DE2315713A1 - Magnetkopf - Google Patents

Description

Böblingen, 27. März 1973 bm-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: SA 971 044

Magnetkopf

Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf zum Aufzeichnen und zum Abtasten magnetisch auf einem Aufzeichnungsträger speicherbarer Informationen mit drei nebeneinanderliegenden Übertragungsspalten.

In der magnetischen Aufzeichnungstechnik besteht das Bestreben, die Informationsdichte auf dem Aufzeichnungsträger zu erhöhen. Die erreichbare Speicherdichte ist unter anderem abhängig von der Auflösungsfähigkeit der verwendeten Magnetköpfe. Es sind bereits verschiedene Magnetköpfe bekannt, bei denen eine verbesserte räumliche Auflösung angestrebt wird. In der US-Patentschrift 3 064 087 wird ein Magnetkopf beschrieben, bei dem die longitudinale Komponente des Magnetfeldes eine ins Negative verlaufende Schwingung aufweist. Dieser Magnetkopf ist jedoch für eine praktische Verwendung ungeeignet, da zusätzlich zum Magnetkopf gegenüber von diesem auf der anderen Seite des Aufzeichnungsträgers ein Magnetkern angeordnet werden muß. Um diese auf die gleiche Spur einzustellen, sind synchron arbeitende Einstellmittel auf beiden Seiten des Aufzeichnungsträgers erforderlich. Bei den zur Zeit erreichbaren hohen Speicherdichten ist es jedoch nicht möglich, Einstellmittel mit der gewünschten Genauigkeit herzustellen. _{A Λ} „ __

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In einer Veröffentlichung im "IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 6, Nr. 2, Juli 1963, Seite 68, ist ein Magnetkopf gezeigt, mit dem eine übertragung von möglichst schmalen Impulsen durchgeführt werden soll. Dieser Kopf besteht aus einem inneren sowie einem äußeren Magnetkern, die an der den von ihnen gebildeten drei Übertragungsspalten gegenüberliegenden Seite magnetisch miteinander verbunden sind, sowie drei elektrischen Wicklungen. Durch eine geeignete Verteilung der Wicklungen auf drei ver- '. schiedene magnetische Pfade wird eine verbesserte Auflösung erzielt. Im "IBM Technical Disclosure Bulletin", Band 12, Nr. 10, März 1970, Seite 1555, wird ebenfalls ein Magnetkopf mit drei Spalten und drei Leiterzügen dargestellt, der damit dem bereits erwähnten Magnetkopf entspricht. Der hier gezeigte Magnetkopf ist in Dünnschichttechnik hergestellt.

Die Verwendung von drei verschiedenen Wicklungen erfordert für jede dieser Wicklungen einen eigenen elektronischen Verstärkerkreis, um die erwünschten schmalen Impulse zu erhalten. Außerdem ergeben sich bei der Herstellung des bekannten Dünnschicht-Magnetkopfes beträchtliche Schwierigkeiten.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetkopf zu schaffen, der einfach im Aufbau und der zur übertragung sehr schmaler Impulse geeignet ist, der also ein hohes Auflösungsvermögen besitzt. Weiterhin soll dieser Magnetkopf sich ohne größere Schwierigkeiten in der Dünnschichttechnik herstellen lassen. Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Magnetkopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mittlere Übertragungsspalt von einem inneren Magnetkern gebildet wird und die beiden äußeren übertragungsspalte zwischen jeweils einem Pol des inneren und eines äußeren Magnetkernes angeordnet sind, wobei eine magnetische Verbindung zwischen den beiden Magnetkernen nur über die beiden äußeren über tr ägungs spalte gegeben ist, unß daß die Abtastvorrichtung nur mit dem inneren Magnetkern gekoppelt ist. Vorzugsweise besitzen die beiden Magnetkerne einen unterschiedlich großen magnetischen Widerstand,

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wobei die drei Übertragungsspalte die gleiche Länge aufweisen können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführuitgsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Magnetkopf,

Fig. 2 den Verlauf der Empfindlichkeitskurven für drei

verschiedene Magnetköpfe,

Fig. 3 den Verlauf der normalisierten Lesespannung für

die drei Magnetköpfe nach Fig. 2 und

Fign. 4A-4G die Herstellung eines Dünnschicht-Magnetkopfes

in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten.

