DE2052642C2

DE2052642C2 - Integrierter Magnetkopf

Info

Publication number: DE2052642C2
Application number: DE2052642A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Seyssinet Lazzari; Igor Grenoble Melnick; Jean-Yves Seyssinet Valet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Bull SA
Current assignee: Bull SA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1969-10-28
Filing date: 1970-10-27
Publication date: 1985-02-21
Also published as: FR2063693A5; BE758053A; US3723665A; DE2052642A1; CH517987A; JPS4933648B1; GB1331437A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten Magnetkopf zur Wiedergabe und/oder Aufnahme mit einem Magnetkreis, der aus zwei übereinander angeordneten, an einem Ende vereinigten und am anderen, der Wiedergabe- und/oder Aufnahmeoberfläche benachbarten Ende genau senkrecht zu dieser Oberfläche zwecks Bildung des Spalts angeordneten magnetischen Schichten gebildet ist, una einer elektrischen Wiedergabe- und/oder Aufnahmewicklung, wobei die Wicklung und die beiden magnetischen Schichten in Dünnschichttechnik gebildet sind und die Wicklung aus elektrisch leitenden Schichten mit isolierenden Schichten besteht. Ein solcher Magnetkopf ist aus der US-PS 33 44 237 bekannt.

Allgemein umfaßt ein Wiedergabe- und/oder Aufnahmemagnetkopf zwei wesentliche Teile, und zwar einen Magnetkreis, der eine magnetische Diskontinuität zeigt, die mit dem Begriff »Spalt« bezeichnet wird, und eine oder mehrere diesen Magnetkreis umgebende elektrische Wicklungen, die zur Aufnahme und/oder Wiedergabe bestimmt sind. Zur Vermehrung der Speichermöglichkeiten müssen die Eigenschaften der Magnetköpfe unter dem Gesichtspunkt der Verwendungsfrequenz. der Werte des Aufnahmefeldes und des Wiedergabesignals sowie der Genauigkeit und der Feinheit des Spalts verbessert werden. Das Erreichen dieser Qualitäten er-

lu fordert verfeinerte Materialien und verbesserte Verarbeitungsschritie. was den Preis der Magnetköpfe erheblich erhöht. So führt die Notwendigkeit der Steigerung der Eigenschaften und der Verringerung des Gestehungspreises zur Schaffung integrierter Magnetköpfe.

Diese wurden bereits hergestellt, und man kann zwei Anordnungen erwähnen, auf denen die Erfindung in erster Linie aufbaut.

Bei der ersten Anordnung schafft man eine magnetische Schicht, die in einer zur Speicheroberfläche senkrechten Ebene liegt. Eine bestimmte Zahl von Leitern, die zur Speicherwicklung gehören, ist nebeneinander auf der magnetischen Schicht angeordnet, und eine zweite magnetische Schicht ist auf dem Ganzen niedergeschlagen, die den magnetischen Kreis an einem der Enden der Schichten schließt: am anderen Ende wird der Spalt durch eine dielektrische Schicht gebildet, die zwischen den beiden magnetischen Schichten liegt. Indessen ist tier Wirkungsgrad derartig hergestellter Magnetköpfe sehr gering und ihre Herstellung sehr kri-

jo tisch.

Bei der zweiten Anordnung schlägt man eine magnetische Schicht um einen Leiter nieder und bringt anschließend einen Schlitz in dem magnetischen Material so an, daß der Spalt gebildet wird. Indessen sind diese Magnetköpfe praktisch nur zur Aufnahme von Informationen auf einem Träger, nicht aber für ihre Wiedergabe geeignet, da das Nutz-Störverhältnis besonders schwach und der Spalt schlecht definiert ist.

Bei einem integrierten Magnetkopf der eingangs genannten Art ist es aus der US-PS 33 4 237 bekannt, auf einem Substrat eine erste magnetische Schicht, eine erste Isolierschicht, nebeneinanderliegende leitende Bänder mit die Zwischenräume ausfüllendem Isoliermaterial, eine zweite Isolierschicht, eine diese bedeckende zweite magnetische Schicht, darauf eine dritte Isolierschicht und nebeneinanderliegende leitende Bänder auf der dritten Isolierschicht anzubringen, wobei die beiden magnetischen Schichten eine Schleife und die leitenden Bänder eine Wicklung bilden. Die Erregerwicklung ist um den äußeren Schenkel des Magnetkreises gewickelt und bildet darauf Windungen auf der über der zweiten magnetischen Schicht liegenden Isolierschicht. Der Spalt wird durch die erste und die zweite Isolierschicht gebildet.

