KR20040082385A - 자성 리코딩 트랜스듀서들 및 기타 전자 디바이스들에대한 개선된 열 분산 및 기계적 경도를 위한 물질 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우수한 열 분산, 기계적 경도 및 표면 평활도를 필요로 하는 일반적인 디바이스에서의 사용을 위한 베이스(base) 또는 하부층, 평탄화층, 읽기 층, 쓰기 층 및 밀폐 물질로서 제공되는, 개선된 표면을 창출하는 프로세스를 개시한다. 더 자세하게, 본 발명은 그러한 디바이스에서의 사용을 위한 개선된 물질, 세라믹에 대한 폴리머 전구체, 및 이러한 물질을 사용하여 자성 레코딩 트랜스듀서, 반도체 및 마이크로전자공학적 기계적 시스템 트랜스듀서를 만드는 방법을 개시한다. 상기 물질은 개선된 열 분산, 기계적 경도, 및 표면 평활도를 제공한다. 본 발명은 또한 개시된 방법들에 의해 그러한 물질을 가지고 제조된 다바이스들을 개시한다.
Description
본 출원은 35USC §119에 따라 2002년 4월 12일 제출된 가특허출원 제60/372,241호, 및 2002년 1월 7일 제출된 가특허출원 제60/345,511호에 대한 우선권을 주장한다.
정보 저장 산업은 정보를 저장하기 위한 디스크 드라이브의 용량 및 성능을지속적으로 증가시키고자 하는 시장 수요에 의해 추진되고 있다. 이러한 수요에 의해 추진 및 반영함에 따라, 통상적인 디스크 드라이브에서 저장 용량은 매년 두배로 증가되고 있다. 더 많은 디스크 및 헤드를 부가하여 비용을 증가시키지 않고 이러한 용량 수요를 충족시키기 위해서, 디스크 및 테이프 드라이브 공급자들은 저장된 정보의 지면 밀도를 지속적으로 증가시키고 있다. 읽기/쓰기 트랜스듀서 설계 및 제조는 주요 기술로서 이러한 용량 증가를 달성하기 위해 지속적인 개선이 요구된다.
감응형 쓰기 엘리먼트는 절열 스택에 개재되는 코일층을 포함하며, 절연 스택은 제 1 및 제 2 자극편(pole piece)층 사이에 위치된다. 제 1 및 제 2 자극편층간의 갭은 쓰기 헤드의 ABS(air-bearing surface)의 갭층에 의해 형성된다. 자극편들은 후방 갭에 연결된다. 코딩된 데이터에 부합하여 빠르게 변화하는 전류는 자극편들에 자계를 생성하는 코일층을 통하여 전도된다. 자계는 디스크 또는 테이프와 같은 이동성 자성 매체에 근접한 ABS의 갭을 에워싼다. 에워싸는 자계는 디스크 또는 테이프상의 일정한 위치에 자기 방향을 설정한다. 변동하는 방향은 코딩된 데이터에 부합한다. 이러한 방식으로, 데이터가 자성 저장 매체에 기록된다.
디스크로부터 데이터를 읽는 읽기 엘리먼트는 2개의 쉴드(shield)간에 샌드위치되지만 각 면의 판독갭에 의해 쉴드로부터 격리된다. 읽기 작동중, 읽기 엘리먼트는 읽기 엘리먼트가 일정한 디스크 위치의 자기 방향을 감지하도록 디스크에 근접하여 플라이(fly)한다. 다양한 읽기-엘리먼트 기술들이 현대의 디스크 및 테이프 드라이브, 이를 테면 AMR(Anisotropic Magnetoresistive), GMR(GiantMagnetroresistive), 및 CPP-GMR(Current-Prependicular to Plane GMR) 헤드에 사용되고 있다. 그것들은, 읽기 엘리먼트의 저항이 외부 자계, 이를 테면 디스크 상의 인코딩된 데이터로부터의 자계에 응답하여 변화한다는 점에서 사용에 있어서 일반적으로 유사하다. 각각의 이러한 방법 뿐만 아니라 본문에 기술되지 않은 기타 방법들에 있어서, 감지 전류는 읽기 엘리먼트를 통하여 통과되며 부착된 전자기기들은 저항의 변화를 감지하도록 사용된다. 일반적으로, 더 높은 전류에서 작동시키는 것이 바람직한데 왜냐하면 그것은 일반적으로 더 많은 신호 진폭을 생성하기 때문이다.
디스크 드라이브 레코딩 헤드에 있어서, 읽기 엘리먼트 및 쓰기 엘리먼트는 통상적으로 세라믹 AlTiC와 같은 웨이퍼 상의 통합된 디바이스에 함께 제조된다. 그것들은 알루미늄과 같은 유전하부층에 의해 세라믹으로부터 분리된다. 게다가, 제조이후, 그것들은 유전체, 이를 테면 알루미나로 전체 디바이스를 밀폐시킴으로써 외부 손상으로부터 보호되다. 테이프 헤드에 있어서, 통합된 디바이스가 사용될 수 있으며 또는 개개의 읽기 디바이스 및 쓰기 엘리먼트가 제조될 수 있다. 이러한 경우에, 읽기 헤드 및 쓰기 헤드는 세라믹 웨이퍼 상에서 모두 개별적으로 처리되며 상기된 하부층 및 밀폐층에 의해 보호된다. 부가층(본문에서는 "웨어 캡(wear cap)" 또는 "캡핑 기판(capping substrate)"으로 언급됨)은, 일반적으로 기판과 동일 물질로 만들어지지만 항상 그런것은 아니며, 기판의 대향측상의 테이프 헤드에 접합되어 TBS(tape bearing surface)를 제공하며 이동성 매체가 일반적으로 테이프 레코팅 헤드 엘리먼트와 접촉하므로 마멸로부터 상대적으로 소프트한 읽기 및 쓰기엘리먼트를 보호한다.
