CN1213815A - 磁头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁头及其制造方法,它由滑块和设在该滑块的从动端端部上,具有NiFe系合金层的磁性记录和/或再现用的薄膜元件构成,由于对磁芯层13,15的表面进行研磨等操作,将构成前述磁芯层13,15表面的α相膜做得非常薄,因此,即使直接形成碳膜10,在α相之间也可产生适当的扩散,这样,在前述碳膜10上,不会产生剥离或斑。

Description

磁头及其制造方法
本发明涉及具有安装在如硬盘等装置上的滑块的磁头，特别涉及一种在安装于前述滑块上的薄膜元件的磁芯层表面上，能够直接形成一个碳膜，并可减少空隙损耗的磁头及其制造方法。
图4为表示安装在硬盘等上的现有的磁头的截面图，它是使与记录媒体相对的面朝上表示的。
在这个磁头中，相对于硬盘的移动方向的上游端A称为引导端，下游端B称为从动端。
图4所示的符号1为由陶瓷材料等制成的滑块，在前述滑块1的与硬盘相对的部分上，形成相对表面5(浮起表面：ABS面)。如图所示，这个相对表面5加工成具有给定曲率的凸面形状。另外，在该相对表面5的引导端A上，做出倾斜表面6。
如图4所示，在滑块1的从动端B的端部2上，设有薄膜元件3和用于覆盖该薄膜元件3的保护层8。有关前述薄膜元件3的结构，将在后面详细说明。
又如图4所示，在前述相对表面5和与记录媒体相对的薄膜元件3的表面上，形成由SiO2或Si制成的基底层9，在前述基底层9上还形成了碳膜10。
这个碳膜10为担负作为保护层任务的层。通过形成前述碳膜10，例如，可以防止薄膜元件3的表面腐蚀，又假如即使磁头与记录媒体碰撞，借助该碳膜10，前述薄膜元件3的表面和相对表面5也不易磨损。
图2表示设在滑块1的从动端端部2上的薄膜元件3的结构，它是在图4所示的箭头‖方向看的立体图。另外，在图2上没有表示图4所示的基底层9，碳膜10和保护层8。
如图2所示，在从动端端面2上，形成由NiFe系合金(坡莫合金)等制成的下部屏蔽层11。在该下部屏蔽层11上，通过下部间隙层(图中未示)，形成一个磁阻效应元件层12，再在该磁阻效应元件层12上，通过上部屏蔽层(图中未示)，形成由NiFe系合金等制成的下部磁芯层(上部屏蔽层)13。
在前述下部磁芯层13上，通过间隙层(图中未示)，呈螺旋状地构成线圈层14。另外，在前述线圈层14上，通过绝缘层(图中未示)等，形成上部磁芯层15。前述上部磁芯层15，与下部磁芯层13同样，也是由NiFe系合金等磁性材料制成。
如图2所示，前述上部磁芯层15的前端部分，通过磁隙G，与下部磁芯层13相对，而前述上部磁芯层15的基端部分15a与前述下部磁芯层13接合。
这个薄膜元件3为从其下部屏蔽层11至下部磁芯层(上部屏蔽层)13的多层膜，利用磁阻效应，检测从硬盘等记录媒体发出的泄漏磁场，读取磁性信号的MR头(读出头)。在这个MR头上，层叠着由从下部磁芯层13至上部磁芯层15的多层膜构成的电感磁头(写入磁头)。
图4所示的磁头的滑块1支承在固定于负载横梁顶端的弯曲部分上。滑块1利用由板弹簧构成的负载横梁的弹力靠在硬盘上。这种磁头可在所谓的CSS(接触，开始，停止)方式的硬盘装置上使用。当硬盘停止时，前述弹力，使滑块1的相对表面5与硬盘的记录表面接触。当硬盘开始运动时，空气流沿着硬盘的移动方向，被导入滑块1和硬盘表面之间，相对表面5受到空气流引起的浮力作用因此，滑块1从硬盘表面只浮起一小段距离。
