DE4039852A1 - Magnetplattenvorrichtung und verfahren zur informationsaufzeichnung und -wiedergabe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetplattenvorrich­ tung und ein Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen, und insbesondere auf eine Magnetplattenvor­ richtung großer Kapazität, die als externer Speicher für einen Computer verwendet werden kann, auf einen Dünnfilm- Magnetkopf, der in der Magnetplattenvorrichtung verwendet wird und auf ein Verfahren zur Informationsaufzeichnung und -wiedergabe der Magnetplattenvorrichtung.

Mit zunehmender Speicherkapazität der Computer tendieren auch die Magnetplatteneinrichtungen dahin, in ihrer Spei­ cherkapazität zuzunehmen.

In der amtlichen Offenlegungsschrift der Japanischen Pa­ tentanmeldung Nr. 60-1 33 501 wird eine Magnetplatte gemäß dem Stand der Technik beschrieben, bei der ein aus mehre­ ren auf einem Läufer angebrachten Magnetkopf-Kernen be­ stehender Magnetkopf zur Aufzeichnung auf äußeren und in­ neren Randbereichen mit derselben Liniendichte verwendet wird, wodurch es möglich ist, auf einer weiter außen ge­ legenen Spur mit einer gleich hohen Aufzeichnungsdichte wie auf einer weiter innen gelegenen Spur aufzuzeichnen. Die amtliche Druckschrift der Japanischen Offenlegungs­ schrift der Patentanmeldung Nr. 57-2 10 403 lehrt, die Ka­ pazität einer jeden Spur einer Magnetplatte dadurch zu optimieren, daß die Daten auf sie mit unterschiedlichen Frequenzen geschrieben werden, wodurch die Gesamtspei­ cherkapazität erhöht wird.

Beide oben erwähnten Magnetplatten gemäß dem Stand der Technik dienen zur Erhöhung der Aufzeichnungskapazität einer Magnetplatte, die Frage aber, wie eine Vorrichtung zu konstruieren sei, bei der die Aufzeichnungsdichte der gesamten Magnetplatte erhöht ist, wird nicht untersucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine grundlegende Konstruk­ tion einer Magnetplatte mit einer Gesamtspeicherkapazität von 60 Gigabytes, und insbesondere einer Kapazität in ei­ nem Bereich zwischen 60 und 120 Gigabytes anzugeben, und eine Magnetplatte derartiger Größe bereitzustellen.

Die Erfindung soll weiterhin eine Dünnfilm-Magnetplatte angeben, die zur Verwendung in einer Magnetplatten-Ein­ richtung von 60 oder mehr Gigabytes Speicherkapazität ge­ eignet ist.

Die Erfindung soll weiterhin einen Dünnfilm-Magnetkopf angeben, der zur Verwendung in einer Magnetplatten-Vor­ richtung mit einer Speicherkapazität von 60 oder mehr Gigabytes geeignet ist.

Weiterhin soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Informa­ tionsaufzeichnung und -wiedergabe für die oben genannte Magnetplattenvorrichtung angegeben werden.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen in den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Unteransprüche sind auf bevorzugte Aus­ führungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Eine erfindungsgemäße Magnetplatte ist mit mehreren Kopf/ Platten-Kombinationen versehen, die aus mehreren koaxial auf einer einzigen rotierenden Welle angebrachten Dünn­ film-Magnetplatten und einem Dünnfilmkopf zum Schreiben und Lesen von Informationen auf und von der Dünnfilm-Ma­ gnetplatte bestehen. Die Dünnfilm-Magnetplatten haben je­ weils eine Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch oder mehr und eine Linienaufzeichnungsdichte von 70 Kilobits oder mehr. Außerdem sind Antriebseinrichtungen für die rotie­ rende Welle vorhanden, die die innerste Spur der Dünn­ film-Magnetplatte mit einer Bahngeschwindigkeit von 3 m pro Sekunde oder mehr antreiben.

Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Konzept, daß es zur Ausweitung der Speicherkapazität, wobei dies nicht zu einer nennenswerten Vergrößerung der Abmessungen der Ma­ gnetplattenvorrichtung führen soll, notwendig ist, die Oberflächen-Aufzeichnungsdichte einer Dünnfilm-Magnetplat­ te zu vergrößern und die Datenübertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Man fand heraus, daß dann, wenn eine Dünnfilm-Magnetplatte eine Oberflächen-Aufzeichnungsdichte von 120 bis 200 Mega­ bits pro Quadratinch hat und wenn die Datenübertragungsge­ schwindigkeit zwischen 6 und 9 Megabytes pro Sekunde be­ trägt, die Gesamtspeicherkapazität einer Magnetplatte auf 60 bis 120 Gigabytes ausgeweitet werden kann. Um eine der­ artige Oberflächen-Aufzeichnungsdichte, Datenübertragungs­ geschwindigkeit und Gesamtspeicherkapazität zu erreichen, stellte es sich als wünschenswert heraus, die oben erwähn­ te Spurdichte, Zeilenaufzeichnungsdichte und Bahngeschwin­ digkeit der Scheibe für die Magnetplattenvorrichtung zu übernehmen. Außerdem stellte sich heraus, daß Schreib- und Lesevorgänge mit der weiter oben beschriebenen Dünnfilm- Magnetplatte durchgeführt werden können, wenn eine verwen­ dete Dünnfilm-Magnetplatte der folgenden Formel genügt, wobei sich die Aufzeichnungswellenlänge in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,97 µm erstreckt:

wobei P_T die Poldicke, B_S eine Sättigungsflußdichte des Magnetkopf-Kernes und λ die Aufzeichnungswellenlänge ist.

Magnetplatten, wie sie im allgemeinen für Computer als ex­ terne Speichereinrichtungen verwendet werden, sind übli­ cherweise in Gehäusen untergebracht, deren Kantenlänge zwischen 0,5 und 1,5 m liegen, wobei sie bis zu 2 m hoch sind. Wünschenswert ist es deshalb, eine Magnetplattenein­ richtung innerhalb dieses Raumes unterzubringen und gleichzeitig seine Aufzeichnungskapazität zu erhöhen.

Um innerhalb des vorher definierten Raumes eine Speicher­ kapazität von 60 oder mehr Gigabytes unterbringen zu kön­ nen, sind die Spurdichte und die Zeilenaufzeichnungsdichte einer Dünnfilm-Magnetplatte, wie sie durch die vorliegende Erfindung angegeben wird, äußerst wichtig.

Erfindungsgemäß ist es wünschenswert, einen Kopf/Platten- Aufbau mit mehreren scheibenförmigen Dünnfilm-Magnetplat­ ten auszubilden, die auf einer einzigen rotierenden Welle angebracht sind, und eine Magnetplatteneinrichtung aus mehreren dieser Kopf/Platten-Aufbauten zusammenzusetzen. Der Durchmesser einer Dünnfilm-Magnetplatte liegt dabei vorzugsweise zwischen 3,5 bis 11 Inch. Mit Dünnfilm-Ma­ gnetplatten derartiger Größe ist es möglich, 8 Kopf/Plat­ ten-Aufbauten innerhalb eines Raumes, der eine Grundfläche mit Kantenlängen zwischen 0,5 und 1,5 m sowie eine Höhe von in etwa 2 m aufweist, unterzubringen.

Wenn der Durchmesser der Dünnfilm-Magnetplatten zu klein ist, müßte die Zeilenaufzeichnungsdichte erhöht werden, was zu Schwierigkeiten hei der Aufzeichnung und Wiederga­ be führt. Wenn er andererseits zu groß ist, kann die Mon­ tagedichte der Dünnfilm-Magnetplatten nicht vergrößert werden, außerdem treten Probleme bei der Erhöhung der Läu­ fergeschwindigkeit der Dünnfilm-Magnetplatte auf. Die an­ gegebenen Dünnfilm-Magnetplatten mit einem Durchmesser zwischen 3,5 und 11 Inch sind gut zur Erhöhung ihrer Ober­ flächenaufzeichnungsdichte sowie zur Beschleunigung der Datenübertragungsgeschwindigkeit geeignet.

