CN1125439C - 制造磁头的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造磁头的方法，该磁头用于在或从磁记录介质，例如录象带上记录或重放信息，该方法包括，制备具有同磁带相接触的一接触面的一片磁芯，该磁芯有一用于形成泄漏磁场的间隙，利用离子蚀刻方法对该片磁芯的接触面进行抛光，该离子蚀刻即是用离子碰撞该接触面。在接触面上形成保护层，该保护层是由具有高度表面润滑特性和良好的抗磨损特性的材料制成。用上述方法，磁头污染降低，磁头寿命延长和磁记录和重放特能得到改进。

Description

制造磁头的方法
本发明涉及一种安装在旋转磁头鼓上的磁头，该磁头用于在记录介质例如录象带上记录信息和从该记录介质上重放信息，和特别是涉及用于制造一种磁头的方法，在该磁头与磁带进行接触的表面上被形成一层高度润滑和抗磨损特性的保护层。
一般讲，磁记录和重放是通过磁头和磁带之间的摩擦进行的，如图1所示，磁带录像机(VTR)、便携式摄象机、数字声频磁带录音机(DAT)都具有磁头被安装在其上的旋转磁头鼓2。磁头鼓2一般是以反时针方向高速旋转，和与磁头鼓2的U形表面相接触的磁带3相应于旋转磁鼓2的旋转从左至右以较低速度进行。
如上所述的这一过程的结果是，在以低速进行的磁带3和以高速旋转的磁头鼓2的磁头1之间由于摩擦产生了异物，该异物就是由于磁带3，磁头1和磁头鼓2的摩擦而从磁带3和磁头1来的诸多颗粒，从而缩短了它们各自的寿命同时在录放期间产生噪声。
图2是用于VTR的安装在磁头鼓上的通常磁头10的透视简图，和图3是图2中所示通常磁头10的局部横截面图。
如图2所示，磁头10包括被连在一起的第1和第2磁芯件11和12，和绕制在每一磁芯件中间的线圈13。第1和第2磁芯件11和12具有一与磁带相接触的弯曲的接触面14。在第1和第2磁芯件的接触面14中还有一予定长度L的磁隙15，从该磁隙形成泄漏磁场。一种非磁性物质例如硅氧化物(SiO2)层17被插入在磁隙15中，这样就将第1和第2磁芯件11和12彼此粘附。用于控制磁隙15的宽度的局部球面形状的凹口16被配置在磁隙15的两侧，并用强化玻璃充满。
第1和第2磁芯件11和12是由具有高导磁性的强磁性材料，例如铁素体或坡莫合金制成，这样，它的磁通量损失减小和对应于记录电流的泄漏磁场被产生。
在图3中，当考虑到磁特性时，该磁隙15的深度D最好是20微米(μm)，然而，根据通常的方法，接触面14用研磨带(#20000)抛光并使具有给定寿命约1000小时的深度D为30至45μm。图4是用原子量级的显微摄影(AFM)(Atomic ForceMicrography)的照片，图中表示用研磨带抛光磁头的接触面。
当用肉眼观察时，该磁头的被抛光的接触面宏观看来很光滑，平而且宽，然而，微观看来却看到图4所示的粗糙，这是由研磨带所造成的划痕。沿磁隙15纵向研磨方向配置的是在磁隙15两侧所示的凸起14，接触面的地方是粗糙的并有异常隆起物，由于磨损而产生异物，特别是它们被集中在磁隙15两侧的凸起上，从而严重降低了记录和重放特性。
由于通常的磁头的磁隙具有大的横截面和接触面是宽而平，来自磁隙的磁通量泄漏密度是低的，从而增加了摩擦噪声。即，由于接触面的磨损增加，磁隙的横截面积，即磁通回路，逐渐变窄，以致磁隙阻抗增加，其结果是磁通量泄漏强度异常增加，从而降低了记录和重放特性。
由于在磁芯元件中，即铁素体，硅氧化物和玻璃之间物理特性的差别，恶化了接触面，增加了对磁带的损坏，并且增加了磁带材料对磁头的异物污染。
