DE3725837A1 - Magnetische speichereinrichtung mit mehreren duennschicht-magnetkoepfen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Speicherein­ richtung mit mehreren Dünnschicht-Magnetköpfen, die nebenein­ ander auf einem nicht-magnetischen Substrat angeordnet sind, das über ein zu magnetisierendes Aufzeichnungsmedium hinweg­ zuführen ist, wobei jeder Magnetkopf einen den magnetischen Fluß führenden Leitkörper mit mindestens zwei Magnetschenkeln aufweist, zwischen denen ein Zwischenraum ausgebildet ist, durch welchen sich die Windungen einer Schreib- und/oder Lesespule erstrecken, die über Verbindungsleiter mit einem Anpaßtransformator verbunden sind. Eine derartige Speicher­ einrichtung geht z.B. aus der EP-A-01 63 998 hervor.

Die Prinzipien einer longitudinalen (horizontalen) wie auch einer senkrechten (vertikalen) Magnetisierung zur Speicherung von Informationen in entsprechenden Aufzeichnungsmedien sind allgemein bekannt (vgl. z.B. "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-16, No. 1, Januar 1980, Seiten 71 bis 76 oder Vol. MAG-20, No. 5, September 1984, Seiten 657 bis 662 und 675 bis 680). Für diese Magnetisierungsarten zu verwendende Magnet­ köpfe weisen im allgemeinen zur Führung des magnetischen Flusses jeweils einen Leitkörper aus magnetischem Material auf, der beispielsweise mit zwei Magnetschenkeln eine Gestalt ähn­ lich einer Ringform hat. Diese Magnetschenkel begrenzen einen Zwischenraum, der in einem Teilbereich aufgrund einer Vergröße­ rung ihres gegenseitigen Abstandes entsprechend erweitert ist. Durch diesen Zwischenraum erstrecken sich die Windungen minde­ stens einer Schreib- und/oder Lesespule. Die Windungen dieser Spule sind über einen Anpaßtransformator (Step-up-Transfor­ mator) an eine nachgeschaltete Elektronik angeschlossen.

Um gleichzeitig auf dem Aufzeichnungsmedium mehrere Spuren be­ schreiben oder auch aus diesen auslesen zu können, ist gemäß der eingangs genannten EP-A eine entsprechende Anzahl von Ma­ gnetköpfen vorgesehen. Diese Köpfe sind auf einem nicht-magne­ tischen Substrat in Form einer Reihe (Array) in Dünnfilmtechnik ausgebildet. Dabei sollte der Abstand zwischen den Magnetköpfen und der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums äußerst klein ge­ halten werden können und insbesondere im Falle einer senkrech­ ten Magnetisierung unter 1 µm liegen. Derartig geringe Abstände lassen sich aber praktisch nur dadurch gewährleisten, daß man das die Magnetköpfe tragende Substrat als Flugkörper gestaltet, der aerodynamisch über dem Aufzeichnungsmedium hinwegfliegt. Hierzu wird vorteilhaft das Substrat auf seiner dem Aufzeich­ nungsmedium zugewandten Unterseite mit entsprechenden Gleit­ bzw. Flugkufen ausgestattet (vgl. z.B. EP-A-01 37 051).

Gemäß der eingangs genannten EP-A sind jedoch auf dem nicht­ magnetischen Substrat lediglich die Magnetköpfe in Dünnschicht- Technik erstellt. Die ihnen jeweils zugeordneten Anpaßtrans­ formatoren sollen hingegen aus diskreten Drähten gewickelt sein. Diese Technik bedingt jedoch einen entsprechend groß­ volumigen Aufbau, so daß die bekannten Magnetköpfe mit ihren Anpaßtransformatoren nicht auf der verhältnismäßig klein­ flächigen Rückseite eines Flugkörpers angeordnet werden können, wie er für bekannte Hochleistungs-Plattenspeicher zur digitalen Datenspeicherung verwendet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die magne­ tische Speichereinrichtung der eingangs genannten Art dahin­ gehend auszugestalten, daß eine Anordnung ihrer Magnetköpfe und Anpaßtransformatoren auf einem Substrat eines Hochleistungs- Plattenspeicher ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außer den Magnetköpfen auch die ihnen jeweils zugeordneten Anpaß­ transformatoren und Verbindungsleiter als Dünnschicht-Struk­ turen auf der hierzu hinreichend ausgedehnten Rückseite des als aerodynamischer Flugkörper gestalteten Substrates angeordnet sind.

