KR100378553B1 - 자기재생소자 및 그것을 사용한 자기헤드와 그 제조방법 - Google Patents

자기재생소자 및 그것을 사용한 자기헤드와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

기판상에 비자성절연막을 통해 형성된 금속 연자성다층막의 주자극 코어의 양측면에 각각 검출도체막을 접촉시키고, 양 검출도체막사이에 고주파신호를 인가한다. 주자극 코어를 지나는 자속이 변화하면, 그 임피던스가 변화하여 고주파신호의 진폭 변화로서 출력된다. 상기의 기판상에, 검출도체막의 양끝단에 접속한 한 쌍의 전극단자, 전원단자 및 접지용단자를 형성하고, 이들 단자에 대향하도록 고주파증폭기의 반도체 베어칩을 부착하며, 베어칩의 단자와, 상기 전극단자, 전원단자 및 접지용단자를 직접 접속한다.

Description

자기재생소자 및 그것을 사용한 자기헤드와 그 제조방법{MAGNETIC REPRODUCTION DEVICE, MAGNETIC HEAD USING THE DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING THE MAGNETIC HEAD}
본 발명은 영상, 음성, 문자 등에 관한 정보가 자화의 방향과 강도로 기록유지되어 있는 자기기억매체로부터 그 정보를 재생하는 자기재생소자 및 그것을 사용한 자기헤드와 그 제조방법에 관한 것이다.
고기억밀도화에 의한 자기기억장치의 소형화와 기억 용량증가의 요구가 근년 점점 더 강해지고 있다. 기억장치의 기억 용량이 커지면, 커질수록 기록된 정보로의 억세스속도나 정보의 전송속도등의 고속화가 요구된다.
이러한 요구에 대하여 하드디스크(HDD)장치로는, 예를 들면 일본국 특허공개 소화 55-84020 호 공보에 개시되어 있는 것 같은 인덕티브형의 박막자기헤드가 주류로 되어 있다. 상기 박막자기헤드는 벌크형 자기헤드에 비교해서 인덕턴스가 낮고, 보다 높은 주파수로 기록재생을 할 수 있다.
예컨대 HDD 장치로는, 그 소형화에 의해 디스크 직경이 작아지고, 헤드와 기록매체사이의 상대속도가 저하한다. 그를 위해 재생헤드로서 자속응답형의 자기헤드의 채용이 바람직하다. 자속응답형의 자기헤드로서는, 자기저항효과소자(MR 소자)를 사용한 MR 재생헤드가 주목받고 있다. MR 재생헤드는 좁은 트랙화에 대해서도 유리하고, 단위 트랙폭당의 재생출력(감도)이 높다. 실제로는 이 MR 재생헤드를 기록용의 인덕티브형 박막자기헤드와 조합시킨 형태의 복합형 MR 헤드가 실용화되어 있다. 또한 재생출력을 향상시키기 위해서 보다 큰 자기저항효과를 나타내는 박막재료를 사용한 거대자기저항효과소자(GMR 소자)를 사용한 복합형 MR 헤드의 연구개발도 열심히 행해지고 있다.
고밀도이고 대용량인 기억장치를 실현하기 위해서는, 기억된 고밀도의 정보를 정확하게 재생하는 기술이 중요하다. 그것을 위해서는 높은 재생감도를 가지는 재생헤드가 필요하다. 이 점에서 복합형 MR 헤드는 유망하다. 그렇지만, 재생헤드에 MR 소자를 사용하는 경우, MR 소자부의 주위에는 실드층이나 재생용의 갭이 필요함과 동시에, MR 소자의 막을 단자구화(單磁區化)할 필요가 있다. 그를 위한 헤드구조로서는 종래의 인덕티브헤드보다 매우 복잡하다. 자기헤드의 구조가 복잡하게 되면, 그만큼 고도한 제조기술이 요구되고, 높은 생산수율을 확보하는 것이 어렵게 된다.
근년 자기저항효과라는 별도의 자기임피던스효과(MI 효과)를 이용한 자기헤드도 개발되어 있다. 그 종래 예를 이하에 설명한다.
도 13의 (a)는 일본 전자정보학회기보 MR95-85에 보고되어 있는 자기임피던스효과를 이용한 종래의 MI 헤드(161)의 사시도 이다.
도 13의 (a)에 있어서 자기임피던스효과에 의한 검출부(이하, 자기검출부라 함)는, 도전성금속박막으로 이루어지는 검출도체박막(142)을 자기기록매체(153)의 트랙폭(143)에 거의 같은 폭의 한 쌍의 연자성코어(146,147)에 의하여 지지되어 있다. 한 쌍의 연자성코어(146,147)는, 부분확대도인 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 각각 퍼멀로이(permalloy)막(144)과 SiO2막(145)을 교대로 적층한 적층막으로 형성되어 있다.
자기기록매체에 기록되어 있는 신호자화(154)를 종래의 MI 헤드(16l)로 재생할 때는, 고주파발신기(148)로부터 UHF대의 고주파 캐리어신호를 출력한다. 이 신호는 저항(149)을 통해 검출도체박막(l42)에 인가되어 고주파전류(150)를 흘린다. 검출도체박막(142)의 양끝단에 접속한 단자(151) 및 단자(152) 사이의 임피던스는 자기임피던스효과에 의해 변화한다. 따라서 양 단자사이에서 신호자화에 응한 전압변화가 검출된다. 연자성코어(146,147)의 자화용이축의 방향은 미리 자기기록매체(153)의 기록 트랙의 폭방향으로 배향되어 있다.
자기기록매체(153)에 신호자화(154)가 존재하지 않은 경우, 단자(15l) 및 단자(152)사이에는 고주파전류(150)와 검출도체박막(142)의 양 단자(151,152)사이의 임피던스와의 곱에 해당하는 고주파 캐리어신호의 전압이 발생한다.
자기기록매체(153)에 신호자화(154)가 존재하는 경우에는, 연자성코어(146, 147)의 자화용이축이 신호자화(154)에 의해서 각각 미리 배향되어 있는 방향에서 어긋난다. 그 결과 인가된 신호자화(154)에 의한 자기임피던스효과에 의해 검출도체박막(l42)의 양 단자(151,152)사이의 임피던스가 변화한다.
이 검출도체박막(142)의 임피던스 변화에 의해 고주파캐리어신호가 자기기록매체(153)의 신호자화(154)에 의해서 AM 변조되어 검출된다. 이 신호를 AM 검파함으로써 자기기록매체(l53)의 신호자화(154)를 읽어 낼 수 있다.
이 자기임피던스효과에 의한 자기기록매체(153)의 신호자화(154)의 검출감도는, 자기저항효과에 의한 검출감도에 비교해서 대단히 높다. 자기임피던스효과를 이용하는 MI 헤드로서는, 현재 개발이 진행되어지고 있는 자기 버블을 사용한 자이언트 MR 헤드에 비교해서 약 10배의 검출출력을 얻을 수 있다.
도 14는 상술의 MI 헤드(161)에 인가되는 자계에 대한 고주파캐리어신호레벨의 변화특성을 나타내는 그래프이다. 도 14에 있어서, 특성곡선(56)은 고주파캐리어신호의 주파수를 1 GHz로 하여 상술의 MI 헤드(161)를 헬무홀쯔코일의 중앙부에 두고, 인가하는 직류자계의 강도를 변화시켜 구한 것이다.
도 14에서 알 수 있는 바와 같이 이 특성곡선(56)에 의하면, 인가하는 자계강도가 영의 근방에서는 고주파캐리어신호레벨이 느슨하게 변화하고 있다. 자계강도의 변화에 대하여 감도 좋게 고주파캐리어신호를 변조하여 비뚤어짐이 작은 고주파캐리어신호의 파형을 얻기 위해서는, 이 특성곡선(56)의 직선형상의 부분을 사용한다. 이 때문에 바이어스자계(55)의 적절한 설정이 필요하게 된다. 상술의 MI 헤드에 있어서는, 이 바이어스자계(55)를 발생시키는 직류 전류를 고주파캐리어신호 전류에 중첩시키고 있다. 이 직류 전류를 검출도체박막(142)에 흘려 직류 자계를 발생시켜 바이어스자계로 하고 있다.
자기임피던스효과에 의한 검출도체의 임피던스 변화율은 검출도체에 인가하는 고주파캐리어신호의 주파수와 연자성코어의 투자율의 변화율과의 곱에 비례한다. 이 검출도체의 임피던스의 변화율을 높게 하기 위해서 종래의 MI 헤드로서는 연자성체코어(146,147)의 재료로서 투자율의 변화가 큰 퍼멀로이막(144)을 사용하고, 또한 고주파에 의한 와전류의 발생을 방지하기위해서 절연체로서의 SiO2막(145)을 교대로 적층한 적층막을 사용하고 있다. 더욱이 고주파캐리어신호의 주파수를 수백 MHz 이상의 고주파로 하고있다.