为克服上述问题，本发明的申请人在1994年提供了一种在接触面上覆盖一保护层的磁头(韩国专利申请号16779)。在这里，一种准钻石结构的碳膜用作保护层，作为一种非晶体型碳膜的准钻石结构的碳膜非常坚硬并具有润滑，抗磨损和电绝缘的性质，它类似于钻石并有化学稳定性，这种准钻石结构的碳膜制造方法及其应用被披露在美国专利申请号4,228,142，5,110,676和5,182,132上。
本发明的一个目的是提供一种在磁头的接触面的水平度和宽度得到改进的磁头制造方法，该磁头能使在磁带和磁头之间由于摩擦而产生的异物被减少，和在磁头接触面上的异物的积累受到扼制。
本发明另一个目的是提供一种在磁头和磁带之间由于摩擦而引起的磨损能被减至最少的磁头制造方法，该磁头能使磁头和磁带的寿命增加。
本发明还有另外一个目的是提供一种能够使磁头的记录和重放特性得以改进的磁头制造方法。
本发明提供一种用于制造磁头的方法，包括如下步骤：
准备一具有一接触面的片磁芯，该接触面与磁带接触并在其上构成一形成一泄漏磁场的磁隙；
利用离子蚀刻方法对所述片磁芯的所述接触面进行抛光，即用离子碰撞接触面；并且所述离子相对于所述接触面以70°或低于70°的斜线方向碰撞所述片磁芯的所述接触面，
在所述接触面上形成一保护层，该保护层由从由非晶体类金刚石碳(DLC)，YSZ，W，CN，Si3N4，MoS2，TiC和TiN组成的组中选出的一个构成。
随着参照附图的及其实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将会变得非常明显。
图1是旋转磁头鼓、磁头和磁带之间一般关系的简图；
图2是通常磁头的透视简图；
图3是图2所示通常磁头的磁隙部分的横截面图；
图4是用研磨带抛光的通常磁头的接触面，利用原子量级显微摄影而成的照片；
图5是根据本发明的磁头透视图；
图6是图5所示磁头的磁隙部分的横截面图；
图7是根据本发明的用于制造磁头的方法流程图；
图8是用于加工利用制造磁头的片磁芯的步骤图示；
图9是缚于基板上的片磁芯的平面图；
图10表示冲刷该磁头的方法；
图11A至11C是根据本发明的在磁芯片的接触面上形成保护层的依次加工步骤的横截面图；
图12是根据本发明的磁头特性的检验图；
图13A至13C是根据本发明的抛光磁芯接触面的一种干蚀刻方法的依次步骤的图示；
图14A至14C是根据本发明的用于抛光片磁芯接触面的另一种方法的第2种干蚀刻方法的依次步骤的图示；
图15A至15D是根据本发明的用于抛光片磁芯接触面的所示干蚀刻方法的电子显微摄影的结果照片；
图16A和16B是保护层和使用微Raman系统分析的该磁隙的硅氧化物部分的图示；和
图17是表示具有DLC保护层的磁头和通常磁头的抗磨损特性的研磨时间相对磨损度的图示。
参照图5和6，根据本发明的磁头包括，具有平行的第1和第2磁芯件21和22的并且用一种非磁性的硅氧化物层27彼此粘附在一起的一片状磁芯件20，由线圈23围绕的绕线沟槽21a、22a和22b被设置在第1和第2磁芯件21和22的中部，特别是第2磁芯件22具有两个绕线槽22a和22b被设置在其中的两面的中部。这样，第1和第2磁芯件21和22的上端和下端部分被相互连接。用于形成泄漏磁场以用于磁记录和重放的具有一预定长度L的磁隙被设置在高连接端，该高端部分具有一深度D并被硅氧化物层17充满。还有用于控制磁隙25的宽度W的局部球面形状的凹口26被设置在磁隙25的两侧，并用非磁性强化玻璃28充满。
第1和第2磁芯件21和22的接触面24维持一连续平滑曲面，该平滑曲面由磁隙25对截成两半并用硅氧化物层27充满而形成两个接触面24a和24b。具有高润滑和抗磨损特性的保护层29形成在接触面和它们之间的硅氧化物层27上。
这里，磁隙25的宽度W是19-90μm，长度L是0.3-0.5μm，和深度D是20-50μm。保护层29的厚度是从50至10μm的范围，最好是在100至500的范围。
