磁头.pdf

磁头
    本发明涉及磁头而更具体地涉及具有感应元件和磁阻元件并安装到例如磁盘驱动器、磁带驱动器等等的磁记录/再生装置中的组合磁头。

    在磁盘驱动器、磁带驱动器等等的技术领域中，已使用分别装有记录头和再生头的组合磁头来获得较高的磁记录密度和达到较高的记录/再生运行速度。

    组合磁头具有把装有螺旋线圈的感应型头叠在使用磁阻元件的再生头(在下文中称作“MR头”)上的结构。除组合磁头中的感应型头一般只用于记录操作外，感应型头会影响记录和再生二者的运行。根据感应型头的部分磁极是否共用作MR头中的上磁屏蔽层的差别可以把组合磁头分成连接型和分离型。

    如图1A所示，使连接型组合磁头形成这样的结构，MR头100的上磁屏蔽层101能够同时起感应型头110的下磁极的作用。MR头100包括上磁屏蔽层101、下磁屏蔽层102和磁阻元件103。用绝缘层104使磁阻元件103与上磁屏蔽层101和下磁屏蔽层102隔离。感应型头110包括一部分充满绝缘层112的螺旋线圈111。一部分螺旋线圈111被由上磁屏蔽层101组成的磁极和上磁极113包围。

    如图1B所示，使分离型组合磁头形成这样的结构，MR头120的上磁屏蔽层121与感应型头130的下磁极134分离。MR头120包括上磁屏蔽层121、下磁屏蔽层122和磁阻元件123。用绝缘层124使磁阻元件123与上磁屏蔽层121和下磁屏蔽层122隔离。在感应型头130中，一部分充满绝缘层132的螺旋线圈131被环状磁极包围。磁极由下磁极134和上磁极133组成。

    在磁阻元件103上方的磁极中形成记录缝隙g。同样，在磁阻元件123上方的磁极中形成记录缝隙g。从螺旋线圈产生的磁场通过磁极，然后作为记录磁场从记录缝隙g输出到记录媒体(未表示出)。同样，从螺旋线圈131产生的磁场通过磁极，然后作为记录磁场从记录缝隙g输出到记录媒体(未表示出)。

    在连接型组合磁头中，如果在螺旋线圈111下面出现不平整或凸出状的台阶，那么在形成螺旋线圈111时螺旋线圈111被凸出状的台阶切断，要不然由于凸出状台阶的存在使螺旋线圈做得较薄，则引起电阻增大。此外，与MR头中的磁阻元件103连接的引线被凸出状的台阶切断，要不然就做得较薄。分离型组合磁头的情况也是一样的。

    为此，在连接型组合磁头中，通过使下磁屏蔽层102一直延伸到不存在磁极113并远离磁阻元件103的连接型组合磁头的后侧区域，使在螺旋线圈111下面造成的层次上的差别减小。同样，在分离型组合磁头中，通过使上磁屏蔽层121一直延伸到上磁极133和下磁极134都不存在而远离磁阻元件123的分离型组合磁头的后侧区域，减少在螺旋线圈131下面造成的层次台阶上的差别。

    在连接型组合磁头中，由高频记录电流输送到螺旋线圈111而产生高频磁场时，从磁极漏泄的磁场通过MR头100的下磁屏蔽层102。同样，在分离型组合磁头中，由高频电流输送到螺旋线圈131而产生高频磁场时，从磁极漏泄的磁场通过MR头120的上磁屏蔽层121。

    然而，随着通过下磁屏蔽层102或上磁屏蔽层121的磁场频率增高，由下磁屏蔽层102或上磁屏蔽层121产生的蜗流电流增大。因此，由于下磁屏蔽层102或上磁屏蔽层121起部分磁通回路作用，所以降低产生记录磁场的效率。

    本发明的目的是提供能够以相当高的效率产生记录磁场的组合磁头。

    根据本发明，在连接型组合磁头的情况下，使再生头中下磁屏蔽层的后侧区域的平面形状成U形或者增大再生头中至少是上磁屏蔽层的后侧区域的电阻。

    因此，在从记录头漏泄的高频磁场经由在记录头下面形成的磁屏蔽层重新返回到记录头的磁通回路中，能抑制在磁屏蔽层的高电阻区域中产生的蜗流电流从而减少损耗，因此能够从记录头以相当高的效率产生记录磁场。

