特許 6103645 磁界特性評価装置及び磁界特性評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6103645

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】磁界特性評価装置及び磁界特性評価方法

(51)【国際特許分類】

   G11B 5/455 20060101AFI20170316BHJP

【ＦＩ】

   G11B5/455 D

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-215917(P2013-215917)

(22)【出願日】2013年10月17日

(65)【公開番号】特開2015-79551(P2015-79551A)

(43)【公開日】2015年4月23日

【審査請求日】2016年10月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000233295

【氏名又は名称】株式会社日立情報通信エンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100074550

【弁理士】

【氏名又は名称】林 實

(72)【発明者】

【氏名】浅井 裕理

(72)【発明者】

【氏名】和田 辰彦

(72)【発明者】

【氏名】松岡 宏

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 明彦

(72)【発明者】

【氏名】阿部 誠

(72)【発明者】

【氏名】松島 英紀

【審査官】 川中 龍太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２２０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２８３６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６５８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９４００７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｂ ５／４０ − ５／４６５

Ｇ１１Ｂ ５／３３ − ５／３９

Ｇ１１Ｂ ２１／１６ − ２１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部シールド層と上部シールド層の間に、磁気モーメントを持たない反強磁性材料から成る反強磁性層と、磁化方向が固定された固定層と、絶縁材から成る絶縁層と、磁化方向が外部磁界により変化する自由層とを積層し、ハードバイアス層により挟み込まれるように構成されたＭＲ型磁気ヘッド素子に対する外部磁界の印加による絶縁層を通過するトンネル電流の抵抗変化を利用して複合型磁気ヘッドの特性を評価する磁界特性評価装置であって、
磁気ディスクを回転しながら支持するスピンドルモータと、該磁気ディスク上に浮上状態で支持される磁気ヘッドと、該磁気ディスクの上下面を挟み込むように概略コ字形状に形成されて磁気ヘッドに垂直方向の交流磁界を印加するため垂直コイルと、磁気ディスク上の磁気ヘッドに平行方向の直流磁界を印加するため平行コイルとを備え、前記平行コイルが、磁界を発生するための開口部を有し、一辺にスリット部を設けた概略ロ字形状のコイル本体部と、該コイル本体部の他三辺に巻成された複数の導線とから構成され、該スリット間の間隔に磁気ディスクを挿入配置するように構成されていることを特徴とする磁界特性評価装置。

【請求項2】

前記磁気ディスクを所定回転数で回転させて磁気ヘッドを磁気ディスク上に位置させ、磁気ディスク上にロードし、前記平行コイルにより磁気ヘッドに所定量の平行直流磁界を印加した状態において、垂直交流磁界変化時のＭＲ型磁気ヘッド素子の絶縁層の抵抗値変化量の推移を測定することを特徴とする請求項１記載の磁界特性評価装置。

【請求項3】

前記磁気ヘッドが熱的ポールチップ膨脹現象を利用して磁気ディスクに対する浮上量を制御する発熱体を含み、磁気ヘッドの該発熱体の抵抗値変化量の推移を測定することを特徴とする請求項２記載の磁界特性評価装置。

【請求項4】

下部シールド層と上部シールド層の間に、磁気モーメントを持たない反強磁性材料から成る反強磁性層と、磁化方向が固定された固定層と、絶縁材から成る絶縁層と、磁化方向が外部磁界により変化する自由層とを積層し、ハードバイアス層により挟み込まれるように構成されたＭＲ型磁気ヘッド素子に対する外部磁界の印加による絶縁層を通過するトンネル電流の抵抗変化を利用して複合型磁気ヘッドの特性を評価する磁界特性評価装置の磁界特性評価方法であって、
磁気ディスクを回転しながら支持するスピンドルモータと、該磁気ディスク上に浮上状態で支持される磁気ヘッドと、該磁気ディスクの上下面を挟み込むように概略コ字形状に形成されて磁気ヘッドに垂直方向の交流磁界を印加するため垂直コイルと、磁気ディスク上の磁気ヘッドに平行方向の直流磁界を印加するために磁界を発生するための開口部を有し、一辺にスリット部を設けた概略ロ字形状のコイル本体部と、該コイル本体部の他三辺に巻成された複数の導線とから構成され、該スリット間の間隔に磁気ディスクを挿入配置するように構成された平行コイル部とを設け、前記磁気ディスクを所定回転数で回転させて磁気ヘッドを磁気ディスク上に位置させ、磁気ディスク上にロードし、前記平行コイルにより磁気ヘッドに所定量の平行直流磁界を印加した状態において、垂直交流磁界変化時のＭＲ型磁気ヘッド素子の絶縁層の抵抗値変化量の推移を測定することを特徴とする磁界特性評価方法。

