制造磁记录/读出磁头的方法及记录/读出磁头

摘要

制造磁记录/读出磁头的方法包括下列步骤：在具有第一面及与该第一面对立的第二面的衬底的第一面上或该面中制做励磁线圈；在该衬底的第一面或第二面上制做至少两个由一气隙隔开的磁极；从与载有磁极的一面相对立的面上通过衬底钻出孔腔，使孔腔及磁极的底部之间可形成磁连接—在孔腔中及位于孔腔之间的衬底区域中沉积一层高磁导率材料。用于磁带录象机，计算机外围设备及专业记录机器的磁记录/读出磁头的制做。

说明书

本发明涉及一种制造磁记录/读出磁头的方法。尤其可应用于制造多轨迹磁头以用于读涉及各种类型设备例如为录象机，计算机外围设备，用于宇宙飞船的数据记录器等的各个领域中的所有类型的介质，例如磁盘，磁带及磁卡。

对彼此非常靠近的大量磁轨迹，例如以10μm间距平行排列在一个磁带上的轨迹的写入和/或读出需要具有能与此类信息的密度相适应的单元磁头的一种磁头。

法国专利申请No.2630853中描述了适于这种应用的一种矩阵磁头的结构。法国专利2648940中描述了制造这种磁头的各种方法。

但是，存在有磁头线圈集成的问题及这些线圈与控制电路相连接的问题。

本发明提出一种集成有其线圈及其控制电路的集成磁头。该磁头克服了现有技术的缺点。所产生的组件具有低成本的潜力并可在矩阵结构的磁头中提供更高的气隙磁密度。

根据本发明，该集成磁头采用由控制逻辑，功率晶体管，多匝线圈及磁路组合成的组件形式。

本发明因此涉及一种制造磁记录/读出磁头的方法，它包括下列步骤：

-在包括第一面及与该第一面相对的第二面的衬底的第一面上或该面中制做励磁导线；

-在该衬底的第一面或第二面上制做至少两个由一气隙隔开的磁极；

-从与载有磁极的一面相对立的面上通过衬底钻出孔腔，使孔腔及磁极的底部之间可形成磁连接，以此方式完成每个孔腔；

-在孔腔中及位于孔腔之间的衬底区域中沉积一层高磁导率材料。

本发明也涉及一种磁记录/读出磁头，它包括：一个非磁性衬底，在该衬底的一个面上具有至少一个励磁导体，及在此面或相对立的面上具有由一气隙隔开的两个磁极及一个由高磁导率材料作成的U形元件，U形元件的臂基本垂直于载有磁极的面且每个臂的终端与一个磁极形成磁耦合，所述元件及所述磁极形成围绕导体的磁路，其中衬底是由半导体材料做成的并且在其中植入了与导体相连接的控制电路。

从以下的说明及对附图的描述中，将会使本发明的种目的及特征更加清楚，其附图为：

-图1表示根据本发明的一个典型示范实施例；

-图2表示根据本发明的磁头的详细例子；

-图3A至3E表示制造根据本发明磁头的一种方法；

-图4A至4E表示根据本发明的制造方法的一种变型；

-图5表示一种磁头及制造方法，根据该方法，磁极不是直接地设在衬底板上；

-图6表示图5中制造方法的一种变型；

-图7表示本发明在制造矩阵磁头方面的应用；

-图8至14表示矩阵磁头中线圈的不同方式。

根据本发明，将控制逻辑电路、功率晶体管及线圈做在半导体材料(硅)的衬底上所使用的是现今在工业规模上试验并广泛使用的技术，例如使用互补MOS晶体管及双金属化层的技术。图1给出了在半导体工业中制造的晶片上获得的这类电路的概图。应指出，连接点位于该芯片的上、下边缘，由此使其左、右边缘可供磁带自由运行。

控制晶体管具有的电阻值远低于线圈的电阻值，以使由所述线圈的阻抗来确定电流。由此也可得出热损耗区域为线圈的区域。

图2表示线圈区域中的剖面概图的一个例子。它表示叠放在线圈中带有气隙的磁路。

其中具有衬底1，在它的一个面10上支承着励磁导体2或线圈导线。该衬底1例如是由半导体材料(如硅)制成的，在该衬底中植入有控制电路7，7’。因此这些电路7，7’是半导体电路并包含功率晶体管电路，它能对连接导线提供电流。然后它们以现有技术中公知的方式与励磁导线2形成连接。电路7，7’也可包含逻辑控制电路，以接收外部来的指令及控制励磁导线的电源电路。

