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Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf zur Bandaufzeichnung von
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flochfrequenzsigna len.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf,
wie er im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.
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Aus IEEE Transactions on Magnetics, Bd. MAG 12, Nr.6, Not 1976, Seiten
716-1... sind Mehrfach-Magnetköpfe bekannt. Es handelt sich dabei um Magnetköpfe
mit induktlvem Schreiben und gemäß einer speziellen Ausführung mit magnetoresistivem
Lesen. Bekanntermaßen wird magnetoresistives Lesen dort angewendet, wo die Relativgeschwindigkeit
zwischen Magnetband und Magnetkopf derart gering ist, daß bei vorgegebener Größe
des im Magnetband aufgezeichneten Signals induktives Lesen mit nicht mehr ausreichend
großem Lesesignal durchführbar ist. tim magnetoresistivem Lesen sei auch noch auf
Philips Techn. Rundsch. 37, 47-55 (1977/78), Nr. 2/3 hingewiesen.
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Die obengenannte Druckschrift beschreibt in Einzelheiten Dünnschicht-Magnetköpfe,
wobei insbesondere auf die dort wiedergegebene Fig 1B hinzuweisen ist. Die Druckschrift
gibt
auch Hinweise auf mögliche Herstellungsverfahren und für Größenabmessungen auch
bei der Erfindung in Betracht kommender Dünnschicht-Magnetköpfe.
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Ein in Verbindung mit der Verwendung von Dünnschicht-Magnetköpfen
auftretendes Problem ist, im Schreibspalt des Kopfes ein für das Einschreiben in
das Magnetband ausreichend großes magnetisches Streufeld zu erzeugen, das die Folge
eines in die Wicklung des Schreibkopfes eingespeisten Schreibstromes ist. Das Problem
beruht vor allem darauf, daß solche Dünnschicht-Magnetköpfe nur mit einer sehr begrenzten
Anzahl von Windungen, die aus Gründen vereinfachter Herstellung alle in einer Ebene
liegen, ausgerüstet werden können, so z.B. mit sechs Windungen. Schon die Anzahl
von sechs Windungen ist jedoch relativ groß im Hinblick auf die Tatsache, daß der
Feldbeitrag der hinteren Windungen nur noch teilweise die Streufeldeffekte im Innern
des den magnetischen Kreis bildenden Kopfspaltes erreicht, weil er sich wegen des
relativ geringen Abstandes des MagnetJoches zur magnetischen Grundplatte schon vor
dem Kopfspalt schließt. Bevorzugt ist deswegen sogar die Verwendung von nur einer
Windung für einen Ein-Windungs-Dünnschichtschreibkopf. Diese wenigen bzw. diese
nur eine Windung müssen für ein ausreichend großes Schreibsignal mit beträchtlich
großen Strömen gespeist werden, die wiederum im Hinblick auf Wärmeerzeugung problematisch
sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung
für eine Anordnung mit einem Magnetschreibkopf in Dünnschichttechnik, wie er im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist, zu finden, durch die für Mehrfach-Schreibköpfe
die Möglichkeit gegeben ist, mit vergleichsweise geringerer Ampere-Windungszahl
des Schreibsignals zu arbeiten.
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Diese Aufgabe wird bei einer wie im Oberbegriff des Patentanspruches
1 angegebenen Anordnung erfindungsgemäß gelöst, wie dies durch die Merkmale des
Kennzeichens des Anspruches 1 angegeben ist. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die Erfindung geht von der Kenntnis aus, daß bei Überlagerung des
Schreibstromes eines Magnetkopfes mit einem Hochfrequenzfeld die Möglichkeit besteht,
mit einem geringeren Schreibstrom auszukommen, wenn die Frequenz der überlagerten
Hochfrequenz-Magnetisierung um ein Mehrfaches, beispielsweise um das 4-fache, höher
ist als die höchste Frequenz des aufzuzeichnenden Schreibsignals. Seit Jahrzehnten
wird diese Technik bei Tonfrequenz-Aufzeichnungen auf Magnetband verwendet. Bei
heutigen Aufzeichnungen von Video-Signalen mit Bandbreiten bis zu 5 ##z ist diese
Technik jedoch schwer anwendbar, da die Frequenz des zu überlagernden Hochfrequenzfeldes
zu große Werte haben müßte, als daß sie noch in Magnetsohreibköpfen zu handhaben
wäre. Für die Aufzeichnung von Video-Signalen hat man daher bisher notgedrungen
nur Einfach-Köpfe mit Wicklungen mit einer Vielzahl von Windungen verwenden können.