Der in Fig. 1 dargestellte Magnetkopf enthält einen inneren Magnetkern 10 mit zwei Schenkeln 11 und 12, die in Polflächen und 48 enden. Zwischen den beiden Polen dieses Magnetkernes 10 befindet sich ein übertragungsspalt 13. Um den inneren Magnetkern 10 herum ist ein äußerer Magnetkern 20 angeordnet, der zwei Schenkel 21 und 22 besitzt, die in Polflächen 45 bzw. 46 enden. Die beiden Magnetkerne bilden zwischen den Schenkeln 11 und 21 einen Übertragungsspalt 23 sowie zwischen den Schenkeln 12 und 22 einen Übertragungsspalt 24. Die Polflächen 45 bis 48 liegen in einer Ebene. Eine Vorrichtung 27 zur Erfassung des magnetischen Flusses ist nur mit dem inneren Magnetkern 10 magnetisch gekoppelt. Diese Vorrichtung ist in Fig. 1 in Form einer Wicklung dargestellt. Die beiden Magnetkerne sind räumlich durch einen Isolator, beispielsweise Glas, in dem zwischen ihnen liegenden Bereich 26 getrennt. Eine magnetische Kopplung zwischen den Magnetkernen 10 und 20 besteht nur im Bereich der übertragungsspalte 23 und 24, da hier die größte Annäherung zwischen ihnen gegeben ist. Im

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Betrieb befindet sich der Magnetkopf über einem sich bewegenden magnetischen Aufzeichnungsträger 28, der beispielsweise die Form eines Bandes oder einer Platte besitzt.

Die Fign. "4A-4G zeigen die Herstellung eines Magnetkopfes nach Fig. 1, der als eine mehrlagige Dünnschichtstruktur ausgebildet ist und der mit den bekannten Verfahren des Aufdampfens, der Kathodenzerstäubung oder des Elektroplattierens hergestellt wird. Die jeweils schraffierte Fläche stellt die zuletzt aufgebrachte Schicht in dem jeweiligen yerfahrensschritt dar« Auf einem geeigneten planaren Substrat, das beispielsweise aus Glas, Siliciumdioxid, Bariumtitanat oder einem ähnlichen Material besteht, wird eine erste magnetische Schicht 31 aufgebracht. Als Material für diese Schicht wird vorzugsweise Permalloy oder ein Nickelzinkferrit gewählt. Wie Fig. 4A zeigt, weist die Schicht

31 einen mittleren Bereich sowie zwei nach außen gerichtete Flügel auf. Auf die Schicht 31 wird eine erste nichtmagnetische Schicht 32 in der aus Fig. 4B ersichtlichen Form aufgebracht. Die äußeren Enden der beiden Flügel der Schicht 31 werden dabei von der Schicht 32 nicht bedeckt. Als Material für die Schicht

32 kann vorzugsweise Siliciumdioxid verwendet werden. Es wird anschließend eine magnetische Schicht 33 auf der Schicht 32 niedergeschlagen. Die beiden magnetischen Schichten 31 und 33 stehen nicht in Berührung miteinander. Die magnetische Schicht

33 ist rechteckförmig und besitzt die gleiche Höhe wie die nichtmagnetische Schicht 32, jedoch nur die Breite des mittleren Bereiches der Schicht 31. Fig. 4D zeigt die nachfolgend aufgebrachte Schicht 34 aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Kupfer. Die Schicht 34 hat nach unten hin schräg verlaufende Seiten sowie in der Mitte ein Fenster, dessen untere Kante etwas oberhalb des mittleren Bereiches der magnetischen Schicht 31 liegt, über der leitenden Schicht 34 wird eine weitere magnetische Schicht 35 angeordnet, die in ihrer Form derjenigen der Schicht 33 entspricht. Die Schichten 33 und 35 sind durch das Fenster in der Schicht 34 miteinander verbunden und bilden somit den inneren Magnetkern des Kopfes, über der magnetischen Schicht