在线圈上方放置了由气隙30隔开的磁极3，3’。在励磁导线的上方还可设有绝缘材料层13。该层的表面是平的并稍具弯度，它使磁极3，3’易于被固定并可与励磁导线2相绝缘。对磁极3，3’可根据在法国专利申请No.2605783中所描述的薄层制造方法来有利地制造。

孔腔12及12’穿过衬底1及层13，并在其中含有高磁导率的材料4，其方式为，该材料4与磁极3，3’接触或几乎接触，以使得与磁极3，3’形成磁耦合。因此，该材料层4使磁极3及磁极3’彼此形成磁连接。

最后，一个最好为刚性的支承板6固定与衬底1的板11上，例如用粘接剂5进行固定。有利的方式是，板6由一种良导热体的材料制做，例如硅，以允许电路能冷却。

根据图2的示范实施例，励磁导线2及电路7，7’位于衬底的面10上，但在另一实施例中它们可以位于面11上。

现在参照图3A至3E来对根据本发明的制造磁头的方法作出描述。

在第一步骤(图3A)中，将控制电路7，7’及励磁导线2做在衬底1的表面10上。在该使用半导体的实施例的情况下，控制电路7，7’被植入到衬底中，而励磁导线被做在衬底的表面上。该励磁导线2与控制电路7，7’形成电连接。表面10及励磁导线被一个绝缘层13覆盖。该层最好是平的或稍微弯曲(在读磁带的应用情况下)。

在第二步骤中，将由气隙隔开的磁极3，3’做在层13上。根据薄层制造方法，将磁极3做在面10上，然后在该板上制做一层非磁材料层30。

该非磁层30具有的厚度小于磁极3的厚度。然后在该单元上制做一层设计形成磁极3的磁材料层，再后，在磁极3上方对该磁材料层及非磁性层30进行机加工以显露出磁极3。于是得到图3B所示的结构。

根据图3B的示范实施例，位于磁极3’及面10之间的非磁材料层30被保留下来，但根据另一实施例，它可被去除。

在第三步骤期间(图3C)，在衬底1上从面11钻出孔腔12，12’。孔腔12最好达到磁极3。孔腔12’达到层30或磁极3’。孔腔12及12’也可以是不导入衬底1或层13的孔腔，但能在磁极3，3’及孔腔12，12’之间分别形成有磁耦合就够了。

在第四步骤(图3D)中，将具有高磁导率的材料4沉积在孔腔12，12’中及衬底1的位于两孔腔之间的区域上。该材料4旨在获得磁极3及3’的磁耦合并形成闭合磁头的磁路的元件。

在此状态下，根据本发明的磁头就被制出了。

在第五步骤(图3E)中，衬底的面11可被固定在支承板6上，该板的作用是使该磁头单元坚固并可以起到冷却元件的作用。

例如，衬底1的厚度可等于约一百微米，磁极3的厚度可等于约十微米，而非磁性层30的厚度为几微米厚。

所使用的材料例如为：

-衬底＝硅

-磁极3，3’＝铁硅铝磁合金(铁、锡及铝的合金)

-磁性材料层4＝坡莫合金。

图4A至4E表示与上述方法不同的另一方法。

在图4A中，在第一步骤期间，在衬底的面11上做出励磁导线及电路7，7’。

在第二步骤(图4B)中，在面10上做出磁极3，3’。

在第三步骤(图4C)中如以上那样做出孔腔12，12’。然后(图4D)如上述那样在孔腔12，12’中沉积磁性材料4。最后将支承元件6连接在该单元上。

因此所得到的结构(图4E)与图3e的结构的不同地方在于：这里励磁导线从控制电路7，7’是做在面11上而不是在面10上。

这种类型的完全集成技术的困难在于处理磁头及硅电路的操作的相容性。当对磁极退火操作期间具有使逻辑晶体管及控制晶体管被破坏的危险。这就是为什么现在要再描述另一种制做方法。

