DE3225780C2

DE3225780C2 -

Info

Publication number: DE3225780C2
Application number: DE3225780A
Authority: DE
Inventors: John Randolph Saratoga Calif. Us Osborne; Peter Gerhard Cupertino Calif. Us Bischoff
Original assignee: Unisys Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1990-12-06
Also published as: IE53689B1; JPS5817523A; IE821556L; US4436593A; GB2104418B; FR2509503B1; JPH0338646B2; FR2509503A1; GB2104418A; DE3225780A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum präzisen Ausrichten der Polspitzen eines Dünnfilm-Magnetkopfes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dünnfilm-Magnetköpfe sind notwendigerweise Elemente mit hohen Toleranzen, die dazu verwendet werden, Informationen auf verschiedene Magnetmedien, wie z. B. schnell rotierende magnetische Platten, zu schreiben bzw. von ihnen zu lesen. Bisher wurden die Polschuhe dieser Magnetköpfe, d. h. die Elemente, die mit dem Magnetmedium in Wechselwirkung stehen bzw. ihm gegenüberliegen, nicht so kontrolliert, daß eine gleichmäßige Breite und eine präzise Ausrichtung der individuellen Pole eines einzelnen Polpaares sichergestellt war.

Obwohl ungleiche Paare bisher kein ernsthaftes Problem bei der Anwendung von Dünnfilmköpfen bei bisherigen Magnetmedien und bei gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Scheiben- bzw. Plattenantriebssystemen verursacht haben, so werden doch zukünftige Anwendungen mit höherer Flächendichte die Einhaltung erheblich strengerer Dimensionierungstoleranzen der Köpfe erfordern. So werden beispielsweise in nicht zu ferner Zukunft Magnetplatten- bzw. -scheibenaufzeichnungssysteme verwendet werden, die viele hundert Spuren pro cm aufweisen. Derartige Systeme werden höchstwahrscheinlich so aufgebaut sein, daß die Spurbreite für die lesbare Information nur noch 0,02 mm (0,8 mils) oder weniger beträgt. Ungleiche und/oder unkorrekt ausgerichtete Pole werden dann nicht mehr mit dem Medium dieser Systeme in Wechselwirkung treten, ohne daß im Lesezyklus Nebensprechen von anderen Spuren und beim Schreibzyklus fehlererzeugende Signale auftreten.

Aufgrund der verhältnismäßig sehr engen Toleranzen der Polschuhe hat sich die Herstellung von Polpaaren mit im wesentlichen gleicher Breite und präziser Ausrichtung gegeneinander als äußerst schwierig dargestellt. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, daß bei heute auf dem Markt befindlichen Plattenantriebssystemen die Dicke der durchschnittlichen Magnetkopfpole lediglich ca. 1,78 µm- 3,05 µm (70-120 micro inches) und die Breite ca. 22,9 µm- 35,6 µm (0,9-1,4 mils) beträgt. Vor der vorliegenden Erfindung basierten Versuche zur Herstellung von Polen gleicher Breite und mit präziser Ausrichtung lediglich auf empirischen Methoden (Versuch und Irrtum) und zufälligen Fabrikationsvariablen, die sicherlich nicht mehr akzeptabel sind, wenn die Anforderungen an die Toleranzen höher werden, wie bei den erwähnten Magnetsystemen hoher Dichte.

Aus IEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-11, Nr. 1, Januar 1975, Seiten 50 bis 55 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes mit nur einer einzigen Windung bekannt, von dem der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren zu schaffen, mit dem parallele Polspitzenpaare für die Anwendung bei Magnetköpfen präzise ausgerichtet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1-5 in Schnittansicht die aufeinanderfolgenden Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.

Auf einen geeigneten Träger werden zwei Metall schichten aufgebracht, die durch eine Isolierschicht getrennt sind. Die Magnetschichten sollen die endgültigen Polstücke des Dünnfilm-Magnetkopfes werden, während die Isolierschicht in der endgültigen Konfiguration als Abstandhalter bleiben soll. Dieser Abstandhalter wird allgemein als "Spalt"-Bereich bezeichnet. Die obere Elektrode kann mit verschiedenen Techniken hergestellt werden. Beispiels weise wird zuerst ein Photolack auf die obere Fläche der obersten Magnetschicht aufgebracht. Er wird entsprechend Größe und Form der fertigen Polschuhe belichtet und die unbelichteten Bereiche werden zur Erzeugung einer selekti ven Maske fortgewaschen. Dann wird die obere Magnetschicht geätzt unter Anwendung eines geeigneten Ätzmittels, wie z. B. 30 Volumen-% Chloreisen (FeCl₃ · 6 H₂O) in Äthylenglykol bei 55 ± 1°C, worauf der Photolack dann entfernt wird.

