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~Magne tkopf" Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf aus auf eine#m
Substrat nacheinander aufgebrachten Schichten von magnetischem, isolierendem und
elektrisch leitendem Material zum Einschreiben und Ablesen von Information auf einer
magnetisierbaren Oberfläche.
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Ein derartiger Magnetkopf ist in der US-Patentschrift 3 344 237 beschrieben,
wobei auch Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetkopfes angegeben sind.
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Danach können die Magnetköpfe mit kleinen Abmessungen und mit sehr
kleinen, definierten Spaltbreiten hergestellt werden, so daß hohe Inforrnationsdichten
auf der magnetisierbaren Oberfläche erreichbar sind. Allerdings muß bei diesen Magnetköpfen
die Wicklung in gedruckter Form oder ähnlich hergestellt werden, so daß nur einige
wenige Windungen möglich sind. Da außerdem durch die kleinen Gesamtabmessungen und
den engen Spalt der vom Magnetkopf erfaßbare magnetische Fluß klein ist, ist auch
das Ausgangs Signal an den Enden der Wicklung sehr gering. Dadurch können auch sehr
kleine eingestreute Störsignale das Nutzsignal völlig überdecken oder æu mindest
entscheidend verfälschen, so daß insbesondere
bei Speichern für
digitale Daten die Information unbrauchbar ist. Solche kleinen Störsignale sind
auch bei guter Abschirmung der Anschlußleltungen und sorgfältiger Führung der Pe
zugspotential führenden Leitungen nicht ganz zu vermeiden.
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Eine lösung dieses Problems wird durch die Erfindung angegeben, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß das Substrat ein Halbleiterkristall, insbesondere
ein Siliziumkristall ist und daß die Wicklung des Magnetkopfes mit einem in den
Halbleiterkristall integrierten Lese- und/oder Schreibverstärker mit an sich bekannter
Schaltung verbunden ist. Dadurch können Magnetkopf und zugehöriger Leserverstärker
räumlich so eng benachbart angeordnet werden, daß die leitungslängen zwischen Wicklung
und Verstärker nur noch Bruchteile eines Millimeters betragen und somit vernachlässigbar
sind. Außerdem läßt sich die so gebildete bauliche Einheit wirksam abschirmen, so
daß nur die verstärkten und gegebenenfalls zu Rechteckimpulsen geformten Signale
nach außen führen. Auf diese Weise ist es möglich, trotz der geringen Signalspannung
an der Wicklung des Magnetkopfes ein störungsfreies Ausgangssignal zu erhalten.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, auf einem
Substrat mehrere derartige Magnetköpfe mit zugehörigen Verstärkern in einem Arbeitsgang
herzustellen.
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Diese Magnetköpfe können dann sehr eng benachbart angeordnet werden,
so daß sich geringe Abstände der Informationsspuren auf der magnetisierbaren Oberfläche
ergeben und damit eine weiter erhöhte Informationsdichte, was besonders für Datenspeicher
wesentlich lst Bei letzteren werden häufig die einzelnen Bits eines Zeichens gleichzeitig
parallel auf je einer Spur aufgezeichnet bzw.
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davon abgelesen, so daß auch aus diesem Grund Bau-einheiten mit mehreren
Magnetköpfen vorteilhaft sind. Bei größeren
Baueinheiten mit einer
Vielzahl von Köpfen bzw. bei Speichern, bei denen mehrere Kopfgruppen parallel angeordnet
sind, wie z.B. bei Magnettromell- oder plattenspeichern, muß zum Ablesen der Information
in einer bestimmten Adresse nur jeweils ein Kopf bzw. Kopfgruppe wirksam gemacht
werden. -Diese Auswahlschaltungen können in einer Weiterbildung der Erfindung in
gleicher Weise wie die Verstärker in integrierter Form in dem Substrat hergestellt
werden. Dadurch können insbesondere bei Baueinheiten mit vielen Magnetköpfen auf
einem Substrat viele außere Anschlüsse eingespart werden, wobei sich einmal die
Kosten für das Anschließen der Baueinheiten und zum anderen vor allem die äußeren
Abmessungen verringern, die häufig durch die Anzahl und die Hantierbarkeit der Anschlüsse
bestimmt sind.
