DE2800215C2

DE2800215C2 - "Thin film inductive magnetic head and method for its manufacture"

Info

Publication number: DE2800215C2
Application number: DE19782800215
Authority: DE
Inventors: Willem Frederik Eindhoven Druyvesteyn; Gerrit Jan Koel
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1982-04-22
Also published as: FR2377681B1; GB1560362A; NL7700416A; JPS5390915A; FR2377681A1; DE2800215A1

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Dünnschicht-Magnetkopf mit einem nichtmagnetischen Substrat, der einen Kopfkern aus metallischem, ferromagnetischem Material zum Leiten eines Magnetflusses und t.n Polstück mit einem Nutzspalt aufweist, und eine Wicklung zum Erzeugen eines Magnetflusses im Kern bzw. /um Abnehmen eines Magnetflusses besitzt.The invention relates to an inductive thin-film magnetic head having a non-magnetic substrate, comprising a head core made of metallic, ferromagnetic material for conducting a magnetic flux and tn pole piece having a useful gap, and a coil for generating a magnetic flux in the core or / decrease by a magnetic flux has .

Ein derartiger Magnetkopf ist aus der GB-PS Il 17 067 bekannt Dieser bekannte, mit Hilfe der Dünnfilm Technologie hergestellte Magnetkopf ist durch das aufeinanderfolgende Anordnen eines ersten kitenden Streifenmusters, einer ersten isolierenden Schicht, einer Schicht aus metallischem ferromagnetiichem Material, einer zweiten isolierenden Schicht und eines /weiten leitenden Streifenmusters in Aussparungen eines Substrats gebildet. Die beiden Streifenmuster lind derart miteinander verbunden, daß sie eine elektrische Wicklung bilden, mit der beim Durchfluß eines Stromes ein Magnetfluß in der Magnetschicht erzeugt werden kann. Ein Nachteil dieses bekannten Magnetkopfes ist. daß /wei isolierende Schichten (meist aus Glas) zwischen der metallischen ferromagnetische!! Schicht der Kerne (meist eine Nickel^Eisen^Legierung) und den Teilen der Wicklung benötigt werden, um einen Kurzschluß der Wicklungen zu vermeiden. Das Anbringen dieser beiden isolierenden Schichten erfoi^ dert bei der Herstellung zwei zusätzliche Verfahrens^ schritte!Such a magnetic head is known from GB-PS Il 17 067 This known, with the help of Magnetic head manufactured using thin film technology is made by sequentially arranging a first kitenden stripe pattern, a first insulating layer, a layer of metallic ferromagnetic Material, a second insulating layer and a / wide conductive strip pattern in recesses of a substrate. The two stripe patterns are so connected that they are one Form electrical winding with which a magnetic flux in the magnetic layer when a current flows through can be generated. A disadvantage of this known magnetic head is. that / white insulating layers (mostly made of glass) between the metallic ferromagnetic !! Layer of the cores (usually a nickel ^ iron ^ alloy) and the parts of the winding needed to make a Avoid short-circuiting the windings. The application of these two insulating layers is required Changes two additional process steps during production!

Selbst die Verwendung von Isolierschichten schaltet die Möglichkeit von Kurzschlüssen nicht in allen Fällen aus. Sogenannte »Pinholes« oder Höhlungen in der in Dünnschicht-Technologie aufgebrachten Isolierschicht können hierzu die Ursache sein. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, ist es aus der Veröffentlichung »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Vol. 15, Nr. 7, Dez. 1972 bekannt, den induktiven Magnetkopf nicht völlig zu integrieren aber zwei integrierte Kopfhälften miteinander zu verkleben. Eine Isolierschicht aus Sil^:c^;um-Monoxyd ist dabei zwischen dem Permalloy-Kernschenkel und der Wicklung angeordnetEven the use of insulating layers does not eliminate the possibility of short circuits in all cases. So-called »pinholes« or cavities in the insulating layer applied using thin-film technology can be the cause of this. In order to avoid this difficulty, it is known from the publication "IBM Technical Disclosure Bulletin", Vol. 15, No. 7, Dec. 1972, not to fully integrate the inductive magnetic head but to glue two integrated head halves together. An insulating layer made of Sil ^: c ^; um monoxide is arranged between the permalloy core leg and the winding

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem keine isolierenden Schichten erforderlich sindThe invention is based on the object of providing a magnetic head of the type mentioned at the beginning, in which no insulating layers are required

ι i und der auf einfache Weise hergestellt werden kann.ι i and which can be produced in a simple manner.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Wicklung in an sich bekannter Weise als eine Einwindungsschleife ausgelegt ist und daß der Kopfkern mäanderartig die Wicklung ohne Isolierzwischenschicht direkt umgibt.This object is achieved in that the winding is known as a one-turn loop is designed and that the head core meander-like surrounds the winding directly without an intermediate insulating layer.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung bildet der Kopfkern einen geschlossenen Magnetkreis, wobei das Polstück über eine zweite Wicklung, die in den Nutzspalt eingelegt ist, mit dem Kopfkern gekoppelt ist.According to a further embodiment of the invention, the head core forms a closed magnetic circuit, the Pole piece is coupled to the head core via a second winding which is inserted into the useful gap.

