DE2838263A1

DE2838263A1 - Magnetkopf und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2838263A1
Application number: DE19782838263
Authority: DE
Inventors: Fred S Lee
Original assignee: Magnex Corp
Current assignee: Magnex Corp
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1978-09-01
Publication date: 1979-03-08
Also published as: CA1134945A; FR2402270B1; NL7809047A; JPS5449109A; GB2003647A; FR2402270A1; GB2003647B

Description

PATENTANWÄLTE DR. KARL TH. HEGEL · DIPL.-ING. KLAUS DICKEL-

GROSSfi BERGSTRASSE 223 2000 HAMBURG 50 JULIUS-KREIS-STRASSE 33

POSTFACH 500662 TELEFON (040) 3962 95 TELEFON {089} 88 5210

~l

8000 MÜNCHEN GO

Telegramm-Adresse: Deollnerpatent München

Ihr Zeichen:

Unser Zeichen:

8000 München, den

H 2891

.Magnex Corporation 1301 Cornell Parkway Oklahoma City, Oklahoma 73108 United States of America

Magnetkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

909810/0974

Postscheckkonto: Hamburg 291220-205 · Bank: Dresdner Bank AG. Hamburg, Kto.-Nr. 3813897

Beschreibung :

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkopf und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei es sich im einzelnen um einen Dünnschichtmagnetkopf für Aufnahme und Wiedergabe handelt, wie sie in Hochgeschwindigkeitsanlagen eingesetzt werden, um mit Aufzeichnungsmedien wie Magnetbändern, Walzen, Scheiben und ähnlichem in Wechselwirkung zu treten.

Es sind verschiedene Arten von induktiven und magnetoresistenten Magnetköpfen bekannt, die einen Dünnschichtaufbau besitzen. Die bekannten Magnetköpfe besitzen einen unterschiedlichen Dünnschichtaufbau,der oftmals durch den jeweiligen Verwendungszweck bestimmt ist. Es läßt sich allgemein sagen, daß die herkömmlichen Magnetköpfe innerhalb des Kopfaufbaues gleichmäßige Dünnschichtelemente wie Abschirmungen, Pole und andere Wirkflächen tragen. So beschreibt beispielsweise die US-PS 3 867 368 ein mehrlagiges

909810/0974

Dünnschichtelement in einem Induktivmagnetkopf.

Es sind verschiedene verfahren zur Herstellung von Dünnschichtmagnetköpfen bekannt, bei welchen die herkömmlichen Methoden der Sedimentierung, des Ätzens, des Plattierens usw. eingesetzt werden. Bei der herkömmlichen Herstellung von Dünnschichtmagnetköpfen war es jedoch erforderlich, zunächst den Magnetkopf zu fertigen und anschließend den Magnetkopf auf einen Gleitkopf aufzubringen, wie er in Hochgeschwindigkeitsanlagen eingesetzt wird. Verschiedene Verfahren hinsichtlich der Herstellung eines magnetoresistenten Dünnschichtmagnetkopfes werden eingehend in der US-PS 3 908 194 diskutiert, wobei auch die Reihenfertigung derartiger Magnetköpfe behandelt wird. Hiernach wird ein magnetisch abschirmendes Substrat verwendet, das aus einem Ferritmaterial zusammengesetzt ist, wobei nach der Herstellung des Magnetkopfes dieser nach wie vor auf einen Gleitkopf oder eine andere Halterung aufgebracht werden muß, entsprechend dem jeweiligen Einsatzbereich.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, der eine hohe Leseleistungsfähigkeit und geringe Ausmaße besitzt, um somit hohe Aufzeichnungsdichten zu erreichen. Dabei soll der Kopf ein ge-

909810/0974

formtes Schreibfeld besitzen, um ein hohes ümkehrfeld an der nachlaufenden Kante des Schreibpols zu vermeiden.

Außerdem soll ein orientierter magnetoresistenter Streifen vorgesehen sein, der einen gleichmäßigen und wiederholbaren Betrieb gewährleistet. Neben einem hohen Auflösungsvermögen der Leseanordnung soll eine optimale Gleitflächentextur und Haltbarkeit des Magnetkopfes gegeben sein.

Außerdem soll der Magnetkopf mehrlagige Pol- und Abschirmelemente mit einem modifizierten Pol der nachlaufenden Kante besitzen, um wesentlich verbesserte Schreibcharakteristika zu erzielen.

Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines kombinierten Gleit- und Magnetkopfes zu schaffen, bei welchem die Dünnschichtstruktur auf ein Substrat mit einer Dicke aufgebracht ist, die etwa der Soll-Länge der Magnetkopfgleithalterung entspricht, wobei sich die Fertigung in wenigen Produktionsschritten einschließlich der Passivierung mindestens der Gleitflächen durchführen lassen soll.

