DE60224539T2

DE60224539T2 - Lese/schreibkopfanordnung

Info

Publication number: DE60224539T2
Application number: DE60224539T
Authority: DE
Inventors: Robert Glenn Hollister BISKEBORN
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: JP3999737B2; EP1410384A1; KR20040020060A; EP1410384B1; ATE383642T1; KR100655826B1; US6760199B2; WO2003010760A1; JP2004537137A; DE60224539D1; US20030016474A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Lese-/Schreibkopfanordnungen für magnetische Datenspeicher und im Besonderen ein Verfahren zur paarweisen Anordnung der Abschirmungen von Lese-/Schreibköpfen zum Optimieren des Verschleißes der Kopfoberfläche.
Beschreibung des Standes der Technik
Anwendungen in Wirtschaft, Wissenschaft und Unterhaltung hängen von Computern zur Verarbeitung und Speicherung von Daten ab, wobei oft große Datenmengen auf nichtflüchtigen Speichermedien gespeichert oder auf diese übertragen werden, zum Beispiel auf Magnetplatten, Magnetbandkassetten, optische Plattenkassetten, Disketten oder optische Disketten. Üblicherweise stellt das Magnetband das preiswerteste Mittel zur Speicherung oder Archivierung der Daten dar. Die Speichertechnologie wird ständig weiterentwickelt, um die Speicherkapazität und die Sicherheit von Speichern zu erhöhen. Die Erhöhung der Speicherdichte in magnetischen Speichermedien ist beispielsweise auf verbesserte Speichermaterialien, verbesserte Fehlerkorrekturverfahren und verringerte Bitspeicherflächen zurückzuführen. Die Datenkapazität des Halbzoll-Magnetbandes erreicht heute zig Gigabyte auf 256 Datenspuren.
Die Verbesserungen der Datenspeicherkapazität magnetischer Medien rühren zum großen Teil von Verbesserungen der zum Lesen und Schreiben von Daten auf das magnetische Speichermedium verwendeten Magnetkopfanordnung her. Eine wesentliche Verbesserung der Magnetkopfwandlertechnologie brachte der magnetoresistive (MR) Sensor mit sich, der ursprünglich von IBM entwickelt wurde. Der MR-Sensor wandelt Magnetfeldänderungen in einem MR-Streifen in Widerstandsänderungen um, die zu digitalen Signalen verarbeitet werden. Die Datenspeicherdichte kann erhöht werden, da ein MR-Sensor Signale liefert, die für eine bestimmte Bitfläche stärker als bei herkömmlichen induktiven Leseköpfen sind. Darüber hinaus hängt das Ausgangssignal des MR-Sensors nur von der Momentanmagnetfeldstärke im Speichermedium und nicht von der Geschwindigkeit der Magnetfeldänderung infolge der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Sensor und dem Medium ab.
Ein Beispiel für einen MR-Sensor wird in der US-Patentschrift Nr. 5 978 181 beschrieben. Dieser Stand der Technik wird in der Präambel von Anspruch 1 dargelegt.
Die Menge der auf einem Magnetband gespeicherten Daten kann durch eine größere Anzahl von Datenspuren auf dem Band erhöht werden, wodurch sich auch der Abstand zwischen benachbarten Spuren verringert und benachbarte Lese-/Schreibköpfe enger zusammengedrängt werden. Durch die Verringerung der Abmessungen der Lese- und Schreibelemente, zum Beispiel unter Verwendung der Dünnschichttechnologie und der MR-Sensoren, können mehr Spuren genutzt werden. Während des Betriebs wird das magnetische Speichermedium, zum Beispiel die Oberfläche eines Magnetbandes oder einer Magnetplatte, an einer magnetischen Lese-/Schreibkopfanordnung (Read/Write, R/W) vorbeigeführt, um Daten vom Medium zu lesen oder darauf zu schreiben. Bei modernen Magnetbandaufzeichnungsgeräten zur Datenspeicherung in Computern stellt das simultane Lesen und Schreiben mit MR-Sensoren ein wichtiges Merkmal dar, um magnetisch gespeicherte Daten komplett wiederherstellen zu können. Durch den R/W-Magnetbandkopf mit versetzten MR-Sensoren kann die Spurdichte auf dem Bandmedium erhöht und gleichzeitig das bidirektionale simultane Lesen und Schreiben auf dem Bandmedium durchgeführt werden, um die Daten sofort nach dem Schreiben noch einmal zu lesen und dadurch zu prüfen. Eine Kopfanordnung zum simultanen Lesen und Schreiben beinhaltet für jede der einen oder mehreren Datenspuren ein mit einem Leseelement in einer Reihe angeordnetes Schreibelement, das hier als Spur-Lese-/Schreibkopfpaar bezeichnet wird, wobei der Spalt des Leseelements unmittelbar neben dem Spalt des Schreibelements angeordnet und auf diesen ausgerichtet ist und das Leselement in Bewegungsrichtung des Mediums hinter dem Schreibelement angeordnet ist. Durch das kontinuierliche Lesen soeben aufgezeichneter Daten wird deren Qualität sofort geprüft, während die ursprünglichen Daten noch im Kurzspeicher des Datenaufzeichnungssystems zur Verfügung stehen. Die gelesenen Daten werden mit den ursprünglichen Daten verglichen, um Fehler zum Beispiel durch erneutes Aufzeichnen korrigieren zu können. Bei dem Kopf mit versetzten Sensoren sind die Spur-Lese-/Schreibkopfpaare so versetzt, dass sie zwei Zeilen einander abwechselnder Lese- und Schreibelemente bilden. Abwechselnde Spalten (Spurpaare) sind dadurch so angeordnet, dass nach dem Schreiben in wechselnden Bewegungsrichtungen des Bandmediums gelesen werden kann. Magnetbandköpfe zum Lesen und Schreiben auf Hochgeschwindigkeitsbändern erfordern auch eine genaue Ausrichtung der Spurpaarelemente in der Magnetkopfanordnung.
