DE2033916A1

DE2033916A1 - Verfahren zum Herstellen eines Magnetkopfes

Info

Publication number: DE2033916A1
Application number: DE19702033916
Authority: DE
Inventors: Robert Dwight Woodstock Puram George Christopher Saugerties NY Fisher (V St A )
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-07-18
Filing date: 1970-07-08
Publication date: 1971-02-04
Also published as: FR2051837B1; FR2051837A1; NL7010306A; GB1317634A; JPS505924B1; BE753577A; AT303409B

Description

Patentanwalt

_An_,_deBN. V. Philips¹ Gloeilampenfabrfeken PHA 20.521

AkfeNo. PHA- 20 521 jw/rj *

Anmeldungvom: 7<>Juli 1970

"Verfahren zum Herstellen eines Magnetkopfes"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkopfeg zum Aufzeichnen, Wiedergeben und/oder Löschen magnetischer Information mit genau bestimmten Abmessungen des Nutzspaltes, welche Herstellung die nachfolgenden Schritte umfasst:

- die Bildung eines ersten und eines zweiten Polstückes aus magnetischem Material;

- eine derartige Bearbeitung einer Oberfläche jedes dieser Polstücke, dass sie als Spaltbegrenzungsfläche

dienen kann;

- das Anbringen einer ersten Schicht mit einer ersten

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Dicke auf der Spaltbegrenzungsfläche des ersten' und des zweiten Polstückes;

- das Anbringen einer zweiten Schicht mit einer zwei hen Dicke auf mindestens einer der ersten Schichten, wobei die Summe der Dicken der auf den beiden Spaltbegrenzungsflächen angebrachten Schichten für die Spaltlänge bestimmend ist;

- das Zusammenbringen der mit den genannten Schichten versehenen Spaltbegrenzungsglächen der beiden Polstücke zur Bildung einer dauerhaften Verbindung.

Bei der Herstellung von Magnetköpfen zur

Umwandlung hochfrequenter Signale, wie diese bei Video- und Digital-Aufzeichnungs- und -Wiedergabeapparatur verwendet werden, ist es von sehr grosser Bedeutung, mit welchem Genauigkeitsgrad ein Nutzspalt mit sehr kleinen Abmessungen hergestellt werden kann. Unter einem Nutzspalt wird in diesem Zusammenhang die Unterbrechung aus nichtmagnetisierbarem Material im magne·«· . tisierbaren Kern eines Magnetkopfes verstanden, der zur Umwandlung elektrischer Signale in magnetische und umgekehrt verwendet wird.

Von Glas ist bekannt, dass es ein sehr geeignetes Spaltfüllmaterial ist, da, insofern es in richtiger Weise verwendet ivird* vertiältnismässig kleine Spalträume mit Abmessungen in der Grossanordnung von nur einigen /um damit gebildet werden können> Glas

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eignet sich weiter, weil es dazu dienen kann, dip Polstücke zu verkitten und ausserdem derart -gewählt u«.rdoii kann, dass es Abnutzungsoigenschaften bat, die denen des Materials der Polstücke annähern. Im allgeraoinen werden die Polstücke aus polykristallinem ferromagnotischem Material hergestellt, das vorgeformt, gesintert und zur Erhaltung der schlussendlichen Form bearbeitet ^

wird. Auch ferriteinkristalle sind für Magnetköpfe verwendbar. Die letztgenannten Materialien werden durch konventionelle Kristallzüchtungsverfahren, wie das Verneuil-Verfahren, erhalten.

Die konventionelle Herstellungstechnik zum Herstellen von mit Glas verkitteten Köpfen bedeutet das Herstellen geeigneten Ferritmaterials und das Bearbeiten und Polieren derartiger Materialien, damit Formstücke mit geeigneten Abmessungen gebildet werden, die mittels einer Glasverkittungstechnik zu einem Gan- m zen vereint und danach in gesonderten Stücken aufgeteilt und weiter zur Bildung der schlussendlichen Polstücke für Magnetköpfe poliert werden.