Gemäß der Erfindung wird der Dünnschichtmagnetkopf für Aufnahme und Wiedergabe unmittelbar auf die Gleithalterung

909810/0974

-_ή3 28 3 8

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Substrat mit einer Dicke ausgewählt, die der Länge des Gleitkopfes , entspricht. Hierauf wird auf bestimmte Flächen der Substratscheibe eine Anzahl von Dünnschichtmagnetköpfen aufgebracht _: unter Verwendung hinlänglich bekannter Dünnfilmniederschlags-, Ätz- und Plattierungsverfahren. Hierauf wird die Substratseheibe aufgeteilt und jeder einzelne Abschnitt wird geglättet und poliert/ um somit eine vollständige Gleithalterung mit einem kombinierten Dünnschichtmagnetkopf (d. h. magnetoresistente Wiedergabeund. indukteive Aufnahme) oder einem induktiven Kopf herzustellen, wobei die elektrischen Kontakte betriebsbereit angeordnet sind. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen magnetoresistenten Dünnschichtmagnetkopfes sind eine Leseabschirmung, ein Sensor, eine Vormagnetisierungsschicht, ein Abschirmpol und ein Pol der nachlaufenden Kante vorgesehen, wobei die Leseabschirmung, der Abschirmungspol und der Pol der nachfolgenden Kante aus einer Anzahl wechselnder Paare von Dünnfilmschichten aus ausgewähltem magnetischem Material bestehen. Die Vormagnetisierungsschicht ist außerdem als eine Dünnschicht aus permanentmagnetischem Material unmittelbar angrenzend an die Lesesensordünnfilmschicht aus magnetoresistentem Material aufgebracht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten

4/5 909810/0974

Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer

Substratscheibe mit auf einem Teil der Oberfläche angegebenen Unterteilungsbereichen und aufgebrachten Dünnschichtmagnetköpfen ,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines gefertigten Gleitkopfes mit gemäß der Erfindung aufgebrachtem Dünnschichtmagnetkopf,

Fig. 3 einen anderen Aufbau des Gleitkopfes mit

einer Anordnung von mehreren Magnetköpfen, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines

gefertigten Dünnschichtmagnetkopfes, der auf den Gleitkopf aufgebracht ist,in einem größeren Maßstab,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch einen mehrlagigen

Dünnschichtpol oder eine Abschirmung des

909810/0974

Magnetkopfaufbaues gemäß Fig. 4 in einem stark vergrößerten Maßstab,

Fig. 6 einen Teilschnitt durch einen mehrlagigen

Dünnschichtpol der nachlaufenden Kante gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Aufbau in stark vergrößertem Maßstab,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung in auseinander gezogener Form zur Erläuterung der Betriebselemente des Magnetkopfes gemäß Fig. 4,

Fig. 8 ein Fließdiagramm, das den Passivierungs-

überzug zur Behandlung der Gleitflächen

des Dünnschichtmagnetkopfes erläutert,

Fig. 9 eine grafische Darstellung der erwarteten

Lebensdauer eines Betriebsparameters überzogener Gleitkopf elemente, und

Fig. 10 eine grafische Darstellung der erwarteten

Lebensdauer eines anderen Betriebsparameters überzogener Gleitelemente.

SG981Q/Q974

nit

Die in Pig. 1 dargestellte Scheibe aus einem geeigneten Substrat 10 ist mit einer Anzahl von Teilungslinien 12 und Querteilungslinien 14 versehen, die abgestimmte Bereiche einteilen. In der Praxis kann die Substratscheibe TO aus verschiedenen Substanzen wie beispielsweise Silicium oder Ferrit bestehen mit einer Dicke t, die int Handel verfügbar ist, mit Standarddurchmessern im Bereich von 57 mm bis etwa 102 nun. Die abgestimmten Bereiche erstrecken sich über die gesamte Oberfläche 16 der Substratscheibe 10 in einer sehr großen Anzahl, da die Magnetkopfkerne 18 in einem jeden Bereich Dimensionen von wenigen Mil im Quadrat besitzen. Somit kann eine sehr große Zahl von Magnetkopfkernen 18, wobei es sich entweder um Induktivköpfe oder kombinierte Köpfe handeln kann, gleichzeitig auf die Oberfläche 16 mittels herkömmlicher Maskier-, Ätz- und Plattierungsverfahren aufgebracht werden, wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben werden wird.

Nach dem Aufbringen einer großen Zahl von Magnetkopfkernen 18 innerhalb der koordinierten Bereiche kann die Substratscheibe 10 entlang der Teillinien 12 und 14 über die gesamte Ausdehnung der Scheibe geschnitten werden, wodurch eine große Zahl individueller Substrat/Kernkombinationen hergestellt wird, die dann geglättet und poliert werden zur Bildung einer Magnetkopf/Gleithalterungkombination 20, wie sie in Fig.

909810/097A

-■■*■ -

gezeigt ist. Somit entsteht aus einem Teil .der Substrat-, scheibe 10 mit der Dicke t eine Gleithalterung 22 als Teil des Magnetkopfes, der an einem Ende den Magnetkopfkern 18 trägt einschließlich des Magnetkopfes 24 mit den plattierten oder deponierten Leitern, d. h. einem Schreibleiter 26 und einem Leseleiter 28, wie noch im einzelnen zu beschreiben sein wird. Bei der Endfertigung des ausgeschnittenen Scheibenabschnittes und der Vervollständigung der Gleit-, haiterungsanordnung wird ein Querschlitz 30 in den oberen Teil der Gleithalterung 22 eingeschnitten, die sich gegenüber liegenden unter Kanten unter Bildung der Schrägflächen 32 und 34 abgeschrägt und ein Polieren der Gleitflächen ,,36 auf der Unterseite durchgeführt. Somit entsteht eine vollständige Gleithalterung/Magnetkopfanordnung 20 in relativ wenigen Verfahrenssehritten, die unmittelbar einsatzbereit ist. ;