Wenn eine Magnetplatteneinrichtung mit acht Kopf/Platten- Aufbauten versehen ist, muß von diesen jeder eine Spei­ cherkapazität von etwa 7,5 Gigabytes oder mehr haben, damit sich eine Gesamtspeicherkapazität von 60 Gigabytes oder mehr ergibt. Nimmt man an, daß sowohl Vorder- als auch Rückseite jeder Dünnfilm-Magnetplatte zur Informa­ tionsaufzeichnung benutzt werden, daß also alle 16 er­ reichbaren Flächen benutzt werden, muß die Speicherkapa­ zität pro Oberfläche in etwa 0,5 Gigabytes oder mehr sein.

Der zur Informationsaufzeichnung benützte Bereich einer Dünnfilm-Magnetplatte ist nicht größer als etwa 4 cm vom äußeren Rand nach Innen. Um eine Speicherkapazität von 0,5 Gigabytes unter Verwendung einer derartigen Dünnfilm- Ma­ gnetplatte zu erreichen, ist es notwendig, eine Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch oder mehr und eine Zeilenauf­ zeichnungsdichte von 70 Kilobytes pro Inch oder mehr zu erreichen.

Aber selbst dann, wenn eine Magnetplatteneinrichtung ge­ baut werden kann, die eine stark vergrößerte Speicherka­ pazität aufweist, bringt eine derartige Einrichtung prak­ tisch keine Vorteile mit sich, wenn das Schreiben und Le­ sen von Daten lange dauert. Gleichzeitig mit der Erhö­ hung der Speicherkapazität ist es deshalb notwendig, die Datenübertragungsgeschwindigkeit, also die Schreib- und Lesegeschwindigkeit für Daten zu erhöhen. Um eine Spei­ cherkapazität von 60 bis 120 Gigabytes in einer Magnet­ platteneinrichtung mit Dünnfilm-Magnetplatten, deren Oberflächenaufzeichnungsdichte in einem Bereich zwischen 120 und 200 Megabits pro Quadratinch liegt, zu erreichen, ist eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 6 bis 9 Me­ gabytes pro Sekunde wünschenswert. Eine derart hohe Daten­ übertragungsgeschwindigkeit ermöglicht eine starke Auswei­ tung der Speicherkapazität, ohne daß dies zu einer Verzö­ gerung bei der Datenverarbeitung führen würde.

Die Oberflächenaufzeichnungsdichte berechnet sich aus dem Produkt von Spurdichte und Zeilenaufzeichnungsdichte, und die Datenübertragungsgeschwindigkeit aus der Zeilenauf­ zeichnungsdichte und der Bahngeschwindigkeit der Dünnfilm- Magnetplatte.

Um eine Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch auf einer Dünnfilm-Magnetplatte mit einem Durchmesser von 3,5 bis 11 Inch zu erreichen, muß die Schrittweite zwischen neben­ einanderliegenden Spuren 14,1 µm oder kleiner sein. Da vorzugsweise ein Führungsband von 1 bis 4 µm Breite zur Verhinderung gegenseitiger Beeinflussung benachbarter Spu­ ren vorgesehen ist, beträgt die Spurbreite vorzugsweise 11 µm oder weniger.

Die Zunahme der Datenübertragungsgeschwindigkeit bedingt auch eine Reduzierung der Datenzugriffszeit (Positionie­ rungszeit). Erfindungsgemäß ist eine mittlere Datenzu­ griffszeit von 10 ms oder weniger wünschenswert. Unter Be­ rücksichtigung der Beziehung zur Datenübertragungsge­ schwindigkeit werden die Plattendrehzahl und die Rotati­ onsverzögerung eines Dünnfilm-Magnetkopfes zu 3500 Umdre­ hungen pro min bzw. 10 ms oder weniger im Durchschnitt festgesetzt. Die Rotationsverzögerung bezeichnet ein Zeit­ intervall, während dessen der Dünnfilm-Magnetkopf, der zu einer vorbestimmten Spur der Dünnfilm-Magnetplatte be­ wegt wurde, darauf wartet, daß die Platte zu einer vorbe­ stimmten Position der Spur weitergedreht wird, um darauf Informationen zu schreiben oder davon Informationen zu lesen.

Um eine erfindungsgemäße Magnetplatteneinrichtung großer Speicherkapazität zu erreichen, spielt die Struktur einer Dünnfilm-Magnetplatte eine sehr wichtige Rolle.

Dünnfilm-Magnetplatten werden im allgemeinen dadurch her­ gestellt, daß eine magnetische Schicht auf zumindest einer Oberfläche eines nicht-magnetischen Trägers, wie bei­ spielsweise Aluminium, aufgedampft oder durch Plattieren abgelagert wird, wobei die Dicke und die Koerzitivkraft wichtig sind.

Genauer betrachtet heißt das, daß eine Zeilenaufzeich­ nungsdichte von 60 Kilobits pro Inch oder mehr einer Auf­ zeichnungswellenlänge von 0,97 µm oder weniger entspricht. Die Flußumkehrbreite α der Dünnfilm-Magnetplatte weist eine Abhängigkeit ungefähr wie die folgende auf:

α ∝ t_mag×Mr/Hc

wobei t_mag die Dicke der Magnetschicht darstellt, Mr die magnetische Remanenz der Magnetschicht und Hc die Koerzi­ tivkraft der Magnetschicht. Diese Beziehung zeigt, daß es zur Ausweitung der Zeilenaufzeichnungsdichte wichtig ist, die Flußumkehrbreite zu verkleinern.

Der obigen Beziehung kann man auch entnehmen, daß die Flußumkehrbreite durch Reduzierung der magnetischen Rema­ nenz der Magnetschicht verkleinert werden kann oder durch Vergrößern ihrer Koerzitivkraft. Eine starke Verkleinerung der magnetischen Remanenz der Magnetschicht führt aber zu einem kleineren Ausgangssignal des Kopfes, so daß die ma­ gnetische Remanenz nicht wesentlich verkleinert werden kann. Außerdem ist die magnetische Schicht vorzugsweise dünner, herstellungsbedingt jedoch nicht dünner als 0,04 bis 0,06 µm. Um eine ausreichend kleine Flußumkehrbreite bzw. eine erhöhte Zeilenaufzeichnungsdichte zu erhalten, muß deshalb die Koerzitivkraft der Magnetschicht vergrö­ ßert werden. Es ist möglich, eine Aufzeichnungswellenlän­ ge von 0,97 µm oder weniger bei Verwendung einer Magnet­ schicht mit einer Koerzitivkraft von 1,8 kOe (Kilooersted) oder mehr sowie einer magnetischen Remanenz von näherungs­ weise 15 kG (Kilogauß) zu erreichen.

Vorzugsweise wird die Oberfläche der magnetischen Schicht der Dünnfilm-Magnetplatte mit einem Schmierfilm versehen, um ein Abreiben der Schicht bei Kontakt mit dem Magnetkopf oder eine Anlagerung am Magnetkopf beim Betrieb zu verhin­ dern. Wird ein derartiger Schmierfilm zu dick, bewirkt seine Dicke eine Beabstandung, die eine Verschlechterung der Aufzeichnungs- und Wiedergabekennlinie bewirkt. Die Dicke des Schmierfilms sollte deshalb auf 0,05 µm oder we­ niger beschränkt sein.