Die kritische Phase in dieser Herstellungstechnik ist das mit Hilfe von Glas Verkitten der Ferrit— formstücke, weil dabei gleichzeitig die Spaltlänge festgelegt wird. Unter Spaltlänge wird in diesem Zusammenhang die Abmessung des Nutzspaltes in der Richtung, in der sich der Aufzeichnungsträger gegenüber dem

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Kopf bewegt, verstanden. Ein konventionelles Glasverkittungsverfahren umfasst das Anordnen einer dünnen Glasfolie zwischen zwei Polstücken, das Erhitzen des Ganzen bis zur Erweichungstemperatur des Glases, das Zusammendrücken der Polstücke und das Abkühlen des Ganzen, so dass das Glas wieder fest wird. Dieses Vor-r fahren weist den Nachteil auf, dass es schwierig ist, eine vollständige und einheitliche Spaltfüllung zu erhalten, während die durch dieses Verfahren realisier-, bare Spaltlänge verhältnismässig gross ist, insbesondere wenn es sich um Spalte für Köpfe zum Aufzeichnen, hoher Frequenzen handelt.

Ein alternatives Verfahren benutzt das Phänomen kapillarer Einsaugung. Dabei werden vorgeformte Polstücke unter Verwendung von Distanzstücken, so dass ein Spaltraum gebildet wird, gegeneinander gebracht. Danach wird ein Glasfaser gegen die Mündung des zwischen den Formstücken gebildeten Spaltraumes gelegt. Das Ganze *rird dann auf eine derartige Temperatur erhitzt, dass das Glas zu fliessen anfängt und durch die Kapillarwirkung des Spaltes hineingesaugt wird. Es entsteht dann eine homogene Füllung des Spaltes aus Glas, das nach Abkühlung die beiden Ferritformstücke fest miteinander verbindet. Die Teile der auf diese Weise gebildeten Konstruktion, welche die * verwendeten Distanzstüd&hen enthalten, werden später weggesägt.

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Der restliche Teil der Konstuktion lässt sich dann in gesonderte Teile aufteilen, und zur Erhaltung der Ροΐ-sifcücke der gewünschten Form bearbeiten. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch,, dass ein Teil des Materials bei der Herstellung verlorengeht und dass den dadurch verwirklichbaren Spaltlängen eine Grenze gesetzt ist- Ausserdem haften dem Gebrauch -von Distanz- Jj Stückchen zur Bestimmung der Spaltlänge Nachteile an, die mit den sehr geringen Abmessungen derartiger Distanzstückchen und den daran zu stellenden sehr strengen Toleranzanforderungen zusammenhängen. ,

Ein Verfahren, das die den obengenannten Verfahren, insbesondere, wo es sieh um die Herstellung von Köpfen mit sehr geringen Spaltlängen zum Aufzeichnen hoher Frequenzen anbelangt, anhaftenden Nachteile nicht aufweist, bezieht sich auf die Anwendung der

- i Zerstäubungstechnik. Eine derartige Technik wird bei- ■ . ™ spielsweise in der U.S. Patentschrift Nr. 3.458.926 beschrieben. Die obengenannten Patentschrift umfasst ein Verfahren zur Gestaltung des Nutzspaltes eines Magnetkopfes, wobei mit Hilfe einer Hochfrequenzzerstäubungstechnik eine erste Glasschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf jeder der Spaltbegronzung.sflächori eines Kopfes angebracht wird, wonach auf mindestens einer dieser ersten Schichten mittels einer Hochfrequenz-Zerstäubungstechnik eine zweite Glasschicht

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angebracht wird. Das Glas dieser zweiten Schicht hat eine Erweichungstemperatur, die weit genug unterhalb der Erweichungstemperatur des Glases dpr ersten Schicht liegt. Die Teile des Magnetkopfes werden danach mit don auf diese Weise mit Glasschichten bedeckten Spaltbegronzungsflachen gegeneinander gebracht und das Ganze wird zur Erweichungstemperatur des Glases der zweiten Schicht zum Zusammenschmelzen der Glasschxehten erhitzt.

Da es die Zerstäubungstechnik ermöglicht, die Dicke der niedergeschlagenen Schichten sehr genau zu beherrschen, lassen sich mit diesem Verfahren Spalte mit sehr genau bestimmten Spaltlängen realisieren. Die erste Glasschicht hat dabei die Funktion der bisher üblichen Distanzstückchen übernommen, während die zweite Glasschicht als Haftmaterial wirksam ist. Es sei bemerkt, dass eine Vorrichtung zum Zerstäuben fester' dielektrischer Materialien, wie Gläser unterschiedlicher, Zusammenstellungen, Aluminiumoxid, Bornitrid usw. in der U.S. Patentschrift Nr. 3.369.991 beschrieben wird.