Die obere Elektrode könnte auch durch Ionen-Fräsen bzw. Ionen-Ätzen (ion milling) oder durch Schablonen-Galvani sieren (pattern electroplating) gebildet werden, wie in der US-PS 38 53 715 beschrieben. In beiden Fällen sollte eine stromführende Sammelschiene elektrisch mit der Elek trode während ihrer Formgebung verbunden sein.

Wenn der obere Pol - wie oben beschrieben - geformt ist, wird er in ein schützendes Metall eingekapselt und als Maske zum Ätzen der Isolierschicht verwendet. Dieses schützende Metall ist ätzfest hinsichtlich der für die un tere Elektrode oder die Isolierschicht verwendeten Ätzmit tel. Die Isolierschicht und die obere Magnetschicht mit der Schutzmetallkapselung wird dann zum Maskieren der un teren Metallschicht bei der Formung des unteren Poles ver wendet. Vorzugsweis bestehen die Metallschichten aus Permalloy (Ni-Fe-Legierung), während die Isolierschicht SiO₂ oder Al₂O₃ ist.

Es sei nun auf die Zeichnung Bezug genommen. Als Träger für die dargestellte Drei-Schicht-Struktur wird eine Basis 4 verwendet. Auf den Träger 4 ist eine untere Metall schicht 3, eine isolierende Abstandhalterschicht 2 und eine obere Metallschicht 1 aufgebracht.

In Fig. 2 ist auf die obere Oberfläche der oberen Magnet schicht 1 ein Photolack 5 aufgebracht und so belichtet worden, daß er die Form der oberen Elektrode definiert. Wenn die obere Elektrode eine Nickel-Eisen- Legierung ist, so kann sie durch eine Lösung von FeCl₃ in Äthylenglykol geätzt werden. Dieses Ätzmittel wird den Photolack 5 nicht angreifen, während die isolierende Schicht 2 als Ätz-Stop dient und für die Unversehrtheit der unteren Metallschicht 3 sorgt.

Die Photolackschicht 5 wird dann entfernt und die obere Elektrode 1 wird in ein schützendes Metall eingekapselt. Das schützende Metall muß ein Material sein, welches die obere Elektrode 1 einkapselt und diese gegenüber später verwendeten Ätzlösungen für die untere Metallschicht 3 isoliert. Da die Metallschichten 1 und 3 aus gleichem Ma terial gewählt sind, muß die obere Elektrode 1 vollständig eingekapselt sein und gegenüber den später verwendeten Ätzlösungen isoliert sein.

Es wurde gefunden, daß unter den möglichen schützenden Metallen Silber, Gold und Rhodium die günstigsten sind. Sie alle können eine ausreichende Schutzbarriere für spä tere Ätzvorgänge bilden. Von den drei bevorzugten Schutz metallen wird Rhodium am meisten bevorzugt. Es wurde gefunden, daß Silber aufgrund seiner chemischen Reaktions fähigkeit und seiner Neigung zu Langzeitoxydation und Korrosion, sofern es in der Struktur belassen wird, das (verhältnismäßig) schlechteste Metall ist. Gold als Edel metall wird nicht oxydieren, ist jedoch relativ weich und wird bei Kontakt zwischen den Polspitzen und der magneti schen Oberfläche, sofern es in der Struktur belassen wird, verschleißen. Andererseits ist Rhodium ausreichend hart und oxydationsfest, so daß es das bevorzugteste Schutzmetall ist. Falls jedoch das Schutzmetall nach der Herstellung der Pole entfernt wird, so bietet Rhodium keine wesentlichen Vorteile gegenüber den anderen erwähn ten Materialien.

Obwohl das Schutzmetall durch alle dem Fachmann bekannten Einrichtungen bzw. Verfahren aufgebracht werden kann, wurde gefunden, daß es am günstigsten elektrolytisch aufgebracht werden kann. Im einzelnen wird eine Stromsam melschiene mit der oberen Elektrode 1 verbunden und eine Elektrolytlösung des geeigneten Schutzmetalles wird elek trolytisch an der oberen Elektrode zum Haften gebracht. Übli che, im Handel erhältliche Plattier-Lösungen, die bei spielsweise von den Firmen Lea-Ronal, Inc. und Sel-Rex erhältlich sind, sind für die Ausführung der Elektro plattier- bzw. Galvanisiervorgänge beim Abscheiden bzw. Ablagern der Schutzschicht 6 verwendbar.

Es sei auf Fig. 4 Bezug genommen. Wenn die obere Elektrode 1 geformt und in das Schutzmetall 6 eingekapselt ist, so wird die Isolierschicht 2 geätzt. Vorzugsweise besteht die Isolierschicht 2 aus SiO₂ und wird mit einer gepufferten HF-Lösung von 4 Teilen NH₄F und 1 Teil HF geätzt.

