CN87100502A - 薄膜磁头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种薄膜磁头，在其由第一和第二磁层构成的磁路中，带有两层导体层。该磁路在其与录制介质相对的一侧，有着第一和第二磁层在基本等于缝隙深度的长度上相互对应的部分，而非磁性缝隙层插入其间，另外还有着上述两磁层相互连接的前部。缝隙层的边缘构成了磁路的缝隙。如上配置的薄膜磁头可在不减少其生产量的情况下实现高密度录制。

Description

本发明涉及了薄膜磁头，特别是涉及了具有一多圈线圈和一狭窄缝隙深度的薄膜磁头，它非常适用于高密度的录制/重放。

近年来，在各种唱片装置及类似装置中，对高密度的录制有着十分迫切的需求。为满足这一需求，首先是在轨迹宽度方向上增加录制密度。但是由于这种轨迹宽度的缩减将导致重放输出衰减的问题。要解决这一问题就需要在有限的面积上比之原来更多地增加导体线圈的圈数。另外为满足上述需求，还要提高录制频率以提高线（Line）录制密度，但这同样会引起上述问题。再之唱片装置等的日趋小型化，由于录制介质和磁头间的相对速度减小也会带来同样问题。因而目前的要求是要有性能更加改进的磁头，以避免重放输出的衰减。

为防止由于加大录制密度而使重放输出衰减，一般是在录制介质上施加一较大强制力。这就要求薄膜磁头具有这样一种结构，它可增强录制磁场。为得到这样一种磁头，现已提出加大缝隙长度和磁芯厚度但减小缝隙深度的方案。但是增加了缝隙长度和磁芯厚度，在高频段会使重放输出趋于衰减，这是不可取的，因此就需要比原来更多地减小缝隙深度。

为防止由于降低录制介质和磁头间的相对速度而导致重放输出的衰减，在如上所述缩小轨迹宽度的情况下，还需要在有限的面积上加大导体线圈的圈数。

一种先有的典型薄膜磁头，具有呈椭圆状的八圈导体线圈，用于如前所述的较高密度录制和重放。这种薄膜磁头公开在于1978年递交的日本专利申请JP-A-55-84019中（对应的美国专利申请号为972，104），以及于1978年递交的日本专利申请JP-A-55-84020中（对应的美国专利申请号为972，103）。但是这种磁头产生了新的问题，而在上述的专利申请中并未提出其解决办法。

这些新产生的问题如下所述：

在有限的面积上于单层导体（线圈）结构中，如缠绕圈数很多，则此种情况下的线圈阻抗要增大。为防止这种阻抗增大，就要加大线圈厚度并减小线圈间隔。而提供这种增加了厚度的线圈，必然会在厚度上使其成形时要用到的光敏抗蚀剂予以增加。但是在生产过程中要成形这种较厚的光敏抗蚀剂及使这种较厚的线圈具有较高的精度是相当困难的。由于线圈间隔的缩短，混杂在线圈绕组间的任何杂质会造成经常性的线圈绕组间的短路情况发生。这会降低磁头的生产量。再之于前述的情况中，还必须缩减螺旋形绕组的中部与外电路连接区域的面积。然而要在一已缩减了的面积中形成这种连接区域且要求变化很小是很困难的。所以在使用这种磁头时其连接阻抗会有变化，从而就不可能得到稳定的录制和重放特性。就磁头的可靠性而言这是一个严重的问题。

在有限的面积上制成多圈绕组的导体，其一种结构在49-33648号日本专利公开中已经提出。此结构中，具有某一宽度的多层导体经各绝缘层而层叠于一基底上。为获得满意的磁头特性，所层叠的层数要多。这就使制造步骤不希望地增加了若干步。

另一种结构是公开在JP-A-56-58124中的多层多绕组制造结构。如果在此种结构中增加导体层数，则线圈绕组成形的面在其高度上要比基底表面高。这将使得要在整个基底表面形成具有较高精度的各线圈绕组相当困难。又因第二磁层是成形于接续步骤中偏移部分（displacementportion）的较高步骤中，所以要确保实现具有较高精度的轨迹宽度也很困难。再之将磁轭中的窗口开大而形成缝隙深度的端部会带来精度的降低，其中缝隙深度的端部是在与介质相对一侧，通过腐蚀磁轭中的绝缘体来决定的。这将引起缝隙深度的变化。磁轭一侧上绝缘层的倾斜部，由于腐蚀过度或不足要使其具有预定的倾角及在导体层和磁层之间有预定尺寸均很困难。因此，所要求的录制特性和导体层与磁层之间的绝缘特性会有变化或根本无法达到。从而要限制导体层的层数以使所形成的绕组不会增加磁轭内的窗口高度。