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Um Signale mit derart großen Bandbreiten aufzeichnen zu können, sind
Video-Bandgeräte mechanisch so konstruiert worden, daß vorzugsweise zwei Einzelköpfe
mit hoher Winkelgeschwindigkeit rotieren und dabei an dem schräg zur Kreisbahn der
Köpfe an einer Trommel entlang geführten Magnetband entlang laufen. Es handelt sich
dabei um die bekannte Schrägspur-Aufzeichnung.
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Gemäß einem früheren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag ist es aber
auch möglich, Video-Signale ohne diesen mechanischen Konstruktionsaufwand mit insgesamt
voller Band-
bteite aufzuzeichnen, indem man das gesamte Video-Band
in Informationsanteile, z.B. einzelne Teilfrequenzbänder, zerlegt und diese einzelnen
Frequenzbänder simultan in mehreren, sozusagen endlosen, nebeneinander parallel
liegenden Spuren auf einem Magnetband aufzeichnet. Diese Aufzeichnung kann dann
mit Rücksicht auf die vergleichsweise wesentlich geringere Bandbreite für Jeweils
eine Spur mit erheblich verringerter Relativgeschwindigkeit zwischen Kopf und Band
erfolgen. Für eine solche Aufzeichnung benötigt man dann für jede einzelne der parallelen
Spuren eine Magnet-Schreibkopffunktion. Vorzugsweise wird man für eine Vielzahl
nebeneinanderliegender Spuren einen Mehrfach-Magnetschreibkopf verwenden, wie er
aus der eingangs angegebenen Druckschrift bekannt ist und der, damit technisch realisierbar,
in Dünnschicht-Technik und damit wiederum verbunden geringer Windungszahl ausgeführt
ist.
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Die integrierte Technik ermöglicht eine erhöhte Aufzeichnungsdichte.
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Die wie aus dem Patentanspruch hervorgehenden, zusätzlich vorzusehenden
Merkmale eines erfindungsgemäßen Mehrfach-Magnetschreibkopfes gewährleisten zum
einen eine ausreichende Einspeisung eines Hochfrequenz-Vormagnetisierungsfeldes
im Bereich des Schreibspaltes. Die vorgesehene magnetische Unterbrechung dient dazu,
einen Kurzschluß des Vormagnetisierungs-Hochfrequenzfeldes im magnetischen Kreis
bzw. Magnetjoch des Schreibkopfes auszuschließen. Mit Rücksicht darauf, daß diese
magnetische Unterbrechung eine gewisse Schwächung des aus der Schreibwicklung in
den Schreibkopf induzierbaren magnetischen Flusses mit sich bringt, empfiehlt es
sich, den magnetischen Widerstand dieser magnetischen Unterbrechung im Verhältnis
zum magnetischen Widerstand des erforderlichen Schreibspaltes gering zu halten.
Daß dadurch wiederum ein relativ starker Kurzschluß für das Hochfrequenz-Vormagnetisierungsfeld
mit ent-
sprechender Schwächung der Vormagnetisierungs-Reldstärke
im Schreibspalt einhergeht, ist jedoch unproblematisch, da für diese Vormagnetisierung
ausreichende Feldstärke bereitgestellt werden kann. Dies wiederum beruht darauf,
daß für eine Anzahl oder gar alle einzelnen Teilschreibköpfe des Mehrfach-Schreibkopfes
ein gemeinsames Magnetjoch der Einrichtung für die Vormagnetisierung vorgesehen
ist, auf dem dann eine Wicklung mit einer großen Windungszahl angebracht werden
kann, ohne daß dies einen technologischen Nachteil mit sich bringt.
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Das erfindungsgemäß vorgesehene Merkmal einer magnetischen Unterbrechung
im magnetischen Kreis des einzelnen Schreibkopfes ist von vorteilhafter Bedeutung
für die Tdeiterbil dung der Erfindung, bei der im Schreibspalt ein prinzipiell an
sich bekannter magnetoresistiver Streifen für das magnetoresistive Lesen angebracht
ist. Anstelle des magnetoresistiven Lesens kann auch ein auf dem Hall-Effekt beruhendes
Auslesen angewendet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dünnschicht-Vielfachmagnetkopfes
mit überlagerter Wechselstrom-Vormagnetisierung hervor.
