DE2600630B2

DE2600630B2 - Integrierter Dünnschicht-Magnetkopf

Info

Publication number: DE2600630B2
Application number: DE2600630A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Montfort L'Amaury Lazzari
Original assignee: Internationale Pour L'informatique Cii Honeywell Bull 75960 Paris Cie; Bull SA
Current assignee: Internationale Pour L'informatique Cii Honeywell Bull 75960 Paris Cie; Bull SA
Priority date: 1975-01-10
Filing date: 1976-01-09
Publication date: 1981-04-30
Also published as: BE837291A; NL7600146A; JPS60131608A; IT1055762B; NL182589B; FR2297475A1; JPS5195824A; NL182589C; JPS6329326B2; FR2297475B1; DE2600630A1; JPS5758727B2; DE2600630C3; GB1511091A; US4016601A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Dünnschicht-Magnetkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Ein integrierter Dünnschicht-Magnetkopf dieser Art ist aus der DE-OS 23 33 812 bekannt. Er hat die folgenden Eigenschaften, die insbesondere bei der Verwendung zum Lesen und/oder Schreiben von Informationen auf einem Aufzeichnungsträger mit vielen schmalen Aufzeichnungsspuren vorteilhaft sind:

— der gesamte Magnetkopf einschließlich des Magnetkreises und der Wicklung kann nach der bekannten Dünnschichttechnik vollautomatisch durch aufeinanderfolgendes Aufbringen von dünnen Schichten auf das gleiche Substrat hergestellt werden;

— die vollautomatische Dünnschichttechnik ermöglicht die gleichzeitige Herstellung einer großen Anzahl von Magnetköpfen auf einem gemeinsamen Substrat;

— mehrere gemeinsam hergestellte Magnetköpfe können auf dem Substrat in der gegenseitigen Lage angeordnet sein, die sie auch im Betrieb haben müssen, wenn sie in einem Mehrkopfgerät verwendet werden, wie es bei der magnetischen Informationsaufzeichnung oft vorkommt;

— die Magnetköpfe können mit großer Präzision in außerordentlich kleinen Abmessungen hergestellt werden.

Bei echten Dünnschicht-Magnetköpfen, bei denen auch die Wicklung aus aufeinanderliegenden Dünnschichten besteht, muß zur Erzielung guter Eigenschaften der Magnetkreis aus anisotropen Magnetschichten bestehen. Diese Bedingung besteht nicht bei Magnetköpfen mit Drahtwicklungen, bei denen der Magnetkreis auch dann aus magnetisch isotropem Material besteht, wenn er aus Dünnschichten gebildet wird.
Bei einem aus der US-PS 37 00 827 bekannten Magnetkopf, dessen Magnetkreis aus zwei dünnen Polteilschichten gebildet ist, die am einen Ende magnetisch miteinander gekoppelt sind und am anderen, dem Aufzeichnungsträger zugewandten Ende durch eine nichtmagnetische Zwischenschicht zur Bildung eines Luftspalts voneinander getrennt sind, ist es bekannt, daß die Polteilschichten an den dem Aufzeichnungsträger zugewandten Enden durch Materialentfernen gebildete verschmälerte Abschnitte aufweisen, deren die Luftspaltlänge bestimmende Breite

höchstens die Hälfte der vollen Breite der Polteilschichten beträgt. In diesem Fall handelt es sich aber nicht um einen echten integrierten Dünnschicht-Magnetkopf, bei dem sämtliche Bestandteile durch Aufbringen dünner Schichten auf das gleiche Substrat gebildet sind;

vielmehr sind nur die Polteilschichten und die nichtmagnetische Zwischenschicht in Dünnschichttechnik hergestellt und noch dazu auf zwei getrennte Substrate aufgebracht, die jeweils die gleiche Breite wie die Polteilschicht haben. Die Wicklung ist dagegen eine

Drahtwicklung, die um das die eine Polteilschicht tragende Substrat gewickelt wird. Erst nach dem Wickeln der Wicklung werden die beiden Substrate so zusammengefügt, daß die beiden Polteilschichten aufeinanderliegen. Ein solcher Magnetkopf steht in jeder Hinsicht im Widerspruch zu der Dünnschichttechnik:

— die Fertigung kann nicht vollautomatisch durch Auftragen dünner Schichten erfolgen, denn sowohl das Wickeln der Wicklung als auch das Zusammenfügen der beiden Hälften erfordern Manipulationen, die außerhalb der Dünnschichttechnik liegen;
es ist nicht möglich, eine große Anzahl von Magnetköpfen gleichzeitig auf dem gleichen Substrat herzustellen, denn jeder Magnetkopf erfordert zwei getrennte Substrate, die einzeln gehandhabt werden müssen;

die erforderlichen Manipulationen sind mühsam und zeitraubend, was im Widerspruch zu einer automatisierten Massenfertigung steht;
wegen der erforderlichen Manipulationen ist es nicht möglich, Magnetköpfe mit den heutzutage geforderten winzigen Abmessungen herzustellen.

Das Entfernen des Materials zur Bestimmung der Luftspaltlänge erfolgt bei diesem bekannten Magnetkopf durch Ätzen der Polteilschichten, nachdem diese auf ihre Substrate aufgebracht sind, aber bevor sie zusammengefügt werden. Die Tiefe, über die das Material zu beiden Seiten des verbleibenden verschmälerten Abschnitts weggeätzt wird, ist dabei erheblich größer als die die Luftspaltlänge bestimmende Breite des verschmälerten Abschnitts. Diese Bemessung ist möglich, weil es sich um einen Magnetkreis mit gewickelter Drahtwicklung handelt und demzufolge die Polteilschichten aus magnetisch isotropem Material bestehen. Allerdings ist die durch das Ätzen erzielte Bemessung der Luftspaltlänge recht ungenau, weil beim Ätzen über die Schichtdicke Überschneidungen auftre-

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ten, die Ungenauigkeiten in der Form und den Abmessungen des Luftspalts zur Folge haben. Vor allem aber werden die Form und die Abmessungen des Luftspalts durch die Toleranzen beim Zusammenfügen der Polteilschichten beeinträchtigt; bereits geringfügige '> Abweichungen von der genauen Deckung ergeben eine Veränderung der Luftspaltlänge und überstehende Abschnitte, die Feldverzerrungen zur Folge haben. Diese Schwierigkeiten treten umso stärker in Erscheinung, je kleiner die Abmessungen des Magnetkopfs sind. Die gleichen Probleme bestünden auch dann, wenn die verschmälerten Abschnitte der Polteilschichten nicht durch Ätzen gebildet, sondern von vornherein in der gewünschten Breite mit Hilfe von Masken aufgedampft würden, denn infolge der erforderlichen Mindestdicke der Aufdampfungsmasken entstehen Ungenauigkeiten, die von der gleichen Größenordnung wie die Unterschneidungen beim Ätzen sind.

Wenn die Ätztechnik oder Aufdampftechnik uazu angewendet würde, die Polteilschichten von echten integrierten Dünnschicht-Magnetköpfen mit verschmälerten Abschnitten zu versehen, um die Luftspaltlänge an die Breite der Aufzeichnungsspur anzupassen, bestünden natürlich die dadurch verursachten Fehlerquellen in gleicher Weise. In diesem Fall kommt aber 2^r> noch ein weiteres Problem hinzu: Die Polteilschichten bestehen in diesem Fall aus magnetisch anisotropem Material, dem beim Aufbringen der Schichten durch Anwendung eines Vormagnetisierungsfeldes eint Vorzugsrichtung (Achse leichter Magnetisierung) erteilt η wird. Diese Orientierung der Magnetisierung darf beim Bilden der verschmälerten Abschnitte nicht verlorca gehen, und zwar weder durch das angewendete Verfahren zum Materialentfernen noch durch die Form der verbleibenden Magnetschicht Eine ungünstige -¹⁵ Formgebung kann nämlich eine Form-Anisotropie zur Folge haben, welche durch Erzeugung von Entmagnetisierungsfeldrrn die durch das Vormagnetisierungsfeld induzierte Anisotropie stören kann.

Aus der US-PS 35 14 851 ist es bekannt, dem Luftspalt «o eines Magnetkopfs durch Materialerosion eine gewünschte Form und gewünschte Abmessungen zu erteilen, und aus der Zeitschrift »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Vol. 14, No. 8, Januar 1972, S. 2491, ist es bekannt, eine solche Materialerosion durch Ionen-Erosion mittels eines auf das Material gerichteten Ionenstrahl durchzuführen. In beiden Fällen handelt es sich aber um konventionelle Magnetköpfe mit massiven Magnetkreisen und Drahtwicklungen.

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, einen echten integrierten Dünnschicht-Magnetkopf, bei welchem also sowohl die Wicklung als auch der Magnetkreis in Dünnschichttechnik auf einem Substrat gebildet sind, so auszubilden, daß die Luftspaltlänge mit großer Genauigkeit an die Breite der Aufzeichnungsspuren angepaßt ist, ohne daß die induzierte Anisotropie gestört ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei dem Magnetkopf nach der Erfindung ergibt die Materialerosion senkrecht zur Stirnfläche eine äußerst genaue Bemessung der Luftspaltlänge und eine exakte Form der den Luftspalt begrenzenden verschmälerten Abschnitte der Polteilschichten ohne Unterschneidungen oder Versetzungen, die Ungenauigkeiten oder Feldverzerrungen hervorrufen könnten. Insbesondere ist es durch die Materialerosion möglich, die verschiedenen vorhandenen Schichten und gegebenenfalls auch das Substrat gleichzeitig und in gleicher Weise zu formen. Ferner wird durch die Materialeiosion die induzierte Anisotropie nicht gestört und bei der angegebenen Eindringtiefe der Erosion eine Form erzielt, die keine Form-Anisotropie verursacht, da die beiden Polteilschichten frei von magnetischen Bereichswänden gehalten werden, die Entrnagnetisierungsfelder erzeugen wurden. Die erzielte Formgebung ergibt eine Verbesserung beim Schreiben infolge der Konzentration der magnetischen Flußlinien unier Beseitigung der Kanteneffekte und eine Erhöhung des Wirkungsgrades beim Lesen.

Ferner ist die Art des- Formgebung und die Erosionstiefe mit den Abmessungen der üblichen echten integrierten Dünnschicht-Magnetköpfe vereinbar, da der vordere Rand der Dünnschicht-Flach wicklung in einem Abstand von der Stirnfläche des Magnetkopfs liegt, der größer als die Erosionstiefe ist Die Wicklung wird daher durch die Materialerosion nicht angegriffen, und sie wirkt mit den Teilen der Polteilschichten zusammen, die die volle Breite haben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. la eine Querschnittsansicht eines integrierten Dünnschicht-Magnetkopfs nach der Erfindung,

Fig. Ib eine Draufsicht auf den Magnetkopf von F i g. 1 a,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Erzielung der Konfiguration des Luftspaltteils des Magnetkopfs von Fig. Ia und Ib und

Fig.3 ein Diagramm zur Erläuterung der mit der Ausbildung des Magnetkopfs erzielten vorteilhaften Wirkungen.

Der in der Zeichnung dargestellte integrierte Dünnschicht-Magnetkopf enthält auf einem Substrat 1 einen Stapel von Schichten, die nacheinander durch selektives Aufdampfen der Schichtmaterialien über Masken entsprechend der bekannten Dünnschichttechnik gebildet sind. Für die Realisierung eines solchen Magnetkopfs mit Hilfe der Dünnschichttechnik kann vorzugsweise das in der DE-OS 23 33 812 beschriebene Verfahren angewendet werden. Aus diesem Grund wird hier nicht in näheren Einzelheiten auf den Aufbau des Magnetkopfs eingegangen, mit Ausnahme der Teile, auf die sich die folgende Beschreibung direkt bezieht.

Allgemein enthält der Magnetkopf eine erste magnetische Polteilschicht 2, die auf das Substrat t aufgebracht ist und eine im allgemeinen rechteckige ursprüngliche Form hat, wie in der Ansicht von F i g. 2 dargestellt ist. Diese Polteilschicht schneidet mit der Vorderkante des Substrats 1 ab, d. h. der Kante, die einem Aufzeichnungsträger B zugewandt ist, beispielsweise einem Magnetband oder auch einer Platte oder einer Trommel. Der Aufzeichnungsträger B trägt eine Spur P, auf der Informationen aufgezeichnet sind, und läuft in der Richtung F senkrecht zur Zeichenebene ab. Auf dem der Vorderkante benachbarten Teil der Polteilschicht 2 wird eine nichtmagnetische isolierende Zwischenschicht 4 gebildet Dann werden abwechselnd leitende und isolierende Schichten aufgebracht, die für die Bildung einer Wicklung 5 der in der zuvor erwähnten Offenlegungsschrift beschriebenen Art mit ihren rückwärtigen Anschlußleitern 6 benötigt werden, und schließlich eine zweite magnetische Polteilschicht 3, deren Vorderabschnitt durch die Zwischenschicht 4 vom Vorderabschnitt der Polteilschicht 2 getrennt ist und mit der Vorderkante des Substrats 1 abschneidet, während die hinteren Abschnitte der magnetischen Polteilschich-

ten 2 und 3 miteinander magnetisch in Verbindung stehen und ihre mittleren Abschnitte durch den entsprechenden Querschenkel der Wicklung 5 voneinander getrennt sind. Die nichtmagnetische Zwischenschicht 4 bestimmt den Luftspalt an der dem Aufzeichnungsträger B zugewandten Stirnfläche des Magnetkopfs.