另一方法例示在图5中。

一种复合板9由非磁性材料90及磁性材料91间隔地做成。例如，非磁性材料90是玻璃，而磁性材料91是铁氧体。磁极3，3’被做在磁性区域91上方的面92上，因此每个磁极被磁耦合到板9的面93上。

在以上所述的第二步骤期间，上述该面93例如利用粘接剂被固定到衬底的面10上。

然后在面11侧使衬底1变薄，并在如上所述的电极沉积坡莫合金之前在衬板1中钻出孔腔。接着使硅或导热体的支承板6被粘接上以使该单元变得坚固。

另一变型也可得到该最终结果。尤其是，可在芯片的有源面上获得U形坡莫合金结构(在用化学腐蚀形成盲孔后)，然后将热导体粘接在有源面上或是在其背面使芯片变薄直到坡莫合金处并使该单元粘接到玻璃-铁氧体复合材料上。

根据图6中所示的另一变型，使用均质及非磁性材料如硅的晶片8来代替复合材料板9。磁极3，3’被做在该晶片上。然后使该晶片变薄。接着，如上述地将晶片8连接到载有励磁导线2及控制电路的衬底板1上。将板1变薄，然后，穿过衬底1及穿过晶片8形成孔腔12及12’。

沉积在孔腔12，12’中的磁性材料可构成连接两磁极3及3’的磁路。

形成闭合磁路可以有各种不同的方式。在与第二衬底粘接前可在第一硅衬底中钻出它的盲孔(直到磁极)。在粘接前可在这些盲孔中填入坡莫合金。这就形成了在上段中所述的变型。

该实施例的优点有两个方面：

-两个硅衬底1及8可具有相同的尺寸；

-气隙磁密度可以大于前一方案中的气隙磁密度，因为没有使用任何玻璃—铁氧体材料。

线圈可作成双金属化层，并具有通过穿过衬底1及甚至穿过支承板6的交叉连接使这两层连接的可能性。

本发明可用于制造如图7中所示及描述在法国专利申请No.2630853中的一组矩阵磁头。

在这样一组磁头中，磁头被布置成行及列。一个磁头如T1具有两个由气隙30隔开的磁极3，3’，每个磁极位于和一个磁材料层或板1相连接的磁性基台PL1上。励磁导体或行线圈L1使得能在磁头行的磁路中感应磁通。另一组励磁导体或列线圈C1使得能在磁头列的磁路中感应磁通。位于一个行线圈及一个列线圈交叉处的磁头被励磁。

根据本发明，这些线圈导体不是被放置在槽中。它们被放置在衬底1的表面上。但是这些磁头的工作是同样的。它们的绕线方式确定了基台PL1。

图8至14表示可能由本发明的方法作出的各种线圈方式。

图8表示一种矩阵磁头，其中每个磁头具有其两磁极。每行磁头具有一个行线圈，例如D1。它是逐个绕在一行的磁极D1上的。每列磁头具有一个列线圈S1，它共同地绕在一个列的所有磁极D1至D5上。这种布置可以减少磁头之间的所有交叉干扰，这是因为在相邻的磁头之间没有公共的极。象这样的磁头绕线方式也可减少电感。

图9表示一种矩阵磁头，其中有一个磁极对两个磁头是公共的。一个行线圈D1绕在一行的磁极上。对于各列，有两个线圈例如S3及S4交替地绕在一列的磁极上。

图10表示一种绕线方式，其中是列线圈对每列磁极有一公用线圈，并在其中具有两个行线圈交替地绕在一行的磁极上。

图11表示一种类似于图9的绕线方式，但是磁头以锯齿形式布置并对角地连接磁极。

图12表示一种类似于图11的绕线方式，但其中基台及磁极是方形的，它们相对于行及列的方向以45°布置。

图13表示一种绕线方式，其中以45°布置的基台及磁极(同图12)，具有逐个绕过它们的行线圈及列线圈。

图14表示一种绕线方式，其中每行具有两个线圈，例如D3，D4，它们交替地绕在一行的磁极上，以及每列具有两个线圈，例如S1及S2，它们交替地绕在一列的磁极上。