DE69721397T2

DE69721397T2 - Matrix-Magnetkopf zur Aufzeichnung/Wiedergabe und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69721397T2
Application number: DE69721397T
Authority: DE
Inventors: Christian Maillot; Marc Dorel
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2017-07-05
Also published as: FR2750787B1; US5933940A; DE69721397D1; KR980011052A; EP0817172A1; JPH1091917A; EP0817172B1; FR2750787A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen matrixartigen Schreib/Lese-Magnetkopf, der insbesondere zum Beschreiben und Lesen von Mehrspur-Magnetbändern geeignet ist.
Die französischen Patente FR-A-2 630 853 und FR-A-2 648 608 beschreiben matrixartige Schreib/Lese-Magnetköpfe, die das Beschreiben und Lesen mit hoher Dichte auf einem Aufzeichnungsträger erlauben. Beispielsweise sind solche Magnetköpfe in der Lage, bis zu 1024 parallele Spuren eines Magnetbands mit eine Breite von 8 mm zu beschreiben.
Solche Magnetköpfe können durch hybride Technologien realisiert werden, die die Verfahrensschritte des Sägens, Wickelns einer Spule, Klebens und Aufbringens von dünnen Schichten verbinden. Ausführungsmöglichkeiten hierfür werden beispielsweise im französischen Patent FR-A-2 648 940 beschrieben. Außerdem können diese matrixartigen Köpfe durch sogenannte integrierte Techniken ganz aus dünnen Schichten hergestellt werden. In diesem, Fall sind die Leiter keine gewickelten Drähte, sondern ausgeätzte leitende Folien. Mehrere Patente beschreiben diese Möglichkeiten.
Eine wichtige Beschränkung derartiger Realisierungen liegt im Preis für die Herstellung der Köpfe, der praktisch zu ihrer Fläche proportional ist. Ein wichtiges Ziel ist es also, die Oberfläche des Bauteils zu verkleinern.
Bei der Herstellung eines matrixartigen Schreibkopfs in Dünnschichttechnik bieten sich zwei Alternativen für den Anschluß dieses Kopfes an seine Elektronik an:
Anschluß an der Vorderseite: Drähte werden unmittelbar auf die Dünnschichtleiter aufgelötet. Die durch diese Lötstellen hervorgerufenen Überdicken erlauben es nicht, einen guten Kontakt zwischen dem Band und dem Kopf in der Nähe der angelöteten Drähte zu gewährleisten. Man muß daher diese Lötstellen außerhalb des Bereichs des Bands, also zu beiden Seiten, verlegen. Die Gesamthöhe des Kopfes wird daher durch diese Forderung vorgegeben. In manchen Konfigurationen führt dies zu einer erheblichen Überdimensionierung des tatsächlichen Kopfes.
Anschluß an der Rückseite: Um den obigen Nachteil vermeiden, muß der Schreibkopf unbedingt an seiner Rückseite angeschlossen werden, indem leitende Durchlässe durch das Substrat realisiert werden. Die Realisierung der leitenden Durchlässe in dem Siliziumsubstrat werden bisher industriell noch nicht beherrscht.
Die Erfindung bietet eine Lösung für dieses Problem. Gegenstand der Erfindung ist also ein matrixartiger Schreib/Lese-Magnetkopf,

– mit einem elektrisch nicht leitenden keramischen Substrat, das zwei Hauptseiten mit je entsprechenden Anschlußbereichen besitzt, wobei die beiden entsprechenden Bereiche der beiden Seiten paarweise durch Verbindungselemente miteinander verbunden sind, die innerhalb des Substrats verlaufen,
– mit einer Schicht hoher magnetischer Permeabilität, die auf die erste Seite des Substrats aufgebracht ist und eine erste Schar von Zeilenleitern sowie eine zweite Schar von die Zeilenleiter kreuzenden Spaltenleitern trägt, wobei jeder Leiter an einen Anschlußbereich der ersten Seite geführt ist;
– mit Paaren von Magnetpolen, die im wesentlichen am Kreuzungspunkt eines Zeilenleiters und eines Spaltenleiters liegen, wobei die Pole eines Paars durch einen Magnetspalt voneinander getrennt und magnetisch an die Schicht hoher magnetischer Permeabiltät in zwei gegenüberliegenden Zonen gekoppelt sind, die durch das Überkreuzen zwischen einem Zeilen- und einem Spaltenleiter definiert sind.

Die verschiedenen Gegenstände und Merkmale der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Magnetkopf.
Die 2a und 2b zeigen ein Beispiel für das Substrat des Magnetkopfes.
Die 3a bis 3g zeigen verschiedenen Ansichten eines bei der Erfindung verwendbaren Substrts.
Anhand von 1 wird nun zuerst ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetkopfs beschrieben. Eine Substratplatte SU aus Isoliermaterial ist auf einer Seite su2 mit einer Schicht eines Materials MAG guter magnetischer Permeabilität bedeckt. Diese Schicht trägt eine erste Schar von Leitern L1, L2 (Zeilenleiter) und eine zweite Schar von Leitern C1, C2 (Spaltenleitern). Die Zeilenleiter verlaufen nicht parallel zu den Spaltenleitern und sind durch eine Isolierschicht IS1 von diesen getrennt.
Gemäß dem Beispiel der 1 verlaufen die Zeilenleiter zueinander parallel und auch die Spaltenleiter verlaufen zueinander parallel.
Wenn die Schicht MAG leitend ist, isoliert sie eine Isolierschicht IS2 gegen die Zeilen- und die Spaltenleiter. Die Zeilen- und Spaltenleiter bilden Kreuzungspunkte.
An jedem Kreuzungspunkt sind zwei magnetische Pole P1 und P2 vorgesehen. Die beiden Pole P1 und P2 werden durch einen Magnetspalt E1 voneinander getrennt. Sie sind so angeordnet, daß sie im wesentlichen entlang einer Linie ausgerichtet sind, die über den Kreuzungspunkt verläuft. Die beiden Pole sind an die Schicht MAG in im wesentlichen symmetrischen Zonen bezüglich des Kreuzungspunkts gekoppelt. Vorzugsweise stehen die Pole P1 und P2 mit der Schicht MAG über magnetische Säulen PM1, PM2 in Kontakt. Der Magnetkreis eines Elementar-Magnetkopfs wird also von den beiden Polen P1 und P2, die durch den Magnetspalt voneinander getrennt sind, von den beiden Säulen PM1 und PM2 und von der Schicht MAG gebildet. Fließt ein elektrischer Strom in dem Zeilenleiter und/oder dem Spaltenleiter, dann wird dadurch ein Magnetfluß im Magnetkreis induziert. Je nach der Richtung der Ströme in den beiden Leitern addieren oder subtrahieren sich die induzierten Magnetflüsse.
Ein nicht dargestellter magnetischer Träger, der in der Nähe des Magnetspalts liegt, wird somit durch diese Flüsse beeinflußt und kann magnetische Informationen speichern.
Die Gesamtheit des Magnetkopfes ist in ein unmagnetisches und elektrisch isolierendes Material eingebettet.
In 1 wurde nur ein elementarer Kopf (P1–P2) dargestellt. Ein matrixartiger Magnetkopf kann jedoch mehrere zig Zeilen- und Spaltenleiter und an jedem Kreuzungspunkt einen elementaren Kopf aufweisen.
Die Spalten- und Zeilenleiter sind an Anschlußbereiche wie CO1, CO2 angeschlossen, die auf der Seite su2 des Substrats liegen. Damit diese Verbindung möglich wird, bedeckt die Magnetschicht MAG diese Anschlußbereiche nicht, oder aber es sind Löcher in der Schicht MAG vorgesehen, die zu diesen Anschlußbereichen Zugang verschaffen. Die Anschlußbereiche (CO1, CO2) sind durch das Substrat SU hindurch mit Anschlußpunkten verbunden, die auf der Seite su1 des Substrats liegen. Das Substrat SU entspricht also der Darstellung gemäß den 2a und 2b.
In 2a sieht man die Seite su2 des Substrats. In der Zone TM wurde das Netz von Spaltenleitern dargestellt, in dem die Gesamtheit der Elementarmagnetköpfe realisiert ist. Jeder Zeilen- und jeder Spaltenleiter ist an einen Anschlußbereich CO1, CO2 angeschlossen. Die Zonen M1 und M2 sind gemeinsame Massenanschlüsse für die Zeilen- und Spaltenleiter.
2b zeigt das Substrat von der Seite su1. An dieser Seite ist eine Druckschaltungsplatte CI befestigt. Den Anschlußbereichen auf der Seite su1 entsprechen auf dieser Platte Anschlußbereiche CO'1 und CO'2. Diese Anschlußbereiche sind über interne Verbindungen mit den An schlußbereichen auf der Seite su2 verbunden. Da die Anschlußbereiche auf den beiden Seiten des Substrats nicht gleich angeordnet sind, muß man eine Umordnung der Anschlüsse innerhalb des Substrats vorsehen.
Die 3a bis 3g zeigen einen Ausführungsform eines solchen Substrats.
3a zeigt das Substrat im Schnitt. Man erkennt, daß das Substrat aus einer Stapelung von Schichten besteht. Jede Schicht wird von ebenso vielen Verbindungselementen durchquert, wie es Anschlußbereiche auf einer Seite gibt. Um die Anordnung von Anschlußbereichen von einer Seite in Hinblick auf die Anordnung an der anderen Seite zwischen den verschiedenen Schichten neu zu ordnen, sind interne Leiter wie z. B. ci1 vorgesehen, die die Anschlußbereiche an eine andere Stelle verlegen zu können.
Die 3b bis 3g zeigen die Seite su2 des Substrats, die verschiedenen Zwischenschichten 2 bis 8 des Substrats und die Seite su1.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat aus Aluminiumoxid. Jede Schicht hat eine Dicke von etwa 0,25 mm, sodaß sich eine Gesamtdicke des Substrats von einigen Millimetern, beispielsweise 2 mm, ergibt.
Das Herstellungsverfahren enthält in einer ersten Phase die Realisierung des Substrats durch Stapelung der verschiedenen Schichten aus Aluminiumoxid und die Bildung von jede Schicht durchquerenden Verbindungselementen und Leitern (ci1), durch die die Anschlußbereiche an eine andere Stelle verlegt werden können. Dieses Substrat wird realisiert, indem auf seiner Seite su1 Anschlußbereiche CO1, CO'2 und auf seiner Seite su2 Anschlußbereiche CO1, CO2 sowie auf dieser Seite die Gesamtheit von Magnetköpfen realisiert wird.
Diese Gesamtheit von Magnetköpfen wird folgendermaßen implementiert:

– Polieren des Substrats (Seite su2),
– Realisierung einer Basis aus einem magnetischen Material, wie z. B. Sendust, Permalloy oder eine andere für ihre hohe Permeabiltät bekannte Legierung (Schicht MAG),
– Ätzbehandlung dieser Basis, um die Anschlußbereiche CO1, CO2 freizulegen,
– elektrische Isolierung (Schicht IS2, beispielsweise aus SiO₂ oder Polyimid),
– Aufbringen und Ätzen einer Schar von Zeilenleitern (L1, L2, beispielsweise aus Aluminium, Gold oder Kupfer),
– Isolierung dieser Leiter (Schicht IS1 aus SiO₂ oder Polyimid),
– Aufbringen und Ätzen einer Schar von Spaltenleitern (C1, C2),
– Isolierung dieser Leiter (Schicht IS1),
– Planierung,
– Ausätzen der Isolierschichten (IS1, IS2) bis zur magnetischen Schicht MAG,
– Füllen der Löcher mit einem magnetischen Material hoher magnetischer Permeabilität,
– Planierung,
– Ausbildung der Pole (P1, P2) und des Magnetspalts (E1). Diese Pole werden beispielsweise gemäß der in dem französischen Patent 2 605 783 beschriebenen Technik gebildet.

Die Form der Leiter muß die durch die Realisierung der Magnetköpfe vorgegebenen Bedingungen berücksichtigen: geringer Achsabstand zwischen den Leitern (z. B. 80 μm).
Diese Anordnung berücksichtigt auch die durch die Realisierung des Substrats vorgegebenen Bedingungen: typischer Achsabstand 250 μm zwischen den das Substrat durchquerenden Verbindungselementen (mit einem Durchmesser von 100 μm).
Gemäß einer Variante wird das Substrat SU aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität gebildet, zum Beispiel aus Ferrit. Dann braucht man keine Schicht MAG hoher magnetischer Permeabilität.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, einen preisgünstigeren kompakten, integrierten, starren, matrixartigen Magnetkopf mit zuverlässigen elektrischen Anschlüssen zu bieten.

Claims

Matrixartiger Schreib/Lese-Magnetkopf, – mit einem elektrisch nicht leitenden keramischen Substrat, das zwei Hauptseiten (su1, su2) mit je entsprechenden Anschlußbereichen (CO1, CO1), wobei die beiden entsprechenden Bereiche der beiden Seiten paarweise durch Verbindungselemente miteinander verbunden sind, die innerhalb des Substrats verlaufen, – mit einer Schicht hoher magnetischer Permeabilität (MAG), die auf die erste Seite des Substrats aufgebracht ist und eine erste Schar von Zeilenleitern (L1, L2), sowie eine zweite Schar von die Zeilenleiter kreuzenden Spaltenleitern (C1, C2) trägt, wobei jeder Leiter an einen Anschlußbereich der ersten Seite geführt ist; – mit Paaren von Magnetpolen (P1, P2), die im wesentlichen am Kreuzungspunkt eines Zeilenleiters und eines Spaltenleiters liegen, wobei die Pole eines Paars durch einen Magnetspalt voneinander getrennt und magnetisch an die Schicht hoher magnetischer Permeabiltät in zwei gegenüberliegenden Zonen gekoppelt sind, die das Überkreuzen zwischen einem Zeilen- und einem Spaltenleiter definiert sind.
Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Aluminiumoxid ist.
Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Ferrit ist und die Schicht hoher magnetischer Permeabilität bildet.
Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mehrere Schichten aus elektrisch isolierenden Materialien aufweist, wobei jede Schicht auf ihren beiden Hauptflächen über die Schicht durchquerende Verbindungselemente miteinander verbundene Anschlußzonen besitzt und wobei leitende Elemente außerdem Verbindungselemente an Anschlußbereiche anschließen.
Verfahren zur Herstellung eines matrixartigen Magnetkopfs, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist: – ein Substrat aus isolierendem Material wird hergestellt, das an einer ersten Seite erste Anschlußbereiche und an einer zweiten Seite zweite Anschlußbereiche besitzt, wobei die ersten und zweiten Anschlußbereiche durch das Substrat hindurch mittels interner Verbindungselemente verbunden sind; – auf der zweiten Seite des Substrats werden nacheinander gebildet: – eine Schicht aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität, – leitende Bänder, die Zeilenleiter bilden, – eine isolierende Schicht, – leitende Bänder, die zu den Zeilenleitern nicht parallele Spaltenleiter bilden, – Löcher werden durch die isolierende Schicht bis zur Schicht mit hoher magnetischer Permeabilität an Kreuzungspunkten eines Zeilenleiters und eines Spaltenleiters in Zonen angebracht, die im wesentlichen symmetrisch zum Kreuzungspunkt liegen, – Paare von Magnetpolen werden gebildet, wobei die Pole eines Paares durch einen Magnetspalt voneinander getrennt sind und im wesentlichen in den genannten Zonen realisiert werden, sodaß sie an die Schicht aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität gekoppelt werden.