JP5863304B2

JP5863304B2 - クロストラック方向に磁気的にバイアスした、巻き付け式トレーリング磁気シールドを有する垂直磁気書き込みヘッド

Info

Publication number: JP5863304B2
Application number: JP2011155961A
Authority: JP
Inventors: リジーハオ; チェシャオドン; ジンジェン
Original assignee: エイチジーエスティーネザーランドビーブイ
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: US8537496B2; JP2012028001A; US20120026628A1

Description

本発明はデータ記録用の磁気ヘッドに関し、とりわけビット誤り率を改善し、隣接トラック干渉及び遠隔トラック干渉を低減するための、巻き付け式トレーリング磁気シールドを有する垂直磁気書き込みヘッドに関する。

コンピュータの長期間記憶装置の核心は、磁気ディスクドライブと呼ばれる組立品である。磁気ディスクドライブは回転磁気ディスク、回転磁気ディスクの表面近傍のサスペンション・アームによって懸架される書き込み及び読み取りヘッド、及び読み取りと書き込みヘッドを回転ディスク上の選択された円形トラックの上方に置くために、サスペンション・アームを振るアクチュエータを含む。読み取り及び書き込みヘッドは空気軸受面（ＡＢＳ）を有するスライダー上に直接位置する。サスペンション・アームはスライダーをディスクの表面に向かって偏倚させ、ディスクが回転するとき、ディスク近傍の空気はディスクの表面に沿って動く。スライダーはこの動いている空気のクッション上で、ディスクの表面上方を飛揚する。スライダーが空気軸受上に乗るとき、書き込み及び読み取りヘッドは、回転しているディスクへの磁気転移の書き込み、そして回転しているディスクからの磁気転移の読み取りに用いられる。読み取り及び書き込みヘッドは、書き込み及び読み取り機能を実行するためのコンピュータプログラムに従って動作する処理回路に接続されている。

巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサー又はトンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ）センサーは、回転している磁気ディスクから磁界を検知する。センサーは、ピン止め層及び自由層と呼ばれる第１と第２の強磁性層間に挟まれた非磁性導電層、すなわち障壁層を含む。第１及び第２の導線は、そこを通じてセンス電流を伝導するためにセンサーに接続される。ピン止め層の磁化は空気軸受面（ＡＢＳ）に垂直にピン止めされ、自由層の磁気モーメントはＡＢＳに平行に位置するが、外部の磁界に応じて自由に回転する。ピン止め層の磁化は、一般的に反強磁性層との交換カップリングによりピン止めされる。

スペーサー層の厚さは、センサーを通じた伝導電子の平均自由行程よりも小さくなるように選ばれる。この配置において、伝導電子の一部分は、スペーサー層のピン止め層及び自由層の各々とのインターフェースによって、散乱させられる。ピン止め層と自由層の磁化が相互に平行なとき、散乱は最小であり、ピン止め層と自由層の磁化が逆平行のとき、散乱は最大化される。散乱における変化はｃｏｓθに比例してスピンバルブ・センサーの抵抗を変え、ここでθはピン止め層の磁化と自由層の磁化との間の角度である。読み取りモードにおいて、スピンバルブ・センサーの抵抗は、回転しているディスクからの磁界の大きさに比例して変化する。センス電流がスピンバルブ・センサーを通じて伝導されるとき、抵抗の変化は電位変化を生じ、プレイバック信号として検出され、処理される。

垂直磁気記録システムにおいて、磁気媒体は、薄くて磁気的に硬質の最上層に覆われた、磁気的に柔軟な下層を有する。垂直な書き込みヘッドは、非常に小さい断面の書き込み磁極、及びそれよりもずっと大きい断面を持つリターン磁極を有する。強力な、高度に集中した磁界が書き込み磁極から磁気ディスク面に垂直な方向に放射し、磁気的に硬質の最上層を磁化する。その結果生じる磁束は、次にリターン磁極への帰りに柔軟な下層を通って移動するが、それはそこで十分に拡散されて弱くなるため、リターン磁極への帰りに磁気的に硬質の最上層を通って戻るとき、書き込み磁極によって記録された信号を消去しないであろう。

垂直磁気書き込みヘッドがより小さくなるにつれて、隣接トラック干渉（ＡＴＩ）及び遠隔トラック干渉（ＦＴＩ）に関する問題が現われる。これは磁気的ホットスポットがそこで生じる、巻き付け式トレーリング磁気シールド内の一定領域においては特に問題であることが見出されている。従って、優れた磁気性能を維持しながら、そのような隣接トラック干渉及びＦＴＩを最小化できる、垂直磁気ヘッドの設計に対するニーズが存在する。これらの磁気的ホットスポットは、磁区構造の集中のため、書き込み中に局部的な磁界を通常「漏れ」させている。漏れ磁界は実際に下部の磁気媒体を消去し得るため、これらの隣接した又は遠隔の除去されたトラックにおいてエラーを生じる。