用于保护层29的材料，可以从非晶体准钻石碳(DLC)结构的组成范围内选取一种，这包括：YSZ，W，CN，Si3N4，MoS2，TiC和TiN。可以采用RF等离子体，DC溅射方法，高频或离子束溅射法，离子沉淀或电子回旋加速器共振(ECR)法等合成方法用于形成保护层29，在目前的实验中，使用的是ECR方法。
图7是相应于本发明的用于制造该磁头方法的流程图。通过参照图7的该最佳实施例并不局限于图7所示的步骤和顺序，除特殊情况外，每一步骤和顺序能被适当地选择和控制。
图8示明用于加工一片磁芯的工序。
参照图8，绕线狭槽和轨迹导槽被形成在磁芯件21和22的母体的铁素体块30和31上，和其中的相对表面被平滑抛光。硅氧化物层27被溅射到该被抛光的相对面上，和然后两个加工过的铁素体块30和31被相互连接。使用一般的方法是，利用横截面抛光加工该被连在一起的铁素体块30和31，侧面和锥面机械加工，底面抛光，构成绕线狭槽和最后加工接触面，从而形成一片磁芯块32。接着，相应于一予定的方位角以一角度并以一预定距离对一片磁芯块32进行切削。
如图9所示，在片磁芯和基板装配中，用UV粘合剂将片磁芯20缚于磁头基座33的上端。磁芯件的接触面20被加工成在磁带传送器的预定方向上成一曲面形状，和然后在每个磁芯件上绕制线圈。
在第1检验步骤中，在以前步骤中完成的该磁头主体的有效特性被测量以确定其质量。
在洗涤和干燥步骤中，由于会包含片磁芯的环氧树脂或UV粘合剂，因此，化学洗涤方法是不适宜的。在本发明中，应用能增加洗涤效果的超声波进行水洗的方法。如图10所示，当插入到支撑件34的孔35中的时候，被缚于磁头基座33的片磁芯20被颠倒直立着，即，片磁芯20的接触面2 4通过孔35伸入洗涤槽36中。在这里，片磁芯20的接触面24被置于尽可能靠近洗涤槽中的水面，最好是0.1-0.3μm的距离。超声波发生器37被安装在洗涤槽36的内部，当超声波发生器37运行时，产生汽泡并浮向水面形成扰动，这样片磁芯20的接触面24被洗涤。在洗涤步骤完成之后，该片磁芯20利用一般的热空气干燥方法进行干燥，和然后利用蚀刻干法进行抛光。
在先于覆盖保护层的步骤的抛光步骤中使用干蚀刻方法，即，片磁芯20的接触面24利用例如氩或氮的大量离子以高速碰撞进行抛光。
采用ECR方法将保护层29以一预定厚度形成在接触表面24上。涂覆步骤可以包括许多子步骤和涂覆条件每次可以不同。例如，该保护层可以通过第1和第2涂覆步骤进行多次涂覆，如图11A所示，首先利用溅射方法和沉淀方法进行涂覆；如图11B所示，通过第1涂覆将具有凹陷状的接触面24的一部分进行涂覆，然后，如图11C所示，用保护层涂覆接触面的整个表面。
如上所述，涂覆保护层的方法包括合成方法，该合成方法使用RF等离子体，DC溅射方法，高频或离子束溅射方法或离子沉淀方法，使用包括以氢作为合成气体的烃化物的等离子体CVD方法和ECR方法。实验表明ECR或PVD方法是最好的。当进行涂覆时，涂覆设备的温度应当保持低于150℃以避免达到以前所述的环氧树脂或UV粘合剂的连接断裂温度。
一种电子方法被用于检验被涂覆的保护层29的质量，如图12所示，片磁芯20的保护层29被放置在两个平行的检验棒38和39上，在该两棒中流过一预定电流，利用测量仪器40检验导电率的等级。那就是，检验提供的事实是，片磁芯20的铁素体母体材料是导体，而保护层29是非导体，保护层29的厚度以及任何局部涂覆缺陷都可以从测量仪器40中记录的电流的量值被测量出来，从而能够消除涂覆的保护层的任何缺陷。然后测量完整磁头的有效特性以消除任何一个缺陷。