Magnetbandköpfe leiden besonders unter dem Verschleiß, dem sie durch die Bewegung des magnetischen Aufzeichnungsbandes ausgesetzt sind. Durch das häufige Entlangführen des Magnetbandmediums an der abriebbeständigen Oberfläche des Magnetbandkopfes kann es schließlich zum Abrieb eines Teils der Oberfläche kommen, wodurch sich die Leistungsparameter des Magnetbandkopfes verschlechtern können. Das kann besonders bei Dünnschicht-Magnetbandköpfen ein Problem darstellen, bei denen die Dünnschichtstruktur bereits nach kurzer Nutzung relativ stark abgenutzt sein kann, wodurch die Lebensdauer der Magnetkopfanordnung überaus stark verkürzt wird. Um den Abrieb zu verhindern, bringen die Techniker auf die Luftpolsterflächen von Magnetbandköpfen sehr harte abriebbeständige Schichten auf, zum Beispiel eine gesputterte Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff oder aus Titancarbid, wobei solche Schichten mit einer Dicke von etwa 20 nm jedoch auch sehr dünn sind.
Obwohl die Mechanismen des Verschleißes in der Technik noch nicht völlig klar sind, wird angenommen, dass ein Problem vom beschleunigten Abrieb am Schreibspalt herrührt, was sich nachteilig auf die Lebensdauer der Magnetkopfanordnung auswirkt. Der Verschleiß hängt vom Medium ab und kann so stark sein, dass bestimmte Medien für solche Magnetkopfanordnungen ungeeignet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher stellt die Erfindung eine Magnetkopfanordnung mit einer Luftpolsterfläche (Air Bearing Surface, ABS) bereit, wobei die Magnetkopfanordnung Folgendes umfasst: einen Lesekopf, der Folgendes beinhaltet: ein magnetoresistives (MR) Sensorelement mit einander gegenüberliegenden Enden, die mit je einem entsprechenden elektrischen Leiter verbunden sind, wobei das MR-Sensorelement und die beiden elektrischen Leiter zwischen zwei Abschirmungen des MR-Elements in einem Abstand von diesen angeordnet sind; und einen ersten elektrischen Leiter, der mindestens eine der Abschirmungen des MR-Elements mit mindestens einem der elektrischen Leiter verbindet; einen Schreibkopf, der Folgendes beinhaltet: zwei Magnetpolschuhe mit je einem nahe der Luftpolsterfläche angeordneten Polspitzenteil; und einen zwischen den Polspitzenteilen angeordneten Schreibspalt; wobei die Magnetkopfanordnung durch einen zweiten elektrischen Leiter gekennzeichnet ist, welcher die eine Abschirmung des MR-Elements mit einem der Schreibspaltpole verbindet.
Üblicherweise ist der Schreibspalt unmagnetisch.
Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung ferner ein Magnetbandlaufwerk bereit, das mindestens eine Magnetkopfanordnung gemäß der obigen Beschreibung beinhaltet, wobei das Magnetbandlaufwerk ferner Folgendes umfasst: ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer Aufzeichnungsfläche; einen Motor zum Bewegen des magnetischen Aufzeichnungsmediums; eine Kopfaufnahmebaugruppe zum Haltern der Magnetkopfanordnung in Bezug auf das magnetische Aufzeichnungsmedium; einen zweiten elektrischen Leiter zum Verbinden der einen Abschirmung des MR-Elements mit einem der Pole des Schreibspalts.
Die beiden beabstandeten Magnetpolspitzen sind vorzugsweise derart in einem Abstand von einer Abschirmung des Schreibspalts angeordnet, dass sich die eine Magnetpolspitze zwischen der Abschirmung des Schreibspalts und der anderen Magnetpolspitze befindet.
Die Abschirmung des Schreibspalts ist vorzugsweise magnetisch und leitend mit der einen Magnetpolspitze integriert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart bestehen die elektrischen Leiter im Wesentlichen aus einem oder mehreren Werkstoffen aus der aus Tantal, Kupfer und Gold bestehenden Gruppe.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart weist der zweite Leiter einen Widerstand im Bereich von ungefähr 5 Kiloohm bis ungefähr 100 Kiloohm auf.
Eine abriebbeständige versetzte Lese-/Schreibkopfanordnung weist vorzugsweise verbesserte symmetrische Abriebeigenschaften auf.