本発明は改善されたビット誤り率（ＢＥＲ）、低減された隣接トラック干渉（ＡＴＩ）及び遠隔トラック干渉（ＦＴＩ）を有する垂直磁気書き込みヘッドを提供する。書き込みヘッドは、書き込み磁極及びトレーリングシールド又は巻き付け式トレーリング磁気シールドを含む。永久磁石はシールドの両方の外側に位置する。これらの磁石は、トラック方向に直角で空気軸受面に平行な方向である、同じ方向に向いている磁化を持つように磁化されている。

永久磁石は、書き込み磁極の近傍の磁気的ホットスポットの形成を低減するクロストラック磁界を作り出し、それによってそのようなホットスポットが、隣接した又は遠隔のデータトラックにおける媒体を不注意に消去しないよう防止する。クロストラック磁界は、書き込み磁極からの磁界の漏出が少ない磁区形成を生み出すことにより、これを達成する。このクロストラック磁界はまた、磁場勾配を有利にも増加させ、それによって磁気媒体に書き込むための書き込みヘッドの能力を改善する。

本発明のこれら又はその他の特徴及び利点は、同様の参照番号が全体を通じて同様の要素を示す図面を併用した好適な実施形態の、以下の詳細記述を読むことにより明らかであろう。

本発明の性質及び利点のより完全な理解及び、好適な使用モードのために、縮尺率が一定ではない添付図を併用して読まれる以下の詳細記述を参照されたい。

本発明がそこで具体化され得るディスクドライブシステムの略図である。そこに磁気ヘッドの位置を例示している図１の線２−２から取られた、スライダーのＡＢＳ（空気軸受面）の視図である。本発明の一実施形態による磁気書き込みヘッドの断面図である。図３の線４−４から見た、図３の磁気書き込みヘッドの一部分の、ＡＢＳの視図である。先行技術による書き込みヘッドのＡＢＳの視図である。別の先行技術による書き込みヘッドのＡＢＳの視図である。

以下の記述は、本発明を実施するために現在意図される最良の実施形態のものである。この記述は本発明の一般的原理を例証する目的でなされ、ここに請求する本発明の概念を限定することを意味しない。

今、図１を参照すると、本発明を具体化するディスクドライブ１００が示されている。図１に示すように、少なくとも１つの回転可能な磁気ディスク１１２がスピンドル１１４上に支持され、ディスク駆動モータ１１８により回される。各ディスクにおける磁気記録は、磁気ディスク１１２上の（図示されていない）同心のデータトラックの環状パターンの形である。

少なくとも１つのスライダー１１３が磁気ディスク１１２の近くに位置し、各スライダー１１３は１つ以上の磁気ヘッド組立品１２１を支持する。磁気ディスクが回転すると、所望のデータが書かれている磁気ディスクの様々なトラックに磁気ヘッド組立品１２１がアクセスし得るように、スライダー１１３がディスク面１２２の上方を半径方向に内側及び外側へ移動する。各スライダー１１３はサスペンション１１５を経由してアクチュエータ・アーム１１９に取り付けられている。サスペンション１１５は、スライダー１１３をディスク面１２２に対して偏倚させる、僅かなバネ力を与える。各アクチュエータ・アーム１１９は、アクチュエータ手段１２７に取り付けられている。図１に示されるようなアクチュエータ手段１２７は、音声コイルモータ（ＶＣＭ）であってもよい。ＶＣＭは固定磁界内で可動のコイルを備え、コイルの運動の方向及び速度は、コントローラ１２９によって供給されるモータ電流信号により制御される。

ディスク記憶システムの動作中に、磁気ディスク１１２の回転はスライダー１１３とディスク面１２２との間に空気軸受を生成し、それはスライダーに対して上向きの力又は持ち上げる力を働かせる。空気軸受はそれゆえサスペンション１１５の僅かなバネ力と釣り合い、通常動作中は小さな実質的に一定の間隔だけ、ディスク面から離れたその僅か上方でスライダー１１３を支持する。