Ein ähnlicher integrierter Magnetkopf ist auch aus «IBM Technical Disclosure Bulletin« Bd. 10 No. 4 (Sept. 1967), S. 364 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen integrierten Magnetkopf der eingangs genannten Art zu

entwickeln, der einen verbesserten Übertragungskoeffizienten und verringerte Hochfrequenzverluste aufweist und sich mit einer relativ geringen Magnetmaterialmenge und einfacher herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrisch leitenden Schichten und die isolierenden Schichten zwischen den magnetischen Schichten übereinanderliegend in einer zur Ebene der magnetischen Schichten senkrechten Richtung angeordnet sind

und daß sich die leitenden Schichten hinter dem Magnetkopf vereinigen, indem sich die einen über die anderen in der Ebene des Magnetkopfes übereinanderbreiten.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale werden ein verbesserter Übertragungskoeffizient und geringere Hochfrequenzverluste bei relativ geringerer Magnetmaterialmenge erreicht, und dadurch, daß sich die 'eilenden Schichten nicht am letzten Magnetschenkel, sondern am Substrat hinter dem Magnetkopf schließen, werden der Aufbau erleichtert und die Herstellung des Magnetkopfs vereinfacht.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

F i g. 1 einen Schnitt des Magnetkopfes nach der Ebene P;

F i g. 2 eine schematische Aufbaudarstellu/ig der verschiedenen den Magnetkopf hauptsächlich bildenden dünnen Schichten;

F i g. 3 eine Ansicht des Magnetkopfes und

Fig.4 eine Perspektivansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Magnetkopfes.

Der integrierte Magnetkopf besteht hauptsächlich aus dünnen Schichten aus verschiedenen im Vakuum auf einen in Fig. 1 mit 1 bezeichneten Träger aufgedampften Materialien. Dieser Träger 1 kann metallisch, dielektrisch, halbleitend oder aus Kunststoff sein. Eine Schicht

2 aus einem magnetischen Material ist auf dem Träge·· 1 niedergeschlagen. Man stellt anschließend eine abwechselnde Stapelung von elektrisch isolierenden Schichten

3 und elektrisch leitenden Schichten 4 derart her. daß eine leitende Schicht 4 stets zwischen zwei isolierenden Schichten 3 liegt. Man bemerkt, daß die ersten beiden isolierenden Schichten 3 und die erste leitende Schicht 4 im Verhältnis zu den anderen Schichten leicht zum Äußeren des Kopfes vorgezogen sind. Eine Schicht 5 aus dem der Schicht 2 identischen magnetischen Material wird anschließend auf der Einheit der Schichten 3 und 4 derart niedergeschlagen, daß die Schichten 2 und 5 eine Schleife bilden. Elektrische Leiter 6 werden auf dem Träger 1 derart angebracht, daß sie den elektrischen Kontakt mit den leitenden Schichten 4 sichern, wodurch die Einheit der Schichten 4 und 6 eine Wicklung bildet. Der Magnetkopf wird anschließend in ein polymerisierbares Kunstharz eingebettet, so daß er gegen äußere Einflüsse geschützt ist, danach entsprechend der Schnittfläche A abgeschnitten und geglättet. Man schafft so einen Spalt, der aus zwei isolierenden Schichten 3 besteht, die durch eine leitende Schicht 4 getrennt sind. Die Anwesenheit dieser leitenden Schicht spielt eine vorteilhafte Rolle für Hochfrequenz infolge des Auftretens von induzierten Strömen, die s^;ch dem Schließen des Flusses entgegensetzen; das führt einerseits zur Verminderung der Verluste bei Hochfrequenz, andererseits zur Ermöglichung der Annäherung des Kopfes an die Schicht, wo die Aufnahme und/oder die Wiedergabe vorgenommen werden. Die durch die magnetischen Schichten 2 und 5 gebildete Schleife ist so an einem ihrer Enden offen. An diesem offenen Ende erhält der Magnetkopf eine konvergierende Form.

In F i g. 2. die eine synoptische Ansicht der verschiedenen aufeinanderfolgenden magnetischen, leitenden oder isolierenden Schichten darstellt, bemerkt man. daß der »aktive« Teil des Magnetkopfes aus einer von dein magnetischen Schichten 2 und 5 gebildeten Hülle besteht, die die verschiedenen isolierenden Schichten 3 und leitenden Schichten 4 enthält. Leitende Schichten 4. deren Zahl als Funktion der gewünschten Eigenschaften gewähi! ist, gibt es in dem Beispiel der F i g. 2 fünf, und sie sind voneinander durch die isolierenden Schichten 3 getrennt. Die Leiter 6. dünne Schichten in Klammerform, sind nachher auf dem Träger 1 niedergeschlagen. Die das eine der beiden Enden jeder leitenden Schicht 4 mit einem der beiden Enden jedes Leiters 6 verbindenden Strichpunktlinien zeigen die Berührungspunkte durch Überdeckung der leitenden Schichten 4 mit den Leitern 6. Die Form der leitenden Schichten 4 und der Leiter 6 sowie die Dimensionen der Leiter 6 werden derart gewählt, daß die aus den Schichten 4 und 6 bestehende Einheit nur eine einzige elektrisch leitende Wicklung mit fünf Windungen bildet. Die Pfeile 7 und 8 zeigen den Eingang und/oder Ausgang des elektrischen Stroms in die bzw. aus der Wicklung. Die isolierenden Schichten 3 haben alle die gleiche Form.

