DE3883750T2 - Aufzeichnungs-wiedergabemagnetkopf mit antiverschleissschicht und verfahren zu seiner herstellung. - Google Patents
Aufzeichnungs-wiedergabemagnetkopf mit antiverschleissschicht und verfahren zu seiner herstellung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft einen magnetischen Aufzeichnungs/Lesekopf mit einer abriebfesten Schicht und insbesondere einen Magnetkopf, der auf seiner Oberfläche, die mit dem magnetischen Aufzeichnungsträger in Kontakt ist, eine verschleißfeste Schicht aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen abriebfesten Schicht.
- Die mit einem Ferritsubstrat verwirklichten Magnetköpfe wie die derzeitigen Heimvideo-Köpfe (VHS) sehr hoher Auflösung, bei denen ein Band mit 5 ms&supmin;¹ vorbeigeführt wird, oder die derzeitigen digitalen Köpfe (3,32 ms&supmin;¹), die unter der Bezeichung RDAT (Rotary Digital Audio Tape) bekannt sind, sind einer langsamen Erosion ausgesetzt, die sie am Ende einer Betriebszeit von 2000 Stunden unbrauchbar machen. Nach einer solchen Betriebsdauer kann der Kopf nämlich um 20 Micrometer Höhe abgenutzt sein.
- Eine Lösung des Problems der Abnutzung besteht darin, eine abriebfeste Schicht auf dem Kopf aufzubringen. In dem Dokument EP-A-0 241 371 findet man diese Idee der VerwirMichung einer Schutzschicht auf der Oberfläche eines Magnetkopfes. Leider ist die Befestigung von Materialien wie Kohlenstoff auf Ferrit sehr schwierig, und hinsichtlich der Heterogenität der Materialien, die einen Magnetkopf bilden können, wie Ferrit, Aluminiumoxide, Glas, stellt es sich heraus, daß die Kohlenstoffschicht schwierig aufzubringen ist.
- Die Erfindung ermöglicht die Lösung dieses Problems des Aufbringens einer abriebfesten Schicht auf einem Magnetkopf und insbesondere auf der Oberfläche des Kopfes, die mit einem magnetischen Aufzeichnungsträger in Kontakt ist.
- Die Erfindung betrifft daher einen magnetischen Aufzeichnungs/Lese-Kopf mit zwei Magnetpolen, die durch einen Spalt aus nichtmagnetischem Material voneinander getrennt sind, wobei dieser Kopf dadurch gekennzeichnet ist, daß er auch folgendes enthält:
- - auf jedem Magnetpol eine Schicht aus einem magnetischen Material, die einen guten Koeffizienten einer Klebung auf den Magnetpolen besitzt und auf der eine Schicht auf der Basis von Kohlenstoff einen guten Klebekoeffizienten aufweist, wobei diese Schicht nur die Magnetpole bedeckt, und
- - auf der Einheit von Schichten aus magnetischem Material und dem Spalt eine abriebfeste Schicht aus einem Material auf der Basis von Kohlenstoff.
- Die Erfindung betrifft auch einen magnetischen Aufzeichnungs/Lese-Kopf mit zwei Magnetpolen, die durch einen Spalt aus nichtmagnetischem Material voneinander getrennt sind, wobei dieser Kopf dadurch gekennzeichnet ist, daß er auch Befestigungsschichten aus einem magnetischen Material enthält, die einen guten Koeffizienten einer Klebung auf den Magnetpolen besitzen, wobei sie nur die Magnetpole bedecken, wobei die nichtbedeckten Zonen durch ein nichtmagnetisches Material belegt sind, und wobei die Einheit von Befestigungsschichten und des nichtmagnetischen Materials von einer abriebfesten Schicht bedeckt sind, die einen guten Koeffizienten einer Klebung auf dem Material der Befestigungsschichten besitzt.
- Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungs/Lese-Kopfes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte enthält:
- - einen ersten Schritt der Herstellung einer ersten Befestigungsschicht auf der aktiven Seite des einen der Magnetpole des Magnetkopfes,
- - einen zweiten Schritt der Herstellung einer Schicht aus nichtmagnetischem Material auf der ersten Befestigungsschicht, auf dem Spalt und auf dem zweiten Magnetpol,
- - einen dritten Schritt der Herstellung einer zweiten Befestigungsschicht auf der Schicht aus nichtmagnetischem Material,
- - einen vierten Schritt der Bearbeitung der zweiten Befestigungsschicht und der Schicht aus nichtmagnetischem Material bis zum Erreichen der ersten Befestigungsschicht und
- - einen fünften Schritt der Herstellung einer Schicht aus einem abriebfesten Material auf den beiden Befestigungsschichten und auf dem Teil der Schicht aus nichtmagnetischem Material, der zwischen den beiden Befestigungsschichten verbleibt, bis zum Erreichen der ersten Befestigungsschicht.
- Die verschiedenen Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung, in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird; in dieser zeigen:
- Fig. 1 ein Ausführungsbeipiel eines Magnetkopfes gemäß der Erfindung,
- Fig. 2 eine Ausführungsvariante des Magnetkopfes der Fig. 1,
- Fig. 3 eine Draufsicht eines flachen Magnetkopfes gemäß der Erfindung,
- Fig. 4 eine Schnittansicht eines Magnetkopfes aus dünnen Schichten, und
- Figuren 5 bis 7 unterschiedliche Schritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
- Anhand von Fig. 1 wird nun zunächst ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetkopfes beschrieben.
- Dieser Magnetkopf enthält zwei Magnetpole P1 und P2 aus magnetischem Material auf der Basis von Ferrit. Die beiden Magnetpole P1, P2 sind durch einen Spalt E1 aus nichtmagnetischem Material auf der Basis von Alurniniumoxid (Al&sub2; O&sub3;) oder Siliziumoxid (Si O&sub2;) voneinander getrennt.
- Ein solcher Magnetkopf muß von einer Schicht aus hartem, abriebfestem Material bedeckt sein. Eine solche Schicht wird vorzugsweise eine Zusammensetzung auf der Basis von Kohlenstoff sein. Es stellt sich jedoch heraus, daß sich Kohlenstoff schlecht an dem Feriit befestigen läßt.
- Gemäß der Erfindung und wie in Fig. 1 dargestellt, sieht man auf jedem Magnetpol P1, P2 eine Befestigungsschicht S1, S2 aus magnetischem Material vor. Das die Schichten S1, S2 bildende Material ist von einer solchen Zusammen-Setzung, daß es sich gut an dem Ferrit der Magnetpole S1, S2 befestigen läßt und daß sich auch die abriebfeste Schicht C1 gut an diesem Material befestigen läßt.
- Auf die Schichten S1, S2 ist eine abriebfeste Schicht C1 wie eine Schicht auf der Basis von Kohlenstoff aufgebracht.
- Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Schichten S1, S2 aus magnetischem Material bestehen, um zu vermeiden, daß sie zusätzliche Spalte bilden. Sie müssen die Eigenschaft besitzen, wirksam auf die Magnetpole aufklebbar zu sein, und eine abriebfeste Schicht auf der Basis von Kohlenstoff muß ebenfalls wirksam auf die Schichten S1, S2 aufklebbar Sein.
- Gemäß der Erfindung werden die Schichten S1, S2 auf der Basis eines Materials der Art bestehen, die in der Technik unter der Bezeichnung Sendust bekannt ist. Sendust ist ein magnetisches Material von der allgemeinen Formel:
- Fex Siy Alz,
- in der beispielsweise:
- - x zwischen 70 und 85 (z.B. bei 80) liegt
- - y zwischen 5 und 15 (z.B. bei 10) liegt
- - z zwischen 5 und 15 (z.B. bei 10) liegt.
- Es wurde festgestellt und experimentell nachgewiesen, daß sich Sendust sehr gut an Ferrit befestigen läßt, so wie Kohlenstoff an Sendust. Bei den oben angegebenen Zusammensetzungen besitzt es die magnetischen Eigenschaften von Ferrit. Es ist jedoch jede dazwischenliegende Zusammensetzung möglich. So ist es insbesondere möglich, ein viertes Element wie Kohlenstoff hinzuzufügen, was die folgende allgemeine Formel ergibt:
- Fex Siy Alz Ct,
- in der: x + y + z + t = 100,
- und bei denen die ZusammenSetzungen aus Eisen, Silizium und Aluminium im wesentlichen die gleichen wie zuvor sind und t zwischen 0 und 15 liegt.