Die Lese-/Schreibkopfanordnung nutzt vorzugsweise die unabhängige paarweise Anordnung der Abschirmungen von Lese-/Schreibköpfen und ladungsgekoppelte magnetoresistive Sensoren.
Der Magnetkopfabrieb wird vorzugsweise durch den Ausgleich der Spannungsbedingungen der Lese- und Schreibköpfe optimiert, um die elektrochemische/mechanische Erosion der abriebbeständigen Schicht der Luftpolsterfläche (ABS) zu verringern. Bei einer bevorzugten Ausführungsart wird dies durch Einfügen einer elektrischen Verbindung zwischen benachbarten elektrisch leitenden Lesekopfabschirmungen und Schreibkopfpolen/abschirmungen erreicht. Bei Dünnschicht-Lese-/Schreibkopfanordnungen für mehrere Spuren wird eine solche Verbindung vorzugsweise unabhängig für jedes Paar der Lese-/Schreibelemente in der Anordnung bereitgestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart wird ein Pol oder eine Abschirmung des Schreibspalts nahe der Abschirmung des Lesespalts bereitgestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsart ist mindestens eine und sind vorzugsweise beide Abschirmungen des Lesespalts über eine Kopplungsstruktur mit Widerständen mit Mittenabgriff elektrisch mit einer der MR-Signalleitungen (vorzugsweise der Leitung mit dem höchsten positiven Potenzial) oder mit beiden MR-Leitungen verbunden, die aus der an denselben Anmelder abgetretenen US-Patentschrift 6 246 553 bekannt ist.
Ein Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass ein Pol oder eine Abschirmung des Schreibspalts dieser von IBM Corporation zur Magnetkopffertigung verwendeten Art gemäß der bevorzugten Ausführungsart einfach durch einen Leiter mit der benachbarten Abschirmung des Lesespalts verbunden werden kann.
Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfanordnung mit einer Luftpolsterfläche (ABS) bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Herstellen eines Lesekopfs mit den folgenden Schritten: (a.1) Bilden eines magnetoresistiven (MR) Sensorelements mit zwei Enden, die nahe der ABS in einem Abstand zwischen den beiden Abschirmungen des MR-Elements angeordnet sind; (a.2) Bilden eines mit jedem Ende des MR-Sensorelements verbundenen elektrischen Leiters; und (a.3) Bilden eines ersten elektrischen Leiters zum Verbinden mindestens einer der Abschirmungen des MR-Elements mit mindestens einem der elektrischen Leiter;
(b) Herstellen eines Schreibkopfs mit den folgenden Schritten: (b.1) Bilden von zwei Magnetpolschuhen mit je einem nahe der ABS angeordneten Polspitzenteil; (b.2) Bilden eines zwischen den Polspitzenteilen angeordneten unmagnetischen Schreibspalts; und
(c) Bilden eines zweiten elektrischen Leiters zum Verbinden der einen Abschirmung des MR-Elements mit einem der Pole des Schreibspalts.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den folgenden Schritt:

(b.3) Bilden einer Abschirmung des Schreibspalts in einem Abstand von den beiden beabstandeten Magnetpolspitzen in der Weise, dass die eine Magnetpolspitze zwischen der Abschirmung des Schreibspalts und der anderen Magnetpolspitze angeordnet ist.

Gemäß einer Ausführungsart wird eine Magnetkopfanordnung bereitgestellt, die einen zwischen zwei beabstandeten Magnetpolspitzen und einem magnetoresistiven (MR) Sensorelement, dessen einander gegenüber liegende Enden jeweils mit einem entsprechenden elektrischen Leiter verbunden sind, gebildeten Schreibspalt beinhaltet, wobei das MR-Sensorelement und die beiden elektrischen Leiter in einem Abstand zwischen zwei Abschirmungen des MR-Elements angeordnet sind und die Verbesserung Folgendes umfasst: einen ersten elektrischen Leiter, der mindestens eine der Abschirmungen des MR-Elements mit mindestens einem der elektrischen Leiter verbindet; und einen zweiten elektrischen Leiter, der die eine Abschirmung des MR-Elements mit einem der Pole des Schreibspalts verbindet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden unter Bezug auf die beiliegenden Figuren beispielhafte Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Figuren gleiche Bezugsnummern gleiche Merkmale kennzeichnen:
1 veranschaulicht eine Draufsicht auf die Luftpolsterfläche (ABS) einer verschachtelten magnetoresistiven (MR) Magnetkopfanordnung gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung im Verhältnis zu einem Magnetband als Speichermedium;
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der MR-Magnetkopfanordnung von 1 zur Veranschaulichung der Merkmale der Anschlüsse der Abschirmungen der verschachtelten Dünnschicht-Lese- und Schreibspalte gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine Querschnittsansicht der MR-Magnetkopfanordnung gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung von 2 entlang der Linie 3-3, bei der die Isolierung zwischen den Schichten entfernt wurde;
die 4A bis 4B zeigen vergrößerte Ansichten alternativer beispielhafter Ausführungsarten des Dünnschicht-Lesespalts dieser Erfindung, welche die Kopplungsschicht zum Aufladen der MR-Abschirmung zeigen;
5 zeigt ein Schaubild eines Magnetbandlaufwerks, das in Verbindung mit der Magnetkopfanordnung einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und
6 ist ein Ablaufplan, das eine bevorzugte Ausführungsart des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Fertigung einer Magnetkopfanordnung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSART
1 zeigt die Luftpolsterfläche (ABS) einer bevorzugten Ausführungsart einer verschachtelten magnetoresisitiven (MR) Magnetkopfanordnung 10, deren Leseelemente mit R und deren Schreibelemente mit W gekennzeichnet sind. Die durch den Schreibkopf 12 dargestellten Schreibelemente und die durch den Lesekopf 14 dargestellten Leseelemente sind in wechselnder Folge angeordnet und bilden einen ganzen Satz von (zum Beispiel) 38 Lese-/Schreibkopfpaaren für eine Spur, die beispielsweise durch das Lese-/Schreibkopfpaar 12–14 für eine Spur dargestellt werden. Der Begriff abwechselnd soll auch andere Formate beinhalten. Zum Beispiel besagt ein Format, dass die Köpfe H1, H3, H5 usw. mit ungeraden Zahlen während der Vorwärtsbewegung des Bandes und die Köpfe H2, H4, H6 usw. mit geraden Zahlen während der Bewegung des Bandes in Gegenrichtung in Aktion treten.
