具有平面線圈的磁頭的製造方法
2024-01-31 01:33:15
專利名稱：具有平面線圈的磁頭的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種製造磁頭的方法，該磁頭具有磁頭面和包括沿平行於磁頭面方向延伸的磁線圈。
從1989年9月的電氣與電子工程師學會磁學學報，25卷，5期，第3190-3193頁(IEEE Transaction on Magnetics，Vol.25，No.5，September 1989，pages 3190-3193)中得知這種方法。該文描述了在矽上實現薄膜磁頭的製造工藝，這種磁頭被稱為集成電路磁頭，用於高密度磁記錄。該製造工藝從矽晶片開始，在晶片上蝕刻溝槽。在這些溝槽中形成包含導體螺線的磁頭。在該工藝最後階段形成空氣軸承表面，並且在將晶片切成分立元件之前，通過蝕刻定出滑動頭(slider)。
一種實現高密度記錄的方法是採用磁光記錄(MO)。在該記錄過程中，通過利用磁場將磁性顆粒極化，把數據寫入，例如是磁碟的磁記錄介質的磁記錄層。通過光學檢測從相關層反射的偏振光的克爾旋轉，可以讀出該層中的信息。對於大多數磁性介質來說，由於這些介質具有高矯頑力，所以要求相對強的磁場以獲得磁性材料的完全極化。對該磁性介質加熱可以顯著降低磁場強度的閾值，該閾值是實現完全極化所必需的。熱輔助磁記錄利用了這一現象。在例如採用雷射脈衝磁場調製(LP-MFM)進行磁光寫入的對策中，在施加磁場的同時，用雷射脈衝對磁性介質進行局部加熱，該磁場與雷射脈衝的定時同步，對所加熱區進行極化。適於LP-MFM磁光記錄的磁頭應該具有磁場調製(MFM)線圈並且通常有一個引導雷射束的透明光導。該雷射束可以用來加熱磁介質和通過檢測克爾效應從磁介質中讀出數據。通常將該透明光導與線圈布置成同軸。為了在有限功耗的條件下獲得足夠高的磁場強度，該線圈的內徑應儘可能小。
能夠在磁光介質上通過熱輔助磁記錄寫入的數據位的大小受聚焦雷射束的光斑大小和光斑的熱輪廓以及介質本身性質的限制。光斑的大小與所用雷射的波長(λ)和光程的數值孔徑(NA)相關，產生有限大小的衍射光斑，其半徑為0.61λ/NA的數量級。在近場記錄的條件下，利用衰減波(evanescent wave)可以實現數值孔徑超過1，該衰減波發生在折射光學元件的全內反射的表面。相對於該記錄介質的一個距離，對磁頭，尤其是對其上光學元件的定位，該距離是所用雷射波長的一部分。為了在磁光記錄中實現較高的磁光記錄密度，例如近場記錄，設想應該將磁頭與介質的距離降低到亞微米的範圍。
在一個用於存儲介質中進行磁記錄的系統中，將光學元件與滑動頭結合，該滑動頭通過懸停和在微驅動器物鏡下定位進行傳送，在該滑動頭中集成有MFM線圈。該滑動頭設置有空氣軸承(ABS)，在運行期間，用於在存儲介質的空氣軸承表面飛行。
對於這種滑動頭，磁頭線圈必須是接近ABS平面的平面線圈。在前面提到的電氣電子工程師學報的一文所述的方法，它是通過在矽晶片中形成溝(ditch)，然後把線圈埋入溝中來實現的。該已知方法的一個缺點是開溝非常費工。另外，這種溝很難在大多數光學材料，例如多組分玻璃中實現，因為這些材料通常很難蝕刻。由於線圈結構是採用光刻技術定出的，所以在凹槽內製作線圈是關鍵步驟，這是因為所涉及的形貌。除此之外，後成線圈層之間的中等平面化在機械上是不可能實現的。
本發明的一個目的是提供一種製造磁頭的簡單方法，在該磁頭中，平面線圈位於磁頭面附近。
該目的藉助於製造磁頭的方法實現，該磁頭具有磁頭面和包括沿著磁頭面平行方向延伸的磁線圈，在該方法中，在第一襯底的第一側形成磁線圈，然後將設置有磁線圈的第一襯底的第一側粘接，尤其是用膠粘接到第二襯底的一側，然後將第一襯底的材料從第一襯底的第二側清除，將第二側從第一側旋開以形成磁頭面。