In Fig. 3 ist ein gefertigter Dreifachgleitkopf 40 dargestellt,, der gemäß einem ähnlichen Verfahren produziert wurde, wobei es lediglich erforderlich ist, die Aufteilung der Substratscheibenoberfläche 16 entsprechend dem gewünschten Muster aufzuteilen und entsprechende Ätzmasken und andere spezielle Aufteilungsmuster vorzusehen. Der Dreifachgleitkopf 4O besitzt die Länge t, die der Dicke der Substratscheibe 10 entspricht, und wird schließlich geglättet und poliert einschließlich des Querschlitzes 42

9Q.9810/0974

und einer Anzahl von Schrägflächen 44,. die die Gleitflächen 46, 48 und 50 auf der Unterseite begrenzen, . welche in einer Ebene mit den Taststreifen der Dünnschiehtmagnetkopfkerne 52, 54 bzw. 56 liegen. Das Plattierungs- oder Niederschlagsverfahren ermöglicht auch die Anbringung der erforderlichen Lese- und Schreibleiterzuführungen fü^ jeden der Köpfe 52, 54 und 57, die auf der Endseite 58 -, des Gleitkopfes 40 freiliegen. Solche Mehrspurgl.eitmagnetkopf anordnungen können für beliebig viele. Dünnfilmmagnetköpfe in Reihenfertigung durch den Einsatz der erforderlichen Niederschlags- und Maskierverfahren hergestellt werden.

Die Fig. 4 zeigt in einem stark vergrößerten Maßstab, einen magnetoresistenten Magnetkopf 60 für Aufnahme und Wiedergabe, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Die Darstellung gemäß Fig. 4 zeigt das Substrat 62 (den Gleithalterungsteil) in der endgültigen Form für den betrieblichen Einsatz.Gegenwärtigwird als Substrat 62 Silicium gewählt, da es die gewünschte hohe Wärmeleitfähigkeit und Oberflächenglätte besitzt, die die Aufnahme von Dünnschichtniederschlägen unterstützt. Das Siliciummaterial eignet sich auch für eine Bearbeitung und die Formgebung der endgültigen Gleithalterungsanordnung.

Im Laufe der Herstellung des iaagnetoresistenden Kopfes 60 wird das Substrat 62 zunächst mit einem ersten Nieder-

7/8 909810/0974

schlag 64 aus-Isolationsmaterial überzogen, das nicht magnetisch* ist und eine harte dielektrische Qualität besitzt. Bei einem solchen Isoliermaterial kann es sich um AIjO₃f SiJ; oder andere Siliciumoxide handeln, wobei alle Materialien die Eigenschaften besitzen, daß sie sich leicht niederschlagen lassen und den verschiedenen Ätztechniken zugänglich sind. Im Fall eines Siliciümsubstrates kann:die Rohoberfläche einer Hitzebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt werden, um eine Silieiumdioxidsehicht auszubilden, wobei es sich um ein bekanntes Verfahren der Halbleitertechnik handelt. Als nächstes wird eine Leseabschirmung 66 aufgebracht, bei welcher es sich um eine mehrlagige magnetische Struktur handelt, die aus einer geraden Zahl von Paaren von Nickel/Eisen-Dünnschichten wechselweise mit dünnen Schichten aus SiO₂ oder Titan handelt. Damit bilden die gradzahligen Paare von Dünnschichten magnetostatisch gekoppelte Paare und dienen zur Herabsetzung der erforderlichen gesamten magnetischen Energie wie auch der Aufrechterhaltung einer stabilen Bereichsposition entlang einer bevorzugten Richtung.

Die Fig. 5 zeigt einen Teil der Dünnschichtleseabschirmung 66 in vergrößertem Maßstab. Dementsprechend kann ein erster Niederschlag aus Siliciumdioxid (SiO,,) bis zu einer Dicke

von 20 b.is 1000 A bestehen, und die Paare würden sich dann 8/9

909810/0974

aus übereinander liegenden Lagen einer dünnen Nickel-Eisenschicht (NiFe) 70 jeweils bis zu einer Dicke von

500 bis 200 A wechselweise zusammensetzen. Die Dicke der dünnen SiO- und NiFe-Schichten 68 und 70 können in weiten Bereichen verändert werden, um damit die magnetischen Eigenschaften und Ansprechcharakteristika in der gewünschten Weise zu variieren. Dem entsprechend wird die Abschirmung 66 endgültig aufgebaut, indem man eine Vielzahl solcher Paare von Dünnschichten 70 übereinander aufbringt, die jeweils durch Zwischenschichten 68 getrennt sind. Bei der Herstellung können die mehrlagigen Dünnschichten 68 und aufeinanderfolgend durch verschiedene bekannte Verfahren aufgebracht werden einschließlich der Vakuumevaporationaufdampfverfahren, wobei der Vorgang in einer einzigen Vakkumerzeugung durchgeführt werden kann. Die räumliche Anordnung der Dünnschicht kann durch Ätzen erfolgen und zwar entweder durch chemisches Äzten, durch Sputter-Ätzen oder durch Ionenfräsen.