Im Allgemeinen bewegt sich das Magnetband 16 als Medium entlang seiner Längsrichtung gemäß den Pfeilen 18 und 20 in einer Vorwärts- bzw. einer Gegenrichtung. Die Magnetkopfanordnung 10 in 1 ist so dargestellt, als sei das Medium des Magnetbandes 16 durchsichtig, was jedoch normalerweise nicht der Fall ist. Der Pfeil 18 kennzeichnet eine Vorwärtsbewegung und der Pfeil 20 eine Gegenrichtung des Bandmediums 16. Das Magnetband 16 als Medium und die verschachtelte MR-Magnetkopfanordnung 10 bewirken in der in der Technik bestens bekannten Weise eine Signalwandlung. Bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung können andere Formate verwendet werden, die Bestandteil der Lehren dieser Erfindung sind.
Jedes der Kopfelemente in der Magnetkopfanordnung 10 ist oberhalb einer Vielzahl von Datenspuren im Magnetbandmedium 16 angeordnet, was aus den Datenspuren T1, T9, T17 usw. in 1 zu ersehen ist, die ein beispielhaftes System von 288 Datenspuren zeigt, bei dem die Dichte der Datenspuren auf dem Magnetbandmedium 16 achtmal so groß ist wie die Dichte der Aufzeichnungselemente oder der Lese-/Schreibkopfpaare H1, H2, H36 für die Datenspuren in der MR-Magnetkopfanordnung 10. Bei einem Durchlauf des Magnetbandmediums 16 in Richtung 18 entlang der geradzahligen Lese-/Schreibkopfpaare H2, H4, ..., H36 können die Datenspuren T9, T25, ..., T281 und dann beim Rücklauf des Magnetbandmediums 16 entlang der ungeradzahligen Lese-/Schreibkopfpaare H1, H3, ..., H35 die Datenspuren T1, T17, ... T273 beschrieben werden, indem die MR-Magnetkopfanordnung 10 in Richtung des Pfeils 21 um einen Spurabstand (zwischen T1 und T2) seitlich verschoben wird, der ungefähr 12% des Abstands zwischen zwei Lese-/Schreibköpfen (zwischen H1 und H2) beträgt.
Die verschachtelte MR-Magnetkopfanordnung 10 beinhaltet zwei Dünnschichtmodule 22 und 24, die im Wesentlichen identisch aufgebaut sind. Die Module 22 und 24 sind durch eine Klebeschicht 25 miteinander verbunden und bilden zusammen eine physische Einheit, bei der die Lese-/Schreibkopfpaare H1, H2, H36 möglichst genau in Transportrichtung des Magnetbandes ausgerichtet sind. Jedes Modul 22, 24 beinhaltet einen Leiter 26 bzw. 28 für den Magnetkopfspalt, wobei die einzelnen durch den Schreibkopf 12 und den Lesekopf 14 dargestellten Lese-/Schreibspalte in jedem Modul genau positioniert sind. Jedes Dünnschichtmodul 22, 24 beinhaltet ein gesondertes Substrat 30, 32 und ein gesondertes Abschlussstück 34 bzw. 36. Jedes Substrat 30 ist nahe der Leitung 26 für die Magnetkopfspalte am Abschlussstück 34 angeklebt und bildet das Dünnschichtmodul 22, während das Substrat 32 nähe der Leitung 28 für die Magnetkopfspalte am Abschlussstück 36 angeklebt ist und das Dünnschichtmodul 24 bildet. Vor der Bildung der Lese-/Schreibköpfe kann, wie im Wesentlichen aus der Figur zu ersehen ist, auf dem Substrat (30, 32) eine Basisschicht (35, 37) und vor dem Anbringen des Abschlussstücks (34, 36) eine Deckschicht (39, 41) auf den Lese-/Schreibköpfen abgeschieden werden. Die Leitungen 26, 28 für die Magnetkopfspalte sind senkrecht zu den durch die Pfeile 18, 20 dargestellten Bewegungsrichtungen des Bandmediums möglichst genau angeordnet. Die Lese-/Schreibkopfspalte an den Positionen H1 bis H36 dieses Dünnschichtmoduls 22 wirken mit den entsprechenden Lese-/Schreibkopfspalten im Dünnschichtmodul 24 in der Weise zusammen, dass sie während der Bewegung des Magnetbandmediums 16 die Funktionalität Lesen-nach-Schreiben bieten. Die Schreibkopfspalte eines Dünnschichtmoduls sind in Bewegungsrichtung des Bandmediums 16 genau auf die Schreibkopfspalte des anderen Moduls ausgerichtet. So ist zum Beispiel der Schreibkopf 12 auf den Lesekopf 14 ausgerichtet und bildet mit diesem ein Lese-/Schreibkopfpaar H1, um die Signale während der Bewegung des Magnetbandes in der durch den Pfeil 18 angezeigten Richtung nach dem Schreiben zu lesen.