Wenn die Länge des Luftspalts parallel zu der Breite der Spur Zugleich der vollen Breite L der magnetischen Polteilschichten 2 und 3 ist, brauchen keine besonderen Maßnahmen getroffen zu werden, um die Luftspaltlänge genau gleich der Breite der Spur zu machen. Das Bestreben geht aber dahin, die Breite ρ der Aufzeichnungsspuren immer kleiner zu machen, so daß es notwendig ist, auch die Länge /des Luftspalts auf diesen Wert ρ zu bringen, was jedoch mit großer Genauigkeit erfolgen muß, da auch der mechanische Zugriff zu den Spuren immer präziser erfolgen muß. Es ist andererseits wichtig, die größtmögliche Breite L beizubehalten, damit sowohl beim Schreiben als auch beim Lesen der beste energetische Wirkungsgrad des Magnetkopfs erhalten wird.

Es ist zu diesem Zweck vorgesehen, den magnetischen Polteilschichten 2 und 3 sowie der isolierenden Zwischenschicht 4 in der Nähe der Stirnfläche eine Konfiguration zu erteilen, wie sie in F i g. Ib gezeigt ist. Bei dieser Konfiguration kann die Breite / des verschmälerten Abschnitts an der Stirnfläche, die zugleich die Luftspaltlänge ist, nicht direkt beim Aufbringen der Schichten erhalten werden, da diese Breite in der Größenordnung von etwa 20 Mikron oder weniger liegen muß und das Aufdampfen höchstens mit einer Genauigkeit von + 5 Mikron, im Normalfall sogar mit etwa ± 10 Mikron durchgeführt werden kann.

Diese Konfiguration muß auch einer weiteren Bedingung genügen, nämlich der Bedingung, daß bei keiner der magnetischen Polteilschichten die gleichförmige Verteilung der Orientierung der Magnetisierung in der Richtung der Anisotropieachse (leichten Magnetisierungsachse) des die Schicht bildenden Materials verlorengehen darf. Diese Achse oder genauer die Orientierung der Magnetisierung, ist bei A in Fig. Ib angedeutet. Es darf also keinesfalls vorkommen, daß durch Schaffung von Bereichen, die Entmagnetisierungsfelder erzeugen, eine Form-Anisotropie entsteht, welche die beim Aufbringen der Schichten 2 und 3 induzierte Anisotropie stören kann.

Die Breite /ist eine außerhalb des Magnetkopfs durch die Spurbreite ρ zwingend vorgegebene Maßangabe. Die Breite L ist eine Maßangabe, die durch den elektromagnetischen Wirkungsgrad bedingt ist, der vorzugsweise innerhalb der durch den Achsabstand zwischen den Spuren Pauf dem Aufzeichnungsträger B festgelegten Grenzen ein Maximum haben soll. Der einzige Parameter, der als frei angesehen werden kann, ist die Tiefe T zwischen der Stirnfläche des Magnetkopfs und der Stelle, wo der verschmälerte Abschnitt auf die volle Breite der Polteilschichten unter der Wicklung 5 übergeht Es ist jedoch angebracht daß der Wert dieser Tiefe Γ nicht den Abstand übersteigt, um welchen die Vorderkante der Wicklung 5 gegen die Stirnfläche zurückgesetzt ist damit diese Konfiguration keine Änderung des Raumbedarfs des Magnetkopfs zur Folge hat. Gewöhnlich liegt dieser Abstand in der Größenordnung von wenigstens 10 Mikron.

Es wurde festgestellt, daß ein Wert dieser Tiefe T genügt, der zwischen wenigstens 3 Mikron und etwa 10 Mikron liegt, der aber auf jeden Fall größer als die Dicke einer der magnetischen Schichten und die Dicke der isolierenden Zwischenschicht zwischen den magnetischen Schichten in der Stirnebene ist, um den Bedingungen der effektiven Begrenzung des vom

ίο Magnetkopf beim Schreiben emittierten Induktionsfeldes auf die Breite der Spur und des Fehlens von Störungen der Magnetisierung in der Gesamtheit der Polteilschichten zu genügen. Dieser Wert wird dann vorzugsweise zwischen 5 und 6 Mikron gewählt, wenn die Breite /in der Größenordnung von etwa 20 Mikron liegt und das Verhältnis L:! wenigstens gleich 2 ist.

Eine solche Formgebung kann durch einfaches Abtragen der zuvor ohne große Genauigkeit der Breite L gebildeten Schichten 2,3,4 vor der Wicklung 5 bis zu der Stirnfläche erfolgen; wie in Fig. 2 angedeutet ist, erfolgt dieses Abtragen senkrecht zu der Stirnfläche, an welcher wenigstens eine isolierende nichtmagnetische Zwischenschicht 4 zwischen den beiden magnetischen Polteilschichten 2 und 3 vorhanden ist. Zu diesem

2Ί Abtragen genügt es, die Sandwichanordnung über einen Teil ihrer Querabmessung und natürlich über ihre gesamte Höhe oberhalb der Ebene des Substrats 1 vorübergehend durch eine Schutzschicht R abzudecken und einem Angriff durch Ionen-Erosion mit Hilfe von lonenkanonen auszusetzen, die nur schematisch durch die Pfeile (E) in F i g. 2 angedeutet sind. Das Substrat 1 kann diesem Angriff ausgesetzt sein oder auch nicht. Wenn es dem Angriff ausgesetzt ist, wird es ebenfalls geformt, wie in unterbrochenen Linien in Fig. Ib

>^r. dargestellt ist. Das Abtragen erfolgt nach dem an sich üblichen Polieren der Stirnfläche des Magnetkopfes und des Substrats. Ein Materialabtragen auf chemischem Wege wäre schwieriger, weil für das Material der magnetischen Schichten und das Material der isolieren-

■Hi den Zwischenschicht unterschiedliche Säuren angewendet werden müßten.

Die erhaltene Konfiguration ist besonders hinsichtlich des Schreibens vorteilhaft, da sie die Konzentration der magnetischen Flußlinien in den vorderen Teilen der

■π Schichten gewährleistet, wodurch Kanteneffekte nahe den Rändern der Spur P verringert oder sogar vollständig beseitigt werden und der Wirkungsgrad vergrößert wird. Sie gewährleistet jedoch auch eine Erhöhung des Wirkungsgrades beim Lesen, die umso größer ist je größer das Verhältnis Ul ist Zum besseren Verständnis sei auf F i g. 3 Bezug genommen. Gegenüber einer Spurbreite ρ ist bei NE der Verlauf der Magnetisierung in den Polteilen gezeigt wenn deren Stirnbreite auf dem Wert L gehalten wird, und bei AE der Verlauf der Magnetisierung in den Polteilen, wenn deren Stirnabmessung in der beschriebenen Weise auf den Wert / verringert worden ist Es ist zu bemerken, daß es vorzuziehen ist daß diese Breite /etwas kleiner als die Spurbreite ρ ist

w> Die beschriebene Ausbildung eignet sich auch für alle Fälle, bei denen zwischen den beiden Polteilschichten mehrere isolierende oder leitende, jedoch natürlich unmagnetische Zwischenschichten eingefügt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 26 OO 630

1. Integrierter Dünnschicht-Magnetkopf zum Lesen und/oder Schreiben auf einem relativ dazu bewegten magnetischen Aufzeichnungsträger mit mehreren Aufzeichnungsspuren sehr kleiner Breite, mit einem Magnetkreis und mit einer Flachwicklung, die durch nacheinander auf ein Substrat aufgebrachte Dünnschichten gebildet sind, wobei der Magnetkreis aus zwei aufeinanderliegenden magnetisch anisotropen Polteilschichten besteht, zwischen denen ein Abschnitt der Flachwicklung liegt und die an der einen Stirnseite durch eine nichtmagnetische Zwischenschicht zur Bildung eines Luftspalts voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Polteilschichten (2, 3) an den dem Aufzeichnungsträger (^zugewandten Enden in an sich bekannter Weise durch Materalentfernen gebildete verschmälerte Abschnitte aufweisen, deren die Luftspaltlänge (I) bestimmende Breite höchstens die Hälfte der vollen Breite (L) der Polteilschichten (2, 3) beträgt, und daß zur Bildung der verschmälerten Abschnitte das Material der Polteilschichten (2, 3) durch senkrecht zu deren Stirnflächen gerichtete Materialerosion über eine Tiefe (T) entfernt ist, die kleiner als die Breite (I) der verschmälerten Abschnitte an den Stirnflächen ist.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T) größer als die Summe der Dicke einer Polteilschicht (2 bzw. 3) und der Dicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht (4) ist.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Luftspaltlänge (I) von etwa 20 μπι die Tiefe (T) der Materialerosion zwischen etwa 3 und 10 μίτι, vorzugsweise zwischen 5 und 6 μιη beträgt.