Eine relativ dünne Isolationsschicht 72 (Fig. 4) wird dann über der Abschirmung 66 aufgebracht, wobei der Isolator wieder aus Al-O- oder hinlänglich bekannten Glaszusammensetzungen einschließlich SiO„ und verwandten Silikaten sowie Siliciumnitrid bestehen. Ein magnetoresistenter (MR) Sensor 74 wird dann auf die Abschirmung 66 mit zwischenliegender

909810/0974

- rr -

Isolation aufgebracht. Der Sensor 74 besteht aus einem Niederschlag aus magnetoresistentem Material wie NiFe-Legierung und es werden entsprechende Kontaktschichten 76 und 78 als Verlängerung aufgebracht, um einen elektrischleitenden Kontakt mit den plattierten Leitern 80 und 82 herzustellen. Wie sich auch aus Fig. 7 ergibt, können die leitenden Schichten 80 und 8 2 durch einen herkömmlichen Leiterniederschlag aufgebracht werden, wie beispielsweise aus Gold, Aluminium u. ä. durch Aufbrenn- und Plattierungsverfahren über entsprechende Masken. Der Dünnschicht-MR-Sensor 74 kann niedergeschlagen oder aufgedampft werden

bis zu einer Dicke im Bereich von 2Oo bis 500 A in Abhängigkeit von den gewünschten Charakteristika, die auf den Magnetaufnahmekopf übertragen werden sollen.

Als nächstes wird eine Dünnschicht aus Isolationsmaterial, wie beispielsweise aus den bereits erwähnten glasähnlichen oder glasgleichen Materialien über die Leiter 80 ind 82 sowie den MR-Sensor 74 aufgebracht. Diese Oberfläche nimmt dann den Niederschlag einer Vormagnetisierungsdünnschicht 86 auf, die aus einem dünnen Filmniederschlag eines geeigneten permanentmagnetischen Materials besteht, wie beispielsweise Alnico oder einer anderen Legierung von hoher Remanenz. Diese dünne permanentmagnetische Vormagnetisierungsschicht 86 steuert die Dünnschichtbereichsorientierung innerhalb des

909810/0974

Leseelementes. Ein weiterer Niederschlag aus Isolationsmaterial 88 wird dann auf die Vormagnetisierungsdünnschicht 86 aufgebracht, welche in entsprechendem Abstand einen Abschirmpol 90 trägt/ der ebenso aufgebaut sein kann, wie der Pol 66, der in großem Maßstab in Fig. 5 dargestellt sein kann. Dementsprechend besteht der Abschirmpol 90 aus aufeinander liegenden Lagen magnetostatisch gekuppelter Paare aus SiO- oder Ti und NiFe-Dünnschichten bis zu der erforderlichen Stapelhöhe, die beispielsweise in der Größen-

Ordnung von 20.000 A liegt. Der Abschirmpol 90 wird von einer Isolierschicht 92 abgedeckt, wie sie bereits erwähnt wurde, auf welcher ein Schreibleiter 94 aufgebracht wird zur induktiven Kopplung an dessen zugeordnete Schreibpole. Der Schreibleiter 94 kann durch Aufdampfen in die entsprechende Form gebracht werden, wobei anschließend das leitende Material bis zu der erforderlichen Dicke aufplattiert werden kann.

Eine abschließende Isolierdünnschicht 96 wird dann auf gebracht, die auf ihrer Oberseite einen Pol 98 an der nachlaufenden Kante aufnimmt, der entsprechend der Mehrlagendünnschicht ausgebildet ist. Somit besteht auch der Endkantenpol 98 aus einem Stapel magnetostatisch gekoppelter Paare dünner NiFe-Schichten 1O2-1O2n. Die Dicke und Anordnung kann jedoch entsprechend der Formgebung des Schreibfeldes der Ein-

909810/0974

heit geändert werden. Somit werden entsprechend der Darstellung in Fig. 6 die Paare der NiFe-Dünnschichten 102 verwendet, um die gestapelten Paare magnetostatisch gekuppelter Dünnschichten aufzubauen. Das Schreibpolelement ist jedoch vorzugsweise so ausgebildet, daß die Dicke aufeinander liegender dünner Schichten 102 in Richtung auf die Hinterkante des Magnetkopfas 60 abnimmt. Dies ergibt sich auch aus Fig. 6,gemäß welcher die oberen beiden Dünnschichten iO2n jeweils proportional abgeschwächt sind im Verhältnis zu der Grunddünnschicht 102.

Unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig. 4 besitzt die Abschirmung 66, der Abschrimungspol 90 und der Hinterkantenpol 98 im wesentlichen eine quadratische ebene Ausdehnung innerhalb des Magnetkopfes 60. Die Querausdehnung, die durch den Pfeil 104" angedeutet ist, kann in der Größen-Ordnung von 0,5 bis 1,4 Mil liegen entsprechend den Erfordernissen der Aufzeichnungsspurdichte und die Dimension senkrecht hierzu oder die Tiefe der entsprechenden Abschirmungen oder Pole kann in etwa gleich oder größer sein in der Richtung 130. Die endgültige gestapelte Dünnschichtstruktur wird dann eingeschlossen durch ein geeignetes Passierungsmaterial wie Glas oder ein anderes hermetisch abschließendes Material als überzug 106. Falls gewünscht kann sich ein dünner überzug des Passivierungsmaterials 106 über die gesamte Magnetkopffläche erstrecken, die zusammen mit der Gleitfläche"des

909810/0974

Substrats 62 der Endbehandlung unterzogen wird.