    可以在部分磁屏蔽层或者所有的磁屏蔽层上形成高电阻区域。通过用高电阻率磁性材料形成磁屏蔽层的区域或者通过把杂质掺入该区域，能够获得高电阻区域。另一方面，假使磁屏蔽层的平面形状成U形，如果设定U形凹口部分的边线和位于凹口部分上方的螺旋线圈的切线二者之间的角度在80到100度的范围内，则能够防止由于由U形凹口部分所引起的层次上差别造成螺旋线圈断裂或避免较薄的螺旋线圈层。

    图1A是表示在先技术中的连接型组合磁头的剖视图；和

    图1B是表示在先技术中的分离型组合磁头的剖视图；

    图2是表示根据本发明第一实施例的连接型组合磁头的部分被剪切或断开的透视图；

    图3是表示根据本发明第一实施例的连接型组合磁头的透视图；

    图4是表示用于根据本发明第一实施例的连接型组合磁头中的MR头的顶视图；

    图5是表示用于根据本发明第一实施例的连接型组合磁头中的感应型头的顶视图；

    图6是表示记录磁场对记录频率的特性曲线图以便比较由根据本发明第一到第三实施例的连接型组合磁头和一般组合磁头产生的相应的记录磁场；

    图7是表示根据本发明第二实施例的连接型组合磁头的剖视图；

    图8是表示图7中所示的连接型组合磁头中的下磁屏蔽层的顶视图；

    图9是表示组成根据本发明第三实施例的连接型组合磁头的MR头的顶视图；

    图10是表示根据本发明第三实施例的连接型组合磁头的顶视图；

    图11A到11C是表明本发明第三实施例的连接型组合磁头中的感应型头的制作步骤的剖视图；

    图12是表示根据本发明第四实施例的分离型组合磁头的第一实例的剖视图；

    图13A是表示用于根据本发明第四实施例的分离型组合磁头的第二实例中的MR头的顶视图；

    图13B是表示用于根据本发明第四实施例的分离型组合磁头的第三实例中的MR头的顶视图；和

    图14是表示装有根据本发明的组合磁头的磁盘驱动器的顶视图。

    最佳实施例的描述

    在下文将参照附图阐述本发明的实施例。

    (第一实施例)

    图2是表示根据本发明第一实施例的连接型组合磁头的部分被切去的透视图。图3是表示图2所示的连接型组合磁头的剖视图。图4是表示图2所示的连接型组合磁头中使用的再生头的顶视图。图5是表示图2所示的连接型组合磁头中使用的感应型头的顶视图。在图4和图5中，在连接型组合磁头中分别略去绝缘层。

    在图2到图5中，在衬底1上经由用绝缘材料例如Al₂O₃组成的衬底保护层2按顺序形成再生的磁阻头(MR头)10和记录的感应型头20。

    按顺序在衬底保护层上形成下磁屏蔽层3、Al₂O₃组成的下非磁性绝缘层4、磁阻元件5、Al₂O₃组成的上非磁性绝缘层7和上磁屏蔽层8，由此构成MR头10。

    挑选电阻率比用于上磁屏蔽层8的第二磁性材料大的这样的材料作为用于下磁屏蔽层3的第一磁性材料。例如，在用坡莫合金(Ni₈₀Fe₂₀)组成上磁屏蔽层8的情况下，用电阻率为70μΩcm或更大一些的镍铁合金(Ni_xFe_100-x，式中x＜50)、FeZrNb合金或CoZrNb合金，或者具有大于100μΩcm电阻率的另外的其他磁性材料组成下磁屏蔽层3。此外，通过Al₂O₃微粒掺入SiFe层形成的粗粒晶层可以用作下磁屏蔽层3。

    最好是第一磁性材料的电阻率大于100μΩcm。在这里下磁屏蔽层3的厚度约为1.5μm。

    把在下非磁性绝缘层4上形成的磁阻元件5移到靠近下磁屏蔽层3的顶端。如图4所示，用金(Au)制成的第一和第二引线6a、6b与磁阻元件5的两侧连接。如图4所示，使第一和第二引线6a、6b安置在下磁屏蔽层3上，沿下磁屏蔽层3的二侧边相互分开。

