磁束経路を提供する。脚部の間の磁性材料の薄膜層は
他端ではヨーク構造の正面ギャップを形成し、また磁気
抵抗が高い正面ギャップを定める対向磁極面を有する磁
極チップを形成する。各磁極チップの、磁極面の平面と
平行な面の断面積は、脚部または磁気抵抗が低い磁束経
路の断面積よりも小さい。ヨーク構造の脚部の間に電気
的に絶縁されて埋設されたコイル巻線を有する平面コイ
ルは、書き込み電流がある場合は、ヨークと結合された
磁界を生成して、磁気抵抗が高い正面ギャップに、保磁
力が高い媒体上に磁気遷移を書き込むことができるフリ
ンジ磁界を生成する。

【００１０】このような構造によって、書き込み電流が
ある場合に、ギャップから離れた磁束漏れの原因となり
得る箇所での磁気飽和が最小限になり、書き込み効率が
より高いことによる、磁極チップでの磁極面の間以外の
脚部領域の間の磁束漏れが最小限になり、また磁極チッ
プでのヨークの端面が提供される。この端面は媒体と対
面して磁気抵抗が高いギャップから離れた端面の縁部で
の負のＨｘ磁界の振幅を低減する。所定の書き込み電流
及び起磁力において、このような改良された変換器は従
来の変換器よりも多くの磁束を記録媒体に供給する。

【００１１】

【実施例】下記の方程式は磁界とヘッドの形状との関係
の特徴を表している。

【００１２】

【数１】

【００１３】この方程式において、φh は深いギャップ
領域での変換ヘッドの磁束である。ここで言う深いギャ
ップ領域とは、従来技術の図１を参照して、空気軸受表
面での正面ギャップ領域ＦＧの中央の磁束である。ＭＭ
Ｆは起磁力であり、これはここで述べる種類の用途で
は、書き込み電流とコイルの巻数との乗算であるＮＩに
よって近似計算することができる。Ｒは脚部５及び７
と、背面ギャップＢＧと正面ギャップＦＧとを含むヨー
クの磁気回路の磁気抵抗である。一般に、下記の方程式
が成り立つ。

【００１４】

【数２】

【００１５】

【数３】

【００１６】方程式２で、Bhはヨーク構造内の磁束密度
であり、ＡはBhの磁界と垂直な平面の磁気回路の断面積
であり、 (μ) は媒体（すなわちヨーク材料、ギャップ
材料）の透磁率であり、ｌ（エル）は (μ) とＡが一定
である長さである。（Bhの磁界の方向）方程式２と３の
右の項を１に代入すると、次の方程式が得られる。

【００１７】

【数４】

【００１８】

【数５】

【００１９】ヨーク構造が図２に示した領域で飽和する
と、( μｒ) は必然的に１になる。ここではNIで表され
る起磁力が更に増大すると、空気の等価の透磁率が^ 見
られる" 。その結果、磁気ヘッドは起磁力の大幅な増大
にも関わらず正面ギャップ、すなわち媒体の近傍の読み
出し／書き込みギャップに磁束を向ける効率を保持でき
なくなる。図１に示すように、ヨーク構造内の飽和領域
と磁極チップの端部との間の距離が比較的長いヘッドの
場合は、図２に示すように地点５ｃと７ｃの間の領域の
磁極片での磁束漏れによって、特に地点５ｃと７ｃの間
の分離間隔が狭い場合、媒体が利用できる磁界の大幅な
低下が生ずることがある。ヒューズ氏とゴードン・Ｆ氏
は「薄膜記録ヘッドの効率とノイズ」（応用物理学ジャ
ーナル第５４巻、＃７、１９８７年７月刊、４１６８−
４１７３ページ）のタイトルの論文で、薄膜ヘッドのヘ
ッド効率の特徴を表す分析的な公式を開発し、開示して
いる。磁極片５ａ，７ａの磁極面の端部から離れたある
地点h1 でヘッドが飽和した場合、磁界は磁極片の端部
で下記のとおり低下する。