In einer Magnetplattenvorrichtung beeinflußt auch der Ab­ stand, unter dem der Dünnfilm-Magnetkopf schwebt, eben­ falls die Aufzeichnungsdichte. Wünschenswert ist es, den Schwebeabstand zu reduzieren, um die Aufzeichnungsdichte zu erhöhen. Erfindungsgemäß ist der Schwebeabstand 0,15 µm oder weniger.

Die erfindungsgemäße Magnetplatteneinrichtung verwendet gewöhnliche Dünnfilm-Magnetköpfe vom Induktionstyp und ermöglicht das Schreiben und Lesen von Informationen. Vorteilhafter ist es aber, einen überschreibfähigen Dünn­ film-Magnetkopf zu verwenden, insbesondere einen, der bei seiner Verwendung ein Überschreiben bei -22 dB oder we­ niger erlaubt. Wenn Daten, die mit einer Minimalfrequenz f₁ geschrieben werden, von anderen Daten einer Maximalfre­ quenz f₂ überschrieben werden, liegt das Ausgangsverhält­ nis von vorher mit der Frequenz f₁ geschriebenen Daten zu den neu mit der Frequenz f₂ geschriebenen Daten wünschens­ wert bei -22 dB oder weniger. Ist der Wert größer als -22 dB, ist die wiedergegebene Wellenform stark von den nach dem Überschreiben verbleibenden vorher geschriebenen Daten beeinflußt, was zu einer plötzlichen Fehlerzunahme führt. Zur Verbesserung der Wiedergabekennlinie der Ma­ gnetplattenvorrichtung kann eine Schaltung zur Wellenfor­ mung verwendet werden, die eine wiedergegebene Welle der­ artig formt, daß sich ein vergrößerter Phasenspielraum und damit eine verringerte Fehleranzahl ergibt.

Für einen Dünnfilm-Magnetkopf wird erfindungsgemäß vor­ zugsweise die folgende Struktur verwendet. Der Dünnfilm- Magnetkopf besteht aus einer unteren Magnetschicht, einer auf der unteren Magnetschicht abgelagerten oberen Magnet­ schicht, wobei jeweils deren eines Ende miteinander ver­ bunden ist und wobei jeweils deren andere Enden einander mit einem Spalt dazwischen gegenüberliegen, um dadurch mit der unteren Magnetschicht einen magnetischen Kreis mit ei­ nem magnetischen Spalt in einem Teilbereich zu bilden. Außerdem hat er eine leitende Spule, die den magnetischen Kreis zwischen den beiden magnetischen Schichten durch­ dringt. Der Dünnfilm-Magnetkopf hat außerdem eine Pol­ dicke, die in einem Bereich der Aufzeichnungswellenlänge zwischen 0,3 und 0,97 µm folgender Gleichung genügt:

wobei P_T die Poldicke in µm darstellt, B_S eine Sättigungs­ felddichte von oberer und unterer magnetischer Schicht (in Tesla) und λ die Aufzeichnungswellenlänge in µm.

Erfindungsgemäß wurde klargestellt, daß die Überschreib­ kennlinie nennenswert durch das Produkt von Poldicke eines Dünnfilm-Magnetkopfes und der Sättigungsflußdichte des magnetischen Kernmaterials beeinflußt wird. Außerdem wurde klargestellt, daß das Produkt aus Sättigungsflußdichte des magnetischen Kernmaterials und Poldichte wie oben gezeigt einer vorbestimmten Beziehung genügt, um die Überschreib­ kennlinie zu verbessern. Die obige Formel leitet sich aus der Auswertung von Meßreihen ab, bei denen die Über­ schreibkennlinie von etwa 50 verschiedenen Arten von Dünn­ film-Magnetköpfen mit jeweils unterschiedlichen Poldicken und Sättigungsflußdichten des magnetischen Kernmaterials gemessen wurden.