Die Lese- und Schreibleiter können auf den Seiten des Magnetkopfes 60 aufgedampft und plattiert sein. Entsprechend der Darstellung in Fig. 4 können die Schreibleiter 110 und 112 sowie die Leseleiter 114 und 116 in Form gedruckter Schaltungen hergestellt werden, um die entsprechenden Leiterverbindungen herzustellen, die allgemein für den Schreibleiter 96 durch gestrichelte Linien 118 und 120 und für die Leseleiter 80 und 82 durch die gestrichelten Linien 122 und 124 angegeben sind. Derartige Verbindungen können beispielsweise durch Niederschlagen und Plattieren mit entsprechender Maskierung und Ätzen während des Dünnfilmauftragsverfahrens hergestellt werden und nachfolgender Anbindung oder Plattierung äußerer Leitungsanschlüsse, wie dies hinlänglich bekannt ist. Derartige Verfahren werden beispielsweise in der vorerwähnten US-PS 3 908 194 eingehend beschrieben, um nur eine Quelle zu nennen.

Die Fig. 7 zeigt in einer deutlicheren Weise die Herstellung der Lese- und Schreibleiter im Laufe des Aufbringens, Ätzens und Plattierens während des Dünnschichtherstellungsverfahrens. Nach dem Aufbringen der MR-Schicht 74 mit den leitenden Kontaktschichten 76 und 78 werden die Metalleiter

909810/09

80 und 82 gebildet und zwar anliegend hieran und hiermit in elektrischem Kontakt stehend und erstrecken sich nach außen und rückwärts in einer Haarnadelausbildung (116 und 114), woran anschließend äußere Anschlußklemmen befestigt werden können. In einer gleichen Weise wird nach der Ausbildung der Isolierschicht 92 (Fig. 4) als Auflage auf dem Abschirmpol 90 der Induktivschreibleiter .94 entsprechend niedergeschlagen und plattiert, um sich seitlich nach hinten als Schreibleiter 112 und 110 zu erstrecken, womit ein Anschluß für äußere Schreibklemmen gebildet wird. Die zahlreichen Isolationsschichten sind zur Verdeutlichung in Fig. 7 weggelassen, aber sie sind natürlich in dem Endaufbau vorhanden, wobei der Passivierungsüberzug 106 über den gesamten Dünnschichtaufbau gelegt wird und lediglich die Endkontaktklemmen der Leseleiter 116 und 114 und der Schreibleiter 112 und 110 freiliegen.

Im Betrieb wird die Gleitmagnetkopfanordnung so an das Aufzeichnungsmedium herangeführt, daß dieses sich in Richtung des Pfeiles 132 in Fig. 4 bewegt, d. h. senkrecht zu der Abschirmung 66,dem Abschirmpol 90 und dem Rückkantenpol 98„ Beim Lesen stellt der Sensor 74 die magnetresistente Aufnahme als Energieänderungsinformation dar, die direkt durch den Anschluß an die Leseleiter 80 und 82 weitergeleitet wird. Die Bereichsorientierung des magnetresistenten Sensors 74

909810/0974

wird durch die permanentmagnetische Vormagnetisierungsschicht 86 sichergestellt, die über eine Isolierschicht auf dem Sensor aufliegt. Die Polarelemente beim Lesen sind die Abschirmung 66 und der Abschirmungspol 90, die als Abschirmung während des Lesebetriebs funktionieren und somit einen magnetoresistenten Streifen an der Lesezwischenfläche darstellen. Beim Schreiben arbeitet der Abschirmungspol 90 dann als Vorderkantenpol in Verbindung mit dem Rückkantenpol 98 und die induktive Kopplung an den Schreibleiter 94 stellt den Ausgang für die Schreibanzeige über die Schreibleiter 110 und 112 dar.

Es hat sich gezeigt, daß die Robustheit und dem entsprechend die Lebensdauer der Dünnschichtgleitelemente erheblich verbessert v/erden kann, wenn man das gesamte Element einem Passivierungsverfahren aussetzt, das das Element vom Luftzutrifft abschließt und einen harten Schutzüberzug erzeugt. Der Passivierungsüberzug verbessert nicht nur die Langzeitmaterialstab ilität des Gleitkopfes, sondern erträgt auch zum Schutz der Gleitfläche bei, d. h. der Oberfläche einschließlich der Gleitschrägflächen, die das Aufzeichnungsmedium beim Hochgeschwindigkeitsbetrieb seitlich tragen. Es wurde dementsprechend ein Verfahren entwickelt, um die gefertigten Dünnschichtmagnetköpfe zu überziehen und dadurch wirkungsvoll die NiFe-Magnetschichtstrukturen zu passivieren, wobei als über-

909810/0974

Λ?

zugsmaterialien normalerweise verwendete Passivierungsmaterialien eingesetzt werden, wie SiO,,, Al^CL·, Si-,Ν, usw. Hierdurch wird die Lebensdauer der MR-Sensoren auf eine berechnete äquivalente Lebensdauer in der Größenordnung von 1000 Jahren verlängert. Dies wurde aus Werten abgeleitet, die unter ähnlichen Betriebsbedingungen für Blasentyp MR-Sensoren berechnet wurden wie noch im einzelnen beschrieben wird.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich auch aus dem Passivierungsüberzug mit SiO, oder Si-,Ν., indem die Gleitfläche der Gleithalterungsanordnung in starkem Maße durch die Härte des Überzugsmaterial gefestigt wird. Das überzugsverfahren besitzt auch den Vorteil der Verbesserung der Kompatibilität der Gleithalterungsanordnungen mit zukünftigen Materialien, die nach aller Wahrscheinlichkeit härtere Oberflächencharakteristika haben werden. Es ist somit äußerst erstrebenswert, daß die aus Siliciumscheiben hergestellten Gleithalterungsanordnungen gemäß der Erfindung auch die Robustheit des Passivierungsüberzuges besitzen. Dies beruht auf den Start/ Stoppanforderungen der Köpfe, insbesondere bei leichter Pupinisierung wie bei der IBM 3340 (Winchester Typ).Zusätzlich hat das Passivierungsverfahren auch Vorteile für andere Formen von Dünnschichtstrukturen wie Dünnschichtmagnetköpfen

909810/0974

für Magnetbandaufnahme und Wiedergabe.