MRTs 및 기타 디바이스의 생산에 있어서 종래 물질의 사용은 다양한 유형의 문제점들을 유발시킬 수 있다. 예를 들면, ABS 또는 TBS 및 읽기/쓰기 트랜스듀서의 최종 기하구조의 규정중에, 몇가지 기계적 또는 화학-기계적 연마("래핑(lapping)") 공정들이 사용될 수 있다. 이러한 래핑은 물질을 차등적으로 제거할 수 있다. 극성 물질은 상대적으로 소프트하며 이웃하는 유전체보다 더 빠르게 부식하는 경향이 있다. 유전체는 디바이스가 제조되는 세라믹 기판보다 더 소프트하여, 따라서 기판보다 더 빨리 부식시킨다. 테이프 헤드는 테이프가 테이프 헤드에 근접하여 이동하는 작동중에 이러한 영역에서 부가적인 부식원으로부터 영향을 받을 수 있다. 데이터의 읽기 및 쓰기중 이동성 테이프와 데이터 헤드간의 접촉은 더 소프트한 층들을 더 부식시킬 수 있다. 이러한 부식은 테이프 헤드의 수명에 관해서 극성의 쇠퇴를 증가시켜, 이는 바람직하지 않은데 왜냐하면 디스크 또는 테이프와 읽기/쓰기 트랜스듀서간의 거리를 증가시켜서, 차례로 성능을 감소시키기 때문이다. 테이프 헤드에 있어서, 제품의 수명에 관해서 거리 증가는 자계에 있어서 신뢰성을 또한 감소시킨다.
읽기 엘리먼트에 사용된 읽기 감지 전류는 주변 환경의 온도에 비하여 실질적으로 엘리먼트의 온도를 증가시킨다. 그 열은 이웃 층들(갭층, 쉴드, 하부층)을 통하여 분산되며 결국에는 주변 공기로 분산된다. 이러한 열은 수명을 단축시키며(예를 들면, 전자이동을 통하여) 센서의 성능을 감소시키고 얼마나 많은 전류가 그것을 통과할 수있는지를 제한한다. 또한 가열은 이웃 물질들이 차등적으로 팽창할때 읽기 엘리먼트에 스트레스를 유발한다. 일부 디스크 드라이브에서, 읽기 감지 전류는 특정 헤드가 활성일 때에는 언제나, 심지어는 데이터를 읽는 대신 쓰기주일 때에도 종종 남겨진다.
마찬가지로, 쓰기 엘리먼트에서 쓰기 전류는 쓰기 코일의 온도를 증가시킨다. 이러한 열은 이웃층들을 통하여 분산된다. 이러한 가열 효과는 이웃 물질들이 차등적으로 팽창할 때 쓰기 엘리먼트에 스트레스를 유발시킨다. 이러한 스트레스는 잔류 자화가 쉴드에 남겨지도록 하며 쓰기 작동이 종료된 이후에도 극성을 쓰기가능하게 할 수 있다. 그후 이러한 잔류 자화는 나중에 최종 제로 자화로 완화되며 나중의 읽기 작동중에 잡음 스파이크("쓰기 이후의 읽기 잡음", 또는 "팝콘 잡음")를 생성할 수 있다. 게다가, 만일 있다면, 이웃 물질에 비하여 극성 물질의 차등적인 팽창은 극성 팁을 슬라이더 바디(slider body)로부터 외향으로 돌출하도록 유발할 수 있다. 이러한 극성 팁 돌출은 그 근처의 이동성 자성 매체와 접촉하게 할 수 있다. 이는 레코딩 층에 손상을 유발하며 데이터의 손실을 야기할 수 있다. 또한, 디스크의 접촉은 접촉 에너지로 인한 부가적인 열을 유발시킬 수 있다.
우수한 열 분산, 기계적 경도, 정전기 방전 보호 및 표면 평활도를 제공할 수 있는 쉽게 이용가능한 방법 및 프로세스를 이용하여 증착될 수 있는 개선된 물질에 대한 지속적인 필요성이 존재한다.
발명의 요약
따라서, 본 발명은 세라믹에 대한 폴리머 전구체의 이용을 통해 상기 요구들을 해결한다. 베이스 또는 하부층(underlayer)를 구성하는 종래의 방법들 및 물질들과 달리, 세라믹에 자성 레코딩 트랜스듀서들, 폴리머 전구체들에 대한 읽기 및 쓰기 갭(gap), 평탄화층, 스페이서층, 및 접착층 및 밀폐층이 사용될 수 있으며, 이러한 층들에서 상기 바람직한 특성들을 세라믹에 제공하도록 변환될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 세라믹에 대한 폴리머 전구체들은 화학식 [CR]n을 가지며, 하기에 좀더 충분히 정의된다.