Ein solcher im Aufbau einfacher Magnetkopf kann gemäß der Erfindung dadurch hergestellt werden, daß ein erstes Kernmuster aus metallischem ferromagnetischem Material auf dem Substrat angebracht wird, daß ein elektrisches Leitermuster auf dem ersten Kernmuster und auf dem Substrat angebracht wird, derart, daß es das erste Kernmuster teilweise bedeckt, daß ein zweites Kernmuiter aus metallischem ferromagnetischem Material auf dem Leitermuster, dem ersten Kernmuster und dem Substrat angebracht wird, derart, daß es das erste Kernmuster unter Bildung mindestens zweier Mäanderschleifen ergänzt und am Polstück mit einem Teil des ersten Kernmusters, auf dem ein Teil des Leitermusters angebracht ist. zwei durch einen nichtmagnetischen Spalt voneinander getrennte Poischuhe bildet.Such a structurally simple magnetic head can be manufactured according to the invention in that a first core pattern of metallic ferromagnetic material is applied to the substrate, that an electrical conductor pattern is provided on the first core pattern and on the substrate such that it partially covers the first core pattern that a second core pattern made of metallic ferromagnetic Material is applied to the conductor pattern, the first core pattern and the substrate in such a way that that it complements the first core pattern with the formation of at least two meander loops and with the pole piece a part of the first core pattern on which a part of the conductor pattern is attached. two by one non-magnetic Gap forms separate poi shoes.

Der Vorteil dieser neuen Konfiguration, bei der das magnetische Material direkt um den elektrischen Leiter gelegt wird, besteht darin, daß der durch den Leiter fließende Strom praktisch nicht auch das metallische magnetische Material des um den Leiter gewickelten Kernes durchfließt, weil der Weg durch den Kern viel größer ist als der Weg durch den Leiter, wodurch isolierende Schichten unterbleiben können. Würde man beim bekannten Kopf, bei dem der elektrische Leiter um das magnetische Material gewickelt wird, die IsolationThe advantage of this new configuration, in which the magnetic material is directly around the electrical conductor is placed, consists in the fact that the current flowing through the conductor is practically not also the metallic magnetic material flows through the core wound around the conductor because the path through the core is a lot is larger than the path through the conductor, which means that insulating layers can be omitted. One would in the known head, in which the electrical conductor is wound around the magnetic material, the insulation

ϊο fortlassen, so würden die Windungen kurzgeschlossen.ϊο omit, the windings would be short-circuited.

da der Strom dabei den kurzen Weg durch das leitende magnetische Material des Kernes nimmt statt durch die Windungen.because the current takes the short path through the conductive magnetic material of the core instead of through the Turns.

Im Rahmen der Erfindung sind mehrere auf diesem Prinzip basierende Konfigurationen möglich. Wie sie auch aussehen mögen, in allen Fällen kann man mit einer bestimmten Technologie zum Anbringen der erforderlichen Materialien auskommen. Auch dieser Umstand ist vorteilhaft für die Einfachheit der Herstellung. So ist es beispielsweise möglich, von einem metallisierten Substrat auszugehen und die metallischen ferromagnetic sehen Schichten für die Kernteile und das Leitmaterial daraus über galvanische Techniken anzubringen, Bei der Herstellung der bekannten KopfkonfigUratiort sind dagegen neben der galvanischen Technik noch Sputterschritte erforderlich_f um das für die Isolation erfordert ehe Glas anzubringen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand derSeveral configurations based on this principle are possible within the scope of the invention. Whatever they look like, in all cases one can get by with a certain technology for attaching the necessary materials. This fact is also advantageous for the simplicity of manufacture. Thus, it is for example possible to start from a metallized substrate, and the metallic ferromagnetic see layers for the core parts and therefrom to attach the conductive material via galvanic techniques, In the manufacture of the known KopfkonfigUratiort other hand, in addition to the galvanic technique or sputtering steps are required _f to that for the insulation Requires glass to be attached before.
The invention is illustrated below with reference to

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Zeichnung näher erläutert. Es zeigtDrawing explained in more detail. It shows