【請求項5】

前記磁気ヘッドが熱的ポールチップ膨脹現象を利用して磁気ディスクに対する浮上量を制御する発熱体を含み、磁気ヘッドの該発熱体の抵抗値変化量の推移を測定することを特徴とする請求項４記載の磁界特性評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ）型磁気ヘッド素子の磁界特性を評価する磁界特性評価装置及び磁界特性評価方法に係り、特にＭＲ型磁気ヘッド素子に平行及び垂直磁界を印加した状態おけるＭＲ型磁気ヘッド素子の磁界特性を評価する磁界特性評価装置及び磁界特性評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に磁気ディスク装置に採用されるＭＲ型磁気ヘッド素子は、磁気ディスク上の磁界変化によって電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を利用した再生専用の素子であり、磁気ディスクにデータを書き込むための磁気記録（ＷＲ）素子と共に磁気ヘッドアーム先端のスライダに支持される複合型磁気ヘッドを構成し、磁気ディスク上に微小間隔で浮上しながら磁気記録（ＷＲ）素子及びＭＲ型磁気ヘッド素子が磁気ディスクへのデータ記録再生を行うように構成されている。特に浮上量が極小化した近年の複合型磁気ヘッドにおいては、スライダに発熱体を設けてＴＰＴＰ（熱的ポールチップ膨脹：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｌｅ Ｔｉｐ Ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）現象を積極的に利用することによって磁気ヘッド素子個々の浮上量ばらつきを調整し、微小な浮上量を精度良く制御する技術が採用されている。

【0003】

このＭＲ型磁気ヘッド素子は、磁気ディスク面に対向する下部シールド層と上部シールド層の間に、磁気モーメントを持たない反強磁性材料から成る反強磁性層と、磁化方向が固定された固定層と、絶縁材から成る絶縁層と、磁化方向が外部磁界により変化する自由層とを積層し、ハードバイアス層により挟み込まれるように構成され、下部シールド層側から磁界が印加された場合は図５（ａ）に示す如く自由層の磁化方向が固定層の磁化方向と平行になり、上部シールド層側から磁界が印加された場合は図５（ｂ）に示す如く自由層の磁化方向が固定層の磁化方向が反平行になる特性があり、この各磁性膜の磁化の角度に依存して絶縁層を通過するトンネル電流が変化すること（抵抗変化）を利用してデータ再生を行うものである。

【0004】

このように構成された磁気記録素子（ＷＲ素子）と磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）と発熱体であるＴＦＣ素子を搭載した複合型磁気ヘッドは、製品化の過程として磁気的特性を評価する必要があり、この複合型磁気ヘッドの磁気特性を評価（検査）する技術が記載された文献としては下記の特許文献１が挙げられ、この特許文献１には、特定条件の略垂直磁界を複合型磁気ヘッドに印加して磁気ヘッドの出力電圧を測定し、ノイズストレス磁界を印加した後に、再び特定条件の略垂直磁界を複合型磁気ヘッドに印加して磁気ヘッドの出力電圧を測定し、最後にこれらの出力電圧の差と規格値を比較して良否判定を行うことによって、外部からの影響による磁気出力不安定性不良を検出する技術が記載されている、

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−３０２４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前記の特許文献１に記載された技術は、垂直磁界の印加後にノイズストレス磁界を印加し更に略垂直磁界を印加し、出力電圧差と規格値を比較することによって磁気出力不安定性不良を検出することができるものの、近年の複合型磁気ヘッドは、前記した上部及び下部シールド層が磁気ディスク以外からの外部磁界の影響を防止するために設けられているものの、磁気ディスクの大容量化の要望によって複合型磁気ヘッドも極小化しており、垂直磁界の印加による磁気ヘッド特性の評価だけでは製品化したＭＲ型磁気ヘッド素子を搭載した複合型磁気ヘッド特性を正確に評価することが困難であり、このために水平磁界をＭＲ型磁気ヘッド素子に印加することが考えられるが、磁界を印加するための磁気コイルを複合型磁気ヘッド近傍に接近して配置することが困難であった。