根據本發明的方法僅僅涉及為數不多的掩膜步驟，這些步驟是實現接近磁頭面的平面磁線圈所必需的。在準備將磁頭用於滑動頭的情況下，該磁頭面至少形成空氣軸承表面的一部分。
在根據本發明的一個實施方案中，第一襯底可以是設置有頂層的矽襯底，例如是一種氧化物，諸如SiO2或者ZrO4或者是一種硬材料，諸如金剛石，該頂層是鄰近第一襯底的第一側。通常，該頂層構成第一襯底的第一側。矽襯底可以是矽晶片。在將第一襯底粘到第二襯底之後，至少將矽襯底的一部分從磁頭面清除。這可能會受到蝕刻的影響，最好採用終止於頂層的選擇蝕刻工藝，利用例如熱KOH作為Si和SiO2的選擇性蝕刻劑。
在根據本發明的方法的實施方案中，在第一襯底上形成金屬層步驟之後，至少還要有一個步驟形成非導電材料層和形成另一個金屬層和形成二個相鄰金屬層之間的相互連接以製成磁線圈。該金屬層可以通過沉積合適的金屬例如Cu形成，該沉積方式可以是例如電沉積的方式。該非導電層可以通過沉積合適的氧化物例如Al2O3形成，或者通過旋塗，例如旋塗聚合物或者任何其它適當的方式，例如在玻璃上旋塗。該相互連接可以例如通過蝕刻在非導電材料層中形成空洞之後形成，該相互連接還可以由光刻工藝製成。
可以通過例如拋光工藝，例如通過化學機械拋光，將非導電層平面化，從而改進線圈質量。
在根據本發明的實施方案中，採用玻璃材料襯底作為第二襯底。該方法導致磁頭具有透明部分。這種磁頭可以用作磁光頭並且可以帶有光導。
在另外的步驟中，透明光導可以採用與其玻璃襯底折射率匹配的材料製成以避免例如像在界面上產生不需要反射的光學問題。
本發明的另一個目的是提供一種製造滑動頭的方法，尤其是可用於磁光記錄系統的滑動頭，該方法通過有限的方法步驟製成了磁線圈，被定出的空氣軸承表面和相對空氣軸承表面被定出的磁線圈。
該另一個目的通過製造滑動頭的方法來實現，該滑動頭具有空氣軸承表面並包括平面磁線圈，該磁線圈沿著平行於空氣軸承表面方向延伸，在該方法中，在第一襯底的的第一側形成磁線圈，此後，將第一襯底的第一側粘接到第二襯底的一側，此後，將第一襯底材料從第一襯底的第二側清除，將該第二側從第一側旋開以形成一個面，此後，將該面構建形成空氣軸承的表面。可以採用標準技術實施根據本發明方法的這幾步。將材料從第一襯底清除和構建所述面傾向受到蝕刻的影響。實際上，所形成的磁線圈是集成在所獲得的滑動頭中磁頭的一部分。顯然，磁線圈有進行電氣連接的引線。
在根據本發明的製造滑動頭方法的實施方案中，為了形成第一襯底，在矽襯底上設置有絕緣材料的頂層，該頂層鄰近第一側，其中，採用玻璃材料作為第二襯底，並且在將第一襯底粘接到第二襯底後，清除矽襯底。通常，頂層構成第一側。矽襯底可以是矽晶片。頂層可以是氧化物，例如SiO2。
因為頂層的作用是作為所獲滑動頭的保護層，以防止在使用中對損害該滑動頭，例如撞擊記錄介質表面，或者與灰塵顆粒的碰撞，最好選用硬材料的頂層，如類金剛石塗覆或層或者ZrO2。該保護層簡單地由第一襯底的頂層構成而無需另外步驟是有利的。
該製造滑動頭方法的實施方案的特徵在於在形成磁線圈時，除磁線圈之外還形成金屬層，在構成用於形成空氣軸承表面的面時，至少部分地將該金屬層清除以形成凹槽。該金屬層最好採用與形成磁線圈的金屬材料相同的材料，例如Cu，通過沉積方式形成。通過蝕刻可以簡單地影響對金屬層的清除，例如採用標準的蝕刻劑。所期望的凹槽的深度可以由金屬層厚度進行調節。
本方法的一個實施方案的特徵在於在形成磁線圈時，在製作磁線圈的同時形成吸熱層(heat sink layer)。該吸熱層的合適材料是Cu，它也可以用作磁線圈的材料。吸熱層最好布置在磁線圈附近或者部分在磁線圈的附近。在生成的滑動頭中該吸熱層被用來將熱量從磁線圈傳送到滑動頭的一個邊沿或者多個邊沿，在這些邊沿處對滑動頭的的空氣冷卻和輻射冷卻非常有效。如果需要，可以在吸熱層和冷卻本體之間建立真實的熱連接。該冷卻本體有加大的面積，或者是含有像帕爾帖元素(Peltier element)那樣的活性冷卻劑。
