JPH0873276A - 磁気ヘッド用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高さと直径の寸法比が大きい高緻密な磁気ヘ
ッド用平面基板を、焼成時の不均一収縮や反り等の変形
を著しく低減させ、優れた形状寸法精度で得る。 【構成】 平面円板形状に既成形された被焼成物を、所
望の温度圧力下で被焼成物及びカプセル材の何れとも反
応を生じない物質で被焼成物の外形状と一致する内形状
を有するよう円環及び円形平板から成る粉末成形物中に
設置することにより被焼成物を保形化させ、それらを封
入物としてガラスカプセルＨＩＰすることにより、被焼
成物成形体原形状からの均一な相似収縮以外の反り等の
変形が殆ど見られない高緻密で均一性状の焼結基板を得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜磁気ヘッド用非磁
性基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜磁気ヘッドは記録密度の増大化に伴
いそのヘッド素子寸法の高集積化・高精密化が計られ、
全体としてヘッドサイズが小型化の傾向にあり、基板厚
みの益々小さいものが要求されている。一方、基板面積
はこの非磁性基板に磁性部である多層磁性膜の形成工程
並びに仕上げ研磨工程に於いて、生産性向上の観点から
より大口径寸法のものが活用される傾向にある。その結
果、ウェハ−寸法としては、高さ０．１インチ以下に対
し直径方向で数インチという寸法が要求され、その高さ
と直径方向の長さの寸法比は従来の２０倍前後から５０
倍以上にまで拡大されつつある。また、薄膜磁気ヘッド
用ウェハ−を得る焼結体は、極めて厳しい寸法精度に対
応する超精密加工に耐える為、その結晶組織は極力微細
かつ無気孔であること、更に、ウェハ−よりのヘッド切
出しの精密切削時に於けるチッピング、脱粒を抑制する
上で、高強度、高靱性であることが要求される。これら
の要求に対応すべく焼結体基板の製造方策としては従来
程度の、或いはそれ以下の寸法比率の焼結体を作製し、
次工程で十分な調整を施す、即ち焼結体に対し全面的な
切削及び研削加工を実施するか、予備焼成である程度の
保形強度を有する焼成塊を作製し、これを基板形状に加
工したものを熱間等方加圧（ＨＩＰ）処理することで所
望形状のウェハ−を作製していく方法が行われている。

【０００３】前者の場合は、ウェハ−材として通常使用
されている難焼結性原料も緻密化可能な熱間加圧、特に
ホットプレス法により焼結体が作製されている。通常
は、この焼結体にその残存気孔を消滅させる為、焼結体
表面に圧媒ガスを直接作用させる熱間等方加圧（カプセ
ルフリ−ＨＩＰ）処理を行い、ウェハ−加工やヘッド活
用に十分適応できる性状を備えた焼結体にする。しかる
に、ホットプレス法は生産性が極めて低く、得られる焼
結体はかなり強固な為加工が容易ではない。又、その焼
結体組織は結晶配向する為、物理的性状もこの配向性に
基因した方向差を生じ、磁気ヘッド構成部材としての適
用段階では方向性に配慮する必要がある。

【０００４】後者の場合は、常圧下での焼成を含む焼成
方法で先焼成を行い、相応の保形強度を有す焼成物を加
工して作製した平板焼成体を、ガラス若しくは金属容器
に入れ、脱気密封したカプセルをＨＩＰ処理（カプセル
ＨＩＰ）するか、焼成体が約９５％以上の相対密度の場
合は、直接、カプセルフリ−ＨＩＰ処理を行うことで高
緻密で比較的寸法精度の良い焼結基板を製造することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術に於いてより
高緻密な焼結基板を得るには、何れの方法も２度の焼成
工程を経る必要があり、とりわけ焼結体をカプセルフリ
−ＨＩＰで処理する場合は、粒成長が起こり易く、超精
密加工に適した微細組織や強度特性が得難い。そこで１
度の焼成工程で高緻密で微細な結晶組織の焼結基板を得
る方法として、所定の形状に調整された成形体をガラス
カプセル中に入れるか、所定の内形状を有するガラス容
器に原料粉末を充填封入し、カプセルＨＩＰ法で直接焼
結体を製造することが考えられる。しかし、カプセルＨ
ＩＰ法は、従来法に比べ造形性付与が容易でなく、保形
性がかなり劣り、特にウェハ−のような薄板形状物をニ
アネットシェイプの観点から直接、目標寸法形状の焼結
体として焼成変形を極力抑えて、焼成体加工を大幅に割
愛し、作製するのは困難である。