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35 wird eine rechteckige, nichtmagnetische Schicht 36 aufgebracht, die der Schicht 32 entspricht. Schließlich wird eine vierte magnetische Schicht 37 niedergeschlagen, die die gleiche Form aufweist wie die Schicht 31. Die Schichten 31 und 37 sind an den äußeren Enden ihrer beiden Flügel miteinander verbunden, so daß diese beiden Schichten den äußeren Magnetkern des Kopfes darstellen. Die beiden Magnetkerne stehen nicht miteinander in Berührung. Nach dem Aufbringen der Schichten wird die Oberfläche 38 des Substrats 30 einem Poliervorgang unterzogen, so daß die Polflächen der vier magnetischen Schichten in einer Ebene liegen. Der Magnetkopf wird dann aus dem Substrat herausgeschnitten. Er ist mit Ausnahme der Zuleitungen zu der elektrisch leitenden Schicht 40 somit fertiggestellt. Es wurde anhand der Fign. 4A-4G die Fertigung nur eines Magnetkopfes dargestellt; in der Praxis erfolgt jedoch die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl identischer Magnetköpfe auf einem Substrat.

Der magnetische Widerstand des äußeren Magnetkernes kann dadurch erhöht werden, daß die beiden magnetische Schichten 31 und 37 nicht direkt, sondern über nichtmagnetische Zwischenschichten miteinander verbunden sind. Durch diese Schichten kann die Stärke des magnetischen Flusses in den übertragungsspalten zwischen dem inneren und dem äußeren Magnetkern in geeigneter Weise gesteuert werden. Es kann weiterhin eine magnetoresistive Schicht im Magnetkopf verwendet werden, die zur Erfassung des magnetischen Flusses dient.

Fig. 2 zeigt den Verlauf des magnetischen Feldes in longitudinaler Richtung, d.h. in der Richtung der abzutastenden Spur auf dem Aufzeichnungsträger. Es ist die Feldstärke in Abhängigkeit vom Abstand χ von der Mitte 39 des Übertragungsspaltes 13 für verschiedene Magnetköpfe dargestellt. Die in Fig. 2 enthaltenen Kurven sind bekannt als Empfindlichkeitsfunktion und dienen zur Ermittlung der Leseeigenschaften eines Kopfes. Die gezeigten Kurven sind normalisiert. Die Kurve 40 stellt die longitudinal Komponente des Magnetfeldes für den in Fig. 1 gezeigten Magnet-

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kopf dar. Das Verhältnis der magnetischen Felder über die äußeren Polflächen zu denen über die inneren Polflächen (h /H ) entspricht dem Wert - j. Dieser Wert ergibt sich unter der Annahme, daß das skalare magnetische Potential sich linear über jeden Luftspalt ändert und daß die beiden Polflächen des inneren Magnetkernes sowie die drei übertragungsspalte die gleiche Breite aufweisen. Die jeweilige Breite der Polflächen sowie der übertragungsspalte beträgt im Vorliegenden Ausführungsbeispiel 1 pm. Das durch die. Kurve 40 dargestellte Magnetfeld wird in einem Abstand χ zwischen 1 und 2 pm negativ. Die Kurve 41 stellt den Verlauf des Magnetfeldes eines vertikalen, zweipoligen Dünnschicht-Magnetkopfes dar, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 3 344 237 beschrieben ist. Die Kurve 41 nimmt zwar ebenfalls negative Werte an, diese sind jedoch geringer als die des dreispaltigen Kopfes nach Fig. 1. Zum Vergleich ist noch die Kurve 42 dargestellt, die der Empfindlichkeitsfunktion eines Magnetkopfes mit einem Obertragungsspalt entspricht, wobei die Polflächen groß im Vergleich zur Länge des Übertragungsspaltes sind. Diese Kurve wurde unter der Annahme erhalten, daß das skalare magnetische Potential sich linear über dem Spalt ändert (Karlquist's Annäherung). Diese Kurve erreicht keine negativen Werte und ist auch erheblich breiter als die Kurven 40 und 41.