ディスク記憶システムの各種構成要素は、アクセス制御信号及び内部クロック信号のような、制御ユニット１２９により生成される制御信号により、動作において制御される。典型的には、制御ユニット１２９は論理制御回路、記憶手段、及びマイクロプロセッサを備える。制御ユニット１２９は、ライン１２３上の駆動モータ制御信号のような様々なシステムの動作、及びヘッド位置を制御するための制御信号を生成し、ライン１２８上で制御信号を探し求める。ライン１２８上の制御信号は、スライダー１１３をディスク１１２上の所望のデータトラックに最適に移動し、位置決めするため、所望の電流プロファイルを与える。書き込み及び読み取り信号は、記録チャンネル１２５を経由して書き込み及び読み取りヘッド１２１へ、又はそこから伝達される。

図２を参照すると、スライダー１１３内の磁気ヘッド１２１の向きが、より詳細に見られる。図２はスライダー１１３のＡＢＳの視図であり、見られるように、誘導型の書き込みヘッド及び読み取りセンサーを含む磁気ヘッドは、スライダーの後縁に位置する。典型的な磁気ディスク記憶システムの上記説明、及び付随している図１の実例は説明目的だけのためにある。ディスク記憶システムは多数のディスク及びアクチュエータを含み得ること、及び各アクチュエータは多数のスライダーを支持し得ることが明らかになるべきである。

図３は、磁気書き込み磁極３０４及び磁気リターン磁極３０６を含む、磁気書き込みヘッド３０２を示す。背部の磁気ギャップ層３０８及び磁気形成層３１０は、空気軸受面（ＡＢＳ）から移された位置において、リターン磁極３０６を書き込み磁極３０４に磁気的に結合する。

導電性の、非磁性書き込みコイル３１８は、書き込み磁極３０４とリターン磁極３０６との間を通り、また書き込み磁極３０４の上方を通り得る。書き込みコイル３１８は、非磁性の電気絶縁材料３２２の上に座すことができ、またアルミナ及び／又は堅焼きのフォトレジストのような非磁性の電気絶縁材料３２０内に埋め込まれる。

動作中に、コイル３１８を通って流れる電流は、書き込み磁極３０４を通って流れる磁束を生じる磁界を誘起する。これは磁界が、書き込み磁極３０４から図１に示す磁気媒体１２２のような磁気媒体に向かって放射されることをもたらす。この書き込み磁界は媒体を通り、書き込み磁極３０４によって書かれた磁気ビットを消去しないように十分大きい断面を有するリターン磁極３０６に戻るために流れる。

書き込み磁場勾配を増大させる（及びそれによって磁気切り替えを容易にする）ため、書き込みヘッド３０２はまたトレーリング磁気シールド３１２を含む。このトレーリングシールド３１２は、非磁性のトレーリングギャップ層４０２により、書き込み磁極３０４から分離される。書き込み磁極３０４は、トレーリングシールド３１２を、形成層３１０の後部のような書き込みヘッド３０２の後部と接続する、トレーリング・リターン磁極３１６と接続され得る。

図４は（図３の線４―４から見られるような）ＡＢＳから見た、書き込みヘッド３０２の磁極先端領域を示す。図４に見られるように、書き込み磁極３０４は前縁においてより狭く、後縁においてより広いテーパ状の台形形状を有する。トレーリングシールド３１２は、書き込み磁極の側面に巻き付く側部４０２、４０４を有し、従って巻き付け式トレーリング磁気シールドと呼ばれ得る。シールド３１２の側部４０２、４０４は非磁性の側面ギャップ層４１４、４１６により書き込み磁極３０４から分離され、書き込み磁極３０４の後縁は非磁性のトレーリングギャップ層４１８により、シールド３１２から分離されている。シールド３１２は巻き付け式トレーリングシールドとして示され、説明されているが、シールドは僅かな側面シールド部分を有するか又は側面シールド部分を持たない可能性があり、従って主として又は純粋に後側のシールドとして機能し得る。

また見られるように、書き込みヘッド３０２は巻き付け式トレーリング磁気シールド３１２の第１又は第２の外側に位置する、第１又は第２の硬磁石４０６、４０８を含む。これらの硬磁石４０６、４０８は、（線ＤＴで示される）データトラック方向に垂直で、空気軸受面ＡＢＳに平行な同一方向に向いている（矢印４１０、４１２で示される）磁化を有するように磁化されている。矢印は図４において右方向を指して示されているが、磁化はいずれの方向もあり得るため、これは例示用のみである。磁化された硬磁石の存在は磁区の形成を防ぎ、それによって書き込みヘッドのビット誤り率（ＢＥＲ）を改善し、そして隣接トラック干渉（ＡＴＩ）及び遠隔トラック干渉（ＦＴＩ）を防止する。

