专利名称：磁头用基板材料、磁头用基板、磁头滑动器及磁头用基板的制造方法
技术领域：
本发明涉及磁头用基板材料、磁头用基板、磁头滑动器及磁头用基板的制造方法。
背景技术：
形成薄膜磁头的磁头滑动器从1979年开始即用于硬盘装置，而此时的磁头滑动器通常被称为小型滑动器(100％滑动器)。此后，磁头滑动器中间经过约为小型滑动器70％大小的微型滑动器(70％滑动器)发展到约为小型滑动器50％大小的纳米滑动器(50％滑动器)，向更小型化发展。
通常要求这类磁头滑动器满足CSS(Contact Start and Stop接触起停)特性。即，由于每当进行记录及/或再现时，与记录介质记录面对向的空气承载面(ABSAir Bearing Surface)和记录介质都会反复接触，所以要求具有充分的耐久性。为此，例如日本特开昭57-82172号公报所述，目前的磁头滑动器使用以氧化铝(Al2O3)和碳化钛(TiC)为主成份的高硬度材料形成磁头用基板(下文简称为基板)。
但现在的主流是为约小型滑动器30％左右的被称为皮米滑动器(30％滑动器)的磁头滑动器，今后，随着硬盘装置的小型化、低成本化，磁头滑动器将向更小型化的方向发展，预计将来会过渡到约为小型滑动器20％左右大小的飞米滑动器(20％滑动器)。
随着磁头滑动器的小型化，磁头滑动器所要求的特性也变得与原有产品不同。特别是由于飞米滑动器等更小型的磁头滑动器中的与记录介质的接触面积比纳米滑动器还小，所以CSS特性已不似现有技术中那样重要，反而是对基板实施离子铣削或反应性蚀刻(RIEReactiveIon Etching)等(下文总称它们为“蚀刻”)时的表面平滑性的提高、以及形成空气承载面时的研磨工序中降低因基板和基板上的薄膜层积体的铣削量的不同而产生的空气承载面的段差更重要。
发明内容
本发明即是鉴于上述现有技术所具有的问题而完成的发明，目的是提供可实现蚀刻面表面平滑性的提高和空气承载面的段差的降低的磁头用基板材料、磁头用基板、磁头滑动器及磁头用基板的制造方法。
磁头用基板的蚀刻面因表面凹凸而降低了表面平滑性。本发明人等发现了磁头用基板蚀刻面凹凸产生的原因，以消除该原因为出发点开始了本发明的研究。而本发明人等为实现蚀刻面表面平滑性的提高和空气承载面的段差的降低而深入研究后，结果发现通过使磁头用基板含TiCN或TiCON，可达成上述目的，从而完成了本发明。另外，下述“实质上不含Al2O3”意为排除为某种目的而主动添加Al2O3的情况，而制造过程中偶然混入1.0重量％左右的Al2O3而含有微量Al2O3的情况不属于“实质性的Al2O3”。
本发明的磁头用基板材料由实质上不含Al2O3，而含有TiCN的非磁性材料制成。
根据本发明，由于以含TiCN的非磁性材料用作磁头用基板材料，所以烧结该非磁性材料而得的磁头用基板是硬度低于现有磁头滑动器等使用含TiC的磁头用基板材料制品的磁头用基板。因此，在形成空气承载面时的研磨工序中，由于可使磁头用基板的切削量与磁头用基板上的薄膜层积体的切削量呈同等程度，故可使空气承载面大致平坦。
在现有磁头用基板中，通常适于使用Al2O3为60重量％、TiC为40重量％的基板。但由于该基板上未形成单相构造，蚀刻面上会浮出构成材料颗粒，而导致产生凹凸，从而引起蚀刻面的表面平滑性低。而在使用本发明的磁头用基板材料制得的磁头用基板中，TiCN基本上为单相构造，故减少了蚀刻面上的凹凸，提高了蚀刻面的表面平滑性。
本发明的磁头用基板材料由实质上不含Al2O3、而含有TiCN和TiO2的非磁性材料构成。
根据本发明，由于在含有TiCN的同时，还含有TiO2，TiO2发挥了烧结助剂的功能，故提高了烧结性。而烧结后所得的磁头用基板因为由含有TiCON的烧结体构成，所以形成了比使用含TiC的磁头用基板材料时硬度更低的磁头用基板，根据上述理由，可使空气承载面大致平坦。而且，由于烧结所得的磁头用基板由基本上是TiCON的单相烧结体构成，故减少了因构成材料颗粒的浮出而产生的蚀刻面上的凹凸，提高了蚀刻面的表面平滑性。