还有一种结构为1984年递交的日本专利申请JP-A-60-133516（其对应的美国申请号为684，300）中所示出的，是两层多绕组导体结构。这种结构不会出现前述问题及形成具有较高精度的小缝隙深度所引起的问题。更具体而言，为获得具有预定深度的磁头，其通过对与录制介质相对的磁头表面进行机加工来决定的缝隙深度，必须透过一厚保护膜从要形成磁头元件的一侧予以测量。然而仅有约1微米以下的缝隙深度是很难以高精度来测量的。换言之，很难获得很小的缝隙深度且它会有变化，从而使提供一种稳定的、满意的电一磁转换特征变得相当困难。

另外，制造带有较小缝隙深度的薄膜磁头的方法公开在1985年递交的JP-A-61-32212专利申请中（对应的美国专利申请号为758464）。

本发明的目的是提供一种薄膜磁头，这种磁头通过在磁轭中以有限尺寸制成若干导体绕组来提供一种稳定的高电一磁转换特性，而不会降低产量。

本发明的另一目的是提供一种适于高密度录制的薄膜磁头，这种磁头具有高可靠性的导体结构，还具有很小的却是非常精确的缝隙深度。

为达到上述目的，根据本发明所提供的薄膜磁头包括这样一种结构，它由两层导体层组成，此两导体层交叉于由第一和第二磁层构成的闭合磁轭或回路，其中所述的第一和第二磁层相互连接，以在与录制介质相对的其前部和不与录制介质相对的后部形成闭合磁轭，上述的两个磁层还具有相对的部分，其长度基本等于缝隙深度，并在其间插入一非磁性缝隙层，而上述磁层所处的平面至少在所述前部基本与基底表面相平行，而所述缝隙层的边缘构成了磁轭的缝隙。

图1是根据本发明一种实施例的薄膜磁头中部剖视图。

图2是根据本发明一种实施例在制造薄膜磁头过程的某一步骤中，其中部剖视图。

图3是解释导体线圈的剖视图。

图4和5是分别说明本发明工作过程的曲线和剖视图。

在解释本发明一个实施例之前，应指明本发明的工作过程有如上述。根据本发明，磁轭中的窗口高度由于将导体层配置在两层多绕组结构中，从而防止了它的增加。这样就避免了前述的因窗口高度的增加而带来的问题。下文将说明在两层多绕组结构中对导体的适当配置。假设要将导体绕组60杆入其宽度L如图5所示予以固定的范围内，则需要设定导体绕组间的间隔S，以及各导体层间的间隔T，以便在生产过程中为确保满意的磁头生产量而对若干尺寸予以确定。在一规定的空间中可予缠绕的导体圈数，以及其固定的截面面积将在下文予以说明。假设L≈80μm，S≈1.5μm，T≈1.5μm，磁轭中的窗口高度H≈9μm，则图4展示了对于一至三层的相应导体结构中，能够缠绕的圈数和其截面面积间相比较的特性曲线。图4中，A对应单层结构而薄膜厚度约为5μm，B对应两层结构而薄膜厚度约为1.7μm，C对应三层结构其薄膜厚度为0.7μm，D对应了薄膜厚度约为3μm的单层结构。如图所见，如导体截面积相同，则两层结构B比之三层结构C可缠绕更多的圈数。在导体截面积大于8μm时，单层结构A比之两层结构B可缠绕更多圈数。但因这种单层结构具有的薄膜厚度均为5μm，所以其制作相当困难。另外在将这种单层结构（图4中的D，具有实为上限的约3毫米薄膜厚度）与双层结构B相比较时，可以看出后者结构比之前者结构可缠绕更多圈。再之即使导体层数不同，如圈数予以固定则导体阻抗基本不变。因此在将具有相同圈数和可实现的薄膜厚度的各种导体结构相比较时，可以看出两层结构B所取的导体截面面积最大。将这种两层结构与具有四层或更多导体层的结构相比较时，可以得出相同的结果（未示出）。但是采用太多层的导体结构并不可取，因为它要有更多的生产步骤。还有，即使将L，S，T和H的值改变至满足磁头生产量的限度内，从磁路性能、导体短路等角度看，情况也不会明显变坏，图4所示的各种特性间的关系几乎不会改变。因此应该理解这种两层导体结构是最佳结构，它确保了磁头可靠性所需要的截面面积，又可缠绕更多圈导体。

