CN1218297C - 具有平面线圈的磁头的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造磁头的简单方法，该磁头具有磁头面并且包括平面线圈(7)，该线圈沿着平行于磁头面的方向延伸。根据这种方法，在第一衬底(1)的第一侧上形成磁线圈。然后，将该设置有磁线圈的第一衬底的第一侧粘接到第二衬底(9)的一侧，然后将第一衬底的材料从第一衬底的第二侧清除，将该第二侧从第一侧转开以形成磁头面，采用这种方式使得磁线圈位于磁头面附近。

Description

具有平面线圈的磁头的制造方法
本发明涉及一种制造磁头的方法，该磁头具有磁头面和包括沿平行于磁头面方向延伸的磁线圈。
从1989年9月的电气与电子工程师学会磁学学报，25卷，5期，第3190-3193页(IEEE Transaction on Magnetics，Vol.25，No.5，September 1989，pages 3190-3193)中得知这种方法。该文描述了在硅上实现薄膜磁头的制造工艺，这种磁头被称为集成电路磁头，用于高密度磁记录。该制造工艺从硅晶片开始，在晶片上蚀刻沟槽。在这些沟槽中形成包含导体螺线的磁头。在该工艺最后阶段形成空气轴承表面，并且在将晶片切成分立元件之前，通过蚀刻定出滑动头(slider)。
一种实现高密度记录的方法是采用磁光记录(MO)。在该记录过程中，通过利用磁场将磁性颗粒极化，把数据写入，例如是磁盘的磁记录介质的磁记录层。通过光学检测从相关层反射的偏振光的克尔旋转，可以读出该层中的信息。对于大多数磁性介质来说，由于这些介质具有高矫顽力，所以要求相对强的磁场以获得磁性材料的完全极化。对该磁性介质加热可以显著降低磁场强度的阈值，该阈值是实现完全极化所必需的。热辅助磁记录利用了这一现象。在例如采用激光脉冲磁场调制(LP-MFM)进行磁光写入的对策中，在施加磁场的同时，用激光脉冲对磁性介质进行局部加热，该磁场与激光脉冲的定时同步，对所加热区进行极化。适于LP-MFM磁光记录的磁头应该具有磁场调制(MFM)线圈并且通常有一个引导激光束的透明光导。该激光束可以用来加热磁介质和通过检测克尔效应从磁介质中读出数据。通常将该透明光导与线圈布置成同轴。为了在有限功耗的条件下获得足够高的磁场强度，该线圈的内径应尽可能小。
能够在磁光介质上通过热辅助磁记录写入的数据位的大小受聚焦激光束的光斑大小和光斑的热轮廓以及介质本身性质的限制。光斑的大小与所用激光的波长(λ)和光程的数值孔径(NA)相关，产生有限大小的衍射光斑，其半径为0.61λ/NA的数量级。在近场记录的条件下，利用衰减波(evanescent wave)可以实现数值孔径超过1，该衰减波发生在折射光学元件的全内反射的表面。相对于该记录介质的一个距离，对磁头，尤其是对其上光学元件的定位，该距离是所用激光波长的一部分。为了在磁光记录中实现较高的磁光记录密度，例如近场记录，设想应该将磁头与介质的距离降低到亚微米的范围。
在一个用于存储介质中进行磁记录的系统中，将光学元件与滑动头结合，该滑动头通过悬停和在微驱动器物镜下定位进行传送，在该滑动头中集成有MFM线圈。该滑动头设置有空气轴承(ABS)，在运行期间，用于在存储介质的空气轴承表面飞行。
对于这种滑动头，磁头线圈必须是接近ABS平面的平面线圈。在前面提到的电气电子工程师学报的一文所述的方法，它是通过在硅晶片中形成沟(ditch)，然后把线圈埋入沟中来实现的。该已知方法的一个缺点是开沟非常费工。另外，这种沟很难在大多数光学材料，例如多组分玻璃中实现，因为这些材料通常很难蚀刻。由于线圈结构是采用光刻技术定出的，所以在凹槽内制作线圈是关键步骤，这是因为所涉及的形貌。除此之外，后成线圈层之间的中等平面化在机械上是不可能实现的。