Die mit dieser Ausgestaltung der magnetischen Speichereinrich­ tung verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß eine Reihe von Dünnfilm-Anpaßtransformatoren im selben Arbeits­ gang und aus denselben Materialien wie für eine zugeordnete Reihe von Dünnfilm-Magnetköpfen auf einer Hinterkante eines Flugkörpers herzustellen sind. Damit ist nicht nur eine Her­ stellung der Magnetspeichereinrichtung entsprechend vereinfacht und beschleunigt, sondern die Magnetköpfe können nunmehr auch als Mehrspur-Anordnung vorteilhaft mit extrem geringem Abstand zum Aufzeichnungsmedium geführt werden. Damit ist eine Ver­ wendung für Hochleistungs-Plattenspeicher, die insbesondere nach dem Prinzip einer vertikalen Magnetisierung arbeiten können, eröffnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen magneti­ schen Speichereinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die schemati­ sche Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Array von Magnetköpfen mit zugehörigen Anpaßtransformatoren angedeutet ist. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Magnetkopf mit da­ zugehörendem Anpaßtransformator. In den Fig. 3 bis 6 sind Verfahrensschritte zum Aufbau eines derartigen Magnetkopfes mit Anpaßtransformator angedeutet. In den Figuren sind überein­ stimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist schematisch in Schrägansicht die Flachseite F eines Teilstücks eines Substrates ersichtlich, das in bekannter Weise als Flugkörper 2 gestaltet ist. Auf der an der Rückseite dieses Flugkörpers befindlichen Flachseite F sind eine Reihe (Array) 4 von Magnetköpfen 5 sowie eine diesen Köpfen zuge­ ordnete Reihe (Array) 6 von Anpaßtransformatoren 7 angeordnet. Außerdem ist dort ein weiterer, einzelner Magnetkopf 8 ausge­ bildet. Die in der Figur nicht näher ausgeführten Köpfe sind von ihrem Aufbau her an sich bekannt. Mit dem einzelnen Magnet­ kopf 8 soll eine Schreibfunktion nach dem Prinzip einer verti­ kalen Magnetisierung eines entsprechenden plattenförmigen Auf­ zeichnungsmediums M auszuüben sein, während die Reihe 4 der Magnetköpfe 5 lediglich zum Lesen nach diesem Prinzip dient. Der Flugkörper 2 und damit die Magnetköpfe 5, 8 sind über dem für das gewählte Magnetisierungsprinzip geeigneten Aufzeich­ nungsmedium M in nur geringer Flughöhe h aerodynamisch zu füh­ ren. Die relative Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsmediums M bezüglich des Flugkörpers 2 ist durch eine mit v bezeichnete gepfeilte Linie angedeutet. Um eine Flughöhe h von beispiels­ weise nur etwa 0,2 µm gewährleisten zu können, ist aus aerodyna­ mischen Gründen die dem Aufzeichnungsmedium M zugewandte Unter­ seite 10 des Flugkörpers 2 so strukturiert, daß mindestens zwei Flugkufen K 1 und K 2 mit jeweils rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind. Auf den von diesen Kufen eingenommenen Teil­ bereichen F 1 bzw. F 2 der Flachseite F sind dabei zumindest die dem Aufzeichnungsmedium M zugewandten Teile der Reihe 4 der Magnetköpfe 5 bzw. des einzelnen Magnetkopfes 8 in Dünn­ schichttechnik hergestellt.

In Fig. 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Dar­ stellung der zwischen den Lesespulen 5 und ihren jeweils zuge­ ordneten Anpaßtransformatoren 7 verlaufende Verbindungsleiter verzichtet. Lediglich sind Kontaktflächen 12 und 13 zum An­ schluß der einzelnen Anpaßtransformatoren bzw. des einzelnen Magnetkopfes 8 an eine externe Elektronik angedeutet.