2 zeigt im Einzelnen und gemäß der bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung einen Teil des Substrats 10 von 1, der Teile von drei beispielhaften Lese-/Schreibkopfspalten auf der Leitung 26 für die Magnetkopfspalte beinhaltet, die im Wesentlichen wie in der Figur auf die Magnetkopfpaare H3 bis H5 ausgerichtet sind. Die in 2 gezeigten Dünnschichtelemente sind in der üblichen Weise im Mikrometerbereich und nicht maßstabsgerecht dargestellt. Bei dem Lesekopf 38 am Magnetkopfpaar H4 ist zwischen den beiden Abschirmungen 46 und 48 (S1 und S2) ein magnetoresistives (MR) Sensorelement 40 angeordnet, wobei jedes Ende des MR-Sensors mit einem elektrischen Leiter 42 bzw. 44 verbunden ist. Die relative Lage der elektrischen Leiter 42 und 44 lässt sich besser unter Bezug auf 3 verstehen, das eine halbdurchsichtige Querschnittsansicht des Substrats 30 von 2 entlang der Linie 3-3 zeigt.
Die (nicht maßstabsgerechte) 2 zeigt im Wesentlichen, dass der Lesekopf 38 zwischen den beiden Schreibköpfen 50 und 52 angeordnet ist, die Daten mit den Magnetkopfpaaren H3, H5, die jeweils dem Magnetkopfpaar H4 benachbart sind, auf die Datenspur schreiben. Der Schreibkopf 52 ist dem Schreibkopf 50 im Wesentlichen identisch, der einen durch zwei beabstandete Magnetpolspitzen (P1, P2) 56 und 58 definierten Schreibspalt 54 beinhaltet. Der Schreibkopf 50 kann auch eine Abschirmung 60 für den Schreibspalt S1 beinhalten (die der Abschirmung 62 für den Schreibspalt S1 im Schreibkopf 52 im Wesentlichen identisch ist), die als integraler Bestandteil an der Magnetpolspitze P1 56 angebracht und im Wesentlichen auf die Abschirmung 48 des MR-Elements S1 ausgerichtet ist. Die Abschirmung 60 des Schreibspalts S1 kann unter Verwendung einer (nicht gezeigten) dazwischen liegenden Isolierschicht von der Magnetpolspitze P1 56 elektrisch isoliert werden, bildet jedoch vorzugsweise deren integralen Bestandteil und wird zur Verbesserung des Fertigungsverfahrens unter Verwendung desselben Materials und desselben Abscheidungszyklus wie die Abschirmung 48 des MR-Elements S1 abgeschieden.
3 zeigt auch einen Querschnitt des Magnetbands als Medium 16, das nahe der Luftpolsterfläche (ABS) 64 des Substrats 30 und der verschachtelten MR-Magnetkopfanordnung 10 (1) liegt. Die Bewegungsrichtung des Magnetbandmediums 16 verläuft senkrecht zur Abbildungsebene, was durch die Symbole für die ein- und austretenden Pfeile dargestellt wird. 3 zeigt einen halbdurchlässigen Querschnitt der relativ planaren Ansicht bestimmter Elemente, insbesondere den rückwärtigen Teil des Spaltes 66 des Magnetpolschuhs P1 56, wo dieser mit dem rückwärtigen Teil des Spaltes des anderen Magnetpolschuhs P2 58 (siehe 2) verbunden ist, um die von der Schreibspule 68 erzeugten Magnetfeldlinien in der üblichen Weise zu schließen.