本发明的一个目的是提供一种制造磁头的简单方法，在该磁头中，平面线圈位于磁头面附近。
该目的借助于制造磁头的方法实现，该磁头具有磁头面和包括沿着磁头面平行方向延伸的磁线圈，在该方法中，在第一衬底的第一侧形成磁线圈，然后将设置有磁线圈的第一衬底的第一侧粘接，尤其是用胶粘接到第二衬底的一侧，然后将第一衬底的材料从第一衬底的第二侧清除，将第二侧从第一侧旋开以形成磁头面。
根据本发明的方法仅仅涉及为数不多的掩膜步骤，这些步骤是实现接近磁头面的平面磁线圈所必需的。在准备将磁头用于滑动头的情况下，该磁头面至少形成空气轴承表面的一部分。
在根据本发明的一个实施方案中，第一衬底可以是设置有顶层的硅衬底，例如是一种氧化物，诸如：SiO2或者ZrO4或者是一种硬材料，诸如：金刚石，该顶层是邻近第一衬底的第一侧。通常，该顶层构成第一衬底的第一侧。硅衬底可以是硅晶片。在将第一衬底粘到第二衬底之后，至少将硅衬底的一部分从磁头面清除。这可能会受到蚀刻的影响，最好采用终止于顶层的选择蚀刻工艺，利用例如热KOH作为Si和SiO2的选择性蚀刻剂。
在根据本发明的方法的实施方案中，在第一衬底上形成金属层步骤之后，至少还要有一个步骤形成非导电材料层和形成另一个金属层和形成二个相邻金属层之间的相互连接以制成磁线圈。该金属层可以通过沉积合适的金属例如Cu形成，该沉积方式可以是例如电沉积的方式。该非导电层可以通过沉积合适的氧化物例如Al2O3形成，或者通过旋涂，例如旋涂聚合物或者任何其它适当的方式，例如在玻璃上旋涂。该相互连接可以例如通过蚀刻在非导电材料层中形成空洞之后形成，该相互连接还可以由光刻工艺制成。
可以通过例如抛光工艺，例如通过化学机械抛光，将非导电层平面化，从而改进线圈质量。
在根据本发明的实施方案中，采用玻璃材料衬底作为第二衬底。该方法导致磁头具有透明部分。这种磁头可以用作磁光头并且可以带有光导。
在另外的步骤中，透明光导可以采用与其玻璃衬底折射率匹配的材料制成以避免例如像在界面上产生不需要反射的光学问题。
本发明的另一个目的是提供一种制造滑动头的方法，尤其是可用于磁光记录系统的滑动头，该方法通过有限的方法步骤制成了磁线圈，被定出的空气轴承表面和相对空气轴承表面被定出的磁线圈。
该另一个目的通过制造滑动头的方法来实现，该滑动头具有空气轴承表面并包括平面磁线圈，该磁线圈沿着平行于空气轴承表面方向延伸，在该方法中，在第一衬底的的第一侧形成磁线圈，此后，将第一衬底的第一侧粘接到第二衬底的一侧，此后，将第一衬底材料从第一衬底的第二侧清除，将该第二侧从第一侧旋开以形成一个面，此后，将该面构建形成空气轴承的表面。可以采用标准技术实施根据本发明方法的这几步。将材料从第一衬底清除和构建所述面倾向受到蚀刻的影响。实际上，所形成的磁线圈是集成在所获得的滑动头中磁头的一部分。显然，磁线圈有进行电气连接的引线。
在根据本发明的制造滑动头方法的实施方案中，为了形成第一衬底，在硅衬底上设置有绝缘材料的顶层，该顶层邻近第一侧，其中，采用玻璃材料作为第二衬底，并且在将第一衬底粘接到第二衬底后，清除硅衬底。通常，顶层构成第一侧。硅衬底可以是硅晶片。顶层可以是氧化物，例如SiO2。
因为顶层的作用是作为所获滑动头的保护层，以防止在使用中对损害该滑动头，例如撞击记录介质表面，或者与灰尘颗粒的碰撞，最好选用硬材料的顶层，如类金刚石涂覆或层或者ZrO2。该保护层简单地由第一衬底的顶层构成而无需另外步骤是有利的。
该制造滑动头方法的实施方案的特征在于：在形成磁线圈时，除磁线圈之外还形成金属层，在构成用于形成空气轴承表面的面时，至少部分地将该金属层清除以形成凹槽。该金属层最好采用与形成磁线圈的金属材料相同的材料，例如Cu，通过沉积方式形成。通过蚀刻可以简单地影响对金属层的清除，例如采用标准的蚀刻剂。所期望的凹槽的深度可以由金属层厚度进行调节。