【００２０】

【数６】 ここに、k1は波数である。従って、K1とh1が増大する
と、ヘッドの効率は指数関数的に低下する。

【００２１】チップから離れた箇所でのヨークの飽和を
防止するため、背面ギャップＢＧを除いたヨーク構造の
脚部５と７との間には、磁極片５ａ，７ａの磁極チップ
の出来るだけ近傍に磁気抵抗が高い経路を有しているこ
とが必要である。本発明に従って、これは図３及び図４
から判るように、厚いヨーク脚部５及び７と、一層厚い
磁極チップ領域５ｐ及び７ｐのそれぞれによって達成さ
れる。この磁極チップは図３に示すように、磁極片、す
なわち磁極チップ５ａ及び７ａのそれぞれの端面の一つ
の寸法を構成している。磁極チップ領域５ｐ及び７ｐの
厚みは、正面ギャップの方向に増大されなければならな
い。

【００２２】従来技術では、図１に示すように、磁極片
部分５ａと７ａの厚さは２つの配慮によって制限され
る。配慮の一つは、絶縁層上で脚部５の上に横断して載
置されたコイル巻線８ａである。底部の脚部５の横方向
の縁には顕著な構造上の不連続性があり、これはコイル
の２つの隣接する巻線８の間の短絡／ブリッジを防止す
ると同時に導体の適正な厚さを保持する上で問題にな
る。コイルの巻線の厚さを一定に保持しつつ、脚部５の
厚さが増大すると、脚部５の横方向の縁での段でのコイ
ル巻線８ａの断面の寸法は減少する。それによってヘッ
ドの抵抗が増大するだけではなく、電気泳動の原因とな
り、ひいては確実性が低下する原因になる。これを補償
するために導体の厚さを増すことには次の２つの短所が
ある。

【００２３】１．コイルの２つの隣接する巻線の間のブ
リッジ／短絡の確率が高まる。 ２．コイル上方の領域を平坦化することが一層困難にな
る。その結果、ヨーク構造内の脚部７は波状と隆起が生
じ、それによってこの脚部に不都合な磁区作用が生ずる
ことがある。

【００２４】更に、高い周波数で書き込む場合、脚部の
厚さは脚部内のうず電流の形成によって制約される。時
間的に変化する磁界に対する誘起起電力に関する微分形
式のマックスウェル方程式を次のように表すことができ
る。

【００２５】

【数７】

【００２６】電流から誘起される磁界に関する微分形式
のマックスウェル方程式を次のように表すことができ
る。

【００２７】

【数８】

【００２８】導体ではこれを次のように表すことができ
る。

【００２９】

【数９】 ここに、方程式(9)の両側ベクトルを取り、方程式(7)の
右の項を方程式(9)の右の項に代入すると、次が得られ
る。

【００３０】

【数１０】

【００３１】

【数１１】

【００３２】ヨークの任意のセグメントでB が単一の空
間的次元に沿ってだけ（すなわちヨークの端縁に垂直な
方向に沿って）変化するように制約される場合は、ω＝
２πｆを有する周期的な時間変動磁界に対して次の式が
得られる 。

【００３３】

【数１２】

【００３４】この式から、表皮深さの項を導出すること
ができる。

【００３５】

【数１３】

【００３６】従って、ｘ＝δである場合は、B の大きさ
は1/e だけ減少する。その理由はヨーク構造内にうず電
流が形成されることによるものである。これらのうず電
流はヨーク内の時間変動磁界 Bと対向する。それによっ
て必然的に、より高い書き込み周波数が用いられるにつ
れてヘッドの書き込み効率が低減する。うず電流損失を
縮減する方法の一つはヨーク薄膜を積層して、薄い絶縁
層で分離することである。しかし、それによってヨーク
薄膜を作製する工程が大幅に複雑化する。

【００３７】一般に、ヨーク構造の脚部５と７との間の
コイル領域の磁気抵抗は、脚部が物理的に分離されてい
るために充分に高いので、磁気抵抗が図３に示すよう
に、背面ギャップＢＧと、正面ギャップＦＧの磁極チッ
プ５ａ及び７ａで大幅に低い限りは、ヨークを構成する
薄膜の現行の厚さは前記コイル領域での相当の磁束漏れ
を防止をするのに適切な厚さである。

【００３８】従って、必要な修正は背面ギャップと正面
ギャップ近傍の修正だけである。これらの領域でのヨー
クの厚さの選択的な増大は今日の薄膜溶着及びフォトリ
ソグラフ技術を用いて実現できる。