Gemäß der in den 2 und 3 schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsart wird zwischen der Abschirmung 48 des elektrisch leitenden MR-Elements S1 und der Abschirmung 60 des direkt benachbarten Schreibspalts S1 (und damit zum Magnetpolschuh P1 56) eine elektrische Verbindung 70 hergestellt. Die elektrische Verbindung 70 wird zwischen jedem seitlich benachbarten Lese-/Schreibkopfpaar entlang der Leitungen 26 und 28 (1) der Magnetkopfspalte hergestellt und in 2 durch den elektrischen Leiter 70 realisiert, der jedoch nur eines von vielen brauchbaren Mitteln zur leitenden Verbindung der beiden Abschirmungselemente 48 und 60 darstellt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsart wird die durch den elektrischen Leiter 70 dargestellte elektrische Verbindung unabhängig für jedes Lese-/Schreibkopfpaar entlang der Leitungen 26 und 28 der Magnetkopfspalte der Substrate 30 und 32 (1) hergestellt. Der elektrische Leiter 70 (2 und 3) ist vorzugsweise unmagnetisch und kann durch Abscheiden einer Schicht eines leitenden Metalls, zum Beispiel Tantal, Kupfer oder Gold oder eines anderen geeigneten Werkstoffs mit niedrigem bis mittlerem spezifischem Widerstand gebildet werden. Wenn die Abschirmung 60 des Schreibspalts S1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung mit der Magnetpolspitze P1 56 integriert ist, muss beachtet werden, dass der elektrische Leiter 70 die Abschirmung 48 des MR-Elements S1 sowohl mit der Abschirmung 60 des Schreibspalts S1 als auch mit der Magnetpolspitze P1 56 verbindet. Der elektrische Leiter 70 kann zum Beispiel einen Widerstand im Bereich von ungefähr 5 Kiloohm bis ungefähr 50 Kiloohm oder mehr aufweisen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsart ist die Abschirmung 48 des MR-Elements innerhalb jedes durch den Lesekopf 38 dargestellten Lesekopfs unter Verwendung eines elektrischen Leiters 72 auch mit einem der elektrischen Leiter 42, 44, vorzugsweise mit dem am stärksten positiv vorgespannten der beiden Leiter, (in 3 dem elektrischen Leiter 44) verbunden. Die 2 und 3 zeigen als Beispiel diese Verbindung zwischen der Abschirmung 48 des MR-Elements und dem elektrischen Leiter 44. Die 4A und 4B veranschaulichen eine Alternative dieser Ladungseinkopplung. 4A zeigt, dass die Abschirmung 48a des MR-Elements mittels des elektrischen Leiters 72a mit dem elektrischen Leiter 44a gekoppelt ist. Desgleichen ist die Abschirmung 48b des MR-Elements gemäß 4B mittels des elektrischen Leiters 72b mit dem elektrischen Leiter 42b verbunden. Die Fertigung und die Funktionsweise der elektrischen Leiter 72a und 72b lassen sich besser unter Bezug auf die an denselben Anmelder abgetretene US-Patentschrift 6 246 553 verstehen.
Im Betriebszustand wird durch den elektrischen Leiter 70 und den elektrischen Leiter 72 das elektrische Potenzial der Abschirmung 60 des Schreibspalts mit dem Potenzial der Abschirmung 48 des MR-Elements und dieses wiederum mit dem Spannungspotenzial des elektrischen Leiters 42 (oder 44) des MR-Elements gekoppelt. Durch diese Anordnung werden sowohl der Schreibkopfs 50 als auch der Lesekopf 38 auf dasselbe Spannungspotenzial gelegt, damit die Unterschiede im Verschleiß zwischen den beiden benachbarten Lese-/Schreibköpfen 38, 50 verringert werden. Durch den Ausgleich der elektrischen Umgebung zwischen benachbarten Magnetköpfen wird die Erosion der abriebbeständigen Aluminiumoxidoberfläche und anderer infrage kommender Komponenten ausgeglichen. Das geschieht, weil jeglicher aus der elektrisch bedingten Erosion des Aluminiumoxids resultierender Abrieb ausgeglichen wird. Bekanntlich ist gesputtertes Aluminiumoxid in saurer und basischer Umgebung wie beispielsweise an der dem Magnetband zugewandten Magnetkopfoberfläche an der Luftpolsterfläche 64 weniger abriebbeständig als in neutraler Umgebung. Der Erfinder hat gezeigt, dass dieser angenommene chemisch-mechanische Mechanismus durch die lokale elektrische Umgebung beeinflusst wird, die in der verschachtelten MR-Magnetkopfanordnung durch den Ausgleich der Verschleißfestigkeit der Schreibköpfe und der Leseköpfe beeinflusst wird.
