DE2825890A1

DE2825890A1 - Verfahren zum elektrolytischen aetzen von ferritkoerpern

Info

Publication number: DE2825890A1
Application number: DE19782825890
Authority: DE
Inventors: Tomio Kobayashi; Hidesuke Miyairi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-06-14
Filing date: 1978-06-13
Publication date: 1979-01-04
Also published as: FR2428690B1; FR2428690A1; GB2000190A; US4214960A; JPS6047725B2; GB2000190B; NL7806433A; JPS544398A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Ätzen von Ferritkörpern.

Bei der Herstellung von magnetischen Ferritwandlerköpfen bzw. Ferritmagnetköpfen ist es beispielsweise erforderlich, das den Magnetkopfkern bildende Ferritausgangsmaterial mit Nuten oder Kerben zu versehen. Eine bislang angewandte Methode besteht darin, ein Ferritblockpaar durch Schleifen mit Nuten oder Einschnitten zu versehen und die Ferritblöcke durch Verkleben miteinander zu verbinden. Bei dieser mechanischen Bearbeitung ist jedoch die erzielbare dimensionsmäßige Genauigkeit nicht ausreichend groß. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn Videomagnetköpfe hergestellt werden sollen, die eine sehr hohe Genauigkeit besitzen müssen. Demzufolge ist es schwierig, in wirtschaftlicher Weise Magnetköpfe mit gleichmäßigen Eigenschaften herzustellen. Weiterhin werden bei der mechanischen Bearbeitung in dem Kopf Fehler, wie Restverzerrungen, verursacht und die magnetischen Eigenschaften des Ferrits beeinträchtigt. Schließlich ist es bei der mechanischen Bearbeitung nur beschränkt möglich, Magnetköpfe beliebiger Gestalt herzustellen.

Eine weitere angewandte Verfahrensweise ist die chemische Ätzmethode. Bei dieser Methode verwendet man eine stark konzentrierte Säure, wie eine 50%ige wäßrige Chlorwasserstoff säure oder konzentrierte Phosphorsäure. Wenn man Phosphorsäure verwendet, muß sie auf eine Temperatur von etwa 50°C erhitzt werden, um eine ausreichend hohe Ätz-

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geschwindigkeit zu erreichen.

Bei der üblicherweise angewandten chemischen Ätzmethode wird ein gegen das Ätzmittel beständiger Abdecklack auf den Ferritkörper aufgetragen, worauf ein geeignetes Muster photographisch auf den Abdecklack aufgebracht und selektiv durch Entwickeln entfernt wird, so daß auf dem Ferritkörper eine das gewünschte Muster bildende Maske zurückbleibt. Dann wird dieser Körper mit der Säure an jenen Bereichen geätzt, in denen der Abdecklacküberzug durch das Entwicklungsverfahren entfernt worden ist. Bei diesem chemischen Ätzen erfolgt jedoch ein starkes Unterschneiden oder seitliches Ätzen, da das Ätzmittel unter die Abdecklackschicht in den Ferritkörper eindringt und das Ätzen über die Grenzen des gewünschten Musters hinaus bewirkt. Es ist daher schwierig, mit Hilfe der chemischen Ätzmethode eine tiefe Nut in einem Ferritkörper zu bilden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung von Nuten, Kehlen,Kerben oder Einschnitten in Ferritkörpern anzugeben, mit dem es gelingt, das Unterschneiden oder seitliche Ätzen auf einem Minimum zu halten und die Oberflächenrauhigkeiten weitgehend zu unterdrücken. 25

Diese Aufgabe wird nun mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Hauptanspruch gelöst.

Bei diesem Verfahren wird der Ferritkörper als Kathode unter gesteuerten Bedingungen in einen in einer Elektrolysezelle vorliegenden ätzenden Elektrolyten eingebracht und in Gegenwart einer im Abstand zu diesem Ferritkörper ebenfalls in den Elektrolyten eingebrachten Elektrode selektiv geätzt, wobei die freiliegende oder dem Angriff ausgesetzte Oberfläche des Ferritkörpers zu der Ober-

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fläche der Elektrode in einem bestimmten Verhältnis steht und eine Gleichspannung zwischen dem Ferritkörper und der Elektrode während einer Zeitdauer angelegt wird, die dazu ausreicht, den gewünschten Ätzvorgang ablaufen zu lassen, wobei der Ferritkörper in Bezug auf die Elektrode auf einer negativen Spannung liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Konzentration des Elektrolyten, das Verhältnis von der dem Angriff des ätzenden Elektrolyten ausgesetzten Oberfläche des Ferritkörpers zu der Oberfläche der Elektrode ebenso wie die angelegte Gleichspannung gesteuert, wodurch das Unterschneiden oder seitliche Ätzen auf einem Minimum gehalten wird und Oberflächenrauhigkeiten weitgehend vermieden werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein ätzender Elektrolyt bzw. eine ätzende Elektrolytlösung mit einer Konzentration von 0,005 bis 10 Mol/l der Lösung eingesetzt, man arbeitet bei einem Verhältnis von der dem Angriff ausgesetzten Oberfläche des Ferritkörpers zu der Oberfläche der Elektrode von weniger als 10 und legt eine Gleichspannung von 3 bis 20 V zwischen dem Ferritkörper und der Elektrode an.

25

Im folgenden sei die Erfindung näher anhand der beigefügten Zeichnungen und der Beispiele erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine Vorderansicht von zwei Ferritkernblöcken in zusammengebautem Zustand,

Fig. 2 eine Hinteransicht der in der Fig. 1 dargestellten Ferritkernblöcke,

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Fig. 3 und 4 Schnittansichten längs der Linien III-III bzw. IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Magnetkopfs, der durch entsprechendes Zerschneiden des in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ferritblocks gebildet worden ist,

Fig. 6 und 7 schematische Ansichten in stark vergrößertem Maßstab, die den Verfahrensablauf der chemisehen Methode näher erläutern,

Fig. 8 eine schematische Darstellung der für das erfindungsgemäße Verfahren zum elektrolytischen Ätzen von Ferritkörpern angewandten Vorrichtung,

Fig. 9 eine Mikrophotographie einer durch das erfindungsgemäße selektive Ätzen gebildeten Nut,

Fig. 10 eine diagrammartige Ansicht zur Verdeutlichung der verschiedenen Bereiche der in der Fig. 9 dargestellten Mikrophotographie,

Fig. 11 eine Mikrophotographie einer mit Hilfe eines herkömmlichen chemischen Ätzverfahrens gebildeten selektiv geätzten Nut,

Fig. 12 eine diagrammartige Darstellung zur Verdeutlichung der in der Fig. 11 dargestellten Mikrophoto-

25

graphie,

Fig. 13 und 14 Kurven, die die Beziehung des Ätzfaktors zu den bei dem Ätzverfahren angewandten Parametern verdeut1ichen, und

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.

Im folgenden sei die herkömmliche Methode zur Ausbildung von Spalten oder Nuten in Ferritmagnetköpfen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 verdeutlicht. Man geht

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zunächst von einem Paar von Ferritkernblöcken 1 und 2 aus, die mit Hilfe eines Klebstoffs über die einander gegenüberliegenden Oberflächen 1a und 2a verbunden sind. Auf der Oberfläche 1a des Blocks 1 befindet sich eine Vielzahl von die Spurbreite definierenden Nuten 3. Diese Nuten 3 sind parallel zueinander in bestimmtem Abstand angeordnet. Jede Nut erstreckt sich zwischen den Oberflächen 1b und 1c des Blocks 1, die in Längsrichtung an die Oberfläche 1a angrenzen. Der Block 2 ist auf seiner Oberfläche 2a mit einer Wicklungsnut 4 versehen, die in der Nähe der Oberfläche 2b entsprechend der Oberfläche 1b des Blocks 1 angeordnet und im Abstand von der Oberfläche 2b vorgesehen ist, und die Tiefe eines Magnetspalts definiert, der sich in einer jede Nut 3 kreuzenden Richtung erstreckt. Der Block 2 ist ferner mit einer Kerbe 5 versehen, die in der Richtung der Nut 4 an der Kante zwischen den Oberflächen 2a und 2c, die der Oberfläche 1c des Blocks 1 entspricht, angeordnet ist.

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Die Blöcke 1 und 2 sind derart angeordnet, daß ihre Oberflächen 1a und 2a einander gegenüberliegen, wobei die Oberflächen 1c und 2c nach oben und die Oberflächen 1b und 2b nach unten gerichtet sind. Dann werden (in der Zeichnung nicht dargestellte) Glasstäbe in die Kerbe bzw. die Nut 4 eingebracht, worauf die Blöcke 1 und 2 erhitzt werden, bis die Glasstäbe schmelzen und das Glasmaterial in die Nuten 3 zwischen den Oberflächen 1a und 2a fließen und die Blöcke 1 und 2 unter Bildung eines einzigen Körpers verbinden.

Die in dieser Weise verbundenen Blöcke 1 und 2 werden dann derart zerschnitten, daß sich jede Schnittlinie durch die Nut 3 erstreckt, wie es in den Fig. 1, 2 und 4 durch die strichgepunkteten Linien dargestellt ist. Anschliessend wird eine Wicklung 6 durch die Nut 4 an dem zer-

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schnittenen Block 2 unter Bildung des in der Fig. 5 dargestellten Magnetkopfs angebracht. In dieser Fig.5 stehen die Bezugsziffer 8 für das in der Nut 3 abgeschiedene Glasmaterial, die Bezugsziffer 9 für den einen aus dem Block 1 gebildeten Halbkern und die Bezugsziffer 10 für den aus dem Block 2 gebildeten anderen Halbkern. Zwischen den Halbkernen 9 und 10 erstreckt sich der angestrebte Magnetspalt g, dessen Länge in der Richtung der Spurbreite durch die Nuten und dessen Tiefe durch die Nut 4 bestimmt werden.

Wie bereits erwähnt, ergibt diese mechanische Herstellungsweise zur Ausbildung der Nuten in den Ferritköpfen keine ausreichende Genauigkeit und ist hinsiehtlieh der angestrebten geometrischen Gestaltung beschränkt.

Zur Überwindung dieser Nachteile wurde ein chemisches Ätzverfahren vorgeschlagen, das im folgenden anhand der Fig. 6 und 7 erläutert werden soll. Zunächst wird eine Abdecklackschicht 11 auf den Ferritkörper 15 aufgetragen, und zwar so, daß sie ein vorbestimmtes Muster, wie das in der Fig. 6 dargestellte Fenster 11a, an der Stelle besitzt, an der die Nut oder der Einschnitt in dem Ferritkörper 15 ausgebildet werden soll. Diese Ätzmaske 11 wird beispielsweise dadurch gebildet, daß man ein lichtempfindliches Harz auf den Ferritkörper 15 aufbringt, die Harzschicht photographisch belichtet und üblicherweise mit Hilfe eines Lösungsmittels entwickelt, so daß man ein das Fenster 11a

aufweisendes vorbestimmtes Muster erhält. Anschließend wird, wie es in der Fig. 7 dargestellt ist, der Ferritkörper 15 durch das Fenster 11a des Abdecklacks 11 mit Hilfe einer hochkonzentrierten Säure geätzt. In dieser Weise wird eine Nut oder Vertiefung 12 in dem

Ferritkörper 15 gebildet. Die durch das saure Ätzmittel

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gebildete Nut 12 besitzt relativ große sogenannte Seitenätzbereiche oder Unterschneidungen, die dadurch gebildet werden, daß das Ätzmittel von dem Rand des Fensters 11a aus unter den Abdecklack 11 in den Ferritkörper eindringt. Wenn die Tiefe der Nut 12, wie in der Fig. 7 dargestellt, mit dem Bezugszeichen D versehen wird, und die Breite der Seitenätzung oder der Unterschneidung in seitlicher Richtung mit dem Bezugszeichen R versehen wird, wie es in der Fig. 7 darge- stellt ist, entspricht der Ätzfaktor, der als das Verhältnis D/R definiert ist, häufig einem Wert von weniger als 1. Demzufolge ist es schwierig, mit Hilfe des chemischen Ätzverfahrens eine tiefe Nut in einem Ferritkörper zu bilden. Es ist dabei schwierig, die Nuten 3, die die Spurbreite festlegen, die Nut 4 für die Wicklung 6 oder die Kerbe 5 mit einer Tiefe von mehr als etwa 10 μπι, zu bilden. Weiterhin ist der Abdecklack 11 bei erhöhten Temperaturen gegen Säuren nicht besonders beständig, so daß diese Verfahrensweise nicht stets dazu angewandt werden kann, Nuten mit einer gewünschten Tiefe auszubilden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das im folgenden anhand der Fig. 8 erläutert werden soll, wird ein ätzender Elektrolyt 14 vorgesehen, in den die zu behandelnden Ferritkörper 15 und in einem vorbestimmten Abstand dazu eine Elektrode 16, die beispielsweise aus Platin besteht, eingebracht werden. In diesem Fall wird eine Gleichspannung von 3 bis 20 V zwischen den Ferritkörpern 15 und der Elektrode 16 angelegt, wobei die Ferritkörper in Bezug auf die Elektrode 16 auf einem negativen Potential liegen. Die Spannung kann ständig oder intermittierend angelegt werden.

5 Die Bereiche der zu behandelnden Ferritkörper 15, die den Nuten 3 zur Definition der Spurbreite, der Nut 4

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zur Aufnahme der Wicklung 6 und der Kerbe 5 entsprechen, sind über die Fenster 11a freigelegt und gegenüber einem Angriff durch das Ätzmittel zugänglich, während die anderen Bereiche des Ferritkörpers 15 mit einer gegen das Ätzmittel beständigen Abdecklackschicht 11 bedeckt sind, wie es in Bezug auf die Fig. 6 beschrieben wurde. Die Ferritkörper 15 stehen in elektrischem Kontakt mit einem leitenden Körper 17, der beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder dergleichen gebildet ist, zwischen welchem und der Elektrode 16 eine Gleichspannungsquelle V_c angeordnet ist. Das

Verhältnis zwischen der freiliegenden Oberfläche S„

des Ferritkörpers 15 (wobei dann, wenn der Abdecklack 11 den Ferritkörper 15 bedeckt, die freiliegende Oberfläche S der gesamten Oberfläche des Ferritkörpers 15 entspricht, die über die Fenster 11a freiliegt bzw. dem Angriff des ätzenden Elektrolyten unterliegt) und der Oberfläche S„ der gegenüberliegenden Elektrode 16 ist dabei geringer als 10. Die Konzentration des ätzenden Elektrolyten 14 liegt in einem Bereich von 0,005 bis 10 Mol/l. Die in der Fig. 8 dargestellte Bezugsziffer 18 steht für einen Rührer, wie einen Magnetrührer, zum Rühren des ätzenden Elektrolyten 14.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Man poliert die Oberfläche eines Mn-Zn-Ferrit-Einkristalls, der 25 Mol-% MnO, 25 Mol-% ZnO und 50 Mol-% Fe^O., enthält, bis zur Ausbildung eines Spiegelglanzes und beschichtet sie dann mit einem Negativ-Ätzabdecklack aus einem Harz auf Kautschukgrundlage. Durch übliche Belichtungs- und Entwicklungs-Methoden bildet man Ätzfenster mit gleichmäßiger Breite und einer geraden Bandform. Dann taucht man den mit dem Abdecklack be-809881/0848

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schichteten Ferritblock and eine Elektrode aus Platin in eine bei Raumtemperatur gehaltene wäßrige Phosphorsäurelösung mit einer Konzentration von 0,2 Mol/l. Man legt eine Gleichspannung von 6 V zwischen die Elektrode und den Ferritkörper an, wobei der Ferritkörper in Bezug auf die Elektrode auf einer negativen Spannung liegt, und führt das elektrolytische Ätzen während 11 Minuten durch.

Der mit Hilfe des beschriebenen elektrolytischen Ätzverfahrens erzielte Ätzfaktor D/R, die Ätzgeschwindigkeit und das Auftreten von konkaven oder konvexen Oberflächen bei irgendwelchen vorhandenen Seitenätzbereichen werden mit den entsprechenden Ergebnissen herkömmlicher Ätzmethoden verglichen und sind in der nachstehenden Tabelle I aufgeführt.

20

25

Beispiel 1

Vergleichsbeispiel 1

Vergleichsbeispiel 2

. Tabelle I

Ätzfaktor Ätzgeschwindig-D/R keit (pm/min)

2-3 1/5-1/6

1/5-1/6

4,5
1

0,5

Konkavität oder Konvexität der Seitenätzung

praktisch keine 5 pm

5 pm

30

35

Die in der Tabelle I angegebenen Vergleichsbeispiele 1 und 2 führt man unter Anwendung eines Abdecklacks ähnlich des in Beispiel 1 verwendeten, jedoch unter Anwendung einer herkömmlichen chemischen Ätzmethode, durch. Bei dem Vergleichsbeispiel 1 verwendet man eine 36%ige wäßrige Chlorwasserstoffsäure bei Raumtemperatur, während

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man bei dem Vergleichsbeispiel 2 eine bei 6O°C gehaltene wäßrige Phosphorsäure einsetzt, die mehr als 85% Phosphorsäure enthält. Das chemische Ätzen wird während 3 Minuten durchgeführt.
5

Wie aus der obigen Tabelle I zu ersehen ist, erzielt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Ätzfaktor , der gegenüber den mit Hilfe der herkömmlichen chemischen Ätzmethoden gebildeten um den Faktor 12 bis 15 größer ist. Somit kann man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine relativ tiefe, jedoch enge Nut durch Ätzen bilden.

Weiterhin ist die Ätzgeschwindigkeit wesentlich größer als man sie bei dem herkömmlichen chemischen Ätzverfahren erzielen kann, was aus industrieller Sicht von erheblichem Vorteil ist.

Weiterhin läßt sich erfindungsgemäß ein wesentlich schärferes Ätzmuster erzielen, indem bei dem herkömmlichen Verfahren das Seitenätzmuster oder der Randbereich, an dem die Oberfläche des Ferritblocks auf den Rand der geätzten Nut stößt, einen entweder konvexen oder konkaven Bereich mit einer Breite von etwa 5 μπι aufweist, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren

solche konvexen und konkaven Oberflächen praktisch vollständig vermieden werden. Somit kann man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr feine Muster mit hoher Genauigkeit ätzen.

30

Während in dem obigen Beispiel ein negativer lichtempfindlicher Abdecklack auf der Grundlage eines Kautschukharzes eingesetzt wird, kann man auch andere Ätzabdecklacke verwenden, wie positive lichtempfindliche Abdecklacke auf der Grundlage von Novolakharzen, im Vakuum

abeschiedene SiO₂~Schichten, aufgespritzte SiO₂-Schichten

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und dergleichen.

Beispiel 2

Auf einem Mn-Zn-Ferrit-Einkristall bildet man nach der Verfahrensweise von Beispiel 1 eine Abdecklackschicht mit dem gleichen Muster, und verwendet als ätzenden Elektrolyten eine Phosphorsäure mit einer Konzentration von 0,1 Mol/l. Unter Verwendung der Spannungsquelle V arbeitet man bei einer Gleichspannung von 4 V und führt das elektrolytische Ätzen während 20 Minuten durch.

In der Fig. 9 ist eine 400-fach vergrößernde Mikrophotographie dargestellt, die den dem elektrolytischen Ätzverfahren unterworfenen Ferritkörper zeigt, wobei der Abdecklack entfernt ist. Fig. 10 zeigt ein Diagramm, das zur Erläuterung der in der Fig. 9 dargestellten Mikrophotographie dient. Der in der Fig. 10 mit der Bezugsziffer 20 dargestellte Bereich des Ferritkörpers 15 ist ein Halbbereich, in dem der Abdecklack 11 sich noch an Ort und Stelle befindet, in dem ein bandförmiges Fenster 11a ausgebildet worden ist. Der mit der Bezugsziffer 21 bezeichnete Bereich steht für einen weiteren Halbbereich, von dem der Abdecklack 11 entfernt worden ist. Auf beiden Seiten der durch das elektrolytische Ätzen gebildeten Nut 12 befinden sich durch das Seitenätzen gebildete geneigte Bereiche 22,wobei der Randberich 22a eines jeden geneigten Bereiches 22 im wesentliehen einer geraden Linie entspricht. In diesem Fall beträgt die Tiefe der geätzten Nut 12 42 μπι, während die Breite des Seitenätzbereiches 14 μπι beträgt, so daß sich ein Ätzfaktor D/R von 3 ergibt.

Die Fig. 11 verdeutlicht eine ähnliche Mikrophotographie wie die in der Fig. 9 dargestellte , und gibt einen Ferritkörper wieder, in den mit Hilfe eines herkömm-

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liehen chemischen Ätzverfahrens eine Nut gebildet worden ist. In diesem besonderen Fall wurde zum Ätzen des Materials Chlorwasserstoffsäure bei Raumtemperatur während 1 Minute einwirken gelassen. Die Fig. 12 stellt ein Diagramm dar, das zur Erläuterung der in der Fig. 11 gezeigten Mikrophotographie dient. Die Tiefe der geätzten Nut 12 beträgt 2 μΐη, während die Breite des Seitenätzbereiches bis zu 10 μπι beträgt, so daß sich ein Ätzfaktor von lediglich 0,2 ergibt. In diesem Fall werden im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 und 2 verschiedene kristallographische Oberflächen der Ätzlösung ausgesetzt. Die Bezugsziffern in den Fig. 10 und 12 entsprechen einander.

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß mit Hilfe des herkömmlichen chemischen Ätzverfahrens es nicht nur nicht möglich ist, eine tiefe Nut auszubilden, sondern daß auch Randbereiche der Nut gebildet werden, die aufgrund der Seitenätzung erhebliche konkave oder konvexe Bereiche aufweisen, was ohne weiteres aus der in der Fig. 11 gezeigten Mikrophotographie zu ersehen ist.

Die Untergrenze der Konzentration des ätzenden Elektrolyten oder des elektrolytischen Ätzmittels, der bzw. das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandt wird, beträgt 0,005 Mol/l, da bei einer Konzentration unterhalb dieser unteren Grenze das elektrolytische Ätzen nur schwierig abläuft und sich eine für die technische Anwendung zu geringe Ätzgeschwindigkeit ergibt. Wenn die Konzentration oberhalb der oberen Grenzkonzentration von 10 Mol/l liegt, ergibt sich eine Verringerung des Ätzfaktors und eine derart hohe Ätzgeschwindigkeit, daß es unmöglich wird, ein feines Muster mit hoher Genauigkeit zu ätzen.

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Die Fig. 13 verdeutlicht anhand von Kurven die Beziehung zwischen der Gleichspannung, die zwischen dem Ferritkörper und der ihm gegenüberliegenden Elektrode angelegt wird, wobei der Ferritkörper auf einem negativen Potential liegt, und dem Ätzfaktor D/R. Die Kurven 31, 32 und 33 der Fig. 13 entsprechen Verfahrensführungen, bei denen die Konzentration der als Ätzmittel verwendeten Phosphorsäure 0,1 Mol/l, 0,5 Mol/l bzw. 1,0 Mol/l betragen. Wie aus den in der Fig. 13 dargestellten Kurven zu ersehen ist, sind innerhalb der oben angegebenen Konzentrationsbereiche der Ätzmittel die Ätzfaktoren annähernd die gleichen, wobei der Ätzfaktor mit zunehmender Konzentration des Ätzmittels abnimmt. Weiterhin läßt die Fig. 13 erkennen, daß bei Anlegen einer Spannung im Bereich von etwa 3 bis 12V kein signifikanter Unterschied bezüglich des erreichten Ätzfaktors festzustellen ist, während beim Anlegen einer Spannung von weniger als 3 V eine wesentliche Abnahme des Ätzfaktors verursacht wird.

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Die angelegte Spannung sollte nicht mehr als 20 V betragen, da bei einer Spannung von mehr als 20 V eine erhebliche Wärmeentwicklung erfolgt und wegen der thermischen Ausdehnung Risse in dem Ferrit gebildet werden, wenn der ätzende Elektrolyt eine relativ hohe Konzentration aufweist.

Wenn der ätzende Elektrolyt eine geringe Konzentration besitzt und eine Spannung von mehr als 20 V angelegt wird, wird eine Fremdphase mit metallischem Glanz auf der Oberfläche des Ferrits abgeschieden oder es erfolgt eine beginnende Auflösung des Metalls der Gegenelektrode. Selbst wenn man eine Kohlenstoffelektrode verwendet, wird bei diesen extremen Bedingungen eine Fremdphase abgeschieden.

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Zur Bildung der Elektrode kann man irgendein Material verwenden, das ausreichend elektrisch leitfähig ist und gegenüber dem ätzenden Elektrolyten beständig ist. Beispielsweise kann man als Elektrodenmaterial Platin, rostfreien Stahl und Kohlenstoff verwenden.

Die Fig. 14 verdeutlicht die Beziehung zwischen dem S„/S -Verhältnis, worin S_p für den freiliegenden Bereich des Ferrits und S„ für die Oberfläche der Gegenelektrode

ill

stehen, wie es weiter oben angegeben ist, und dem Ätzfaktor D/R. Die in der Fig. 14 dargestellten Kurven 41, 42, 43, 44, 45, 46 bzw. 47 entsprechen über die Spannungsquelle V angelegten Spannungen von 2, 3, 4, 9, 14, 18 bzw. 20 V. In allen Fällen verwendet man als Ätzmittel eine Phosphorsäure mit einer Konzentration von 0,1 Mol/l. Wie aus der Fig. 14 zu erkennen ist, nimmt der Ätzfaktor mit abnehmender Spannung ab, und es ergibt sich eine Verminderung des Ätzfaktors bei

höherem S^/S^-Verhältnis. Wenn das Ξ_π/Ξ -Verhältnis zui? h r tu

nimmt, insbesondere auf einen Wert von mehr als 10, wird die Stromdichte ungleichmäßig, so daß beim Ätzen ein Streuphänomen auftritt. Zur Verbesserung des Ätzfaktors ist es erwünscht, eine Spannung zwischen der Gegenelektrode und dem Ferrit von mehr als 12V anzulegen und ein S /S -Verhältnis von weniger als 5 anzu-

c hi

wenden.

Zur Ermittlung der in den Fig. 13 und 14 angegebenen Zahlenwerte wurde das erfindungsgemäße elektrolytische Ätzverfahren durchgeführt, bis das Ausmaß der Seitenätzung (R) 20 μΐη entsprach.

In sämtlichen oben angegebenen Beispielen wurde als ätzender Elektrolyt eine wäßrige Phosphorsäurelösung verwendet. Man kann jedoch auch andere Ätzmittel verwenden, wie Lösungen von Phosphorsäure in Äthanol,

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wäßrige Lösungen von Perchlorsäure, äthanolische Lösungen von Perchlorsäure, wäßrige Lösungen von Oxalsäure, wäßrige Lösungen von Chlorwasserstoffsäure und dergleichen.

Es ist nicht erforderlich, daß das zwischen dem zu bearbeitenden Ferritkörper und der Gegenelektrode gebildete elektrische Feld durch eine Spannungsquelle verursacht wird, die zwischen der Gegenelektrode und dem Ferritkörper direkt oder über den leitenden Körper angelegt ist, sondern man kann dieses elektrische Feld auch indirekt ausbilden. Beispielsweise kann man eine weitere Elektrode, die im Abstand zu dem Ferritkörper angeordnet und mit diesem elektrisch nicht verbunden ist, in das Atzmittel auf der gegenüberliegenden Seite der Gegenelektrode anordnen und diese Elektrode mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbinden und in dieser Weise das elektrische Feld indirekt ausbilden.

Es hat sich gezeigt, daß wenn man beim Durchführen des elektrolytischen Ätzvorgangs den Ferrit als negativen Pol verwendet, eine bemerkenswert hohe Ätzgeschwindigkeit erreicht wird, das Seitenätzen auf ein Minimum gebracht wird und der Ätzvorgang mit hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem Fall durchgeführt werden kann, daß man den Ferritkörper als positiven Pol schaltet. So erzielt man dann, wenn man nach der Verfahrensweise von Beispiel 1 erfindungsgemäß den Ferritkörper als negativen Pol schaltet, eine Ätzgeschwindigkeit von 4,5 μΐη pro Minute. Wenn man jedoch die Polarität der angelegten Spannung umkehrt, das heißt den Ferritkörper mit dem positiven Pol und die Platinelektrode mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbindet und als Ätzmittel eine wäßrige Phosphorsäurelösung mit einer Konzentration von 0,2 Mol/l verwendet und eine Spannung von

20 V anlegt, erzielt man lediglich eine Ätzgeschwindig-

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keit von 0,1 μΐη/min. Bei Anwendung einer wäßrigen Phosphorsäurelösung mit einer Konzentration von 3 Mol/l als Ätzmittel und einer angelegten Spannung von 6 V bei ebenfalls umgedrehter Polarität ergibt sich eine Ätzgeschwindigkeit von lediglich 0,5 μτη/min.

Die Fig. 15 verdeutlicht eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie umfaßt eine Drehreinrichtung 52 aus beispielsweise einem leitenden Material, die mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Motors über einen Riemen 50 und eine Riemenscheibe 51 angetrieben wird. An der Dreheinrichtung 52 ist in elektrischem Kontakt damit ein leitender Körper 17 befestigt, an dem die Ferritkörper 15 elektrisch leitend montiert sind. Die Gegenelektrode 16 ist über isolierende Verbindungsstücke 54 an der Dreheinrichtung 52 befestigt, um einen vorbestimmten Abstand zwischen den Ferritkörpern 15 und der Gegenelektrode 16 zu bilden. Die Spannungsquelle V_c ist mit der Gegenelektrode 16 und über die Dreheinrichtung 52 mit dem leitenden Körper 17 verbunden. Wenn die Dreheinrichtung 52 in dem Bad 13 in Drehbewegung versetzt wird, wird der in dem Bad vorhandene ätzende Elektrolyt 14 gerührt und der elektrolytische Ätzvorgang durchgeführt.

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Wenngleich die obigen Beispiele unter Verwendung eines Mn-Zn-Ferrit-Einkristalls erläutert wurden, kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur auf Ferrit-Einkristalle sondern auch mit guten Ergebnissen auf polykristalline Ferritmaterialien angewandt werden.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße elektrolytische Ätzverfahren nicht nur auf weiche magnetische Materialien, wie Mn-Zn-oder Ni-Zn-Ferrite sondern auch mit guten Ergebnissen auf harte magnetische Materialien, wie Bariumferrite oder Strontiumferrite angewandt werden.

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Besonders gute Ergebnisse erzielt man, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Mn-Zn-Ferritmaterial anwendet, dessen Zusammensetzung durch die folgenden drei Punkte eines ternären Diagramms wiedergegeben wird:

A: 15 Mol-% MnO, 30 Mol-% ZnO, 55 Mol-% Fe₃O₃ B: 40 Mol-% MnO, 20 Mol-% ZnO, 40 Mol-% Fe₃O₃ C: 30 Mol-% MnO, 15 Mol-% ZnO, 55 Mol-% Fe₃O₃

Dieses Ferritmaterial besitzt überlegene magnetische Eigenschaften und ist bei Anwendung des erfindungsgemässen Ätzverfahrens dazu geeignet, gute Magnetköpfe und magnetische Wandler auszubilden.

Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren das Ätzen von Ferritkörpern unter Bildung tiefer, scharfer Nuten, Einschnitte, Kerben, Kehlen, Schlitzen etc., so daß man bei Verwendung der in dieser Weise bearbeiteten Ferritkörper zur Bildung von Ferritmagnetköpfen die Nachteile überwinden kann, die bei Anwendung der herkömmlichen mechanischen Bearbeitungsverfahren auftreten, so daß man Magnetköpfe mit gleichmäßigen magnetischen Eigenschaften herstellen kann.

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e e r s

Claims

PATENTANWÄLTE 9Q? RPQfJ

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTEFT ^U

D-8OOO ftfünchen 22 D-48OO Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

13. Juni J978

S78P77
tM/th

SONY CORPORATION,
7-35 Kitashinagawa 6-chome,
Shinagawa-ku, Tokyo 141, Japan

Verfahren zum elektrolytischen Ätzen von Ferritkörpern

Priorität: 14. Juni 1977, Japan, Nr. 70231/77

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum elektrolytischen Ätzen von Ferritkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß man den Körper in einen ätzenden Elektro lyten mit einer Konzentration von 0,005 bis 10 Mol pro Liter der Lösung eintaucht,

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eine Elektrode im Abstand zu dem Körper so in den Elektrolyten einbringt, daß das Verhältnis von der dem Angriff ausgesetzten Oberfläche des Ferritkörpers zu der Oberfläche der Elektrode weniger als 10 baträgt, und

eine Gleichspannung von 3 bis 20 V zwischen dem Ferritkörper und der Elektrode anlegt, wobei der Ferritkörper in Bezug auf die Elektrode auf einer negativen Spannung liegt.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Ferrit-Einkristall ätzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Mn-Zn-Ferrit-Einkristall ätzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man einen Ni-Zn-Ferrit-Einkristall

ätzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man einen Körper aus polykristallinem Ferrit ätzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man als ätzenden Elektrolyten Phosphorsäure, Perchlorsäure, Oxalsäure oder Chlorwasserstoffsäure verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß man eine Elektrode aus Platin verwendet.

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TER MEER - MÜLLER ■ STEINMEISTER S78P77

8. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man eine Elektrode aus rostfreiem Stahl einsetzt.

9. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch ge

kennzeichnet, daß man bei einer
Spannung von mehr als 4 V arbeitet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß man bei einem Ver

hältnis von der dem Angriff ausgesetzten Oberfläche des Ferritkorpers zu der Oberfläche der
Elektrode von weniger als 5 arbeitet.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennz eichnet, daß man den ätzenden
Elektrolyten während des Ätzvorgangs rührt.

12. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet, daß man das Ätzen bis

zum Erreichen eines Ätzfaktors von mehr als 2
durchführt, wobei der Ätzfaktor für das Verhältnis der Tiefe der geätzten Nut zu der Breite der
seitlichen Ätzung steht.
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13. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch g e kennz eichnet, daß man als ätzenden
Elektrolyten Phosphorsäure verwendet.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als ätzenden
Elektrolyten eine wäßrige Lösung von Phosphorsäure einsetzt.

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15. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man den Ferritkörper vor dem Eintauchen in den Elektrolyten an ausgewählten Stellen mit einem gegen den Elektrolyten beständigen Material maskiert bzw. abdeckt.

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