磁头滑块、磁头组件和磁盘装置的制作方法

磁头滑块、磁头组件和磁盘装置
1.关联申请
2.本申请享有以日本专利申请2019-236011号(申请日：2019年12月26日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包括基础申请的所有内容。
技术领域
3.本发明的实施方式涉及磁头滑块、磁头组件和磁盘装置。


背景技术：

4.磁头滑块的保护膜采用滑动耐性、耐腐蚀性优良的碳膜，但却存在耐热性差的缺点。在记录再现时，在磁头周围，由于例如用于上浮量控制的加热器加热、或热辅助记录所采用的激光的加热等，产生热。担心这样的热所导致的碳保护层的劣化、以及碳保护层的劣化所导致的记录再现元件的品质劣化。


技术实现要素：

5.本发明的实施方式提供能抑制记录或再现时产生的热所导致的保护膜的劣化的磁头滑块、磁头组件和磁盘装置。
6.根据实施方式，提供一种磁头滑块，包括：滑块本体；设置于所述滑块本体的磁记录再现元件；第1保护层，该第1保护层至少设置于所述滑块本体和所述磁记录再现元件的空气上浮面上，包含具有200w/m-1
k-1
以上的热传导率的材料，并具有热传导性；以及设置于所述第1保护层上的第2保护层。
附图说明
7.图1是说明第1实施方式的盘驱动器的构成的框图。
8.图2是表示图1的hdd中的磁头和悬架和侧视图。
9.图3是放大表示图2的磁头的头部的剖视图。
10.图4是示意性地表示图3的磁头的记录头的立体图。
11.图5是放大表示图3的记录头的abs侧端部的沿着磁道中心的剖视图。
12.图6是表示放大了图5的磁头的一部分的图的剖视图。
13.图7是表示实施方式中使用的保护层的一个例子的剖视图。
14.图8是表示实施方式中使用的保护层的其它一个例子的剖视图。
15.图9是表示实施方式中使用的保护层的加热温度和id/ig的关系的图表。
具体实施方式
16.第1实施方式的磁头滑块包括：滑块本体；设置于滑块本体的磁记录再现元件；以及多层保护层，该多层保护层设置于滑块本体和磁记录再现元件的空气上浮面侧的至少一部分。多层保护层包括设置于滑块本体和磁记录再现元件的空气上浮面侧的第1保护层和
设置于第1保护层上的第2保护层。第1保护层是包括具有200w/m-1
k-1
以上的热传导率的材料的热传导性的保护层。第2保护层是具有与第1保护层不同的材质、设置于磁头滑块的空气上浮面的表面保护层。
17.另外，第2实施方式的磁头组件具有：磁头滑块，该磁头滑块包括滑块本体、设置于滑块本体的磁记录再现元件、以及设置于滑块本体和磁记录再现元件的空气上浮面侧的至少一部分的上述多层保护层；在一端搭载磁头滑块的悬架；以及与悬架的另一端相连的执行器臂。
18.而且，第3实施方式的磁盘装置包括磁头组件，该磁头组件具有：磁头滑块，该磁头滑块包括滑块本体、设置于滑块本体的磁记录再现元件、以及设置于滑块本体和磁记录再现元件的空气上浮面侧的至少一部分的上述多层保护层；在一端搭载磁头滑块的悬架；以及与悬架的另一端相连的执行器臂。
19.根据实施方式，通过将保护层设为多层结构并在比最表面的表面保护层靠滑块本体侧设置热传导性的保护层，在记录或再现时产生的热通过热传导性的保护层而逸散，能够抑制最表面的表面保护层的劣化。由此，能够抑制磁记录再现元件的劣化。另外，能得到具有良好的耐久性的磁头。
20.以下，参照附图，对实施方式进行说明。
21.此外，公开只不过是一个例子，对于本领域技术人员来说在发明的主旨下适当改变且容易想到的内容，当然也包括在本发明的范围内。另外，为了更明确地说明，在附图中，与实际的情况相比，各部的宽度、厚度、形状等有时进行示意性地表示，但只不过是一个例子而并非用来限定本发明的解释。另外，在本说明书和各图中，对在已经提及的附图中提到的同样的要素赋予相同的标号并适当省略详细的说明。
22.首先，参照图1，对作为本实施方式涉及的磁记录再现装置的盘驱动器的构成进行说明。
23.如图1所示，盘驱动器是垂直磁记录方式的磁盘装置，其中组装有作为垂直磁记录介质的磁盘(以下，仅记载为盘)1和具有后述的磁通控制层的磁头10。
24.盘1固定于主轴电机(spm)2并安装成旋转运动。磁头10搭载于执行器3，构成为在盘1上的半径方向上移动。执行器3由音圈电机(vcm)4驱动旋转。磁头10具有记录(写入)头58和再现(读出)头54。
25.而且，盘驱动器具有前置放大器集成电路(以下，记载为前置放大器ic)11、读出/写入信道(r/w信道)12、硬盘控制器(hdc)13、微处理器(mpu)14、驱动器ic16和存储器17。r/w信道12、hdc13和mpu14组装到由单芯片的集成电路构成的控制器15中。
26.前置放大器ic11如后所述包括用于驱动作为磁通控制层的自旋转矩振荡器(spin-torque oscillator：sto)的电路群。以下，将自旋转矩振荡器记载为sto。而且，前置放大器ic11包括将与从r/w信道12供给的写入数据相应的记录信号(写入电流)向记录头58供给的驱动器。另外，前置放大器ic11包括对从再现头54输出的读出信号进行放大并向r/w信道12传送的读出放大器。
27.r/w信道12是读出/写入数据的信号处理电路。hdc13构成盘驱动器与主机18的接口，执行读出/写入数据的传输控制。
28.mpu14为盘驱动器的主控制部，执行读出/写入动作的控制以及磁头10的定位所需
的伺服控制。而且，mpu14执行本实施方式涉及的sto的通电控制。存储器17包括由dram构成的缓存和闪存等。
29.图2是表示磁头10和悬架的侧视图。
30.如图2所示，各磁头10被构成为上浮型的头，具有大致长方体形状的滑块42和被设置于该滑块42的流出端(尾端，trailing)的记录再现用的头部44。磁头10被固定于设在悬架34的末端部的万向弹簧41。各磁头10通过悬架34的弹性而被施加有朝向磁盘1的表面的头负载l。如图2所示，各磁头10经由被固定于悬架34和臂32上的配线部件(柔性件)35而与前置放大器ic11和hdc13相连。
31.接下来，对磁盘1和磁头10的构成进行详细说明。
32.图3是对磁头10的头部44和磁盘1进行放大表示的剖视图。
33.如图2以及图3所示，磁盘1例如具有形成为直径大约2.5英寸(6.35cm)的圆板状的、由非磁性体构成的基板101。在基板101的各表面，依次层叠有：作为基底层的由示出软磁特性的材料构成的软磁性层102；在其上层部的、在相对于盘面垂直的方向上具有磁各向异性的磁记录层103；和在其上层部的保护层104。作为磁盘1，例如也可以使用具有直径大约3.5英寸(9.5cm或者9.6cm)等尺寸的基板的磁盘。
34.磁头10所设有的滑块42的滑块本体91例如由氧化铝和碳化钛的烧结体(氧化铝/碳化钛)形成，头部44通过层叠薄膜而形成。滑块42具有与磁盘1的表面相对向的矩形状的盘对向面(空气支承面(abs))43。滑块42通过因磁盘1的旋转而在盘表面与abs43之间产生的空气流c而上浮。空气流c的方向与磁盘1的旋转方向b一致。滑块42相对于磁盘1的表面配置成abs43的长度方向与空气流c的方向大致一致。
35.滑块42具有位于空气流c的流入侧的前导端42a和位于空气流c的流出侧的尾端42b。在滑块42的abs43形成有未图示的前导台阶、尾部台阶、侧台阶、负压腔等。
36.如图3所示，头部44在滑块42的尾端42b具有通过薄膜工艺而形成的再现头54和记录头(磁记录头)58，作为分离型的磁头而形成。再现头54和记录头58除了露出到滑块42的abs43的部分之外由保护绝缘膜76覆盖。保护绝缘膜76构成头部44的外形。
37.再现头54由示出磁阻效应的磁性膜55、以及在该磁性膜55的尾侧和前导侧以夹着磁性膜55的方式配置的屏蔽膜56、57构成。这些磁性膜55、屏蔽膜56、57的下端在滑块42的abs43露出。记录头58相对于再现头54被设置于滑块42的尾端42b侧。
38.图4是示意性地表示记录头58和磁盘1的立体图，图5是放大表示记录头58的磁盘1侧的端部的沿着磁道中心的剖视图。图6是表示放大了图5的记录头58的一部分的图的剖视图。
39.如图3至图5所示，记录头58具有：由高饱和磁化材料构成的主磁极60，产生相对于磁盘1的表面垂直的方向的记录磁场；由软磁性材料构成的尾屏蔽件(辅助磁极)62，配置于主磁极60的尾侧，是为了经由主磁极60正下方的软磁性层102而高效地闭合磁路而设置的；记录线圈64，为了在向磁盘1写入信号时使磁通流向主磁极60而配置成卷绕于包括主磁极60和尾屏蔽件62的磁芯(磁回路)；以及配置于主磁极60的abs43侧的末端部60a与尾屏蔽件62之间且与abs43齐平(成为同一面)的磁通控制层65。
40.由软磁性材料形成的主磁极60相对于磁盘1的表面和abs43大致垂直地延伸。主磁极60的abs43侧的下端部具有朝向abs43尖端变细且在磁道宽度方向收窄成漏斗状的收窄
部60b、以及从该收窄部60b向磁盘侧延伸出的预定宽度的末端部60a。末端部60a的末端即下端在磁头的abs43露出。末端部60a的磁道宽度方向的宽度与磁盘1中的磁道的宽度tw大致相对应。另外，主磁极60具有相对于abs43大致垂直地延伸并朝向尾侧的屏蔽件侧端面60c。在一个例子中，屏蔽件侧端面60c的abs43侧的端部相对于abs43向屏蔽件侧(尾侧)倾斜地延伸。
41.由软磁性材料形成的尾屏蔽件62形成为大致l字形状。尾屏蔽件62具有隔着写入间隙wg而与主磁极60的末端部60a相对向的末端部62a、以及从abs43离开并与主磁极60相连的连接部(背间隙部)50。连接部50经由非导电体52而与主磁极60的上部即从abs43向里侧或上方离开的上部相连。
42.尾屏蔽件62的末端部62a形成为细长的矩形状。尾屏蔽件62的下端面露出到滑块42的abs43。末端部62a的前导侧端面(主磁极侧端面)62b沿着磁盘1的磁道的宽度方向延伸，并且，相对于abs43向尾侧倾斜。该前导侧端面62b在主磁极60的下端部(末端部60a和收窄部60a的一部分)，隔着写入间隙wg而与主磁极60的屏蔽件侧端面60c大致平行地相对向。
43.如图5所示，磁通控制层65具有以仅抑制磁通从主磁极60向尾屏蔽件62流入、即有效地使写入间隙wg的透磁率为负的方式使自旋转矩振荡的功能。
44.详细地说，磁通控制层65具有：具有导电性的中间层(第1非磁性导电层)65a、调整层65b、以及具有导电性的传导罩层(第2非磁性导电层)65c，从主磁极60侧向尾屏蔽件62侧依次层叠这些层，也就是说，沿着磁头的行进方向d依次层叠这些层。中间层65a、调整层65b、传导罩层65c分别具有与主磁极60的屏蔽件侧端面60c平行的、即在与abs43交叉的方向延伸的膜面。
45.此外，中间层65a、调整层65b、传导罩层65c的层叠方向不限于上述，也可以反向即从尾屏蔽件62侧向主磁极60侧层叠。
46.另外，如图6所示，在包括主磁极60、磁通控制层65和尾屏蔽件62的记录头58的abs43上设有保护层68。
47.中间层65a例如能够由cu、au、ag、al、ir、nial合金等金属层且不妨碍自旋传导的材料形成。中间层65a直接形成于主磁极60的屏蔽件侧端面60c上。调整层65b包括含铁、钴和镍中至少一种的磁性材料。作为调整层，例如能使用向feco中添加了al、ge、si、ga、b、c、se、sn和ni中至少一种的合金材料、以及从由fe/co、fe/ni和co/ni构成的人工晶格组选择的至少一种材料等。调整层的厚度能够设为例如2至20nm。传导罩层65c能够采用非磁性金属且隔断自旋传导的材料。传导罩层65c例如能够由从ta、ru、pt、w、mo、ir选择的至少一个、或者包括该至少一个的合金形成。传导罩层65c直接形成于尾屏蔽件62的前导侧端面62b上。另外，传导罩层能够设为单层或多层。
48.中间层65a形成为传递来自主磁极60的自旋转矩且交换相互作用足够弱的程度的膜厚、例如1～5nm的膜厚。传导罩层65c只要是隔断来自尾屏蔽件62的自旋转矩且交换相互作用足够弱的程度的膜厚、例如1nm以上的膜厚即可。
49.调整层65b由于需要通过来自主磁极60的自旋转矩而使磁化的朝向与磁场反向，所以，调整层65b的饱和磁通密度小的话更好。相反地，为了由调整层65b有效地遮蔽磁通，调整层65b的饱和磁通密度大的话更好。由于写入间隙wg间的磁场为10～15koe左右，所以，即使调整层65b的饱和磁通密度为1.5t左右以上，也难以提高改善效果。由此，希望调整层
65b的饱和磁通密度为1.5t以下，更具体地说，希望调整层65b的膜厚和饱和磁通密度之积为20nmt以下。
50.为了使电流集中地在与中间层65a、调整层65b、传导罩层65c的膜面垂直的方向流动，磁通控制层65的周围除了与主磁极60和尾屏蔽件62接触的部分以外由绝缘层、例如保护绝缘膜76覆盖。
51.主磁极60能够由以fe-co合金为主成分的软磁性金属合金形成。该主磁极60兼具作为向中间层65a施加电流的电极的功能。尾屏蔽件62能够由以fe-co合金为主成分的软磁性金属合金形成。该尾屏蔽件62兼具作为用于向传导罩层65c施加电流的电极的功能。
52.保护层68为了保护abs而设置，由1个或2个以上的材料构成并由多层构成。至少一个材料具有200w/m-1
k-1
以上的热传导率。多层保护层68例如具有设置于记录头58的abs43上的作为热传导性保护层的第1保护层92、以及设置于第1保护层92上的作为表面保护层的第2保护层93。
53.另外，在记录头58的abs43与多层保护层68之间，也能设有例如由si等构成的未图示的基底层。
54.以下，对实施方式中使用的多层保护层进行进一步的说明。
55.(多层保护层1)
56.图7是表示实施方式中使用的多层保护层的一个例子的剖视图。
57.如图所示，实施方式的磁头滑块的多层保护层95具有在滑块本体91的空气上浮面43侧依次设置的第1保护层92和第2保护层93。
58.作为第1保护层92，例如能举出包括氮化铝的层。
59.另外，可以代替包括氮化铝的层，而采用包括银、铜和铝中至少一个的金属微粒子、以及与金属微粒子混合的硅、碳或碳化硅的金属微粒子含有层。
60.银、铜或铝已知为热传导率高的金属，其热传导率例如是银为428w/m-1
k-1
、铜为400w/m-1
k-1
、铝为236w/m-1
k-1
。另外，aln的热传导率为285w/m-1
k-1
。
61.第2保护层93具有与第1保护层92不同的材质，例如能够使用类金刚石碳等碳。
62.第1保护层的厚度能够设为例如0.5nm～1.5nm。
63.若小于0.5nm，则存在热传导不充分的倾向，而若超过1.5nm，则会影响保护层整体的厚度，从而存在记录再现特性恶化的倾向。
64.第2保护层的厚度能够设为例如1.0nm～2.0nm。
65.若小于1.0nm，则存在覆盖性恶化的倾向，而若超过2.0nm，则会影响保护层整体的厚度，从而存在记录再现特性恶化的倾向。
66.包括第1保护层和第2保护层的多层保护层整体的厚度能够设为1.5nm～3.5nm。
67.若小于1.5nm，则存在无法维持覆盖性而使得作为保护层的功能降低的倾向，而若超过2.5nm，则存在记录再现特性恶化的倾向。
68.(多层保护层2)
69.图8是表示实施方式的磁头滑块中使用的多层保护层的其它一个例子的剖视图。
70.如图所示，头滑块的多层保护层96除了在第1保护层92与第2保护层93之间还设有紧贴层94之外，具有与图1的保护层95同样的构成。作为紧贴层94，能够使用例如硅等。
71.在采用第1、第2多层保护膜时，例如在记录或再现时由后述的第1加热器76a和第2
加热器76b等而产生的热能通过热传导性的第1保护层92而逸散。由此，能够抑制保护层的劣化和磁记录再现元件的劣化，从而使磁头的耐久性良好。
72.在主磁极60与中间层65a之间还能设置基底层。
73.基底层能够采用例如ta、ru等金属。基底层的厚度能够设为例如0.5至10nm。而且，能够设为大约2nm。
74.而且，在尾屏蔽件62与传导罩层65c之间还能够设置罩层。
75.作为罩层，能够采用从由cu、ru、w和ta构成的组中选择的至少一种非磁性元素。罩层的厚度能够设为例如0.5至10nm。而且，能够设为大约2nm。
76.此外，在主磁极与中间层之间，能够采用cofe作为自旋极化层。
77.如图3所示，主磁极60和尾屏蔽件62分别经由配线66而与连接端子45相连，而且，经由图2的配线部件(柔性件)35而与图1的前置放大器ic11和hdc13相连。构成sto驱动电流(偏电压)从前置放大器ic通过主磁极60、sto65、尾屏蔽件62而串联通电的电流电路。
78.记录线圈64经由配线77而与连接端子45相连，而且，经由柔性件35而与前置放大器ic11相连。在将信号写入磁盘12时，记录电流从前置放大器ic11的未图示的记录电流供给电路流向记录线圈64，从而激励主磁极60而使磁通流向主磁极60。向记录线圈64供给的记录电流由hdc13控制。
79.根据以上那样构成的hdd，通过驱动vcm4来驱动执行器3旋转，磁头10被移动并定位到磁盘1的所希望的磁道上。另外，如图2所示，磁头10通过因磁盘1的旋转而在盘表面与abs43之间产生的空气流c而上浮。在hdd的动作时，滑块42的abs43相对于盘表面保持间隙地相对向。在该状态下，对磁盘1，由再现头54进行记录信息的读出，并由记录头58进行信息的写入。
80.磁头的头部44能够任意配备第1加热器76a和第2加热器76b。第1加热器76a设置于记录头58附近、例如记录线圈64和主磁极60附近。第2加热器76b设置于读出头54附近。第1加热器76a和第2加热器76b分别经由配线而与连接端子45相连，而且，经由柔性件35而与前置放大器ic11相连。
81.第1加热器76a和第2加热器76b例如为线圈状，通过通电而发热，从而使周围热膨胀。由此，使记录头58和再现头54附近的abs43突出而与磁盘1的距离接近，磁头的上浮高度变低。这样，若调整向第1加热器76a和第2加热器76分别供给的驱动电压来控制发热量，则能进行磁头的上浮高度的控制。
82.此外，在此，作为实施方式中使用的磁头，对自旋转矩辅助记录方式中采用的、具有磁通控制层(自旋转矩辅助元件)的磁头进行了说明，但也能使用在热辅助记录方式等其它记录方式中使用的磁头。例如，在热辅助记录方式的情况下，在主磁极60与尾屏蔽件62之间不形成磁通控制层而是使用半导体化合物来代替al2o
3-tic作为滑块本体的材料。
83.【实施例】
84.实施例1
85.准备滑块，该滑块设于具有与图3所示的记录头和再现头同样的构成的磁头。
86.记录头如以下那样制成。
87.首先，分别采用dc磁控管溅射法，在主要由feco构成的主磁极上，按照第1导电层、调整层、第2导电层的顺序依次层叠具有下述材料和厚度的层，从而得到磁通控制层1。作为
第1导电层、调整层和第2导电层的材料，使用与图6的中间层65a、调整层65b、传导罩层65c同样的材料。
88.在磁头所设有的由al2o
3-tic构成的滑块本体的空气支承面，如下述那样形成2层结构的保护层。
89.首先，在磁头所设有的滑块本体上，通过溅射法而将具有200w/m-1