在浮起姿势方面，引导端A比从动端B在硬盘上保持高位的倾斜的浮起姿势。在这个浮起姿势下，利用图2所示的薄膜元件3的下部磁芯层13和上部磁芯层15之间产生的泄漏磁场，可将记录信号写入硬盘，或者，利用前述薄膜元件3的磁阻效应元件层12，检测从硬盘发出的磁性信号。
可是，在现有的技术中，在滑块1的相对表面5和薄膜元件3的表面上，通过基底层9，形成了作为保护层的碳膜10。然而，假如不设置前述基底层9，而直接在薄膜元件3的表面上形成碳膜10时，则碳膜10会剥离，并且，前述碳膜10不能均匀地形成，而是在前述碳膜10的表面上，形成凹凸部分，或者，前述碳膜10变成斑状等，这些都是不好的。
这些不好的情况是由薄膜元件3的磁芯层表面的晶体结构引起的。如上所述，图2所示的下部磁芯层13和上部磁芯层15，由NiFe系合金制成，当用X射线衍射研究前述磁芯层13,15的晶体结构时发现，在磁芯层13,15的内部，是以γ相(面心立方晶格)为主体，而在前述磁芯层13,15的表面，则是以α相(体心立方晶格)为主体的。这种α相的膜非常厚，前述膜厚最大可达200微米。
这样，当磁芯层13,15的表面的晶体结构是由膜厚较厚的α相构成时，在前述磁芯层13,15的表面上直接形成碳膜10的情况下，在前述α相和碳膜10之间，会产生异常的扩散。因此，前述碳膜10的膜厚就不均匀，还会产生前述碳膜10剥离等问题。
当构成磁芯层13,15的表面的α相的膜厚较厚时，还会产生空隙损耗增大，记录磁场低下的问题。
这是因为，只有磁芯层13,15的γ相实质上是作为磁芯起作用的，而构成前述磁芯层13,15表面的α相，则不能完成作为磁芯的任务。因此，前述α相产生空隙损耗，前述α相的膜越厚，则空隙损耗越大。
本发明的目的是要解决上述现有技术的问题，它提供了一种可以适当调节磁芯层表面的α相膜厚，能直接在前述磁芯层表面上形成碳膜，并且可以减少空隙损耗的磁头及其制造方法。
本发明的磁头由滑块和设在该滑块的从动端端部上，具有NiFe系合金层的磁性记录和/或再现用的薄膜元件构成，当记录媒体停止时，前述滑块的相对表面与前述记录媒体表面接触，记录媒体开始运动后，承受由记录媒体表面的空气流引起的浮力的磁头，其特征为，可以直接在与记录媒体相对的薄膜元件的表面和前述滑块的相对表面上，形成碳膜。
在本发明中，构成前述薄膜元件的NiFe系合金层表面的晶体结构，由α相(体心立方晶格)组成。前述α相的膜厚最好在0.5～40毫微米(nm)范围内。前述α相的膜厚在1.0～20毫微米范围内更好。
另外，在本发明中，构成前述薄膜元件的NiFe系合金层表面的晶体结构也可以是γ相(面心立方晶格)，前述碳膜，通过向前述γ相的表面的扩散层而形成。
在本发明中，也可以形成CN膜(氮化碳膜)来代替前述碳膜。
另外，本发明的一种由滑块和设在该滑块的从动端端部上的，具有NiFe系合金层的磁性记录和/或再现用的薄膜元件构成，当记录媒体停止时，前述滑块的相对表面与前述记录媒体表面接触，在记录媒体开始运动后，承受由记录媒体表面的空气流引起的浮力的磁头的制造方法，其特征为，它具有：
通过研磨或腐蚀等方法，切削前述薄膜元件表面，使构成NiFe系合金层表面的晶体结构的α相的膜厚，保持在0.5～40毫微米范围内的工序，和
在薄膜元件的表面和滑块的浮起面上，形成碳膜或CN膜(氮化碳膜)的工序。
另外，本发明最好是通过研磨或腐蚀等方法，来切削薄膜元件表面，使前述NiFe系合金层表面的α相的膜厚保持在1.0～20毫微米范围内。