이러한 폴리머 전구체들은 증가된 경도(hardness) 및/또는 열 전도성을 가지는 표면을 제공한다. 상기 세라믹은 폴리싱(polishing) 작업 수반과 함께 또는 수반없이 특별한(exceptional) 표면 평활도(smoothness)을 제공하도록 프로세스될 수 있다. 당해 분야에서 숙련된 이들에게 분명한 것처럼, 이러한 물질의 사용 및 상기 물질을 적용하는 방법은 또한 일부 단계의 제조과정의 개선된 용이함 및 더 효율적인 결과를 초래한다.
예를 들어, 자성 레코딩 헤드의 베이스 층을 위해, 회전 후 구워진 유전체는, 그 후 프로세싱에 대해 충분한 평활도를 가지며, 분리된 화학-기계적(chemomechanial) 평탄화 단계에 의해 뒤따르는 오랜 진공 스퍼터링(sputtering) 프로세스를 필요로하는 종래의 물질들로부터 형성된 유전체층과 비교하여 필요로하는 프로세싱의 양을 경감시킨다.
게다가, 본 발명에서 사용된 세라믹의 전기 전도성이 전하 분해(dissipation)를 향상시키도록 컨트롤될 수 있기 때문에, 세라믹은 개선된 정전기 방전 보호(static discharge protection)를 제공할 수 있다.
게다가, 세라믹은 디바이스 및 테이프 헤드의 '웨어 캡(wear cap)' 사이에 접착층으로서 사용될 수 있다.
자성 레코딩 트랜스듀서들을 만드는 방법을 적용할 때, 세라믹의 증가된 열 전도성은 개선된 성능을 허용하는 더 높은 전류에서 읽기 센서의 수명(lifetime)을 연장시킨다. 개선된 표면은 또한 열 증강(buildup) 및 쓰기 엘리먼트에 관련된 해로운(deleterious) 효과들을 경감시킨다. 이러한 층들의 기계적 경도는 또한 슬라이더(slider) 프로세싱, 전극 팁(pole tip) 리세션(recession) 감소 및 전극 스미어링(smearing)을 향상시킨다. 디바이스 및 테이프 헤드의 웨어 캡 사이의 접착층으로서 사용된 표면은 일반적으로 사용된 에폭시(epoxy)와 비교하여 강력한 결속(bond), 개선된 열 전도성 및 더욱 단단한 표면을 제공한다. 이러한 개선점들은 좋은 결과를 위해 단독으로 또는 공동으로 사용될 수 있다.
따라서, 다양한 해로운 상황들에 의한 자극을 견뎌야만 하는 고-성능(high-performance) 표면을 만드는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이며, 그것은 우수한 경도 및 열 전도성을 가지며, 생산하는데 있어서 그런 표면들에 대한 종래의 방법보다 더 효과적이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단독으로 또는 공동으로 사용될 수 있는 여러 방법들로 읽기/쓰기 센서들의 장명(longevity) 및 성능을 개선시킬 수 있는 방법 및 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 쉴드(shield) 및 슬라이더 바디 사이의 열 전도를 개선시킬 물질을 증착시키는 방법 및 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 MR 센서 및 쉴드 사이의 열 전도를 개선시킬 물질을 증착시키는 방법 및 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 쓰기 엘리먼트 및 읽기 엘리먼트 쉴드 및 슬라이더 바디를 포함하여, 히트싱크(heat sink)로서 작용할 수 있는 이웃 구조들 사이의 열 전도를 개선시킬 물질을 증착시키는 방법 및 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하부층의 기계적 경도, 읽기 및 쓰기 갭 층, 및 밀폐층을 증가시킬 물질을 증착시키는 방법 및 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하부층, 갭층 및 밀폐층의 거칠기(roughness)를 감소시키는 방법 및 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단일용 또는 다중용 자성 레코딩 헤드 조립에 대한 설계를 제공하는 것이다.
이러한 및 이 발명의 기타 양태들은 본 명세서의 일부분을 형성하는 첨부 도면들과 함께 후속하는 설명서를 읽음으로써 당해 분야의 숙련자들에게 분명해질 것이다.
본 발명은 자성 리코딩 헤드 디바이스에서 베이스 또는 하부층, 평탄화층, 스페이서층, 유전층, 접착층, 및 밀폐층으로서 역할을 할 수 있는 개선된 표면을 창출할 수 있는 프로세스를 기술한다. 더 상세하게는, 본 발명은 일반적으로 한개 이상의 이러한 층들을 갖는 자성 리코딩 읽기/쓰기 트랜스듀서의 설계 및 제조에 관한 것으로, 개선된 열전달, 기계적 경도, 평활도, 성능 및 수명을 제공하는 세라믹에 대한 폴리머 전구체를 사용한다. 사용된 물질은 정전기 방전 보호를 개선시킬 수 있다. 또한 본 발명은 1개 이상의 이러한 층에 본 발명의 물질의 사용을 통하여 개선될 수 있는 반도체, MEMs 및 기타 전자 장치에 적용가능하다.
본 발명의 개시된 실시예를 자세히 설명하기 전에, 본 발명은 다른 실시예들을 수용할 수 있으므로, 본 발명이 도시된 특정한 배열의 세부사항에 대해 그 자체의 어플리케이션으로 제한되지 않음이 이해되어질 것이다. 또한, 본문에 사용된 전문용어(terminology)는 설명의 목적을 위한 것이며, 제한하는 것이 아니다.