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Fig.1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mehrfach-Eagnetkopf
mit zwei Magnetköpfen, wobei in dieser Darstellung der Ubersicnlichkeit halber nicht
alle Einzelheiten wiedergegeben sind.
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Fig.2 zeigt eine Seitenansicht eines Mehrfach-Magnetkopfes nach Fig.1,und
zwar im Längarhnitt durch einen einzelnen Magnetkopf, wobei in Fig.2 auch solche
Einzelheiten wiedergegeben sind, die in Fig.1 nicht dargestellt sind.
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Mit 1 ist ein erfindungsgemäßer Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf bezeichnet,
der vorzugsweise auf einer Platte 111 aus ferromagnetischem Material wie Ferritkeramik
bzw. auf einem mit einer magnetischen Schicht, z.B.
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Permalloy beschichteten, nicht-magnetischen Substrat, wie z.B. Si,
poliertes Al203, aufgebaut ist. Diese Platte 111 dient zugleich als magnetischer
Rückschluß, und zwar sowohl für die einzelnen Schreib- und Leseköpfe als auch für
das Magnetjoch der erfindungsgemäß vorgesehenen Hochfrequer.z-Vormagretisierung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich
auf der einen Oberfläche der Platte 111 eine dünne Schicht aus nicht-magnetischem
Material, wie z.B.
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Siliziumdioxid. Diese Schicht 112 bringt u.a. einen Abstand zwischen
der Platte 111 und anderen, noch zu erläuternden baulichen Einzelheiten mit sich,
die auf der Oberfläche dieser Schicht 112 angeordnet sind. Solche auf der Schicht
112 angeordnete Einzelheiten sind z.B. Magnetowiderstandsstreifen 31, 32 nebst Zuleitungen
und - davon durch eine weitere Isolierschicht (SiO2) getrennt -die !agnetUoche 51,
52 ... der einzelnen Schreibköpfe 11, 12 ... des integrierten Mehrfach-Magnetkopfes
1. Der bzw.
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die bereits erwähnten Abstände bilden den Schreibspalt 21, 22 ...
der einzelnen Schreibköpfe.
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Für das vorteilhafterweise verwendete magnetoresistive Auslesen bei
einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetkopfes dienen magnetoresistive
Streifen 31, 32 aus Permalloy, das in einer Dicke von ca. 30 nm als Schicht aufgebracht
ist. Diese magnetoresistiven Streifen 31, 32 sind hier nur andeutungsweise wiedergegeben.
In wie an sich bekannter Weise sind diese einzelnen Streifen 31, 32 ... angeschlossen,
z.B. über 0,5 /um dicke Zuleitungen aus aufgedampftem Gold.
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In der Querschnittsansicht der Fig.2 ist wieder die Platte 111 zu
sehen, auf der sich die Siliziumdioxid-Schicht 112 mit einer Dicke von z.B. 1/um
befindet. Das darüber befindliche Magnetjoch 61 hat einen Polschuh 511, der einem
Anteil der Platte 111 gegenüberliegt. Zwischen diesem Polschuh 511 und der Platte
111 ist der Schreib- und Lesespalt 21 mit dem darin eingebetteten magnetoresistiven
Streifen 31 für das Auslesen zu erkennen.
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In Fig.1 sind Leiter 41 und 42 für je einen Schreibkopf 11, 12 ...
zu sehen, die eine jeweilige Wicklung mit je nur einer Windung mit einer Dicke von
z.B. 11um bilden.
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Mit 141 und 142 sind die Anschlußenden einer dieser Wicklungen bezeichnet.
In Fig.2 ist der Leiter 41 dieser Wicklung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt;
er verläuft in dem mit 4 bezeichneten Bereich unterhalb des Magnetjoches 51 hindurch
und erzeugt im Magnet joch 51 zusammen mit der Platte 11 einen magnetischen Ringfluß,
der über den Schreib- und Lesespalt 21 hinweggeht. Dieser Magnetfluß geht auch über
die noch nachfolgend näher zu beschreibende magnetische Unterbrechung 121, die durch
den unterhalb des Anteils 521 des Magnetjoches 51 befindlichen Anteil der Schicht
112 gebildet ist.