Wenn in Vakuum abgeschiedenes Al₂O₃ als Isoliermaterial verwendet wird, so kann es wie folgt entfernt werden:

1. durch Ionenfräsen (ion-milling), wobei in diesem Fall das Schutzmetall 6 ausreichend dick sein muß, um Materialverluste während des Fräsens zu kompensieren;
2. durch chemisches Ätzen in einer Mischung von beispiels weise 10 Teilen Salpetersäure, 15 Teilen Fluor-Wasser stoffsäure und 300 Teilen Wasser. In Vakuum abgeschie denes Al₂O₃ kann auch in 2 : 1 oder 1 : 1 Phosphorsäure : DI-Wassermischung bei 60-80°C geätzt werden. Es sei auf die schräg verlaufenden Wände der Isolierschicht hin gewiesen, die, sofern chemisch geätzt wird, einen ge wissen Grad des Unterätzens repräsentieren, obwohl die Gesamtbreite der Isolierschicht im wesentlichen gleich der Breite der oberen Elektrode ist.

Allerdings ist es wichtig, daß das Unterätzen sich nicht über die schützende Überzugsschicht hinaus erstreckt, da mit ein Angriff des oberen Poles während des nachfolgen den Ätzens des unteren Poles verhindert wird.

Als letzter Verfahrensschritt der Erfindung wird nun die untere Elektrode 3 geformt.

Es sei auf Fig. 5 Bezug genommen. Die mit dem Schutzme tall 6 beschichtete obere Elektrode 1 und die Isolier schicht 2 werden beide als Maske für die Formgebung der unteren Elektrode 3 verwendet. Sofern Permalloy als Metallschicht verwendet wird, kann - ebenso wie bei der oberen Elektrode - eine Lösung aus FeCl₃ in Äthylenglykol als Ätzmittel verwendet werden. Wichtig ist, daß weder die obere Elektrode 1 noch das Schutzmetall 6 irgendwo in der Schaltung elektrischen Kontakt zur unteren Elektrode 3 hat, um die Bildung eines elek trochemischen Galvano-Paares zu verhindern, was zu be trächtlichem Unterätzen der unteren Elektrode 3 während des Ätzvorganges führen würde. Wenn die Bildung dieses Paares nicht zugelassen ist, ist das Unterätzen der Boden elektrode minimal. Bei einer Dicke der Ni-Fe-Legierung von 3,05 µm (120 micro inch) sollte das Unterätzen beispiels weise nicht mehr als 1,52-2,03 µm (60-80 micro inches) betragen. Folglich wurden Polschuhe eines Dünnfilm-Magnet kopfes derart ausgebildet, daß sie im wesentlichen voll ständig ausgerichtet sind.

Wie oben erwähnt, kann die Metallschicht 6 an dem oberen Pol 1 belassen werden. Der Grund hierfür besteht schlicht darin, daß die Schutzmetallschicht beim Betrieb des Magnet kopfes nicht nennenswert stört und ihr Entfernen manchmal verhältnismäßig schwierig sein kann. Allerdings sollte die Stromsammelschiene in späteren Verfahrensschritten ent fernt werden.

Sämtliche in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination mitein ander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Verfahren zum präzisen Ausrichten der Polspitzen eines Dünnfilm-Magnetkopfes mit folgenden Schritten:

a) Aufbringen von zwei durch eine Isolierschicht getrennten Metallschichten auf einen Träger, wobei die Metallschichten die Polspitzen des Magnetkopfes werden;
b) Aufbringen eines Photolackes auf die Oberfläche einer oberen Metallschicht und Belichtung des Lacks zur Definition der Pole;
c) Ätzen der oberen Metallschicht, der Isolierschicht und der unteren Metallschicht in den Bereichen, die nicht von dem Photolack abgedeckt sind, wodurch der obere Pol geformt wird;

gekennzeichnet durch folgende Schritte

d) Ätzen zunächst nur der oberen Metallschicht zur Erzeugung des oberen Pols;
e) Entfernen des Photolackes und Einkapseln des oberen Poles mit einem Schutzmetall;
f) Ätzen der Isolierschicht, wobei der obere Pol als Maske verwendet wird; und
g) Ätzen der unteren Metallschicht, wobei der obere Pol und die Isolierschicht als Maske für die Formung des unteren Poles verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallschicht aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Isolierschicht aus SiO₂ oder Al₂O₃ besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallschichten durch Spritz-Ätzen in einer Lösung von FeCl₃ in Äthylenglykol geätzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schutzmetall ein Metall ent hält, das aus der Gruppe Silber, Gold und Rhodium aus gewählt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schutzmetall auf die obere Elektrode durch galvanisches Aufbringen des Schutzme talles mittels einer Stromsammelschiene aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schutzmetall Rhodium ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schutzmetall nach der Formung des unteren Poles entfernt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Pole ca. 1,02-2,56 µm (40- 140 micro inches) dick sind.

10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die SiO₂-Schicht mit einer ge pufferten HF-Lösung geätzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Al₂O₃ in einer Mischung aus Salpetersäure, Fluorwasserstoff und Wasser geätzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Isolierschicht durch Ionen-Fräsen (ion-milling) entfernt wird.