DE2755513A1

DE2755513A1 - Magnetkopf und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2755513A1
Application number: DE19772755513
Authority: DE
Inventors: John Bealle
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1976-12-13
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FR2373850A1; GB1591237A; NL7712685A; JPS5374411A

Description

Patentanwälte

Di))I Ing Dipl-Chem Dipl-Ing

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

E r π s ber g e r s t r a s s e 19

8 München 60
Unser Zeichen; T 2295 12.Dezember 1977

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A.

Magnetkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Magnetköpfe und insbesondere auf einen aus einer Metallegierung bestehenden Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Magnetkopf sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Beim Aufzeichnen und Wiedergeben von Informationen auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium ist es manchmal erwünscht, einen aus einer Metallegierung bestehenden Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Magnetkopf zu verwenden. Die Vorteile der Verwendung solcher Magnetköpfe, die nicht aus einem Ferritmaterial, sondern aus einer Metallegierung, beispielsweise einer bekannten Legierung wie Alfesil,Alfenol, Sendust und Duraperm gebildet sind, bestehen in einer langsamen Abnutzung, der Fähigkeit zur Erzielung einer ausgezeichneten Spaltfestlegung der Beständigkeit gegen eine Spalterosion und in guten magnetischen Eigenschaften. Ein Hauptnachteil der derzeitigen Magnetköpfe aus einer Metallegierung ist darin zu sehen, daß das Metall auf Grund seiner sehr großen Härte auch sehr brüchig ist und nicht in herkömmlicher Weise maschinell

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bearbeitet werden kann, sondern sorgfältig geschliffen oder geläppt werden muß. Bisherige Versuche zur Verwendung einer solchen Metallegierung zur Bildung der Polstücke oder Kernhälften für Magnetköpfe ergaben eine niedrige Ausbeute, einen schlechten Wirkungsgrad und einen schlechten Frequenzgang für hohe Frequenzen auf Grund der Verschlechterung d?r Permeabilität des Materials während der Hersteilung. Demgemäß werden aus Metall bestehende Aufnahme- und Wiedergabe-Magnetköpfe nur selten in Systemen angewendet, die mit einem Magnetband oder mit einem anderen flexiblen magnetischen Aufzeichnungsmedium arbeiten und die eine hohe Leistungsfähigkeit erfordern , beispielsweise Videoaufzeichnungssysteme oder digitale Speiehersysteme mit hoher Speicherdichte.

Mit Hilfe der Erfindung soll ein aus Metall bestehender Auf zeichnungs- und Wiedergabe «^Magnetkopf geschaffen werden. Dieser Magnetkopf soll ein wesentlich größeres HF-Ansprechverhalten und wesentlich höhere Ausgangspegel als bisher bekannte Magnetköpfe aufweisen. Der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Magnetkopf soll unter Erzielung eines beträchtlich verbesserten Ertrags hergestellt werden können. Ferner soll mit Hilfe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung billiger Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Magnetköpfe aus Metall geschaffen werden. Der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Magnetkopf soll robust sein und eine große Widerstandsfähigkeit gegen Stöße aufweisen, die sich während der Herstellung und der Montage und des anschliessenden Gebrauchs ergeben. Der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Magnetkopf soll Wellenlängen in der Größenordnung von 1,5p (60 u inches) aufzeichnen und wiedergeben können. Die Kernhälften des mit Hilfe der Erfindung zu schaffenden Magnetkopfs sollen so ausgestaltet sein, daß eine Sättigungsaufzeichnung in

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einem tenergiereicheren Metallegierungs-Aufzeichnungsmedium mit einer Koerzitivkraft von 100 000 Oersted oder mehr ohne Sättigung der Kernhälften ermöglicht wird. Der Magnetkopf soll dabei so gestaltet sein, daß er ohne ernstliche Verschlechterung seiner magnetischen Permeabilität einfacher hergestellt werden kann.