In Fig. 3, die eine Ansicht des integrierten Magnetkopfes darstellt, sieht man die magnetischen Schichten 2 und 5 übereinander. Die durch die Leiter 6 und die leitenden Schichten 4 gebildete Wicklung erscheint sehr genau. Die verschiedenen isolierenden Schichten 3 sowie ein Teil der leitenden Schichten 4 liegen übereinander; der nicht über den anderen Schichten liegende Teil der leitenden Schichten 4 wird zur Verbindung mit den Leitern 6 benutzt. Der Eingang und der Ausgang des Stroms sind durch die Pfeile 7 und 8 dargestellt. Die

JO Strichpunktlinien zeigen die Schnittebene, nach der der Kopf geschnitten und an der er geglättet wird.

Die Abmessungen der magnetischen Schichten 2 und 5 sind 500 μηι χ 300 μιη χ 6 μιη. Das magnetische Material ist anisotrop, und seine schwer magnetisicrbare Achse liegt senkrecht zur Speicherschicht. die senkrecht zum Träger 1 liegt. Die isolierenden Schichten 3 haben eine Breite von 200 μιη, eine Dicke von 1 um und bestehen aus SiOi. Die Breite der leitenden Schichten 4 liegt zwischen 50 und 100 μηι. und ihre Dicke ist 1 um: sie bestehen aus Kupfer oder Aluminium. Das magnetische Material ist eine Eisen-Nickel-Legierung. Der Träger 1 besteht aus Glas und hat eine Dicke von ⁴/|o mm. Der in der Richtung der Wandstärke der Schichten 2, 3 und 4 geschaffene Spalt macht es möglich, seine Abmessungen erheblich unter 1 μιη zu nuehen. wobei nur eine Schicht 3 im Spalt ist, oder ihn bis auf Werte oberhalb 5 μιη zu erhöhen. Es ist festzustellen, daß die Ebene des Magnetkopfes nicht zwangsläufig senkrecht zu der des Aufzeichnungsträgers sein muß. sondern daß notfalls ein schwacher Winkel zu dieser Richtung gewählt werden darf. Die Magnetköpfe werden völlig durch Vakuumaufdampfen verschiedener dünner Schichten in einem einzigen Evakuierungszyklus hergestellt.

Der Übertragungskoeffizient T des Magnetkopfes

5> kann durch folgende Beziehung definiert werden:

worin g·, den am Niveau des Spaltes des Kopfes eintretenden Magnetfluß und g\„ den ein Wicdergabesignal liefernden Magnetfluß bedeuten. Damit der Wert des Llbertragungskoeffi'/ientcn Tmaximal ist./eigt sich, daß vier Bedingungen erfüllt sein müssen:

Große Wanddicke und große Permeabilität der magnetischen Schichten 2 und 5.

der Wert von c/. das in Fig. I die Wanddicke des

5

innerhalb des Magnetkreises liegenden Teils be- ic Formen haben. Die Pfeile 7 und 8deuten die Richtung

zeichnet, muß möglichst groß sein, der Ausbreitung des elektrischen Stroms in der Wick-

der Wert von 1. d.is in Fig. 1 die Länge des Ma- lung an, doch kann diese Richtung auch umgekehrt wer-

gnetkopfes bezeichnet, muß möglichst gering sein. den.

Das bedeutet, daß einerseits die Wahl des niagneti- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

sehen Materials sehr wesentlich ist; andererseits wächst,

wenn man die Zahl der leitenden Schichten 4 erhöht, was hier leicht möglich ist, der Wert von dim Verhältnis /um Wert von 1, und der Übertragungskoeffizient T id nähert sich 1. Darüber hinaus kann die Wanddicke der magnetischen Schichten (in der Größenordnung von μηι) nicht wie bei den bekannten Magnetköpfen im Verhältnis zur Spaltbreite als unendlich betrachtet werden. Diese Eigenschaft trägt dazu bei, die Auflösung des Auf- is nähme- und des Wiedergabevorganges zu steigern. Bei dem Magnetkopf gemäß der Erfindung verwendet man den magnetischen Hauptfluß und nicht den Stromfluß des Kopfes wie bei einem bekannten Magnetkopf: Tatsächlich ist die Richtung, in der der Wert der Permeabilität maximal ist, senkrecht zur Aufnahme- und/oder Wiedergabeoberfläche. Schließlich gestatten der reduzierte magnetische Weg und die schwache eingesetzte magnetische Flußmenge eine Verbesserung des Wirkungsgrades und der Frequenzeigenschaften des Magnetkopfes.