k-1
以上的高热传导率的aln层成膜作为第1保护层。接着，在其上，通过过滤阴极弧法而将类金刚石碳层成膜作为第2保护层。由此，得到具有与图7同样的构成的多层保护层。得到的aln层的厚度为1nm，类金刚石碳层的厚度为1.5nm。
90.根据需要，为了提高碳膜的紧贴性，能在aln层与类金刚石碳层之间插入以硅为主成分的紧贴层。
91.为了调查得到的多层保护层的耐热特性，将磁头滑块设置于被设定为70～250℃的各种温度的恒温槽中，在加热30分钟后，测定空气支承面的拉曼分光光谱。图9是表示相对于加热温度的、拉曼分光光谱的1500～1600cm-1
的峰强度(ig)和1300～1400cm-1
的峰强度(id)之比id/ig的关系的图表。图中，曲线201示出实施例1的结果。
92.作为比较例1，除了未形成aln层之外，与实施例1同样地制成保护层，同样地测定拉曼分光光谱。曲线203示出比较例1的结果。
93.类金刚石碳在超过150℃时石墨化会有所进展，从而存在作为保护层的膜的性质劣化的倾向。此时，id/ig的值变大。如图所示，在比较例1的保护层，在超过150℃时，id/ig上升，劣化有所进展，从而耐热特性降低。而与之相对地，实施例1的多层保护膜即使超过150℃，id/ig的上升也是缓和的，所以，能抑制石墨化，从而维持良好的耐热特性。
94.另外，将实施例1的形成有多层保护层的滑块组装到试验用的磁盘装置，在被设定为高温(60℃)恒温槽内反复进行1个月的记录再现，但记录再现特性却并未恶化。
95.实施例2
96.首先，在磁头所设有的滑块本体上，通过过滤阴极弧法而形成含有热传导率高的al微粒子的碳保护层作为第1保护层。接着，在其上，通过过滤阴极弧法而将类金刚石碳层成膜作为第2保护层。由此，得到具有与图7同样的构成的多层保护层。
97.得到的al微粒子含有碳保护层的厚度为1nm，类金刚石碳层的厚度为1.5nm。
98.al微粒子含有碳层的al添加量能够设为10原子％以下。若al添加量超过10原子％，则存在其膜质恶化的倾向。在实施例2中，al添加量设为8原子％。
99.对于该多层保护层也同样地，根据需要，为了提高膜的紧贴性，能在滑块本体的alo
3-tic与高热传导层之间插入以硅为主成分的紧贴层。为了防止磁间隔损失(spacing loss)，能够将总的保护膜厚设为2.5nm以下。
100.为了调查得到的多层保护层的耐热特性，与实施例1同样地，在70～250度的各种温度下，测定拉曼分光光谱。在图9示出相对于加热温度的、拉曼分光光谱的1500～1600cm-1
的峰强度(ig)和1300～1400cm-1
的峰强度(id)之比(id/ig)的关系的图表。图中，曲线202示出实施例2的结果。
101.如图所示，在实施例2的多层保护层中，与比较例1相比，即使超过150℃，id/ig的上升也是缓和的，所以，能抑制石墨化，从而维持良好耐热特性。另外，与实施例1相比，实施例2中的id/ig的上升的倾斜大，所以，认为实施例2的保护膜的热传导性比实施例1更低。
102.另外，将实施例2的形成有多层保护层的磁头组装到试验用的磁盘装置，在被设定为高温(60℃)的恒温槽内反复进行1个月的记录再现，但记录再现特性却并未恶化。
103.对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并非意图用来限定发明的范围。这些新的实施方式能以其它各种方式来实施，在不脱离发明的要旨的范围内能够进行各种省略、置换、改变。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、要旨内，并且，包含在与权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。