DE1952402A1

DE1952402A1 - Magnetic head

Info

Publication number: DE1952402A1
Application number: DE19691952402
Authority: DE
Inventors: Hans Dr-Phys Hoffmann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1969-10-17
Filing date: 1969-10-17
Publication date: 1971-04-22

Description

~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. ~ Magnet head "The invention relates to a magnetic head based on a # m Substrate successively applied layers of magnetic, insulating and electrically conductive material for writing and reading information on a magnetizable surface.

Ein derartiger Magnetkopf ist in der US-Patentschrift 3 344 237 beschrieben, wobei auch Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetkopfes angegeben sind.Such a magnetic head is described in US Pat. No. 3,344,237, methods of manufacturing such a magnetic head are also given.

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.After that, the magnetic heads with small dimensions and with very small, defined gap widths are produced, so that high information densities can be reached on the magnetizable surface. However, with these magnetic heads the winding can be made in printed form or similar, so only some few turns are possible. In addition, because of the small overall dimensions and the narrow gap the magnetic flux detectable by the magnetic head is small is also the output signal at the ends of the winding is very low. This can also do a lot small interspersed interference signals completely cover the useful signal or at least æu falsify decisively, so that in particular when saving for digital data the information is unusable. Such small spurious signals are even with good shielding of the connection lines and careful management of the PE Lines carrying tensile potential cannot be completely avoided.

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.A solution to this problem is given by the invention is characterized in that the substrate is a semiconductor crystal, in particular is a silicon crystal and that the winding of the magnetic head with one in the Semiconductor crystal integrated read and / or write amplifier with per se known Circuit is connected. This allows the magnetic head and the associated reader amplifier spatially so closely spaced that the line lengths between winding and amplifiers are only a fraction of a millimeter and are therefore negligible are. In addition, the structural unit formed in this way can be effectively shielded, see above that only the amplified and possibly formed into square-wave pulses signals lead to the outside. In this way it is possible despite the low signal voltage to receive an interference-free output signal on the winding of the magnetic head.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, auf einem Substrat mehrere derartige Magnetköpfe mit zugehörigen Verstärkern in einem Arbeitsgang herzustellen.In a further embodiment of the invention, it is advantageous on a Substrate several such magnetic heads with associated amplifiers in one operation to manufacture.

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.These magnetic heads can then be arranged very closely together, so that there are small gaps between the information tracks on the magnetizable surface result and thus a further increased information density, which is especially true for data storage essential lst With the latter, the individual bits of a character are often simultaneous recorded in parallel on one track each.

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.read from it, so that for this reason, too, building units with several Magnetic heads are advantageous. With larger ones Building units with a Large number of heads or in the case of memories in which several head groups are arranged in parallel such as magnetic drum or disk memories, must be used to read the information only made one head or head group effective in a specific address will. -These selection circuits can in a development of the invention in manufactured in the same way as the amplifiers in an integrated form in the substrate will. As a result, especially in the case of units with many magnetic heads A substrate many external connections can be saved, with the Costs for connecting the structural units and, on the other hand, especially the external ones Reduce dimensions, often due to the number and manageability of the connections are determined.

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.The same masking techniques can be used to manufacture the magnetic heads and photo etching processes are used as well as for the manufacture of the integrated Circuits on the substrate, with the insulating layers also preferably made of silicon dioxide exist, the hardness of which is particularly advantageous in the working gap of the magnetic head is. In addition, with this type of manufacture, integrated circuits The necessary accuracies, e.g. for the mutual distances between the magnetic heads, are achieved will. Such magnetic head groups are particularly advantageous in memories where The magnetic heads have to be adjusted mechanically to select a track, because then with exactly the same distances between the magnetic heads also exactly the same distances for all traces revealed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert.Embodiments of the invention are explained with reference to the drawing.

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.They show: Fig. 1) a cross section through a magnetic head Fig. 2) the arrangement of several magnetic heads with amplifiers and selection circuits, Fig. 3) another embodiment of the winding.

Anhand des Aufbaues des Magnetkopfes entsprechend Fig. 1 soll die Herstellung allgemein beschrieben werden.Based on the structure of the magnetic head according to FIG. 1, the Manufacturing are generally described.

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.The substrate 1 is still covered with a layer in general, which is not necessarily necessary. is, but can be useful for manufacturing reasons. this applies, for example, to silicon as a substrate, which is expediently covered with a layer generally made of Si O2 is covered. This layer 1a is now covered with a layer 2 made of magnetic material covered, which can e.g. be steamed up or dusted up.

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.Various methods are known and some are common for doing this used, e.g. in the production of paper capacitors or integrated Circuits. This layer 2 does not need. exactly to the area of the magnetic head to be limited, but can be particularly useful in the manufacture of several Magnetic heads side by side on a substrate on the corresponding edge area extend from one end of the substrate to the other. The mutual crosstalk of adjacent magnetic heads can be achieved by using highly permeable Material must be kept sufficiently small. only the area on the substrate which contains the amplifier, is expediently kept free of the layer 2, what by vapor deposition or sputtering by masks or by sputtering and then Removal can be achieved.