本方法的一个实施方案的特征在于：在形成磁线圈时，在制作磁线圈的同时形成吸热层(heat sink layer)。该吸热层的合适材料是Cu，它也可以用作磁线圈的材料。吸热层最好布置在磁线圈附近或者部分在磁线圈的附近。在生成的滑动头中该吸热层被用来将热量从磁线圈传送到滑动头的一个边沿或者多个边沿，在这些边沿处对滑动头的的空气冷却和辐射冷却非常有效。如果需要，可以在吸热层和冷却本体之间建立真实的热连接。该冷却本体有加大的面积，或者是含有像帕尔帖元素(Peltier element)那样的活性冷却剂。
在另一个实施方案中，形成相互连接的线圈堆叠以制成磁线圈。
应当注意到，所要求的制造滑动头的方法拥有的优点和效果与通过所要求的制造磁头的方法获得的优点和效果相似。
本发明还涉及采用根据本发明的方法制造的滑动头。根据本发明的滑动头具有邻近空气轴承表面的平面线圈并且最好为局部透明，通过这种方式，光束可以轴向地穿过该线圈的中心区。最好在该滑动头中绝缘材料的顶层构成该滑动头的保护层。
另外，本发明还涉及在存储介质中磁和磁光记录信息的系统，该系统包括根据本发明的滑动头。
对上面所述的以及本发明的其它方面是明显的并且将参照下文的实施方案并通过非限定性实例进行说明。
在附图中：
图1至8图示出根据本发明的方法的实施方案的各个步骤，其中
图8还示出根据本发明的滑动头的第一实施方案，
图9A图示出根据本发明的滑动头的第二实施方案的截面图，
图9B示出在图9A中IXB-IXB划线处的截面图的第二实施方案，和
图10图示出根据本发明的实施方案的透视图。
现在参照图1至8对根据本发明制造滑动头 10的的方法的实施方案进行描述。该实施方案从硅衬底1开始，衬底1可形成硅晶片部分。在衬底1的主面上沉积一种绝缘材料，尤其是一种氧化物例如：SiO2或者Al2O3，例如通过热氧化，通过溅射或者通过气相沉积，形成厚度例如为0.5微米的薄顶层3。衬底1与薄顶层3一起构成第一衬底，第一衬底有第一侧5a和平行于第一侧5a的第二侧5b。通过铜或者其它合适的导电材料的溅射沉积或者电沉积，在第一衬底的第一侧5a，形成设置有一匝或多匝线圈的第一导电或金属层7a。然后，通过沉积例如SiO2或者Al2O3或者旋涂聚合物在第一导电层7a上形成非导电层。然后，在形成第二导电层7c之前，通过例如局部蚀刻，在绝缘层7b上形成第二导电层7c并且制成第一和第二导电层之间的相互连接。
层7a、7b、7c共同构成平面线圈7，其线圈轴为7A。值得注意的是：在另外的实施方案中，线圈7可以仅有一个导电层。形成线圈7之后，粘接，尤其是用第一衬底的第一侧5a进行粘接，在本实施方案中，由于技术步骤该侧已经被平移到第二衬底9的一侧9a，例如玻璃衬底。第二衬底9可以构成玻璃晶片的一部分。合适的胶例如是丙烯酸树脂清漆；1，6-乙二酸二丙烯酸脂。在以下的步骤中，在例如热KOH中将衬底1清除，尤其是蚀刻掉，从而生成面13。随后，通过首先局部将顶层13清除例如通过将绝缘材料局部蚀刻，在面13上形成结构，然后为了生成空气轴承表面15，将第一导电层7a的一个或者多个设有开口部分7B的材料清除，例如通过局部蚀刻。空气轴承表面15是设置有一个或者多个凹进部分13a的面13。在采用Cu作为线圈7的导电材料的情况下，可以用标准的Cu蚀刻剂形成空气轴承表面15。通过利用多金属层调节凹入部分或者各凹入部分13a的深度。
在使用滑动头时，为了防止该滑动头与存储介质接触，用由上述方法制得的滑动头的空气轴承表面15控制产生于运动存储介质表面与位于所述表面附近滑动头 10之间的气流。
值得注意的是：上述方法还可以用于磁头制造。在这种情况下，可以省略图7和8所示的方法步骤，这表明图6所示的产品可以是磁头，面13构成磁头面。在滑动头和磁头二种情况下，顶层都可以用作保护层。
