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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung hat Herstellungsverfahren
für einen
Doppel-Magnetkopf mit Spalten entgegengesetzter Azimute zum Gegenstand.
Ihre Anwendung findet sie bei der magnetischen Datenaufzeichnung,
insbesondere den Videoaufzeichnungen für das breite Publikum aber
auch für
den professionellen Bereich, bei den Daten-Massenspeichern, bei
der Datenspeicherung auf Band oder auf Platte, usw.
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Stand der Technik
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Ein magnetischer Aufzeichnungsträger für die Videoaufzeichnung,
zur Datensicherung oder als Computerspeicher umfasst zahlreiche
Spuren, in die Daten in Form von magnetischen Domänen eingeschrieben
werden.
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Um die Datendichte zu erhöhen, erhöht man nicht
nur die Anzahl der Daten pro Längeneinheit, sondern
auch die Anzahl der Spuren. Dazu reduziert man die Breite der Spuren
und gleichzeitig die sie trennenden Zwischenräume, bis die Spuren aneinandergrenzen.
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Um beim Lesen jedes Diaphonie-Problem
zu lösen
werden die Daten in zwei benachbarte Spuren schräg eingeschrieben, mit entgegengesetzten
Neigungswinkeln. Diese Neigungswinkel werden Azimutwinkel genannt.
Der Spalt des Lesekopfs muss dann einen Azimuten aufweisen, dessen
Wert der Neigung bzw. Schrägheit
der Aufzeichnung entspricht. Der Azimut des Spalts des Kopfes muss dann
sehr genau sein (zum Beispiel 20 ± 0,15° entsprechend dem neuen "Digital Video Cassette
Standard" oder DVC-Standard).
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Die beigefügte 1 zeigt einen Aufzeichnungsträger mit
zwei Spuren 10a und 10b, deren Schreibrichtungen
pro Spalt (dargestellt durch schräge Striche) mit der Normalen
zur Hauptrichtung der Spuren Azimutwinkel +i für die Spur 10a und –i für die Spur 10b bilden.
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Die beigefügte 2 zeigt zwei Magnetköpfe 12a und 12b mit
Spalten 14a, 14b, die jeweils gleiche Azimutwinkel
+i und –i
aufweisen. Die Verschiebungsrichtung dieser Köpfe ist mit D bezeichnet.
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In Wirklichkeit präsentiert
sich eine Einheit aus zwei Köpfen
mit entgegengesetzten Azimuten im Allgemeinen nicht in Form von
zwei wie in der 2 benachbarten
Köpfen,
da die gelesenen Spuren nicht aneinandergrenzen würden. Sie
präsentieren
sich in Form von zwei zueinander versetzten Köpfen, wie dargestellt in der 3. Diese Anordnung ermöglicht nämlich, die
Spuren eng zusammenzurücken.
Bei dieser Anordnung hat jeder der Köpfe einen Azimut-Spalt der
Gesamtbreite L, wobei die beiden Spalte durch einen Abstand T getrennt
sind. Jeder Kopf kann dann eine Aufzeichnungsspur der Breite e überfliegen,
wobei diese Spuren quasi aneinandergrenzen. Zum Beispiel kann L
= 7 μm betragen,
T = 550 μm
und e = 6,7 μm.
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Die beiden Magnetköpfe 16a, 16b umfassen nicht
dargestellte Einrichtungen wie zum Beispiel einen Magnetkreis und
eine leitfähige
Spule. Die Gesamtheit all dieser Einrichtungen bildet einen Doppelkopf
mit entgegengesetzten Azimuten, der in der 3 das allgemeine Bezugszeichen 18 trägt. Seine Bewegungsrichtung
wird noch durch den Pfeil D symbolisiert.