另外，本发明由滑块和设在该滑块的从动端端部上的、具有NiFe系合金层的磁性记录和/或再现用的薄膜元件构成，当记录媒体停止时，前述滑块的相对表面与前述记录媒体表面接触，在记录媒体开始运动后，承受由记录媒体表面的空气流引起的浮力的磁头的制造方法的特征还在于，它具有：
为在前述NiFe系合金层表面上出现γ相，而将α相完全除去的工序，和
将碳离子或氮离子注入前述NiFe系合金层表面，形成扩散层，在薄膜元件表面和滑块的相对表面上，形成碳膜或CN膜的工序。
利用本发明，适当调节构成薄膜元件的磁芯层表面的α相的膜厚，能够直接在前述磁芯层表面上形成碳膜，同时，还可以减少空隙损耗。
本发明中，通过研磨或腐蚀等方法，切削磁芯层表面，可使构成前述磁芯层表面的α相的膜厚保持在0.5～40毫微米范围内。当使α相的膜厚在0.5～40毫微米范围内时，实验证明，即使直接在磁芯层表面上形成碳膜，几乎也不会产生剥离或斑痕等。
但是，在本发明中，完全除去前述α相也是可以的。当完全除去α相时，构成磁芯层表面的晶体结构变为γ相(体心立方晶格)。然而，实验证明，当在前述γ相上，直接形成碳膜时，会产生剥离等现象，因此，在完全除去α相的情况下，首先，必须将碳离子或氮离子注入前述磁芯层表面中，形成扩散层。
通过形成扩散层，即使在前述γ相上，直接形成碳膜或CN膜，也不会产生剥离等现象，从而，可以提高磁芯层和碳膜的贴紧程度。
另外，利用本发明，由于可以将与磁性记录特性没有直接关系的α相的膜厚减薄，从而，可以不需要象现有技术那样的基底层，因此，可以减少空隙损耗，可以适应记录的高密度化。
图1(a)为使硬盘相对表面朝上来表示本发明的磁头的透视图，图1(b)为图1(a)中所示的1b-1b线的截面图；
图2为图1(b)和图4所示的箭头‖方向看的放大立体图；
图3为表示α相的膜厚和再现输出的关系的图形；
图4为使硬盘的相对表面朝上来表示现有的磁头的截面图。
图1(a)为使与记录媒体相对的表面朝上来表示安装在硬盘等上的本发明的磁头的立体图，图1(b)为图1(a)所示的1b-1b线的截面图。
图1所示的磁头H的滑块1，由氧化铝、碳化钛或硅等陶瓷材料制成，在与作为记录媒体的硬盘相对的部分上，作出空气槽7，在空气槽的两侧，作出轨道部分4,4。
如图1(b)所示，前述轨道部分4,4作成凸面形状，前述轨道部分4,4的表面成为与记录媒体相对的表面(浮起面：ABS面)5,5。另外，在前述轨道部分4,4的引导端A上，形成倾斜部分6,6。
在滑块1的从动端B的端面(端部)2上，设有薄膜元件3。如图1(b)所示，该薄膜元件3的与记录媒体相对表面以外的面，用由(例如)氧化铝(Al2O3)等陶瓷材料制成的保护层8覆盖。
在本发明中，如图1(b)所示，在与记录媒体相对的薄膜元件3的表面和相对表面5上，直接形成碳膜10。前述碳膜10是利用喷溅法或CVD法形成的。
通过形成前述碳膜10，可以防止前述薄膜元件3的腐蚀，另外也可以保护前述薄膜元件3的表面和相对表面5，不致与记录媒体碰撞。
此外，在本发明中，利用CN膜(氮化碳膜)代替前述碳膜10，也可以得到与碳膜10同样的效果。
历来，如图4所述，在形成前述碳膜10时，为了提高薄膜元件3与前述碳膜10的贴紧程度，必须在前述碳膜10的下面，敷设基底层9。
对于这点，在本发明中，即使不敷设前述基底层9，碳膜10和薄膜元件3的贴紧性也很好，因此，可以直接在前述薄膜元件3的表面和相对表面5上，形成碳膜10。这是由构成前述薄膜元件3的磁芯层13,15表面的晶体结构造成的。
图2为图1(b)所示箭头‖方向的立体图。另外，在图2中省略了图1(b)所示的保护层8和碳膜10。
如图2所示，在从动端端部2上，设有(例如)由NiFe系合金制成的下部屏蔽层11，在前述下部屏蔽层11上，通过由绝缘材料制成的下部间隙层(图中未示)，形成磁阻效应元件层12。这个磁阻效应元件层12为AMR元件或旋转阀型薄膜元件等。
在前述磁阻效应元件层12上，通过绝缘材料制成的上部间隙层(图中未示)，形成NiFe系合金的上部屏蔽层(下部磁芯层)13。
从前述的下部屏蔽层11至上部屏蔽层13为使记录在硬盘上的磁性记录信号再现的磁性检测部分(读出头)。
前述的上部屏蔽层13也有作为下面要说明的电感头(写入头)的下部磁芯层的机能。
如图2所示，在前述下部磁芯层13上，通过间隙层(图中未示)，形成了由铜等电阻低的非磁性导电材料制成的，螺旋形的线圈层14，和NiFe系合金的上部磁芯层15。前述上部磁芯层15的前端部分，通过磁隙G与下部磁芯层13相对，前述磁芯层15的基端部15a与下部磁芯层13磁性接合。
在从前述下部磁芯层13至上部磁芯层15的电感头中，当将记录电流输给线圈层14时，在前述下部磁芯层13和上部磁芯层15上，感应出记录磁场。利用从下部磁芯层13和上部磁芯层15的前端部分的磁隙G部分漏出的泄漏磁场，可以将记录信号记录在硬盘上。
在本发明中，在滑块1的从动端端部2上形成前述薄膜元件3的阶段，通过利用机械或化学药品进行研磨、离子腐蚀等的等离子清洗方法，切削前述薄膜元件3的表面，可使构成下部磁芯层13和上部磁芯层15表面的晶体结构的α相(体心立方晶格)的膜厚保持在0.5～40毫微米范围内，而构成以往的薄膜元件3的磁芯层13,15表面的α相的膜厚为数个微米至数百个微米，非常厚。
如本发明那样，通过使α相的膜厚变薄，直接在磁芯层13,15表面上，形成碳膜10时，在前述碳膜10和磁芯层13,15之间，会产生适度的扩散，使碳膜10上不易产生剥离。这样，可以保持前述碳膜10的膜厚均匀，前述碳膜10表面的平滑性良好。
另外，当适当地将前述α相的膜厚调节在1.0～2.0毫微米范围内时，还可以提高磁芯层13,15和碳膜10的贴紧程度。
另外，在本发明中，也可以将α相全部除去。当全部除去α相时，磁芯层13,15表面的晶体结构，由γ相(面心立方晶格)构成。
但是，前述γ相与α相比较，由于碳等的扩散速度非常慢，当在前述γ相上，直接形成碳膜10时，在界面上几乎不引起扩散，因此，碳膜10容易引起剥离。
因此，在本发明中，在全部除去α相之后，通过将碳离子注入碳芯层13,15表面，形成扩散层，这样，即使直接在前述磁芯层13,15上形成碳膜10，前述碳膜10上也可能不产生剥离。
另外，在将离子注入前述磁芯层13,15表面，同时形成碳膜10也是可以的。
在形成CN膜代替碳膜10的情况下，可以将碳离子或氮离子注入磁芯层13,15表面形成扩散层。
另外，磁芯层13,15表面的晶体结构，可以利用X射线衍射或薄膜X射线衍射等方法进行分析。
如上所述，在本发明中，由于可将构成磁芯层13,15表面的α相的膜厚，与以往相比做得非常薄，因此，可以直接在前述磁芯层13,15表面上形成碳膜10，从而不需要象以往那样，为了使磁芯层13,15表面和碳膜10贴紧，而形成基底层9(参见图4)，这样可以减少制造工序数目。
特别是，在本发明中，由于可将构成磁芯层13,15表面的α相做薄，并且不需要形成基底层9，因此，与以往相比，可以减少空隙损耗，因而可以得到高的再现输出。
如上所述，构成磁芯层13,15表面的晶体结构为α相，而占据比前述α相更内侧的部分的晶体结构为γ相。然而，实际上与磁性记录特性有关系的部分主要为γ相，磁芯层13,15表面的α相则难以与磁性记录特性有关系，因此，前述α相的膜越厚，空隙损耗就越大。