Die den Empfindlichkeitskurven zugeordneten Leseimpulse der drei verschiedenen Magnetköpfe sind in Fig. 3 gezeigt. Die Kurve 50 ergibt sich bei einem dreispaltigen Kopf, die Kurve 51 bei dem vertikalen Dünnschicht-Magnetkopf und die Kurve 52 bei dem Magnetkopf , dem die Empfihdlichkeitskurve 42 zugeordnet ist. Die Impulse werden ermittelt aus dem Arcus Tangens der Annäherung an den Magnetisierungsübergang bzw. an das Bit 29. In diesem Beispiel betragen die Übergangslänge des Bits 29 |· pm, die Dicke des magnetischen Materials auf dem Aufzeichnungsträger 1 pm und der Abstand zwischen dem Magnetkopf und dem Aufzeichnungsträger 1 pm. Die Impulsspannung ist aufgetragen über dem Abstand χ = ν . t zwischen der Kopf mitte und der Mitte des Bits 29,. wobei ν die relative Geschwindigkeit zwischen dem Kopf und dem Aufzeichnungs-

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- 7 träger und t die Zeit darstellen.

Ein Vergleich der drei Leseimpulse zeigt, daß der dreispaltige Kopf und der vertikale Dünnschicht-Magnetkopf schmalere Impulse ergeben als der Magnetkopf mit dem einen Spalt, bei dem die Polflächen groß im Vergleich zur Spaltlänge sind. Weiterhin ist ersichtlich, daß sich die schmälsten Impulse bei dem dreispaltigen Magnetkopf ergeben, bei dem die longitudinale Komponente des Magnetfeldes in bestimmten Bereichen negative Werte aufweist.

Es sei bemerkt, daß die Leseeigenschaften eines Magnetkopfes charakterisiert sind durch das Magnetfeld, das auftritt, wenn die Mittel zur Erfassung des magnetischen Flusses mit einem bestimmten Strom gespeist werden. Die räumliche Variation dieses Feldes hängt ab vom Verhältnis hVH_. Die Steuerung dieses Verhältnisses mit einer einzigen Wicklung zur Erfassung des Flusses wird im folgenden näher betrachtet.

Bei dem Magnetkopf nach Fig. 1 befinden 3ich alle vier Polflächen 45 bis 48 auf gleichem magnetischen Potential, wenn kein Strom durch die Wicklung 27 fließt. Zur Vereinfachung sei angenommen, daß dieses Potential den Wert 0 besitze.- Die Anwesenheit eines Stromes in der Wicklung 27 bewirkt gleich große und entgegengesetzte magnetische Potentiale an den Polflächen 47 und 48. Da die Wicklung nur mit dem inneren Magnetkern gekoppelt ist, befindet sich das magnetische Potential an den Polflächen 45 und des äußeren Magnetkerns weiterhin auf angenähert dem Wert 0, wenn angenommen wird, daß der magnetische Widerstand dieses Magnetkerns 20 vernachlässigbar klein gegenüber dem magnetischen Widerstand der Übertragungsspalte 23 und 24 ist. In diesem Fall beträgt die

Αφ

Patentialdifferenz über die beiden Spalte 23 und 24 je - ^-, wenn Δ Φ die Potentialdifferenz über dem Übertragungsspalt 13 darstellt. Für die drei Spalte mit gleicher Länge ergibt sich somit das Verhältnis IVj/H β - i. Die magnetische Trennung der beiden Magnetkerne mit Ausnahme der Spaltbereiche, wobei nur eine einzige mit einem der Kerne gekoppelte Wicklung vorgesehen ist, gestattet