还应当注意的是：图8所示的滑动头有透明的线圈中心7C并且通过适当选择透明材料，使该线圈沿着线圈轴7A是透明的，其结果，该滑动头对穿过所述中心的光束是透明的。
在上述的实施方案的一个变型中，在形成线圈7时，形成吸热层。图9A和9B示出根据本发明的设置有吸热层17的滑动头的实施方案。在该变型中，对应于已述实施方案中类似单元的单元用相同的参考符号表示。在相关变型中，通过沉积与形成磁线圈7所沉积金属的相同金属，在形成磁线圈7的同时形成热吸收层及线圈的连接面7f1和7f2。吸热层17位于，例如至少部分位于磁线圈7的附近，在其上或者在其下，并用于将热量从线圈的中的一匝或者多匝传输到该滑动头的边沿，当使用滑动头时，在边沿处，对流和辐射可以有效地对滑动头进行冷却。在一个具体的实施方案中，可以在吸热层与冷却本体之间建立热连接，该冷却本体具有加大面积或者是含有像帕尔帖元素那样的活性冷却剂。
如图10所示，根据本发明的一个实施方案适用于写入和/或读出磁光信息盘100。盘100由安装在基底的电驱动转轴支撑旋转。在使用过程中，盘100沿着箭头A所示的旋转方向进行旋转。该系统包括由基底平移支撑的臂102，并具有一个弯曲构件102a，以承载根据本发明的滑动头的具体装置，由编号 110表示，由编号104表明的透明本体。在进行盘100上的平移时，提供电驱动以平移臂102，滑动头 110沿着由箭头B指示的径向移动。在写入和/或读出时，滑动头的空气轴承表面位于盘100主面相对的一侧并与盘100有一段距离。臂102承载镜头部分106，镜头部分106的光轴穿过滑动头 110的磁线圈的透明中心，该线圈用编号107表示。
根据本发明的系统可以是一个数据存储系统。另外一种情况，该系统可以是音频和/或视频系统。可以用可旋转臂代替平移臂。

Claims (9)

1.一种制造磁头的方法，该磁头具有磁头面并且包括磁线圈，该线圈沿平行于磁头面的方向延伸，在该方法中，施加第一衬底和第二衬底，该第一衬底具有第一侧和相对于该第一侧转开的第二侧，该方法包括步骤：在第一衬底的第一侧形成该磁线圈，然后将设有磁线圈的第一衬底的第一侧粘接到第二衬底的一侧，然后将第一衬底的材料从第一衬底的第二侧清除以形成磁头面。
2.如权利要求1所要求的方法，其中将硅衬底用作第一衬底，该硅衬底上设置有由绝缘材料构成的顶层，该顶层与第一侧相邻。
3.如权利要求2所要求的方法，其中完成在第一衬底上形成金属层的步骤之后，还有一个步骤涉及形成非导电材料层和形成另一个金属层以及形成二个相邻金属层之间的相互连接，以生成磁线圈。
4.如权利要求1所要求的方法，其中玻璃材料衬底被用作第二衬底。
5.一种制造滑动头的方法，该滑动头具有空气轴承表面并包括平面磁线圈，该磁线圈沿着平行于空气轴承表面的方向延伸，在该方法中，施加第一衬底和第二衬底，该第一衬底具有第一侧和相对于该第一侧转开的第二侧，该方法包括步骤：在第一衬底的第一侧形成该磁线圈，然后将第一衬底的第一侧粘接到第二衬底的一侧，然后将第一衬底的材料从第一衬底的第二侧清除以形成一个面，然后对该面形成结构以形成空气轴承的表面。
6.如权利要求5所要求的方法，其中在硅衬底上设置一个由绝缘材料构成的顶层以形成第一衬底，该顶层与第一侧相邻，其中采用玻璃的衬底作为第二衬底，并且其中在将第一衬底粘接到第二衬底之后清除该硅衬底。
7.如权利要求5所要求的方法，其中在形成磁线圈时，通过对该面形成结构以便除了磁线圈外还形成金属层，随后至少部分地将该金属层清除以形成凹区。
8.如权利要求5所要求的方法，其中在形成磁线圈时，除了形成磁线圈外还形成吸热层。
9.如权利要求5所要求的方法，其中形成相互连接的线圈层叠以生成磁线圈。
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