Die Köpfe 5, 8 werden mit Spaltbreiten von etwa 5 bis 10 µm aus bekannten Materialien und mit bekannten Techniken hergestellt. Beispielsweise finden zehn Köpfe 5 nebeneinander auf der Flug­ kufe K 1 Platz, die z.B. eine Breite von 400 µm hat.

Abweichend von der dargestellten Anordnung der Magnetköpfe 5 und 8 ist es gegebenenfalls auch möglich, auf einen gesonderten Schreibkopf 8 zu verzichten und zumindest mit einzelnen Magnet­ köpfen 5 der Reihe 4 auch die Schreibfunktion auszuüben. In diesem Fall kann von der Magnetkopfreihe 4 eventuell auch die zweite Flugkufe K 2 belegt sein.

Aus Fig. 2 geht ein schematischer Längsschnitt durch einen einzelnen Lesekopf 5 mit zugeordnetem Anpaßtransformator 7 längs einer in Fig. 1 mit II-II bezeichneten Schnittlinie her­ vor. Der Magnetkopf 5 enthält dabei einen den magnetischen Fluß führenden, ringkopfähnlichen Leitkörper 15 mit zwei Magnet­ schenkeln 16 und 17. Zwischen diesen Magnetschenkeln ist ein erweiterter Zwischenraum 18 ausgebildet, durch den sich wenige Windungen W 1 einer Lesespule 19 hindurcherstrecken. Diese Win­ dungen W 1 werden vorteilhaft in Dünnfilm-Technik als Streifen­ leiter ausgebildet. Sie sind über entsprechend hergestellte strei­ fenförmige Verbindungsleiter 20 und 21 mit mindestens einer primären Windung W 1′ des Anpaßtransformators 7 verbunden. Der Anpaßtransformator enthält außerdem noch sekundäre Windungen W 2. Wie in der Figur angedeutet ist, können vorteilhaft die Windungen W 1′, W 2 des Anpaßtransformators 7 von ferromagne­ tischem Material umgeben sein, so daß sich dann ein dem Magnet­ kopf im wesentlichen entsprechender Aufbau mit einem torus­ förmigen Zwischenraum 22 für die Windungen W 1′ und W 2 ergibt. Die die Windungen W 1′, W 2 einschließenden Magnetschichten sind in der Figur mit 23 bzw. 24 bezeichnet, wobei die äußere Magnetschicht 24 einen oberen Teil 24 a und einen unteren Teil 24 b enthält, zwischen denen ein Verbindungsbereich 25 mit der darunterliegenden Magnetschicht 23 ausgebildet ist.

In den Fig. 3 bis 6 sind jeweils in Aufsicht einzelne Schritte zu einem erfindungsgemäßen Aufbau des in Fig. 2 gezeigten Magnetkopfes 5 mit integriertem Anpaßtransformator 7 in Dünnschichttechnik angedeutet. Entsprechende Techniken sind bei der Herstellung von Dünnschicht-Magnetköpfen allgemein be­ kannt (vgl. z.B. DE-OS 33 46 885 oder EP-A-02 00 015).

Demnach wird gemäß Fig. 3 auf der die Rückseite des Flugkör­ pers 2 bildenden Flachseite F zunächst die mindestens eine Magnetschicht des Magnetschenkels 17 des Kopfes sowie die Magnetschicht 23 des Anpaßtransformators abgeschieden. In der Figur sind außerdem Teile von Magnetschichten 17 a und 17 b dargestellt, die zu benachbarten Magnetköpfen innerhalb des Kopfarrays gehören. Die maximale Breite b 1 der Magnetschicht des Schenkels 17 quer zur Bewegungsrichtung des Kopfes beträgt beispielsweise etwa 50 µm, wobei ein Abstand a von etwa 10 µm zwischen benachbarten Magnetschichten verbleibt. Die Breite b 2 der etwa quadratischen Magnetschicht 23 des Anpaßtransformators liegt bei etwa 300 µm bis 400 µm.