此时，非磁性材料中的TiO2的含量优选为30重量％及以下。由于这样能降低烧结所得磁头用基板中因未与TiCN结合而残留的TiO2的颗粒量，所以减少了蚀刻面上的凹凸，能使蚀刻面的表面平滑性更好。
本发明的磁头用基板具备实质上不含Al2O3而含TiCN的烧结体。
由于根据本发明，由含TiCN的烧结体形成磁头用基板，所以硬度比由含TiC的烧结体构成的磁头用基板的硬度低。因此，在形成空气承载面时的研磨工序中，可使磁头用基板的切削量与磁头用基板上的薄膜层积体的切削量呈同等程度，故可使空气承载面大致平坦。另外，在本发明的磁头用基板中，因为基本上由TiCN的单相构成，故减少了蚀刻面上的凹凸，提高了蚀刻面的表面平滑性。
此时，TiCN的摩尔组成比以TiCyNx表示时，优选x/(x+y)为50％～90％。由此可使蚀刻面的表面平滑性及空气承载面呈最佳状态。
本发明的磁头用基板具有实质上不含Al2O3而含TiCON的烧结体。
由于根据本发明，由含TiCON的烧结体形成本发明制品，所以硬度比由含TiC的烧结体构成的磁头用基板的硬度低。因此，基于上述理由，可使空气承载面大致平坦。另外，由于本发明制品基本上由TiCON的单相构成，故减少了因构成材料颗粒的浮出而产生的蚀刻面上的凹凸，提高了蚀刻面的表面平滑性。
此时，TiCON的摩尔组成比以TiCyOzNx表示时，优选x/(x+y+z)为50％～90％。由此可使蚀刻面的表面平滑性及空气承载面呈最佳状态。
另外，烧结体中优选含有含量为30重量％及以下的TiO2。由此，可使磁头用基板的蚀刻面的表面平滑性良好。
本发明的磁头用基板包括含TiCN及Al2O3的烧结体，Al2O3的含量小于等于10重量％。
由于根据本发明，由含TiCN的烧结体形成磁头用基板，所以硬度比由含TiC的烧结体构成的磁头用基板度的硬度低，可形成空气承载面的段差得到减少的良好状态。而通过使Al2O3的含量小于等于10重量％，使磁头用基板基本上由TiCN的单相烧结体构成，故减少了蚀刻面上的凹凸，提高了蚀刻面的表面平滑性。
本发明的磁头用基板包括含TiCON及Al2O3的烧结体，Al2O3的含量小于等于10重量％。
由于根据本发明，由含TiCON的烧结体形成磁头用基板，所以硬度比由含TiC的烧结体构成的磁头用基板的硬度低，可形成空气承载面的段差得到减少的良好状态。而通过使Al2O3的含量小于等于10重量％，使磁头用基板基本上由TiCON的单相烧结体构成，故减少了蚀刻面上的凹凸，提高了蚀刻面的表面平滑性。
另外，Al2O3的含量优选为大于等于2重量％。由于是以TiCN或TiCON为主体的基本上为完全单相的材料构成磁头用基板，故能进一步提高蚀刻面的表面平滑性。
本发明的磁头滑动器包括由实质上不含Al2O3而含有TiCN的烧结体构成的基台，和形成于基台上的对记录介质实施记录及/或再现的薄膜磁头。
本发明的磁头滑动器包括由实质上不含Al2O3而含有TiCON的烧结体构成的基台，和形成于基台上的对记录介质实施记录及/或再现的薄膜磁头。
这样的本发明的磁头滑动器与使用由含TiC的烧结体构成的基台时相比，不仅能提高蚀刻面的表面平滑性，还能形成空气承载面的段差得到减少的大致平坦的状态。
此时，烧结体中的TiO2含量优选为小于等于30重量％。而由于这样能形成烧结性良好的制品，所以可防止烧结体的剥离。
本发明的磁头滑动器包括由含TiCN及Al2O3的烧结体构成的、Al2O3含量小于等于10重量％的基台，和形成于基台上的对记录介质实施记录及/或再现的薄膜磁头。
另外，本发明的磁头滑动器包括由含TiCON及Al2O3的烧结体构成的、Al2O3含量小于等于10重量％的基台，和形成于基台上的对记录介质实施记录及/或再现的薄膜磁头。