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Für die Herstellung der Magnetköpfe können die gleichen Maskentechniken
und Photo-Atzverfabren verwendet werden wie auch für die Herstellung der integrierten
Schaltungen auf dem Substrat, wobei auch die Isolierschichten vorzugsweise aus Siliziumdioxyd
bestehen, dessen Härte besonders in dem Arbeitsspalt des Magnetkopfes sehr vorteilhaft
ist. Außerdem können bei dieser Herstellungsart leicht die bei integrierten Schaltungen
notwendigen Genauigkeiten z.B. für die gegenseitigen Abstände der Magnetköpfe erreicht
werden. Solche Magnetkopfgruppen sind besonders vorteilhaft bei Speichern, bei denen
zur Spurauswahl die Magnetköpfe mechanisch eingestellt werden müssen, weil sich
dann bei genau gleichen Abständen der Magnetköpfe auch genau gleiche Abstände für
alle Spuren ergeben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1) einen Querschnitt durch einen Magnetkopf Fig. 2)
die Anordnung mehrerer Magnetköpfe mit Verstärkern
und Auswahlschaltungen,
Fig. 3) eine andere Ausführung der Wicklung.
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Anhand des Aufbaues des Magnetkopfes entsprechend Fig. 1 soll die
Herstellung allgemein beschrieben werden.
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Das Substrat 1 ist noch mit einer Schicht ia bedeckt, die nicht unbedingt
notwendig. ist, aber aus fertigungstechnischen Gründen zweckmäßig sein kann. Dies
gilt z.B. für Silizium als Substrat, das zweckmäßig mit einer Schicht ia aus Si
O2 bedeckt ist. Diese Schicht 1a ist nun mit einer Schicht 2 aus magnetischem Material
bedeckt, die z.B. aufgedampt oder aufgestäubt sein kann.
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Hierfür sind verschiedene Methoden bekannt und einige auch häufig
verwendet, wie z.B. bei der Herstellung von Papierkondensatoren oder auch von integrierten
Schaltungen. Diese Schicht 2 braucht nicht. genau auf den Bereich des Magnetkopfs
beschränkt zu sein, sondern kann sich insbesondere bei der Herstellung von mehreren
Magnetköpfen nebeneinander auf einem Substrat auf dem entsprechenden Randbereich
von einem Ende des Substrats bis zum anderen erstrecken. Das gegenseitige Übersprechen
von nebeneinanderliegenden Magnetköpfen kann durch Verwendung von hochpermeablem
Material genügend klein gehalten werden. lediglich der Bereich auf dem Substrat,
der die Verstärker enthält, wird zweckmäßig von der Schicht 2 freigehalten, was
durch Bedampfen -oder Zerstäuben durch Masken oder durch Zerstäuben und anschließendes
Entfernen erreicht werden kann.
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Als nächstes wird auf die Schicht 2 eine Schicht 4 aus isolierendem
Material aufgebracht. Bei der Verwendung von Silizium als Substrat bietet sich hierfür
wieder besonders. Si O2 an, das leicht durch die bekannte Technik des Zerstäubens
aufgebracht werden kann und dessen Bearbeitung aus der Halbleitertechnologie bekannt
ist.
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Insbesondere die Dicke einer Si # O, Schicht kann sehr genau hergestellt
werden, so daß ein definierter Magnetspalt 3 entsteht.
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Die leiterbahnen, die die Wicklung 6 bilden, können ebenfalls mit
den gleichen Techniken und beim gleichen Arbeitsvorgang wie bei der Herstellung
der integrierten Verstärker aufgebracht werden. Für die Anordnung der leiterbahnen
gibt es zwei Möglichkeiten, die in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt sind. In Fig. 2
ist die Wicklung 6 als Spirale in einer Ebene parallel zur Substratoberfläche ausgeführt.
Diese Form kann in einem Arbeitsgang entstehen, lediglich der innere Anfang der
Wicklung muß in irgendeiner Weise aus der Wicklung herausgeführt werden, z.B. durch
eine Zwei-lagen-Verdrahtung. Bei dieser Anordnung der Wicklung ist jedoch ein Mindestabstand
der Magnetköpfe voneinander gegeben, wie aus der Fig. 2 unmittelbar hervorgeht.