Nach der Erfindung wird dies mittels eines Aufzeichnungsund Wiedergabe-Magnetkopfs erzielt, der aus einer Metalllegierung besteht und ein keilförmiges Ende aufweist, so daß im Basisbereich zur Erzielung einer Verbindungsfestigkeit und Halterung der zwei den Magnetkopf bildenden Kernhälften eine größere Dicke entsteht. Zur Zusammenwirkung mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium ist eine dünnere Kantenfläche vorgesehen, die eine genau definierte Spurbreite aufweist.

Die sich ergebenden Vorteile sind eine höhere Ausbeute, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren sowie eine ausgezeichnete und stabile Spaltfestlegung; ein weiterer Vorteil ergibt sich aus den synergetischen Wirkungen des verbesserten Reluktanzverhältnisses zwischen dem Vorderspalt und dem Hinterspalt, dem verbesserten HF-Ansprechverhalten und dem größeren HF-Ausgangspegel.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines aus Metall bestehenden Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Magnetkopfs nach der Erfindung,

Fig.2a eine Draufsicht auf den Magnetkopf von Fig.1, Fig.2b eine Stirnansicht des Magnetkopfs von Fig.1 und

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Fig.2c eine Vorderansicht des Magnetic op fs von Fig.1 .

In der Zeichnung ist zu erkennen, daß zwei Kernhälften 10a und 10b gemäß der Darstellung mi tie Is eines innerhalb einer Öffnung 14 angebrachten Verbindungsmaterials 15 zusammengefügt sind. Der Abstand g zwischen den Polen oder Kernhälften 10a und 10b wird allgemein als Spalt bezeichnet, der im Magnetkreis eine Strecke mit hohem magnetischen Widerstand bildet. Das bedeutsamste Kriterium eines Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Magnetkopfs ist der Spalt, und dabei ist wesentlich , daß ein genau definierter Spalt mit einer genau vorbestimmten Breite g vorhanden ist. Die Spaltbreite wird von nichtmagnetischem Material 13a, 13b und !3c mit genau vorbestimmter Dicke festgelegt und aufrechterhalten, wobei dieses Material als Abstandshalter zwischen den Kernhälften 10a und 10b wirkt.

Ein weiterer kritischer Parameter des Magnetkopfs ist die Spurbreite tw , die innerhalb enger Toleranzen beispielsweise +_ 25 Jtun (1 mil) gebildet werden muß. Bei bekannten Aufzeichnungsköpfen aus Metall ist die Spurbreite lediglich die Dicke des Kopfs selbst. Da die meisten Hochleistungsköpfe sehr schmale Spurbreiten erfordern, die üblicherweise im Bereich von 100 bis 150 Aim (4 bis 6 mils) liegen, und da die Spurbreite und die Dicke des Basisabschnitts des Kopfs gleich sind, ergibt sich daraus ein sehr dünner zerbrechlicher Kopf. Die größte Schwäche bisher bekannter Magnetköpfe ist die Zerbrechlichkeit, die sich aus der reduzierten Dicke des Verbindungsmaterials ergibt, das die zwei Kernhälften zusammenhält. Das Verbindungsmaterial ist so dünn gemacht, daß es fast seine gesamte Zugfestigkeit verliert. Da die Festlegung und die Aufrechterhaltung des

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Spalts in erster Linie von der Fähigkeit des Verbindungsmaterials abhängt, die Kernhälften dicht beieinander zu halten, ergibt ein Verbindungsabschnitt, der durch eine zu dünne Ausbildung geschwächt ist, eine Spalt trennung , die ein ernsthaftes Produktionsproblem darstellt.

Der dargestellte keilförmige Magnetkopf weist dagegen eine größere Basisdicke bt auf, die beträchtlich größer als die Spurbreite tw von 76 bis 254 um (3 bis 10 mils) liegt; die Basisdicke bt liegt im Bereich zwischen 305 und 635 *J>n (12 bis 25 mils) oder mehr.