在配对步骤中，被安装在一磁头鼓上的磁头对根据用于检验有效特性的第二步骤中获得特性进行对头对的选择。
以下将详细描述上述使用Ar(氩)离子进行干法蚀刻的方法。
图13A至13C依次表示使用干法/蚀刻方法和形成该保护层的用于抛光该磁芯件接触面的加工顺序。图13A表示在蚀刻步骤期间，Ar离子以垂直于接触面的方向碰撞该磁芯件的接触面。图13B表示，在抛光阶段后，接触面的突起和凹陷，由于蚀刻步骤而已经变得不明显了。图13C表示在蚀刻过的接触面上完成了形成保护层的步骤。
图14A至14C表示采用离子蚀刻步骤的另一实施例。图14A表示，在蚀刻步骤期间，Ar离子与接触面成斜线方向碰撞片磁芯的接触面。图14B表示，在抛光阶段后，由于离子碰撞的结果，接触面的突起和凹陷已经变得不明显了。图14C表示，在蚀刻过的接触面上形成保护层的步骤完成后的情况。
对上述两个实施例进行相互比较可以看出，Ar离子与接触面成斜线方向碰撞片磁芯的接触面比Ar离子以垂直方向碰撞片磁芯的接触面的结果要较好些。
图15A至15D表示，相应于本发明的制造方法中的使用干法蚀刻方法，对片磁芯的接触面的抛光处理中的各步骤的电子显微摄影的结果。图15A表示没有被Ar蚀刻的磁芯件的接触面，图15B至15D表示在用Ar进行蚀刻处理期间，该接触面的突起和凹陷已经变得不明显的状态。
为了达到图14C所示的磁芯件的蚀刻过的接触面的结果，使用ECR方法的Ar干法蚀刻处理的条件是：气压1.4mTorr，微波输出300W，和基板偏置电压-100V。在这里，在上述蚀刻条件下，由于该偏置电压涉及到会损坏用于将片磁芯附到该基片上的环氧树脂或UV粘合剂，所以该基片偏置电压应当适当调节。
表1是通过实验所获得的关于，在相应偏置电压和蚀刻时间，该环氧树脂的损坏程度。
上述用于片磁芯用Ar离子进行蚀刻步骤之后，使用ECR方法，在片磁芯的接触面上形成，例如DCT涂覆层的保护层。在这里，涂覆条件是：气压3mTorr，微波输出50W，基片
                       表1
  偏置电压(V)   蚀刻时间(分)     环氧树脂状态
      20       40         正常
    50     30     正常
    100     10     正常
    150     8   表面颜色变化
    200     5   轻度损坏
    300     3   严重损坏
偏置电压-250V。
表2至表4是采用涂覆厚度为300-500的DLC保护层29的本发明和没有保护层的在先技术在相同条件下进行比较所获得的数据。表2表示磁头特性，表3表示接触面磨损程度，和表4表示杂质等级。
在表2中不考虑磁隙深度，从表2可知，相应于本发明的DLC保护层29没有影响磁头的有效特性。通过磨损试验获得表3，表3所示为通过不同时间间隔测量的伸出的磁头长度，表3是每次间隔多5分钟时间，利用研磨带(#2000)摩擦该接触面所获得的。在本发明的情况下，DLC保护层29的摩损大约需要15至
                           表3
分类                         时间(分)
  0    5   10   15   20   25   30
在先技术 43.4  42.8  42.4  42.4  42.0  41.0  41.0  39.8
本发明 48.4  48.4  48.2  48.2  48.0  48.0  47.6  44.6
                                表2
    分类   线圈电容μH       频率特性(本发明)，μV       频率特性(先有技术)，μV