도 1은 디스크 드라이브의 사용에 적합한 전형적인 자성 레코딩 트랜스듀서의 공기를 가진 표면에서의 식별도이다.
도 2는 디스크 드라이브의 사용에 적합한 전형적인 자성 레코딩 트랜스듀서의 식별 단면도이다.
도 3은 읽기 및 쓰기 엘리먼트들을 분리하여 사용하는 테이프 드라이브의 사용에 적합한 전형적인 자성 레코딩 읽기 트랜스듀서의 식별 단면도이다.
도 4는 읽기 및 쓰기 엘리먼트들을 분리하여 사용하는 테이프 드라이브의 사용에 적합한 전형적인 자성 레코딩 쓰기 트랜스듀서의 식별 단면도이다.
본 발명의 원리에 따라, 자성 레코딩 트랜스듀서들 및 반도체와 같은 전자 디바이스 및 MEMs 디바이스들에서 특정 층들은 세라믹에 대한 폴리머 전구체들(PPTC)로부터 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 하부층, 읽기 및 쓰기 갭층, 평탄화층, 및 밀폐는 모두 PPTC로부터 만들어지지만, 이러한 층들은 독립적으로 또는 디바이스 요구물에 의존하는 조합으로 사용될 수 있다. 당해 분야의 숙련자들에 의해 이해되는 것에 따라, 이러한 층들은 다른 전자 장치들에서 다른 명칭으로 불릴 수 있으나, 본문에 설명된 방법들 및 물질들은 층들이 유사한 기능 및/또는 목적을 제공하는 기타 다른 디바이스들에서 사용하는데 똑같이 적용가능하다.
본문에 사용된 것처럼, 용어 "기저 표면(bottom surface)"은 폴리머 전구체이 적용되는 것 위의 층을 나타낼 것이다; 이는 층(하부층, 밀폐, 읽기, 쓰기 등)이 폴리머 전구체로부터 형성되는 것에 의존할 것이다.
또한 바람직한 실시예에서, PPTC는 당해 분야(스핀-온)의 숙련자에게 정통한 포토레지스트 어플리케이션 방법들과 유사한 방식으로 디바이스에 적용되지만, 제한하는 것이 아닌, 디바이스 또는 기판을 스프레잉(spraying), 딥핑(dipping) 또는 와이핑(wiping)하는 것을 포함하는 다른 방법들이 사용될 수 있다. 각각의 경우에서, PPTC는 5분에서 60시간 기간 동안 약 20℃에서 약 1800℃의 온도 범위에서의 아르곤 기체와 같은, 삽입 기체(atmosphere)로 구워지는 것과 같은, 어떤 여러 방법들을 사용하여 세라믹으로 변환된다. 바람직하게, 하부층에 대해, 및 MEMs 및 반도체들과 같은 디바이스에서, 굽기는 약 1-2시간 동안 약300℃-600℃의 온도, 더 바람직하게는 350℃ 내지 450℃에서 수행된다. IR 또는 UV 방사능과 같은 방사능에 노출, 하이드로겐 플라즈마와 같은 플라즈마에 노출과 같은 기타 다른 방법들, 또는 활성 기체 하에 굽는 것이 또한 적합하다.
폴리머 전구체는 이러한 본 발명의 목적을 변화하지 않고, 사용된 폴리머 전구체 및 바람직한 특성들에 의존하여, SiC, SiN, 또는 DLC(diamond-like-carbon) 또는 다이아몬드 같은 다른 세라믹들로 변환될 수 있다.
본문에 사용된 것처럼, 용어 "PPTC(polymer precursor to ceramic)"는 그 용어가 당해 분야에서 이해되는 것처럼, 세라믹을 만드는데 사용될 수 있는 유기-금속(organo-metallic) 폴리머 전구체의 사용을 말한다.
바람직한 실시예로는, 미국 특허 제 5,516,884호에 개시된 폴리머에 참조된, 용어 "세라믹에 대한 폴리머 전구체"이 본문에 명확하게 병합되어 있다. 이들 폴리머는 액상이고, 식 [CR]n 으로 표시되는 바, 여기에서, R은 동일하거나 다르며, 수소, 1-30의 탄소 원자를 함유하고 있는, 포화 선형이나 가지친(branched-chain) 탄화수소, 및 각각이 비치환 또는 치환 형식으로 있는, 링에서 5-14의 탄소 원자를 함유하는 불포화 링 탄화수소로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 또한, R은 할로겐, 그룹 4의 금속 및 그룹 13 내지 16의 요소로 될 수 있다. n을 위한 하한치는 대략 8이다. 치환의 경우, 치환기의 그룹은 할로겐, 니트로, 시아노, 알콕시, 카르복시, 아릴, 히드록시, 헤테로시클릭, 알킬 또는 헤테로시클릭 아릴 그룹; 할로겐, 그룹 4의 금속 및 그룹 13-16의 요소로 될 수 있다. 이 폴리머는 상기 탄소 원자 각각에 연결된 하나의 R 그룹을 갖는, 3차원 연속 랜덤 네트웍 백본 내에 3개의 탄소-탄소 단일 결합에 의해 상호 연결된 사면체적으로 교배된 탄소 원자를 구비하고 있다.