在另一個實施方案中，形成相互連接的線圈堆疊以製成磁線圈。
應當注意到，所要求的製造滑動頭的方法擁有的優點和效果與通過所要求的製造磁頭的方法獲得的優點和效果相似。
本發明還涉及採用根據本發明的方法製造的滑動頭。根據本發明的滑動頭具有鄰近空氣軸承表面的平面線圈並且最好為局部透明，通過這種方式，光束可以軸向地穿過該線圈的中心區。該滑動頭最好具有如權利要求11所限定的特點。
另外，本發明還涉及在存儲介質中磁和磁光記錄信息的系統，該系統包括根據本發明的滑動頭。
參照權利要求，應當注意到在權利要求中所限定的各種特徵特點可以以組合的形式出現。
對上面所述的以及本發明的其它方面是明顯的並且將參照下文的實施方案並通過非限定性實例進行說明。
在附圖中
圖1至8圖示出根據本發明的方法的實施方案的各個步驟，其中圖8還示出根據本發明的滑動頭的第一實施方案，圖9A圖示出根據本發明的滑動頭的第二實施方案的截面圖，圖9B示出在圖9A中IXB-IXB劃線處的截面圖的第二實施方案，和圖10圖示出根據本發明的實施方案的透視圖。
現在參照圖1至8對根據本發明製造滑動頭10的的方法的實施方案進行描述。該實施方案從矽襯底1開始，襯底1可形成矽晶片部分。在襯底1的主面上沉積一種絕緣材料，尤其是一種氧化物例如SiO2或者Al2O3，例如通過熱氧化，通過濺射或者通過氣相沉積，形成厚度例如為0.5微米的薄頂層3。襯底1與薄頂層3一起構成第一襯底，第一襯底有第一側5a和平行於第一側5a的第二側5b。通過銅或者其它合適的導電材料的濺射沉積或者電沉積，在第一襯底的第一側5a，形成設置有一匝或多匝線圈的第一導電或金屬層7a。然後，通過沉積例如SiO2或者Al2O3或者旋塗聚合物在第一導電層7a上形成非導電層。然後，在形成第二導電層7c之前，通過例如局部蝕刻，在絕緣層7b上形成第二導電層7c並且製成第一和第二導電層之間的相互連接。
層7a、7b、7c共同構成平面線圈7，其線圈軸為7A。值得注意的是在另外的實施方案中，線圈7可以僅有一個導電層。形成線圈7之後，粘接，尤其是用膠第一襯底的第一側5a，在本實施方案中，由於技術步驟該側已經被平移到第二襯底9的一側9a，例如玻璃襯底。第二襯底9可以構成玻璃晶片的一部分。合適的膠例如是丙烯酸樹脂清漆；1，6-乙二酸二丙烯酸脂。在以下的步驟中，在例如熱KOH中將襯底1清除，尤其是蝕刻掉，從而生成面13。隨後，通過首先局部將頂層13清除例如通過將絕緣材料局部蝕刻，在面13上形成結構，然後為了生成空氣軸承表面15，將第一導電層7a的一個或者多個設有開口部分7B的材料清除，例如通過局部蝕刻。空氣軸承表面15是設置有一個或者多個凹進部分13a的面13。在採用Cu作為線圈7的導電材料的情況下，可以用標準的Cu蝕刻劑形成空氣軸承表面15。通過利用多金屬層調節凹入部分或者各凹入部分13a的深度。
在使用滑動頭時，為了防止該滑動頭與存儲介質接觸，用由上述方法製得的滑動頭的空氣軸承表面15控制產生於運動存儲介質表面與位於所述表面附近滑動頭10之間的氣流。
值得注意的是上述方法還可以用於磁頭製造。在這種情況下，可以省略圖7和8所示的方法步驟，這表明圖6所示的產品可以是磁頭，面13構成磁頭面。在滑動頭和磁頭二種情況下，頂層都可以用作保護層。
還應當注意的是圖8所示的滑動頭有透明的線圈中心7C並且通過適當選擇透明材料，使該線圈沿著線圈軸7A是透明的，其結果，該滑動頭對穿過所述中心的光束是透明的。
在上述的實施方案的一個變型中，在形成線圈7時，形成吸熱層。圖9A和9B示出根據本發明的設置有吸熱層17的滑動頭的實施方案。在該變型中，對應於已述實施方案中類似單元的單元用相同的參考符號表示。在相關變型中，通過沉積與形成磁線圈7所沉積金屬的相同金屬，在形成磁線圈7的同時形成熱吸收層及線圈的連接面7f1和7f2。吸熱層17位於，例如至少部分位於磁線圈7的附近，在其上或者在其下，並用於將熱量從線圈的中的一匝或者多匝傳輸到該滑動頭的邊沿，當使用滑動頭時，在邊沿處，對流和輻射可以有效地對滑動頭進行冷卻。在一個具體的實施方案中，可以在吸熱層與冷卻本體之間建立熱連接，該冷卻本體具有加大面積或者是含有像帕爾帖元素那樣的活性冷卻劑。