5 zeigt ein schematisches Schaubild eines Magnetbandlaufwerks 73, das mit der oben in Verbindung mit den 1 bis 4 erörterten Magnetkopfanordnung 10 verwendet werden kann. Die Steuereinheit 74 empfängt Daten von einem Abspuldrehzahlmesser 76, der mit einem Abspulmotor 78 verbunden ist, der durch die Steuereinheit 74 gesteuert wird, um eine in einer einzelnen Abwickelkassette 83 gezeigte Abwickelspule 82 umkehrbar in Drehung zu versetzen. Ein Aufspuldrehzahlmesser 84 ist mit einem Aufspulmotor 86 verbunden, der umkehrbar von der Steuereinheit 74 gesteuert wird. Der Aufspulmotor 186 treibt die Aufwickelspule 88 an. Das Magnetband 16 und dessen Bandmitnehmer bewegen sich im Wesentlichen gemäß der Figur entlang eines durch die gestrichelte Linie 90 gezeigten Pfades von der Abwickelspule 82 vorbei an einer Leerlaufrolle 92, den luftgelagerten Bandführungen 94 und 96, ferner unter Steuerung durch die Steuereinheit 74 um eine mit einem Spannarmaufnehmer 100 verbundene Rolle herum und von dort zur Aufwickelspule 88. Die Leseergebnisse von den Leseelementen in der MR-Magnetkopfanordnung 10 werden zur Steuereinheit 74 übertragen, die auch Daten von einer externen Quelle zur Magnetkopfanordnung 10 überträgt, um sie über die Vielzahl von Schreibelementen in der MR-Magnetkopfanordnung 10 auf das Bandmedium zu übertragen. Das Magnetbandlaufwerk 73 kann im Allgemeinen ein Halbzoll-Magnetband mit einer Einspulenkassette aufweisen. In der Magnetbandlaufwerk-Industrie ist jedoch auch die Verwendung anderer Medienformate bekannt, beispielsweise die Viertelzoll-Kassette (Quarter-Inch Cartridge, QIC), das digitale Linearband (Digital Linear Tape, DLT), das digitale Audioband (Digital Audio Tape, DAT) und Ähnliches.
Obwohl die verschachtelte MR-Magnetkopfanordnung 10 vor allem für Aufzeichnungsanwendungen mit Datenbändern geeignet ist, können dieselben Fertigungsprinzipien auch auf die Herstellung einer magnetischen Lese-/Schreibkopfanordnung für andere magnetische Aufzeichnungsanwendungen angewendet werden. Plattenlaufwerke verwenden im Allgemeinen integrierte oder Huckepack-Lese-/Schreibköpfe, die weniger mit Abriebproblemen am Magnetkopf zu tun haben und die hier beschriebene Verbesserung kaum benötigen dürften.
6 zeigt ein Ablaufplan, der ein bevorzugtes Verfahren zur Fertigung einer Magnetkopfanordnung gemäß dem Verfahren einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von MR-Magnetkopfanordnungen veranschaulicht. Zur Verdeutlichung ist der Ablaufplan in 6 in Abschnitten dargestellt, wobei die linke Spalte die Schritte zur Bildung der Vielzahl von Schreibelementen, die rechte Spalte die Schritte zur Bildung der Vielzahl von Leseelementen und die mittlere Spalte die Schritte zeigt, die beiden gemeinsam sind. In der Praxis werden diese Prozesse gleichzeitig durchgeführt, sodass sowohl die Lese- als auch die Schreibelemente möglichst während derselben Prozessschritte gebildet werden. Die folgende beispielhafte Beschreibung ist auf ein einziges benachbartes Paar von Schreib-/Leseköpfen begrenzt und ermöglicht das Verständnis des Prozesses. zur Bildung der Vielzahl von Lese- und Schreibelementen wird im ersten Schritt 134 die Oberfläche des Wafersubstrats 30 (1) vorbereitet. In Schritt 136 wird die isolierende Basisschicht 35 (1) aus Aluminiumoxid auf die Oberfläche des Substrats 30 gesputtert. In Schritt 138 wird die Oberfläche der Basisschicht 35 aus Aluminiumoxid bis auf eine Dicke von 3 bis 4 μm abpoliert (geläppt). Auf diese ebene Oberfläche kann in Schritt 140 die erste Sendust-Schicht S1 abgeschieden werden, die zum Erzeugen der Abschirmung S1 48 des MR-Elements in Schritt 142 und der Abschirmung S1 60 des Schreibspalts in Schritt 144 strukturiert wird (2 und 3). Anschließend wird in Schritt 146 der elektrische Leiter 70 gebildet, um die obere MR-Abschirmung S1 48 mit der oberen Abschirmung S1 60 zu verbinden. Die mehreren Schichten, aus denen der MR-Sensor besteht, einschließlich des MR-Sensorelements 40, der elektrischen Leiter 42 und 44 und der umgebenden Isolierschichten werden in Schritt 148 abgeschieden und geätzt. Wahlweise kann in Schritt 150 auf der oberen Abschirmung S1 60 des Schreibkopfs eine Isolierschicht abgeschieden werden, um sie von den Magnetpolspitzen P1 56 zu isolieren, jedoch wird dieser wahlweise Schritt 150 vorzugsweise weggelassen, sodass die Schicht S2 in Schritt 152 direkt auf der oberen Abschirmung S1 60 des Schreibkopfs abgeschieden wird, um sie mit der Magnetpolspitze P1 56 zu verbinden, die in Schritt 154 strukturiert wird. In Schritt 156 wird die Abschirmung S2 46 des MR-Elements strukturiert. In Schritt 158 wird auf herkömmliche Weise die Schreibspule 68 (3) strukturiert und in Schritt 160 die Magnetpolspitze P2 58 abgeschieden. Die verschiedenen Strukturierungsschritte zum Schließen der magnetischen Feldlinien im rückwärtigen Teil 66 des Spalts zwischen den Magnetpolschichten P1 und P2 sind nicht dargestellt. Desgleichen sind die Schritte nicht gezeigt, die zum Verbinden mindestens einer und vorzugsweise beider Abschirmungen des Lesespaltes mit einer der MR-Signalleitungen (vorzugsweise der Leiter mit dem höchsten positiven Potenzial) oder mit beiden MR-Leitungen über eine Kopplungsstruktur mit Widerständen mit Mittenabgriff erforderlich sind. Dieser Prozess ist in der an denselben Anmelder abgetretenen US-Patentschrift 6 246 553 ausführlich beschrieben. Zum Schluss wird in Schritt 162 eine Aluminiumoxid-Deckschicht aufgesputtert und in Schritt 164 abpoliert, um die Deckschicht 39 (1) zu bilden.