Eine Wirkung der Keilform besteht darin, daß durch diese Form auch das Reluktanzverhältnis zwischen dem Vorderspalt 13 a und dem Hinterspalt 14b verbessert wird; dies beeinflußt das Verhalten des Kopfs in günstiger Weise.

Der dargestellte, aus Metall bestehende Aufzeichnungsund Wiedergabe-Magnetkopf wird aus zwei zusammenpassenden Kernhälften 10a und 10b aus einer Magnetlegierung wie Alfesil, Sendust, Alfenol oder Duraperm gebildet; dabei handelt es sich um» Metallegierungen, die aus etwa 84,3% Eisen, 9,5% Silizium und 6% Aluminium bestehen. Auf einem Ende jeder Kernhälfte wird mit der halben Dicke der Spaltbreite (g/2) eine Schicht aus nichtmagnetischem Material wie Aluminiumoxid (Al₂O,) aufgedampft. Die zwei Kernhälften werden dann so zusammengefügt, daß die Endnuten zur Bildung der Öffnung 14 zusammenpassen, die dann mit einem Verbindungsmaterial wie einer Hartlötlegierung aus Silber, Kupfer und Paladium zum Zusammenhalten der zwei Hälften gefüllt wird. Ein Ende der Anordnung wird dann zur Bildung der Abschrägung geläppt. Ein dünner isolierter Kupferdraht mit einem Durchmesser von beispielsweise 38 yum (1,5 mils,

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49 gauge) wird dann achterförmig durch die Öffnung um die Nut 11a, zurück durch die öffnung 12, um die Nut 11b, zurück durch die öffnung 12 usw. gewickelt, bis beispielsweise insgesamt vier Windungen auf Jeder KernhSlfte gebildet sind.

In einem Ausführungsbeispiel des oben beschriebenen, aus Metall bestehenden magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabekopfs liegt die Körperdicke bt im Bereich zwischen 305 und 381 um (12 bis 15 mils), und die Spurbreite tw liegt im Bereich zwischen 102 und 152 um (4 bis 6 mils). Die Spaltbreite g beträgt etwa 1/um (40 ju inches) . Die Gesamtlänge liegt zwischen 3»6 und 4,6 mm (0,14 bis 0,18 inches), und die Gesamthöhe liegt zwischen 3 und 4,3 mm (0,12 bis 0,17 inches). Der abgeschrägte Teil ist so abgeschnitten, daß exakt die Spurbreite tw entsteht; die Länge s ist unkritisch, doch kann sie beispielsweise zwischen 25 und 40% der Gesamthöhe oder im obigen Beispiel zwischen 0,76 und 1,78 mm (0,03 bis 0,07 inches) liegen.

Es ist hier ein gemäß der Erfindung ausgebildeter , aus Metall bestehender Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Magnetkopf zusammen mit einem Herstellungsverfahren beschrieben worden. Dieser Magnetkopf hat sich besonders bei HochleÜtungs-Videoaufzeichnungssystemen mit flexibler Platte und bei Aufzeichnungssystemen zum Speichern digitaler Informationen mit hoher Speicherdichte als vorteilhaft erwiesen; solche Systeme sind beispielsweise in der Patentanmeldung P 27 00 298.8 und in der USA-Patentanmeldung SN 661.228 vom 25.Februar 1976 beschrieben.

Das oben beschriebene Ausfuhrungsbeispiel kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden; beispielsweise

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können Materialien mit anderer Zusammensetzling benutzt werden, oder die Form oder Größe der MetallkernhäIften können verändert werden. Alle diese Abwandlungen liegen im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung.