 信道Channel)  No    0.5MHz     5MHz    0.5MHz    5MHz
CH-1  1     1.92     451     165     460    190
 2     1.93     484     203     460    190
CH-2  1     1.96     599     257     540    230
 2     1.91     533     204     540    ～30
 说明 1.9±0.3  0.5MHz→CH-1；340以上CH-2；130以上
20分钟，在DLC保护层被完全磨掉之后才开始摩损片磁芯。该结果说明本发明比现有技术延长寿命3至4倍。甚至，虽然DLC保护层29被部分地去掉，它的寿命也被延长，这是因为磁头面的质量比现有技术的要高好多。同磁芯比较，由于磨掉DLC保护层29是困难的，所以在片磁芯的接触面的伸出部分被暴露之后，DLC保护层29的磨损才开始。其结果是，直到DLC保
                               表4
 操作套数(No.of operationSets)     先有技术             本发明
    采样号码             采样号码
  1   2   3   1   2   3   4   5
  1  ●   ●
  2  ●
  3
  4
  5
  6  ●
  7  ●
  8以上   ×   ×  ×
护层29被完全磨掉之前，一直保持着该表面的水平度和宽度的高等级。
在表4的杂质试验中，是对应于在一录象走带机构在10分钟和5分钟完成一套操作的记录模式下，利用一容易产生异物的特殊磁带进行的，以此来统计操作套数直到在接触面上产生第1异物为止。在现有技术中，在所有三个采样中，在一至二套操作之后就产生了异物，这样污染磁头，然而，相应于本发明，在两种采样中，在六至七套操作之后和在三种采样中在七套操作之后才产生异物，这样，杂质就不会容易地在磁头产生。
图16A和16B是利用微-Raman系统分析的保护层和磁隙的硅氧化物部分，一般说，当利用“微-Raman系统”分析DLC时，如图16A和16B所示，有接近于1500Cm-1或1300Cm-1的宽带尖峰(BroadPeak)，一宽带尖峰显示为接近1500Cm-1。因此，它显示了，该典型的DLC保护层29被形成为完全覆盖了片磁芯的磁芯件和在其中间充满硅氧化物的磁隙的接触面。
图17是具有DLC保护层的磁头和普通磁头抗磨损特性的研磨时间相对磨损度的图示。
如上所述，相应于本发明，首先，磁隙的横截面积能够针对磁特性弄窄到一最佳水平，以便使在记录期间的磁通泄漏密度和在重放期间的输出能被增加。由于恒定的磁隙横截面积和该表面的高度润滑特性，磁头的记录和重放特性都显著地改进了。摩擦噪声的解决是其中的一个结果，相应于本发明，毗邻于磁隙的磁芯件的高度差，硅氧化物和玻璃，差别量引起的磨损被消除，所以该磁头经受较少的污染。
相应于本发明，连接两磁芯件的强化玻璃的附着力也被改进，和磁芯件的接触面的表面强度也增加了，从而提供了良好的抗冲击特性。还有，磁芯件的厚度能够相应于磁隙深度的降低而降到一最佳水平，这样，本发明能够提供适用于8mm磁带录像机，摄象机，和数字磁带录音机的微型磁头鼓上的磁头。
本发明能提供其它类型的磁头，即所有涉及到类型的磁头，这包括使用在硬盘驱动上的浮动式磁头，以及安装在旋转磁头鼓上的磁头。还有，任何具有良好抗磨损特性和表面润滑特性的而不是DLC的材料都可以被用作为上述保护层。

Claims (22)

1.一种用于制造磁头的方法，包括如下步骤：
准备一具有一接触面的片磁芯，该接触面与磁带接触并在其上构成一形成一泄漏磁场的磁隙；
