DE3007046A1

DE3007046A1 - Mehrspuren-duennfilmmagnetkopf

Info

Publication number: DE3007046A1
Application number: DE19803007046
Authority: DE
Inventors: Gerardus Henricus Johan Somers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1980-02-26
Publication date: 1980-09-11
Also published as: NL7901577A; GB2044509A; DE3007046C2; JPH01146305U; CA1151766A; FR2450495B1; JPH0233290Y2; FR2450495A1; US4320428A; JPS55117727A; GB2044509B; HK64184A

Description

N.V.Philips'6lGö;!airi2iiifeJ.;ci;;::rS5iilipyen ■/ _-\ ;";:"'■; 3007046

10.11.1979 S 2 PHN

Mehrspuren-Dünnfilmmagnetkopf

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Ubertragungskopf, der dazu bestimmt ist, im Betrieb in einen Magnetfluss kopelndes Verhältnis mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium gebracht zu werden, das dazu entlang des Kopfes bewegt wird, der ein Substrat enthält, das eine Anzahl magnetischer Übertragungselemente vom Dünnfilmtyp trägt, wobei jedes Element über zwei'räumlich voneinander getrennte streifenförmige elektrische Leitungen mit zwei Anschlussflächen (bonding pads) verbunden ist.

Ein derartiger magnetischer Ubertragungskopf mit einer Vielzahl von Übertragungselementen (in der Grössenordnung von Hundert) ist aus der GB-PS 1 307 886 bekannt. Die Übertragungselemente dieses bekannten Kopfes sind mit je einem U-förmigen Kupferstreifen versehen, der ein induktives Element (Spule) mit einer einzigen elektrischen Windung bildet. Die Schenkel der U-förmigen Streifen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, dienen als Verbindungsleitungen mit den Anschlussflächen. Da diese Verbindungsleitungen eine grosse Fläche im Vergleich zur Oberfläche beanspruchen, die die eigentliche Windung (der liegende Schenkel des U) beansprucht, bewirken sie ein nicht zu vernachlässigendes Streufeld beim Schreiben und ausserdem ein Einfangen unerwünschter Signale beim Lesen. Zumal bei gleichzeitiger Verwendung zweier benachbarter Ubertragungselemente, das eine zum Schreiben und das ander« zum Lesen, treten grosse Schwierigkeiten mit diesem unerwünschten Ubersprecheffekten auf. Durch den Schreibstrom im einen Kopf kann beispielsweise in den anderen Kopf ein Strom induziert werden, wodurch auch dieser Kopf zum Schreiben angeregt wird. Um dies zu vermeiden, könnte man theoretisch den Schreibstrom im ersten Kopf so lang wählen, dass der in den zweiten Kopf induzierte Strom zum Schreiben nicht ausreicht, aber bei der Verwendung derartig niedriger

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Schreibströme ist nicht sichergestellt, dass alle Köpfe (in einer Reihe beispielsweise von 100 Köpfen) das gleiche (reproduzierbare) Schreibverhalten aufweisen. In der Praxis wählt man also den Schreibstrom bedeutend höher als dieser Mindestwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Ubertragungskopf der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der ein verringertes Übersprechen aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem magnetischen

Ubertragungskopf dadurch gelöst, dass von jedem magnetischen Übertragungselement die zwei streifenförmigen elektrischen Leitungen über den grössten Teil ihrer Länge in Richtung quer zur Substratoberfläche mit einer zwischenliegenden ^ elektrisch isolierenden Schicht gestapelt sind.

Indem die Zu- und Abfuhrleitungen der einzelnen Übertragungselemente übereinander statt in einer flachen Ebene angeordnet werden, und indem sie mit Hilfe einer dünnen, elektrisch isolierenden Schicht beispielsweise aus Quarz voneinander getrennt werden, zeigt es sich, dass die magnetischen Strahlungs- und Einfangeigenschaften der Leitungen stark herabgesetzt werden, wodurch das Übersprechen reduziert wird. Versuche haben erwiesen, dass bei einem bestimmten Kopf mit übereinander liegenden Zu- und Abfuhrleitungen eine Verringerung des Ubersprechens um mindestens ko dB im Vergleich zu einem gleichartigen Kopf mit in einer Ebene nebeneinander angeordneter Leitungen auftrat.

Eine raumsparende bevorzugte Ausführungsform des Ubertragungskopfes nach der Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass von jeden zwei gestapelten elektrischen Leitern der vom Substrat weiter entfernt liegende Leiter kürzer als der näher zum Substrat liegende Leiter ist und dass ihre Anschlussflächen fluchten.