Das vorliegende Passivierungs- oder Uberzugsverfahren eignet sich besonders für Dünnschichtmagnetgleitkopfanordnungen, wie sie beispielsweise in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, die serienweise hergestellt werden unter Verwendung von Silicium in Scheibenform als Substrat. Die Verwendung eines Siliciumblockes als Gleitkopf bietet den Vorteil einer raschen Wärmeabfuhr aus dem Magnetkopf, wodurch ein konstanter Raumtemperaturbetrieb für die schnellen Aufnahme/Wiedergabeelemente gegeben ist. Da es sich jedoch bei Silicium ein ein relativ weiches Material für die Verwendung als Gleitkopfmaterial bei Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung im Stopp/Startbetrieb handelt, wird seine Einsatzfähigkeit durch das erfindungsgemäße Uberzugsverfahren stark verbessert, da hiermit eine relativ harte Uberzugsflache auf die Gleitkontaktoberfläche, d. h. die Oberflächen 46, 48 und 50 gemäß Fig. 3 übertragen wird.

Unter Bezugnahme auf die Darstellung gem. Fig. 8 wird die Gleitkopfherstellung 140 in der Weise durchgeführt, wie dies anhand der Fig. 1 bis 7 erläutert wurde unter Reihenaninrtigung der Einfach- oder Mehrfachglei!kopfanordnungen. Nach der individuellen Gl eitkopfherstellung und dem sich anschließenden Glätten und Polieren werden die Gleitköpfe einem Endüberzugsschritt oder -verfahren 14 2 unterzogen, wo-

_unb 909810/097/.

bei das Passivierungsmaterial auf die gesamte äußere Oberfläche der Gleitkopfanordnung aufgebracht wird oder zumindest die Gleitflächen und die angrenzenden Kanten» Das Aufbringen das Passivierungsmaterials kann durch herkömmliches Vakuumverdampfen oder Aufdampfverfahren bis zur hinreichenden Dicke durchgeführt werden. Hinsichtlich der Dicke des Überzuges gibt es keine bestimmte Grenze, wobei es lediglich erforderlich ist, die Gleitkopfanordnung zu passivieren oder abzudichten. Dem entsprechend kann die

O O

Dicke des Überzugs zwischen 1000 A und 5000 A variieren entsprechend dem jeweiligen Anwendungsbereich und dem beabsichtigten Einsatz.

Nach dem abschließenden Überzugsschritt 142 ist die gefertigte Gleitkopfanordnung 144 betriebsbereit für Hochgeschwindigkeit sauf Zeichnungsanwendungen, wobei der Siliciumgrundaufbau 146 vollständig durch den Passivierungsüberzug geschützt ist. Außerdem sind die Gleitflächen 148, 150 und 152 wie auch.die angrenzenden Oberflächen des Dreifachgleitkopfelementes vollständig durch das überzugsverfahren passiviert. Für bestimmte Anwendungsbereiche in der Praxis ist es zweckmäßig, Schrägflächen 154_r 156 und 158 vorzusehen, um die Gleitfähigkeit der Gleitkopfelemente 144 angrenzend an eine Speicherfläche während des Hochgeschwindigkeitsbetriebes zu verbessern.

909810/0974

Vorzugsweise besteht das aufgedampfte oder evaporierte Passivierungsmaterial aus SiO-, Al-O.,, Si^N. oder anderen Passivatoren, wobei die grafischen Darstellungen gemäß den Fig. 9 und 10 den Effekt des Überzugsverfahrens anhand kritischer Gleitkopfparameter erläutern. Die Daten wurden berechnet, um Passivierungseffekte auf Blasentyp MR-Sensoren zu erläutern und veröffentlicht durch C. H. Bajorek und Ä. F. Mayadas, AIP Conference Procedures, 1972. Die Versuche wurden bei einer Vergütungstemperatur von 250 ⁰C an

einer MR-Schicht von 200 Ä durchgeführt.

In Fig. 9 ist die Koerzivkraft H über der Zeit in jeweils 100 Stunden aufgetragen, wobei während der ersten 100 Stunden die Probe in einem Vakuum aufbewahrt wurde. Es zeigt sich, daß die Koerzivkraft des Materials im Vakuum stetig blieb, jedoch eine weite Divergenz zeigte, wenn sie einer Luftumgebung nach 100 Stunden ausgesetzt wurde. Die Kurve 160 repräsentiert eine nicht überzogene Schicht und zeigt eine starke Divergenz auf eine hohe Koerzivkraft in der Luft. Die Kurve 162 zeigt eine etwas geringere, jedoch ansteigende Koerzivkraft über die Untersuchungsdauer, wobei in diesem Fall die Schicht mit Schottglas überzogen war. Die Kurve repräsentiert eine Schicht, die mit SiO₂ überzogen war, wobei immer noch eine beträchtliche und ansteigende Divergenz auf hohe Koerzivkräfte zutage treten. Schließlich repräsentiert

909810/0974

die Kurve 166 eine Schicht, die mit Si₃N₄ oder SiO überzogen war und die Kurve 168 zeigt die Wirkung eines Überzuges mit A]₃O₃. Der überzug mit Si₃N₄, SiO oder Al₃O₃ zeigt eine gute Beibehaltung einer niedrigen Koerzivkraft in Luftumgebung gemessen über die gesamte Versuchsdauer.