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Um einen solchen Doppelkopf zu erhalten, realisiert
man generell zwei unabhängige
Einzelköpfe
mit entgegengesetzt geneigten Spalten und montiert diese beiden
Köpfe auf
einen einzigen Träger. Ein
Azimut-Magnetkopf ist beispielsweise in der 4 dargestellt. Man sieht dort ein monokristallines Substrat 20,
zwei Polstücke 221 , 222 ,
getrennt durch einen unmagnetischen Spalt 24, der um einen
Winkel i geneigt ist. Diese Neigung erhält man zum Beispiel, indem
man den monokristallinen Charakter des Substrats benützt und
eine anisotrope Ätzung
gemäß einer
kristallographischen Ebene des Substrats realisiert. Dieses Verfahren
wird beschrieben in dem Dokument FR-A-2 664 729 (oder WO-92/02015).
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Das europäische Patentdokument EP-A-0 233
086 beschreibt ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Doppel-Magnetkopfs
mit Spalten entgegengesetzter Azimute aus zwei Magnetköpfen, die zusammengeklebt
werden.
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Dieses Herstellungsverfahren von
Doppelköpfen,
darin bestehend, zwei Einfachköpfe
zusammenzubauen, ist nicht zufriedenstellend. Es ist nämlich schwierig,
die beiden Köpfe
einwandfrei so auszurichten, dass jeder ihrer Spalte den erwünschten Azimuten
aufweist, und es ist auch schwierig, die beiden Köpfe gegenseitig
einwandfrei anzuordnen, so dass jeder von ihnen fehlerlos mit Spuren
kooperiert. Die in Verbindung mit der 3 angegebenen
Dimensionen, insbesondere die Breite von 6,7 μm zeigen, dass es sich dabei
um extrem feine Einstellungen handelt.
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Alle diese Montageschwierigkeiten
führen
zu nicht zu vernachlässigenden
zusätzlichen
Kosten in Bezug auf einen Einfachkopf.
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Zu diesen Ausrichtungsschwierigkeiten kommt
ein Problem, verbunden mit dem Platzbedarf der Köpfe, das die Annäherung der
Spalte, um einen guten Kontakt zwischen dem Band und jedem Kopf herzustellen
(die Optimalkontaktzone ist sehr lokalisiert), schwierig macht.
Es wäre
auch vorteilhaft, den Abstand zwischen den beiden Köpfen zu
minimieren, um das Beschreiben der beiden aneinandergrenzenden Spuren
am Anfang und Ende der Spur ohne Platzverlust (verbunden mit der
räumlichen
Versetzung) zu vereinfachen. Um einen Platzverlust bei der Datenspeicherung
am Anfang und Ende der Spur zu vermeiden, muss man das Schreiben
der beiden Köpfe
entsynchronisieren, um die räumliche
Versetzung zwischen den beiden Köpfen
zu kompensieren. Man muss also einen Kompromiss finden zwischen der
Einfachheit der Aufzeichnung und der Kompaktheit der Datenspeicherung.
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Die Köpfe, bei denen die Dünnschicht-
und die Mikroelektroniktechnologie angewendet wird, bieten gewiss
interessante Vorteile, aber die Realisierung von zwei entgegengesetzten
Azimutwinkeln auf einem selben Substrat ist in dieser Technologie
ein schwieriges Problem, das gegenwärtig noch nicht zufriedenstellend
gelöst
ist.
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Die vorliegende Erfindung hat genau
die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Doppel-Magnetköpfen vorzuschlagen,
bei dem diese Dünnschicht-
und Mikroelektroniktechnologie angewendet wird und das zu einer
sehr einfachen Montage und einer automatischen Einstellung der Position
und Ausrichtung der Köpfe
führt.
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Darstellung der Erfindung
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Nach der Erfindung realisiert man
zunächst auf
demselben Substrat oder auf zwei unabhängigen Substraten Magnetköpfe nach
einer Dünnschichttechnik.