In gewissen anderen bekannten Vorrichtungen werden Aufdampfte chniken angewandt, um dünnt? FiLmo, beispielsweise aus Metallen und aus Nichtmetallen wie Siliziummonooxid im Vakuum, auf die Spaltflächen der Magnetköpfe niederzuschlagen. Diese Vakuumauf- , _;

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dampftechniken weisen jedoch bestimmte Nachteile und Beschränkungen auf: amorphe Materialien wie Gläser, lassen sich mit Hilfe dieser Techniken sehr schwieriganbringen, Ausserdem bietet die Vakuum-Aufdampfung Probleme in bezug auf die Regulierung der richtigen Zusammenstellung des aufzudampfenden Materials während des Aufdampfvorganges. Die Hochfrequenz-Zerstäubungs- M

technik weist diese Nachteile nicht auf, und bietet die Möglichkeit, Glas und andere nichtmetallische Materialien, sowie Metalle anzubringen. Der Gebrauch von Glas mit einer hohen Erweichungstemperatur (sog. Hartglas) für die erste Schicht ermöglicht es dabei ausserdem, einen verschleissfesten Spalt zu erhalten.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass es beim Gebrauch von Glas als Spaltmaterial in Magnetköpfen nicht nur von Bedeutung ist, dass Massnahmen getroffen werden um die genauen Abmessungen ^

des Nutzspaltes in geometrischer Hinsicht (dies betrifft also die Verschleissfestigkeit des Spaltes unter Betriebsumstanden) zu gewährleisten, sondern, dass es auch von Bedeutung ist, dass Massnahmen getroffen werden um die Genauigkeit der Abmessungen des Nutzspaltes in magnetischer Hinsicht (dies betrifft also die "Integrität" des Spaltes und insbesondere die Reproduzierbarkeit beim Herstellungsverfahren) zu gewährleisten. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass unter bestimmten

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Umständen Glas mit Ferrit.reagieren kann. Dadurch ist es möglich, dass sich bei der Herstellung des Kopfes Ferrit dor Polstücke im Glas des Spaltes löst, wodurch in magnetischer Hinsicht eine Spaltvergrösserung· entsteht .

Die vorliegende Erfindung bezieht sich dahei·

^ auf ein Verfahren, bei dem ein Kontakt zwischen Glas und Ferrit dadurch vermieden wird, dass zunächst pine Schutzschicht auf den Spaltbegrenzung&flachen^angebracht wird, d.h., eine Schicht aus einem Material, das nicht mit Ferrit reagiert und dass danach eine Schicht, vorzugsweise aus niedrigschmelzendem Glas als Haftmittel angebracht wird."

Das erfindungsgemässe Verfahren weist das Kennzeichen auf, dass auf den Polstücken eine erste Schicht aus einem nichtmagnetisierbaren Metall, Metall-

(φ oxid, Borid, Nitrid, oder bei Zimmertemperatur nicht magnetisierbaren Ferrit angebracht wird, und dass darauf eine Glasschicht angebracht wird. Auf diese Weise wird nach Zusammenfügung der Polstücke ein Magnetkopf erhalten mit einem aus unterschiedlichen Schichten aufgebauten Spalt, welcher Kopf nicht nur heryorragende Verschieissfestigkoitseigern schafton hat, sondern bei dem auch die "Integrität" dos Spaltes gewährleistet ist,

Nach einer ersten bevorzugten Ausführungs-

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form dos eri'indungsgemässen Verfahrens bestellt, die aLs erste angebrachte Schicht aus einem oder mehi^e-r-tm Oxiden von Be, Mg, Al, Si, Ti, Zr₁₁ Sn oder Ta« Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungs-

form des erfindungsgemässen Verfahrens besteht die · erste angebrachte Schicht" aus Bor— bzw, Silizium.nit¥^v-icf..

