DE3877350T2 - Laminierter metal-in-gap-magnetkopf fuer videorecorder. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Magnetköpfe mit verbesserten elektromagnetischen Eigenschaften und verbesserter Abriebfestigkeit. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen verbesserten Magnetkopf mit einer Dünnschicht-Laminatstruktur am Kopfspalt, welche eine geringere Koerzitivkraft und verbesserte Abriebeigenschaften besitzt.
• Eine Ausführungsform eines Ferrit-Kopfes wird durch eine hufeisenförmige Magnetkernstruktur gebildet, welche am oberen Ende von sich gegenüberstehenden Armen mit Ausnahme eines kleinen Spaltes geschlossen ist. Zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes im Spalt wird im Kern ein variabler Flußstrom erzeugt. Zur Wiedergabe und Aufzeichnung und/oder zum Löschen wird ein Magnetband über den Spalt geführt. Einfache Ferrit-Köpfe eignen sich jedoch nicht für Bänder mit höhrerer Koerzitivkraft, insbesondere dann, wenn im Kopf ein relativ schmaler Spalt vorhanden ist, weil der Ferritkern leicht gesättigt wird.
• Zur Vermeidung dieses Problems wurde ein Material mit kleiner Koerzitivkraft aber hohen Sättigungseigenschaften mit dem Kopf auf sich gegenüberstehenden dem Spalt zugekehrten Flächen verbunden. Die beiden Hauptkathegorien von für diesen Zweck verwendeten Materialien bedingen jedoch unterschiedliche Probleme. Eine magnetische Eisen-Nickel-Legierung mit relativ kleiner Koerzitivkraft, welche als Permalloy bekannt ist, ist ohne spezielle Bearbeitung leicht mit dem Ferrit verbindbar. Permalloy ist jedoch sehr weich und bedingt daher Abnutzungsprobleme bei der Verbindung mit dem Ferrit-Kopf auf sich gegenüberstehenden Flächen des Spaltes. Eine relativ harte als Sendust bekannte elektromagnetische Fe-Al-Si-Legierung besitzt bei der Verbindung mit den sich gegenüberstehenden dem Spalt zugekehrten Flächen des Kerns gegenüber der erwünschten Koerzitivkraft eine größere Koerzitivkraft. Zur Reduzierung der Koerzitivkraft von Sendust auf den gewünschten Wert kann das Material getempert werden.
• Selbst bei Verwendung von Sendust mit anderen Materialien, beispielsweise in einer Konfiguration mit abwechselnden Schichten von Sendust und nichtmagnetischem Material (siehe JP-A-61202310) und bei Verwendung von nichtmagnetischem Material zur Minimierung von Wirbelstromverlusten im magnetischen Material muß der zusammengesetzte Kopf zur Reduzierung der Koerzitivkraft des Sendust-Materials am Kopfspalt wiederum getempert werden. Der Temperprozeß für die auf sich gegenüberliegenden Flächen am Spalt des Ferrit-Kerns vorgesehenes Sendust-Schicht führt jedoch zu speziellen Problemen. Die Koerzitivkraft der gesputterten Sendust-Schicht am Spalt hängt von einer Vielzahl komplexer Sputter-Parameter, wie beispielsweise Argon- oder Unterdruck, Substratoberflächenbedingungen, Temperatur und darauf bezogenen Parametern ab. Weiterhin führt die Verbindung von magnetischen und nichtmagnetischen Materialien in abwechselnden Schichten typischerweise zur Bildung von unerwünschten Spalten zwischen diesen Schichten. Es ist daher in hohem Maße wünschenswert, eine Sendust-Schicht geringerer Koerzitivkraft ohne die oben genannten Bearbeitungsproblem zu realisieren.
• Die EP-A-0 206 658 beschreibt einen Kopf, der abwechselnde Schichten aus Sendust und Permalloy auf jedem Pol besitzen kann, wobei die Dicke der Sendust-Schicht (1000-10.000 nm) so beschaffen ist, daß eine Temperung notwendig ist.
• Es ist darauf hinzuweisen, daß die Koerzitivkraft der fertigen Materialien am Spalt grob die gleiche Größe (etwa 0,78 Acm&supmin;¹ (1,0 Oerstedt)) besitzt, ob nun ein starrer Sendust- Block, ein Permalloy-Element oder eine der vorgenannten Laminatstrukturen auf sich gegenüberliegenden Flächen des Spaltes oder einfach ein Ferrit-Ferrit-Spalt vorgesehen ist.
• Wegen ihrer größerer Sättigungswerte und ihrer Härte ist die vorteilhafteste Struktur eine Sendust-Struktur, wenn dabei keine Temperung mit den dabei auftretenden Schwierigkeiten erforderlich ist. Der Ferrit-Ferrit-Spalt ist leicht gesättigt, während der Permalloy-Permalloy-Spalt leicht abgenutzt wird; die bekannten Sendust-Sendust-Spalte werden unabhängig von ihrer Form durch einen unerwünschten und komplexen Temperungsprozeß hergestellt. Es ist daher wünschenswert, das Sendust-Material in einer Form zu benutzen, bei welcher der Temperungsprozeß entfällt und dennoch eine kleine Koerzitivkraft, eine hohe Sättigung und eine langlebige Verbindungsfläche am Spalt des Kopfkerns realisierbar sind.
• Die Erfindung schafft eine Magnetkopfanordnung mit einem Kern, der wenigstens ein Paar von sich gegenüberstehenden einem Spalt zugekehrten Polstücken besitzt, die jeweils ein Substrat zur Aufnahme aufeinanderfolgender Laminatschichten bilden, wobei das Laminat abwechselnde Schichten wenigstens eines ersten und zweiten magnetischen Materials umfaßt und das erste magnetische Material eine größere Koerzitivkraft als das zweite magnetische Material besitzt, mit dem Kennzeichen, daß das erste magnetische Material eine Legierung auf Fe-Si-Al-Basis (Sendust ) ist und die Schichten aus dem ersten magnetischen Material jeweils eine Dicke von im wesentlichen 127 bis 254 nm sowie die jeweils abwechselnden Schichten aus dem zweiten magnetischen Material eine Dicke von im wesentlichen 25 bis 127 nm besitzen.
• Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Kopfstruktur auf einer Magnetkopf anordnung mit einem Paar von sich gegenüberstehenden Kernelementen, die jeweils Polstücke an sich gegenüberstehenden Enden besitzen, von denen wenigstens ein Paar von sich gegenüberstehenden Polstücken einem Spalt zwischen den Kernelementen zugekehrt sind, wobei die sich gegenüberstehenden Polstücke ein Substrat zur Aufnahme aufeinanderfolgender Laminatschichten bilden, mit folgenden Schritten: auf das Substrat wird eine Schicht aus einem ersten magnetischen Material aus einer Legierung auf Fe-Si-Al-Basis (Sendust ) mit einer Dicke im Bereich von im wesentlichen 127 bis 254 nm aufgebracht, auf die Schicht aus dem ersten magnetischen Material auf dem Substrat eine zweite Schicht aus einem magnetischen Material mit gegenüber der Legierung auf Fe-Si-Al-Basis kleinerer Koerzitivkraft in einer Dicke von im wesentlichen 25 bis 127 nm aufgebracht wird und abwechselnde Schichten aus erstem magnetischen Material und magnetischem Material geringerer Koerzitivkraft auf das jeweilige Substrat bis zu einer Dicke von jeweils wenigstens fünf Schichten aufgebracht werden.
• Es hat sich gezeigt, daß eine erfindungsgemäße Laminatstruktur mit abwechselnden Schichten aus Sendust und Permalloy mit fünf oder mehr Schichten, bei denen die Sendust-Schichten jeweils 127 bis 254 nm dick und durch eine Schicht mit einer Dicke von 25 bis 127 nm aus Permalloy oder einem anderen weichmagnetischem Material getrennt sind, eine Struktur mit einer mit einer Ferrit-Ferrit-Verbindungsfläche vergleichbaren Koerzitivkraft und Permeabilität jedoch weit wünschenswerteren Sättigungseigenschaften bildet. Darüber hinaus können derartige Schichten geringerer Koerzitivkraft ohne thermisches Tempern mit dessen strengen Sputter und Temperparametern hergestellt werden können. Die Härte der Schicht am Kopfspalt ist vergleichbar mit einer getemperten dicken Sendust-Einzelschicht, so daß der Kopf für Video-Aufzeichnung und Wiedergabe sowie Löschen verwendet werden kann. Auf Ferrit-Kernflächen werden abwechselnde Schichten aus Permalloy und Sendust aufgesputtert. Wenn der Sputter- Prozeß abgeschlossen ist, werden die Ferrit-Kerne zur baulichen Fertigstellung von Videoköpfen miteinander verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß verwendbaren Kopfelementes mit einer Kernwicklung auf dem Kern, und
• Fig. 2 zeigt Einzelheiten innerhalb eines Kreises 2-2 in Fig. 1 in aus Übersichtlichkeitsgründen vergrößerter Darstellung.
• Der Kopf bzw. Kopfkern 10 gemäß Fig. 1 umfaßt zwei sich gegenüberstehende Kernhälften 11, 12, wobei auf die Kernhälfte 12 eine Wicklung 13 gewickelt ist, welche zur Erzeugung eines veränderlichen magnetischen Flusses im Kopfkern durch Einspeisung eines veränderlichen Stroms in die Wicklung 13 dient. Ein an der Verbindungsfläche der Kernhälften 11 und 12 vorgesehener Spalt 14 enthält sich gegenüberliegende Flächen 11a, 12a, mit denen jeweils eine Laminatstruktur 15 verbunden ist. Der Kopfkern 10 ist aus Ferrit-Material mit relativ kleiner Koerzitivkraft hergestellt. Ein derartiges Ferrit-Material ist durch heutige Bänder mit höherer Koerzitivkraft, insbesondere dann leicht sättigbar, wenn der Spalt 14 im Kopfkern relativ schmal ist. Es ist daher wünschenswert, am Spalt 14 ein Kopfspaltmaterial mit relativ kleiner Koerzitivkraft und besseren Sättigungseigenschaften im Vergleich zum Ferrit-Kopfkern 10 vorzusehen. Darüber hinaus sollte das Material zur Reduzierung der Abnutzung am Spalt 14 im Kopfkern 10 relativ hart sein.
• Erfindungsgemäß umfaßt das Metall am Spalt 14 aufeinanderfolgende Schichten 16 aus einer magnetischen Legierung hoher Koerzitivkraft, wie beispielsweise Sendust, wobei die Schichten aus einer derartigen Legierung jeweils eine Dicke von 5 bis 10 Mikroinches besitzen und mit Schichten aus Permalloy (NiFe) oder einem anderen weichmagnetischen Material abwechseln; die Schichten aus Permalloy oder einem anderen weichmagnetischen Material besitzen dabei jeweils eine Dicke von 1 bis 5 Nikroinches. Es ist wünschenswert, auf den sich gegenüberliegenden Flächen 11a, 12a des Ferrit-Kopfkerns 10 am Spalt 11 jeweils wenigstens fünf derartige Schichten 16, 17 vorzusehen. Derartig ausgebildete Materialien gewährleisten die gewünschten Eigenschaften der Härte, der Sättigbarkeit und der Koerzitivkraft am Spalt 14.
• Darüber hinaus muß eine derartige geschichtete Kopfkernstruktur 10 nicht getempert werden, wie dies erforderlich wäre, wenn am Spalt 14 eine einzige gehärtete Sendust- Schicht mit einer der Dicke des Laminates 15 entsprechenden Dicke vorge-sehen wäre. Ein derartiges starres sendust-Stück würde ein Tempern in einer speziellen Atmosphäre, einem speziellen Druck, einer speziellen Bearbeitung der Substratoberfläche und speziellen zeitlichen Vorgaben erforderlich machen. Der Temperprozeß mit derartigen speziellen und genauen Anfor-derungen ist daher nicht erforderlich, ohne daß die ge-wünschten elektromagnetischen Parameter des Kopfkern 10 beeinträchtigt werden.
• Derartige verbesserte Ergebnisse ergeben sich aufgrund der höheren Koerzitivkraft von relativ dicken Sendust-Schichten bedingt durch das stengelförmige Wachstum des Films und eine höhere Anisotropie. Das stengelförmige Wachstum kann durch benen Schichtdicken reduziert werden. Bei Verwendung von relativ dünnen Permalloy-Schichten, bleiben die Sendust- Schichten magnetisch gekoppelt. Aufgrund der magnetischen Kopplung zwischen den Schichten wirkt die Gesamtschicht als Einzelelement. Ist die magnetische Kopplung zwischen den Sendust-Schichten schwach, so sind die einzelnen Sendust- Schichten voneinander unabhängig, wobei sich die magnetischen Eigenschaften einer derartigen Struktur von Schicht zu Schicht ändern. Eine derartige Struktur ist daher nicht wünschenswert. Strukturen mit isolierenden Materialien zwischen aufeinanderfolgenden Schichten aus magnetischem Material zur gegenseitigen Isolation der Schichten zwecks Reduzierung von Wirbelstromverlusten zwischen diesen Schichten stehen im Widerspruch zu der vorgeschlagenen Struktur und sind daher für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung.
• Vom vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind im Lichte der Erläuterungen Modifikationen und Abänderungen möglich. Im Rahmen der folgenden Ansprüche ist die Erfindung auch in Abweichung von den vorstehenden Ausführungen ausführbar.

Claims (5)

1. Magnetkopfanordnung mit einem Kern (11, 12), der wenigstens ein Paar von sich gegenüber stehenden einem Spalt zugekehrten Polstück besitzt, die jeweils ein Substrat zur Aufnahme aufeinander folgender Laminatschichten bilden, wobei das Laminat abwechselnde Schichten (16, 17) wenigstens eines ersten und zweiten magnetischen Materials umfaßt und das erste magnetische Material eine größere Koerzitivkraft als das zweite magnetische Material besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das erste magnetische Material eine Legierung auf Fe-Si-Al-Basis (Sendust ) ist und die Schichten (16) aus dem ersten magnetischen Material jeweils eine Dicke von im wesentlichen 127 bis 254 nm sowie die jeweils abwechselnden Schichten aus dem zweiten magnetischen Material eine Dicke von im wesentlichen 25 bis 127 nm besitzen.

2. Magnetkopfanordnung nach Anspruch 1, bei der das laminierte Material auf den Substraten jeweils wenigstens fünf abwechselnde Schichten (16, 17) aus dem ersten und zweiten magnetischen Material umfaßt.

3. Magnetkopfanordnung nach Anspruch 3, bei welcher das zweite magnetische Material Permalloy ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Kopfstruktur auf einer Magnetkopfanordnung mit einem Paar (11, 12) von sich gegenüberstehenden Kernelementen, die jeweils Polstücke an sich gegenüberliegenden Enden besitzen, von denen wenigstens ein Paar von sich gegenüberstehenden Polstücken einem Spalt zwischen den Kernelementen zugekehrt ist, wobei die sich gegenüberstehenden Polstücke ein Substrat zur Aufnahme aufeinanderfolgender Laminatschichten bilden, mit folgenden Schritten: auf das Substrat wird eine Schicht aus einem ersten magnetischen Material aus einer Legierung auf Fe-Si-Al-Basis (Sendust ) mit einer Dicke im Bereich von im wesentlichen 127 bis 254 nm aufgebracht, auf die Schicht aus dem ersten magnetischen Material auf dem Substrat eine zweite Schicht aus einem magnetischen Material mit gegenüber der Legierung auf Fe-Si-Al-Basis (Sendust ) kleinerer Koerzitivkraft in einer Dicke von im wesentlichen 25 bis 127 nm aufgebracht wird und abwechselnde Schichten aus erstem magnetischen Material und magnetischen Material geringerer Koerzitivkraft auf das jeweilige Substrat bis zu einer Dicke von jeweils wenigstens fünf Schichten aufgebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das magnetische Material geringerer Koerzitivkraft Permalloy ist.