- Die Schichten S1, S2 können auch aus einem anderen magnetischen Material bestehen, das die zuvor beschriebenen Klebeeigenschaften besitzt. Z.B. kann dieses Material eine Legierung NiFe aus Nickel und Eisen sein, wie sie in der technischen Literatur derzeit unter der Bezeichnung Permalloy angegeben wird.
- Bei den Magnetpolen P1, P2 aus Ferrit, die von Befestigungsschlchten S1, S2 bedeckt sind, schützt eine die Schichten S1 und S2 bedeckende abriebfeste Schicht C1 den Magnetkopf vor der Abnutzung durch einen magnetischen Aufzeichnungsträger wie ein Magnetband B1, das vor dem Kopf vorbeigeführt wird und an der abriebfesten Schicht C1 reibt.
- Zu Fig. 1 ist festzustellen, daß die Befestigungsschichten S1, S2 an der Stelle des Spaltes E1 durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, der einen Spalt E2 bildet. Die abriebfeste Schicht C1 füllt somit diesen Spalt aus.
- Um, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, zu vermeiden, däß die Oberfläche der abriebfesten Schicht C1 einen Hohlraum in Höhe des Spaltes E2 aufweist, ist vorgesehen, die abriebfeste Schicht C1 zu polieren. Gemäß der Ausführungsvariante der Fig. 2 ist auch vorgesehen, daß der Spalt E2 ein nichtmagnetisches Material wie Aluminiumoxid Al&sub2; O&sub3; oder Siliziumoxid (Si O&sub2;) oder ein Material auf der Basis einer dieser Zusammensetzungen enthält. Die Oberfläche der abriebfesten Schicht C1 ist nun eine gleichmäßige Oberfläche.
- Fig. 3 zeigt eine Draufsicht eines ebenen Magnetkopfes.
- Zwei auf einem Substrat angeordnete Magnetpole P1, P2 liegen einander gegenüber, und sie sind durch einen Spalt E1 voneinander getrennt. Wie zuvor sind die Magnetpole von Befestigungsschichten S1, S2 bedeckt. Diese Schichten sind durch einen Spalt E2 voneinander getrennt, und die Einheit ist von einer abriebfesten Schicht bedeckt.
- Ein solcher ebener Kopf muß jedoch eine gegenüber dem Substrat verringerte Spaltbreite L (1 bis 3 Micrometer) besitzen. Die Magnetpole weisen damit in der Umgebung des Spaltes Verengungen auf, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Befestigungsschichten S1, S2 dürfen nur die Magnetpole bedecken, und sie dürfen sich nicht auf das die Pole tragende Substrat ausdehnen, um zu vermeiden, daß diese aus magnetischem Material bestehenden Befestigungsschichten S1, S2 die Breite L des Spaltes El vergrößern oder den Spalt E1 kurzschließen.
- Die nicht von den Magnetpolen P1, P2 bedeckten Zonen beiderseits der Verengungen sind daher von einem nichtmagnetischen Material V1, V2 wie einem Material auf der Basis von Siliziumoxid (Si O&sub2;) oder Muminiumoxid (Al&sub2; O&sub3;) belegt. Dieses Material fluchtet so mit dem oberen Teil der Befestigungsschichten S1, S2, daß eine einheitliche Oberfläche gebildet wird.
- Die Einheit aus den Befestigungsschichten S1, S2 und dem nichtmagnetischen Material (V1, V2) ist von der abriebfesten Schicht C1 (in Fig. 3 nicht gezeigt) bedeckt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Man erhält eine ebene Magnetkopfoberfläche, die vollständig glatt ist und gegenüber jeglicher Abnutzung infolge einer Reibung gegenüber dem Aufzeichnungsträger in hohem Maße resistent ist.
- Die Magnetköpfe der Figuren 1 und 2 können von der Art sein, die auf jeder Seite des Spaltes der Art MIG (Metal in Gap) Metallschichten enthält. Die Erfindung ist gleichermaßen bei solchen Magnetköpfen verwendbar.