따라서, 상기 용어 "세라믹에 대한 폴리머 전구체" 는 적정 온도로 가열 시, 상기 용어가 선행 기술에서 이해되는 바와 같이 세라믹 물질로 변환되는, 실리콘과 비-실리콘계 폴리머 전구체 양자를 포함한다. 상기 식의 바람직한 폴리머의 예는, n이 20 이상인 [SIC]n 과, n이 8 이상인 [CH]n을 포함한다.
카본 다이아몬드와 같은 경도는 40 kg/mm2 로부터 10,000 kg/mm2 (결정 다이아몬드를 위한 이후 값) 까지의 결정 구조에 따라 실질적으로 변동한다. 이러한 폴리머 전구체에 의해 제공된 다이아몬드-상 카본의 유리한 특징 중 하나는 상기 경도가 미래의 프로세싱에서의 용이성을 위한 특정 영역 내에서 제어된다는 점이다. 예를 들어, 만일 특정 다이아몬드-상 카본 표면이 적층된 것보다도 더 매끈하게 연마될 필요가 있다면, 예를 들면 판독된 갭의 형성에서, 특정 층의 경도는 종래의수단에 의해 보다 용이하게 연마가능하도록 제어될 수 있게 되는 것이다. 경도는 보다 높은 온도 및 보다 긴 전환의 시간의 사용으로 제공되는 증가하는 경도를 가지고 전환 프로세스를 통해 제어된다. 바람직한 실시예에서, 래핑될 필요성은 없는 봉입 층과 같은 층의 경도는, 대략 800-1200 kg/mm2인 반면에, 래핑이 소요되는 층은에 대략 1500-10,000 kg/mm2로 된다. 이것은 통상 50-500 kg/mm2의 경도를 갖는 기존의 물질과 비견된다. 다만, 보다 낮은 경도의 세라믹을 위한 처리 조건이 열전도성을 위한 더 낮은 값에 기인하는 바와 같이 보다 낮은 경도의 세라믹을 갖는 것에 트레이드 오프가 있다.
마찬가지로, 이 물질의 열전도성은 사용된 폴리머 및 전환법에 의존한다. 통상의 값은 대략 100 내지 2000 J/m°K에 이른다. 바람직한 실시예에서, 대략 800 J/m°K의 열전도성이 사용된다. 이것은 20-50 J/m°K, 통상 36 J/m°K의 열전도성을 갖는 알루미나와 같은 기존의 물질과 비견된다.
전환된 폴리머의 조도는 스핀 속도, 스핀 시간의 제어, TETROHYDROFURAN과 같은 적정 솔벤트를 사용하여 표면을 전습윤하는 것과 같은 하면 전처리의 사용, 다이아몬드 시드 크리시탈과 같은 시드 크리스탈을 사용하여 표면을 시드화(seeding), 또는 래핑 슬러리로 상기 표면을 문지르는 바와 같은 하면의 제어된 조면화하는 바와 같은, 처리 수단에 의해 관리된다. 전형적으로, 5 nm Ra 이하의 조도는 베이스 층을 위해 바람직하다. 판독 갭을 위해, 0.5 nm Ra의 거칠기와 평탄기(smoother)가 최종 센서를 위해 소요된다. 일련의 화학기계적 폴리싱 스텝은이러한 조도를 달성하는 데 사용된다. 이것은 10 내지 2000 nm의 조도가 관측되는 기존의 물질과 비견된다. 종래의 물질은 항시, 상술한 소요 평탄도를 충족하도록 화학기계적 폴리싱과 같은, 일련의 평탄화 스텝을 요한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 활용된 세라믹의 열전도성은 전하 소산을 증대하도록 제어된다. 추가의 실시예에서, 폴리머 전구체의 특성은, 마찰(tribo)-차징 프로세스나 다른 전하 전달 프로세스로부터의 임의의 정전 전하가 감응성 트랜스듀서 요소를 손상시킴없이 보다 가능성 높은 소산을 갖도록, 예를 들어 상기 백본에 부착된 붕소 또는 인 원자의 사용을 통해, 108내지 1010옴-cms 의 범위에서 약하게 전도되도록 선택된다.
테이프 헤드를 위한 바람직한 실예에서, PPTC는 상기 기재 및 마모 캡 자재와 강력하게 접합되는 관계로, 접합층으로서 사용될 수 있다. 이러한 어프로치에서의 장점은 상기 디바이스와 마모 캡 사이에서 강력한 접합은 아니지만, 상기 접합 물질은 열적 전도성이 있고, 아주 강성, 반대로 연성의 열적 저항성 에폭시가 현재 사용된다. 상기 접합층에 사용을 위한 바람직한 세라믹은 다이아몬드-상 카본이다.
상기 기재는 종래 알려진 물질 및 표준 기법을 사용하여 마련되고, 상기 PPTC는 상술한 방법 중 어느 하나에 의해 세라믹에 인가 및 전환된다. 전환(conversion)의 추가의 적정 기법은 미국 특허 제 5,516,884호에 기재된 것이 포함된다. 상기 하층을 형성하는 바람직한 실시예에서, 상기 PPTC는 포토레지스트와 유사한 방식으로 스핀온되어 2시간 동안 300°내지 600℃, 바람직하게는 350°내지 450℃ 의 온도에서 아르곤 기체에서 베이킹됨으로써 전환된다. 상기 하층의 두께는 1 내지 6 미크론에 이른다. 다른 스핀 속도, 폴리머 점성 및 표면 조제는 두께를 변화시키는 층을 획득하는 데 사용된다. 상기 세라믹은 장비 요건에 종속하는 화학-기계적 평탄화(CMP) 또는 기계적 평탄화(MP) 작업을 이용하여 연마된다. 쉴드는 기존의 방식으로 증착 및 패턴화된다. 본 실시예에서의 쉴드 두께는 1 내지 3 미크론이다.
바람직한 실시예에서, 상기 PPTC는 스핀-온, 전환되고, 그런 다음에 상기 쉴드를 평탄화하고 그들 주위에 열적 전도 경로를 제공하도록 상기 CMP 또는 MP를 사용하여 재차 래핑된다. 그러나, Al2O3과 같은 연성 유전체가 증착되고, 쉴드를 노출하도록 화학기계적으로 래핑되는, 쉴드 평탄화를 위한 기존의 프로세스가, 상기 Al2O3가 존재하는 영역은 직접적인 열 소산 경로에 있지 않은 관계로, 상당한 유해 영향없이 사용된다. 다만, Al2O3는 ABS 또는 TBS 상에 노출된다는 점에서, 기존의 방법과 같이 나빠질 수 있다.
상기 PPTC는 스핀-온되어 제1 판독갭층을 형성하도록 상술한 바와 유사 패션으로 전환된다. 디스크 헤드를 위한 선행 기술의 현재 상태에서의 통상의 판독 갭 두께는 30 내지 70 nm, 바람직한 실시예로서 40 내지 55 nm의 범위에 달한다. 테이프 헤드의 전형적인 판독 갭 두께는 70 내지 200 nm이고, 바람직한 실시예로서 70 내지 120 nm에 달한다. 제1의 쉴드 물질을 보존하는 요건에 따라, 통상 판독 갭의 전환 스텝의 온도는 20 내지 300℃이어야 하고, 일 실시예로서 바람직한 범위는150 내지 250℃이다. 부가적인 실시예로서는, 바람직한 전환 범위는 150 내지 200℃이다. 추가의 실시예에서, UV(자외선)원과 같은 방사원이 상기 쉴드를 과열하는 것을 회피하도록 판독 갭의 전환을 위해 사용된다. 상기 판독 센서 및 전도성 리드는 전형적인 방법으로 형성된다. 제2의 판독 갭을 형성하기 위해, 상기 PPTC는 재차 스핀온되어 세라믹에 전환된다. 센서 물질을 보존하는 요건에 따라, 종종 상기 전환 스텝의 온도는 제1의 판독 갭층 또는 하층의 전환을 위해 보다 저하되어야만 한다. 테이프 헤드에 일반적으로 사용된 바와 같은 AMR 센서를 위해, 바람직한 온도는 20 내지 200℃, 바람직한 실시예로서 150 내지 200℃이다. 디스크 헤드에 통상 사용된 바와 같은 GMR계 센서에 있어, 바람직한 온도 범위는 20 내지 110℃이다. 추가의 바람직한 실시예로서, 상기 온도 범위는 40 내지 90℃이다. 가장 바람직한 실시예에서, 보다 저온이 소요됨에 따라, UV원과 같은 방사원이 상기 전환을 위해 사용된다. "CPP-MR" 센서를 위해 상기 판독 갭은 전도성 자재로 형성되고 상기 PPTC 자재로 되지는 않는다.
본문에 실험으로서 사용된 기존의 설계에서, 상기 제2 판독 갭, 라이트 갭 및 봉입 층과 같은 센서 증착에 계속하여 증착된 임의의 층을 위해, 상기 전환이 상기 판독 센서 온도는 20 내지 110℃로 유지하도록 수행된다. 바람직한 실시예로서, 상기 판독 센서 온도는 40 내지 90℃로 유지한다.
제 2 판독 쉴드는, 주지기술인 표준 방식으로 형성되며, 제 1 쉴드와 동일한 방식으로 평탄화되어질 수 있다. 쓰기 갭은, 상술된 바와 같이, 읽기 갭과 유사한 방식으로 형성되어진다. 현 테이프 헤드 설계에서 쓰기 갭 두께는, 150 내지 400나노미터이며; 디스크 헤드에서 쓰기 갭 두께는, 100 내지 250나노미터이다. 본 명세서에 전형적으로 사용된 설계에서, 쓰기 갭은, 변환이 읽기 센서 온도가 20 내지 110도 범위에 남아있는 것과 같이 수행되기 때문에, 읽기 센서 이후에 형성된다. 실시예에서, 읽기 센서 온도는, 쓰기 갭의 변환 동안 40 내지 90도의 범위에 있다. 쓰기 엘리먼트의 잔류물은, 주지기술인 전형적인 방식으로 형성된다. 쓰기 엘리먼트가 완료되고 전기적인 상호 연결을 가공한 후, PPTC 캡슐화 층은, 상술된 바와 같은 본 발명의 방법으로 스펀-온(spun-on)되어질 수 있다. 어떤 설계에서, 캡슐화는 2내지 20미크론 정도의, 바랐던 두께를 얻도록 두번 또는 그 이상의 반복을 요구할 수 있다. 실시예에서, 변환은 읽기 센서 온도가 20 내지 110도 범위에 있는 것과 같이 수행된다. 실시예에서, 읽기 센서 온도는 캡슐화의 변환 동안 40 내지 90도의 범위에 있다. 가장 우선의 실시예에서, UV 소스와 같은 복사 소스는, 변환에 사용된다. 캡슐화 층은, 읽기 및 쓰기 변환기에 전기적 상호 연결하는 접촉의 구성을 연속적으로 완성한다.
테이프 헤드의 실시예에서, 캡슐화 층이 세라믹으로 변환된 후, 만일 필요하다면, 보호 웨어 캡의 접착을 위해 평탄면을 제공하도록 가공된다. 이러한 실시예에서, PPTC의 접착층은 웨어 캡 또는 테이프 헤드의 상단면 및 접촉면에 위치한 두 일부에 적용된다. 접착층의 두께는 0.2와 3미크론 사이이다. 실시예에서, 두께는 1과 2미크론 사이이다. PPTC는 세라믹으로 변환된다. AMR-기반의 테이프 헤드를 위한, 하나의 우선하는 온도 범위는 20 내지 200도 사이이며, 추가적인 실시예는 150 내지 200도 사이이다. 이러한 변환 공정은, 캡슐화되도록 타이트하게 캡을 접착한다. PPTC 및 웨어 캡은, 다이아몬드 및 AlTiC 웨이퍼의 폴리머 전구체와 같이, 그들의 단단하고 양호한 상호 접착 특성을 위해 선택된다. 그들은 또한, 추가로 진행되어질 적합성을 위해, 테이프 베어링면을 형성하도록 선택된다. PPTC의 기체 유출 특성에 따라, 채널 또는 홀은 캡의 적절한 위치에 기체 유출을 조절시키도록 공급된다.
테이프 헤드의 다른 실시예에서, 웨어 캡은 전체적으로 하나 또는 그 이상의 변환된 PPTC 층이 형성되어질 수 있으며, 상술된 바와 같이, 접착 작업 없이 웨어 캡의 필수 두께(10mils)를 얻도록, 필요로 하는 만큼 자주 반복적이게 적용되어질 수 있다.
테이프 헤드의 다른 실시예에서, PPTC는 변환된 PPTC로 구성된 전체 하층 및 웨어 캡을 남기도록, 화학적 또는 기계적으로 제거되어질 Si와 같은 자기희생방식 기판상에 형성되어질 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1-4에서, 도 1은 디스크 드라이브에서의 사용에 적합한 전형적인 자기저항식 읽기/쓰기 헤드(5)의 에어 베어링 표면의 식별도이다. 도 2는 읽기/쓰기 헤드의 횡단면도인 반면, 도 3 및 4는 분할 읽기(6: 도3) 및 쓰기(7: 도4)엘리먼트를 가지는 변환기를 나타낸 것이다. 읽기/쓰기 헤드(5)는, 디스크상의 데이터를 읽을 마그네틱 필드 센서 및 쓸 마그네틱 필드 제너레이터를 포함한다. 마그네틱 필드 제너레이터는 전형적으로 쓰기 갭(46)에 의해 분리된 상부 전극(10) 및 하부 전극(14), 두 개의 전극을 포함한다. 마그네틱 필드는, 전극(10 및 14)이 도 2 및 4에 나타난 코일 엘리먼트에 의해 형성된 코일에 흐르는 전류가 여자될때, 발생한다. 쓰기 갭(46)이 마그네틱 미디어에 근접할 때, 전극(10 및 14)에 의해 발생된 마그네틱 필드는, 마그네틱 미디어상에 선택된 위치에 선택된 마그네틱 오리엔테이션을 생성한다.
마그네틱 필드 센서(26: 도 2 및 3참조)는, 상부 쉴드(18) 및 하부 쉴드(22), 두 쉴드 엘리먼트 사이에 위치된다. 센서(26)는, "읽기 갭"으로 불리는 층 또는 층들(30)에 의해 쉴드 엘리먼트(18 및 22)로부터 분할된다.
도 2 및 4에 나타난, 평탄화되는 층 또는 층들(42)은, 쓰기 코일(54)이 형성된 위에 절연체를 형성하도록 사용된다.
도 1 및 2에 나타난, 읽기/쓰기 헤드(5), 또는 도 3 및 4에 나타난 분할 읽기(6) 및 쓰기(7)엘리먼트는, 전형적으로 AlTiC로 만들어지며, 기부 층으로 불리는 하층(38)을 코팅한, 세라믹을 포함하는 기판상에 형성된다. 구성 후, 읽기/쓰기 헤드(5) 또는 분할 읽기(6) 및 쓰기(7)엘리먼트는, 캡슐화 층(50)을 사용하여 추가로 보호된다. 테이프 헤드의 경우, 캡핑(capping) 기판(58)으로 불리는 추가적인 층은, 상술된 바와 같이, 웨어에 비해 상대적으로 부드러운 리더 및 라이터 엘리먼트를 보호하도록 사용된다. 접착층(60)은, 캡슐화 층에 캡핑 기판의 지지를 제공한다.
마그네틱 레코딩 변환기의 구성은, 본 발명에 기술된 하부층, 평탄화층, 읽기 및 쓰기 단차 및 밀폐층의 적용을 제외하고는, 표준적이며 주지된 기술이다.
다른 유사한 헤드 구조가 사용되어질 수 있거나(명확히 인용자료로써 병합된, 미합중국 특허 제 6,105,238, 미합중국 특허 제 6,081,408 및 미합중국 특허제 6,278,591호에 기술), 또는 여기에 기술된 PPTC 물질 및 방법을 가지고, 라이터(writer) 및 리더(reader) 구조의 순서가 거꾸로 된 장치일 수 있다.
실예
다이아몬드상 카본 필름 층과 통상의 알루미나 하부층을 대체하는 실험에서, [H-C]n 폴리머는, n이 200보다 더 큰, 미합중국 특허 제 5,516,884호에 기술된 방식으로 가공된다. 초음파 교반의 사용에서, 폴리머는 1g/ml 정도 농도의 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)과 같은 솔벤트에 용해된다. 폴리머는 10초당 1000rpm으로 회전하는, 6인치 Al/TiC 웨이퍼 위에 분사되거나, 압축된 건조 공기와 함께 살포된다. 분사에 폴리머의 추가 비율은 명확하지 않다. 분사 작업이 완료된 후, 웨이퍼는 솔벤트를 부분적으로 증발시키며 두께의 균일성을 개선하도록 5분당 2500rpm까지 회전된다. 웨이퍼는 솔벤트 증발을 완료하도록 2시간 동안 진공 챔버내에 위치된다. 웨이퍼는 2시간 동안 400도의 질소 대기에서 구어진다. 램프(ramp) 상승률은 1C/min; 램프 하강률은 자유롭다.
비록 본 발명이 실시예와 관련하여 기술되었을 지라도, 수많은 변경 및 변화가 만들어질 수 있고, 그래도 결과는 발명의 영역 내에서 나타날 것이며, 여기에 공개되어 가르켜진 또는 추론되어져야만 하는 실시예와 관련하여 제한되지 않는다.
Claims (28)
- 세라믹에 대한 폴리머 전구체로 형성된 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 레코딩 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층이 하부층, 평탄화층, 읽기 갭 층, 쓰기 갭 층, 접착층 및 밀폐층으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층이 하부층인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층이 평탄화층인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층이 밀폐층인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층이 제 1 읽기 갭 층인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층이 제 2 읽기 갭 층인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층이 쓰기 갭 층인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층이 접착층인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹에 대한 폴리머 전구체가 하기 식으로 표현되며[CR]n여기서, R이 동일하거나 또는 서로 다르며 수소, 1-30 카본 원자를 함유하는 포화된 선형 또는 측쇄 하이드로카본, 링으로 5 내지 14 카본 원자를 함유하되 각각의 상기 링 카본 원자를 비대체 또는 대체 형태로 함유하는 불포화된 링 하이드로카본, 할로겐, 그룹 4 메탈, 및 그룹 13 내지 그룹 16 엘리먼트로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;그리고 R이 대체되며, 대용물이 할로겐, 니트로, 시아노, 알콕시, 카르복시, 아릴, 하이드록시, 헤테로시클릭 알킬 그룹, 헤테로시클릭 아릴 그룹, 그룹 4 메탈, 및 그룹 13 내지 그룹 16 엘리먼트로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며; 그리고 n이 적어도 8인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 8 항에 있어서, R이 Si인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- 제 8 항에 있어서, R이 H인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
- (i) 하부 표면을 제공하는 단계;(ⅱ) 액체 폴리머 전구체층을 상기 하부 표면위에 증착시키는 단계; 및(ⅲ) 상기 액체 폴리머 전구체를 세라믹 물질로 전환시키기에 충분한 온도에서 폴리머 전구체층을 굽는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 레코딩 트랜스듀서에 층들을 증착시키는 방법.
- 제 11 항에있어서, 상기 층은 하부층, 평탄화층, 읽기 갭 층, 쓰기 갭 층, 접착층 및 밀폐층으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 층이 하부층인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 층이 평탄화층인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 층이 밀폐층인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 층이 제 1 읽기 갭 층인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 층이 제 2 읽기 갭 층인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 층이 쓰기 갭 층인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 굽기 단계가 약 5분 내지 60시간의 기간 동안 약 20℃ 내지 1800℃간의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 굽기 단계가 약 2시간의 기간 동안 약 300℃ 내지 600℃ 간의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 증착 단계가 스핀닝, 딥핑, 스프레잉 또는 와이핑으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 증착 단계는 상기 액체 폴리머 전구체상에 스핀닝하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 증착 단계는 상기 액체 폴리머 전구체를 스핀닝 표면에 스프레잉하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 액체 폴리머 전구체가 하기 식과 같이 표현되며[CR]n여기서, R이 동일하거나 또는 서로 다르며 수소, 1-30 카본 원자를 함유하는 포화된 선형 또는 측쇄 하이드로카본, 링으로 5 내지 14 카본 원자를 함유하되 각각의 상기 링 카본 원자를 비대체 또는 대체 형태로 함유하는 불포화된 링 하이드로카본, 할로겐, 그룹 4 메탈, 및 그룹 13 내지 그룹 16 엘리먼트로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;그리고 R이 대체되며, 대용물이 할로겐, 니트로, 시아노, 알콕시, 카르복시, 아릴, 하이드록시, 헤테로시클릭 알킬 그룹, 헤테로시클릭 아릴 그룹, 그룹 4 메탈, 및 그룹 13 내지 그룹 16 엘리먼트로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며; 그리고 n이 적어도 8인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, R이 Si인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, R이 H인 것을 특징으로 하는 방법.
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