Die grafische Darstellung gemäß Fig. 10 zeigt die Schädigung oder das Verhältnis M/M der augenblicklichen Magnetisierung über die Anfangsmagnetisierung zur Zeit Null. Erneut wurde während der ersten 100 Stunden ein Vakuum aufrecht erhalten und es zeigt sich, daß alle überzogenen Materialien wie auch die nicht überzogenen Materialien einen konstanten Wert im Vakuum beibehielten. Während der sich anschließenden 400 Stunden der Versuche an Proben in Luft zeigten sich die folgenden Ergebnisse:

Die Linie 170 repräsentiert Al₃O₃, SiO und Si₃N₄, die Linie 172 repräsentiert SiO₂, die Linie 174 repräsentiert Schottglas und die Linie 176 repräsentiert die nicht überzogene MR-Schicht relativ zur Schädigung. Hieraus wird erneut deutlich, daß die Überzüge aus Al₃O , SiO und Si₃N₄ einen erheblichen Widerstand gegenüber Schädigungen bieten und dem entsprechend zweckmäßig als Passivierungsüborzüge für das erf indungsgernäßo Vorfahren eingesct ?i wßidon.

#n9G10/0974

Voranstehend wurde sowohl ein Herstellungsverfahren als auch ein verbesserter magnetoresistenter Dünnschichtmagnetkopf beschrieben und ein Verfahren zu dessen Passivierung. Gemäß der Erfindung wird eine vollständig neue Form der Magnetkopfelementherstellung durch die Aufbringung mehrlagiger Dünnschichten beschrieben, wobei der Grad und die Art der Homogenisierung der Magnetkopfelemente die Vielseitigkeit der Anwendung für Dünnschichtmagnetköpfe sowohl des induktiven als auch des magnetoresistenten Typs verbessert. Darüberhinaus erhöht der nachfolgende Passivierungsschritt die Langzeitmaterialstabilität und die Hochgeschwindigkeitsgleitfähigkeit. Die im Laufe der Beschreibung genannten Dimensionen und Materialien sind lediglich beispielhaft angegeben. Es leuchtet ein, daß eine Vielzahl von Materialien zur Herstellung der Dünnschichtmagnetköpfe geeignet ist. Auch die Dimensionen können in einem weiten Rahmen variiert werden entsprechend der betrieblichen Anforderung an einen speziellen Magnetkopf.

909810/Q974

Claims

PATENTANWÄLTE DR. KARL TH. HEGEL ■ DIPL.-ING. KLAUS DICKEL

GROSSE BERGSTRASSE 223 2000 HAMBURG 50 JULIUS-KREIS-STRASSE 33 8O0O MÜNCHEN 60 POSTFACH 500662 TELEFON (0 40) 39 6295 TELEFON (0 89) 88 5210

Telegramm-Adresse: Deollnerpatent Mündien

L J -.:■-.

Ihr Zeichen: Unser Zeichen: 8000 München, den

Patentansprüche :

/ 1./ Verfahren zur einheitlichen Herstellung eines Magnetkopfes mit Gleithalterung, dadurch gekennzeichnet, daß man

ein Substrat mit einer gleichmäßigen Stärke, die der Soll-Länge des Gleitkopfes entspricht, in eine ausgewählte Niederschlagsumgebung bringt, worauf man durch schrittweises Aufbringen und Ätzen einen magnetischen Aufnahme/Wiedergabeaufbau bildet, wobei sich die zugeordneten Leiter in aufeinander abgestimmten Bereichen auf der Oberfläche des Substrats befinden, während man anschließend den Bereich aus dem Substrat

Postscheckkonto: Hamburg 291220-205 · Bank: Dresdner Bank AG, Hamburg, Kto.-Nr. 3813897

909810/0974

herausschneidet und

das herausgeschnittene Substrat glättet und poliert zur Herstellung eines Magnetkopfes erforderlicher Größe und Form, wobei der magnetische Aufnahme/Wiedergabeaufbau so angeordnet ist, daß der Tastbereich in Betriebsstellung in Wechselwirkung mit dem Aufzeichnungsmedium tritt.
2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Anzahl der Bereiche auf der Oberfläche des Substrats vorbestimmt, einen magnetischen Aufnahme/ Wiedergabeaufbau mit den entsprechenden Zuleitungen aufbringt und anschließend das Ausschneiden, Glätten und Polieren zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Magnetköpfe mit einem magnetischen Aufnahme/Wiedergabeaufbau durchführt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man an das Substrat angrenzend zunächst eine Aufnahmeabschirmung aufbringt, die aus wechselnden magnetischen Dünnschichtpaaren besteht, worauf man einen magnetoresistenten Streifen" durch Aufbringen eines Dünnschichtsensors in isolierter Anordnung auf die Abschirmung aufträgt, Aufnahmeleitungen aufbringt, die in Kontakt mit dem Dünnschichtsensor stehen, und eine Dünnschicht-