Durch die erwähnte Konfiguration brauchen die elektrischen Leiter nicht auszufächern, um das Verbinden ihrer Anschlussflächen mit weiterer Verdrahtung zu ermöglichen. Dies gibt einen raumsparenden Effekt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfind dungsgemässen Ubertragungskopfs ist dadurch gekennzeichnet,

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dass die elektrische Windung eines ersten Übertragungselemente zusammen mit einer der elektrischen Leitungen in einer ersten Leiterschicht liegt, während die andere elektrische Leitung in einer zweiten Leiterschicht liegt, und die elektrische Windung eines neben dem ersten Übertragungselement liegenden Übertragungselemente zusammen mit einer der elektrischen Leitungen in der zweiten Leiterschicht liegt, während die andere elektrische Leitung in der ersten Leiterschicht liegt. Auf diese Weise ist es möglich, benachbarte Übertragungselemente näher beieinander als die Übertragungselemente eines Dünnfilmkopfs anzuordnen, bei dem die Leitungen in einer Ebene liegen. Bei diesem letztgenannten Kopf muss der Zwischenraum zwischen zwei ^% benachbarten Elementen stets so gross genug sein, damit zwei Leitungen (eine von jedem Übertragungselement) hindurchgehen können. Beim erfindungsgemässen Kopf können die zwei Leitungen übereinander liegen, wodurch der Zwischenraum nur die Hälfte zu sein braucht.

Die Erfindung, die sowohl bei induktiven Ubertragungsköpfen wie bei flussempfindlichen Ubertragungsköpfen vom Magnetowiderstand- oder Hall-Effekt-Typ verwendet werden kann, wird beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Polschuhmuster in einer ersten Phase der Herstellung eines Mehrspuren-Dünnfilmmagnetkopfs,

Fig. 2 ein erstes Windungenmuster mit Stromzufuhr- und Abfuhrleitungen in einer zweiten Phase der Herstellung,

Fig. 3 ein erstes Muster von Verbindungslöchern in einer dritten Phase der Herstellung, Fig. k ein zweites Windungenmuster mit Stromzufuhr- und Abfuhrleitungen in einer vierten Herstellungsphase,

Fig. 5 eiⁿ zweites Muster von Verbindungslöchern in einer fünften Herstellungsphase, Fig. 6 ein zweites Polschuhmuster in einer sechsten Herstellungsstufe,

~Fig. 7 eine (vereinfachte) Draufsicht auf einen Sechselement-Dünnfilmmagnetkopf mit in zwei Ebenen liegenden Zu- und Abfuhrleitungen und Windungen,

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Fig. 8 eine Ansicht der Zu- und Abfuhrleitungen und der Windung eines einzigen Übertragungselements in der Perspektive.

Ein erfindungsgemässer Ubertragungsmagnetkopf kann als eine photogeätzte Mehrschichtdünnfilmstruktur auf einem thermisch oxidierten Siliziumsubstrat angebracht werden. Siliziumscheiben sind billig, flach und glatt und gute Wärmeleiter. Es können lange Reihen von Ubertragungsköpfen auf einer derartigen Scheibe angebracht werden, wonach sie leicht in Chips jeder beliebigen Grosse aufgeteilt werden kann. Übliche Kathodenzerstäubungs- und Photoätztechniken können zur Verwirklichung der Mehrschicht*· strukturen verwendet werden, wie nachstehend näher erläutert wird.

Auf ein thermisch oxydiertes Siliziumsubstrat (nicht dargestellt) wird eine galvanische Nickeleisenschicht mit einer Dicke von 3/um aus einem Bad vom Wolf-Typ niedergeschlagen. Mit Hilfe chemischen Ätzens wird aus dieser , Schicht ein Muster magnetischer Polschuhe 1,2,3j^-»5j6 S^e~ bildet (Fig. 1). Auf dieses Muster wird eine erste Schicht aus elektrisch isolierendem Werkstoff (SiO₅₁) mit einer Dicke von 1 /um durch Kathodenzerstäubung angebracht. Dabei wird eine erste Leitschicht angebracht (faktisch eine

dreifache Schicht: 1000 A Molybdän für die Haftung, 2/um

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Gold und wieder 1000 A Molybdän für die Haftung der nächsten Schicht). Aus dieser elektrischen Leitschicht wird mit Hilfe von Atzen mittels Kathodenzerstäubung ein Muster gebildet, das für jedes ungeradzahlige Übertragungselement eine Windung und eine Stromzuleitung und für jedes geradzahlige Übertragungselement eine Stromableitung definiert (Fig. 2). Die Windungen sind mit den Bezugsziffern 7>8> und 9> die Stromzuleitungen mit den Bezugsziffern 10,11 und 12 und die Stromableitungen mit den Bezugsziffern 13» 14 und 15 bezeichnet. Mit A,B,C,D,E und F sind die Stellen des Musters bezeichnet, die in einer weiteren Herstellung^— phase mit einem zweiten Leitermuster verbunden werden. Auf der ersten elektrischen Leitschicht wird eine zweite elektrische Isolierschicht (SiO₂) mit einer Dicke von 1 /Um