本发明中，位于磁轭中的第二导体层相应绕组的每一中部，基本上是恰好处于第一导体相应绕组间的每一中部之上，而由连接第一和第二导体上表面边缘的连线和基本上与基底表面相平行的平面所构成的夹角，等于第二导体层侧斜面和平行于基底平面构成的夹角。这样就可在磁轭的有限面积内使导体的缠绕圈数更多，还可形成第三绝缘层，从而可避免缩小其区域的平滑表面（此区域构成了磁轭的前部和后部），同时磁轭侧边的倾角也可稳定地设定在预定角度内。这样就可得到一种磁头，它有着在导体和第二磁层间的尺寸一致性，而导体层和第二磁层间的绝缘性基本不变，且有着稳定的录制特性。

再之于本发明中，第一和第二磁层具有这样的部分，它们至少在与录制介质相对的一侧，且基本等于预定的很小缝隙深度的长度上有着相互对应的部分，并在其间插入一缝隙层，而上述部分的前部相互连接。由此通过从加工一侧对上述连接部分的状态监测，就可以随着加工结束点而限定住这样一点，即在此点上由机加工将连接部分去除，同时使缝隙层完全显露出来，这样从磁头形成侧来检测缝隙深度这一过程即可免除。据此根据本发明就可以实现具有高精度和很小尺寸缝隙深度的磁头结构。

现参见图1至图3，下文将叙述本发明的几种实施例。

实施例1

图1示出了以此实施例所制成的磁头中剖视图。

图2示出了处于半成品阶段的磁头件中部剖视图。

先参看图2和3，然后再看图1，下文将解释根据本实施例的磁头制作过程。

首先，在基底1上所形成的是构成基础的如氧化铝一类的底膜2，磁头即形成于其上。

坡莫合金的第一磁层30构成于底膜2上，该磁层30在其与侧边9b相对处的中间较薄，而与Pa相对的另一侧则较厚。此第一磁层30包括第一层31和第二层32，它们是通过如溅射技术及随后经溅射的腐蚀方法而依次沉积于底膜2上的。

要在后续工序中进行机加工以形成缝隙层的氧化铝非磁性层4，是以溅射技术沉积于底膜2的全部表面上的，该底膜包括了第一磁层30。

第一绝缘层5形成于缝隙层4上，其区域要比即将形成的第一导体层6的区域大。此第一绝缘层具有一平坦、光滑的表面，它是通过在缝隙层4上使用聚酰亚胺类树脂等的绝缘物，并在此绝缘物上制作布线图案，而后对有布线圈案的绝缘物进行烘烤而形成的。

在第一绝缘层5上要形成铜的第一导体层6。如图3所示此第一导体层6的各绕组，均有沉积在其下表面6a上的铬质薄接触层。

所形成的第二绝缘层7可复盖住第一绝缘层5和导体层6，此绝缘层7还提供了一连接部分7a，用于第一导体层6和第二导体层8的电连接。此第二绝缘层7也具有平坦而光滑的表面，且是用聚酰亚胺类树脂等绝缘物，经制作布线图案并对其烘烤而形成的。

在第二绝缘层7上形成铜的第二导体层8。有如第一导体层6，此第二导体层8的每一绕组，在其下表面8a如图3所示均沉积了铬质薄接触层。然而此第二导体层8的配置要使其与第一导体层6有如下的位置关系，也即第二导体层8的每一绕组的中间正好位于磁轭中第一导体层6的绕组间中央位置之上，同时还处在连接处7a后部中第一导体层6各绕组中间的上面。再之有如图2所见要使角度θ₁基本等于角度θ₂;角度θ₁的形成即为基本平行于基底表面的平面和连接第一、第二导体层6和8相应上表面边缘（6c和8c）的连线的夹角，上述上表面边缘指靠近磁轭中第二磁层100（图1）的那一侧;基本平行于基底表面的平面和第二磁层100的侧斜边形成了θ₂（该侧斜边的形成是通过将第一至第三绝缘层同时腐蚀而形成的）。

之后形成第三绝缘层91以使它复盖住第二导体层8。此第三绝缘层91的形成是将聚酰亚胺树脂的绝缘物涂复在第二导体层8上;然后于相对侧边9b的中部及第一磁层30与第二磁层100的连接处，将所加的此绝缘层以及第一绝缘层5和第二绝缘层7腐蚀掉，并在后部9c处也将此绝缘层腐蚀掉以复盖住第二绝缘层7;然后对此腐蚀的绝缘层予以固化。