Nach einem Aufbringen einer erforderlichen Isolationsschicht wird dann gemäß Fig. 4 eine erste weitgehend planare Ver­ drahtungsebene ausgebildet. Diese Verdrahtungsebene umfaßt im Bereich des Zwischenraumes 18 des Magnetkopfes die verhältnis­ mäßig wenigen Windungen W 1 der Lesespule 19 sowie die Windungen W 1′, W 2 des Anpaßtransformators 7. Die Windungen W 1 kommen da­ bei auf dem unteren Magnetschenkel 17 zu liegen, während die Windungen W 1′, W 2 auf der unteren Magnetschicht 23 angeordnet sind. Ein Ende der Windungen W 1 ist dabei über den streifen­ förmigen Verbindungsleiter 20 an ein Ende der Windung W 1′ über­ kreuzungsfrei angeschlossen. Wie aus Fig. 4 ferner ersichtlich ist, umschließt die Windung W 1′ schleifenartig die Windungen W 2. D.h., die schleifenartige Windung W 1′ ist als Primärwick­ lung für die eine Sekundärwicklung darstellenden Windungen W 2 des Anpaßtransformators 7 anzusehen. Diese Sekundärwicklung hat dabei eine wesentlich größere Windungszahl. Die Windungszahl kann z.B. 20 betragen. In der Figur sind ferner noch eine Anschlußstelle 26 der Windungen W 1, eine Anschlußstelle 27 der Windung W 1′ und Anschlußstellen 28 und 29 der Windungen W 2 veranschaulicht.

Fig. 5 zeigt eine weitere Verdrahtungsebene, die auf den in Fig. 4 wiedergegebenen, noch mit einer isolierenden Schicht abgedeckten Aufbau aufgebracht wird. Diese isolierende Schicht ist an der Anschlußstelle 26 der Windungen W 1, an der Anschluß­ stelle 27 der Windung W 1′ und an den Anschlußstellen 28 und 29 der Windungen W 2 entfernt, so daß dort diese Windungen kontak­ tiert werden können. In der gezeigten Ebene liegt der streifen­ förmige Verbindungsleiter 21, der zwischen der noch freien An­ schlußstelle 26 der Windungen W 1 und der noch freien Anschluß­ stelle 27 der Windung W 1′ verläuft und diese Windungen zu einem geschlossenen Kreis zusammenschaltet. Der streifenförmige Verbindungsleiter 21 ist dabei vorteilhaft so angeordnet, daß er direkt über den in der darunterliegenden Verdrahtungsebene verlaufenden Verbindungsleiter 20 zu liegen kommt. Das von den streifenförmigen Verbindungsleitern 20 und 21 erzeugte Streu­ feld ist dann vernachlässigbar gering. In der Figur sind ferner noch streifenförmige Anschlußleiter 30 und 31 ersichtlich, die von den Anschlußstellen 28 und 29 der Windungen W 2 zu den Kon­ taktflächen 12 führen.

Nach Aufbau dieser Verdrahtungsebene, die ebenfalls noch mit einer dünnen isolierenden Schicht überzogen wird, müssen nun gemäß Fig. 6 die Magnetschichten aufgebracht werden, welche den äußeren Magnetschenkel 16 des Magnetkopfes 5 sowie die äußere Schicht 24 des Anpaßtransformators 7 bilden. Die Ab­ messungen dieser Schichten sind dabei so gewählt, daß sie in etwa den jeweils zugeordneten unteren Magnetschichten 17 bzw. 23 entsprechen und somit auch die Windungen W 1, W 1′ und W 2 vollständig überdecken. Die Schichten 17 und 23 sind mit der Schicht 16 bzw. 24 in diskreten Bereichen in Kontakt gebracht, indem dort eventuell vorhandene isolierende Schichten vorher entfernt wurden. Die Kontaktbereiche sind in der Figur durch Schraffur angedeutet und mit 33 bzw. 34 und 35 bezeichnet. Wie aus der Figur deutlich hervorgeht, sind vorteilhaft keine freiliegenden Windungen vorhanden.