Diese Köpfe
sind in zwei Gruppen aufgeteilt. Die Köpfe jeder Gruppe umfassen einen
Spalt mit einer selben Neigung für
ein Schreiben mit einem identischen Azimutwinkel. Zudem sind die
Azimutwinkel der Köpfe
jeder Gruppe entgegengesetzt. In dem Fall der Verwendung eines selben
Substrats kann man die Köpfe
der beiden Gruppen entgegengesetzt anordnen, das heißt, dass
bestimmte Köpfe
mit ihrem Pol (das heißt
die Seite, die dazu bestimmt ist, dem Aufzeichnungsträger gegenüberzustehen)
in eine Richtung weisen, und die anderen mit ihrem Pol in eine andere
Richtung weisen. In diesem Fall haben die Spalte, die geneigt sind,
von beiden Gruppen in einem gemeinsamen Bezugssystem dieselbe Neigung.
Im Falle der Verwendung von zwei Substraten richtet man diese letzteren
vorzugsweise so aus, dass ihre kristallographischen Achsen parallel
sind. Dieser Fall entspricht dann wieder dem Fall der Verwendung
eines einzigen Substrats. In allen Fällen (Verwendung von einem
oder von zwei Substraten) spart man außerdem auf der Seite jedes
Kopfs einer Gruppe einen Sitz für
die Aufnahme eines Kopfs der anderen Gruppe aus. Indem man einen
Kopf einer Gruppe nimmt, ihn umdreht und ihn in den auf der Seite
eines Kopfs der anderen Gruppe zu diesem Zweck vorgesehenen Sitz
presst, erhält
man eine Doppelkopfeinheit. Das Umdrehen eines Kopfs hat den Zweck,
das Neigungsvorzeichen seines Spalts zu ändern und so einen Azimutwinkel
zu erhalten, der demjenigen des nicht umgedrehten Kopfes entgegengesetzt
ist, so dass man zwei Köpfe
mit entgegengesetzten Azimuten hat. Wenn die Abmessungen und die
Stelle der Sitze gut gewählt
wurden, sind die beiden Köpfe
dann automatisch ausgerichtet und in ihren jeweiligen Sitzen gegenseitig
positioniert.
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Die Erfindung lässt sich sowohl in den Fällen anwenden,
wo man nur einen einzigen Doppelkopf realisieren möchte, als
auch in dem häufigeren
Fall, wo man ein Kollektivverfahren durchführen möchte.
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Ganz genau ist das erfindungsgemäße Verfahren
im Falle einer individuellen Realisierung durch die in dem Anspruch
1 definierten Operationen gekennzeichnet.
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Im Falle einer Kollektivherstellung
ist das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch gekennzeichnet, dass es die in dem Anspruch 3 definierten
Operationen umfasst.
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Vorteilhafterweise bilden die ersten
Köpfe der
Anordnung und die zweiten Köpfe
der Gegenanordnung zwei parallele Reihen mit entgegengesetzter Stellung
und gegeneinander versetzt, wobei die ersten und die zweiten Neigungswinkel
dann vor dem Umdrehen in einem gemeinsamen Bezugssystem identisch
sind. Diese Ausführungsart
ist besonders vorteilhaft, wenn es sich bei dem ersten Substrat,
das dazu dient, die Anordnung zu realisieren, und bei dem zweiten
Substrat, das dazu dient, die Gegenanordnung zu realisieren, um
ein und dasselbe Substrat handelt.
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Dieses Kollektivherstellungsverfahren
der Erfindung eignet sich sowohl zur Realisierung von Doppelköpfen aufgrund
einer Bearbeitung bzw. Behandlung von Anordnungen als auch von ganzen Scheiben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die 1,
schon beschrieben, zeigt zwei aneinandergrenzende Aufzeichnungsspuren;
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die 2,
schon beschrieben, zeigt zwei Köpfe
mit entgegengesetzten Azimuten;
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die 3,
schon beschrieben, zeigt eine Einheit aus zwei versetzten Köpfen;
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die 4,
schon beschrieben, zeigt ein Detail eines bekannten Kopfs mit Azimut-Spalt;
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die 5 zeigt
schematisch als Draufsicht einen Magnetkopf mit um einen Magnetkreis
gewickelter Spule;
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die 6 zeigt
schematisch als Draufsicht einen Magnetkopf mit seinen Spulenverbindungen bzw.