F i g. I eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles eines noch nicht ganz fertiggestellten Magnetkopfes nach der Erfindung,F i g. I a side view of an embodiment a not yet completely finished magnetic head according to the invention,

Fig.2 ein erstes Kernmuster a, ein zweites ί Kernmuster c, und ein Leitermuster b, die bei der Zusammensetzung des Kopfes nach Fig. 1 benutzt werden,2 shows a first core pattern a, a second ί core pattern c, and a conductor pattern b, which are used in the assembly of the head according to FIG. 1,

Fig.3 eine Draufsicht eines Zweispurenmagnetkopfes, in dem das Prinzip der Erfindung angewandt ist, κι3 is a plan view of a two-track magnetic head, in which the principle of the invention is applied, κι

Fig.4 eine Seitenansicht eines Teiles des Kopfes nach F i g. 3.4 shows a side view of part of the head according to FIG. 3.

Fig. 1 zeigt ein nichtmagnetisches Substrat 1, beispielsweise eine Siliziumscheibe, auf der mit Hilfe der Dünnfilmtechnik ein Leitermuster und Muster aus magnetischem Material angebracht sind, die zusammen einen induktiven Dünnschidumagnetkopf 9 bilden. Außer der Scheibe 1 enthält der Magnetkopf 9 einen Kopfkern aus metallischem, ferromagnetischem Material, der drei flache mäanderartige Schleifen bildet, die >u um eine flache elektrische Wicklung 4 gewickelt sind. Die Enden des Kopikernes 3, 8 bilden die Poischuhe 5 und 6, und der sich dazwischen befindende Teil der Wicklung 4 bildet einen Nutzspalt 7. Bei der Herstellung wird die Scheibe 1 oxydiert und in einem Sputterverfah- Ji ren mit einem sogenannten Plattiergrund 2 versehen. der eine Dicke von 1000 Ä hat und aus einem leitenden Material besteht, aus dem mit Hilfe galvanischer Techniken ein gewünschtes Muster aufgetragen werden kann. Auf diesem Plattiergrund 2 wird bei der su Herstellung eine Photolackschicht (nicht dargestellt) angebracht. An der Stelle, an der das Muster a (F i g. 2) angebracht werden muß, wird durch Belichten und Entwickeln die Photolackschicht entfernt In dem so entstandenen Lackschichtmuster werden in einem Ji galvanischen Bad die Kernteile 3 aus Nickel-Eisen (NieoFe^o) mit einer Dicke von etwa 4 μπι nach dem Muster a aufgeiragen, die die erste Schicht des Kopfkernes bilden. Das Photolackmuster wird entfernt und eine neue Photolackschicht angebracht, von der an der Stelle, an der das Muster b (F i g. 2) entstehen muß. durch Belichten und Entwickeln der Lack entfernt wird. In dem so entstandenen Lackmuster wnd in einem galvanischen Bad die Wicklung 4 aus elektrisch leitendem und magnetisch nichtleitendem Material, z. B. Kupfer, mit einer Dicke von etwa 4 μπι nach dem Muster b aufgetragen. Diese Dicke ist für eine gute Wirkung des hier beschriebenen Magnetkopfes notwendig. Ebenfalls bestimmt die Dicke der Kupferschicht an der Stelle, an der die Enden des Kopfkernes 3, 8 die Polschuhe 5 und 6 bilden, die Breite des Nutzspaltes 7 des Magnetkopfes. Wenn eine Spaltbreite L gewünscht wird, die geringer ist als die Dicke der Kupferschicht 4. kann sie beispielsweise in zwei Schritten hergestellt werden, wobei de' erste Schritt die Spaltbreite und der so iweite Schritt die Dicke des Teiles der Wicklung bestimmt, die nicht zwischen den Polschuhen 5 und 6 liegt. Das aufgebrachte Photolackmuster wird dann wieder entfernt und eine neue Photolackschicht angebracht, von der an der Stelle, an der das Muster c (F i g. 2) entstehen muß, durch Belichten und Entwicklen der Lack entfernt wird, In dem so entstandenen Laekmuster werden in einem galvanischen Bad die Kernteile 8 aus Nickel-Eisen (NieoFe2o) mit einer Dicke von 4 μΐη nach dem Muster c aufgetragen. Die Kernteile 3 und 8 bilden dabei einen Kopfkern, der dreimal um die Wicklung 4 verläuft. Schließlich muß das zuletzt verwendete Photolackmuster sowie der überflüssige Plattiergrund 2 entfernt werden, was beispielsweise in einem Sputterätzverfahren erfolgen kann. Fig. 1 zeigt den Magnetkopf nach der Erfindung vor dem Durchführen dieses Schrittes. Der Sputterätzschritt beeinflußt zwar auch die aufgetragenen Kupfer- und Nickel-Eisen-Schichten, aber im Zusammenhang mit der geringen Dicke des Plattiergrundes 2 ist nur eine kurze Zeit für den Sputterätzschritt erforderlich, so daß der erwähnte Einfluß in der Praxis vernachlässigbar klein ist. Nach Bedarf kann der Magnetkopf 9 noch mit einer Schutzschicht aus Quarz (nicht dargestellt) abgedeckt werden. Die Kopfkerne können dabei die Wicklung mäanderförmig oder auch in Schleifenform umgeben.1 shows a non-magnetic substrate 1, for example a silicon wafer, on which a conductor pattern and pattern of magnetic material are applied with the aid of thin-film technology, which together form an inductive thin-film magnetic head 9. In addition to the disk 1, the magnetic head 9 contains a head core made of metallic, ferromagnetic material, which forms three flat meander-like loops which are wound around a flat electrical winding 4. The ends of the copier core 3, 8 form the pouch shoes 5 and 6, and the part of the winding 4 located between them forms a useful gap 7. During manufacture, the disk 1 is oxidized and provided with a so-called plating base 2 in a sputtering process. which has a thickness of 1000 Å and consists of a conductive material from which a desired pattern can be applied using galvanic techniques. In this Plattiergrund 2, a photoresist layer (not shown) in the production su mounted. At the point at which the pattern a (Fig. 2) has to be applied, the photoresist layer is removed by exposure and development ) with a thickness of about 4 μm according to the pattern a , which form the first layer of the head core. The photoresist pattern is removed and a new photoresist layer is applied, from the point at which the pattern b (FIG. 2) must arise. the varnish is removed by exposure and development. In the paint pattern thus created, the winding 4 made of electrically conductive and magnetically non-conductive material, e.g. B. copper, applied with a thickness of about 4 μπι according to the pattern b . This thickness is necessary for the magnetic head described here to work properly. The thickness of the copper layer at the point at which the ends of the head core 3, 8 form the pole shoes 5 and 6 also determines the width of the useful gap 7 of the magnetic head. If a gap width L is desired that is less than the thickness of the copper layer 4, it can be produced, for example, in two steps, the first step determining the gap width and the second step determining the thickness of the part of the winding which is not between the Pole pieces 5 and 6 lies. The applied photoresist pattern is then removed again and a new photoresist layer is applied, from which the lacquer is removed by exposure and development at the point where pattern c (FIG. 2) has to be created an electroplating bath, the core parts 8 made of nickel-iron (NieoFe2o) with a thickness of 4 μΐη applied according to pattern c . The core parts 3 and 8 form a head core which runs around the winding 4 three times. Finally, the last used photoresist pattern and the superfluous plating base 2 must be removed, which can be done, for example, in a sputter-etching process. Fig. 1 shows the magnetic head of the invention prior to performing this step. The sputter-etching step also influences the applied copper and nickel-iron layers, but in connection with the small thickness of the plating base 2, only a short time is required for the sputter-etching step, so that the influence mentioned is negligibly small in practice. If necessary, the magnetic head 9 can also be covered with a protective layer made of quartz (not shown). The head cores can surround the winding in a meandering shape or in a loop shape.