【0007】

本発明の目的は、前述の従来技術による課題しようとするものであり、ＭＲ型磁気ヘッド素子を搭載する複合型磁気ヘッドの磁気特性を正確に評価することができる磁界特性評価装置及び磁界特性評価方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の目的を達成するために請求項１記載の発明は、下部シールド層と上部シールド層の間に、磁気モーメントを持たない反強磁性材料から成る反強磁性層と、磁化方向が固定された固定層と、絶縁材から成る絶縁層と、磁化方向が外部磁界により変化する自由層とを積層し、ハードバイアス層により挟み込まれるように構成されたＭＲ型磁気ヘッド素子に対する外部磁界の印加による絶縁層を通過するトンネル電流の抵抗変化を利用して複合型磁気ヘッドの特性を評価する磁界特性評価装置であって、磁気ディスクを回転しながら支持するスピンドルモータと、該磁気ディスク上に浮上状態で支持される磁気ヘッドと、該磁気ディスクの上下面を挟み込むように概略コ字形状に形成されて磁気ヘッドに垂直方向の交流磁界を印加するため垂直コイルと、磁気ディスク上の磁気ヘッドに平行方向の直流磁界を印加するため平行コイルとを備え、前記平行コイルが、磁界を発生するための開口部を有し、一辺にスリット部を設けた概略ロ字形状のコイル本体部と、該コイル本体部の他三辺に巻成された複数の導線とから構成され、該スリット間の間隔に磁気ディスクを挿入配置するように構成されていることを第１の特徴とする。

【0009】

請求項２記載の発明は、第１の特徴の磁界特性評価装置において、前記磁気ディスクを所定回転数で回転させて磁気ヘッドを磁気ディスク上に位置させ、磁気ディスク上にロードし、前記平行コイルにより磁気ヘッドに所定量の平行直流磁界を印加した状態において、垂直交流磁界変化時のＭＲ型磁気ヘッド素子の絶縁層の抵抗値変化量の推移を測定することを第２の特徴とし、請求項３記載の発明は、前記何れかの特徴の磁界特性評価装置において、前記磁気ヘッドが熱的ポールチップ膨脹現象を利用して磁気ディスクに対する浮上量を制御する発熱体を含み、磁気ヘッドの該発熱体の抵抗値変化量の推移を測定することを第３の特徴とする。

【0010】

請求項４記載の発明は、下部シールド層と上部シールド層の間に、磁気モーメントを持たない反強磁性材料から成る反強磁性層と、磁化方向が固定された固定層と、絶縁材から成る絶縁層と、磁化方向が外部磁界により変化する自由層とを積層し、ハードバイアス層により挟み込まれるように構成されたＭＲ型磁気ヘッド素子に対する外部磁界の印加による絶縁層を通過するトンネル電流の抵抗変化を利用して複合型磁気ヘッドの特性を評価する磁界特性評価装置の磁界特性評価方法であって、磁気ディスクを回転しながら支持するスピンドルモータと、該磁気ディスク上に浮上状態で支持される磁気ヘッドと、該磁気ディスクの上下面を挟み込むように概略コ字形状に形成されて磁気ヘッドに垂直方向の交流磁界を印加するため垂直コイルと、磁気ディスク上の磁気ヘッドに平行方向の直流磁界を印加するために磁界を発生するための開口部を有し、一辺にスリット部を設けた概略ロ字形状のコイル本体部と、該コイル本体部の他三辺に巻成された複数の導線とから構成され、該スリット間の間隔に磁気ディスクを挿入配置するように構成された平行コイル部とを設け、前記磁気ディスクを所定回転数で回転させて磁気ヘッドを磁気ディスク上に位置させ、磁気ディスク上にロードし、前記平行コイルにより磁気ヘッドに所定量の平行直流磁界を印加した状態において、垂直交流磁界変化時のＭＲ型磁気ヘッド素子の絶縁層の抵抗値変化量の推移を測定することを第４の特徴とする。