【００３９】図３及び図４の薄膜磁気ヘッドは薄膜エッ
チング又はリフトオフ技術によって製造できる。エッチ
ングを採用する場合は、フォトレジストの付与、マスキ
ング、露出及び現像は薄膜の溶着後に行われる。（エッ
チングは湿式エッチング、プラズマ・エッチング及びイ
オン・ミリングを含むものと概略的に定義できる。）リ
フトオフ技術を採用する場合は、フォトレジストの付
与、マスキング、露出及び現像は薄膜の溶着前に行われ
る。

【００４０】磁気ヘッドは例えばガラス製であることが
できる基板すなわちスライダ１上に製造することができ
る。脚部５は基板１上に溶着される。脚部の形状はエッ
チング又はリフトオフ技術の何れかによって定められ
る。次に、絶縁薄膜１１が溶着される。この薄膜、すな
わち層は正面及び背面ギャップＦＧ及びＢＧのそれぞれ
の位置に穴もしくは管ができるようにフォトリソグラフ
を用いて形成される。それが脚部５上の第２の層の溶着
を促進するために必要ならば、脚部５の領域内の区域が
平坦化された後、脚部５上に第２層が溶着される。この
第２層は磁極チップ５ａと薄膜層５ｂとから成り、薄膜
層５ｂは背面ギャップＢＧの一部を形成している。層５
ａ及び５ｂもエッチング又はリフトオフ技術を用いて形
成されるので、溶着された材料は正面ギャップＦＧと背
面ギャップＢＧにのみ残される。第２層のエッチングが
必要な場合は、絶縁層１１はヨーク構造の下層、すなわ
ち脚部５を保護する。誘電層１３及び１５内のコイル巻
線８から成る平面コイルの製造方法は従来技術で公知で
ある。磁極チップ７ａと背面ギャップＢＧにおける薄膜
層７ｂとから成る層が溶着される。この溶着工程で、誘
電層１５は平坦化層として機能し、磁極チップ７ａと背
面ギャップＢＧにおける薄膜層７ｂとを含む層の溶着及
びエッチング又は剥離は、図３に明瞭に示されるように
正面ギャップＦＧと背面ギャップＢＧだけに磁気材料が
残されるように実施される。脚部７を形成する薄膜層の
溶着には平面状に脚部の形状を定めることが含まれる。
これによって、本発明に従った図３の薄膜磁気ヘッドの
ヨーク構造の製造工程が完了する。その際、従来技術と
は異なるこの磁気ヘッドの製造工程の相違に特に留意さ
れたい。その他の点では、薄膜構造としての磁気ヘッド
の製造は従来技術と同様の工程を利用している。

【００４１】図１に示すように、従来の実施形態では領
域５ａ及び７ａでは分解能を増強するために磁極チップ
内の磁極の厚さは薄く保たれている。その理由は、図５
に示すように、代表的な従来形の薄膜ヘッドからの隔離
されたリードバック・パルスの尾部及びパルスの前及び
後のアンダシュートに起因する信号間の干渉によるもの
である。従来の実施態様では、保磁力が低い材料を使用
した場合、より薄い磁極がリードバック・パルスの尾部
を狭く保ち、アンダシュートと呼ばれる負に向かうエク
スカーションが信号ピークを通る線により接近して保た
れるが、その結果としてアンダシュートの振幅がより大
きくなった。これらのアンダシュートの位置に関して直
線密度が比較的低い限りは、その影響は予測し易く、補
償もし易い。しかし、直線密度が増大すると、アンダシ
ュートの大きい振幅によって、隣接するパルスを越えて
リードバック・パルスに一層複雑な相互作用を及ぼすこ
とがあり、これは補償することが困難である。直線密度
が高い部位での信号間の干渉を最小限に抑制するために
より狭いパルスを利用することは、媒体上に良好に書き
込むための能力を犠牲にすることになる。何故ならば、
直線ビット密度が高いように設計された媒体は一般に保
磁力が極めて高いからである。