Wenn die Spurbreite eines Dünnfilm-Magnetkopfes zur Erhö­ hung der Spurdichte enger gemacht wird, erniedrigt sich das Ausgangssignal proportional dazu. Um dieses kleinere Ausgangssignal zu kompensieren, ist es wünschenswert, die Anzahl der Spulenwicklungen des Dünnfilm-Magnetkopfes zu erhöhen, um ein größeres Ausgangssignal zu erzeugen. Vor­ zugsweise liegt die Windungsanzahl bei 10 oder mehr.

Der Dünnfilm-Magnetkopf wird hergestellt, indem eine ma­ gnetische Schicht auf einem nicht magnetischen Träger ab­ gelagert wird, dann wird er in Form eines Läufers ausge­ bildet. Als Trägermaterial wird vorzugsweise ein kerami­ sches Material wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliciumcar­ bid oder ein Oxid mit Spinellstruktur, wie beispielsweise MgAl₂O₃, verwendet.

Die zum Andrücken des Dünnfilm-Magnetkopfes an die Platte verwendete Last sollte so klein wie möglich sein, um eine bessere Gleitbewegung zu erhalten, insbesondere ist eine Last von 10 g oder weniger wünschenswert.

Vorzugsweise wird auf eine Endfläche des Schlittens des Dünnfilm-Magnetkopfs ein Kranz montiert, insbesondere auf eine der Dünnfilm-Magnetplatte gegenüberliegende Fläche. Ein derartiger Kranz verursacht Luftwirbel, die das Schwe­ ben des Dünnfilm-Magnetkopfes unterstützen.

Die Form des Schlittens des Dünnfilm-Magnetkopfes kann ei­ ne Schlittenform mit positivem Druck sein, die die Schwe­ bekraft in der Nähe des oberen Endes des Kopfkernes ab­ schwächt oder eine Schlittenform mit negativem Druck, die zur vorhergesetzten Form eine entgegengesetzte Kennlinie hat.

Als magnetisches Kernmaterial wird vorzugsweise sowohl für die untere als auch für die obere magnetische Schicht des Dünnfilm-Magnetkopfes ein Material mit einer hohen Sätti­ gungsflußdichte verwendet, insbesondere einer Sättigungs­ flußdichte von 1 T (Tesla) oder mehr. Ein derartiges ma­ gnetisches Material umfaßt kristallines Nickel-Eisen, wie beispielsweise Permalloy, kristalline und nicht-kristalli­ ne Legierungen auf Kobaltbasis und kristalline und nicht­ kristalline Legierungen auf Eisenbasis. Die obere und un­ tere magnetische Schicht kann jeweils eine mehrlagige Struktur haben. Solche mehrlagigen Strukturen werden hergestellt, indem abwechselnd eine magnetische und ei­ ne nicht-magnetische Schicht übereinander gestapelt wer­ den. Vorteilhafterweise wird für eine nicht-magnetische Lage eine isolierende Schicht aus Aluminiumoxid oder Siliciumoxid verwendet. Werden magnetische und nicht­ magnetische Lagen abwechselnd übereinandergestapelt, ist es wünschenswert, daß die jeweiligen Lagen eine gleich­ bleibende Dicke haben. Aber auch Unterschiede bei der Filmdicke werden keine Schwierigkeiten verursachen. Die Gesamtzahl von Lagen innerhalb einer Schicht ist zwei oder mehr, so daß eine Schicht aus zumindest zwei Lagen besteht, beispielsweise einer magnetischen und einer nicht-magnetischen Lage. Solche durch eine Abfolge von magnetischen und nicht-magnetischen Lagen geformte Mehr­ lagenstrukturen führen zu einer Verkleinerung von Wirbel­ strömen, was zu einer Verbesserung der magnetischen Perme­ abilität in höheren Frequenzbereichen führt, außerdem bil­ det sich näherungsweise nur eine einzige magnetische Do­ mäne aus. Eine mehrlagige Struktur verhindert außerdem wirkungsvoll, daß sich magnetische Wände fortbewegen, so daß sich das wiedergegebene Ausgangssignal stabilisiert. Weiterhin kann ein magnetisches Material mit einer hohen Sättigungsflußdichte eine höhere Flußdichte und ein stär­ keres Magnetfeld erzeugen, was zu einer Verbesserung der Überschreibkennlinie führt. Die oben erwähnte mehrlagige Schicht kann durch Aufdampfen oder durch Metallisieren oder ähnliches hergestellt werden.