Geringere Abstände der Magnetköpfe voneinander sind bei der Ausführung der Wicklung
6 nach Fig. 3 zu erreichen, die jedoch bei der Herstellung etwas größeren Aufwand
erfordert, wie später erläutert wird.
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Die Wicklung 6 wird nun mit einer Isolierschicht 5 bedeckt, die in
gleicher Weise wie die Isolierschicht 4 aufgebracht werden kann. Sie soll verhindern,
daß die Schicht 7 aus magnetischem Material, die den magnetischen Kreis des Kopfes
schließt, die Wicklung kurzschließt.
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Die Isolierschicht 5 ist daher nur über den Bereichen notwendig, die
von der magnetischen Schicht 7 bedeckt werden. Falls das magnetische Material der
Schicht 7 jedoch ein Ferrit mit hohem spezifischen Widerstand ist, kann die Isolierschicht
5 auch ganz weggelassen werden.
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Die Schicht 7 aus magnetischem Material schließt den Magnetkopf und
bestimmt insbesondere bei durchgehender Magnetschicht 2 die wirksame Breite des
Magnetkopfes.
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Dazu muß eine Öffnung zumindest in der Isolierschicht 4 angebracht
werden, soweit diese Schicht nicht bei der Herstellung auf den Bereich der Wicklung
und des Spaltes begrenzt wurde, damit die Schicht 7 die Schicht 2 berührt, um den
magnetischen Kreis an dieser Stelle mit möglichst geringem Widerstand zu schließen.
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Bei der Ausführung der Wicklung 6 nach Fig. 3 ist mit diesem Schritt
erst ein Teil der Wicklung vorhanden, nämlich die gestrichelt angedeuteten Teile
sowie die Anschlüsse. Der Rest der Wicklung muß nun über der Schicht 7 angebracht
werden, die dazu gegebenenfalls mit einer weiteren Isolierschicht bedeckt werden
muß, entsprechend der Isolierschicht 5. Außerdem müssen an den Kontaktstellen zwischen
der oberen und der unteren Wicklungsschicht gegebenenfalls Öffnungen in der obersten
Isolierschicht sowie in der Isolierschicht 5 angebracht werden.
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Falls in einer Ebene nicht so viele Windungen aufgebracht werden können,
wie#z.3. für ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis notwendig ist, kann die
Wicklung auch auf mehrere Ebenen verteilt werden, indem mehrere Schichten aus abwechseln
leiterbahnen und Isolierschichten aufgebracht werden. Bei der spiralförmigen Wicklung
nach#Fig. 2 erübrigt sich bei einer graden Anzahl von Wicklungs#-.
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ebenen das Herausführen des inneren Wicklungsende, wenn die Spiralen
von jeweils zwei benachbarten Wicklung ebenen gegenläufig ausgeführt werden.
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Auf dem-Substrat 1 sind in Sig. 2 die zu jedem Magnetkopf gehörenden
Verstärker ale integrierte Schaltungen 8- angeordnet. 1)iese kann so nahe an den
Enden der Wicklungen 6 angeordnet werden, daß sich nur äußerst kurze Verbindungsleitungsbahnen
ergeben, die durch Störsignale praktisch nicht beeinfluß werden können. Außerdem
bilden Magnetköpfe
und Verstärker eine kleine, kompakte Einheit,
die leicht und wirksam abgeschirmt werden kann. Der Aufbau des Verstärkers selbst
ist für die Erfindung nicht wesentlich, hierfür kann eine geeignete, aus den vielen
bekannten Ausführungen gewählt werden. Das gleiche gilt auch gegebenenfalls für
die Auswahlschalter 9-, die gegebenenfalls durch Beamleads oder Solderbumps auf
das Substrat gebracht werden können, falls die Schaltungen -abweichende Herstellungsprozesse,
z.B. Golddiffusion für die Auswahlschalter, erfordern.
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Die Anschlüsse können in der bei der Halbleiterherstellung üblichen
Weise hergestellt werden, d.h. auf dem Substrat enden die anzuschließenden Leitungen
in größeren leitenden Flächen 10, die durch Bonden mit den Anschlußstiften des Gehäuses
verbunden werden. Die leitenden Flächen 10 können auch mittels beam-lead-Technik
angeschlossen werden, wobei die Anschlußelektroden als nachgiebige Halterung der
Magnetkopf-Baueinheit dienen kann.
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Patentansprüche: