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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Magnetaufzeichnungsköpfe und
insbesondere eine Dünnfilmmagnetkern- und
Wickelvorrichtung und ein Herstellungsverfahren.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Mit der ständigen Verkleinerung von Computereinrichtungen
und elektronischen Kreisen im allgemeinen ist eine Miniaturisierung
magnetischer Aufzeichnungsgeräte
und -träger
einhergegangen. Ein technologisches Problem, das hinsichtlich der
Verkleinerung von magnetischen Aufzeichnungsgeräten aufgetreten ist, betrifft
die verringerte Größe eines magnetischen
Aufzeichnungskopfes. Da die Größe von magnetischen
Aufzeichnungsköpfen
verringert wurde, nahm die Lese- und Schreibempfindlichkeit ab.
Ferner hat eine verringerte Größe die Herstellung der
Aufzeichnungsköpfe
erschwert. Ein magnetischer Aufzeichnungskopf umfaßt eine
unendlich kleine Magnetwicklung, die um einen winzigen Magnetkern
gewickelt ist. Üblicherweise
wird die Magnetwicklung mit einem überaus schwierigen und zeitraubenden
Vorgang von Hand um den Kern gewickelt.
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Kürzlich
wurde eine Dünnfilmhalbleiter-Herstellungstechnik
zur Herstellung von miniaturisierten magnetischen Aufzeichnungsköpfen angewendet. Beispielsweise
ist in dem am 9. November 1993 an A. Takayama et al. erteilten US
Patent Nr. 5 260 845 mit dem Titel "Magnetic Head Having a Thin
Film Conductor Coil Assembly Formed Seperate From a Magnetic Head
Core" ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmkerns erläutert. Der
Herstellungsvorgang umfaßt
Bearbeitungsschritte zur Ausbildung von sieben Schichten, umfassend
eine erste Isolierschicht, die auf einen Träger aufgebracht wird, eine untere
Wicklungsschicht, eine zweite Isolierschicht, eine Magnetkernschicht,
eine dritte Isolierschicht, eine obere Wicklungsschicht und eine
Schutzschicht. Die zweite Isolierschicht isoliert die untere Wicklungsschicht
von der Mangnetkernschicht. Die dritte Isolierschicht isoliert die
obere Wicklungsschicht von der Magnetkernschicht. Der Träger ist
aus einem Ferritblock gebildet, der Nuten aufweist, die mit Glas gefüllt sind.
Ein trockenes Ätzverfahren
wird benutzt zur Ausbildung der oberen und unteren Wicklungsschicht
und der Magnetkernschicht sowie zur Erzeugung von Mustern in den
Isolierschichten und in der Schutzschicht. Die Wicklungsschichten
und die Magnetkernschicht werden durch Sputtern in Argongas aufgebracht,
das üblicherweise
unter einem Druck von 2 bis 20 m Torr in eine Sputterkammer eingebracht
wird, und sie werden geätzt
durch Verwendung einer photoresisten Maske und lonenstrahlfräsen. Die
Magnetkernschicht wird durch Sputtern von Nickel-Eisen (81%–19%) Permalloy
mit einer Dicke von 4 μm
aufgebracht. Die Isolierschichten sind aus einem wärmefixierten
Poiyamidharz gebildet.
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Die Leistungsfähigkeit von mittels Dünnfilmtechnik
erzeugten Magnetwicklungen ist typischerweise kleiner als die Leistungsfähigkeit
von manuell hergestellten Köpfen.
Ferner ist der Ferritträger
aus technologischen Gründen
auf einen 5 × 5
cm Quadratblock beschränkt,
was keine Standardgröße oder Standardmaterial
in der Halbleiterbearbeitung ist. Das 5 × 5 cm Quadrat ergibt eine
Ausbeute von ungefähr
2500 Einheiten. Sowohl das Ferrit- als auch das Glasmaterial in
dem zusammengesetzten Träger sind
harte, unnachgiebige Materialien. Demzufolge muß die Fläche, an der der Ferrit-Glasträger die
darüberliegenden
Schichten berührt,
absolut eben geschliffen sein, weil sich andernfalls ein Spalt zwischen
den magnetischen Materialien bilden könnte, der den magnetischen
Widerstand vergrößern und die
Wirksamkeit des magnetischen Aufzeichnungskopfes verringern würde.
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Die
EP 0 571 951 A1 offenbart einen Dünnfilmwicklungsaufbau
aus zwei magnetischen Teilen, die über ein nichtmagnetisches Teil
miteinander verbunden sind.
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Die
US
5 260 845 offenbart einen Dünnfilmleiterwicklungsaufbau.
Zwei magnetische Substanzen sind mit einer nichtmagnetischen Substanz
verbunden, um einen einstückigen
Körper
zu bilden, auf dem der Wicklungsaufbau ausgebildet ist.
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Die
EP 0 269 489 A1 offenbart ein Verfahren zur
Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes
mit einer horizontalen Struktur. Eine Wicklung und ein Magnetkern
mit einem Luftspalt sind auf einer Seite eines Trägers einstückig ausgebildet
und ein integrierter Kreis ist auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers ausgebildet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Mit der vorliegenden Erfindung wird
vorteilhafterweise ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von
magnetischen Dünnfilmaufnahmeköpfen geschaffen,
mit dem die Ausbeute und die Leistungsfähigkeit der Köpfe gesteigert
wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird
ein verbessertes Verfahren geschaffen, das Technologien zur Herstellung
von Halbleitern zur Ausbildung von magnetischen Dünnfilmwicklungen
verwendet, wodurch die Ausbildung solcher Wicklungen gegenüber der
manuellen Herstellungstechnik der Wicklungen enorm gesteigert wird.
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Mit der nachstehend beschriebenen
Ausführungsform
wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von magnetischen
Dünnfilmaufzeichnungsköpfen geschaffen,
bei dem zur Herstellung von Magnetwicklungen eine Galvanisier- und
Naßätzbearbeitung
angewendet wird. Dadurch werden wesentliche Verbesserungen in der
Ausbeute und Leistungsfähigkeit
der Aufzeichnungsköpfe
gegenüber
den herkömmlichen
Technologien mit Sputterablagerung und Trockenätzen erzielt.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird
auch ein magnetischer Dünnfilmaufzeichnungskopf
mit verbessertem Kern und verbesserter Wicklung geschaffen, um ein
Ausgangssignal mit verbesserter Wiedergabetreue zu erzeugen.
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Die nachstehend beschriebene Ausführungsform
bietet weitere Vorteile durch Verwendung einer dicken Photolackschicht
als Isoliermaterial und durch Aushärten des Photolacks mit einem
Elektronenstrahl-Aushärtverfahren.
Wesentliche Verbesserungen in der Ausbeute und Produktivität werden
erzielt im Vergleich mit der herkömmlichen Verwendung einer dünnen Photolackschicht
und dem herkömmlichen
Aushärten
der Photolackschicht, bei dem ein Hochtemperatur-Backprozeß angewendet wird.
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Diese und andere Vorteile werden
mit einer ersten Ausführungsform
eines Dünnfilmleiterwicklungsaufbaus
erzielt, umfassend:
einen keramischen Träger, der eine im wesentlichen ebene
erste Oberfläche
und eine gegenüberliegende zweite
Oberfläche
hat;
mehrere mit einem leitfähigen Material gefüllte Durchgänge, die
sich von der ersten Oberfläche
zu der zweiten Oberfläche
des keramischen Trägers
erstrecken, um einen leitfähigen
Pfad quer durch den keramischen Träger zu bilden;
eine erste
gemusterte Wicklungsschicht, die auf der im wesentlichen ebenen
Oberfläche
des keramischen Trägers
ausgebildet ist, wobei die erste gemusterte Wicklungsschicht eine
Vielzahl von gegenseitig getrennten ersten Wicklungsschichtelementen aufweist,
wobei die Elemente der ersten Wicklungsschicht ein erstes und ein
zweites Ende haben;
eine erste Isolierschicht, die zwischen
den ersten Wicklungsschichtelementen angeordnet ist und die ersten
Wicklungsschichtelemente überdeckt,
wobei die erste Isolierschicht gemustert ist, so daß die ersten
und zweiten Endender ersten Wicklungsschichtelemente freiliegen;
einen
Magnetkern, der die erste Isolierschicht überdeckt und von der ersten
gemusterten Wicklungsschicht isoliert ist; eine zweite Isolierschicht,
die den Magnetkern überdeckt,
wobei die zweite Isolierschicht gemustert ist, so daß die ersten
und zweiten Enden der ersten Wicklungsschichtelemente freiliegen;
und
eine zweite gemusterte Wicklungsschicht, welche die zweite
Isolierschicht überdeckt
und durch die zweite Isolierschicht von dem Magnetkern isoliert
ist, wobei die zweite gemusterte Wicklungsschicht eine Vielzahl von
gegenseitig getrennten zweiten Wicklungsschichtelementen aufweist,
wobei Elemente der zweiten Wicklungsschicht ein erste Ende haben,
das mit dem ersten Ende eines ersten Elements der ersten Wicklungsschichtelemente
verbunden ist, und ein zweites Ende haben, das mit dem zweiten Ende
eines zweiten Elements der ersten Wicklungsschichtelemente verbunden
ist, wobei die ersten und zweiten Elemente der ersten Wicklungsschicht
unterschiedliche Elemente sind, so daß die ersten Wicklungsschichtelemente
und die zweiten Wicklungsschichtelemente in einer abwechselnden
Reihenfolge verbunden sind, die ein erstes und ein zweites Ende
hat, wobei die ersten und zweiten Enden der abwechselnden Reihenfolge
mit Durchgängen
der Vielzahl von mit einem leitfähigen
Material gefüllten
Durchgänge verbunden
sind.
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Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines Dünnfilmleiterwicklungsaufbaus
umfaßt
die Schritte:
Ausbilden eines ersten Durchgangs aus leitfähigem Metall
und eines zweiten Durchgangs aus leitfähigem Metall von einer ersten
im wesentlichen ebenen Oberfläche
zu einer gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche
eines elektrisch nichtleitenden keramischen Trägers;
galvanisches Aufbringen
einer ersten Magnetwicklungsschicht, welche die im wesentlichen
ebene Oberfläche
des keramischen Trägers überdeckt;
Naßätzen der
ersten Magnetwicklungsschicht zur Ausbildung einer Vielzahl von
im wesentlichen parallelen Wicklungsleitungen und einer Zuführleitung,
die eine der Vielzahl von Wicklungsleitungen mit dem ersten Durchgang
aus leitfähigem
Metall verbindet;
Ausbilden einer ersten Isolierschicht, welche
die erste Magnetwicklungsschicht überdeckt, während Enden der parallelen
Wicklungsleitungen freilliegen;
galvanisches Aufbringen einer
Magnetkernschicht, welche die erste Isolierschicht überdeckt;
Naßätzen der
Magnetkernschicht, um einen Magnetkern zu bilden, der die parallelen
Wicklungsleitungen überspannt
und zu diesen im wesentlichen rechtwinklig ist;
Ausbilden einer
zweiten Isolierschicht, welche den Magnetkern überdeckt, während die Enden der parallelen
Wicklungsleitungen freiliegen;
galvanisches Aufbringen einer
zweiten Magnetkernschicht, welche die zweite Isolierschicht überdeckt; und
Naßätzen der
zweiten Magnetkernschicht, um eine Vielzahl von im wesentlichen
parallelen Wicklungsleitungen und eine Zuführleitung zu bilden, die eine
der Vielzahl von Wicklungsleitungen mit dem zweiten Durchgang aus
leitfähigem
Material verbinden, wobei ein erstes Ende der zweiten Magnetwicklungsschicht-Wicklungsleitungen
ein erstes Ende entsprechender erster Magnetwicklungsschicht-Wicklungsleitungen überdeckt
und mit diesem verbunden ist, und wobei die zweiten Magnetwicklungsschicht-Wicklungsleitungen
gegenüber
den ersten Magnetwicklungsschicht-Wicklungsleitungen leicht versetzt
angeordnet sind, so daß ein
zweites Ende der zweiten Magnetwicklungschicht-Wicklungsleitungen
ein zweites Ende von Wicklungsleitungen neben den entsprechenden
ersten Magnetwicklungsschicht-Wicklungsleitungen überdeckt
und mit diesem verbunden ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In den Figuren sind gleiche Teile
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines magnetischen-Dünnfilmaufzeichnungskopfes,
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2 ist
eine perspektivische Darstellung eines Dünnfilmmagnetverstärkers des
in 1 gezeigten Aufzeichnungskopfes,
und
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3 und 4, 5 und 6, 7 und 8 und 9 und 10 sind verbundene Querschnitte und Draufsichten,
die verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in 2 gezeigten Dünnfilmmagnetverstärkers zeigen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In 1 ist
ein Magnetkopf 100 gezeigt, umfassend einen Schieber 102,
der aus nichtmagnetischen Materialien hergestellt und im wesentlichen quaderförmig ist,
und längliche
Schienen 104 und 106, die parallel sind und an
gegenüberliegenden Seiten
des vierseitigen Schiebers 102 befestigt sind. Eine Einbaumulde 108 ist
in einer Seite des vierseitigen Schiebers 102 nahe der
Schiene 106 ausgespart, und ein Magnetkopfkern 112 ist
an der Einbaumulde 108 mit dem Schieber 102 verklebt.
Der Magnetkopfkern 112 umfaßt einen ersten Kernabschnitt 114 und
einen zweiten Kernabschnitt 116, der einen U-förmigen Kern
und einen Spalt bildet, die mittels einer Glasverbindung aneinander
befestigt sind. Eine Magnetkopfaufzeichnungsanordnung 110 ist
an dem Magnetkopfkern 112 befestigt.
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Gemäß 2 umfaßt eine Magnetkopfaufzeichnungsanordnung 110 eine
Magnetspule 202 und einen Träger 204 zum Halten
der Magnetspule 202. Die Magnetspule 202 umfaßt einen
Magnetkern 256, der mehrere Windungen oder Wicklungen 210 trägt. Die
von der Magnetspule 202 erzeugte Magnetdichte wird durch
Anlegen eines Wechselstroms an die Wicklungen 210 gesteuert.
Die Wicklungen 210 sind allgemein schraubenwendelförmig ausgebildet.
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Der Aufbau der Magnetkopfaufzeichnungsanordnung 110 und
das Verfahren zu deren Herstellung ist in den 3 bis 10 gezeigt.
Gemäß 3 und 4 ist ein keramischer Trägerblock 204 aus
einer Scheibe (Wafer) 206 aus Aluminium (Aluminiumoxid) hergestellt,
die eine Dicke von näherungsweise
0,64 mm (25 mil) und einen Durchmesser von 150 mm hat. Eine Trägerscheibe
mit diesen Abmessungen entspricht den Halbleiterfertigungsnormen,
wodurch die Fertigung vereinfacht wird durch Verwendung eirer Standardausrüstung zur
Halbleiterproduktion. Ein Aluminiumwafer 206 von 150 mm
Durchmesser kann 25.000 Dünnfilm-Magnetkopfaufzeichnungsanordnungen
ergeben.
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In dem keramischen Trägerblock 204 sind vielfach
tiefe vertikale Durchgangsbohrungen 260 ausgebildet, wobei
ein Laserbearbeitungsverfahren angewendet wird.
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Die Durchgangsöffnungen 260 sind
mit Metall gefüllt,
um metallische Durchgänge 262 zu
bilden, die benutzt werden, um eine Leiterbahn quer durch den Träger 204 zu
bilden. Ein metallisches Kontaktmaterial ist in die Durchgangsöffnungen 260 eingefüllt, um
mehrfache leitende metallische Durchgänge 262 zu bilden.
Beispielsweise wird in den Durchgangsöffnungen 260 ein Dickfilm
aus galvanisiertem Kupfer oder gesintertem Kupfer-Wolfram ausgebildet.
Zur Bildung der metallischen Durch- gänge können aber auch andere Metalle,
wie z. B. Gold verwendet werden. Jedes Metall zur Bildung einer
leitenden Bahn ist geeignet. Die metallischen Durchgänge 262 werden
gebildet durch Einbringen eines Metalls in die vertikalen oder nahezu
verikalen Durchgangsöffnungen 260 zur
Ausbildung eines festen Metallstopfens.
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Eine erste Schicht der Wicklung 220 wird
auf der Oberfläche
des keramischen Trägerblocks 204 mit
einem galvanischen Verfahren ausgebildet. Der Galvanisierprozeß umfaßt die Schritte:
Sputterablagern einer Keimschicht 222 (engl, seed layer),
Versehen der Keimschicht 222 mit einem Muster, Ausbilden
der ersten Wicklungsschicht 220 durch Galvanisieren und
chemisches Abätzen
der Keimschicht 222. Das Galvanisieren wird ausgeführt, indem
zunächst
auf einer Vorderseite 208 des Trägers durch Sputtern eine Galvanisierbasis
zweite Schicht 222 beispielsweise ein Chrom-Kupferfilm
abgelagert wird. Die Basiskeimschicht ist zweckmäßig dünn, aber hinreichend dick,
so daß eine
Leitfähigkeit
zum Galvanisieren geschaffen wird. Die Keimschicht 222 wird
beispielsweise durch Sputterablagerung einer Schicht aus Chrom (nicht
gezeigt) auf die Trägerfläche mit
einer Dicke von ungefähr
300 bis 500 Å geschaffen.
Eine Kupferschicht 224, die ein zweites Drittel der Keimschicht 222 bildet,
wird durch Sputtern über
der Chromablagerung mit einer Dicke von ungefähr 1000 Å abgelagert. Die Keimschicht 222 wird
mit einer herkömmlichen
photolithographischen Technik mit einem Muster versehen. Die erste
Wicklungsschicht 220 wird sodann galvanisch ausgebildet,
wobei Elektrolyse angewendet wird, um Metall auf der Vorderseite 208 des
Trägers
in den Bereichen der Vorderseite 208 aufzubringen, die über der
Keimschicht 222 liegen. Nach der Ausbildung der ersten Wicklungsschicht 220 werden
die freiliegenden Bereiche der Keimschicht 222 durch chemisches Ätzen beseitigt,
so daß Elemente
der ersten Wicklungsschicht 220 in elektrischer Isolation
vereinzelt auf der Fläche 208 des
isolierenden Trägers 204 sitzen.
Für eine
Chrom-Kupferwicklung wird ein chemisches Ätzen erreicht durch Verwendung
einer Chromätzlösung aus
0,080 kg Kaliumpermanganat und 0,020 kg. Kaliumhydroxid in einem
Liter Wasser und einer Kupferätzlösung aus
0,260 kg Ammoniumpersulfat und 190 ml aus 30% Ammoniumhydroxid gelöst in drei
Liter Wasser.
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Naßätzprozesse sind verbunden mit
den verschiedenen Ablagerungsschritten des veranschaulichten Herstellungsverfahrens,
die mehrfache Galvanisierschritte umfassen. Ein Naßätzprozeß verwendet
Flüssigkeiten
als Ätzmittel,
wie z. B. Säuren und
andere korrosive Chemikalien. Das Ätzen erfolgt durch chemische
Reaktionen an der Oberfläche
eines Materials. Ein zusätzlicher
galvanischer Herstellungsprozeß umfaßt wesentlich
weniger Verfahrensschritte als ein Ablagerungsvorgang durch Sputtern, der
mit Trockenätzen
verbunden ist. Demzufolge verkürzen
Galvanisier- und
Naßätzverfahren
in Kombination die Zyklusdauer des Herstellungsprozesses. Außerdem haben
durch Galvanisier- und Naßätzverfahren
hergestellte Kreise eine verbesserte Leistungsfähigkeit gegenüber Magnetköpfen gezeigt,
die durch Sputter- und
Trockenätzverfahren
hergestellt wurden.
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Das Galvanisierverfahren verbessert
die Zyklusdauer zur Herstellung der dicken Metallfilme wesentlich
im Vergleich zur herkömmlichen
Ablagerung durch Sputtern in Argongas und Ätzen durch lonenstrahlbearbeitung
unter Verwendung einer Photoresistmaske.
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Die erste Wicklungsschicht 220 wird
auf diese Weise mit einem Muster versehen, galvanisch und chemisch
geätzt
durch Verwendung einer herkömmlichen
photolithographischen Technik zur Ausbildung eines feinen Musters
aus parallelen Linien oder Leitungen 226 auf der Oberseite 208 des
keramischen Trägerblocks 204.
Bei einer Ausführungsform
wird die Wicklung 210 von 40 parallelen Leitungen 226 gebildet,
wobei jede Leitung eine Länge
von ungefähr 230 μm und eine
Breite von ungefähr
5 μm hat,
und die Leitungen durch einen Spalt von 2 μm getrennt sind. Die vierzig
parallelen Wicklungsleitungen 226 sind zu einer Achse parallel,
die als "leichte Achse" bezeichnet wird. Der Ausdruck "leichte Achse"
bezieht sich auf die Bündelung
des Magnetfeldes das von dem nachträglich ausgebildeten Magnetverstärker (Transduktor) 202 erzeugt
wird, wie es in den 5 bis 10 gezeigt ist. Die leichte
Achse 270 ist rechtwinklig zu der Richtung der Magnetflußdichte des
Magnetverstärkers 202 angeordnet.
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Es ist eine erste Wicklungsleitung 232 gezeigt,
die sich an einem Ende rechtwinklig zu den parallelen Wicklungsleitungen 226 erstreckt,
um eine Zuführleitung 240 zu
bilden. In Abhängigkeit
von der Lage der Kontaktdurchgänge 262 kann
die Zuführleitung 240 gegenüber den
Wicklungsleitungen auch unter einem vom rechten Winkel abweichenden
Winkel angeordnet sein. Die gezeigte Zuführleitung 240 ist parallel
zu einer als "harte Achse" bezeichneten zweiten Achse angeordnet,
die zu der leichten Achse 270 rechtwinklig ist.
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Zusätzlich zu den Wicklungsleitungen 226 wird
das Galvanisierverfahren benutzt, um auf beiden Seiten der parallelen
Wicklungsleitungen 226 zwei Nivellierklötze 264 zu bilden.
Die Nivellierklötze 264 sind
rechteckig und haben eine Länge
von ungefähr
200 μm und
eine Breite von ungefähr
100 μm. Die
Nivellierklötze 264 sind
parallel zu den Wicklungsleitungen und der leichten Achse 270 ausgebildet,
und sie haben jeweils eine nach der Mitte zu gelegene Kante, die
ungefähr
5 μm von
der Seitenkante der äußersten
Wicklungsleitungen 232 und 234 entfernt ist.
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Die Nivellierklötze 264 werden benutzt,
um Strukturen abzustützen,
die nachfolgend über
der ersten Wicklungsschicht ausgebildet werden. Die Nivellierklötze 264 dienen
auch dazu, die Trägerfläche 208 bündig zu
machen. Die Verwendung der Nivellierklötze 264 zur Abstützung vermeidet
die Verwendung von Seitenpolen. Bei dieser besonderen galvanisierten
Struktur sind sperrige Seitenpole nicht erwünscht. Die Nivellierklötze 264 sind
als Teil der ersten Wicklungsschicht 220 gebildet, um eine
bündige Struktur
zu erzielen ohne einen zusätzlichen
Bearbeitungsschritt auszuführen.
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Gemäß den 5 und 6 wird
eine erste Isolierschicht 280 ausgebildet, welche die erste
Wicklungsschicht 220 überdeckt,
um die erste Wicklungsschicht 220 von einem Magnetkern 256 elektrisch
zu isolieren, der nachfolgend über
der ersten Wicklungsschicht 220 ausgebildet wird. Die erste
Isolierschicht 280 ist aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie
z. B. einem Photoresistmaterial oder einer Form von Silizumoxid
(wie Z. B. Siliziumdioxid oder Siliziummonoxid) hergestellt. Beispielsweise
kann für
die erste Isolierschicht 280 ein mit Elektronenstrahl gehärtetes Photoresistmatenal
wie AZ4620 Photolack verwendet werden. AZ4620 Photolack ist ein
verhältnismäßig dickes
Photoresistmaterial, das sich in einer dicken Schicht ablagert,
um die Topographie der Trägerfläche geeignet
zu bedecken. Die Photoresistschicht wird bei einer Dauer von ungefähr fünfzehn Minuten
elektronenstrahlgehärtet,
wodurch die Härtedauer
erheblich verkürzt
wird im Vergleich zu dem üblicherweise
verwendeten Aushärtverfahren
des Hartbackens. Außerdem
bewirkt das Elektronenstrahlhärten
sehr geringe Veränderungen
des Oberflächenprofils
des Abdecklacks infolge Verlaufen oder Fließen, so daß nach dem Aushärten der
Photolackschicht eine vorteilhafte bündige Oberfläche erhalten
wird. Während
der Elektronenstrahl-Aushärtbehandlung
kommt es auch zu keiner nennenswerten Veränderung des Querschnittsprofils
der Photolackschicht durch Verlaufen oder Fließen des Photolacks.
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Die erste Isolierschicht 280 hat
eine laminare Struktur, die durch einen einzigen laminaren Ablagerungs-
und Aushärtschritt
gebildet ist. Die erste Isolierschicht 280 wird mit einem
Muster versehen, so daß ein
quadratischer oder rechteckiger Flächenbereich abgedeckt wird,
der die aus den parallelen Wicklungsleitungen 226 bestehende
erste Wicklungsschicht 220 überdeckt und sich in Richtung
der harten Achse 272 zwischen den der Mitte zugekehrten
Rändern 266 der
Nivellierklötze 264 erstreckt.
Die Nivellierklötze 264 sind
von der ersten Isolierschicht 280 nicht bedeckt. Die erste
Isolierschicht 280 ist mit einem Muster versehen, so daß erste
Enden 236 und zweite Enden 237 jeder parallelen
Wicklungsleitung 226 von der Isolierschicht 280 unbedeckt
bleiben. Der Photolack wird anfänglich
durch Belichtung mit einer Photomaske mit einem geeigneten Muster
versehen. An den Enden 236 und 237 der Wicklungsleitungen 226 bleiben
Quadrate von ungefähr
5 μm unbedeckt,
wodurch an den Enden 236 und 237 der Wicklungsleitungen 226 eine
Vielzahl von Wicklungsdurchgängen 238 gebildet
werden.
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Der Magnetkern 256 wird über der
ersten Isolierschicht 280 ausgebildet, um eine im wesentlichen
rechteckige Fläche 274 zu
bedecken. Der Magnetkern 256 hat eine sich in Richtung
der harten Achse 272 erstreckende Länge, die geeignet ist, um die erste
Wicklungsschicht 220 und die erste Isolierschicht 280 einschließlich der
parallelen Wicklungsleitung 226 zu überdecken und die sich über die
Seitenränder 266 der
Nivellierklötze 264 hinaus
erstreckt. Die Breite des Magnetkerns 256 erstreckt sich
in der Richtung der leichten Achse 270 nur bis zum Rand
der ersten Isolierschicht 280, so daß die Enden der Wicklungsleitungen 226 der
ersten Wicklungsschicht 220 unbedeckt bleiben. Der Magnetkern 256 ist
eine Nickel-Eisen (NiFe) Permalloyablagerung, die galvanisch aufgebracht
wurde in der gleichen Weise wie die erste Wicklungsschicht 220.
Beispielsweise wird eine Chrom-Kupferkeimschicht 282 abgelagert.
Eine NiFe Schicht 284 wird sodann mit einem Muster versehen
und galvanisch auf die Keimschicht 282 aufgebracht. Die Keimschicht
wird sodann durch Ätzen
beseitigt. NiFe bildet eine weiche und nachgiebige galvanisch aufgebrachte
Schicht aus magnetischem Material, die eine geeignete ebene Oberfläche hat.
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Die nachgiebige Beschaffenheit des
NiFe Magnetkernmaterials verringert den Widerstand der magnetischen
Bahn und vergrößert dadurch
die Wirksamkeit der Magnetkopfaufzeichnungsanordnung 110.
Das NiFe Permalloy besteht näherungsweise
aus 80% Nickel und 20% Eisen, und es wird eine magnetisch anisotrope
Magnetkernstruktur gebildet durch Aufbringen einer magnetischen
Anisotropie auf den Kern 256 in einer zur Richtung der
harten Achse 272 parallelen Richtung. Abweichungen von einer
perfekt ebenen Oberfläche
werden im allgemeinen durch die endliche Dicke der ersten Isolierschicht 280 bewirkt.
Wenngleich eine perfekt ebene Oberfläche des Magnetkerns 256 für die magnetische
Funktion theoretisch ideal wäre
und eine solche Oberfläche
durch zusätzliches
ausgewähltes
Galvanisieren der ersten Wicklungsschicht 220 erreichbar
wäre, wird
das Ausmaß der
Verbesserung der Funktion als nicht ausreichend angesehen, um die
zusätzliche Bearbeitung
zu rechtfertigen. Bei anderen Ausführungsformen des Dünnfilmmagnetkerns 256 kann eine
solche zusätzliche
Bearbeitung durch die verbesserte magnetische Wirksamkeit gerechtfertigt sein.
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Gemäß den 7 und 8 wird
eine zweite Isolierschicht 290 gebildet, die den Magnetkern 256 überdeckt,
um den Magnetkern 256 gegen eine zweite Wicklungsschicht 212 zu
isolieren, die nachfolgend gebildet wird und den Magnetkern 256 überdeckt.
Die zweite Isolierschicht 290 ist aus einem geeigneten
Isoliermaterial hergestellt, und bei der gezeigten Ausführungsform
ist er aus dem gleichen mit einem Elektronenstrahl gehärteten AZ4620
Photoresistlack hergestellt, der zur Ausbildung der ersten Isolierschicht 280 benutzt
wurde. Die zweite Isolierschicht 290 wird durch Mustern
in eine rechteckige oder quadratische Fläche 292 gebracht,
die einen zentralen Bereich des Magnetkerns 256, der eine
die erste Isolierschicht 280 überdeckende Zone umfaßt, überdeckt.
Die zweite Isolierschicht 290 wird mit einem Muster versehen
derart, daß an
den Enden der parallelen Wicklungsleitungen 226 eine Quadratfläche von
näherungsweise
5 μm frei
bleibt, so daß sich an
den Enden 236 und 237 jeder Wicklungsleitung 226 die
Wicklungsdurchgänge 238 vertikal
erstrecken.
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Sodann wird eine zweite Wicklungsschicht 212 auf
der Oberseite der zweiten Isolierschicht 290 gebildet.
Die zweite Wicklungsschicht 242 wird auf ähnliche
Weise wie die erste Wicklungsschicht 220 gebildet. Die
erste Wicklungsschicht 220 wird jedoch effizient gebildet,
wobei nur eine einzige Maske benutzt wird, weil die gesamte Wicklung
auf einer im wesentlichen bündigen
Ebene ausgebildet wird. Im Gegensatz dazu wird die zweite Wicklungsschicht 212 nicht
auf einer ebenen Oberfläche
ausgebildet, so daß bei
dem gezeigten Beispiel des Herstellungsverfahrens in dem photolithographischen
Verfahren mehrere Masken benutzt werden vor dem Galvanisieren zur
Ausbildung der zweiten Wicklungsschicht 212. Eine angemessene
Belichtung variiert in unterschiedlichen Bereichen der Wicklungsoberfläche. Die
Belichtungsdauer ändert
sich daher in diesen verschiedenen Bereichen. Zur Erzielung dieser
unterschiedlichen Belichtungsdauer wird eine Serie von Masken benutzt.
Bei dem gezeigten Beispiel des Herstellungsverfahrens werden zur
Ausbildung der zweiten Wicklungsschicht 212 drei (nicht
gezeigte) Masken benutzt.
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Das Galvanisierverfahren zur Ausbildung
der zweiten Wicklungsschicht 212 umfaßt die Ausbildung einer Chrom-Kupfer
Galvanisierbasiskeimschicht 214. Durch Sputtern wird eine
Schicht aus Chrom und sodann eine Schicht aus Kupfer 216 aufgepracht,
welche die zweite Isolierschicht 290 überdecken. Die zweite Wicklungsschicht 212 wird
mittels einer (nicht gezeigten) ersten Maske von mehreren Masken
mit einem Muster versehen. Die erste Maske ist eine Hauptmaske,
die hauptsächlich
die Wicklungssegmente dessiniert. Die zweite Wicklungsschicht 212 wird
in vierzig parallelen Leitungen 218 ausgebildet, wobei
sich alle Wicklungsleitungen gegenüber der leichten Achse 270 unter
einem kleinen Winkel von einem ersten Ende 246 zu einem
zweiten Ende 248 erstrecken. Die parallelen Leitungen 218 der
zweiten Wicklungsschicht sind zu den Leitungen 226 der
ersten Wicklungsschicht nicht parallel, sondern zu diesen versetzt
angeordnet. Das erste Ende 246 einer ersten Leitung 242 der
zweiten Wicklungsschicht liegt daher unmittelbar über dem
ersten Ende 236 der ersten Leitung 232 der ersten
Wicklungsschicht. Das zweite Ende 248 der ersten Leitung 246 der
zweiten Wicklungsschicht liegt jedoch unmittelbar über dem
zweiten Ende 237 einer zweiten Leitung 233 der
ersten Wicklungsschicht, die der ersten Leitung 232 der
ersten Wicklungsschicht benachbart ist. Die zweite Wicklungsschicht 212 wird
auf die Enden 236 und 237 der Leitungen der ersten
Wicklungsschicht 220 aufgebracht. Auf diese Weise bilden
die Wicklungsschichten 210 und 212, die auf einer
Oberseite des Wafers in einer ebenen Schicht eingeschlossen sind,
gemeinsam eine im allgemeinen schraubenlinienförmige Struktur.
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Nachdem die Keimschicht 214 der
zweiten Wicklungsschicht 212 dessiniert, d. h. mit einem Muster
versehen ist, wird eine zweite Maske benutzt, um den "Fußbereich"
zu beseitigen, der die Enden der Leitungen der ersten Wicklungsschicht
bedeckt, wo die zweite Wicklungsschicht 212 mit der ersten Wicklungsschicht 220 in
Berührung
steht. Es ist zu beachten, daß vor
dem Anbringen der zweiten Maske diese Fußbereiche im allgemeinen nicht
blockiert oder behindert sind, weil die auftretenden Isolierschichten 280 und 290 in
Form von rechteckigen Schichten vorliegen, die sich seitwärts nicht über die Enden
der Wicklungsleitungen hinaus erstrecken, sondern die Enden der
Wicklungsleitungen der ersten Wicklungsschicht 220 freilassen.