Nach einer dritten bevorzugten Ausftihrungs,·, ^

form des erfindungsgemässen Verfahrens besteht die erste angebrachte Schicht aus Chrom,

Auf den ersten angebrachtOM Schichten w,JLeh1 vorzugsweise eine Schicht aus Glas, mit eine? Eii chungstemperatur zwischen 450 und 65O -⁹Q Die obengenannten Materialiep werden

zugsweise durch ein Höchfrequenz-Zerstäubungsverfahren angebracht.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Magnetkopf, der unter Anwendung eines oder mehrerer der obengenannten Verfahren hergestellt worden ist»

Ein derartiger Magnetkopf wird insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus nichtsmagnetisierbarem Material, die den Nutzspalt bilden, aus mindestens zwei Schichten aus Metall, Metalloxid, Borid, N,itrid oder bei Zimmertemperatur nicht magnet L-. sierbaröm Ferrit bestehen, zwischen denen sich oliie Glasschicht befindet.

Ein Auaftihrungsbeispiel der Erfindung ist in

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der Zeichnujrig; dargestellt u-nd. wird ig* besehriebieJiit Es zeigern

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(gesintertem) ader menQkapistallinem sein kann (Fig.. t)_? wi?4 rai.t Ii4.f§ 4e.r &] hiken die in Fig, 2 4argestelitt Form gegeben./ Wie ems Fig. 2 ersichtlich^ werden 4m lloe.Jc zwei Nvtten 16 angebracht und die Oberflächen iQ_t 2Q und %% derart poliert, dass sie als §paltbegrenz\ingsflache

dienen können« ι/}· -

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Unter Anwendung bekannter Masken- und k\if' tragungstechnilcen werden erste Seh.ipb.ten %h und 2(S auf den Oberflächen 18 bzw. 22 angabirafht (Fi§. 3A)

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Durch Pedeckung der zentralen Oberfläche 20 mit einer Maske wird darauf keine Schicht angebracht. Die ersten :m ':;.i'liton müssen aus einem nxchtuiagnetisierbarori .Material bestehen, das nicht oder höchstens sehr weni^. irtri ■ Ferrit reagiert, Geeignete Materialien sind in <i.iosr>ir Zusammenhang bestimmte Nitride und Boride, (beispielsweise Bornitride), Siliziumnitride) Metalle (beispiel:;- M weise Cr), Metalloxide (beispielsweise Oxide von Be, Mg, Al, Si, Ti, Zi', Sn oder Ta) und bei Zimmerteropera-, tür nxchtmagnetisierbares Ferrit, von denen die nie ist.ο η leicht durch ein Zerstäubungsverfahren angebracht werden können.

Es sei bemerkt, dass Zinnoxid durch ein Spritzverfahren, beispielsweise ausgehend von SnCl., bei einer Temperatur von ca. 500°C aufgebracht werden kann.

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Eine_tgute Art und Weise, eine dünne Schicht ^

SiO anzubringen ist auch die des sogenannten reaktiven Aufdampfens. Dabei wird ein Gemisch aus SxHk und 0 einem Ofen zugeführt, der auf einer Temperatur von ca, ^OQ⁰C gehalten wird, und in dem sich die Polstücke befinden. Es stellt sich heraus, dass eine homogene Schicht SiO₀ auf den Polstücken gebildet wird.

. Zweite Schichten 28 und 30 werden auf den ersten Schichten 2.H bzw. 26 angebracht. Diese zweiten Schichten können aus einem Glas mit einer verhältnis-

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massig niedrigen Erweichungstemperatur (sog. Woi ehgla.s) bestehen. Ein derartiges Glas kann beispi.el.sv.oir-.o dn" ο nachfolgende Zusammenstellung aufweisen:

60 Gew.^PbO; 16 Gew.fo SiO_£; 14 Gew.fo Β_£0 und 10 Gow.?,

Die Summe der Dicken der Schichten 2k und 28 ist für die schlussendliche Spaltlänge bestimmend. Auf dieselbe Weise wie obenstehend beschrieben, werden erste und zweite Schichten auf einem zweiten Polstück angebracht (Fig. 3B) · Diese Schichten sind mit denselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Schichten in Fig. 3a bezeichnet.