缝隙层4的布图是利用第三绝缘层91作为掩模，而此第三绝缘层91还要被腐蚀来形成其厚度在水平方向上要减少尺寸G的另一第三绝缘层。前述的倾斜角θ₂，从此斜边上第二磁层100的第一层101（图1）沉积状态及磁头的磁特性角度看，以30°-45°较佳。

接下来有如图1所见，第二磁层100包括第一层101和第二层102，该磁层在其与侧边9b相对的中部较薄而对应9a的另一侧则较厚，且它是形成于第三绝缘层91上的。第二磁层100的形成是利用溅射技术依次地沉积坡莫合金第一层101，氧化铝中间膜10a及坡莫合金第二层102，然后依然以溅射技术依次腐蚀此第二层102和第一层101。所形成的第一层101其厚度要比第一磁层30的第二层32大。对第一层101的腐蚀，在其布图时使用了氧化铝非磁性材料作为掩模，这种材料即使将其作为磁头的构成部分也不会产生任何问题，而目的是在偏移部分的步骤中提供精密的轨迹宽度。换言之中间膜10a是作为一种对应第二磁层的第一层101的腐蚀抑制膜，从而避免了第一层101的继续腐蚀。应附带提及的是在各磁层以溅射技术进行沉积时，于沉积过程中必须对基底进行加热使其处于较高温度下，从而使各磁层具有一致的较高特性，在制作过程中要用到的各绝缘层应为具有极好抗热性的聚酰亚胺类树脂。

在第二磁层100上形成氧化铝厚保护膜（未示出），以提供与外电路连接的输入/输出端。

最后如图1所示，用机加工方式除去与侧边相对的中部以提供预定的缝隙深度G_D。

以上述的工艺过程所制作的磁头具有非常准确的轨迹宽度，这是采用本实施例的特有效果。可以肯定根据本发明的薄膜磁头其特性和可靠性均极佳，所以它适用于高密度的录制。

实施例2

实施例1中，如图3所示铬质薄膜接触层成形于第一导体层6和第二导体层8的上、下表面。而根据实施例2，在构成了连接部分7a（它可将第一导体层6和第二导体层8相互连接起来）的缝隙形成之后，第一导体层6的上接触层将通过溅射腐蚀技术予以清除，实施例2中，第一和第二导体层的上、下表面6b和6a配置了接触层，以期进一步提高导体层的可靠性。在将接触层从第一导体层6的上表面6b去除时（位于连接部7a），从第一导体层铜质上表面的显露可很容易地决定腐蚀要予以停止的时间。

可以肯定根据此实施例的薄膜磁头具有和实施例1同样的特性。

实施例3

在此实施例中，采用了二氧化硅（SiO₂）无机膜作为实施例中第一至第三绝缘层5、7和9。这种无机绝缘膜的形成，是通过溅射，取模存需（Lift-off），偏置溅射等几种技术而使其具有平坦、光滑的表面。它的具有θ₂倾角的外形是通过反应溅射一腐蚀，等离子腐蚀等技术而实现的。根据本发明的这种无机绝缘膜，由于它的高抗热性而进一步提高了本发明的磁头可靠性。

可以肯定根据此实施例的磁头有着和第1及第2实施例完全相同的特性。

本发明具有下述的若干显著特点。

多圈的导体线圈可以如下形式予以实现，在不减少每一导体线圈截面积的情况下又不会增加其阻抗，从而增强了这种磁头的可靠性，同时不会降低其重放输出量。

由于每一导体的绕组和第二磁层的位置关系，及磁轭侧边各倾角的角度均是稳定的，因而导体层和磁层间有着良好的绝缘，且有着极佳录制特性的磁头可予实现。

由于所提供的这种小尺寸缝隙深度具有很高精度，从而防止了重放输出的衰减（这种衰减与录制频率的增加相关），这样就保证了磁头电一磁特性的一致性。最终便可以很高的生产量来制作具有高可靠性和高性能的磁头。

Claims (10)