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Mit B ist in Fig.2 das an den Magnetköpfen entlang laufende Magnetband
in Seitenansicht dargestellt, das an dem Spalt 21 entlang geführt wird und in das
das magnetische Streufeld hineinreicht, das aufgrund des Signalstromdurchflusses
durch die Wicklung 41 erzeugt wird.
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Erfindungsgemäß ist eine Hochfrequenz-Vormagnetisierung vorgesehen,
zu der ein für alle einzelnen Magnetköpfe des erfindungsgemäßen Dünnschicht-Mehrfach-Magnetkopfes
gemeinsames Magnetjoch 6 gehört. Dieses hat einen Polschuh 61, mit dem es einen
magnetischen Kontakt mit den einzel-
nen Jochen 51, 52 ... der
Schreibköpfe hat. Ein zweiter Polschuh dieses Magnetjoches ist mit 62 bezeichnet.
Mit 7 ist eine um einen Schenkel des gemeinsamen Magnetjoches 6 herumgelegte Wicklung
zur Einspeisung des Hochfrequenzstromes der Vormagnetisierung bezeichnet. Das aufgrund
eines Stromflusses durch die Wicklung 7 im Magnetjoch 6 erzeugte Magnetfeld erfährt
seinen Rückschluß über die bereits erwähnte Platte 111. Dieser Magnetfluß verläuft
im Bereich der Schreib- und Leseköpfe 11, 12 ... (siehe auch Fig.2) sowohl über
den Schreib- und Lesespalt 21 als auch über die schon oben erwähnte magnetische
Unterbrechung 121 hinweg. Es sei angemerkt, daß diese Unterbrechung 121 zwischen
dem Magnetjoch 61 und der als Rückschluß dienenden Platte 111 für den Schreibvorgang
allein, d.h. ohne Hochfrequenz-Vormagnetisierung, nicht erforderlich wäre. Für den
magnetischen Schluß des Schreib- und Lesekopfes wäre es vielmehr günstiger, wenn
dort überhaupt kein Spalt 121 bestehen würde, sondern ein magnetischer Kurzschluß
zur Platte 111 hin vorliegen wi#rde. Dieser würde aber für das Hochfrequenz-Vormagnetisierungsfeld
des erfindungsgemäß gemeinsamen Magnetjoches 6 mit dem Polschuh 61 ein als Kurzschluß
wirkender magnetischer Nebenschluß zur Platte 111 hin sein, der praktisch kein Vormagnetisierungsfeld
im Schreib- und Lesespalt 21 entstehen lassen würde. Der Spalt 121 ist somit ein
Kompromiß in der erfindungsgemäßen Anordnung, nämlich einerseits für das Schreiben
mit dem Schreibkopf ausreichenden magnetischen Rückschluß in diesem zu erreichen
und andererseits für die Hochfrequenz#Vormagnetisierung keinen zu großen magnetischen
Nebenschluß zum Schreib- und Lesespalt 21 zu haben.
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An sich könnte anstelle eines Polschuhes 62 auch ein unmittelbarer
magnetischer Kurzschluß zur Platte 111 vorliegen.
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Die vorgesehenen Magnetjoche 51, 52 ... der Schreibköpfe sind vorteilhafterweise
aus lamelliertem Permalloy mit einer Dicke von z.B. 1 bis 10/um aufgebaut. Der Aufbau
kann z.B. nach einem aus IEEE Transactions MAG 9 (1973), Seite 322 bekannten Verfahren
erfolgen.
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Die Lamellierung wird durch entsprechend häufigen Wechsel von ca.
200 nm dicken Permalloy-Schichten und ca. 2C nm dicken Isolierschichten aus Siliziumdioxid
oder Aluminiumoxid erreicht.
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Das Joch 6 kann z.B. aus Ferritkeramik bestehen und mit einer zahlreiche
Windungen aufweisenden Wicklung 7 aus Kupferdraht versehen sein. Mit dem Magnetband
B tritt es nicht in Berührung. Die Wicklung-ist so bemessen, daß in der am Kopf
anliegenden Schicht des Magnetbandes B ein Magnetfeld mit 250 bis 450 Amp/cm vorliegt.
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6 Patentansprüche 2 Figuren