Durch die oben beschriebene herstellung liegt die Konfiguration des Polstückes in hohem Maße bereits von vornherein fest. Wenn man sich die freie Wahl der Konfiguration vorbehalten will, Λ dei in F i g 3 schematisch dargesteiite Aufbau besser geeignet. F ι g. j zeigt eine Draufsicht eines Zweispurenkopfes 10. der aus zwei spiegelsymmetrischen einfachen Köofen Il und 12 besteht. Da der Aufbau der Köpfe 11 und 12 in Prinzi; gleich ist, wird hier nur der Aufbau des Kopfes 11 beschrieben. Der Kopf 11 besteht aus einem ersten Polstück 13, das einmal um eine elektrische Wicklung 14 gemäß Fig. 4 in einer Seitenansicht gewickelt ist. Die Enden des Polstückes 13 bilden Polschuhe 15 und 16. die durch das nichtmagnetische Material der Wicklung 14 voneinander getrennt werden Über die Wicklung 14 ist das, Polstück 13 mit einem Kopfkern 17 gekoppelt, der mehrmals um eine Wicklung 18 gemäß obiger Beschreibung gelegt ist. Auf diese Weise ist faktisch ein Einwindungskopf mit einem Transformator verwirklicht. Die Konfiguration der Polschuhe 15 und 16 kann in diesem Fall irei gewählt werden. Weitere Vorteile bestehen darin, daß die vorzugsweise mäanderformigen Schleifen des Kopfkernes 17 im wesentlichen hinter den Polstücken liegen und nicht daneben und daß durch den Aufbau des Kopfes 11 dieser mit einem zweiten Kopf mil gleichem Aufbau (in diesem KaII dem Kopf 12) /u einem Zweispurenkopf kombiniert werden kann. Die Herstellung der einzelnen Kopfteile erfolgt in der oben beschriebenen Weise.As a result of the production described above, the configuration of the pole piece is to a large extent already fixed from the outset. If you want to reserve the right to free choice of configuration Λ dei 3 schematically dargesteiite structure better suited in F ig. Fig. j shows a plan view of a two-track head 10, which consists of two mirror-symmetrical simple Köofen 11 and 12. Since the structure of the heads 11 and 12 in principle; is the same, only the structure of the head 11 will be described here. The head 11 consists of a first pole piece 13 which is wound once around an electrical winding 14 according to FIG. 4 in a side view. The ends of the pole piece 13 form pole pieces 15 and 16, which are separated from one another by the non-magnetic material of the winding 14. In this way, a single winding head with a transformer is in fact realized. The configuration of the pole shoes 15 and 16 can be selected irei in this case. Further advantages are that the preferably meandering loops of the head core 17 are essentially behind the pole pieces and not next to them and that, due to the structure of the head 11, it has a second head with the same structure (in this case the head 12) / u a two-track head can be combined. The individual headboards are produced in the manner described above.