Die zweite Wicklungsschicht 212 wird durch Galvanisieren
gebildet und umfaßt
eine Vielzahl von Wicklungsleitungen, die sich quer über die
Oberseite der zweiten Isolierschicht 290 erstrecken, aber
auch vertikale Segmente umfaßt,
die sich von den Enden der Leitungen der zweiten Wicklungsschicht
zu den Enden der Leitungen der ersten Wicklungsschicht 220 erstrecken. Die
quer verlaufenden Leitungen der ersten Wicklungsschicht 220 und
die quer verlaufenden Leitungen der zweiten Wicklungsschicht 212 sind
daher durch die vertikalen Segmente der Leitungen der zweiten Wicklungsschicht 212 verbunden,
um eine den Magnetkern 256 überspannende Wicklungsstruktur
zu vervollständigen.
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Es wird eine dritte Maske aufgebracht,
welche die gesamte Fläche
des Spulenbereichs bis zum Rand der Isolierschicht hin bedeckt.
Durch die Verwendung der drei Masken zur Ausbildung der zweiten
Spulenschicht 212 wird die Belichtungsdauer zum Photoätzen eingestellt,
um die Form und die Dicke der Wicklungsstruktur zu steuern.
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Gemäß 9 und 10 wird eine dritte Isolierschicht 296 aufgebracht,
welche die Oberfläche 208 bedeckt,
welche die Leitungen der zweiten Wicklungsschicht 220,
die zweite Isolierschicht 290 und den Magnetkern 256 umfaßt.
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Kernschicht-Abstützungen 258 werden
als Verlängerungen
des Magnetkerns 256 an den Seitenrändern 259 des Magnetkerns 256 ausgebildet. Die
Kernschicht-Abstützungen 258 sind
von den Leitungen der zweiten Wicklungsschicht 220 und
der zweiten und dritten Isolierschicht 290 und 296 nicht bedeckt.
Die Kernschicht-Abstützungen 258 überdecken
daher die Nivellierklötze 264. Ähnlich wie
der Magnetkern 256 sind die Kernschicht-Abstützungen 258 eine
Nickel-Eisen (NiFe) Permalloy-Ablagerung, die
durch Galvanisieren in der Weise aufgebracht wurde, wie sie zum
Ablagern der ersten und zweiten Wicklungsschicht 220 und 212 angewendet
wurde. Die Kernschicht-Abstützungen 258 sind
in verschiedenen formen ausgebildet, wie z. B. rechteckige Blöcke, Würfel, Quader
oder zylindrische Säulen,
an den Seiten des Magnetkerns 256 seitlich von den Gruppen
paralleler Leitungen 226, 218 der ersten und zweiten
Wicklungsschicht. Die Kernschicht-Abstützungen 258 werden
benutzt, um die Dünnfilmwicklung überdeckende
Anordnungen abzustützen.
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Der keramische Trägerblock 204 und die
metallische Durchgangsanordnung 262 ist an der Rückseite
geschliffen, um ungefähr
0,25 mm bis 0,38 mm zu entfernen, so daß eine Dicke des keramischen Trägerblocks 204 von
ungefähr
0,13 bis 0,25 mm zurückbleibt,
wovon die Isolierschichten und die Metallschichten ungefähr 20 μm der Tiefe
nutzen. Der keramische Trägerblock 204 wird
sodann in einzelne Dünnfilmwicklungschips
zersägt.
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Wenngleich die Erfindung anhand verschiedener
Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist davon auszugehen, daß diese Ausführungsformen
nur beispielhaft sind und daß die
Erfindung nicht auf diese beschränkt
ist. Es sind Abwandlungen, Veränderungen,
Hinzufügungen
und Verbesserungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich.
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Beispielsweise ist die Anzahl der
Windungen der Wicklung nur zur Erläuterung speziell genannt. Unter
den Schutzbereich der Erfindung fällt jede geeignete Anzahl von
Wicklungen. Ferner können
die Wicklungsschichten anstelle von parallelen Leitungen mit den
verschiedensten Mustern versehen sein.
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Ferner können zur Ausbildung der metallischen
Schichten zahlreiche Galvanisierverfahren benutzt werden. Außerdem können für die Wicklungsschichten
zahl reiche geeignete leitfähige
Metalle, wie z. B. Kupfer, Chrom-Kupfer, Gold benutzt werden. Die
metallischen Durchgänge
können
aus Molybdän oder
aus galvanisiertem Kupfer, gesintertem Dickfilm, Kupfer-Wolfram
oder Dickfilmgold gebildet sein. Die magnetischen Materialien für die Magnetkernschicht
können
aus Nickel-Eisen-Kobalt
(NiFeCo) sowie aus NiFe bestehen. Ferner können zur Ausbildung der Durchgangsöffnungen
und zum Dessinieren der Oberflächenschichten
verschiedene Naßätzmittel
benutzt werden. Die angegebenen Dicken der verschiedenen Schichten
sind nur beispielhaft und nicht beschränkend. Jede geeignete Schichtdicke, wie
sie aus der Halbleiterfabrikation bekannt ist, liegt innerhalb des
Bereichs der Erfindung. Diese und andere Abwandlungen, Veränderungen,
Hinzufügungen
und Verbesserungen können
in den Umfang der in den folgenden Ansprüchen definierten Erfindung fallen.