-anschlüssen
und seinen Kontaktelementen;
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die 7 zeigt
schematisch das erfindungsgemäße Verfahren;
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die 8 zeigt
als Draufsicht die Köpfe,
Verbindungen, Kontaktelemente und Ätzungen der Anordnung und der
Gegenanordnung;
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die 9 zeigt
perspektivisch einen Teil der Anordnung und einen Teil der Gegenanordnung;
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die 10 zeigt
die Zone der Azimut-Spalten eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Doppelkopfs;
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die 11 zeigt
das Ganze nach dem Umdrehen und ineinander Verschachteln der beiden
Anordnungen.
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Detaillierte Darstellung
von Herstellungsarten
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Obgleich jeder Magnetkopf sich für die Erfindung
eignet, bevorzugt man Köpfe,
deren Spule vom Solenoid-Typ ist, im Gegensatz zu Köpfen, deren Spule
durch eine (oder mehrere) flache Spirale(n) gebildet wird. Der Grund
besteht darin, dass der seitliche Platzbedarf der ersten kleiner
ist als derjenige der zweiten und es daher möglich ist, die beiden Köpfe enger
zusammenzurücken.
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Die 5 und 6 zeigen schematisch ein
Beispiel solcher Solenoid-Köpfe.
In der 5 sieht man in
der Draufsicht einen Kopf mit zwei Polstücken 501 , 502 , getrennt durch einen unmagnetischen
Spalt g, zwei magnetische Seitenstücke 521 , 522 und ein Schlussstück 60, das den Magnetkreis
schließt.
Die Spulen werden gebildet durch zwei Wicklungen 541 , 542 auf den beiden Seitenstücken 521 , 522 .
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Die 6 stellt
eine Gesamtansicht des Kopfes mit dem Hauptbezugszeichen 70 dar,
und zeigt besser die elektrischen Verbindungseinrichtungen der Spulen.
Diese Einrichtungen umfassen zwei leitfähige Streifen 721 , 722 und
zwei Anschlusselemente 741 , 742 .
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Das Kollektivherstellungsverfahren
von Doppelköpfen
wird dann schematisch in den 7 bis 10 dargestellt, im Sonderfall
von nur einer Anordnung und nur einer Gegenanordnung. Man sieht
zunächst in
der 7 eine Anordnung
A und eine Gegenanordnung B. Die Anordnung A enthält eine
Vielzahl erster Köpfe 801 analog dem Kopf der 6, und die Gegenanordnung B enthält eine
Vielzahl zweiter Köpfe 802 , symmetrisch zu dem der 6. Außerdem enthält die Anordnung A eine Vielzahl
erster Leerstellen 901 , und die
Gegenanordnung B enthält eine
Vielzahl zweiter Leerstellen 902 (diese
Leerstellen sind in der 7 schraffiert).
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Bei der in der 7 dargestellten Ausführungsart sind die Köpfe 801 und 802 entgegengesetzt vorgesehen
und die Köpfe
und die Leerstellen sind versetzt.
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Die 8, 9 und 10 zeigen die Struktur der Köpfe und
die in den Leerstellen vorgesehenen Sitze detaillierter. Diese Figuren
gelten sowohl für
ein Einzelverfahren als auch für
ein Kollektivverfahren.