그런데, 이하에 도 15를 참조하여 설명하는 바와 같이 종래의 MI 헤드(161)로서는 고주파영역에서의 자기임피던스효과가 대단히 작아지는 문제가 있었다.
도 15는 종래의 MI 헤드(161)에 자계를 인가한 경우와 인가하지 않은 경우에 있어서의 고주파캐리어신호의 주파수에 대한 검출도체의 전체 임피던스의 변화를 임피던스미터로 측정한 그래프이다.
도 15에 나타낸 바와 같이 종래의 MI 헤드에 있어서는, 인가자계의 강도가 영인 경우에 있어서의 검출도체의 전체 임피던스의 변화는, 곡선(1)과 같이 100 MHz 이상의 고주파영역에서는 작아진다. 또한 그 헤드로, 인가자계의 강도를 5 Oe로 한 경우에 있어서의 검출도체의 전체 임피던스의 변화는, 변화곡선(2)과 같이 고주파캐리어신호의 주파수의 상승에 동반하여 거의 직선형상으로 증가한다.
그 결과, 그림중에 화살표(3)로 나타내는 자기임피던스효과는 200 MHz 이상의 고주파영역에서는 급격히 감소한다.
이러한 MI 헤드의 고주파캐리어신호의 고주파영역에서의 동작특성이 명확히 해석되어 있지 않기 때문에 MI 헤드는 실용화되어 있지 않다. 그래서 MI 헤드를 실현하기 위해서는 이 고주파영역에서의 동작특성을 해석하고, 그것에 의하여 고주파영역에서 높은 감도로 자기임피던스효과에 의한 검출도체의 임피던스 변화를 검출하는 새로운 검출방법이 요청되고 있다.
상기의 새로운 검출방법의 실현에 의해 본 발명은, 비교적 간단한 구조로 높은 재생감도를 가지는 자기재생소자를 얻는 것과, 그것을 사용한 자기헤드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 자기재생소자는, 절연기판상에 형성된 제 1 비자성절연막, 상기 제 1 비자성절연막상에 형성된 금속 연자성막의 자극, 상기 금속 연자성막상에 형성된 제 2 비자성절연막, 상기 절연기판상에 형성되어 상기 금속 연자성막의 양끝단부에 각각 전기적으로 접속된 도체, 상기 도체에 각각 접속되어 외부의 정전류원으로부터 상기 도체에 고주파전류를 공급하는 한쌍의 제 l 전극단자 및 상기 도체에 각각 접속되어 상기 고주파전류에 의해 생기는 전압을 외부에 도출하는 한쌍의 제 2 전극단자를 가진다.
본 발명에 의하면, 금속 연자성막에 도체를 통해 고주파전류가 흐르고 있는 상태에서 자계를 부여하면, 금속 자성막의 임피던스가 변화한다. 이 임피던스의 변화에 의해 고주파전류와 임피던스와의 곱의 전압이 변화한다. 이 전압의 변화는자계의 세기에 대응하고 있기 때문에, 자기기록매체의 자화를 전압의 변화로서 검출할 수가 있다.
본 발명의 다른 관점의 자기재생소자는 절연기판상에 형성된, 금속 연자성막과 도전성을 가지는 자기적 절연막을 교대로 적층한 다층막의 자극, 상기 다층막의 자극상에 형성된, 금속 연자성막과 전기절연막을 교대로 적층한 주자극 코어, 상기 절연기판상에 형성되어, 상기 주자극 코어의 금속 연자성막의 양끝단부에 각각 전기적에 접속된 도체, 상기 도체에 각각 접속되어 외부의 정전류원으로부터 상기 도체에 고주파전류를 부여하는 한쌍의 제 1 전극단자 및 상기 도체에 각각 접속되어 상기 고주파전류에 의해 생기는 전압을 외부에 도출하는 한쌍의 제 2 전극단자를 가진다.
주자극 코어에 자성막과 비자성막을 교대로 적층한 다층막의 자극을 설치한 것에 의해, 각 층의 자성막 끝단부의 자하(磁荷)가 다층막사이에서 서로 상쇄된다. 따라서 자극의 폭이 좁은 경우라도 자성막의 자구(磁區)가 흐트러지지 않고, 높은 주파수에 있어서도 투자율을 높게 유지할 수 있다. 그 결과, 자기재생소자의 높은 주파수에서의 특성이 개선된다.
본 발명의 자기헤드의 제조방법은, 산화물자성체의 일부에 에칭에 의해 홈가공을 하여 홈부에 스퍼터링에 의해 비자성절연체를 충전하여 자성기체를 형성하는 스텝, 자성기체상에 층사이가 자기적으로 절연되고 또한 전기적으로 도통하는 다층구조를 가지는 제 1 금속 연자성다층막을 스퍼터링에 의해 형성하는 스텝, 상기 제 1 금속 연자성다층막의 끝단부에 전기적으로 접속되어 제 l 금속 연자성다층막상의상면 일부에 걸리는 제 1 도체를 스퍼터링에 의해 형성하는 스텝, 상기 제 1 도체와 상기 제 l 금속 연자성다층막의 위에 층사이가 전기적 또한 자기적으로 절연된 제 2 금속 연자성다층막을 스퍼터링에 의해 형성하는 스텝, 상기 제 2 금속 연자성다층막의 측면에 전기적으로 접속되어 제 2 금속 연자성다층막상의 상면에 걸리도록 제 2 도체를 스퍼터링에 의해 형성하는 스텝 및 상기 제 2 도체의 양끝단에 접속되는 한쌍의 전극단자를 형성하는 스텝을 가진다.
본 발명의 자기재생소자의 제조방법에 의하면, 자기재생소자의 각 요소를 스퍼터링에 의해서 한 개의 처리실내에서 순차 형성할 수가 있기 때문에 제조공정이 간단하며, 제조비용이 저감된다.
본 발명의 자기재생소자를 사용한 자기헤드는 종래의 인덕티브 자기헤드나 종래의 MR 자기헤드보다도 간단한 구조이기 때문에 그 제조공정도 보다 단순하다. 따라서 비교적 높은 생산수율을 확보하기 쉽고, 양산성에 우수하다. 또한 종래보다도 감도가 높은 자기임피던스효과에 의한 재생이 가능하기 때문에 자기기록매체의 기록밀도가 보다 일층 고밀도화 된다. 그리고 종래의 MR 자기헤드와 같이 자속응답형이므로 기록재생장치의 소형화에 의한 저속도화에도 대응할 수 있다.
본 발명의 자기헤드는 기판상에 형성되어 자기기록매체의 자화를 검출하는 적층된 2층의 연자성체막과, 상기 2층의 연자성체막의 사이에 일부분을 끼워 상기 기판상에 형성한 검출도체박막으로 구성되는 자기검출부를 가지고 있다. 또한, 상기 검출도체박막의 한쪽 단자에 접속하여 상기 기판상의 상기 연자성체의 일측에 형성한 접지전극단자와 상기 검출도체박막의 다른쪽 단자에 접속하여 상기 기판상의 상기 연자성체막의 타측에 유전체막을 통해 형성한 검출전극단자를 가지고 있다. 또한, 외부의 전원으로부터 바이어스자계를 발생시키는 직류전류를 중첩한 고주파캐리어신호를 입력하기 위해 기판상에 형성된 신호공급단자 및 접지단자를 가지고 있다. 상기 신호공급단자와 상기 검출전극단자 및 접지단자와 접지전극단자는 각각 도체막에 의해 접속되어 있다. 또한, 상기 고주파캐리어신호를 증폭하는 반도체 베어칩으로 이루어지는 고주파증폭기의 적어도 신호입력단자 및 접지용단자는 각각 상기 검출전극단자 및 상기 접지전극단자에 각각 직접 접속되어 있다.
이 자기헤드에 의하면, 검출도체박막 및 고주파증폭기가 검출전극단자 및 접지전극단자에 각각 직접 접속되어 있으므로, 접속리드선에 의해 검출도체박막의 길이가 실질적으로 길게 되는 것에 의한 고주파영역에서의 인덕턴스성분의 증대를 방지할 수 있다. 따라서, 고주파영역에서 자기임피던스효과에 의한 검출도체박막의 임피던스의 변화가 감쇠하는 것 없이 검출할 수 있다. 그 결과 고주파영역에서도 높은 감도의 MI 헤드를 실현할 수 있다.
상기 구성의 자기헤드에 있어서, 기판상에 형성한 제 1 접지막과, 상기 제 1 접지막상에 형성한 유전체막과, 상기 유전체막상에 형성한 검출도체박막 및 검출전극단자에 의하여 구성한 제 1 마이크로스트립라인을 가지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 고주파증폭기의 입력임피던스와 검출도체박막의 특성임피던스와의 정합을 얻을 수 있고, 임피던스의 부정합에 의한 손실을 방지할 수 있다.
또한, 상기 검출전극단자 및 상기 접지전극단자 각각의 기판표면으로부터의 높이가 상기 연자성체를 포함하여 구성한 자기검출부의 높이보다 크고, 또한 상기자기검출부를 피복하는 오버코트재를 상기 검출전극단자 및 상기 접지전극단자의 높이와 동일하게 되도록 평활화하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 반도체 베어칩으로 이루어지는 고주파증폭기를 자기헤드기판에 부착할 때, 반도체 베어칩의 실리콘 기판에 굽힘응력이 가해지지 않는다. 따라서, 실리콘 기판의 파손을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 자기헤드는 상기 구성의 자기헤드에 있어서, 기판의 표면상에 형성한 신호공급단자 및 접지단자와 각각 상기 기판과 상기 기판의 이면에 형성한 제 2 접지막에 의해 구성되는 제 2 마이크로스트립라인 및 기판의 표면상에 형성한 제 1 접지막과 상기 제 1 접지막상에 형성한 유전체막과 상기 유전체막상에 형성한 검출도체박막에 의하여 구성되는 제 1 마이크로스트립라인을 가지고, 상기 제 1 접지막과 상기 제 2 접지막을 도체막에 의해서 접속한 것을 특징으로 한다.
이 구성의 자기헤드에 의하면, 기판의 표면상에 형성한 각 단자사이를 접속하는 전송경로의 특성임피던스와 외부의 전송경로의 특성임피던스를 정합할 수가 있다. 따라서, 외부의 고주파발신기나 AM 검파기와의 접속에 있어서 임피던스의 부정합에 의한 손실을 방지할 수 있다.
이 구성의 자기헤드에 있어서, 제 l 마이크로스트립라인과 제 2 마이크로스트립라인의 특성임피던스가 거의 같은 것이 바람직하다.
또한, 상기 2개의 구성의 자기헤드에 있어서, 상기 검출전극단자와 상기 신호공급단자를 50 옴의 저항박막에 의해 접속하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 검출도체박막의 길이가 lOO ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 자기헤드에 의하면, 고주파증폭기인 반도체 베어칩의 각 단자를 MI 헤드의 각 전극단자에 직접 접속함으로써 검출도체의 길이를 실질적으로 짧게 할 수가 있다. 따라서, 검출도체의 인덕턴스성분을 대폭 감소할 수 있기 때문에 고주파영역에서의 자기인피던스효과에 의한 검출도체의 임피던스 변화를 높은 감도로 검출할 수 있다. 그 결과 고밀도기록매체의 자기재생에 바람직한 고감도의 MI 헤드를 실현할 수 있다.
또한, 자기헤드기판상에 마이크로스트립라인을 형성함으로써 고주파캐리어신호에 대하여 임피던스의 정합이 얻어진 자기헤드를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 자기재생소자의 사시도 이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 자기재생소자의 사시도 이다.
도 3은 본 발명의 자기재생소자의 임피던스와 외부자계와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에서 자기재생소자의 자극에 대한 투자율의 주파수 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 4의 (b)는 본 발명의 제 1, 제 2 및 제 3 실시예에서 자기재생소자의 출력레벨에 대한 주파수 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에서 자기헤드의 자기재생소자를 나타내는 사시도 이다.
도 6은 제 3 실시예의 자극(32)의 확대도 이다.
도 7은 본 발명의 자기헤드의 제 4 실시예의 제조방법을 나타내는 분해사시도 이다.
도 8은 본 발명의 기초가 된 해석에 있어서 MI 헤드의 고주파 캐리어신호의 주파수와 임피던스의 인덕턴스성분 및 저항성분과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 기초가 된 해석에 있어서 검출도체의 길이와 인덕턴스와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예의 MI 헤드의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 제 5 실시예의 MI 헤드의 전극형성면의 평면도이다.
도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 B-B 단면도이다.
도 12의 (a)는 본 발명의 제 6 실시예의 MI 헤드의 전극형성면의 평면도이다.
도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 B-B 단면도이다.
도 13의 (a)는 종래의 MI 헤드의 사시도 이다.
도 13의 (b)는 도 13의 (a)의 부분확대도 이다.
도 14는 종래의 MI 헤드의 외부자계강도에 대한 고주파 캐리어신호의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 종래의 MI 헤드에 있어서 고주파 캐리어신호의 주파수와 임피던스와의 관계를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1a,1b : 비자성절연막 2 : 주자극 코어
3a,3b : 도체 4a,4b : 도체선(제 2 전극단자)
4c,4d : 제 2 전극단자 5a,5b : 단자(제 1 전극단자)
6 : 고주파전원 9a,9b : 도체선(제 1 전극단자)
21 : 주자극 코어(다층막) 21A : 연자성막
21B : 비자성막(전기절연막) 32 : 자극
32A : 연자성막(자성막) 32B : 비자성막(자기적 절연막)
32C : 돌출형상부 70 : 기판
71 : 절연막 74a,74b : 도체층
77 : 자극 100 : 기판(절연기판)
109 : 고주파발신기 110 : 저항막(저항박막)
111 : 신호공급단자 112 : 자기검출부
113 : 검출도체박막 114 : 연자성체막
115 : 검출전극단자 116 : 접지전극단자
117 : 접지단자 118 : 도체박막
119 : 베어칩 접지단자 120 : 입력단자
121 : 홈 122 : 출력단자
123 : 도체박막 124 : 외부출력단자
125 : 전원단자 126 : 베어칩 전원단자
127 : 베어칩 129 : 전원공급단자
130 : 베어칩 출력단자 131 : 직류전원
132 : AM 검파기 133 : 출력단자
134 : 접지단자 135 : 기판
136 : 알루미나막(오버코트재) 137 : 제 1 접지막
138 : 유전체막 139 : 페이스트
140 : 제 2 접지막 141 : 도체막
본 발명의 바람직한 실시예를 도 1에서 도 12의 (b)를 참조하여 설명한다.
<제 l 실시예>
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 자기재생소자의 사시도 이다. 도 3은 본 발명의 자기재생소자의 임피던스 Z와 외부자계와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4의 (a)는 자기재생소자를 구성하는 금속 연자성막의 비투자율의 주파수특성을 나타내고, 도 4의 (b)는 출력레벨의 주파수특성을 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, 사다리꼴의 주자극 코어(2)는 금속 연자성체인 바람직하게는 NiFe 합금의 단층박막으로 형성되고, 비자성체의 기판(100)의 위에 스퍼터링에 의해 형성되어 있다. 연자성체(또는 연질자성체라고도 함)는 자화율이 큰 자성체를말한다. 주자극 코어(2)의 아래면과 윗면에는 SiO2막으로 이루어지는 비자성절연막(1a,1b)이 스퍼터링에 의해 형성되어 주자극 코어(2)의 아래면 및 윗면을 절연하고 있다.
도체(3a,3b)는 동(Cu)의 박막도체로서, 주자극 코어(2)의 사다리꼴의 기울어진 측면에 접하여 설치된다. 도체(3a,3b)는 소정의 마스크를 사용하여 동의 증착 또는 스퍼터링에 의해서 형성한다. 이 때 상부가 봉우리형상으로 돌출하지만, 이 돌출부가 본 실시예의 자기재생소자의 기능에 영향을 주는 것은 없다. 도체(3a, 3b)에는, 도체선(9a,9b)의 일끝단이 각각 접속되어 있다. 도체선(9a,9b)의 다른 끝단은 각각 단자(5a,5b)에 접속되어 있다. 단자(5a,5b)에는 고주파전원(6)이 저항(R)을 통해 접속되어 있고 교류전류가 주자극 코어(2)에 공급된다. 도 1로부터 명백한 바와 같이 이 도체(3a,3b)는 주자극 코어(2)의 윗면으로 분리되어 있고, 주자극 코어(2)의 기울어진 측면에 전기적으로 접속되어 있다. 도체선(9a,9b)를 경유하여 공급된 교류전류는, 주자극 코어(2)의 내부를 도면의 좌우방향으로 흐른다. 도체(3a,3b)에는, 이미 1조의 도체선(4a,4b)이 접속되어 있다. 도체선(4a,4b) 사이의 임피던스 Z는 식(1)으로 나타낸다.
주자극 코어(2)에 흐르는 교류전류를 Ic로 하면, 도체선(4a,4b) 사이에 식(1)의 임피던스 Z와 상기 교류전류 Ic와의 곱인 전압 Vc가 생긴다("Magnetic Recording", Volume (1) TECHNOLOGY, C.Denis Mee et al, McGraw-Hill BookCompany, p342 참조).
식 (1)에 있어서, Rdc는 주자극 코어(2)의 직류저항, Reddy는, 표피효과에 의한 저항으로서, 소위 과전류 손실을 생기게 하는 저항이다. 또한, μ', μ"은 각각 투자율의 실수성분 및 복소성분이며, S는 주자극 코어(2)를 구성하는 자성막의 단면적을 나타낸다. L은 자로장 이며, 도 1에서는 주자극 코어(2)의 화살표(7) 방향의 길이이다.
과전류 손실을 생기게 하는 저항 Reddy는, 식 (2)로 나타내고, 주자극 코어(2)의 막두께 tmag가 표피깊이 δ의 2배 이상일 때, 막두께 tmag를, 표피깊이 δ의 2배의 값으로 나눈 값에 비례한다.
표피깊이 δ는 식 (3)에 도시한 바와 같이, 자성막의 비저항 ρ과 투자율 μ( ｜μ｜=) 및 교류전류의 각주파수 ω에 의해서 결정된다.
식 (2)와 식 (3)으로부터 알 수 있는 바와 같이 각주파수 ω와 투자율 μ이 높을수록 표피깊이는 얕게 되고, 저항 Reddy가 커진다. 저항 Rdc는 식 (4)에 의해 나타낸다.
식 (2), (3) 및 (4)을 사용하여, 식 (1)을 고쳐 쓰면, 식 (5)가 얻어진다.
a, b, c는 주파수나 주자극 코어(2)의 자기특성등에 의존하지 않고, 코어의 형상이나 재질에 의해서 결정되는 정수항이다.
식 (5)에 있어서, 각주파수 ω와 투자율 μ, μ', μ"와의 곱인 ωμ, ωμ' 및 ωμ" 이 커지면, 임피던스 Z가 커진다. 그 결과, 상기 교류전류 Ic와 임피던스 Z와의 곱의 출력전압 Vc(Vc= Ic ·Z)도 커진다.
본 실시예의 자기재생소자에서는 상기한 바와 같이 하여 자성막의 투자율 μ', μ"이 외부자계에 따라 변화하여 임피던스 Z가 변화한다. 임피던스의 변화에 따라서 출력전압 Vc이 변화하기 때문에 외부자계를 검출할 수 있다.
도 3은 소정의 각주파수 ω에서 본 실시예의 자기재생소자의 임피던스 Z와 외부자계 Hex와의 관계를 나타내는 그래프이다. 외부자계 Hex가 제로일 때, 즉 도면중의 횡축의 값이 제로일 때는, 임피던스 Z는 식 (5)에 나타낸 바와 같이 자성막의 투자율 μ과 통전되는 교류전류의 각주파수 ω에 의해서 결정되는 최대치가 된다. 외부자계 Hex가 커짐에 따라서 자성막은 포화로 향하여 투자율 μ이 저하하기 때문에 임피던스 Z는 작아진다. 자성막이 완전히 포화하면, 투자율 μ은 공기의 투자율과 같은 대단히 작은 값이 되고, 임피던스 Z는 직류저항 Rdc에 거의 같게 된다. 외부자계 Hex 에 대한 임피던스 Z의 변화의 기울기가 감도이다. 즉 식 (6)에나타낸 바와 같이, 임피던스 Z와 직류저항 Rdc의 차이분을 포화자계 Hsat로 나눈 값 k 가 감도이다.
식 (5)과 식 (6)으로부터 명백한 바와 같이 출력과 감도는 함께 각주파수 ω에 비례하기 때문에, 통전하는 고주파전류의 주파수는 될 수 있는 한 높은 쪽이 바람직하다. 일반적으로 고주파에 있어서의 투자율 μ로는 복소성분 μ" 쪽이 실수성분 μ' 보다 크다. 그래서 복소투자율 μ"의 변화가 임피던스 Z의 변화에 의해 크게 반영되도록 자성막의 형상과 특성을 선정하는 것이 바람직하다.
제 1 실시예의 구체예로서는, 코어(2)의 연자성막의 막두께(tmag)를 1㎛, 트랙폭에 대응하는 막폭을 0.5 ㎛ 로 하고, 연자성재료로서는 NiFe 합금을 사용하고 있다.
본실시예에 있어서의 금속 연자성막의 투자율의 주파수특성을 도 4의 (a)의 곡선 C1으로 나타낸다. 또한 출력레벨의 주파수특성을 도 4의 (b)의 곡선 D1 으로 나타낸다.
<제 2 실시예>
도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 자기재생소자의 사시도 이다. 제 2 실시예에서는 비자성 기판(100) 위에, 두께가 수 미크론인 연자성막(2lA)과, 두께가 수 l00 옹스트롬인 비자성막(21B)을 교대로 적층 다층화하여 주자극 코어(21)를 형성하고 있다. 주자극 코어(2l)에 있어서, 각 자성막(21A)은 자기적으로도 전기적으로도 비자성막(21B)에 의해 분리되어 있다. 다층화에 의해 주자극 코어(2l)가 제 l 실시예의 것과 완전히 같은 치수이더라도, 제 l 실시예에 비교해서 높은 주파수로 보다 높은 투자율을 얻을 수 있음과 동시에 과전류손실이 감소한다.
도 4의 (a)에 있어서, 곡선 C2는 제 2 실시예의 주자극 코어(21)의 투자율의 주파수특성을 나타낸다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 제 1 실시예의 곡선 Cl에 비교해서 높은 주파수에서도 투자율의 저하가 적고, 투자율의 주파수에 의한 변화도 작다. 높은 주파수에서 높은 투자율을 가지므로 주자극 코어(2l)에 인가하는 고주파전류의 주파수를 높게 할 수가 있다. 그 결과 도 4의 (b)의 곡선 D2에 나타낸 바와 같이, 출력레벨의 주파수특성이 대폭 개선되고, 높은 주파수에서 고밀도로 기록된 자화를 고감도로 검출할 수가 있다.
<제 3 실시예>
도 5는 본 발명의 제 3 실시예의 자기재생소자의 사시도 이다. 주자극 코어(21)의 기본적인 구성은, 상기 제 2 실시예와 동일하다. 본 실시예에서는 자기기록매체의 미소한 면적의 자화를 검출하기 위하여 자속도입자극으로서 일하는 돌출형상부(32C)를 가지는 얇은 자극(32)을 설치하고 있다. 일반적으로 자극(32)을 얇게 하면, 자극(32)의 단면 F에서의 자하(磁荷)에 의해서 자극(32)의 자성막의 면내의 환류자구(90도 자벽)(closure domain)가 커지게 되어 자성막의 투자율이 저하한다. 본 실시예에서는, 도 6의 확대도로 나타낸 바와 같이, 두께가 각각 50∼500 옹스트롬의 자성막(32A)과 비자성막(32B)을 교대로 적층한 다층막으로 자극(32)을 형성한다. 이에 따라 인접한 자성막(32A)은 자기적으로 분리된다. 본 실시예로서는, 자극(32)에 좁은 폭 W의 돌출형상부(32C)를 형성함으로써 좁은 트랙폭의 자기매체에 사용할 수 있다. 이러한 다층막의 자극(32)에 있어서는, 각 층의 자성막 끝단부의 자하가 다층막사이에서 서로 소멸되기 때문에, 자극(32)을 좁은 폭 W으로 가공하더라도, 자성막의 자구는 흐트러지지 않고 고주파에 있어서의 투자율은 높게 유지된다. 단, 다층막의 자극(32)을 동일한 두께의 단층막의 것에 비교하면, 비자성막이 있는 분자성막의 단면적은 감소하기 때문에 투자율의 절대치는 낮아지게 된다. 그러나 제 3 실시예에 있어서, 임피던스 변화를 전압변화로 변환하기 위해서 일하는 부분은 주자극 코어(21)이다. 따라서 자극(32)의 투자율의 절대치가 낮더라도 외부자계에 의해서 자화된 자극(32)에 의하여 자속이 주자극 코어(21)에 인도되므로, 높은 주파수에 있어서도 주자극 코어(21)는 외부자계에 의해 자화 된다. 그 때문에 투자율의 주파수특성이 개선된다.
주자극 코어(21)는, 제 2 실시예와 같이, 고주파전류에 의한 자속이 와전류에 의해서 주자극 코어(21)의 표면에 집중하여 감자(感磁)부분이 국소화하는 것을 막기위해 자극(32)보다도 두꺼운 자성막(21A)과 비자성막(21B)을 사용하여 다층화 한다. 도 4의 (b)는, 제 1, 제 2 및 제 3 의 각 실시예의 자기재생소자를 사용하여 재생헤드를 구성하였을 때의 재생출력레벨의 주파수특성을 나타내는 그래프이다. 도면에 있어서, 곡선 D1, D2 및 D3 는 각각 제 1, 제 2 및 제 3 실시예의 자기재생소자를 사용한 자기헤드의 주파수특성을 나타낸다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 제 2, 제 3 실시예의 것은 제 1 실시예의 것에 비교해서 주파수특성이 개선되어 있다. 제 1 실시예와 제 3 실시예를 비교하면, 제 3 실시예의 것은 제 1 실시예의 것보다 트랙폭에 대응하는 막폭 W를 작게 하였음에도 불구하고 높은 주파수영역으로 큰 출력를 얻을 수 있다.
이상의 각 실시예에서 설명한 본 발명의 자기재생소자를 인덕티브형의 박막자기헤드와 조합시켜 복합자기헤드를 구성하면, 종래의 것보다도 간단한 구성에 의해서 고주파특성이 뛰어난 자속응답형의 자기재생헤드를 얻을 수 있다.
<제 4 실시예>
이하에 본 발명의 제 4 실시예로서, 도 7의 분해사시도를 사용하여 자기헤드의 제조방법을 설명한다. 본 발명의 자기헤드는 각 요소가 박막에 의해 형성되어 있기 때문에 반도체소자의 제조분야에서 널리 사용하고 있는 성막기술을 사용하여 제조할 수가 있다. 이하 도 7의 각 요소의 가공공정을 순차로 설명한다.
페라이트등의 산화물자성체로 이루어진 기판(70)의 일부에 다이싱가공에 의해 단부(70A)를 형성한다. 그 단부(70A)에 SiO2등의 비자성의 절연막(71)을 스퍼터링으로 형성한 후에 래핑가공으로 도면 위쪽의 피착면을 평탄하게 한다. 절연막 (7l) 위에 두께 50 옹스트롬의 SiO2의 비자성막과 두께가 적어도 100 옹스트롬의 NiFe 합금의 자성막을 교대로 스퍼터링에 의해 적층하여 돌출형상부(32C)를 가지는 다층막의 자극(32)을 형성한다. 자극(32)의 양단부에 Cu 등의 스퍼터링으로 도체층(74a,74b)을 형성한다. 도체층(74a,74b)은, 그 위에 형성되는 도체(3a,3b)와 자극(32)의 접속을 확보하기 위한 것이다.
다음에 NiFe 합금의 자성막(21A)과 SiO2의 비자성막(21B)을 교대로 스퍼터링에 의해 적층한 후에 이온 밀링가공에 의해서 사다리꼴 형상으로 에칭하여 주자극 코어(21)를 형성한다. 또한 주자극 코어(21)의 사다리꼴의 경사면에 Cu 막 또는 Ta 막을 스퍼터링법에 의해 성막한 후, 이온 밀링에 의해서 도체(3a,3b)를 형성한다. 이 때, 동시에 도체(3a)에 접속된 도체선(4a,9a)을 형성하여 도체(3b)에 접속된 도체선(4b,9b)을 형성한다. 마지막으로 기판(70)을 덮는 자극(77)을 NiFe의 스퍼터링에 의해 형성하여 자기헤드를 완성한다. 본 실시예의 제조방법에 의하면, 자기헤드의 각 요소의 성막을 스퍼터링에 의해서 행한다. 따라서 제조에 있어서의 효율이 높고 제조비용도 염가이다.
<제 5 실시예>
먼저, 본 발명의 제 5 실시예의 자기헤드를 설명하기 전에, 고주파에 있어서의 MI 헤드의 동작특성을 해석하기 위해서 시험 제작한 MI 헤드(도시생략)에 관해서 도 8 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 이 MI 헤드는 폭 300 ㎛, 길이 3 mm의 FeTaN 재의 연자성체에 의해 SiO2재에 의한 갭 3 ㎛, 및 동(Cu)재의 폭 400㎛, 길이 2 mm, 두께 1㎛의 검출도체박막을 끼워 작성하였다.
자기기록매체로부터의 신호자화의 변화에, 외부자계의 발생원으로서 헬무홀쯔코일에 의하여 시험 제작한 MI 헤드의 연자성체에 길이 방향의 직류자계를 인가하였다.
이 상태에서 검출도체박막에 고주파캐리어신호를 인가하여 검출도체박막의 단자에 검출리드선을 접속한 임피던스미터에 의해 시험 제작한 MI 헤드의 검출도체박막을 포함하는 전체 임피던스를 측정하였다. 또, 이 MI 헤드의 연자성체는 인가자계의 강도가 5 Oe가 되면 완전히 포화하는 것이다.
도 8은, 검출도체박막에 인가하는 고주파캐리어신호의 주파수와, 검출도체박막을 포함하는 MI 헤드의 전체 임피던스의 관계를 나타내는 그래프 이며, 임피던스미터로 측정하였다.
임피던스미터로서는, 임피던스를 인덕턴스성분과 저항성분과 분리하여 측정할 수가 있다. 도 8에 있어서, 곡선 4 및 5는 각각, 외부자계의 강도가 영인 경우와 5 Oe의 경우에 있어서의 투자율의 실수부 및 허수부에 관한 각각의 고주파캐리어신호의 주파수에 대한 인덕턴스성분의 변화를 나타낸다. 곡선 6 및 7은 저항성분의 변화를 보이고 있다.
도 8에 있어서, 시험 제작한 MI 헤드의 검출도체박막을 포함하는 전체 임피던스의 인덕턴스성분의 고주파캐리어신호의 주파수에 대한 변화의 곡선 4, 5는 도 15에 나타내는 종래의 MI 헤드의 임피던스의 변화의 곡선 1, 2와 유사한 특성을 나타내고 있는 곡선 4, 5에 의하면, 고주파영역에 있어서는, 외부자계에 의해서 변화하지 않은 검출도체박막이나 접속리드선등의 인덕턴스성분이 크다. 따라서 외부자계에 의해서 변화하지 않은 인덕턴스성분의 변화가 지배적으로 되고, 외부자계에 의해서 변화하는 자기검출부의 인덕턴스성분은 숨겨져 있는 것을 나타내고 있다.
한편, 도 8에 나타내는 MI 헤드의 검출도체박막을 포함하는 전체 임피던스의 저항성분의 변화의 곡선 6, 7에 의하면, 저항성분이 외부자계에 대하여 대폭 변화하고 있다. 이것이 본 해석에 의해서 처음으로 밝혀졌다.
더욱 상세하게 설명하면, 도 8의 인덕턴스성분의 변화곡선 4은 연자성체의 투자율의 실수부로부터 발생하는 외부자계에 의해 변화하는 인덕턴스와 검출도체박막이나 접속리드선의 외부자계에 의해 변화하지 않은 인덕턴스와의 합을 나타낸다. 외부자계 5 Oe를 인가하면 변화곡선 5이 된다. 이것은, 연자성체의 투자율이 자기포화에 의해 공기중에서의 값 1에 가까우므로, 주(主)로서 검출도체박막이나 접속리드선의 외부자계에 의해 변화하지 않은 인덕턴스성분이 남기 때문이다.
또한, 저항성분의 변화곡선 6은, 연자성체의 투자율의 허수부에서 발생하는 외부자계에 의해 변화하는 저항성분과 검출도체박막이나 접속리드선의 외부자계에 의해 변화하지 않은 저항성분과의 합을 나타내고 있다. 외부자계 5 Oe를 인가하면 변화곡선 7이 된다. 이것은, 연자성체의 허수부의 투자율이 1로 되므로, 외부자계에 의해서 변화하지 않은 검출도체의 저항성분이 주로 되기 때문이다.
도 9는, 두께 1㎛, 폭 10㎛의 검출도체박막의 길이를 변화시켜 검출도체박막의 인덕턴스의 변화를 측정한 그래프이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 검출도체박막의 인덕턴스는, 곡선 8과 같이 검출도체박막의 길이가 100 ㎛ 이하로 되면 대폭 감소하는 것이 처음으로 판명되었다.
본 발명의 자기헤드는, 이들 해석에 의해 얻은 지견에 따라서 발명된 것이다. 요컨대, 외부자계에 의해서 변화하지 않은 검출도체박막이나 접속리드선의 인덕턴스성분을 대폭 감소시키고, 고주파영역에서 외부자계에 의해서 변화하는 자기검출부의 검출도체박막의 임피던스변화만을 검출하는 것이 중요한 것을 알게 되었다.
이하, 본 발명의 제 5 실시예에 관해서 도 10 내지 도 12를 참조하면서 설명한다.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예의 MI 헤드의 구성을 나타내는 사시도 이다. 도 11의 (a)는 도 10의 MI 헤드의 전극형성면의 평면도이고, (b)는 도 11의 (a)의 b-b 에서의 단면도 이다.
도 10에 있어서, 바이어스자계를 발생시키는 직류전류를 중첩한 고주파캐리어신호를 MI 헤드에 공급하는 고주파발신기(109)는 기판(135)상에 설치된 신호공급단자(111) 및 접지단자(117)에 접속되어 있다.
자기검출부(112)는, Cu로 이루어지는 검출도체박막(l13)을 2층의 FeTaN의 아몰퍼스로 이루어지는 연자성체막(114)에 의해서 끼워들어가도록 하여 형성되어 있다. 검출도체박막(113)의 양끝단에는, 검출전극단자(115)와 접지전극단자(116)가 설치된다. 검출전극단자(115)는 저항막(ll0)에 의해 신호공급단자(111)에 접속되어 있다. 접지전극단자(116)는 Cu로 이루어지는 도체박막(118)에 의해 접지단자 (117)에 접속되어 있다.
도 10 및 도 11의 (a)에 나타낸 고주파증폭기인 실리콘 마이크로칩(이하, 베어칩 이라함)(127)은, 각 전극단자를 명시하므로 점선으로 둘러싸여 나타나 있다. 베어칩(127)에 전력을 공급하는 직류전원(131)은, 접지단자(l17)와 전원공급단자(129)에 접속되어 있다. 전원공급단자(129)에 도체막(128)에 의해서 접속한 전원단자(125) 및 접지단자(117)와 접속된 접지전극단자(116)에 베어칩 전원단자(126) 및 베어칩 접지단자(1l9)가 각각 직접 접속되어 있다.
베어칩(127)으로 증폭된 출력신호는, 베어칩 출력단자(l30)와 직접 접속된 출력단자(122)로부터 도체박막(123)을 통해 외부출력단자(124)로 전달된다. 이 출력신호가 외부출력단자(124)에 접속된 AM 검파기(132)에 입력된다. MI 헤드에 자기기록매체로부터의 신호자화가 가해져 AM 변조된 신호는 베어칩(127)에 의해서 증폭되어 출력신호로서 외부출력단자(124)에 전달된다. 이 출력신호가 외부출력단자 (124)에 접속된 AM 검파기(132)에 의해 자기기록매체로부터의 신호자화를 복조시킨 신호로서 AM 검파기(132)의 출력단자(133)와 접지단자(l34)사이에 생기게 된다.
MI 헤드의 각 단자(11l,117,124)로부터 고주파발신기(109) 및 AM 검파기 (132)로 각각 접속하는 도면중 2점쇄선으로 나타낸 영역(160)에 있어서의 배선은, 1 GHz의 고주파신호를 취급하기 위해 마이크로스트립라인으로 구성한 전송로로 접속되어 있다. 이에 따라, MI 헤드로부터 떨어진 장소에 고주파발신기(109) 및 AM 검파기(132)를 설치할 수 있는 이점이 있다. 이 MI 헤드의 기판(135)에는, 자기기록매체와 마주 대하는 면에 홈(12l)을 형성하여, 고속으로 회전하는 자기기록매체의 면으로부터 부상시키도록 구성하고 있다. FeTaN의 연자성재료의 특성을 충분히 끌어내기 위해 기판(135)의 재료로서 비자성체인 NiTiMg 계 세라믹을 사용하고 있다.
다음에, 도 11의 (b)를 참조하면서 제 5 실시예의 MI 헤드의 내부의 구조에관해서 설명한다.
도 11의 (b)에 있어서, NiTiMg 계 세라믹으로 이루어지는 기판(l35)상에 포토리소그라피 기술을 사용하여 Cu의 제 1 접지막(137)을 형성하고, 그 위에 알루미나로 이루어지는 유전체막(138)을 형성한다. 이와 같이 구성하여 검출도체박막 (l13)과 제 1 접지막(l37) 및 유전체막(l38)에 의하여 제 l 마이크로스트립라인을 형성한다. 이 제 1 마이크로스트립라인에 의해 검출도체박막(113)과 고주파증폭기인 반도체 베어칩(l27)의 입력임피던스와의 고주파캐리어신호에 대한 임피던스정합을 얻을 수 있다.
검출도체박막(1l3)의 폭 W와, 유전체막(138)의 두께 h 및 비유전율에 의하여 상기 제 1 마이크로스트립라인의 특성임피던스 값이 정해진다. 유전체막(l38)이 비유전율 10의 알루미나로 형성되어 있기 때문에, W/h를 1로 하면 상기 제 1 마이크로스트립라인의 특성임피던스는 50 옴 이다. 따라서, 알루미나의 유전체막(138)의 두께 h가 10 ㎛이라고 하면, 검출도체박막(113)의 폭 W는 10 ㎛ 로 하면 좋다. 고주파영역에서의 전기회로에서는 특성임피던스가 50 옴의 전송로가 일반적으로 사용된다. 따라서 50 옴으로 통일하여 임피던스의 정합을 얻는 것으로 하였다.
출력단자(122)와 외부출력단자(124)를 잇는 도체박막(l23)의 폭 G은 마찬가지로 10 ㎛ 이다. 이 도체박막(123)도 검출도체박막(113)과 같이 제 1 접지막 (137)상에 알루미나의 유전체막(138)을 통해 형성되어 있고, 50 옴의 특성임피던스를 가지는 마이크로스트립라인을 형성하고 있다.
또, 베어칩의 입력단자(120), 베어칩 접지단자(119), 베어칩의 출력단자(130), 베어칩의 전원단자(l26)로서는 각각 Au의 반구형상의 단자가 베어칩(127)의 기판탑재면에 형성되어 있다. 베어칩(127)의 각 단자(119,120,126,130)는 도전성 Ag 페이스트(139)에 의해서 각각 기판(135)상에 형성된 검출전극단자(115), 접지전극단자(116), 출력단자(122), 전원단자(125)에 가열하여 접착되어 있다.
통상, 트랜지스터 혹은 FET 등의 고주파증폭기는, 실리콘웨이퍼상에 형성한 마이크로칩을 절단한 베어칩을 몰드케이스에 수납하여 구성되어 있다. 이 베어칩의 입력단자, 출력단자, 전원단자 및 접지단자 등은 Au 선의 와이어 본딩에 의해서 몰드케이스의 내부에서 외부로 관통하고 있는 단자의 내부측에 결선되어 있다. 그리고, 프린트기판에는 몰드케이스의 외부단자를 넣어 접속한다.
이와 같이 몰드케이스내부에 극히 작은 베어칩을 수납하고 있는 고주파증폭기로서는, 전체의 치수가 mm 단위의 큰 치수가 되는 것은 피할 수 없다. 즉, 몰드케이스의 단자나 Au 선을 사용하여 몰드케이스의 단자에서 베어칩의 각 단자로 접속함으로써 고주파영역에서의 인덕턴스성분이 증대하는 것은 피할 수 없는 것이다. 이 베어칩의 크기는 140 내지 50 ㎛ 각 정도 이며, 베어칩에 형성되는 인출단자부분을 고려하더라도 MI 헤드의 슬라이더인 기판상에 충분히 탑재할 수 있는 크기이다.
본 발명은 이 점에 착안하고 있다. 특히, 이 베어칩(l27)의 입력단자(l20), 접지단자(119)를 100 ㎛ 이하의 길이로 구성한 검출도체박막(113)의 양끝단에 설치한 검출전극단자(115)와 접지전극단자(116)에 각각 직접 접합시키고 있다. 이에 따라, 외부자계에 의해서 변화하지 않은 이들 단자사이의 접속경로에 있어서의 인덕턴스성분을 대폭 감소시킬 수 있다.
요컨대, 이와 같이 형성함으로써 리드선이 없게 되어 자기검출부(112)와 고주파증폭기인 베어칩(127) 사이의 접속경로의 인덕턴스성분이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 인덕턴스성분은 주로 자기검출부(112)의 검출도체박막(113)의 길이에 의해서 결정된다.
또한, 베어칩(127)의 접착 이전에 자기검출부(112)를 피복하도록 형성한 오버코트로서의 알루미나막(136)의 면은 자기검출부(112)의 높이 K보다 높고, 검출전극단자(115)의 면과 기판(135)의 면으로부터의 높이가 동일한 높이 H가 되도록 평활연마하는 것이 중요하다. 이 평활화의 공정을 생략하면, 베어칩(127)의 실리콘 기판이 파손되는 비율이 높게 된다.
또한, 제 5 실시예의 MI 헤드로서는, 기판(135)상에 MI 헤드를 다수 배열한 상태로 형성하면, MI 헤드를 각각의 칩으로서 가르기 전에, 기판(135)상에 MI 헤드가 다수 배열한 상태에서 검사할 수 있다. 요컨대, MI 헤드를 다수 배열한 기판 (135)을 헬무홀쯔코일중에 배치하고, 각각의 검출전극단자(115) 및 접지전극단자 (116)에 네트워크 애너라이저의 프로우브를 접속한다.
이 상태에서 직류자계를 도 l0의 지면에 수직인 방향으로 가하는 것에 의하여 MI 헤드의 좋고 나쁨을 판정할 수가 있다. 네트워크 애너라이저의 프로우브의 임피던스는 일반적으로 50 옴이므로, 이 상태에서 임피던스의 정합이 얻어지는 것이 바람직하다.
그래서, 고주파증폭기인 베어칩(127)의 입력임피던스 및 출력임피던스는 모두 50 옴의 것을 사용하였다. 임피던스의 정합에 있어서는, 실용상 특성임피던스의 범위가 ±5% 이내이면 거의 특성임피던스가 동일한 것으로 볼 수 있는 것이 실험적으로 알 수 있었다.
제 5 실시예의 MI 헤드의 제 1 시험제작품의 검출도체박막(113)의 폭 W는 10 ㎛, 두께 T는 1 ㎛, 길이 L은 l00 ㎛로 하였다. 연자성체막(1l4)로서 FeTaN 막을 사용하고, 트랙폭 Tw는 l0 ㎛, 연자성체막(1l4)의 두께 Tm은 1.5 ㎛, 길이 Lm은 1 mm로 하였다. 제 1 시험제작품의 MI 헤드에 의하면, 1 GHz의 고주파캐리어신호를 사용하여 측정한 결과, 24%의 임피던스변화율이 있는 것을 알 수 있었다. 또한 검출도체박막(1l3)의 길이 L을 짧게 하면 대폭으로 임피던스변화율이 증대한다.
제 5 실시예의 MI 헤드의 제 2 시험제작품의 검출도체막의 폭 W는 10 ㎛, 두께 T는 1 ㎛, 길이 L은 10 ㎛로 하고, 트랙폭 Tw는 0.5 ㎛로 하였다. 연자성체막 (1l4)의 두께 Tm은 1.5 ㎛, 길이 Lm은 1 mm로 하였다. 요컨대, 이와 같이 좁은 트랙폭 0.5 ㎛의 MI 헤드에 있어서는 검출도체박막(113)의 길이 L을 l0 ㎛로 짧게 할 수 있다.
제 2 시험제작품의 MI 헤드에 의하면, 연자성체막(114)으로서 FeTaN 막을 사용하였을 때, 1 GHz의 고주파캐리어신호를 사용하여 측정한 결과, 임피던스변화율이 52% 이었다. 또한, 이 제 2 시험제작품의 연자성체막의 재료로서 Fe 계와 같이 투자율의 주파수특성이 고주파까지 변화하는 재료를 사용하여 시험 제작한 결과, 임피던스의 변화율은 94%에 달하는 것을 알 수 있었다.
현재, 개발되고 있는 자기저항효과소자로서 자기 버블을 사용한 스핀버블자이언트 MR 헤드의 임피던스변화율인 5∼7% 정도에 비교하면 극히 높은 임피던스변화율인 것을 알 수 있다.
이상, MI 헤드의 시험제작품의 예로서 검출도체박막(1l3)의 길이 L이 10 ㎛ 및 100 ㎛의 것에 대하여 설명하였다. 길이 L이 100 ㎛ 이상의 검출도체박막이 되면, 도 9에도 도시한 바와 같이, 대폭 인덕턴스성분이 커지게 되어 충분한 신호를 검출하기 어렵게 된다.
<제 6 실시예>
이하, 본 발명의 제 6 실시예의 MI 헤드에 대하여 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 12의 (a)는 본 발명의 제 6 실시예의 MI 헤드의 구성을 나타내는 평면도이고, (b)는 도 12의 (a)의 B-B의 단면도이다. 제 6 실시예의 MI 헤드는, 제 5 실시예의 MI 헤드에 있어서 더욱 고주파캐리어신호에 대한 정합을 얻기 쉬운 구조로 한 것이다.
전술한 제 5 실시예의 MI 헤드에 있어서는, MI 헤드에 대하여 제 l 의 스트립라인에 의해 임피던스의 정합은 할 수 있다. 또한 각 전극단자 및 외부접속단자부분의 특성임피던스에 대해서도 고주파캐리어신호에 대하여 임피던스의 정합이 얻어지기 쉬운 구성으로 할 필요가 있다.
검출전극단자(115)나 출력단자(122)등의 치수는 베어칩(127)과 접속하기 때문에 땜납등의 접합금속을 싣기에 충분한 치수가 필요하게 된다. 예를들면, 베어칩(127)의 각 단자의 Au의 반구의 지름 크기는 약 80 ㎛ 정도이다. 따라서 검출전극단자(l15)이나 출력단자(122)의 크기로서 적어도 그 이상의 lOO ㎛ 각 정도의 면적이 필요하게 된다. 또한, 고주파캐리어신호를 안정하에 취급하기 위해서는 전극단자로서 폭이 넓은 박막이 바람직하다.
그러나, 제 5 실시예의 MI 헤드로 이미 설명한 바와 같이, 특성임피던스를 50 옴으로 하기 위해서는, 비유전률 10의 알루미나로서는 W/h가 1이며, 알루미나로 이루어지는 유전체막(138)의 두께 h와 관련된다. 요컨대, 각 전극단자를 구성하는 도체막의 폭을 100 ㎛로 하기 위해서는 유전체막(138)의 두께도 100 ㎛로 할 필요가 있다. 그런데, 이러한 두꺼운 알루미나막을 증착 혹은 스퍼터링에 의해 형성하는 것은 제조상 불가능에 가깝다. 이 문제점을 해결한 것이 제 6 실시예의 자기헤드이다.
유전체로서 기판(135)을 고려한 경우, NiTiMg 재의 비유전률은 5정도이므로, W/h는 1.8로 하면 그 특성임피던스는 50 옴이 된다. 즉, 폭 1OO ㎛의 전극단자를 구성하는 도체막이 필요한 경우에는, 두께 180 ㎛인 유전체로서의 기판(135)이 필요하게 된다.
도 12의 (a) 및 (b)에 있어서, 제 6 실시예의 MI 헤드로서는, 각 전극단자의 폭을 300 ㎛로 하고, 유전체로서의 기판(135)의 두께를 기계가공에 의해서 540 ㎛의 두께로 마무리하였다. 그 기판(135)의 이면에 제 2 접지막(140)을 형성하였다. 두께 10 ㎛의 알루미나 유전체막(138)이 기판(l35)의 표면상에 형성되어 있지만, 기판(135)의 두께 540 ㎛에 비교하면 극히 얇기 때문에 고주파신호의 전송에 대하여는 무시할 수 있다.
또한, 기판(135)의 측면으로부터 제 l 접지막(137)과 제 2 접지막(l40)을 공통의 접지상태로 하기 때문에 도체막(l41)을 스퍼터링 증착법에 의해 형성하여 전기적으로 접속하였다.
이와 같이 하여 제 2 마이크로스트립라인은 단자폭 G'이 300 ㎛인 검출전극단자(115) 및 기판(135)과 그 이면에 형성한 제 2 접지막(140)으로 형성된다. 다른 제 2 마이크로스트립라인은 단자폭 G'이 300 ㎛인 출력단자(122), 도체박막 (123,124) 및 기판(135)과 제 2 접지막(140)으로 형성된다. 또한 다른 마이크로스트립라인은 단자폭 G'이 300 ㎛인 신호공급단자(l11) 및 기판(135)과 제 2 접지막(140)에 의해서 형성된다. 이렇게 하여 각각 특성임피던스가 50 옴인 제 2 마이크로스트립라인이 3조 형성되어 있다.
이와 같이 형성함으로써 제 6 실시예의 MI 헤드로서는, 검출도체박막(113)과 알루미나의 유전체막(138) 및 제 1 접지막(137)에 의한 제 1 마이크로스트립라인의 특성임피던스가 50 옴이다. 또한 상기 3조의 제 2 마이크로스트립라인의 특성임피던스도 50 옴으로서 형성할 수 있다. 그 결과, 모든 전송경로에 있어서 고주파캐리어신호에 대하여 양호한 임피던스의 정합이 얻어지게 된다.
또, 이상 설명한 제 5 실시예 및 제 6 실시예의 MI 헤드로서는, 연자성체로서 FeTaN 막을 사용하였지만, 그 밖의 Co계, Fe계 아몰퍼스 자성체, 퍼멀로이, 샌더스트등의 연자성재료를 사용하여도 좋다.
또한, 기판의 재료로서 NiTiMg를 사용한 예로 설명하였지만, 그 외에 AlTiC, 기타 세라믹, 유리계, 카본기판을 사용하여도 좋다.
한편, 검출도체박막 및 도체막의 재료로서 Cu를 사용하였지만, 그 외에 Ag,Au, A1등의 도전성재료를 사용하여도 좋다.
또한, 제 1 마이크로스트립라인에 유전체막의 재료로서 알루미나를 사용하였지만, Si, SiO2, 유리계 재료, 카본, 기타 세라믹스재료등의 무기의 유전체를 사용하여도 좋다.
이상의 각 실시예에 대하여 설명한 본 발명의 MI 헤드를 주지의 코일을 사용한 전자형의 써넣기(기록)용헤드와 조합시켜 자기기록재생장치를 구성할 수가 있는 것은 물론이다.
이상 각 실시예에서 설명한 바로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 자기재생소자를 사용한 자기헤드는, 종래의 인덕티브 자기헤드나 종래의 MR 자기헤드보다도 간단한 구조이므로 제조공정도 보다 단순하게 된다. 따라서 비교적 높은 수율을 확보하기 쉽고, 양산성에 우수하다. 또 종래보다도 감도가 높은 자기임피던스효과에 의해 재생이 가능하므로, 자기기록매체의 기록밀도의 보다 일층 고밀도화가 도모된다. 또 종래의 MR 자기헤드와 마찬가지로 자속응답형이므로, 기록재생장치의 소형화에 의한 저속도화에도 대응할 수 있다.
또한 본 발명의 자기헤드에 의하면, 고주파증폭기인 반도체 베어칩의 각 단자를 MI 헤드의 각 전극단자에 직접 접속함으로써 검출도체의 길이를 실질적으로 짧게 할 수 있다. 따라서 검출도체의 인덕턴스성분을 대폭 감소시킬 수 있으므로, 고주파영역에 있어서의 자기임피던스효과에 의한 검출도체의 임피던스의 변화를 높은 감도로 검출할 수 있다. 그 결과, 고밀도기록매체의 자기재생에 적합한 고밀도의 MI 헤드를 실현할 수 있다.