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Claims

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Ernsbergerstrasse )9

8 München 60

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Patentansprüche

^zAufzeichnungs- und/oder Wiedergabe-Magnetkopf, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Metallglieder aus magnetisierbarem Metall vorgesehen sind, die eine Fläche aufweisen, die parallel im Abstand von der entsprechenden Fläche des Jeweils anderen Metallglieds liegt, so daß zwischen den Flächen ein Spalt mit vorbestimmter Dicke entsteht, daß sich der Spalt zu einem Speichermedium-Kontaktende des Kopfs erstreckt, das in einer senkrecht zu den parallelen Flächen verlaufenden Ebene liegt, daß die Metallglieder eine Schrägfläche aufweisen, die sich in einer senkrecht zu den parallelen Flächen verlaufenden Ebene zu dem Speichermedium-Kontaktende des Kopfs erstreckt und einen stumpfen Winkel dazu bildet, und daß die Dicke dieses Kontaktendes entsprechend der Steigung und der Ausdehnung der Schrägfläche eine verringerte Dicke entsprechend der Spurbreite eines magnetischen Informationsspeichermediums aufweist.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Metall eine Legierung aus Eisen, Silizium und Aluminium 1st.

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3. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus etwa 84,5% Eisen, 9,5% Silizium und 6% Aluminium besteht.

4. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallglieder am Magnetkopfkörper zwischen 305 um und 635 >um ( 12 bis 25 mils) beträgt, und daß die Metallglieder so abgeschrägt sind, daß am Speichermedium-Kontaktende eine Dicke zwischen 76 yum und 254/um (3 bis 1o mils) entsteht.

5. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt eine Schicht aus nichtmagnetischem Material gebildet ist.

6. Magnetkopf nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Material aus Aluminiumoxid besteht.

7. Magnetkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hartlötlegierung, die die zwei Metallglieder verbindet.

8. Magnetkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Hartlötlegierung aus Silber, Kupfer und Paladium besteht.

9. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreite in der Größenordnung von 1 um (40 /u inches) liegt.

ΙΟ. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um die Metallglieder ein isolierter leitender Draht für die Erzeugung und/oder den Empfang elektromagnetischer Energie zum Schreiben und/oder Lesen von Informationen von dem Speichermedium ge/ickelt ist.

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11. Magnetkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierte Draht ein isolierter Kupferdraht mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 38yum (1,5 mils) ist.

12. Aufzeichnungs- und /oder Wiedergabe-Magnetkopf mit

zwei Metallgliedernaus magnetisierbarem Metall mit jeweils einer Fläche, die parallel zur entsprechenden Fläche des jeweils anderen Metallgliedes verläuft, wobei die Metallglieder derart miteinander verklebt sind, daß zwischen den beiden parallelen Flächen ein Spalt mit vor bestimmter Breite entsteht, gekennzeichnet durch

(a) einander gegenüberliegende ebene Hauptflächen, die parallel zueinander und senkrecht zu den beiden parallelen Flächen verlaufen,

(b) eine auf ein magnetisches Speichermedium einwirkende Stirnfläche, die mit einer der ebenen Hauptflächen zusammenhängt und im wesentlichen senkrecht zu ihr verläuft, wobei sich der Spalt zu dieser Stirnfläche erstreckt, deren Abmessung in seitlicher Richtung der Spurbreite eines magnetischen Informationsspeichermediums entspricht,

(c) eine sich an die auf das Speichermedium einwirkende Stirnfläche anschliessende Schrägfläche mit einer solchen Neigung, daß sie sich von der Stirnfläche aus nach außen erstreckt und in die andere ebene Hauptfläche übergeht, wobei die Schrägfläche senkrecht zu den beiden parallelen Flächen verläuft, und

(d) eine zweite Stirnfläche, die die beiden ebenen Hauptflächen miteinander verbindet und im wesentlichen senkrecht zu diesen verläuft, wobei die Abmessung der zweiten Stirnfläche in seitlicher Richtung im Vergleich zur entsprechenden

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Abmessung der auf das Speichermedium einwirkenden Stirnfläche entsprechend der Neigung und dem Ausmaß der Schrägfläche größer ist.

13.Magnetkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Metall eine Legierung aus Eisen, Silizium oder Aluminium ist.