- Die Erfindung ist auch bei einem Magnetkopf aus dünnen Schicht wie dem verwendbar, der durch die Fig. 4 dargestellt ist. Der Magnetkopf der Figur 4 enthält zwei Schichten P1, P2 aus magnetischem Material, die die Magnetpole bilden. Diesen Schichten P1, P2 sind fest mit Trägermaterialien A1, A2 wie Aluminiumoxid verbunden und durch einen Spalt E1 voneinander getrennt. Der aktive Teil des Magnetkopfes trägt zwei Befestigungsschichten S1, S2 z.B. aus Sendust, die durch einen Spalt E2 voneinander getrennt sind. Die Einheit aus den Schichten S1 und S2 und dem Spalt E2 ist von einer abriebfesten Schicht C1 bedeckt.
- Anhand der Figuren 5 bis 7 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der Befestigungsschichten S1, S2 und der abriebfesten Schicht C1 beschrieben.
- Das Verfahren der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung auf irgendeinen der zuvor beschriebenen Magnetköpfe angewandt.
- Im Verlauf eines ersten Schrittes wird auf der aktiven Oberfläche eines Magnetkopfes mit zwei Magnetpolen P1 und P2, die durch einen Spalt E1 voneinander getrennt sind, und insbesondere auf der aktiven Seite des Poles P1 eine Befestigungsschicht S1 verwirklicht, deren Zusammensetzung von der zuvor beschriebenen Art ist.
- Im Verlauf eines zweiten Schrittes werden die Schicht S1 und der Magnetpol P2 von einer Schicht E3 aus einem nichtmagnetischen Material bedeckt. Man erhält so einen Aufbau, wie er in Fig. 5 dargestellt ist.
- Im Verlauf eines dritten Schrittes wird die Schicht E3 von einer Schicht S2 aus einem Material gleich dem der Schicht 2 bedeckt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
- Im Verlauf eines vierten Schrittes werden die Schichten E3 und S2 bearbeitet, bis die Schicht S1 erreicht wird. Es verbleibt demnach kein Material der Schicht E3 mehr auf dem Magnetpol S1. Dagegen verbleibt zwischen den Schichten S1 und S2 ein Teil der Schicht E3, der einen Spalt E2 zwischen den Schichten S1 und S2 verwirklicht.
- Im Verlauf eines fünften Schrittes wird das ganze von einer abriebfesten Schicht C1 bedeckt. Man erhält nun einen Aufbau, wie er in Fig. 7 dargestellt ist.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dann, wenn man vermeiden will, däß auf dem Magnetpol P2 Material der Schicht E3 zurückbleibt, nach dem zweiten Schritt der Herstellung der Schicht E3 eine Phase eines Abtragens der Schicht E3 vorgesehen, bei der nur das Material beibehalten wird, das zur Herstellung des Spaltes E2 erforderlich ist, so däß eine Ausführungsform erhalten wird, die z.B. den Figuren 2 und 4 entspricht.
- Z.B. kann die Dicke der Befestigungsschicht auf der Basis von Sendust 100 Angstroem und die der abriebfesten Schicht auf der Basis von Kohlenstoff gleichfalls 10 Nanometer (100 Angstroem) betragen.
Claims (13)
1. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf mit zwei Magnetpolen
(P1, P2), die durch einen Spalt (E1) aus nichtmagnetischem
Material voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß er auch folgendes enthält:
- auf jedem Magnetpol (P1, P2) eine Schicht (S1, S2) aus
einem magnetischen Material, die einen guten Koeffizienten
einer Klebung auf den Magnetpolen (P1, P2) besitzt und auf
der eine Schicht auf der Basis von Kohlenstoff einen guten
Klebekoeffizienten aufweist, wobei diese Schicht nur die
Magnetpole bedeckt, und
- auf der Einheit von Schichten (S1, S2) aus magnetischem
Material und dem Spalt (E1) eine abriebfeste Schicht (C1)
aus einem Material auf der Basis von Kohlenstoff.
2. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole aus Ferrit
bestehen.