【００４２】

【発明の効果】磁極チップの部位のギャップの両側で５
ａ及び７ａの寸法を拡大した大幅に厚い磁極によって、
信号パルスの前縁と後縁でのアンダシュートが大幅に低
減することが判明している。このことは図６に明瞭に図
示されている。正面ギャップＦＧにおけるヨーク構造の
端面の寸法は、磁極端５及び７の外端の間のギャップを
横切る方向で計測した寸法において大幅に大きく、寸法
５ｐ及び７ｐとこれら両者の間のギャップとの合計とし
て表される。このようにヨーク構造のこの端面をディス
ク表面の近傍に位置決めすることによって、ヘッド磁界
はディスク表面と磁極面の前記端部の外端との間の漂遊
磁束すなわちフリンジ磁束が低減するように機能する。
それによって、図６から概観されるように、読出し信号
パルスの前縁及び後縁でのアンダシュートは低減する。
更に、磁極チップ５ａ及び７ａの断面積は磁極面の部位
で、脚部５又は７の断面積と同じであるか、好ましくは
それ以下の断面積を有するように設計され、又、磁気抵
抗が低い背面ギャップＢＧの領域の断面積よりも大幅に
小さい断面積を有するように設計されている。このよう
な手段によって、正面ギャップＦＧの磁気抵抗が高くな
り且つ、磁束密度が高くなる。コイル内に高い書き込み
電流がある場合のヨーク構造内の磁気飽和によって、磁
極チップの磁極面の間のギャップの近傍の領域において
磁極チップ５ａ及び７ａ内の磁気回路に飽和が生ずるだ
けである。

【００４３】著しく厚い磁極チップ５ａ及び７ａを使用
することによって、読出しパルスの前及び後トレースは
従来の磁気ヘッドのトレースよりも幅広くなることが判
る。しかし、読出しパルスの前縁と後縁のアンダシュー
トの振幅は大幅に低減し、これが隣接するパルスに及ぼ
す影響を軽減する。本質的に、この特性応答はモノリシ
ック変換器の特性応答により類似している。モノリシッ
ク変換器では磁極片はギャップとの比較で極めて厚いの
で、アンダシュートは実質的に存在せず、パルスの前縁
及び後縁部分はより多くローレンツもしくはガウス曲率
を帯びる。その結果、ここに開示するように厚い磁極片
を備えることによって、信号間の干渉の作用はモノリシ
ック変換器の場合と類似し、補償を必要とするほど複雑
ではなくなる。

【００４４】これまで本発明を薄膜構造と、このような
薄膜構造を製造するための特定の技術に関して説明して
きたが、本発明は薄膜の製造に限定されるものではな
く、個々に形成された磁気材料片及びこの磁気材料のヨ
ークの回りに巻付けられたコイルからも製造できること
が理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の薄膜磁気変換器の長さ方向断面図であ
る。

【図２】図１の変換器において、磁束通路と磁気飽和領
域とを示した図である。

【図３】本発明による薄膜磁気変換器の長さ方向断面図
である。

【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。

【図５】従来の薄膜磁気変換器における読み出しパルス
の特性図である。

【図６】本発明による薄膜磁気変換器における読み出し
パルスの特性図である。

【符号の説明】

１：基体、５，７：脚部、８：コイル、９：絶縁体 ５ａ，７ａ：磁極片、Ｍ：磁性媒体、１３，１５：絶縁
体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】間隔を置いて平行に配置された一対の脚部
   を有するヨークと、各脚部の端部の磁極片と、前記磁極
   片の端部にあってそれらの間でギャップを定める磁極面
   と、前記磁極片の一部であって磁性媒体の面と接近配置
   される端部面とを有し、前記端部面は前記ギャップから
   離れるように延びている面を有し、前記磁性媒体の面と
   の間に磁束を制限し、その端部におけるフリンジ磁束を
   少なくするようにした薄膜磁気変換器。
2. 【請求項２】前記各磁極片は、前記磁極面の面とほぼ平
   行な面での断面積を有し、該断面積は前記ヨークの他の
   部分の断面積よりも小さい請求項１に記載の薄膜磁気変
   換器。
3. 【請求項３】基体と、間隔を置いて平行に配置され、ヨ
   ーク構造の脚部を与える第１，第２磁性薄膜層と、前記
   脚部の一方の端部において前記脚部の間に配置され、前
   記脚部の間に低リラクタンス通路を与える第１，第２磁
   性薄膜ギャップ層と、前記脚部の他方の端部において、
   前記脚部の間に配置された第１，第２薄膜磁極片と、前
   記磁極片の端部にあって、前記リラクタンスよりも大き
   なリラクタンスを有するギャップを定める磁極面と、前
   記脚部とは絶縁され且つこれらの間に配置されたコイル
   とを有する薄膜磁気変換器。