Im nachfolgenden Stadium des Verfahrens (Fig. kA und ^B) werden die auf den Polstücken angebrachton Schichten mit einer Maske bedeckt und auf den nicht bedeckten Oberflächen 20 werden Schichten zur Bildung des Hinterspaltes angebracht. Vorzugsweise wird dazu ein Material mit einer verhaltnxsmassig,grossen Permeabilität ( /u ^> 1) verwendet, so dass ein Hinterspalt mit einer Reluktanz erhalten ist, die wesentlich kleiner ist als die des Nutzspaltes.

Danach werden die Polstücke mit den Glasscliichton gegeneinander gebracht (Kig. 5) utul Jn oiiioin Ofen bei einer Temperatur, die zur Erweichung dor Gl eisschicht hoch genug ist, erhitzt (vorzugsweise wird eine derartige Glasart gewählt, dass diese Temperatur zwischen

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450 und 65O⁰C liegt, wobei die Polstücke mit einem Druck von 4o bis 50 kg/cm² gegeneinander gedruckt werden. Nach Abkühlung sind die Polstücke fest miteinander verbunden und lassen sich dann zur Erhaltung oiiiew Magnetkopfes der gewünschten Form weiter verarbeiten. Das Ganze kann beispielsweise derart bearbeitet und poliert werden, dass die in Fig. 6 dargestellte Konstruktion, die mit einer Lauffläche versehen ist, entsteht. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, kann diese Konstruktion wieder in einzelne Segmente aufgeteilt werden, die je einen Magnetkopf bilden.

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Claims

FHA 2C , ':''.

Patentansprüche:

ζ\\ Verfahren zum Herstellen eines Magiietkopfos zum Aufzeichnen, Wiedergeben und/oder Löschen magnetischer Information mit genau bestimmten Abmessungen des Nutzspaltes, welche Herstellung die nachfolgenden Schritte umfasst:

- die Bildung eines ersten und eines zweiten Polstückes aus magnetischem Material; - " .

- eine derartige Bearbeitung einer Oberfläche jedes dieser Polstücke, dass/sie als Spaltbogrenzungsflächo wirksam sein Jkann;

- das Anbringen einer ersten Schicht mit einer ersten Dicke auf der Spaltbegrenzungsfläche des ersten und des zweiten Polstückes;

- das Anbringen einer zweiten Schicht mit einer zweiten Dicke auf mindestens einer der ersten Schichten, wobei die Summe der Dicken der auf den beiden Spaltbegrenzungsflächen angebrachten Schichten für die Spaltlänge bestimmend ist; ^!

- das Zusammenbringen der mit den genannten Schichten versehenen Spaltbegrenzungsflächen der beiden Polstücke zur Bildung einer dauerhaften Verbindung,

dadurch gekennzeichnet dass die erste Schicht ein nichtmagnetisierbares Metall, Metalloxid, Borid, Nitrid oder bei Zimmertemperatur nicht magnetisierbares Ferrit

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und die zweite Schicht Glas ist.
2. -■■■: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» dass die erste Schicht aus einem oder mehreren Oxiden von Be, Mg, Al, Si^ Ti, Zr, Sn oder Ta besteht. ·
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht aus Bor- bzw.
Siliziumnitrid besteht. < k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht aus Chrom besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3oder h, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht aus Glas mit einer Erweichungstemperatur zwischen 450 und 65O⁰C besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, ^ oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der auf den Spaltbegrenzungsflächen der Polstücke angebrachten Schichten durch ein Hochfrequenz-Zerstäubungsverfahren angebracht wird. -
7· Magnetkopf, der unter Anwendung einer oder mehrerer der Verfahren nach den Ansprüchen 1,2, 3 k, 5 oder 6 hergestellt worden ist.
8. Magnetkopf mit einem Kern aus magnotisierbarem Material, dor durch einen Nutzspalt unterbrochori wird, der durch eine Anzahl unterschiedlicher Schichten

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aus nichtmagnetisierbarem Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet» dass die Schichten nichtmagrietisierbaren Materials aus mindestens zwei Schichten aus Metall, Metalloxid, Borid, Nitrid oder bei Zimmertemperatur nichtmagnetisierbarem Ferrit bestehen, zwischen denen, sich eine Glasschicht befindet.

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