这样的本发明的磁头滑动器与使用由含TiC的烧结体构成的磁头用基板时相比，不仅能提高蚀刻面的表面平滑性，还能形成空气承载面的段差得到减少的大致平坦的状态。
此时，Al2O3的含量优选为大于等于2重量％。由于是以TiCN或TiCON为主体的基本上为完全单相的材料构成磁头用基板，故能进一步提高蚀刻面的表面平滑性。
本发明的磁头用基板的制造方法包括准备实质上不含Al2O3而含有TiCN的非磁性材料的工序，和烧结非磁性材料的工序。
利用本发明，即可得到与目前磁头滑动器等由含TiC的磁头用基板材料形成的磁头用基板相比硬度更低的磁头用基板。因此，在形成空气承载面时的研磨工序中，可使基板的切削量与基板上的薄膜层积体的切削量呈同等程度，故能使空气承载面大致平坦。另外，由于利用本发明的制造方法可得到基本上由TiCN的单相构成的磁头用基板，故能减少因构成材料颗粒的浮出而产生的蚀刻面上的凹凸，提高了蚀刻面的表面平滑性。
本发明的磁头用基板的制造方法包括准备实质上不含Al2O3而含TiCN和TiO2的非磁性材料的工序，和烧结非磁性材料的工序。
利用本发明中，由于在含TiCN的同时，还含有TiO2，TiO2发挥了烧结助剂的功能，故提高了烧结性。而利用本发明的制造方法得到的磁头用基板因为由含有TiCON的烧结体构成，所以形成了比使用含TiC的磁头用基板材料时硬度更低的磁头用基板。因此，在形成空气承载面时的研磨工序中，可使基板的切削量与基板上的薄膜层积体的切削量呈同等程度，故能使空气承载面大致平坦。另外，由于可得到基本上由TiCON的单相构成的磁头用基板，所以可减少因构成材料颗粒的浮出而产生的蚀刻面上的凹凸，提高蚀刻面的表面平滑性。
此时，非磁性材料中的TiO2含量优选为30重量％及以下。由于这样能降低所得磁头用基板中因未与TiCN结合而残留的TiO2的颗粒量，所以能制成蚀刻面的表面平滑性更好的制品。
根据本发明，可提供能实现蚀刻面的表面平滑性提高及空气承载面的段差降低的磁头用基板材料、磁头用基板、磁头滑动器及磁头用基板的制造方法。
图1是本发明实施方式的磁头滑动器的立体放大图。
图2是垂直于薄膜磁头的空气承载面方向的简要示意图。
图3是本发明实施方式的磁头用基板的立体图。
图4是垂直于空气承载面方向的简要剖面示意图。
具体实施例方式
下面参照附图详细说明本发明的优选实施方式。另外，在
中，对同样或相当的要素，用同一符号标记，并省略重复说明。
如下所述的本发明的磁头滑动器11具有薄膜磁头10，搭载于具有硬盘(记录介质)的硬盘装置上。该硬盘装置利用薄膜磁头10在高速旋转的硬盘的记录面上记录及再现磁信息。
图1是本发明实施方式的磁头滑动器的立体放大图。磁头滑动器11大致呈长方体状，在基台11a上形成薄膜磁头10。在该图的纸面侧是与硬盘的记录面对向的记录介质对向面，被称为空气承载面(ABSAirBearing Surface)S。硬盘旋转时，随着该旋转而旋转的空气流，磁头滑动器11上浮，空气承载面S隔离硬盘的记录面。记录用垫(pad)18a、18b及再现用垫19a、19b安装在薄膜磁头10上。这样的磁头滑动器11通过与搭载于万向节20上未图示的悬臂连接，构成万向节组件。在空气承载面S上也可实施DLC(Diamond Like Carbon)等涂布。薄膜磁头10具有再现头部30及记录头部60，它们以埋设在薄膜磁头10内的状态形成，考虑到便于识别，图1中将其用实线表示。
图2是垂直于薄膜磁头10的空气承载面S方向的简要示意图。薄膜磁头10是由具有基台11a上层积多层薄膜的构造，具有再现用GMR元件(磁阻效果元件Giant Magneto Resistive)40的再现头部30；作为诱导型电磁变换元件的写入用记录头部60；围住GMR元件40及再现头部30的铝制绝缘层9层积而成的复合型薄膜磁头。GMR元件是磁阻变化率高的利用了巨大磁阻效果的元件。