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durch Kathodenzerstäubung angebracht. In dieser Schicht werden mit Hilfe eines chemischen Atzverfahrens Verbindungslöcher Α',Β',Ο',Ο',Ε¹ und F¹ angebracht (Fig. 3), die den Stellen A,B₁C,D,E und F des Leitermusters nach Fig. 2 entsprechen.

Auf der zweiten elektrischen Isolierschicht wird eine zweite elektrische Leitschicht auf gleiche Weise mit gleicher Zusammensetzung angebracht wie die der ersten elektrischen Leitschicht.

Aus dieser zweiten elektrischen Leitschicht wird mit Hilfe von Atzen durch Kathodenzerstäubung ein Muster gebildet, das für jedes ungeradzahlige Übertragungselement eine Stromableitung und für jedes geradzahlige Übertragungselement eine Windung und eine Stromzuleitung definiert (Fig. k). Die Windungen sind mit den Bezugsziffern 17» und 19» die Stromzuleitungen mit den Bezugsziffern 20, und 22 und die Stromableitungen mit den Bezugsziffern 23, 24 und 25 bezeichnet. An den mit A",B",C",D",E" und F" bezeichneten Stellen macht das zweite Leitermuster über die Verbindungslöcher Α',Β',ϋ',ϋ',Ε',Γ¹ in der Isolierschicht (Fig.3) Kontakt mit den mit A,B,C,D,E, und F bezeichneten Stellen des ersten Leitermusters (Fig.2).

Wenn wir jetzt eines der sich heranbildenden Übertragungselemente betrachten, sehen wir, dass in dieser Phase beispielsweise auf dem Polschuh 1 eine Windung 7 angebracht ist, die mit einer Stromzuleitung 10, die in der ersten Leiterschicht verläuft, und mit einer Stromableitung 23 verbunden ist, die in der zweiten Leiterschicht verläuft. Der Ubertragungskopf wird durch Ivathodenzerstäubung einer dritten Isolierschicht aus SiOo mit einer Dicke von 1 /um auf die zweite Leiterschicht vervollständigt.

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Hierin werden mittels chemischen Ätzens Verbindungslöcher a¹ ,b,¹ ,c ' ,d¹ ,e ' und f, die bis zu den Stellen a,b,c,d,e und f des Nickeleisens der ersten Magnetschicht durchgehen (über diese Löcher werden in der nächsten Phase die Magnetschaltungen an der Rückseite geschlossen), elektrische Verbindungslöcher g,h,i,j,k und 1, die bis zur ersten Leiterschicht durchgehen (um in einer späteren Phase die

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Leitungen 10,11,12,13,14 und 15 mit einer elektrischen Schaltung zu verbinden) und elektrische Verbindungslöcher m,n,o,p,q,r, die bis zur zweiten Leiterschicht durchgehen (um in einer späteren Phase die Leitungen 20,21, 22,23,24 und 25 mit einer elektrischen Schaltung zu verbinden) angebracht (Fig.5). Anschliessend wird eine zweite galvanische Nickeleisenschicht mit einer Dicke von 3/^um angebracht, aus der mittels chemischen Ätzens ein Muster von Polschuhen 26,27,28,29,30 und 3I gebildet wird (Fig.6).

Auf diese Veise hat sich jetzt ein Sechselement-Ubertragungskopf zum Lesen oder Schreiben sehr dicht nebeneinander liegender Datenspuren 32,33 > 3^- usw. gebildet, wie in Draufsicht in Fig. 7 dargestellt. Die in den unteren der zweiten Leiterschicht gebildeten Teile sind schraffiert dargestellt.

In Fig. 8 ist als Beispiel dargestellt, wie bei einem einzigen Übertragungselement die gegenseitige Lage einer Zuleitung 35> einer Abfuhrleitung 36 und einer Windung 37 ist.

Obgleich die Erfindung an Hand von Ubertragungselementen mit einer einzigen Windung beschrieben ist, kann sie genau so gut bei Übertragungselementen mit einer Anzahl von Windungen grosser als eins, beispielsweise vier oder sechs, verwendet werden. Diese Windungen können entweder auf verschiedenen Ebenen oder auf einer Ebene (flache Spirale) liegen. Benötigt man übertragungselemente, die nur lesen können müssen, so können statt der Windungen beispielsweise Nickeleisen—Streifen angebracht werden, die einen Magnetowiderstandseffekt aufweisen.