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Zunächst sieht man in den 8 und 10 einen ersten Kopf mit dem Hauptbezugszeichen 100, mit
einer Einheit 102, die den Magnetkreis, den Azimut-Spalt,
die Spule und zwei Kontaktelemente 1041 , 1042 umfasst. Seitlich dieses Kopfes befindet
sich ein erster geätzter
Sitz 120. In der 10 sieht
man besser, dass der Kopf 100 auf einem ersten Substrat 150,
zum Beispiel aus Silicium, ausgebildet ist, und mit einer Schicht 160 aus
einem ersten Isolator, zum Beispiel Siliciumdioxid, überzogen
ist. Die Isolierschicht 160 kann zum Beispiel eine Dicke
von 10 μm haben.
Um den ersten Sitz 120 zu realisieren, ätzt man zugleich die Isolierschicht 160 und
das Substrat 150, letzteres zum Beispiel 10 μm tief, was
in diesem Sonderfall einen Sitz mit einer Tiefe von 20 μm ergibt.
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In der Gegenanordnung B sieht man
dieselben Einrichtungen, nämlich
einen zweiten Kopf mit dem Hauptbezugszeichen 130 und einer
Einheit 132, die einen Magnetkreis, einen dem Azimut-Spalt
des ersten Kopfes 102 entsprechenden Azimut-Spalt und zwei
Kontaktelemente 1341 , 1342 umfasst. Seitlich dieses zweiten Kopfes 130 befindet
sich ein zweiter Sitz 140. In der 9 sieht man, dass dieser zweite Kopf
auf dem den ersten Kopf tragenden Substrat 150 ausgebildet
ist und mit einer selben Schicht 160 überzogen ist. Um den 140 zu
realisieren, ätzt
man die Isolierschicht 160 und das Substrat 150 über 10 μm, was einen
Sitz mit einer Tiefe von 20 μm
ergibt, wie bei dem ersten Sitz 120. Derart sind die Reliefs und
die Vertiefungen dieser beiden Teilanordnungen komplementär.
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Die 9 und 10 zeigen noch eine spezielle Realisierungsart,
die ermöglicht,
die Anschlüsse
bzw. Verbindungen des zweiten Kopfes 130 auf dieselbe Seite
bzw. Fläche
wie diejenigen des ersten Kopf 100 zu bringen, wobei dann
die Gegenanordnung eine kleinere Breite als die Anordnung hat. Um
dies zu realisieren, wird in der Anordnung A eine Stufe mit einem
Zwischenniveau realisiert. Diese Stufe trägt in den 8 und 10 das
Bezugszeichen 110. Bei der dargestellten Ausführungsart
befindet sie sich 10 μm unter
dem oberen Niveau, das heißt
genau auf der Oberfläche
des Substrats 150. Auf dieser Stufe 110 bildet
man Kontaktaufnahmeelemente 1121 , 1122 aus, deren Abstand dem Abstand der
Anschlusselemente 1341 , 1342 des zweiten Kopfes entspricht (s. 9). Diese Kontaktaufnahmeelemente 1121 , 1122 sind
durch Verbindungsleiterbahnen 1131 , 1132 mit Kontaktelementen 1141 , 1142 verbunden,
die sich seitlich der Elemente 1041 , 1042 des ersten Kopfes befinden.
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In der Gegenanordnung ätzt man
das zweite Substrat 150, um seitlich der zweiten Köpfe 130 zweite
Sitze 140 zu bilden, fähig
die ersten Köpfe 100 der Anordnung
A aufzunehmen.
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Wenn der zweite Kopf 130 umgedreht
und in den ersten Sitz 120 eingesetzt worden ist, kommen die
Elemente 1341 , 1342 in
Kontakt mit den Kontaktaufnahmeelementen 1121 , 1122 , so dass die Anschlusselemente des
zweiten Kopfes, sobald dieser eingesetzt ist, zu den Elementen 1141 , 1142 übertragen
werden bzw. mit ihnen verbunden sind.
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Die Stufe 110 kann auch
Rillen 114 aufweisen, um einen eventuellen Überschuss
des Klebstoffs aufzunehmen, der dazu dient, die beiden Teile zusammenzubauen.