909810/0974

283S263

dauervormagnetisierungsschicht über dem Dünnschichtsensor jedoch hiervon isoliert anordnet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dünnschichtabschirmungspol über der Vormagnetisierungsschicht von dieser isoliert anordnet, einen Schreibleiter über der Vormagnetisierungsschicht von dieser isoliert aufbringt und einen Dünnschichtpol an der nachlaufenden Kante über dem Schreibleiter von diesem isoliert vorsieht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abschirmpol und den Pol an der nachlaufenden Kante aufbringt, indem man der Reihe nach abwechselnd Dünnschichtpaare von magnetischem und isolierendem Material übereinander anordnet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Pol der nachlaufenden Kante aufbringt, indem man eine größere Zahl abwechselnder Dünnschichtpaare als bei dem Abschirmungspol anordnet.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dünnschichten aus magnetischem Material in einer größeren Schichtdicke als die der Isolierschicht bei der Anordnung des Abschirmpols und des Pols der

909810/0974

nachlaufenden Kante aufbringt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Aufbringung des Hinterkantenpols von dem Schreibleiter aufwärts die wechselnden Dünnschichtpaare mit stetig abnehmender Schichtdicke anordnet.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Abschirmung den Abschirmpol und den Rückkantenpol wechselnder Schichten aus Nickeleisenlegierung und Siliciumdioxid verwendet, während man für die Dauermagnetdünnschicht magnetisches Material hoher Remanenz einsetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Abschirmung, den Abschirmpol und den Hinterkantenpol wechselnde Schichten aus Nickeleisenlegierung

ι und Titan verwendet, während man für die Dauermagnetdünnschicht Permalloy-Material hoher Remanenz einsetzt.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gleitfläche des Magnetkopfes zur Erhöhung der Langzeitmaterialstabilität des Gleitkopfes mit einer Dünnschicht aus ausgesuchtem Passivierungsmaterial überzieht.

909810/0974
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß man mindestens die Gleitfläche des Substrats zur Erhöhung der Langzeitstabilität mit einer Dünnschicht aus rsolationsmaterial überzieht, das härter ist als das Substrat selbst.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Passivierungs- oder Isolationsmaterial ein Siliciumoxid verwendet.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Passivierungs- oder Isolationsmaterial Aluminiumoxid verwendet.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Passivierungs- oder Isolationsmaterial Siliciumnitrid verwendet.
16. Magnetkopf, gekennzeichnet durch

ein Substrat (62) mit einer gleichmäßig glatten Oberfläche,

eine Abschirmung (66) aus magnetostatisch gekoppelten mehrlagigen Dünnschichtfilmen, die gegen das Substrat (62) isoliert aufgebracht sind,

einen magnetoresistenten Dünnschichtsensor (74), der

909810/0974

auf der Abschirmung (66) gegen diese isoliert aufgebracht ist,

Leiter (80, 82), die in elektrischem Kontakt mit dem Sensor (74) stehen,

eine Vormagnetisierungsdünnschicht (86) aus permanentmagnetischem Material, das auf dem Sensor (74) gegenüber diesem isoliert aufliegt,

einen Abschirmpol (90),bestehend aus magnetostatisch gekoppelten mehrlagigen Dünnschichten, der auf der Vormagnetisierungsschicht (86) gegenüber dieser isoliert angeordnet ist,

einen Schreibleiter (94), der auf dem Abschirmpol (90) gegen diesen isoliert vorgesehen ist, sowie einen Pol (98) an der nachlaufenden Kante, bestehend aus magnetostatisch gekoppelten mehrlagigen Dünnschichten, der auf dem Schreibleiter (94) gegen diesen isoliert aufliegt.
17, Magnetkopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (66), der Abschirmpol (90) und der Hinterkantenpol (98) aus nacheinander aufgebrachten Dünnschichtpaaren aus magnetischem Material und Isolationsmaterial bestehen«
18. Magnetkopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschichten aus magnetischem Material (70) eine

909810/0974

• «f-J

größere Dicke als die Dünnschichten aus Isolationsmaterial (68) besitzen.
19. Magnetkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrlagigen Dünnschichtpaare des Rückkantenpols (98) zur Optimierung des magnetischen Schreibfeldes von dem Schreibleiter (94) ausgehend nach oben stetig dünner ausgebildet sind.
20. Magnetkopf nach den Ansprüchen 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß

das magnetische Material eine Nickeleisenlegierung ist, das Isolationsmaterial Siliciumdioxid ist und die Vormagnetisierungsschicht aus Permalloy-Material hoher Remanenz besteht.
21. Magnetkopf nach den Ansprüchen 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dünnschicht aus magnetoresistentem Material an den Leiter zur Darstellung einer Leseanzeige angeschlossen ist.
22. Magnetkopf nach den Ansprüchen 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (62) mit der Abschirmung

(66) an einem Ende senkrecht hierzu länglich ausgebildet ist und eine aerodynamisch optimale Gleitfläche (36)

909810/0974

senkrecht zur Längsausdehnung im Bereich der Abschirmung (66) besitzt.
23. Magnetkopf nach den Ansprüchen 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (62) aus Silicium besteht.
24. Magnetkopf nach den Ansprüchen 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (62) als vielflächiger Körper ausgebildet ist, von dem eine Fläche eine Gleitfläche (36) bildet, während eine zweite Fläche senkrecht hierzuangeordnet ist und ein Dünnschichtmagnetkopf auf die zweite Fläche des Substrats an die erste Fläche angrenzend aufgebracht ist.
25. Magnetkopf nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Aluminium besteht.

909810/0974