Vergleichende Messungen wurden an einem erfindungsgemässen Kopf mit zwei Übertragungselementen, die mit je einem sogenannten Gegenkopf versehen waren, sowie an einem Kopf eines üblichen Leitungsentwurfs ebenfalls mit zwei übertragungselementen durchgeführt, die mit je einem sogenannten Gegenkopf versehen waren. In beiden Fällen hatten die übertragungselemente gleiche Länge (250/um), gleiche Breite (i10yum) und gleiche Teilung (250/um). Ein Gegenkopf ist faktisch nichts anderes als eine durch den Spalt zwischen den Polschuhen verlaufende sekundäre elek—

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trische Windung, die also induktiv mit der Hauptwindung gekoppelt ist. Es wurde stets durch die Hauptwindung eines der Elemente Strom hindurchgesandt und das in dem einem benachbarten Element zugeordneten Gegenkopf induzierte Ubersprechsignal wurde gemessen. Dies erfolgte sowohl in der Situation, in der die Windung des benachbarten Elements offen war, als auch bei geschlossener Windung. Es zeigte sich, dass das in einem Gegenkopf eines einzigen Elements eines Paares von Übertragungselementen mit übereinander liegenden Leitungen gemessene Signal zumindest kO dB unter dem in einem Gegenkopf eines einzigen Elements eines Paares von Übertragungselementen mit in einer Ebene liegenden Leitungen gemessenem Signal lag; (es wurden ^ Ströme bis zu 125 mA mit Frequenzen bis zu 500 kHz benutzt).

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1 J Magnetischer Ubertragungskopf der dazu bestimmt ist, im Betrieb in einen Magnetfluss koppelndes Verhältnis mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium gebracht zu werden, das dazu entlang des Kopfes bewegt wird, der ein Substrat enthält, das eine Anzahl magnetischer Übertragungselemente vom Dünnfilmtyp trägt, wobei jedes Element über zwei räumlich voneinander getrennte streifenförmige elektrische Leitungen mit zwei Anschlussflächen verbunden ist, dadurch^ gekennzeichnet, dass die zwei Leitungen jedes Elements in Richtung quer zur Substratoberfläche über den grössten Teil ihrer Länge mit einer zwischenliegenden elektrischen Isolierschicht gestapelt sind.

2. Ubertragungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselemente durch Magnetkreise gebildet werden, wobei jeder Magnetkreis mit einer elektrischen Windung zum Erzeugen einer Ubertragungsaktion zwischen Magnetfluss im Kreis und Strom in der Windung gekoppelt ist, wobei jede Windung zwei in einer Ebene liegende Enden aufweist, die mit den elektrischen Leitungen verbunden sind.

3. Ubertragungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselemente durch flussempfindliche Elemente gebildet werden, wobei jedes flussempfindliche Element an zwei einander gegenüberliegenden Seiten zwei in einer Ebene liegende Enden aufweist, die mit den streifenförmigen elektrischen Leitern verbunden sind. k. Kombination eines Ubertragungskopfs mit einer Windung nach Anspruch 2 mit einem Ubertragungskopf mit einem flussempfindlichen Element nach Anspruch 3 zur Bildung eines Schreib-Lesekopfs.

5. Ubertragungskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Windung eines ersten Übertragungselemente zusammen mit einer der elektrischen

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Leitungen in einer ersten Leiterschicht liegt, während die andere elektrische Leitung in einer zweiten Leiterschicht liegt, und dass die elektrische Windung eines neben dem
ersten Übertragungselement liegenden Übertragungselemente zusammen mit einer der elektrischen Leitungen in der zweiten Leiterschicht liegt, während die andere elektrische Leitung in der ersten Leiterschicht liegt.

6. Ubertragungskopf nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass das flussempfindliche Element eines ersten Übertragungselemente zusammen mit einer der elektrischen
Leitungen in einer ersten Leiterschicht liegt, während
die andere elektrische Leitung in einer zweiten Leiterschicht liegt, und dass das flussempfindliche Element ^ eines neben dem ersten Übertragungselement liegenden Ubertragungselements zusammen mit einer der zwei elektrischen Leitungen in der zweiten Leiterschicht liegt, während die andere elektrische Leitung in der ersten Leiterschicht
liegt.

7. Ubertragungskopf nach Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Substrat weiter entfernt

liegende Leitung jeder zwei gestapelten elektrischen Leitungen kürzer als die näher zum Substrat liegende Leitung ist und dass ihre Anschlussflächen fluchten.

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