図５及び６は各々図４と類似の視図を示し、上述の書き込みヘッドの硬磁石４０６、４０８を持たない先行技術の書き込みヘッドを表わしている。これらの先行技術の書き込みヘッドにおいて、一定の磁気ホットスポット５０２、５０４（図５）及び６０２、６０４（図６）が、巻き付け式トレーリングシールド３１２内に生じることが見出されている。これらの磁気ホットスポットは図５において、これらのホットスポットが特に問題であることが分かっている領域に位置するとして示されている。しかしながら、そのようなホットスポットは、トレーリングシールドの他の部分にも同様に位置し得る。これらのホットスポットの位置、強さ、及び寸法は、また外部の磁界によっても影響され得る。これらのホットスポット５０２、５０４、６０２、６０４は書き込み磁極３０４の領域の周りに、側面ギャップ４１４、４１６及びトレーリングギャップ４１８を形成する傾向があり、そこでは磁束の線は、書き込み磁極３０４及びギャップ４１４、４１６、４１８の周りを通るときに圧縮される。

これらのホットスポットはトレーリングシールド内における磁区の形成から生じる。そのような磁気ホットスポットの存在によって与えられる問題は、これらのホットスポット５０２、５０４、６０２、６０４の位置における磁束の集中が、磁気媒体を磁化し得ることである。単一の書き込みパスにおける隣接トラック干渉は問題にならないかも知れないが、対象のデータトラック上における幾つかの書き込みパスの後は、意図されるトラックから１つ又は幾つかのデータトラック分だけ離れたデータトラックが、これらの浮遊磁界の存在により害を受けることがある。

再び図４を参照すると、磁石４０６、４０８の存在は、磁界をクロストラック方向に加えることによって、このホットスポットの問題を軽減する。磁石は減磁界を用いて巻き付け式シールドの磁化方向を設定可能である。この場合、物理的な接続は不要である。その代わりに、磁石は交換ピン止め磁界を用いて巻き付け式シールドの磁化方向を設定できる。この場合、磁石はシールドと接続される必要がある。このクロストラック磁界の存在が、磁区を書き込み磁極３０４及びギャップ４１４、４１６、４１８の領域から遠ざけることにより、ＢＥＲ、ＡＴＩ、及びＦＴＩを改善すると信じられている。ＢＥＲ、ＡＴＩ、及びＦＴＩの大幅な改善が、僅か７０〜８０エルステッド（Ｏｅ）の磁界で達成され得る。これを達成するために、磁石４０６、４０８は書き込み磁極３０４の位置で、望ましくは５０〜１００エルステッド又は７０〜８０エルステッドの磁界を生み出すように作られ、焼鈍される。

磁石４０６、４０８は、ＣｏＰｔ又はＣｏＰｔＣｒのような高い飽和保磁力の、硬い磁性材料で作られ得るが、他の磁性材料もまた使われ得るため、これは例示のためである。

クロストラック磁界の存在により提供される別の利点は、磁気切り替えが磁場勾配における増加を通じて、より容易になされることである。この効果はトレーリングギャップ４１８を横切るシールド３１２の後側の部分によって与えられる、磁場勾配の増加と類似である。

様々な実施形態が上述されている一方で、それらは例のためだけに与えられており、制限ではないことを理解されたい。本発明の範囲内に入るその他の実施形態もまた当業者には明らかになり得る。従って、本発明の広さ及び範囲は、上述の如何なる例示的実施形態によっても制限されてはならず、以下の請求項及びそれらと等価なものに従ってのみ定義されるべきである。

１００ディスクドライブ
１１２磁気ディスク
１１３スライダー
１１４スピンドル
１１５サスペンション
１１８ディスク駆動モータ
１１９アクチュエータ・アーム
１２１磁気ヘッド組立品
１２２磁気媒体
１２３ライン
１２５データ記録チャンネル
１２７アクチュエータ手段
１２８ライン
１２９制御ユニット
３０２磁気書き込みヘッド
３０４磁気書き込み磁極
３０６磁気リターン磁極
３０８背部の磁気ギャップ層
３１０磁気形成層
３１２巻き付け式トレーリング磁気シールド
３１６トレーリング・リターン磁極
３１８非磁性書き込みコイル
３２０非磁性の電気絶縁材料
３２２非磁性の電気絶縁材料
４０２側部
４０４側部
４０６硬磁石
４０８硬磁石
４１０矢印
４１２矢印
４１４非磁性の側面ギャップ層
４１６非磁性の側面ギャップ層
４１８非磁性のトレーリングギャップ層
５０２磁気ホットスポット
５０４磁気ホットスポット
６０２磁気ホットスポット
６０４磁気ホットスポット