利用离子蚀刻方法对所述片磁芯的所述接触面进行抛光，即用离子碰撞接触面；并且所述离子相对于所述接触面以70°或低于70°的斜线方向碰撞所述片磁芯的所述接触面，
在所述接触面上形成一保护层，该保护层由从由非晶体类金刚石碳(DLC)，YSZ，W，CN，Si3N4，MoS2，TiC和TiN组成的组中选出的一个构成。
2.一种根据权利要求1的用于制造磁头的方法，进一步包括，在准备所述片磁芯的所述步骤和形成所述保护层的步骤之间的洗涤和干燥所述接触面的步骤，其中在所述洗涤和干燥步骤中，是当该接触面被置于尽可能接近在洗涤槽中的水面时，使用由超声波发生器产生的气泡洗涤所述片磁芯的所述接触面。
3.一种根据权利要求1的用于制造磁头的方法，其中所述形成保护层的步骤包括，在形成起伏形状的面积处用材料进行涂覆的第1涂覆步骤，和，然后，在第1涂覆步骤之后，用材料在所述接触面的整个表面进行涂覆的第2涂覆步骤。
4.一种根据权利要求1的用于制造磁头的方法，其中在所述抛光步骤中，在所述离子蚀刻处理中使用的离子蚀刻装置的基板被提供的偏置电压在-20至-250V的范围之内。
5.一种根据权利要求2的用于制造磁头的方法，其中在所述抛光步骤中，在所述离子蚀刻处理中使用的离子蚀刻装置的基板被提供的偏置电压在-20V至-250V的范围之内。
6.一种根据权利要求3的用于制造磁头的方法，其中在所述抛光步骤中，在所述离子蚀刻处理中使用的离子蚀刻装置的基板被提供的偏置电压在-20V至-250V的范围之内。
7.一种根据权利要求1的用于制造磁头的方法，其中所述保护层的厚度是50至10μm。
8.一种根据权利要求2的用于制造磁头的方法，其中所述保护层的厚度是50至10μm。
9.一种根据权利要求3的用于制造磁头的方法，其中所述保护层的厚度是50至10μm。
10.一种根据权利要求7的用于制造磁头的方法，其中所述保护层的厚度是100至500。
11.一种根据权利要求8的用于制造磁头的方法，其中所述保护层的厚度是100至500。
12.一种根据权利要求9的用于制造磁头的方法，其中所述保护层的厚度是100至500。
13.一种根据权利要求2的用于制造磁头的方法，在所述形成保护层之后，进一步包括检验保护层涂覆质量的步骤。
14.一种根据权利要求1的用于制造磁头的方法，其中所述检验涂覆质量的步骤中，测量形成在所述片磁芯的所述接触面上的保护层的电阻。
15.一种根据权利要求1的用于制造磁头的方法，其中所述保护层是由利用ECR方法的类金刚石碳构成的。
16.一种根据权利要求15的用于制造磁头的方法，其中使用所述ECR方法的Ar干法蚀刻处理的条件是，气压3mTorr，微波输出50W，基板偏置电压-250V。
17.一种根据权利要求15的用于制造磁头的方法，其中所述类金刚石碳(DLC)是在低于150℃的情况下被沉淀的。
18.一种根据权利要求16的用于制造磁头的方法，其中所述类金刚石碳(DLC)是在低于150℃的情况下被沉淀的。
19.一种根据权利要求1的用于制造磁头的方法，其中所述保护层是由使用ECR方法的类金刚石碳(DLC)构成的。
20.一种根据权利要求19的用于制造磁头的方法，其中所述使用ECR方法的Ar干法蚀刻处理的条件是，气压1.4mTorr，微波输出300W，基板偏置电压-100V。
21.一种根据权利要求19的用于制造磁头的方法，其中所述类金刚石碳(DLC)是在低于150℃情况下被沉淀的。
22.一种根据权利要求20的用于制造磁头的方法，其中所述类金刚石碳(DLC)是在低于150℃的情况下被沉淀的。
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