如圖10所示，根據本發明的一個實施方案適用於寫入和/或讀出磁光信息盤100。盤100由安裝在基底的電驅動轉軸支撐旋轉。在使用過程中，盤100沿著箭頭A所示的旋轉方向進行旋轉。該系統包括由基底平移支撐的臂102，並具有一個彎曲構件102a，以承載根據本發明的滑動頭的具體裝置，由編號110表示，由編號104表明的透明本體。在進行盤100上的平移時，提供電驅動以平移臂102，滑動頭110沿著由箭頭B指示的徑向移動。在寫入和/或讀出時，滑動頭的空氣軸承表面位於盤100主面相對的一側並與盤100有一段距離。臂102承載鏡頭部分106，鏡頭部分106的光軸穿過滑動頭110的磁線圈的透明中心，該線圈用編號107表示。
根據本發明的系統可以是一個數據存儲系統。另外一種情況，該系統可以是音頻和/或視頻系統。可以用可旋轉臂代替平移臂。
權利要求
1.一種製造磁頭的方法，該磁頭具有磁頭面並且包括磁線圈，該線圈沿平行於磁頭面的方向延伸，在該方法中，在第一襯底的第一側形成該磁線圈，然後將設有磁線圈的第一襯底的第一側粘接到第二襯底的一側，然後將第一襯底的材料從第一襯底的第二側清除，將第二側從第一側轉開以形成磁頭面。
2.如權利要求1所要求的方法，其中將矽襯底用作第一襯底，該矽襯底上設置有由絕緣材料構成的頂層，該頂層與第一側相鄰。
3.如權利要求2所要求的方法，其中完成在第一襯底上形成金屬層的步驟之後，至少還有一個步驟涉及形成非導電材料層和形成另一個金屬層以及形成二個相鄰金屬層之間的相互連接，以生成磁線圈。
4.如權利要求1所要求的方法，其中玻璃材料襯底用作第二襯底。
5.一種製造滑動頭的方法，該滑動頭具有空氣軸承表面並包括平面磁線圈，該磁線圈沿著平行於空氣軸承表面的方向延伸，在該方法中，在第一襯底的第一側形成該磁線圈，然後將第一襯底的第一側粘接到第二襯底的一側，然後將第一襯底的材料從第一襯底的第二側清除，將第二側從第一側轉開以形成一個面，然後對該面形成結構以形成空氣軸承的表面。
6.如權利要求5所要求的方法，其中在矽襯底上設置一個由絕緣材料構成的頂層以形成第一襯底，該頂層與第一側相鄰，其中採用玻璃的襯底作為第二襯底，並且其中在將第一襯底粘接到第二襯底之後清除該矽襯底。
7.如權利要求5所要求的方法，其中在形成磁線圈時，除磁線圈外還形成金屬層，在對該面形成結構以便形成空氣軸承表面時，至少部分地將該金屬層清除以形成凹區。
8.如權利要求5所要求的方法，其中在形成磁線圈時，除了形成磁線圈外還形成吸熱層。
9.如權利要求5所要求的方法，其中形成相互連接的線圈層疊以生成磁線圈。
10.一種採用如權利要求5至9所要求的方法製造的滑動頭。
11.如權利要求10所要求的方法，其中頂層構成該滑動頭的保護層。
12.一種用於在存儲介質中進行磁或者磁光記錄信息的系統，該系統包括如權利要求10所要求的滑動頭。
全文摘要
一種製造磁頭的簡單方法,該磁頭具有磁頭面並且包括平面線圈(7),該線圈沿著平行於磁頭面的方向延伸。根據這種方法,在第一襯底(1)的第一側上形成磁線圈。然後,將該設置有磁線圈的第一襯底的第一側粘接到第二襯底(9)的一側,然後將第一襯底的材料從第一襯底的第二側清除,將該第二側從第一側轉開以形成磁頭面,採用這種方式使得磁線圈位於磁頭面附近。
文檔編號G11B5/17GK1388957SQ01802332
公開日2003年1月1日 申請日期2001年7月25日 優先權日2000年8月9日
發明者F·C·彭寧, R·德克, H·G·R·馬爾斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司