【０００６】更に、基板直径と高さとの基板寸法比率の
拡大に伴い、焼結体変形の発生確率も高まるので、所望
の形状を得る焼結工程を中心とした形状寸法に対する制
御操作は一層困難になる。特に、反り、厚みの部位別の
差異、或いは局部的な凹凸発生等に対し、それが裸視的
に検知されないレベルであっても、例えばウェハ−仕上
げ研磨段階での平面度の矯正が不可能になることがあ
る。このように、カプセルＨＩＰ法による単一焼成工程
のみの製法は、所望形状の基板材を高い製品得率で得る
のが容易でないことから実際の生産規模での製造には適
していないとされてきた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明はウェハ−形状
として高さと平面の直径方向のかなり大きい寸法比を有
する被焼成物平板に対し、カプセルＨＩＰ焼結法にて封
入物として型枠的機能を有し、かつ圧媒機能を備えた介
在物を同時封入することで焼結までの間、保形性の維持
を可能にした磁気ヘッド用基板焼結体の製造方法を最大
の特徴とするものである。

【０００８】焼結基板を得る為の成形体被焼成物は、円
形ウェハ−製品寸法に限りなく近い焼結体寸法を直接得
るための相似的な焼成収縮率を考慮することによって設
計した寸法の平面円板形状に金型等により予備成形す
る。次いでその成形体の上面及び下面にそれぞれ接触設
置される１組の平板状スペ−サ−を作製し、成形体被焼
成物を上下に挟む。

【０００９】ここで用いるスペ−サ−は、所望の高温、
高圧下で熱的、化学的に安定でカプセルガラス及び被焼
成物と反応を生じない物質、例えば高温潤滑剤として活
用されている窒化硼素のような粉末を金型成形等により
圧粉成形した未焼成物からなり、その形状としては、被
焼成物平面と同一の寸法、即ち、被焼成物円形基板の直
径と同一とし、厚みは概ね同程度とするが異なっていて
もよい。

【００１０】被焼成物成形体をスペ−サ−で上下に挟ん
だ３層構造のものをそれらの側面が隙間なく接触するよ
うな内径を有し、その内径と出来るだけ均一な厚みとな
る外径の、底部を有しない外枠型としての円環形状成形
物内にはめ込む。この円環形状成形物はスペ−サ−と同
一の材質からなる粉末を成形したもので、その高さは内
壁外壁とも同一とし、被焼成物をスペ−サ−で挟んだ三
層体の厚さと概ね同程度が望ましいが、三層体がはめ込
まれた時、スペ−サ−が円環状成形物からはみ出す場合
も不安定な設置状態にならない程度の高さであれば過不
足があってもよい。

【００１１】これらの設置物を入れた外枠型をガラス容
器中に収め、脱気密封したカプセルを底部を有する焼成
用鞘或いは坩堝等に設置する。焼成用鞘或いは坩堝は耐
熱性を備えた通常の焼成方法で使用されるものであれば
良く、その形状は、カプセルが設置された時にカプセル
が鞘上端から突出せず、鞘内部との空間が極力小さくな
る構造が好ましい。この鞘の材質が高温高圧下でカプセ
ルガラスと反応する場合は、事前に反応防止剤を鞘とカ
プセル間に介在させる必要がある。

【００１２】カプセルは所定の圧力、温度にてＨＩＰ処
理する。加圧媒体気体種はカプセル材と反応を生じない
ものであればよい。このような方法で焼結基板はウェハ
−製品に高さ及び直径方向が限りなく近い焼結体とし
て、一度のＨＩＰ焼結により直接得ることができ、面研
磨を中心とする仕上げ研磨を施すことで、ウェハ−製品
が完成される。