14.Magnetkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus etwa 84,5% Eisen, 9,5% Silizium und 6% Aluminium besteht.

15.Magnetkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der zweiten Stirnfläche in seitlicher Richtung zwischen 305 und 635 wm (12 bis 25 mils) liegt und daß die seitliche Abmessung der auf das Speichermedium einwirkenden Stirnfläche zwischen 76 um and 254 um (3 bis 10 mils) liegt.

16.Magnetkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt eine Schicht aus nichtmagnetischem Material gebildet ist.

17.Magnetkopf nach Aispruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Material aus Aluminiumoxid besteht.

18.Magnetkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallglieder mit Hilfe einerHartlötlegierung verbunden sind.

19.Magnetkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartlötlegierung aus Silber, Kupfer und Paladium besteht.

20.Magnetkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreite in der Größenordnung 1 um (40 η inches) liegt.

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21. Magnetkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß um die Metallglieder ein isolierter leitender Draht für die Erzeugung und/oder den Empfang elektromagnetischer Energie zum Schreiben und/oder Lesen von Informationen von dem S pe ic her medi um gewickelt ist.

22. Magnetkopf nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierte Draht ein isolierter Kupferdraht mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 38 um (1,5 mils) ist.

23. Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabe-Magnetkopfs, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß zwei Metallglieder aus magnetisierbarem Metall gebildet werden,

(b) daß auf einer Kantenfläche jedes Metallglieds eine Sohicht aus nichtmagnetischem Material gebildet wird,

(c) daß die Metallglieder so angebracht werden, daß die Kantenflächen parallel zueinander verlaufen und daß die Schichten aneinander anstoßen,

(d) daß die Metallglieder in dieser Position miteinander verbunden werden, so daß die Schichten zwischen den Metallgliedern einen Spalt mit vorbestimmter Breite bilden, der sich zu auf ein Speichermedium einwirkenden Enden der Metallglieder erstreckt, wobei diese Enden gegenseitig senkrecht zu den parallelen Kantenflächen verlaufen, und

(e) daß die Metallglieder an den auf das Speichermedium einwirkenden Enden in einer senkrecht zu den Kantenflächen verlaufenden Ebene so abgeschrägt werden, daß die Dicke

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des auf das Speichermedium einwirkenden Endes auf die Spurbreite eines magnetischen Informationsspeichermediums reduziert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß für das magnetisierbare Metall eine Legierung aus Eisen, Silizium und Aluminium verwendet wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß für die Legierung etwa 84,5% Eisen, 9,5% SllMum und 6% Aluminium verwendet werden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallglieder mit einer Dicke zwischen 305 und 635 ium (12 bis 25 mils) gebildet werden, und daß die Metallglieder so abgeschrägt werden, daß die Dicke des auf das Spei ch er medium einwirkenden Endes auf einen Wert zwischen 76 und 254 um (3 bis 10 mils) reduziert wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß

vor dem Verbinden der zwei Metallglieder auf e*iem ihrer Enden, das an das auf das Spei eher medi um einwirkende Ende angrenzt, zur Bildung des Spalts eine Abstandsschicht aus nichtmagnetischem Material angebracht wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtmagnetisches Material Aluminiumoxid verwendet wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus nichtmagnetischem Material mittels eines

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Aufdampfverfahrens aufgebracht wird.

30. Verfahren nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallglieder durch Hartlöten mittels einer Hartlötlegierung verbunden werden.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartlötlegierung eine Legierung aus Silber, Kupfer und Paladium verwendet wird.

32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus nichtmagnetischem Material auf jedem der Metallglieder mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,5 yum (20/U inches) zur Erzielung einer Spaltbreite von 1 um (40 u inches ) gebildet wird.

33. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Metallgliedern eine Öffnung erzeugt wird, und daß um die beiden Metallglieder ein relativ dünner isolierter Leiterdraht gewickelt wird.

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