Die Eigenschaften des in F ι g. 1 dargestellten Magnelkopfes sind in der Praxis gemessen, und zwar in einem Plattenspeicher. dessen Geschwindigkeit 40 m/sec. betrug und wobei die Höhe, in der der Kopf über der Scheibe schwebte. 0,5 μπι war. Bei einer Spurbreite W von 50 μιη, einer Spaltbreite /. von 2 um und einer relativen Permeabilität des Materials des Magnetkernes von 2500 betrug die Ausgangsspannung 0,1 mV. Dies entspricht 65% der Ausgangsspannung, die ein herkömmlicher Dünnfilmkopf mit drei Windungen (Leiter um den Kern gewickelt; Isolation zwischen Kei η und Wicklung) unter den gleichen Umständen theoretisch liefern kar,n.The properties of the in FIG. 1 shown Magnelkopfes are measured in practice, in a disk memory. its speed 40 m / sec. and where the height at which the head hovered over the disk. 0.5 μπι was. With a track width W of 50 μm, a gap width /. of 2 µm and a relative permeability of the material of the magnetic core of 2500, the output voltage was 0.1 mV. This corresponds to 65% of the output voltage that a conventional thin-film head with three windings (conductor wound around the core; insulation between core and winding) theoretically delivers under the same circumstances.

Hinsichtlich der Bemessung des in F i g. 1 dargestellten Kopfes sei noch bemerkt, daß die Breiten W\ und W₂ der angebrachten Muster je 50 μΓη betrugen und der Abstand dzwischen den Windungen 10 μηι betrug.With regard to the dimensioning of the in F i g. 1, it should be noted that the widths W 1 and W _{2 of} the attached patterns were each 50 μm and the distance d between the turns was 10 μm.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

! Thin film inductive magnetic head with a non-magnetic substrate made up of a head core metallic, ferromagnetic material for conducting a magnetic flux and a pole piece with having a useful gap, and a winding for generating a magnetic flux in the core or for Taking off a magnetic flux, characterized in that the winding (4, 18) in is designed as a one-turn loop in a manner known per se and that the head core (3, 8, 17) The winding (4, 18) directly surrounds the winding (4, 18) in a meandering manner without an intermediate insulating layer.

2. Magnetic head according to claim 1, characterized in that that the head core (17) forms a closed magnetic circuit and the pole piece (13) via a second winding (14), which is inserted into the useful gap, is coupled to the head core (17).

3. A method for manufacturing a magnetic head according to claim I, characterized in that a first core pattern of metallic ferromagnetic material is applied to the substrate, that an electrical conductor pattern is applied to the first core pattern and on the substrate, such that it is the first core pattern partially covered, that a second Kvmmmuster made of metallic ferromagnetic material is applied to the conductor pattern, the first core pattern and the substrate in such a way that it complements the first core pattern to form at least two meander loops and on the pole piece with a part of the first core pattern on which a "'"si! the conductor pattern is attached, two du ch a non-magnetic gap is formed of one another ^r getreniite Pr'schuhe.