记录头部60采用了被称为面内记录的方式，主要包括下部磁极(第1磁极)61、将下部磁极61夹在GMR元件40与其之间并与下部磁极61形成磁连接的上部磁极(第2磁极)64、和局部位于下部磁极61和上部磁极64之间的薄膜线圈70。上部磁极64由位于空气承载面S侧的磁极部分层64a和与其连接并由薄膜线圈70上方迂回的磁轭部分层64b构成。
另外，薄膜磁头也可不采用面内记录方式，而采用垂直记录方式。而且，在再现头部，也可不用GMR元件，而采用利用各向异性磁阻效果的AMR(Anisotropy Magneto Resistive)元件，利用因隧道结合产生的磁阻效果的TMR(Tunnel-type Magneto Resistive)元件等。
如上所述的磁头滑动器11是通过在如图3所示的晶片状磁头用基板12上，利用公知的技术方案层积以再现头部30或记录头部60为起始层的各种层后，切成例如图3虚线所示的规定形状及大小而制成的。基台11a是磁头用基板12切断后的状态的装置。
在本实施方式中，使用含TiCN的原料或含TiCN及TiO2的原料的磁性材料，如下所述，制造磁头用基板12。即，使用球磨机，在例如Ar等环境下，将TiCN的原料或TiCN及TiO2的原料粉末粉碎到平均粒径1μm以下，得到磁头用基板12的原料粉末。使用TiCON制作磁头用基板时，分别以预期量配合TiCN及TiO2的粉末，然后用球磨机在Ar等环境下混合，此后在700～1500℃下烧制，制作TiCON。再用球磨机粉碎至1μm以下(例如在Ar环境下)。
再用具有一定大小的模具将如上所述粉碎而得的原料粉末加压成型，在例如N2(氮)等非氧化性环境下，对所得成型体进行预烧结。然后对经预烧结而烧结到某种程度的成型体实施HIP(Hot Isostatic Pressing热间静水压成型)处理，得到使组织近乎理论值的致密的烧结体。然后，根据需要，对所得烧结体实施烧钝处理，得到图3所示的磁头用基板12。如此得到的磁头用基板12的硬度比使用含TiC的磁头用基板材料时的硬度低。
另外，磁头滑动器在其制造过程中经过用于形成空气承载面S的研磨工序。在该研磨工序中，对在基台和层积在该基台上的薄膜磁头同时地沿与层积方向相交的方向(图2中箭头X的方向)研磨。此时，在使用含TiC的磁头用基板材料制造磁头用基板时，由于磁头用基板比薄膜磁头硬，所以研磨率有差异，导致切削量产生差异。于是，如图4所示，薄膜磁头10的削去量多于基台11a，在空气承载面S上产生段差D。图4为垂直于空气承载面8方向的简要剖面示意图。
反之，由于本实施方式的上述磁头用基板12比使用含TiC的磁头用基板材料的硬度低，能使磁头用基台11a的切削量与薄膜磁头10呈大致同等程度，故可减少图4所示的段差D，将空气承载面S研磨成大致平坦的状态。
另外，磁头用基板12基本上由TiCN或TiCON的单相构成，故减少了因构成材料颗粒浮出而产生的蚀刻面上的凹凸，提高了蚀刻面的表面平滑性。
且含有TiCN和TiO2时的磁头用基板材料的TiO2起到烧结助剂的功能，所以提高了烧结性。而烧结该磁头用基板材料而得的磁头用基板12由含TiCON的烧结体构成。因此，由于含O，而形成硬度比由含TiCN的烧结体构成的磁头用基板更低的磁头用基板。
实施例下面列举实施例及比较例，参照表1～表5，具体说明本发明，但本发明并不受限于下述实施例。
在本实施例中，由上述方法制造构成材料不同的磁头用基板，分别测定各磁头用基板的维氏硬度(Hv)、离子铣削性(蚀刻面的表面粗糙度Ra)、RIE性(蚀刻面的表面粗糙度Ra)及使用该磁头用基板制造的磁头滑动器的空气承载面的段差D。
首先，测定利用目前主流的60重量％的Al2O3和40重量％的TiC制造的磁头用基板的比较例1的上述各数值，结果如表1所示。
表1比较例1[Al2O3(60％)+TiC(40％)]
然后测定本发明的利用TiCON和30重量％的TiO2形成的磁头用基板的实施例1上述各数值，结果如表2所示。表2表示了改变TiCON的CON各元素摩尔比率(C/O/N)的样品的上述各数值的测定结果。
表2实施例1[TiCON+TiO2(30重量％)]
如表2所示，确认本实施例1中所有样品的维氏硬度均低于比较例1。结果，任一样品的空气承载面段差D均小于比较例1。由此，发明人推断由于维氏硬度的降低，缩小了磁头用基板的切削量(研磨率)与磁头用基板上的薄膜层积体(薄膜磁头)的切削量之差。
并确认了实施例1的所有样品的离子铣削性均高于(降低)比较例1的样品。而关于RIE性，确认了当C/O/N比为0/0/10和1/5/4时，与比较例1相同，为1.0nm，而此外的C/O/N比，均低于比较例1。
接着，测定了本发明的利用TiCON和10重量％的Al2O3形成的磁头用基板的实施例2的上述各数值，结果如表3所示。表3同样表示了改变TiCON的CON各元素摩尔比率(C/O/N)的样品的上述各数值测定结果。
表3实施例2[TiCON+Al2O3(10重量％)]
如表3所示，确认本实施例2中所有样品的维氏硬度均低于比较例1。结果，空气承载面的段差D总体小于比较例1。但当C/O/N比为0/0/10和1/5/4时，与比较例1相同，为6.0nm，而当C/O/N比为7/0/3时，显示出接近于比较例1的值(5.0nm)。
而关于离子铣削性，确认当C/O/N比为7/0/3时，与比较例1相同，为1.2nm；当C/O/N比为1/5/4时，显示出接近于比较例1的值(1.0nm)。此外的C/O/N比则在1.0nm以下。
而关于RIE性，确认当C/O/N比为1/5/4时，显示出大于比较例1的1.5nm；当C/O/N比为0/0/10和7/0/3时，显示出与比较例1相同的1.0nm，此外的C/O/N比为1.0nm以下，低于比较例1。
接着，测定了利用TiCON和20重量％的Al2O3形成的磁头用基板的比较例2的上述各数值，结果如表4所示。表4表示C/O/N比为1/0/9的TiCON的上述各数值的测定结果。
表4比较例2[TiCON+Al2O3(20重量％)]
如表4所示，在该比较例2中，维氏硬度降低到比较例1的1/3左右，段差D是大于比较例1的值(7.0nm)。因此，发明人推定这是因为维氏硬度过度降低，使磁头用基板的切削量(研磨率)高于磁头用基板上的薄膜层积体(薄膜磁头)的切削量。
而离子铣削性显示为1.5nm，RIE性显示为1.8nm，结果均比比较例1差。发明人认为，这是由于Al2O3的比例高，上浮到蚀刻面上的Al2O3颗粒多，以致在蚀刻面上形成大量凹凸的缘故。
接着，测定了利用TiCON和15重量％的Al2O3形成的磁头用基板的比较例3的上述各数值，结果如表5所示。表5表示了C/O/N比为1/0/9的TiCON的上述各数值的测定结果。
表5比较例3[TiCON+Al2O3(15重量％)]
在该比较例3中，如表5所示，维氏硬度为950时，为比较例1的一半以下，段差D为5.0。发明人推定是由于达不到磁头用基板的切削量和磁头用基板上的薄膜层积体(薄膜磁头)的切削量之差十分接近的维氏硬度。
另外，离子铣削性显示为1.5nm、RIE性显示为1.8nm，均比比较例1差。发明人推定这是因为本比较例3与上述比较例2相比，Al2O3的比率降低不足，在蚀刻面上浮现的Al2O3颗粒依然很多。
如上所述，确认了本发明的磁头用基板的离子铣削性、RIE性及使用该磁头用基板制造的磁头滑动器的空气承载面的段差D与由目前主流的Al2O3(60重量％)和TiC(40重量％)形成的磁头用基板相比有所提高。另外还确认了当N的组成比为50％～90％时，离子铣削性、RIE性及段差D均相应地得到了提高。