Claims

Magnetkopfanordnung (10) mit einer Luftpolsterfläche (Air Bearing Surface, ABS), wobei die Magnetkopfanordnung Folgendes umfasst: einen Lesekopf (14), der Folgendes beinhaltet: ein magnetoresistives (MR) Sensorelement (40) mit einander gegenüberliegenden Enden, die mit je einem entsprechenden elektrischen Leiter (42, 44) verbunden sind, wobei das MR-Sensorelement und die beiden elektrischen Leiter zwischen zwei Abschirmungen (S1, S2) des MR-Elements in einem Abstand von diesen angeordnet sind; und einen ersten elektrischen Leiter (72), der mindestens eine der Abschirmungen (S1) des MR-Elements mit mindestens einem der elektrischen Leiter (44) verbindet; einen Schreibkopf (12), der Folgendes beinhaltet: zwei Magnetpolschuhe (P1, P2) mit je einem nahe der ABS angeordneten Polspitzenteil (56, 58); und einen zwischen den Polspitzenteilen (56, 58) angeordneten Schreibspalt (54); wobei die Magnetkopfanordnung durch einen zweiten elektrischen Leiter (70) gekennzeichnet ist, welcher die eine Abschirmung (48) des MR-Elements mit einem der Schreibspaltpole (P1) verbindet.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die beiden beabstandeten magnetischen Polspitzen so in einem Abstand von einer Schreibspaltabschirmung (60) angeordnet sind, dass die eine Magnetpolspitze (P1) zwischen der Schreibspaltabschirmung (60) und der anderen Magnetpolspitze (P2) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Schreibspaltabschirmung magnetisch und leitend in die mindestens eine Magnetpolspitze (P1) integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei die elektrischen Leiter (42, 44) im Wesentlichen aus einem oder mehreren Werkstoffen bestehen, die aus der aus Tantal, Kupfer und Gold bestehenden Gruppe ausgewählt werden.
Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der zweite Leiter (70) einen Widerstand im Bereich von ungefähr 5 Kiloohm bis ungefähr 100 Kiloohm aufweist.
Magnetbandlaufwerk, das mindestens eine Magnetkopfanordnung nach Anspruch beinhaltet, wobei das Magnetbandlaufwerk ferner Folgendes umfasst: ein magnetisches Aufzeichnungsmedium (16) mit einer Aufzeichnungsfläche; einen Motor (78) zum Bewegen des magnetischen Aufzeichnungsmediums; eine Kopfaufnahmeanordnung zum Haltern der Magnetkopfanordnung (10) in Bezug auf das magnetische Aufzeichnungsmedium; einen zweiten elektrischen Leiter (70), der die eine Abschirmung (48) des MR-Elements mit einem der Schreibspaltpole (P1) verbindet.
Verfahren zum Herstellen einer Magnetkopfanordnung mit einer Luftpolsterfläche (ABS), wobei das Verfahren in beliebiger Reihenfolge die folgenden Schritte umfasst: (a) Herstellen eines Lesekopfes (H4) unter Verwendung der folgenden Schritte: (a.1) Bilden eines magnetoresistiven (MR) Sensorelements mit zwei Enden, die nahe der ABS zwischen zwei Abschirmungen (S1, S2) des MR-Elements in einem Abstand von diesen angeordnet sind; (a.2) Bilden eines elektrischen Leiters (70), der mit jedem MR-Sensorelement verbunden ist; und (a.3) Bilden eines ersten elektrischen Leiters (72), der mindestens eine der Abschirmungen (S1) des MR-Elements mit mindestens einem der elektrischen Leiter (44) verbindet; (b) Herstellen eines Schreibkopfes (H3) unter Verwendung der folgenden Schritte: (b.1) Bilden von zwei Magnetpolschuhen mit je einem Polspitzenteil (P1, P2), die nahe der ABS angeordnet sind; (b.2) Bilden eines nichtmagnetischen Schreibspalts (54), der sich zwischen den Polspitzenteilen (P1, P2) befindet; und (c) Bilden eines zweiten elektrischen Leiters (70), der die eine Abschirmung (S1) des MR-Elements mit einem der Schreibspaltpole (P1) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner den folgenden Schritt umfasst: (b.3) Bilden einer Abschirmung (S1) des Schreibspalts in einem Abstand von den beiden Magnetpolspitzen (P1, P2) in der Weise, dass die eine Magnetpolspitze (P1) zwischen der Schreibspaltabschirmung (S1) und der anderen Magnetpolspitze (P2) angeordnet ist.