【0011】

請求項５記載の発明は、第４の特徴の磁界特性評価方法において、前記磁気ヘッドが熱的ポールチップ膨脹現象を利用して磁気ディスクに対する浮上量を制御する発熱体を含み、磁気ヘッドの該発熱体の抵抗値変化量の推移を測定することを第５の特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明による磁界特性評価装置及び磁界特性評価方法は、平行コイルが、一辺に設けたスリット部に磁気ディスクを挿入してＭＲ型磁気ヘッド素子に平行直流磁界を印加した状態で垂直コイルから発生する垂直交流磁界を変化させたときのＭＲ型磁気ヘッド素子の絶縁層の抵抗値変化の推移を測定することによって、ＭＲ型磁気ヘッド素子を搭載した複合型磁気ヘッド素子の平行磁界に対する評価を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態による磁界特性評価装置の概略構造を説明するための図。

【図2】本実施形態による磁界特性評価装置の回路構成を説明するための図。

【図3A】本実施形態による平行コイルを説明するための図。

【図3B】本実施形態による平行コイルのケイ素鋼板を説明するための図。

【図4A】本実施形態による垂直コイルを説明するための図。

【図4B】本実施形態による垂直コイルのケイ素鋼板を説明するための図。

【図5】本実施形態の対象となるＭＲ型磁気ヘッド素子を説明するための図。

【図6】本実施形態の課題を説明するための図。

【図7】本実施形態の対象となるＭＲ型磁気ヘッド素子の抵抗値変化を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明による磁界特性評価方法を適用した磁界特性評価装置の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
［課題の説明］
まず、本発明の解決しようとする課題の詳細について説明する。前記したようにＭＲ型磁気ヘッド素子の上部シールド及び下部シールドは、磁気ディスク以外からの外乱磁界が反強磁性層・固定層・絶縁層・自由層に影響することを防止するために設けられているが、複合型磁気ヘッドの極小化に伴って各層が薄く小さくなってきているため、図６（ａ）に示すＭＲ型磁気ヘッド素子に磁気ディスク以外からの従来では問題とならなかった程度の平行外部磁界が印加された場合、上下シールド層の磁区構造によっては、図６（ｂ）に示す如く、磁化方向が反対方向に容易に反転し、自由層の磁化方向も変化し、安定的に磁気情報を読み込むことが困難になる。

【0015】

［構成］
本実施形態によるＭＲ型磁気ヘッド素子を搭載した複合型磁気ヘッドの磁界特性評価装置の機械的構成は、図１に示す如く、磁気ディスク１０を回転しながら支持するスピンドルモータ１９と、該磁気ディスク１０上に浮上状態で支持される磁気ヘッド１１（後述するコイルの陰になり図示されていない）と、該磁気ヘッド１１を磁気ディスク１０の表面に対して直交するＸＹ方向に移動させるためのＸＹステージ２１と、前記磁気ヘッド１１を磁気ディスク１０の表面に対して垂直Ｚ方向に移動させるためのＺステージ２２と、磁気ディスク１０の上下面を挟み込むように概略コ字形状に形成されて磁気ヘッド１１に垂直方向のＡＣ（交流）磁界を印加するため垂直コイル６０と、磁気ディスク１０上の磁気ヘッド１１に平行方向のＤＣ（直流）磁界を印加するため平行コイル５０とを備える。

【0016】

前記垂直コイル６０は、図４Ａ（ａ）の斜視図及び図４Ｂに示す如く、開口部６１ｂを有する概略ロ字形状のコイル本体部６１ａと、該コイル本体部６１ａの開口部６１ｂを設けた以外の３辺に巻成された３つの導線６２とから構成され、該コイル本体部６１ａの開口部６１ｂ間にＡＣ（交流）磁界を発生するように構成されている。尚、図４Ａ（ｂ）から（ｄ）は、垂直コイル６０の斜視図に対する上面図、左側面図、右側面図である。

【0017】

本実施形態の特徴である平行コイル５０は、図３Ａ（ａ）の斜視図及び図３Ｂに示す如く、開口部５１ｂを有し、一辺にスリット部５１ｃを設けた概略ロ字形状のコイル本体部５１ａと、該コイル本体部５１ａの他三辺に巻成された３つの導線５２とから構成され、該スリット部５１ｃ間の間隔に磁気ディスク１０を挿入配置することによって、コイル本体部５１ａの開口部５１ｂ間にＤＣ（直流）磁界を発生し、磁気ヘッド１１に印加するように構成されている。尚、図３Ａ（ｂ）から（ｄ）は、平行コイル５０の斜視図に対する上面図、左側面図、右側面図である。