Realisierungen des Magnetkopfs gemäß der Erfindung zeigten einen ohmschen Widerstand von 5 Ohm und eine induktion von 0,12 μΗ, und die verteilten Kapazitäten waren in der Größenordnung von 20 pF. Aufzeichnungen auf magnetischen Schichten aus Chrom-Kobalt mit 400 Örsted und 0,2 μίτι Wanddicke wurden mit Realisierungen des Magnetkopfes gemäß der Erfindung durchgeführt, und die Ergebnisse sind folgende:

35

Abstand des Kopfes von der

Aufzeichnungsträgerschicht: 4 μιη

Spaltbreite: 1,5 μιη

Optimaler Aufnahmestrom: 300 mA

40

Bei der Wiedergabe hat ein isolierter Übergang eine Breite von 10 μ$ auf Mittelhöhe mit einem Signal von 20 mV bei einer Laufgeschwindigkeit des Informationsträgers von etwa 50 cm/s. Bei einer Geschwindigkeit von 50 m/s, die bei Rechnern verwendet wurde, ist das Signal 2 mV.

Es soll festgestellt werden, daß die Herstellung von niedergeschlagenen Schichten des in Fig. 1 dargestellten Magnetkopfes eine praktische Schwierigkeit auf der Höhe des Verlaufs zeigt, der zwischen den ersten nach dem Äußeren vorgezogenen Schichten und der Stapelung der übrigen Schichten und zwischen dieser Stapelung und der ersten magnetischen Schicht 2 besteht; es tritt die Gefahr auf, daß hier ein Bruch oder eine Einschnürung der magnetischen Schicht 5 entsteht Um dies zu vermeiden, verwendet man vorzugsweise die in F i g. 4 dargestellte Konfiguration, nach der die Überdeckung unter den leitenden Schichten nur teilweise ist

Es ist möglich bei dem in Rede stehenden Magnetkopf die Zahl von Schichten 3 und 4 zu variieren. Insbesondere genügt eine einzige Schicht 3 zur Begrenzung des Spalts, der enger als in der Konfiguration nach Fig. 1 gemacht werden kann; die Auflösung wird so unter Beeinflussung des Verhaltens bei Hochfrequenz erhöht; diese Konfiguration kann sich in gewissen Fällen als vorteilhaft erweisen. Die Art der Wicklung, die aus den Schichten 4 und 6 besteht, ist eine besondere Ausführungsform, und diese Wicklung kann auch ande-

Claims

Patentansprüche:

1. Integrierter Magnetkopf zur Wiedergabe und/ oder Aufnahme mit einem Magnetkreis, der aus zwei übereinander angeordneten, an einem Ende vereinigten und am anderen, der Wiedergabe- und/oder Aufnahmeoberfläche benachbarten Ende genau senkrecht zu dieser Oberfläche zwecks Bildung des Spalts angeordneten magnetischen Schichten gebildet ist, und einer elektrischen Wiedergabe- und/oder Aufnahmev.'icklung, wobei die Wicklung und die beiden magnetischen Schichten in Dünnschichttechnik gebildet sind und die Wicklung aus elektrisch leitenden Schichten mit isolierenden Schichten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (4) und die isolitrenden Schichten (3) zwischen den magnetischen Schichten (2 und 5) übereinanderliegend in einer zur Ebene der magnetischen Schichten (2 und 5) senkrechten Richtung angeordnet sind und daß sich die leitenden Schichten (4) hinter dem Magnetkopf vereinigen, indem sich die einen über die anderen in der Ebene des Magnetkopfes übereinanderbreiten.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten (4) von unten nach oben gegenseitig in der dem Spalt entgegengesetzten Richtung versetzt sind und so eine teilweise Überlappung untereinander aufweisen.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schichten (2 und 5) aus einem magnetisch anisotropen Material mit einem Wert maximaler Permeabilität in einer zur Aufnahme/Wiedergabe-Oberfläche des Aufzeichnungsträgers senkrechten Richtung bestehen.

4. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis eine am Niveau des Spalts konvergierende Form aufweist.

5. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht (3) im Spalt anliegt.

6. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitende, mit ihren beiden Oberflächen an zwei elektrisch isolierende Schichten (3) angrenzende Schicht (4) im Spalt anliegt.