DE2819208C2 - Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf zur Bandaufzeichnung von Hochfrequenzsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrfach-Dünnschicht-Magnelkopf, wie er im Oberbegriff des Patentanspruches I angegeben ist.

Aus IEEE Transactions on Magnetics. BcI. MAG 12, Nr.6, Nov. 1976, Seiten 716-1 ... sind Mehrfach-Magnetkopf bekannt. Ils handeil sich dabei um Magnetköpfe mit induktivem 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 Lescsignal durchführbar ist. Zum magnetoresistivem Lesen sei auch noch auf Philips Tcchn. Rundsch.37.47-55 (1977/78), Nr. 2/3 hingewiesen.

Die obengenannte Druckschrift beschreibt in Einzelheiten Dünnschicht-Magnetköpfe, wobei insbesondere auf die dort wiedergegebene F j g. 1B hinzuweisen ist.

H Die Druckschrift gibt auch Hinweise auf mögliche Herstellungsverfahren und für Größenabmessungen auch bei der Erfindung in Betracht kommender Dünnschicht-Magnetköpfe.
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

ίο Anzahl von sechs Windungen ist jedoch relativ groß im Hinblick auf die Tatsache, daß der Feldbeitrag der hinteren Windungen nur noch teilweise die Streufeldeffektc im Innern des den magnetischen Kreis bildenden Kopfspaltes erreicht, weil er sich wegen des relativ ge-

r> ringen 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 müs-

4» sen für ein ausreichend großes Schreibsignal mit beträchtlich großen Strömen gespeist werden, die wiederum im Hinblick auf Wärmeerzeugung problematisch sind.

Aus der US-PS 39 87 488 ist zwar bereits ein Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf bekannt, der mit einem Hochfrequenz-Vormagnetisierungsfeld im Schreibspalt und dadurch mit vergleichsweise kleinem Schreibsignal arbeitet, jedoch soll dadurch lediglich die übermäßige Erwärmung der die Schreibsignale einspeisenden Ver-

-A) stärker vermieden werden. Neben einer Windung für die Schrcibsignale ist deshalb eine für alle Schreibköpfe in Reihe geschalteten weitere Windung für das Vormagnctisicrungsfcld in den Schreibköpfen vorgesehen. Die Wärmeerzeugung in den Schrcibköpfen bleibt dabei

μ weiter problematisch.

Aus der US-PS 38 10 191 ist eine Magnetkopfanordnung bekannt, bei der ein gemeinsames Magnetjoch mit abgesetzter Vormagnctisierungswicklung vorhanden ist. Dieses gemeinsame Magnetjoch ist mil den einzel-

Mi nen Kernkreisen mehrerer Schreibköpfe gekoppelt. Weiter ist ein Rückflußkern über einen zusätzlichen Riickspalt angekoppelt. Bei dieser bekannten Magnetkopfanordnung befinden sich das gemeinsame Magnetjoch und der Rückflußkern auf verschiedenen Seiten des

h^r> Aufzcichnungsmcdiums. Den einzelnen Schreibköpfen diametral cnigcgengcsci/i weist das gemeinsame Magnetjoeh für Jas Auf/cichnungMnedium eine große Berührungsfläche auf. welche zusammen mit dem Rück-

flußkern einen großen Abrieb des Aufzeichnungsmediums hervorruft Mit einer solchen bekannten Magnetkopfanordnung, bei welcher sowohl die magnetischen Kreise der Schreibköpfe als auch der gemeinsame Vormagnetisierungskreis zu beiden Seiten des Aufzeichnungsmediums verlaufen, ermöglicht keine Aufzeichnung mittels Streufeldern von Magnetköpfen. Selbst wenn in einer Magnetkopfanordnung nach der US-PS 381019t Magnetköpfe verwendet werden würden, welche eine Aufzeichnung mittels Streufelder ermöglichen würden, wäre eine Aufzeichnung mit einer solchen Anordnung unbefriedigend, weil dann die Streufelder solcher Magnetköpfe unrt das Vormagnetisierungsfeld des gemeinsamen Vormagnetisierungskreises räumlich verschiedene Verteilungen hätten.

Aus der japanischen Patentschrift 10 36 529 ist eine Magnetkopfanordnung mit besonderen Wicklungen für den Signalkreis und den Vormagnetisierungskreis bekannt, bei dem die magnetischen Flüsse der beiden Wicklungen über denselben Luftspak und die Magnetschenkel verlaufen, an dem das Magnetband entianggieitet, und bei dem die magnetischen Kreise der beiden Wicklungen im wesentlichen nur den Luftspalt und die zugehörigen Polschuhe gemeinsam haben, wobei zusätzlich Mittel angewendet sind, die bewirken, daß jedem der beiden magnetischen Flüsse der Weg durch die nicht zugehörige Wicklung derart gesperrt ist, daß höchstens ein zu vernachlässigender Teilfluß über die nicht zugehörige Wicklung verlaufen kann. Bei Ausführung eines aus dieser deutschen Patentschrift bekannten Magnetkopfes in Dünnschicht-Technik bleibt die Wärmeerzeugung in den Schreibköpfen ebenfalls problematisch.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung für einen Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist, zu finden, durch die die Wärmeerzeugung im Bereich der Schreibköpfe wesentlich herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf erfindungsgemäß gelöst, wie dies durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs I angegeben ist. Im Gegensatz zu dem aus der US-PS 39 87 488 bekannten Mehrfach-Dü;inschicht-Magnetkopf wird gemäß der Erfindung das Vormagnetisierungsfeld in einem zusätzlichen Magnetjoch mit einer Erregerwicklung erzeugt und über einen Polschuh magnetisch in die Schreibkcpfe eingespeist. Eine Erwärmung der Schreibköpfe durch den Strom für das Vormagntisierrngsfeld entfällt.

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 4fache, 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 MHz ist diese Technik jedoch schwer anwendbar, da die Frequenz des zu überlagernden Hochfrequenzfeldes zu große Werte haben müßte, als daß sie noch in Magnetschreibköpfen zu handhaben wäre. Füi die Aufzeichnung von Video-Signalen hat man daher bisher notgedrungen nur Einfach-Köpfe mit Wicklungen mit einer Vielzahl von Windungen verwenden können.

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 entlanggeführten Magnetband entlanglaufen. Es handelt sich dabei um die bekannte Schrägspur-Aufzeichnung.

Gemäß einem früheren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag ist es aber auch möglich, Video-Signale ohne diesen mechanischen Konstruktionsaufwand mit insgesamt voller Bandbreite 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 <r?it 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. Die integrierte Technik ermöglicht eine erhöhte Aufzeichnungsdichte.

Der erfindungsgemäße Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf gewährleistet eine ausreichende Einspeisung eines Hochfrequenz-Vormagnetisierungsfeldes im Be-

J5 reich 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 Unterhrcchung 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. Das dadurch wiederum ein relativ starker Kurzschluß für das Hochfrequenz-Vormagnetisiei ungsfeld mit entsprechender Schwächung der Vormagnetisierungs-Feldstärke 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-Dünnschicht-Magnetkopfes ein gemeinsames Magnetjoch der Einnchtung für die Vormagnetisierung vorgesehen ist, auf dem dann eine Wicklung mit einer großen Windungszahl angebracht werden kann, ohne daß dies einen technologischen Nachteil mit ^ich bringt.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der

M) Unteransprüche. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßei: Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopfes mit überlagerter Wechselsirom-Vormagnetisierung näher beschrieben.

Fig. I zeigt eine Diaufsieht auf einen erfindungsge-

bi mäßen Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf mit zwei Magnetköpfen, wobei in dieser Darstellung der Übersichtlichkeit halber nicht alle Einzelheiten wiedergegeben sind.

F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Mehrfach-Dünnschicht-Msignetkopfes nach F i g. 1, und zwar im Längsschnitt durch einen einzelnen Magnetkopf, wobei in F i g. 2 auch solche Einzelheiten wiedergegeben sind, die in F i g. i nicht dargestellt sind.

Mit 1 ist ein erfindungsgemäßer Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf bezeichnet, der vorzugsweise auf einer Piatue 111 aus ferromagnetischem Material wie Ferritkeramik bzw. auf einem mit einer magnetischen Schicht, z. B. Permalloy beschichteten, nicht-magnetischen Substrat, wie z. B. Si, poliertes AbOj, aufgebaut ist. Diese Platte 111 dient zugleich als magnetischer Rückschluß, und zwar sowohl für die einzelnen Schreibund Leseköpfe als auch für das Magnetjoch der vorgesehenen Hochfrequenz-Vormagnetisierung.

Auf der einen Oberfläche der Platte 111 befindet sich eine dünne Schicht 112 aus nicht-magnetischem Material, wie z. B'. Siliziumdioxid. Diese Schicht 112 bringt u. a. ciricri Abstand zwischen der Platte 11! 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 (SiOi) getrennt — die Magnetjoche 51,52... der einzelnen Schreibköpfe 11,12... des integrierten Mehrfach-Magnetkopfes 1. Der bzw. die bereits erwähnten Abstände bilden den Schreibspalt 21, 22 ... der einzelnen Schreifaköpfc.

Für das vorteilrnfterweise verwendete magnetoresistive Auslesen bei einer Ausführungsform des in Rede stehenden 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 03 lim dicke Zuleitungen aus aufgedampftem Gold.

In der Querschnittsansicht der F i g. 2 ist wieder die Platte Ul zu sehen, auf der sich die Siliziumdioxid-Schicht 1ί2 mit einer Dicke von z. B. 1 μπι 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.

In Fi g. 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. 1 μιη bilden. Mit 141 und 142 sind die Anschlußenden einer dieser Wicklungen bezeichnet. In F i g. 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 Magnetjoch 51 zusammen mit der Platte 11 einen magnetischen Ringfluß, der über den Schreib- und Lcsespalt 21 hinweggeht Dieser Magnetfluß geht auch über die noch nachfolgend näher zu beschreibende magnetische Unterbrechung 121, die durch den unterhalb des Anteils 5:21 des Magnetjoches 51 befindlichen Anteil der Schicht 112 gebildet ist

Mit B ist in F i g. 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 SiEnalstromdurchflusses durch die Wicklung 41 erzeugt wird.

Es 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 6), mit dem es einen magnetischen Kontakt mit den einzelnen 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 F i g. 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 würde. Dieser würde aber für das Hochfrequenz-Vormagnetisierungsfeld des erfindungsgernäß gemeinsamen Magnctjcches 6 mit dem Polschuh

jo 61 ein als Kurzschluß wirkender magnetischer Nebenschluß zur Platte 111 hin sein, der praktisch kein Vormagnctisierungsfeld im Schreib- und Lesespalt 21 entstehen lassen würde. Der Spalt 121 ist somit ein Kompromiß um 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.
An sich könnte anstelle eines Polschuhes 62 auch ein unmittelbarer magnetischer Kurzschluß zur Platte 111 vorliegen.

Die vorgesehenen Magnetjoche 51, 52 ... der Schreibköpfe sind vorteilhafterweise aus lamelliertem Permalloy mit einer Dicke von z. B. 1 bis 10 μπι aufgebaut. Der Aufbau kannz. B. nach einem aus IEEE Transactions MAG 9 (1973), Seite 322 bekannten Verfahren erfolgen.

Die Lamellicrung wird durch entsprechend häufigen Wechsel von ca. 200 nm dicken Permalloy-Schichten und ca. 20 nm dicken Isolierschichten aus Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid erreicht.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mehrfach-Dünnschicht-Magnetkopf zur Bandaufzeichnung von Hochfrequenzsignalen, bestehend aus mehreren einzelnen Schreibköpfen, die jeweils eine Wicklung mit nur wenigen Windungen haben, wobei ein jeder Schreibkopf einen Magnetspalt hat, sowie einer gemeinsamen Einrichtung zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Vormagnetisierungsfeldes in den einzelnen Schreibspalten, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Einrichtung (6) für eine Anzahl der Schreibköpfe (11,12...) ein gemeinsames Magnetjoch (6) mit abgesetzter Erregerwicklung (7) hat, wobei das gemeinsame Magnetjoch (6) und der magnetische Rückschluß des gemeinsamen Vormagnetisierungskreises sich auf ein und derselben Seite des Magnetbandes befinden, wobei der Polschuh (61) des gemeinsamen Magnetjoches (6) mit den einzelnen Magnetjochen (51, 52 ...) dieser Anzahl der Dünnschicht-Magnetköpfe (11,12...) magnetisch derart gekoppelt und in bezug auf den Schreibspalt (21, 22 ...) derart angeordnet ist, daß der von dem gemeinsamen Magnetjoch (6) des gemeinsamen Vormagnetisierungskreises in die einzelnen magnetischen Kreise der Dünnschicht-Köpfe (11, 12 ...) eingespeiste hochfrequente magnetische Fluß nur über diesen Schreibspalt (21, 22 ...) als Streufluß auf das Magnetband (B) einwirkt, wobei diese einzelnen magnetischen Kreise der Dünnschicht-Magnetköpfe (11, 12 ...) zusätzlich zu dem Schreibspalt (21, 22 ...) je eine magnetische Unterbrechung (121) haben, Jie zum Schreibspalt (11,12...) diametral entgegengesetzt angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspru ;i 1, gekennzeichnet dadurch, daß der magnetische Widerstand der einzelnen magnetischen Unterbrechungen (121) der magnetischen Kreise kleiner als der magnetische Widerstand des jeweiligen Schreibspaltes isi.

3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Windungen der einzelnen Wicklungen (41, 42 ...) der Magnet-Schreibköpfe (11,12...) in einer Ebene angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet dadurch, daß die Schreibköpfe Ein-Windungsköpfe sind.

5. Anordnung nach Anspruch I, 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Anieil der die einzelnen magnetischen Kreise der Dünnschicht-Schreibköpfc bildenden Magnetjoche (51, 52 ...) eine gemeinsame, einen Rückschluß bildende ferromagnetische Platte (111) ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß in den einzelnen Schreibspalten jeweils ein an sich bekannter magnctoresistiver Streifen (31, 32 ... ) für das Auslesen eines Signals aus dem Magnetband (B) vorgesehen ist.