【0018】

この水平コイル５０は、ケイ素鋼板５１のコイル本体部５１ａの幅を６０ｍｍ、高さを６０ｍｍ、厚さを１０ｍｍとし、スリット部５１ｃの幅を２．５ｍｍ、深さを４０ｍｍとし、開口部５１ｂ間を１２ｍｍとし、コイル本体部５１ａを覆う導線５２の幅を７ｍｍ（外径では２４ｍｍ）とすることによって、最大５００［Ｏｅ］の水平磁界を発生することができる。なお、水平垂直コイルの材質は前記したものに限られるものではない。

【0019】

このように構成された磁界特性評価装置の回路的構成は、図２に示す如く、磁気ヘッド１１を支持するＨＧＡ（Ｈｅａｄ Ｇｉｍｂａｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）治具を搭載したＸＹＸステージ２１及びＺステージ２２を駆動するステージモータドライバ２０１と、スピンドルモータ１９を駆動するためのスピンドルモータドライバ２０６と、磁気ヘッド１１のＭＲ型磁気ヘッド素子の抵抗値を測定するＭＲ抵抗測定器２０３と、磁気ヘッド１１のＴＦＣ素子の抵抗値を測定するＴＦＣ抵抗測定器２０４と、磁気ヘッド１１のＭＲ型磁気ヘッド素子の抵抗値変化分を測定するＤＶＨ測定アンプ２０２と、前記垂直コイル６０の開口部６１ｂにＡＣ磁界を発生させると共に平行コイル５０の開口部５１ｂにＤＣ磁界を発生させるように駆動するコイルドライバ２０５と、前記ステージモータドライバ２０１とスピンドルモータドライバ２０６とＭＲ抵抗測定器２０３とスピンドルモータドライバ２０６とＴＦＣ抵抗測定器２０４とＤＶＨ測定アンプ２０２とコイルドライバ２０５とを制御する制御回路２００とを備える。

【0020】

［動作］
このように構成された磁界特性評価装置は、制御回路２００が、スピンドルモータドライバ２０６の制御によりスピンドルモータ１９を所定回転数で回転させて磁気ヘッド１１を磁気ディスク１０上に位置させ、ステージモータドライバ２０１の制御によりＸＹステージ２１及びＺステージ２２によりＸＹＺ方向に移動させて磁気ヘッド１１を磁気ディスク１０上にロードし、コイルドライバ２０５の制御によって平行コイル５０により磁気ヘッド１１に所定量のＤＣ磁界を印加すると共に垂直コイル６０により磁気ヘッド１１に垂直ＡＣ磁界を変化させながら印加し、この垂直ＡＣ磁界変化時のＤＶＨ測定アンプ２０２によるＭＲ型磁気ヘッド素子の抵抗値変化量の推移と、ＴＦＣ素子の抵抗値変化量の推移とを、例えば、Ｘ軸に垂直コイル６０によるＡＣ磁界、Ｙ軸にＡＣ磁界に対するＭＲ型磁気ヘッド素子の抵抗値変化量をプロットした図７に示す如く、測定して評価するように動作する。

【0021】

特に本実施形態においては、コイルドライバ２０５が平行コイル５０の開口部５１ａに所定の平行ＤＣ磁界を印加することによって、ＭＲ型磁気ヘッド素子内に影響する平行磁界の影響を増幅又は打ち消すことができ、上下シールド層の磁化方向が反転するか否か等の評価を行うことができる。

【符号の説明】

【0022】

１０ 磁気ディスク、１１ 磁気ヘッド、１９ スピンドルモータ、
２１ ＸＹステージ、２２ Ｚステージ、５０ 垂直コイル、
５１ａ コイル本体部、５１ｂ 開口部、５１ｃ スリット部、５２ 導線、
６０ 垂直コイル、６１ａ コイル本体部、６１ｂ 開口部、６２ 導線、
２００ 制御回路、２０１ ステージモータドライバ、
２０２ ＤＶＨ測定アンプ、２０３ ＭＲ抵抗測定器、
２０４ ＴＦＣ抵抗測定器、２０５ コイルドライバ、
２０６ スピンドルモータドライバ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】