또한 자기헤드기판상에 마이크로스트립을 형성함으로써 고주파캐리어신호에 대하여 임피던스의 정합을 얻은 자기헤드를 실현할 수 있다.
또한 본 발명의 자기재생장치는 그 고감도의 MI 헤드를 탑재하고 있으므로 고밀도 기록의 자기기록매체의 재생에 적합한 자기재생장치를 실현할 수 있다.

Claims (19)

  1. 절연 기판(100)상에 형성된 제 1 비자성절연막(la)과,
    상기 제 l 비자성절연막상에 형성된 금속 연자성막의 주자극 코어(2)와,
    상기 금속 연자성막상에 형성된 제 2 비자성절연막(lb)과,
    상기 절연 기판상에 형성되고, 상기 금속 연자성막의 양끝단부에 각각 전기적으로 접속된 한 쌍의 도체(3a,3b)와,
    상기 한 쌍의 도체에 각각 접속되고, 외부의 정전류원에서 상기 도체로 고주파전류를 공급하기 위한 한 쌍의 제 1 전극 단자(5a,5b)와,
    상기 도체에 각각 접속되고, 상기 고주파전류에 의해 생기는 전압을 외부에 도출하는 한 쌍의 제 2 전극단자(4c,4d)를 가지는 자기재생소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 연자성막은, 자기적 절연막에 의해 분리되어 있는 다층막(21)인 것을 특징으로 하는 자기재생소자.
  3. 절연 기판(100)상에 형성된, 금속 연자성막(32A)으로 도전성을 가지는 자기적 절연막(32B)을 교대로 적층한 다층막의 자극(32)과,
    상기 다층막의 자극(32)상에 형성되고, 금속 연자성막(2lA)으로 전기절연막 (21B)을 교대로 적층한 주자극 코어(21)와,
    상기 절연 기판상에 형성되고, 상기 주자극 코어(21)의 금속 연자성막의 양끝단부에 각각 전기적으로 접속된 한 쌍의 도체(3a,3b)와,
    상기 한 쌍의 도체에 각각 접속되고, 외부의 정전류원에서 상기 도체로 고주파전류를 공급하는 한 쌍의 제 1 전극단자(9a,9b)와,
    상기 도체에 각각 접속되고, 상기 고주파전류에 의해 생기는 전압을 외부로 도출하는 한 쌍의 제 2 전극단자(4a,4b)를 가지는 자기재생소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 다층막의 자극(32)은, 기록매체에 대향하는 돌출형상부(32C)를 가지는 것을 특징으로 하는 자기재생소자.
  5. 산화물자성체의 기판(70)의 일부에 에칭으로 단부를 형성하여 이 단부에 스퍼터링으로 비자성의 절연막(71)을 형성하는 스텝과,
    상기 절연막의 위에 층사이가 자기적으로 절연되고 전기적으로 도통하는 다층구조를 가지는 제 1 금속 연자성다층의 자극(32)을 스퍼터링에 의해 형성하는 스텝과,
    상기 제 1 금속 연자성다층막의 자극의 끝단부에 전기적으로 접속되는 제 1 도체층(74a,74b)을 스퍼터링에 의해 형성하는 스텝과,
    상기 제 1 도체층과 상기 제 1 금속 연자성다층막의 자극(32)의 위에 층사이가 전기적 및 자기적으로 절연된 제 2 금속 연자성다층막의 주자극 코어(21)를 스퍼터링에 의해 형성하는 스텝과,
    상기 주자극 코어의 측면에 각각 전기적으로 접속되도록 제 2 도체(3a,3b)를스퍼터링에 의해 형성하는 스텝과,
    상기 제 2 도체의 각각에 접속되는 한 쌍의 도체선(4a,9a)을 스퍼터링에 의해 형성하는 스텝과,
    기판(70)을 덮는 자극(77)을 스퍼터링으로 형성하는 스텝으로 이루어지는 자기헤드의 제조방법.
  6. 기판(135)상에 형성되고, 자기기록매체의 자화를 검출하는 적층된 2층의 연자성체막과,
    상기 2층의 연자성체막(114)의 사이에 일부분을 끼워 상기 기판상에 형성된 검출도체박막(113)과,
    상기 검출도체박막의 일끝단에 접속하여 상기 연자성체막의 한 쪽 측의 상기 기판상에 형성한 접지전극단자(116)와,
    상기 검출도체박막의 다른 끝단에 접속하여 상기 연자성체막의 다른 쪽 측의 상기 기판상에 유전체막(138)을 통해 형성한 검출전극단자(115)와,
    외부의 전원(109)에서 바이어스 자계를 발생시키는 직류전류를 중첩한 고주파캐리어신호를 입력하기 위해 상기 기판상에 형성된 신호공급단자(111) 및 접지단자(117)와,
    상기 신호공급단자와 상기 검출전극단자 및 상기 접지단자와 상기 접지전극단자를 각각 접속하도록 기판상에 형성한 도체막(110,118) 및 고주파캐리어신호를 증폭하는 반도체 베어칩으로 이루어지는 고주파증폭기(l27)를 가지며,
    상기 검출전극단자 및 상기 접지전극단자에, 상기 고주파증폭기의 반도체 베어칩의 적어도 신호입력단자 및 접지용단자를 각각 직접 접속한 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기판상에 형성한 제 l 접지막(137)과, 상기 제 1 접지막상에 형성한 유전체막(138)과, 상기 유전체막상에 형성한 상기 검출도체박막 및 상기 검출전극단자에 의하여 구성한 제 1 마이크로스트립라인을 가지는 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 검출전극단자 및 상기 접지전극단자의 상기 기판표면으로부터의 높이(H)가, 상기 연자성체막을 포함하여 구성한 자기검출부(112)의 높이(K)보다 크고, 상기 자기검출부를 피복하는 오버코트재(136)를 상기 검출전극단자 및 상기 접지전극단자의 높이와 동일하게 되도록 평활화한 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 기판과, 상기 기판의 이면에 형성한 제 2 접지막 (140)으로 구성한 제 2 마이크로스트립라인을 가지고, 상기 제 1 접지막과 상기 제 2 접지막을 도체막(141)에 의하여 접속한 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 마이크로스트립라인과 제 2 마이크로스트립라인과의 특성임피던스가 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 검출전극단자와 상기 신호공급단자를 50 옴의 저항박막(110)으로 접속한 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 검출도체박막의 길이가 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 자기헤드.
  13. 절연기판(100)상에 형성된 제 1 비자성절연막(1a),
    상기 제 1 비자성절연막상에 형성된 금속연자성막의 자극코어(2),
    상기 금속연자성막상에 형성된 제 2 비자성절연막(lb) 및
    상기 절연기판상에 형성되고, 상기 금속연자성막의 양끝단부에 각각 전기적에 접속된 한 쌍의 도체(3a, 3b)를 구비한 자기재생소자의 상기 한 쌍의 도체사이에 고주파전류를 흘려, 외부자계(Hex)에 의해 상기 자극코어를 지나는 자속에 의해서 생기는 상기 한 쌍의 도체사이의 임피던스변화에 따라서, 상기 외부자계를 검출하는 자기검출방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 외부자계는 상기 한 쌍의 도체사이의 임피던스가 외부자계의 강함의 증가, 또는 감소에 동반하여 감소 또는 증가함으로써, 상기 한 쌍의 도체사이의 고주파전압의 감소 또는 증가에 의해서 검출되는 것을 특징으로 하는 자기검출방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 외부자계가 자기기록매체에 기록된 자화정보이고, 상기 자화정보를 상기 한 쌍의 도체사이의 임피던스변화에 따라서 검출하는 자기검출방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 고주파전류에 직류전류를 중첩하고 있는 것을 특징으로 하는 자기검출방법.
  17. 절연기판(100)상에 형성된 제 1 비자성절연막(1a),
    상기 제 1 비자성절연막상에 형성된 금속연자성막의 자극코어(2),
    상기 금속연자성막상에 형성된 제 2 비자성절연막(1b) 및
    상기 절연기판상에 형성되고, 상기 금속연자성막의 양끝단부에 각각 전기적에 접속된 한 쌍의 도체(3a, 3b)를 구비한 자기재생소자의 상기 한 쌍의 도체사이에 고주파전류를 흘려, 자기기록매체에 기록된 자화정보인 외부자계(Hex)에 의해 상기 자극코어를 지나는 자속에 의해서 생기는 상기 한 쌍의 도체사이의 임피던스변화에 따라서, 상기 외부자계를 검출하는 자기재생방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 한 쌍의 도체사이의 임피던스변화에 의해 상기 한 쌍의 도체사이에 생기는 고주파전압을 AM 검파함으로써, 자화정보를 재생하는 자기재생방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 고주파전류에 직류전류를 중첩하고 있는 것을 특징으로 하는 자기재생방법.
KR10-2000-0019586A 1999-04-15 2000-04-14 자기재생소자 및 그것을 사용한 자기헤드와 그 제조방법 KR100378553B1 (ko)

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