Claims

垂直磁気書き込みヘッドであって、
空気軸受面に延び、後縁及び第１と第２の側方にある側面を持つ端部を有する磁気書き込み磁極と、
非磁性のトレーリングギャップによって前記磁気書き込み磁極の前記後縁から分離されたトレーリング磁気シールドと、
前記トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の各々に形成された、第１と第２の磁石と、
を備える、垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石の各々が、データトラック方向に垂直で、前記空気軸受面に平行な磁化を有する、
請求項１に記載の垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が同じ方向に磁化されている、
請求項２に記載の垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が、前記磁気書き込み磁極の位置において５０〜１００エルステッド（Ｏｅ）の磁界を生み出すように磁化される、
請求項１に記載の垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が、前記磁気書き込み磁極の位置において７０〜８０エルステッド（Ｏｅ）の磁界を生み出すように磁化される、
請求項１に記載の垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が、前記トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の縁にそれぞれ接続されている、
請求項１に記載の磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が、前記トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の各々に位置し、非磁性材料によって前記トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の縁から分離されている、
請求項１に記載の磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石の各々が、高磁気モーメントの硬磁性材料を備える、
請求項１に記載の磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石の各々が、ＣｏＰｔ又はＣｏＰｔＣｒを含む、
請求項１に記載の磁気書き込みヘッド。
垂直磁気書き込みヘッドであって、
空気軸受面に延び、後縁及び第１と第２の側方にある側面を持つ端部を有する磁気書き込み磁極と、
非磁性のトレーリングギャップによって前記磁気書き込み磁極の前記後縁から分離され、第１と第２の非磁性の側方ギャップによって前記磁気書き込み磁極の前記第１と第２の側方にある側面から分離された巻き付け式トレーリング磁気シールドと、
前記巻き付け式トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の各々に形成された、第１と第２の磁石と、
を備える、垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石の各々が、データトラック方向に垂直で、前記空気軸受面に平行な磁化を有する、
請求項１０に記載の垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が同じ方向に磁化されている、
請求項１１に記載の垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が、前記磁気書き込み磁極の位置において５０〜１００エルステッド（Ｏｅ）の磁界を生み出すように磁化される、
請求項１０に記載の垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が、前記磁気書き込み磁極の位置において７０〜８０エルステッド（Ｏｅ）の磁界を生み出すように磁化される、
請求項１０に記載の垂直磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が、前記巻き付け式トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の縁にそれぞれ接続されている、
請求項１０に記載の磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石が、前記巻き付け式トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の各々に位置し、非磁性材料によって前記巻き付け式トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の縁から分離されている、
請求項１０に記載の磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石の各々が、高磁気モーメントの硬磁性材料を備える、
請求項１０に記載の磁気書き込みヘッド。
前記第１と第２の磁石の各々が、ＣｏＰｔ又はＣｏＰｔＣｒを含む、
請求項１０に記載の磁気書き込みヘッド。
磁気ディスクドライブであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に取り付けられた磁気媒体と、
前記ハウジング内に枢動可能に取り付けられたサスペンション組立品と、
前記磁気媒体の表面近傍を移動する、前記サスペンション組立品に取り付けられたスライダーと、
磁気書き込みヘッドと、
を備え、
前記磁気書き込みヘッドは：
空気軸受面に延び、後縁及び第１と第２の側方にある側面を持つ端部を有する磁気書き込み磁極と、
非磁性のトレーリングギャップによって前記磁気書き込み磁極の前記後縁から分離されたトレーリング磁気シールドと、
前記トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の各々に形成された、第１と第２の磁石と、
を備える、磁気ディスクドライブ。
磁気ディスクドライブであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に取り付けられた磁気媒体と、
前記ハウジング内に枢動可能に取り付けられたサスペンション組立品と、
前記磁気媒体の表面近傍を移動する、前記サスペンション組立品に取り付けられたスライダーと、
磁気書き込みヘッドと、
を備え、
前記磁気書き込みヘッドは、
空気軸受面に延び、後縁及び第１と第２の側方にある側面を持つ端部を有する磁気書き込み磁極と、
非磁性のトレーリングギャップによって前記磁気書き込み磁極の前記後縁から分離され、第１と第２の非磁性の側方ギャップによって前記磁気書き込み磁極の前記第１と第２の側方にある側面から分離された巻き付け式トレーリング磁気シールドと、
前記巻き付け式トレーリング磁気シールドの前記第１と第２の側方の各々に形成された、第１と第２の磁石と、
を備える、磁気ディスクドライブ。