【００１３】

【作用】ガラスカプセルＨＩＰ法は薄膜磁気ヘッド用ウ
ェハ−材として通常用いられる粒子分散複合セラミック
スのような難焼結材料に対しても、顕著な粒成長を伴わ
ずに著しく低い気孔率まで高緻密化が十分可能である。
特に材料欠陥を嫌い、高精度寸法を得る超精密加工に対
応する為に無気孔、微細結晶組織が不可欠な磁気ヘッド
基材作製法として極めて有効である。本法は一度の焼成
工程で高緻密な焼結体が得られるので、他の焼結方法で
焼結材を作製した後にカプセルフリ−ＨＩＰ処理する製
法と比較した場合、先（予備）焼結工程を省くことがで
きるので、生産コストの低減化が図れることに加え、平
均粒子形がかなり小さい焼結体を得ることができる。

【００１４】封入物として被焼成物周囲に接触介在する
スペ−サ−及び円環形状成形物は、室温から所望の高温
まで焼結せずに圧粉化された成形物として留まるが、個
々の構成粒子は可動性があるので、カプセルからの等方
加圧力に対して介在物全体としては等方的な凝集、均一
収縮を起こし原形状からの相似的形状変化を生じる。被
焼成物も焼成収縮を起こすが、スペ−サ−及び円環形状
成形物は加圧の進展に伴い一様に圧密化されてその間も
常に被焼成物表面に接し続け、相似的形状変化を伴った
より強固な成形型枠として、脆弱な未焼結段階から焼結
するまで被焼成物への保形化機能を維持し続ける。この
ことにより被焼成物を等方加圧時のＨＩＰ処理前の成形
時の原形状からの相似的な焼成収縮に基づく形状変化に
のみ留めることができる。円環形状成形物の円環厚みを
極力一定にすることは、円環内面での応力分布の発生
や、円環構成粒子の非中心方向への移動とそれに伴う変
形を防ぎ、上記効果を最大限に発現さすことができる。

【００１５】被焼成物の熱間等方加圧下での焼成収縮に
よる形状変化は方向性に因らない均一収縮が支配的であ
るが、諸要因により均一収縮からのズレも発生する。こ
れを補い矯正する効果をスペ−サ−及び円環形状成形物
から成る介在物質は持ち、部位別や方向による収縮差を
最小限度に抑えることが出来る。この介在物質の相似的
形状変化を伴う保形化機能は、ＨＩＰ中の焼結までの間
維持し続けることができる。この結果、形状的不安定さ
から極薄の平板セラミックス焼結体では反り等の変形が
発生し易いにも拘わらず、本法での焼結体は変形が殆ど
見られない。それ故、目的とする焼結体寸法からの収縮
率を考慮した成形体の寸法設計、成形体作製を容易に行
うことができ、所望の焼結体寸法形状に限りなく近いも
のを得ることができる。このことは、多大な労力、時間
とコスト比率を占める焼結体の加工工程を大幅に割愛で
き、本質的にはウェハ−表面仕上げを中心とする研磨工
程のみに留めることが出来る。

【００１６】被焼成物への等方加圧効果は円環形状成形
物及びスペ−サ−である封入介在物質を通してもそれら
は粉末凝集体であるが故に可動性を具備し、軟化カプセ
ルを通じて働く等方加圧力を吸収することなく内部の被
焼成物に十分伝達することができる。この等方加圧効果
を焼結完了まで維持する上で、防ぐ必要があるガラスの
粘性低下軟化溶融に伴う被焼成物の圧力媒体気体中への
露呈は、ガラスカプセルとの空隙を出来るだけ少なくし
た焼成用鞘にカプセル設置することによって溶融ガラス
の被焼成物上部よりの流下現象をガラス融液の流下先を
持たせぬことで実質的に溶融ガラスを元の位置、即ちカ
プセル化された状態に留まらせることができ、上部ガラ
ス流下による露呈を抑えることができる。

【００１７】スペ−サ−及び円環形状成形物である介在
物質は反応防止層として常に被焼成物とカプセルガラス
間に存在している為、成形体とガラスとの直接接触が無
く相互の反応やガラスによる焼結体への汚染を防ぐこと
ができる。又、ＨＩＰ処理後、カプセルからの焼結体基
板の取り出しも焼結体と介在物及びガラス間の溶着がな
いので、焼結体に損傷を与えること無く極めて容易に取
り出すことができる。本法で使用した介在物質は汚染や
化学変化等の変質がないので、新規にスペ−サ−や円環
形状成形物を成形する原料として再使用が可能である。

【００１８】この方法で作製した焼結体は、ホットプレ
ス焼結を経た焼結体で見られるような加圧方向に基因す
る結晶方向性及びそれに伴う物性上の方向性がある焼結
体ではなく、等方加圧により結晶方向性がない均一性状
の焼結体を作製することができる。

【００１９】

【実施例】この発明を実施例から説明する。実施例１か
ら８は、以下に示すように形状寸法の異なる８種類の成
形体を基にした実施例である。出発物質として、予粉砕
された平均粒径０．３ミクロンのＡｌ₂Ｏ₃を７０体積
％、平均粒径０．６ミクロンのＴｉＣを２４体積％、平
均粒径０．９ミクロンのＺｒＣを５体積％、残部がＮｄ
₂Ｏ₃、ＭｇＯ及びＬｉ₂Ｏの混合物合計で１体積％から
成る混合原料を用い、直径９５．４ｍｍと１２７．０ｍ
ｍでそれぞれの直径毎に高さが２．５、５．０、７．
５、１０．０ｍｍ、の円板（円柱形状）成形体合計８種
類を作製した。

【００２０】一方、窒化硼素粉末を用い、スペ−サ−と
して高さが２ｍｍで直径９５．４ｍｍと１２７．０ｍｍ
の円板（円柱形状）成形物を作製した。同様に、高さが
６．５、９．０、１１．０、及び１４．０ｍｍで、それ
ぞれの高さごとに内径が９５．４ｍｍで外径が９９．４
ｍｍ及び内径が１２７．０ｍｍで外径が１３１．０ｍｍ
の中空円環形状成形物である外枠型、合計８種類を作製
した。被焼成物成形体を同一直径のスペ−サ−で上下に
挟み、直径９５．４ｍｍで高さが２．５、５．０、７．
５、１０．０ｍｍの被焼成物成形体は、内径９５．４ｍ
ｍで高さがそれぞれ６．５、９．０、１１．０、１４．
０ｍｍの円環形状成形物に、直径１２７．０ｍｍで高さ
が２．５、５．０、７．５と１０．０ｍｍの被焼成物成
形体は、内径１２７．０ｍｍで高さがそれぞれ６．５、
９．０、１１．０、１４．０ｍｍの円環形状成形物にそ
れぞれはめ込み、これらスペ−サ−で挟んだ被焼成物を
おさめた各円環形状成形物を封入物として、高さ６．５
及び９．０ｍｍで外径が９９．４ｍｍの各円環形状成形
物を用いたものは内寸高さが１０ｍｍで内径１０１ｍｍ
の、高さ１１．０及び１４．０ｍｍで外径が９９．４ｍ
ｍの各円環形状成形物を用いたものは内寸高さが１５ｍ
ｍで内径１０１ｍｍの、高さ６．５及び９．０ｍｍで外
径が１３１．０ｍｍの各円環状成形物を用いたものは内
寸高さが１０ｍｍで内径１３３ｍｍの、高さ１１．０及
び１４．０ｍｍで外径が１３１．０ｍｍの各円環形状成
形物を用いたものは１５ｍｍの内寸高さを有し内径１３
３ｍｍの、何れも肉厚が約２ｍｍの円形状のパイレック
ス（商品名）製のガラス容器に入れ、脱気密封したカプ
セルを作製する。内径１０１ｍｍのカプセルは内寸高さ
３０ｍｍで内径１０６ｍｍの、内径１３３ｍｍのカプセ
ルは内寸高さ３０ｍｍで内径１３８ｍｍの、何れも底部
を有し、内面に窒化硼素を塗布した円筒形状のカ−ボン
製焼成用鞘に入れる。これをＨＩＰ装置内に設置し、Ａ
ｒガス圧力媒体を用い１７００℃−２００ＭＰａでＨＩ
Ｐ処理を行い焼結体を作製した。

【００２１】何れの焼結体もガラスカプセルによる被処
理物の対ガス遮蔽効果が見られ、その形状寸法を測定し
た。形状寸法は各試料毎に厚さ及び直径方向の最大値、
最小値を測定し、隙間ゲ−ジ（ＪＩＳ−Ｂ７５２４）に
て反りの発生状況を定盤上に設置された未加工焼結体の
最大隙間値として調べた。又、焼結体性状として、相対
密度、焼結体表面に於けるビッカ−ス硬度（ＪＩＳ−Ｚ
２２４４−８１）、四点曲げ強度（ＪＩＳ−Ｒ１６０
１）及び、焼結体の平均粒子径をＳＥＭ（透過型電子顕
微鏡）像によりそれぞれ測定した。

【００２２】本発明の作用、効果をより詳細に説明する
為、従来技術、若しくは本発明で示す範囲から外れる比
較例を対比して示す。 ［比較例］比較例１１から１８は８種類の寸法が異なる
成形体作製までは上記実施例と同様に行い、これらの形
状寸法が異なる成形体を実施例で用いたものと同様のそ
れぞれの形状に応じたガラス容器に入れるが、その際、
スペ−サ−及び円環形状成形物は用いずに、ガラス容器
内部の被焼成物成形体との空間を無成形の窒化硼素粉末
で成形体を覆いつくす程度に満たし、脱気密封したカプ
セルを焼成用鞘に入れ、同様の処理条件でカプセルＨＩ
Ｐ処理を行ったものである。

【００２３】他方、比較例１９と２０は、上記実施例と
同様の組成物を原料とし、この原料粉末を、それぞれ直
径７６．３ｍｍ及び１０１．６ｍｍのカ−ボンモ−ルド
に入れ、１７００℃−３０ＭＰａの条件で真空ホットプ
レスを行い、高さ２ｍｍを目標とする円板状焼結体を作
製し、得られた焼結体をＡｒ圧力媒体中、１６５０℃−
１５０ＭＰａでカプセルフリ−ＨＩＰ処理したものであ
る。比較例についても焼結時の亀裂発生により測定不能
なものを除き、実施例と同様に諸特性の測定を行った。
この発明による実施例の結果は、比較例とあわせて、焼
結体の形状寸法に関する結果を表１に、焼結体性状に関
する結果を表２にそれぞれ示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表１の結果からこの発明による製造方法に
より、割れや反り等の変形が殆ど無く、性状的にも優れ
た薄板状のセラミックス基板を作製することができる。

【００２７】

【発明の効果】この発明により、生産性を低下させるこ
となく、ウェハ−高さと直径の寸法比率増大に対応すべ
く、より大口径でより薄い基板を反り等の変形損失を著
しく低減し、ウェハ−製品形状に極めて近い形状の焼結
体として製造することが可能である。本法で得られる基
板材は、性状方向性を示さず、高強度、高緻密で、微小
結晶粒子からなり超精密寸法仕様に十分適応できる為、
薄膜磁気ヘッド用ウェハ−として最適の基板材である。
又、本法は高緻密化が要求される磁気ヘッドを始めとす
る他の電子部材や超精密加工を必要とされる摺動部材等
の製造にも応用可能である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面円板形状に成形した被焼成物を、こ
   の被焼成物と所望の高温、高圧下で反応を生ぜず、それ
   自体も熱的化学的に安定な粉末物質を被焼成物と同一の
   直径を有する平面円板形状に成形したスペ−サ−を用い
   て、被焼成物を上下に挟み、この一体物を、その側面部
   が隙間無く収納設置できる内径の中空部を有し、底部が
   無い、スペ−サ−と同様の粉末物質を成形した円環形状
   成形物内に収納設置し、それらをガラス容器中に入れ、
   脱気、密封したカプセルを熱間等方加圧することを特徴
   とする磁気ヘッド用基板の製造方法。
2. 【請求項２】 円環形状成形物が、被焼成物と同一直径
   の内周部の直径を有し、内周面から外周面までの寸法
   が、少なくとも被焼成物をスペ−サ−で上下に挟んだ一
   体物を設置した側部領域に於いては、一定となる寸法形
   状の成形体からなることを特徴とする請求項１記載の磁
   気ヘッド用基板の製造方法。
3. 【請求項３】 スペ−サ−及び円環形状成形物の材質が
   被焼成物及びカプセルガラスの何れとも所望の高温、高
   圧下で反応を示さず、かつそれ自体も熱的、化学的に安
   定であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッド用
   基板の製造方法。
4. 【請求項４】 焼結体基板組織が特定の結晶配向状態を
   示さないものであることを特徴とする請求項１記載の磁
   気ヘッド用基板の製造方法。