3. Magnetischer Auf zeichnungs/Lese-Kopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus magnetischem
Material auf der Basis von Fex Siy Alz besteht.
4. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus magnetischem
Material auf der Basis von Permalloy (Ni Fe) besteht.
5. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material auf der
Basis von Fex Siy Alz Ct besteht, wobei die folgenden
Verhältnisse vorliegen:
- x = 70 bis 85 Prozent Eisen
- y = 5 bis 15 Prozent Silizium
- z = 5 bis 15 Prozent Aluminium
- t = 0 bis 15 Prozent Kohlenstoff,
wobei die Summe x + y + z + t gleich 100 ist.
6. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf, der eine flache
Form aufweist, nach Anspruch 1, wobei der Kopf zwei
Magnetpole (P1, P2) aus dünnen Schichten enthält, die auf ein
Substrat (1) aufgebracht und durch einen Spalt (E1) voneinander
getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die abriebfeste
Schicht (C1) auch die Substratzone oder die Substratzonen
(1) bedeckt, die nicht von den Magnetpolen (P1, P2) und von
dem Spalt (E1) bedeckt sind.
7. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (S1, S2) aus
magnetischem Material, die jeden Magnetpol (P1, P2) bedecken,
durch ein nichtmagnetisches Material (E2) untereinander
getrennt sind.
8. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Material (E2)
ein Material auf der Basis von Siliziumdioxid ist.
9. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Material (E2)
ein Material auf der Basis von Aluminiumoxid ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines magnetischen
Aufzeichnungs/Lese-Kopfes nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte
enthält:
- einen ersten Schritt der Herstellung einer ersten
Befestigungsschicht (S1) auf der aktiven Seite des einen der
Magnetpole (P1) des Magnetkopfes,
- einen zweiten Schritt der Herstellung einer Schicht (E3)
aus nichtmagnetischem Material auf der ersten
Befestigungsschicht (S1), auf dem Spalt (E1) und auf dem zweiten
Magnetpol (P2),
- einen dritten Schritt der Herstellung einer zweiten
Befestigungsschicht (S2) auf der Schicht (E3) aus
nichtmagnetischem Material,
- einen vierten Schritt der Bearbeitung der zweiten
Befestigungsschicht (S2) und der Schicht (E3) aus nichtmagnetischem
Material bis zum Erreichen der ersten Befestigungsschicht
(S1), und
- einen fünften Schritt der Herstellung einer Schicht (C1)
aus einem abriebf esten Material auf den beiden Bef
estigungsschichten (S1, S2) und auf dem Teil (E2) der Schicht aus
nichtmagnetischem Material, der zwischen den beiden
Befestigungsschichten (S1, S2) verbleibt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
es zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt eine Phase
eines solchen Abtragens der Schicht (E3) aus
nichtmagnetischem Material enthält, daß von dieser Schicht nur der Teil
(E2) erhalten bleibt, der zwischen den beiden
Befestigungsschichten (S1, S2) beibehalten werden muß.
12. Magnetischer Aufzeichnungs/Lese-Kopf mit zwei
Magnetpolen (P1, P2), die durch einen Spalt (E1) aus
nichtmagnetischem Material voneinander getrennt sind, dadurch
gekennzeichnet, daß er auch Befestigungsschichten (S1, S2) aus
einem magnetischen Material enthält, die einen guten
Koeffizienten einer Klebung auf den Magnetpolen besitzen, wobei
sie nur die Magnetpole (P1, P2) bedecken, wobei die
nichtbedeckten
Zonen durch ein nichtmagnetisches Material (V1, V2)
belegt sind, und wobei die Einheit von Befestigungsschichten
(S1, S2) und des nichtmagnetischen Materials (V1, V2) von
einer abriebf esten Schicht (C1) bedeckt sind, die einen
guten Koeffizienten einer Klebung auf dem Material der
Befestigungsschichten besitzt.
13. Magnetischer Auf zeichnungs/Lese-Kopf nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche des
nichtmagnetischen Materials (V1, V2) mit der oberen Fläche der
Befestigungsschichten (S1, S2) fluchtet, um eine ebene
Oberfläche zu bilden.
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