另外，在上述表2～表6中，有O的组成比为0的样品，这是因为O的组成比小于1％。另外，实施例1、2都利用原料粉碎、混合工序中所用的球磨机混入了1重量％以下的Al2O3。
权利要求
1.一种磁头用基板材料，其特征在于，由实质上不含Al2O3而含有TiCN的非磁性材料构成。
2.一种磁头用基板材料，其特征在于，由实质上不含Al2O3而含有TiCN和TiO2的非磁性材料构成。
3.如权利要求2所述的磁头用基板材料，其特征在于，所述非磁性材料中的TiO2含量小于等于30重量％。
4.一种磁头用基板，其特征在于，具有实质上不含Al2O3而含有TiCN的烧结体。
5.如权利要求4所述的磁头用基板，其特征在于，TiCN的摩尔组成以TiCyNx表示时，x/(x+y)为50％～90％。
6.如权利要求4所述的磁头用基板，其特征在于，所述烧结体中的TiO2含量小于等于30重量％。
7.一种磁头用基板，其特征在于，具有实质上不含Al2O3而含有TiCON的烧结体。
8.如权利要求7所述的磁头用基板，其特征在于，TiCON的摩尔组成以TiCyOzNx表示时，x/(x+y+z)为50％～90％。
9.如权利要求7所述的磁头用基板，其特征在于，所述烧结体中的TiO2含量小于等于30重量％。
10.一种磁头用基板，其特征在于，具有含TiCN及Al2O3的烧结体，Al2O3的含量小于等于10重量％。
11.如权利要求10所述的磁头用基板，其特征在于，Al2O3的含量大于等于2重量％。
12.一种磁头用基板，其特征在于，具有含TiCON及Al2O3的烧结体，Al2O3的含量小于等于10重量％。
13.如权利要求12所述的磁头用基板，其特征在于，Al2O3的含量大于等于2重量％。
14.一种磁头滑动器，其特征在于，包括由实质上不含Al2O3而含有TiCN的烧结体构成的基台，和形成于所述基台上的对记录介质进行记录及/或再现的薄膜磁头。
15.如权利要求14所述的磁头滑动器，其特征在于，所述基台中的TiO2含量小于等于30重量％。
16.一种磁头滑动器，其特征在于，包括由实质上不含Al2O3而含有TiCON的烧结体构成的基台，和形成于所述基台上的对记录介质进行记录及/或再现的薄膜磁头。
17.如权利要求16所述的磁头滑动器，其特征在于，所述基台的TiO2含量小于等于30重量％。
18.一种磁头滑动器，其特征在于，包括由含有TiCN及Al2O3的烧结体构成的Al2O3的含量小于等于10重量％的基台，和形成于所述基台上的对记录介质进行记录及/或再现的薄膜磁头。
19.如权利要求18所述的磁头滑动器，其特征在于，Al2O3的含量大于等于2重量％。
20.一种磁头滑动器，其特征在于，包括由含有TiCON及Al2O3的烧结体构成的Al2O3的含量小于等于10重量％的基台，和形成于所述基台上的对记录介质进行记录及/或再现的薄膜磁头。
21.如权利要求20所述的磁头滑动器，其特征在于，Al2O3的含量大于等于2重量％。
22.一种磁头用基板的制造方法，其特征在于，包括，准备实质上不含Al2O3而含有TiCN的非磁性材料的工序，和烧结所述非磁性材料的工序。
23.一种磁头用基板的制造方法，其特征在于，包括，准备实质上不含Al2O3而含有TiCN和TiO2的非磁性材料的工序，和烧结所述非磁性材料的工序。
24.如权利要求23所述的磁头用基板的制造方法，其特征在于，所述非磁性材料中的TiO2含量小于等于30重量％。
全文摘要
本发明涉及用于磁头滑动器(11)的磁头用基板(12)，它含有实质上不含Al
文档编号G11B5/31GK1636926SQ20041010242
公开日2005年7月13日 申请日期2004年12月22日 优先权日2003年12月22日
发明者川口行雄, 刘正义 申请人:Tdk株式会社, 新科实业有限公司