1、配置在基底上带有电一磁转换元件的薄膜磁头，其特征为有：

基底；

形成于基底上的第一磁层；

形成于所述第一磁层上的非磁性缝隙层；

在所述缝隙层上的第一绝缘层；

在所述第一绝缘层上的螺旋绕组第一导体层；

在所述第一导体层上的第二绝缘层；

螺旋形绕组的第二导体层形成于所述第二绝缘层上，所述第二导体层与所述第一导体层相连接以构成导体线圈，其每圈的中部恰好处于所述第一导体层相应绕组中部之上；

在所述第二导体层上形成第三绝缘层；

第二磁层形成于所述第三绝缘层上，此绝缘层在其前部有一缝隙，所述的缝隙层即插入此层和所述第一磁层之间，上述绝缘层在其后部与所述第一磁层相接；

由基本与基底表面相平行的面，和将第一、第二导体层相应上表面边缘连接起来的连线所构成的角度，基本等于由平行于基底表面的面和第二磁层侧斜边所夹的角。

2、形成于一基底上，带有电一磁转换元件的薄膜磁头，其特征为有：

基底;

形成于基底上的第一磁层;

形成于所述第一磁层上的非磁性缝隙层，在所述第一磁层边缘后面的位置处该缝隙层有一边缘;

在所述缝隙层上形成第一绝缘层;

在所述第一绝缘层上形成螺旋绕组的第一导体层;

在所述第一导体层上形成第二绝缘层;

在所述第二绝缘层上形成螺旋绕组的第二导体层，所述第二导体层与所述第一导体层相连接以构成导体线圈;

在所述第二导体层上形成第三绝缘层;

在所述第三绝缘层上形成第二磁层，此第二磁层在其两端与所述第一磁层相连接;

所述缝隙层的边缘构成了由所述第一和第二磁层形成的磁路的缝隙。

3、根据权利要求2的薄膜磁头，其特征为所述第二导体层每一绕组的中部，恰好处于所述第一导体层相应绕组间的各中部之上。

4、根据权利要求3的薄膜磁头，其特征为由基本与基底表面相平行的面，和连接第一、第二导体层相应上表面边缘的连线所夹的角，基本等于由与基底表面相平行的面和第二磁层侧斜边所夹的角。

5、制作薄膜磁头的方法，其特征为包括下述步骤：

在基底上形成第一磁层;

在所述第一磁层上形成非磁性缝隙层，所述非磁性缝隙层有一边缘，它位于所述第一磁层一边缘后面的位置处;

在所述缝隙层上形成第一绝缘层;

在所述第一绝缘层上形成螺旋形绕组的第一导体层，

在所述第一导体层上形成第二绝缘层;

在所述第二绝缘层上形成螺旋形绕组的第二导体层，所述第二导体层与所述第一导体层相连接以构成导体线圈;

在所述第二导体层上形成第三绝缘层;

在所述第三绝缘层上形成第二磁层，该磁层在其两端与所述第一磁层相连接;

对所述元件的整个叠层，从其与录制介质相对的一侧进行研磨，直至显露出所述缝隙层。

6、根据权利要求5的制作薄膜磁头的方法，其特征为所述第二导体层的每一绕组的中部，恰好处于所述第一导体层相应绕组间每一中部之上。

7、根据权利要求5的制作薄膜磁头的方法，其特征为由基本平行于基底表面的面和连接第一、第二导体层相应上表面边缘的连线所夹的角，基本上等于由平行于基底表面的面和第二磁层侧斜边所夹的角。

8、制作薄膜磁头的方法，其特征为包括下述步骤：

在基底（1）上形成第一磁层（30）;

在所述第一磁层上形成非磁性缝隙层（4）;

在所述缝隙层上形成第一绝缘层（5）;

在所述第一绝缘层上形成螺旋形绕组的第一导体层（6）;

在所述第二导体层上形成第三绝缘层（9），并通过腐蚀使其形成线路图案;

利用所述第三绝缘层作为掩模对所述缝隙层进行腐蚀，以使它形成预定的图案;

对所述第三绝缘层进行腐蚀以使它的边缘从缝隙层的边缘缩后;

在所述第三绝缘层和所述第一磁层上形成第二磁层（100）;

对所述元件的整个叠层，从其与录制介质相对的一侧进行研磨，直至显露出所述的缝隙层。

9、根据权利要求8的制作薄膜磁头的方法，其特征为所述第二导体层的各绕组中部，恰好处于所述第一导体层相应绕组间的每一中部之上。

10、根据权利要求8的制作薄膜磁头的方法，其特征为由基本平行于基底表面的面和连接第一、第二导体层相应上表面边缘6c和8c的连线所夹的角（θ₁），基本等于由平行于基底表面的面和第二磁层侧斜边所夹的角（θ₂）。

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