在本发明中，由于可以将构成磁芯层13,15表面的α相的膜厚减薄，或完全除去前述的α相，因此，可将空隙损耗减少一个相当于除去α相的膜厚的大小。
以上详细说明的磁头H的滑块1支承在设在负载横梁顶部的一个弯曲部分上。滑块1借助给定的力，靠紧在作为记录媒体的硬盘上。
这个磁头H可以在CSS方式(接触，开始，停止方式)的硬盘装置(磁性记录再现装置)上使用。当硬盘停止时，滑块1的相对表面5,5与硬盘表面接触。当硬盘开始移动时，通过引导至滑块1和硬盘之间的空气流，整个滑块1可以从硬盘表面浮起，成为引导端A比从动端B在硬盘上保持较高位置的浮起姿势；或者成为只有引导端A从硬盘表面浮起，而从动端B的端部，在硬盘表面上做连续或不连续的接触滑动的浮起姿势。
在这种浮起姿势下，利用在图2所示的薄膜元件3的下部磁芯层13和上部磁芯层15之间产生的泄漏磁场，可将记录信号写入硬盘，或者利用前述薄膜元件3的磁阻效应元件层12，检测从硬盘发出的磁性信号。
在本发明中，我们使构成薄膜元件3的磁芯层13,15表面的晶体结构的α相的膜厚变化，利用MR头(读出头)，使由电感头(写入头)记录在硬盘上的信息再现，来研究有关前述α相的膜厚与再现输出的关系。实验结果表示在图3中。
这里，将各个α相膜厚不同的碳膜10的膜厚统一为5.5毫微米。另外，在横坐标上，“0+离子”所标注的是在完全除去α相后，注入碳离子，然后再形成碳膜10的情况。
如图所示，随着α相膜厚增大，再现输出降低。
为了得到高的再现输出，从这个实验结果可看出，最好将α相的膜厚限制在40毫微米以下。另外，如果使α相的膜厚在20毫微米以下，则可得到600微伏(μV)以上的再现输出。
其次，测定α相的膜厚和碳膜10的贴紧性等，其实验结果表示在表1中。
α层的膜厚 0nm  0.5nm  1.0nm  5nm  20nm  40nm  0.1μm  10μm 0nm+离子注入
剥离斑耐腐蚀性空隙 ×○×○ △○△○ ○○○○ ○○○○ ○○○○ ○△△△ △××× ×××△ ○○○○
表1中所示的“剥离”和“斑”是利用电子显微镜观察碳膜化的外观得出的，当完全观察不到剥离和斑时用○表示，观察到若干剥离和斑时，用△表示，观察到完全剥离或斑时，用×表示。
如表1所示，如果α相的膜厚在0.5～40毫微米范围内，则可以将剥离和斑抑制到最小限度。
α相的膜厚越厚，剥离和斑越容易产生，因为前述α相和碳膜10之间，容易引起异常扩散。当前述α相的膜厚为0亳微米时，构成磁芯层13,15表面的晶体结构变成γ相。由于前述γ相和碳膜10之间几乎不发生扩散，因此，前述碳膜10产生剥离。
其次，“耐腐蚀性”是用电子显微镜观察暴露在腐蚀性气体中的薄膜元件3的外观的结果。○表示完全看不到腐蚀的情况，△为看见有一些腐蚀的情况，×为完全腐蚀的情况。
如表1所示，可看出，α相膜厚在0.5～40毫微米范围内时，“耐腐蚀性”较好。
薄膜元件3的耐腐蚀性与应该保护前述薄膜零件3的碳膜10的状态有密切关系。当在前述碳膜10上产生剥离或斑时，前述薄膜元件3直接暴露在外部，因此前述薄膜元件3容易腐蚀。所以，为了提高前述薄膜元件3的耐腐蚀性，在碳膜上，必须不能产生剥离或斑。
根据图3的实验结果，对“空隙”加上○、△、×。
随着记录的高密度化，必须减小空隙。由于构成磁芯层13,15表面的α相，与磁性记录特性没有直接的关系，因此，当前述α相的膜厚变厚时，空隙损耗增大。由于从电感头(写入头)发出的记录磁场较弱，结果，MR头(读出头)产生的再现输出低。
根据以上的实验结果，在本发明中，α相的膜厚取在0.5～40毫微米范围内，最好将α相的膜厚取在1.0～20毫微米范围内。
又如表1中最右端一栏所示，在完全除去α相，注入碳离子的情况下，可以得到剥离、斑、耐腐蚀性和空隙都好的结果。
根据以上详细说明的本发明，由于对由NiFe系合金制成的磁芯层表面进行研磨操作，使构成前述磁芯层表面的α相(体心立方晶格)的膜厚减薄，即使不设置基底层，也可以直接在前述磁芯层表面上，形成碳膜。
特别是，在本发明中，由于使与磁性记录特性没有直接关系的α相的膜厚减薄，可以使空隙损耗减少一个与除去的α相膜厚和基底层的膜厚相应的大小。
在本发明中，α相的膜厚，取在0.5～40毫微米范围内，最好在1.0～20毫微米范围内。如果在这个范围内，则在碳膜上，几乎不产生斑或剥离。另外，由于可以得到高的再现输出，因此可以与记录的高密度化相适应。
另外，在本发明中，在研磨磁芯层表面阶段，也可以完全除去α相。由于完全除去了α相，可以更加减小空隙。但是，在这种情况下，在除去α相之后，必须要将碳离子注入磁芯层表面，形成扩散层，然后，再在前述磁芯层表面上形成碳膜。

Claims (8)

1．一种磁头，它由滑块和设在该滑块的从动端端部上，具有NiFe系合金层的磁性记录和/或再现用的薄膜元件构成，其特征为，当记录媒体停止时，前述滑块的相对表面与前述记录媒体表面接触，在记录媒体开始运动后，磁头承受由记录媒体表面的空气流产生的浮力，可以在与记录媒体相对的薄膜元件的表面和前述滑块的相对表面上，直接形成碳膜。
2．如权利要求1所述的磁头，其特征为，构成前述薄膜元件的NiFe系合金层表面的晶体结构，由α相(体心立方晶格)组成，前述α相的膜厚在0.5～40毫微米范围内。
3．如权利要求2所述的磁头，其特征为，前述α相的膜厚在1.0～20毫微米范围内。
4．如权利要求1所述的磁头，其特征为，构成前述薄膜元件的NiFe系合金层表面的晶体结构为γ相(面心立方晶格)，前述碳膜是通过向前述γ相的表面的扩散层形成的。
5．如权利要求1至4中任何一项所述的磁头，其特征为，可以形成CN膜(氮化碳膜)来代替前述碳膜。
6．一种磁头的制造方法，该磁头由滑块和设在该滑块的从动端端部上，具有NiFe系合金层的磁性记录和/或再现用的薄膜元件构成，当记录媒体停止时，前述滑块的相对表面与前述记录媒体表面接触，在记录媒体开始运动后，磁头承受由记录媒体表面的空气流产生的浮力，其特征为，该制造方法具有：
利用研磨或腐蚀等方法，切削前述薄膜元件表面，使构成NiFe系合金层表面的晶体结构的α相的膜厚保持在0.5～40亳微米范围内的工序，和
在薄膜元件表面和滑块浮起面上，形成碳膜或CN膜(氮化碳膜)的工序。
7．如权利要求6所述的磁头制造方法，其特征为，利用研磨或腐蚀等方法，切削薄膜元件表面，使前述NiFe系合金层表面的α相膜厚保持在1.0～20毫微米范围内。
8．一种磁头的制造方法，该磁头由滑块和设在该滑块的从动端端部上，具有NiFe系合金层的磁性记录和/或再现用的薄膜元件构成，当记录媒体停止时，前述滑块的相对表面与前述记录媒体表面接触，在记录媒体开始运动后，磁头承受由记录媒体表面的空气流产生的浮力，其特征为，该制造方法具有：
完全除去α相，使在前述NiFe系合金层表面上，呈现γ相的工序，和
通过将碳离子或氮离子注入前述NiFe系合金层表面，形成扩散层，而在薄膜元件表面和滑块的相对表面上，形成碳膜或CN膜的工序。
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