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die Bildung sehr schmaler Leseimpulse und damit eine hohe Auflösung. Es wurde gefunden, daß zur Erzielung möglichst schmaler Leseimpulse das Verhältnis der magnetischen Felder im Bereich zwischen - ^ und - — liegen sollte. Der günstigste Wert hierfür ist abhängig von den einzelnen Daten des Aufzeichnungs- und Lesesystems, z.B. vom Abstand zwischen dem Magnetkopf und dem Aufzeichnungsträger, der Dicke des magnetischen Belages auf dem Aufzeichnungsträger und der übergangslänge. Für den dreispaltigen Kopf, dessen Kurven 40 und 50 in den Fign. 2 und 3 dargestellt sind, ergab das günstigste Verhältnis der magnetischen Felder angenähert den Wert - ^. Es sei hierzu nochmals bemerkt, daß die Feldrichtung in den äußeren übertragungsspalten immer entgegengesetzt zu der im mittleren Übertragungsspalt verläuft!,

Das Verhältnis der Magnetfelder in dem in Fig. 1 gezeigten Magnetkopf kann kontinuierlich zwischen etwa den Werten - ■«■ und 0 durch Veränderung des magnetischen Widerstandes des äußeren Magnetkernes 20 variiert werden. Wie bereits anhand der Fign. 4A-4G erläutert wurde, kann der magnetische Widerstand des Magnetkernes 20 beispielsweise durch Einfügen nichtmagnetischer Zwischenschichten erhöht werden. Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung des magnetischen Widerstandes dieses Magnetkerns besteht darin, den Querschnittdes Magnetkerns zu reduzieren. Außerdem können die Längen der übertragungsspalte 23 und 24 verschieden von der des Übertragungsspaltes 13 sein.

Der beschriebene Magnetkopf gestattet die gewünschte Einstellung des negativen überschwingens in der longitudinalen Komponente des Magnetfeldes und damit die Erzeugung schmaler Leseimpulse. Durch die hierbei erzielte hohe Auflösung ist eine höhere Aufzeichnungsdichte als bisher auf dem Aufzeichnungsträger möglich. Obwohl der in den Verfahrensschritten nach Fig. 4A bis 4G hergestellte Magnetkopf eine Wicklung mit nur einer Windung aufweist, können auch Magnetköpfe, deren Wicklungen eine Vielzahl von Windungen besitzen, verwendet werden. Auch kann für die Erfassung.

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des magnetischen Flusses im mittleren übertragungsspalt ein magnetoresistives Element vorgesehen werden.

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Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Magnetkopf zum Aufzeichnen und zum Abtasten magnetisch auf einem Aufzeichnungsträger speicherbarer Informationen mit drei nebeneinanderliegenden übertragungsspalten, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere übertragungsspalt von einem inneren Magnetkern gebildet wird und die beiden äußeren übertragungsspalte zwischen jeweils einem Pol des inneren und eines äußeren Magnetkerns angeordnet sind, wobei eine magnetische Verbindung zwischen den beiden Magnetkernen nur über die beiden äußeren Magnetspalte gegeben .ist, und daß die Abtastvorrichtung nur mit dem inneren Magnetkern gekoppelt ist.
2. 2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetkerne einen unterschiedlich großen magnetischen Widerstand besitzen.
3. 3. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Magnetkern einen kleineren Querschnitt besitzt als der innere Magnetkern.
4. 4. Magnetkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei übertragungsspalte gleich lang sind.
5. 5. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polenden der beiden Magnetkerne in einer Ebene liegen.
6. 6. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung eine elektrische Wicklung ist.
7. 7. Magnetkopf nach einem, der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung ein im mittleren

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   Übertragungsspalt angeordnetes magnetoresxstives Element ist.
8. 8. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er in Dünnschichttechnik hergestellt ist.

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