Aufgrund der in den Figuren gezeigten erfindungsgemäßen Aus­ bildung einer Reihe von Dünnschicht-Anpaßtransformatoren, die eine Reihe von Dünnschicht-Magnetköpfen auf einem Flugkörper eines magnetischen Festplattenspeichers zur digitalen Daten­ speicherung zugeordnet sind, ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile:

• - Eine ganze Reihe (Array) von Magnetköpfen kann praktisch zu gleichen Kosten wie ein einziger Einzelkopf hergestellt wer­ den.
• - Die Daten können vielfach parallel und damit viel schneller als bisher üblich ausgelesen werden.
• - Die Array-Spuren können in bekannter Weise zu einer Spurver­ folgung benutzt werden, so daß die vom einzelnen Schreibkopf geschriebenen Spuren in vorgegebener Position und in vorge­ gebenem Kopfraster entstehen. Ein entsprechendes Spurver­ folgungsprinzip ist das sogenannte "Embedded Servo" (vgl. z.B. "Electronics", 13.11.1986, Seiten 81 bis 83).
• - Die vollständige Abdeckung der Windungen der Magnetköpfe und der Transformatoren sowie die Ausbildung von streifenförmigen Verbindungsleitungen macht das Lese-Array unempfindlich gegenübersprechen.
• - Eine ganze Reihe (Array) von Magnetköpfen kann gleich schnell wie bisher ein Einzelkopf positioniert werden.

Gemäß dem anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß es sich um eine Speichereinrich­ tung handelt, die nach dem Prinzip einer vertikalen Magneti­ sierung arbeitet. Ebensogut sind jedoch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch für eine longitudinale Magnetisierung geeignet.

Gegebenenfalls können die Magnetköpfe 5, 8 auch einen drei­ schenkligen Aufbau mit einem Doppelspalt aufweisen (vgl. z.B. EP-A-01 66 890).

Claims (8)

1. Magnetische Speichereinrichtung mit mehreren Dünnschicht- Magnetköpfen, die nebeneinander auf einem nicht-magnetischen Substrat angeordnet sind, das über ein zu magnetisierendes Auf­ zeichnungsmedium hinwegzuführen ist, wobei jeder Magnetkopf einen den magnetischen Fluß führenden Leitkörper mit minde­ stens zwei Magnetschenkeln aufweist, zwischen denen ein Zwi­ schenraum ausgebildet ist, durch welchen sich die Windungen einer Schreib- und/oder Lesespule erstrecken, die über Verbin­ dungsleiter mit einem Anpaßtransformator verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Magnetköpfen (5) auch die ihnen jeweils zugeordneten Anpaß­ transformatoren (7) und Verbindungsleiter (20, 21) als Dünn­ schicht-Strukturen auf der hierzu hinreichend ausgedehnten Rückseite (Flachseite F) des als aerodynamischer Flugkörper (2) gestalteten Substrates angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flugkörper (2) zwei Flugkufen (K 1, K 2) aufweist und daß auf zumindest einer rückwärtigen Flach­ seite (Teilfläche F 1) einer Flugkufe (K 1) zumindest teilweise die Reihe (4) der Magnetköpfe (5) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich auf der rückwärtigen Flachseite (F 1) der Flugkufe (K 1) zumindest großenteils die Reihe (4) der als Leseköpfe dienenden Magnetköpfe (5) befindet, während auf der rückwärtigen Flachseite (F 2) der anderen Flugkufe (K 2) ein einzelner Dünnschicht-Magnetkopf (8) angeordnet ist, der als Schreibkopf vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anpaßtransformatoren (7) auf der Rückseite (F) des Flugkörpers (2) außerhalb der Flach­ seiten (F 1, F 2) der beiden Flugkufen (K 1, K 2) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Magnetkopf (5) der Kopfreihe (4) die Windungen (W 1) der Schreib- und/oder Lese­ spule (19) zwischen den die Magnetschenkel (16, 17) bildenden Magnetschichten des Magnetkopfes vollständig angeordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anpaßtransformator (7) zwei Magnetschichten (23, 24) aufweist, zwischen denen ein torusartiger Zwischenraum (22) ausgebildet ist, in dem die Win­ dungen (W 1′, W 2) des Transformators vollständig angeordnet sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anpaßtransformator (7) mindestens eine primäre Windung (W 1′) aufweist, die über die Verbindungsleiter (20, 21) an die Windungen (W 1) der Schreib- und/oder Lesespule (19) angeschlossen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter (20, 21) jeweils sich paarweise abdeckend angeordnet sind.