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.Next, a layer 4 of insulating material is applied to layer 2 Material applied. The use of silicon as a substrate is ideal for this again special. Si O2, which is easily produced by the well-known technique of atomization can be applied and its processing known from semiconductor technology is.

Insbesondere die Dicke einer Si # O, Schicht kann sehr genau hergestellt werden, so daß ein definierter Magnetspalt 3 entsteht.In particular, the thickness of a Si # O layer can be produced very precisely so that a defined magnetic gap 3 is created.

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.The conductor tracks that form the winding 6 can also be used using the same techniques and operations as the manufacturing process the integrated amplifier can be applied. For the arrangement of the conductor tracks there are two possibilities, which are shown in FIGS. 2 and 3. In Fig. 2 the winding 6 is designed as a spiral in a plane parallel to the substrate surface. This form can be created in one operation, just the inner beginning of the Winding must be led out of the winding in some way, e.g. through a two-layer wiring. With this arrangement of the winding, however, there is a minimum distance of the magnetic heads given from each other, as can be seen directly from FIG. Smaller distances of the magnetic heads from each other are in the execution of the winding 6 according to FIG. 3 to be achieved, which, however, is somewhat more complex to manufacture as will be explained later.

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.The winding 6 is now covered with an insulating layer 5, which is shown in FIG in the same way as the insulating layer 4 can be applied. It should prevent that the layer 7 of magnetic material that forms the magnetic circuit of the head closes, the winding shorts.

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.The insulating layer 5 is therefore only necessary over the areas that covered by the magnetic layer 7. If the magnetic material of the Layer 7, however, is a ferrite with high resistivity, may be the insulating layer 5 can also be omitted entirely.

Die Schicht 7 aus magnetischem Material schließt den Magnetkopf und bestimmt insbesondere bei durchgehender Magnetschicht 2 die wirksame Breite des Magnetkopfes.The layer 7 of magnetic material closes the magnetic head and determines the effective width of the in particular with a continuous magnetic layer 2 Magnetic head.

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.For this purpose, an opening must be made at least in the insulating layer 4 to the extent that this layer is not applied to the area of the winding during manufacture and the gap was limited so that the layer 7 contacts the layer 2 to the To close the magnetic circuit at this point with as little resistance as possible.

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.When executing the winding 6 according to FIG. 3, this step is used only part of the winding is present, namely the parts indicated by dashed lines as well as the connections. The rest of the winding must now be placed over layer 7 which may be covered with a further insulating layer for this purpose must, according to the insulating layer 5. In addition, must at the contact points between of the upper and lower winding layers, optionally openings in the uppermost Insulating layer as well as in the insulating layer 5 are attached.

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#-.If not that many turns can be applied in one plane, like # z.3. is necessary for a sufficient signal-to-noise ratio, the Winding can also be spread over several levels by alternating several layers Conductor tracks and insulating layers are applied. With the spiral winding after # Fig. 2 is unnecessary with an even number of windings # -.

ebenen das Herausführen des inneren Wicklungsende, wenn die Spiralen von jeweils zwei benachbarten Wicklung ebenen gegenläufig ausgeführt werden.plan the lead out of the inner end of the winding when the spirals are executed in opposite directions by two adjacent winding planes.

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.On the substrate 1 in Sig. 2 are the belonging to each magnetic head Amplifier ale integrated circuits 8 arranged. 1) This can be as close to the Ends of the windings 6 are arranged so that there are only extremely short connecting conductor paths result, which can practically not be influenced by interference signals. aside from that form magnetic heads and amplifier a small, compact unit, which can be shielded easily and effectively. The structure of the amplifier itself is not essential for the invention, a suitable one can be selected from the many known designs can be selected. The same also applies to, if applicable the selection switch 9-, which may be activated by beam leads or solder bumps the substrate can be brought in, if the circuits -different manufacturing processes, e.g. gold diffusion for the selector switches.

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.The connections can be in the usual way in semiconductor manufacture Manner, i.e. the lines to be connected end on the substrate in larger conductive surfaces 10, which are bonded to the connecting pins of the housing get connected. The conductive surfaces 10 can also be made by means of beam-lead technology be connected, the connection electrodes as a resilient holder of the Magnetic head assembly can serve.

Patentansprüche:Patent claims:

Claims

CLAIMS: 9 magnetic heads off on a substrate in succession applied layers of magnetic, insulating and electrically conductive Material for writing and reading information on a magnetizable Surface, characterized in that the substrate (1) is a semiconductor crystal, in particular is a silicon crystal and that the winding (6) of the magnetic head with a read and / or write amplifier integrated in the semiconductor crystal (8) is connected to a circuit known per se.

2.) Magnetic head according to claim 1, characterized in that on one Substrate (1) several independent magnetic heads arranged next to one another are.

3.) Magnetic head according to claim 2, characterized in that for each Magnetic head has its own read / write amplifier (8). is provided.

4.) Magnetic head according to claim 2 or 3, characterized in that the substrate (1) contains selection circuit (9) -as an integrated circuit, each make only one magnetic head or a group of magnetic heads effective.

5.) Magnetic head according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the winding (6) is arranged in several layers.

6.) Magnetic head according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the winding (6) spirally in a plane parallel to the substrate surface lies.