Der Klebstoff kann ein leitfähiger
Klebstoff sein. Man kann ihm leitfähige Kugeln beimischen, die
bei der Montage zusammengedrückt werden
und einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Elementen 1241 , 1342 und 112, 1122 herstellen.
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Wenn man nun die Gegenanordnung B
um einen Winkel π um
die Achse xx' dreht
(7) und die beiden Anordnungen
ineinander verschachtelt, erhält
man die in der 11 dargestellte
Einheit. Man sieht dort einen ersten Kopf 102 mit seinem
Azimut-Spalt g1, angeordnet auf dem Substrat 150 und überzogen
mit einer Isolierschicht 160, und einen zweiten Kopf 142 mit
seinem Azimut-Spalt g2 entgegengesetzter
Richtung, mit umgekehrtem Substrat 150 mit seiner Isolierschicht 160,
ebenfalls umgekehrt. Die beiden Teile sind ineinander verschachtelt. Da
sie komplementär
sind, bilden sie einen Einblock-Magnetkopf.
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Im Falle einer Kollektivherstellung
(zum Beispiel mittels Anordnungen oder ganzen Scheiben) wird das
so erhaltene Ganze anschließend
zerschnitten, um die Einblock-Doppelköpfe zu trennen.
Jeder Kopf umfasst dann einen Siliciumblock, der in seiner Mitte
einen Doppelkopf einschließt.
Jeder Kopf kann anschließend
durch klassische mikromechanische Operationen bearbeitet werden,
um ihm die gewünschte
Form zu geben.
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Man kann selbstverständlich das
Schneiden der Köpfe
auch vor dem Zusammenbau realisieren.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsart kann
man ein einziges Substrat verwenden, um die Anordnung und die Gegenanordnung
herzustellen. Diese Variante ist vorteilhaft, denn sie ermöglicht,
für die
verschiedenen Köpfe
eine Homogenität
der Charakteristika zu erlangen, vor allem für die sich gegenüberstehenden.
Aber man könnte
natürlich
die Realisierung der Anordnung und die der Gegenanordnung trennen.
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Nach dieser Beschreibung versteht
man besser, dass die Erfindung zahlreiche Vorteile bietet:
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- – sie
ermöglicht
eine Kollektivherstellung von Azimut-Einblock-Doppelköpfen mit
einer Dünnschicht-auf-Silicium-Technik,
verbunden mit einigen mechanischen Zusammenbauschritten, Anordnung
für Anordnung
oder Scheibe für
Scheibe; die Kosteneinsparung kann bei Massenherstellung beträchtlich
sein;
- – sie
löst die
Seiten- und Winkelausrichtungsprobleme des einen Kopfs in Bezug
auf den anderen, indem sie die Zusammenbau-Bezugsebenen durch extrem
genaue mikroelektronische Ätzverfahren
definiert; die Klebeverbindung zwischen den beiden zusammenzubauenden
Teilen muss einige zehn Mikrometer nicht überschreiten, was ganz und
gar innerhalb der Toleranzen der betreffenden Systeme liegt, sowohl
bezüglich
des Winkels zwischen den beiden Köpfen als auch des seitlichen
Abstands (einen Fehler bezüglich
der Spurbreite des Signals nach sich ziehend);
- – die
Montage eines nach der Erfindung hergestellten Einblock-Doppelkopfs
in einem Aufzeichnungssystem wird ebenso einfach wie die Montage
eines Einfachkopfs, was die Kosten dieser Operation deutlich senkt;
- – die
Homogenität
der Charakteristika der Köpfe ist
sehr gut, wenn die beiden zusammengebauten Köpfe während ihrer Herstellung auf
Silicium Nachbarn waren;
- – schließlich gewährleisten
die guten tribologischen Eigenschaften des die Köpfe umschließenden Siliciums
eine sanfte und gleichmäßige Abnützung dieser
letzteren während
ihrer Lebensdauer.