    磁阻元件5以及第一和第二引线6a、6b除其顶端外用上非磁性绝缘层7覆盖。此外，在上非磁性绝缘层7上形成上磁屏蔽层8。

    例如，用象坡莫合金之类的具有厚度为3.5μm的软磁材料组成上磁屏蔽层8。如图4所示，划定上磁屏蔽层8平面形状的界限，以使平面形状盖住第一和第二引线6a、6b的前端部分并如图3所示，以便形成具有能够叠放部分螺旋线圈13的尺寸的平面形状。而且，形成与螺旋线圈13交叉的上磁屏蔽层8的棱边部分，以便与螺旋线圈13弯曲部分的切线方向大体上垂直相交，由此防止螺旋线圈断开。进一步，用Al₂O₃组成的约0.2到0.6μm厚的绝缘缝隙层11覆盖上磁屏蔽层8。

    上述的螺旋线圈13用MR头上的绝缘涂层12盖没。并且，位于上磁屏蔽层8上的部分螺旋线圈13经由绝缘涂层12被上磁极14覆盖。绝缘涂层12是由把螺旋线圈13夹在其中间的上和下有机绝缘层12a、12b组成。螺旋线圈13的二端与记录信号电路(未表示出)连接。

    用软磁材料例如坡莫合金组成上磁极14。如图3和图5所示，上磁极14通过螺旋线圈13和上、下有机绝缘层12a、12b的中央缺口与上磁屏蔽层8连接。因此，上磁屏蔽层8和上磁极一起用作感应型头20的磁极。

    上磁极14在其顶端部分同绝缘缝隙层11的上表面接触。因而在上磁极14的顶端和上磁屏蔽层8的顶端之间形成具有宽度等于绝缘缝隙层11厚度的记录缝隙G。

    在这样的情况下，由上磁极14、螺旋线圈13、绝缘涂层12和上磁屏蔽层8组成感应型头20。上磁屏蔽层8起感应型头20的下磁极的作用。在图2中，标号15表示磁记录媒体。

    在如上所述的连接型组合磁头中，即使使MR头10中的下磁屏蔽层3的电阻增大得比上磁极14的电阻高，也能够减少由于通过下磁屏蔽层3的记录磁场引起的蜗流电流。因此，能够以相当高的效率输出通过下磁屏蔽层3的记录磁场的分量。所以，能够提高从感应型头20产生记录磁场的效率。

    因此，在其内用坡莫合金做下磁屏蔽层的磁性材料的一般组合磁头和其内用电阻率为70μΩcm的镍铁合金组成下磁屏蔽层的连接型组合磁头的二条频率特性曲线互相比较的情况下，得出如图6中由点划线所示的结果。

    图6中纵座标是通过使记录磁场Hx(KOe)的常规的纵向分量设定为“1”归一化的记录磁场。也就是，图6中纵座标表示根据本发明第一实施例的记录磁场Hx的纵向分量。在计算记录磁场中对于蜗流电流使用二维有限元法。象这样的记录磁场Hx的纵向分量是沿纵向(x方向)的下磁屏蔽层3的磁场分量。换言之，纵座标表示在离0.4μm厚的记录缝隙层11的顶端0.08μm位置上沿x方向的磁场Hx的幅度。另一方面，图6中横座标却表示施加于螺旋线圈13的矩形信号电压的信号频率(MHz)。

    根据图6中的点划线，显然，从根据本发明第一实施例的组合磁头的磁极输出的记录磁场大于一般组合磁头输出的记录磁场。特别是，可以推断根据本发明第一实施例的组合磁头在大于50MHz的高频范围内能够提供比一般组合磁头提供的记录磁场大10％左右的记录磁场。

    根据分析图6中的频率特性曲线，对于根据第一实施例的组合磁头和一般磁头的二种结构，除下磁屏蔽层的组成材料外应用同样的规则。

    (第二实施例)

    虽然在第一实施例中完全用高电阻率磁性材料组成MR头中的下磁屏蔽层3，但是可以用高电阻率磁性材料组成部分下磁屏蔽层3。将在下文作为第二实施例阐述这样的实施例。

    图7是表示根据本发明第二实施例的连接型组合磁头的一部分的剖视图。图8是表示图7中所示的连接型组合磁头的下磁屏蔽层的顶视图。在图7中，和图2中相同的标号指的是同样的元件。

    在连接型组合磁头中，分别用不同的磁性材料组成包括在上磁极14下面的区域的下磁屏蔽层3中的第一区域3a和除第一区域3a外下磁屏蔽层3中的第二区域3b。把第一区域3a和第二区域3b的分界线放在稍后侧处而不是在上磁极14和上磁屏蔽层8之间的连接部分的位置。这里下磁屏蔽层3的“前侧”区域指的是与磁性记录媒体相对的下磁屏蔽层3中的部分而下磁屏蔽层3的“后侧”区域指的是与“前侧”区域相对的下磁屏蔽层3中的部分。

    在下磁屏蔽层3中，用电阻率比第一区域3a中更高的磁性材料组成第二区域3b。按照改变第一区域3a和第二区域3b的电阻的工艺，例如在用象坡莫合金之类的软磁材料组成下磁屏蔽层3的情况下，仅在使第一区域3a中的软磁材料保持原来状态时通过把象碳之类的元素离子注入到第二区域3b或者只氧化第二区域3b就能增大第二区域的电阻而不增大第一区域3a的电阻。另外，可以预先变换第一区域3a和第二区域3b二者的磁性材料。例如可以使用象把Al₂O₃微粒掺入SiFe层的粗晶粒层这样的磁性材料。

    就上述的构造来说，由于在第二区域3b中能够减少由通过下磁屏蔽层3的高频磁场引起的蜗流电流，所以能够提高产生记录磁场的效率并且在保持第一区域3a的高导磁率的同时也能够防止用作磁屏蔽层的能力上的降低。

    因此，如果其内用坡莫合金组成下磁屏蔽层3的第一区域3a并用电阻率为70μΩcm的材料组成第二区域3b的连接型组合磁头和一般连接型组合磁头的二条频率特性曲线相互比较，则得出如图6中由虚线所示的结果。

    图6的纵座标和横座标与第一实施例中说明的纵座标和横座标相同。在计算记录磁场时对蜗流电流使用二维有限元法。记录磁场Hx的纵向分量是下磁屏蔽层3中的磁场沿纵向方向的分量。也就是，记录磁场Hx的纵向分量表示在离0.4μm厚记录缝隙层11的顶端0.08μm位置上的磁场Hx的幅度。

    根据图6中的虚线，显然，与一般组合磁头比较起来，增大了从根据第二实施例的组合磁头中的磁极输出的磁场。特别是，可以推断根据本发明第二实施例的组合磁头在大于50MHz的高频范围内能够提高比一般组合磁头提供的记录磁场大10％左右的记录磁场。

    根据第二实施例的组合磁头在结构上不同于一般组合磁头，在根据第二实施例的组合磁头中用不同的组成材料形成下磁屏蔽层。

    (第三实施例)

    虽然在第一实施例中完全用高电阻磁性材料组成MR头10中的下磁屏蔽层3，但是可以去除部分下磁屏蔽层3。在下文将阐述这样的

    实施例。

    图9是表示在根据本发明第三实施例的连接型组合磁头中的MR头的顶视图。图10是表示图9中连接型组合磁头的顶视图。在图9和图10中，与图2中相同的标号指的是同样的元件。

    在这样的连接型组合磁头中，在下磁屏蔽层3的后侧区域内而不是在上磁极14和上磁屏蔽层8之间的连接部分形成凹口部分3d，以使下磁屏蔽层3分离成右部分和左部分。由于出现凹口部分3d，能够获得几乎是U形平面形状的下磁屏蔽层3。如果从图9中的线I-I观察，则能够得出如图11A所示的MR头10的截面形状。

    如果依次在MR头10上形成记录缝隙层11、下有机绝缘层12a和螺旋线圈13，则能够得出如图11B所示的截面形状。

    同时，第一和第二引线6a、6b在下磁屏蔽层3上延伸到下磁屏蔽层3的凹口部分两边。使与螺旋线圈13交叉的凹口部分3d的棱边形成与螺旋线圈13的切线大体上垂直交叉。所以，能够防止由于凹口部分3d造成的不平整引起螺旋线圈13的断开。假使是这样的话，如果螺旋线圈13相对于凹口部分的棱边的正切角θ超出大约80°到100°的范围，那么显然在实验上容易发生螺旋线圈13的断开。因此，必须规定凹口部分3d的倾斜角θ不超出上述的范围。

    在这些规定下形成螺旋线圈13以后，如图11C所示，形成上有机绝缘层12b以致覆盖螺旋线圈13，然后在上有机绝缘层12b上形成穿过下绝缘层12a和上有机绝缘层12b的上磁极14，并然后与上磁屏蔽层8形成接触。

    在上述的构造情况下，由于能够根据凹口部分3d的面积减小由通过下磁屏蔽层3的高频磁场引起蜗流电流的总和，因此能够减少记录磁场的损耗，因而能够提高产生记录磁场的效率。换言之，如同在第一和第二实施例中那样，凹口部分3d起高电阻区域的作用。

    因此，如果把其内由坡莫合金组成下磁屏蔽层3并在下磁屏蔽层3的后侧区域内形成凹口部分3d的连接型组合磁头和一般连接型组合磁头的二条频率特性曲线相互比较，则得出如图6中由实线所示的结果。

    计算图6中的磁场时，对于涡流电流使用二维有限元法。记录磁场Hx的纵向分量是下磁屏蔽层3中的磁场沿纵向方向的分量，并表示在离0.4μm厚记录缝隙层11的顶端0.08μm位置上磁场Hx的幅度。

    根据图6中的实线，显然，增大了从在根据第三实施例的组合磁头而不是在一般组合磁头中的磁极输出的磁场。特别是，在50MHz或更大一些的高频率范围内根据第三实施例的组合磁头能够提供比一般组合磁头提供的记录磁场大5％左右的记录磁场。

    根据第三实施例的组合磁头和一般组合磁头之间在结构上的差异是在于使下磁屏蔽层、引线和螺旋线圈调整成不同的形状。

    (第四实施例)

    在上述的第一到第三实施例中，主要阐述了具有与一般组合磁头中的下磁屏蔽层形状不同的下磁屏蔽层的连接型组合磁头。上述的下磁屏蔽层的特性也可以应用于分离型组合磁头中的上磁屏蔽层。在这样的情况下，能够以相当高的效率从磁极中的记录缝隙产生记录磁场。

    更详细地说，如图12所示，挑选电阻率比感应型头20A中的上磁极14B和下磁极14A的材料电阻率高的磁性材料用作MR头10A中的上磁屏蔽层8A。

    如图13A所示，在MR头10A中，使上磁屏蔽层8B的位于后侧区域而不是感应型头20A中的上磁极14B和下磁极14A之间连接部分的第二区域8b的电阻高于第一区域8a的电阻。

    随后，如图13B所示，在MR头10A中的上磁屏蔽层8C内形成使上磁屏蔽层8c在后侧区域而不是在上磁极14B和下磁极14A之间连接部分上分离成右部分和左部分的凹口部分8D。因此，使上磁屏蔽层8C形成大体上成U形的平面形状而且凹口部分8D起高电阻区域的作用。凹口部分8D的形状与图9中凹口部分3d的形状是完全一样的。

    图12中，标号17表示用非磁性绝缘材料例如Al₂O₃组成使MR头10A与感应型头20A分离的非磁性绝缘层。在图12和图13中，与图2中相同的标号指的是同样的元件。

    (第五实施例)

    在本发明的第五实施例中，可以把在第一到第四实施例中陈述的组合磁头分别装到例如图14所示的磁盘驱动器。

    在磁盘驱动器40的机盒内，把具有上述结构的组合磁头42安装在磁头臂41的顶端。使磁头臂41装配成其顶端能够在磁盘43上方移动。

    根据如上所描述的本发明，就连接型组合磁头来说，至少增大再生头的下磁屏蔽层中的后侧区域的电阻要不然在下磁屏蔽层的后侧区域内形成凹口部分，而对分离型组合磁头来说，至少增大再生头的上磁屏蔽层中的后侧区域的电阻要不然在上磁屏蔽层的后侧区域内形成凹口部分。因此，在从记录头漏泄的高频磁场经由在记录头下面形成的磁屏蔽层重新返回到记录头的磁通回路，能够抑制在磁屏蔽层的高电阻区域中产生的涡流电流，从而减小损耗并因此能够以相当高的效率从记录头产生记录磁场。