Die erfindungsgemäße Magnetplattenvorrichtung verwendet einen Lesekopf und einen Schreibkopf, wobei es möglich ist, Informationen mit einem induktiven Dünnfilm-Magnet­ kopf mit einer großen Poldicke zu schreiben und Informa­ tionen mit einem Dünnfilm-Magnetkopf mit einem magneti­ schen Kern mit hoher magnetischer Permeabilität zu lesen.

Wird auf diese Weise gelesen oder geschrieben, verbessert sich dadurch die Überschreibkennlinie und die Leseeigen­ schaften. Wird ein Lesekopf aus MR-Material hergestellt, ist es möglich, den Signal-Rauschabstand eines nach dem Überschreiben neu geschriebenen Signalwertes S in bezug auf einen zurückgebliebenen Signalwert N zu verbessern.

Der Dünnfilm-Magnetkopf kann sich in Kontakt mit der Dünnfilm-Magnetplatte befinden, wenn die Magnetplatten­ vorrichtung nicht benutzt wird und erst angehoben werden, wenn die Drehung der Dünnfilm-Magnetplatte beginnt. Alter­ nativ hierzu kann der Magnetkopf aber auch angehoben wer­ den, bevor die Magnetplattenvorrichtung in Betrieb genom­ men wird und die Schwebehöhe, also der Abstand zwischen Kopf und Platte, wird gesteuert, wenn die Rotationsge­ schwindigkeit der Platte einen vorbestimmten Wert er­ reicht. Das letztere Verfahren ist vorteilhaft im Hinblick darauf, daß es Abrieb zwischen Dünnfilm-Magnetplatte und Kopf verhindert. Ein dem Lesevorgang mit einem Dünnfilm- Magnetkopf eigenes Problem ist das sogenannte Wackeln, das ebenfalls in der amtlichen Druckschrift der Japanischen Patentanmeldung Nr. 58-1 94 125 beschrieben wird. Dieses Wackeln bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem unregelmä­ ßige Schwankungen im wiedergegebenen Ausgangssignal auf­ treten, was zu einem Lesefehler führt. Um dieses Wackeln zu unterdrücken, ist es wünschenswert, die Größe des ex­ ternen magnetischen Feldes auf 3 Oe oder weniger zu redu­ zieren.

Da zur Vergrößerung der Aufzeichnungsdichte die Spurbreite des Dünnfilm-Magnetkopfes reduziert wird, ist es wün­ schenswert, ein eingebettetes Servosystem zu verwenden, bei dem die Positionierung nicht an der Servo-Oberfläche durchgeführt wird, und bei dem Servo-Informationen auch auf die Datenfläche geschrieben werden.

Die erfindungsgemäße Magnetplattenvorrichtung ist mit ei­ ner Dünnfilm-Magnetplatte zur Informationsaufzeichnung versehen und mit Dünnfilm-Magnetköpfen, um Informationen von der Platte zu lesen und Informationen auf die Platte zu schreiben und ist dadurch gekennzeichnet, daß sie meh­ rere Kopf/Platten-Aufbauten umfaßt, die aus mehreren Dünn­ film-Magnetplatten mit einer Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch oder mehr und einer Zeilenaufzeichnungsdichte von 70 Kilobits pro Inch oder mehr bestehen, die koaxial auf einer einzigen rotierenden Welle angebracht sind. Außerdem bestehen sie aus Dünnfilm-Magnetköpfen, bei denen zwischen der Poldicke (P_T) und der Sättigungsflußdichte (B_S) des Magnetkopfkernes folgende Beziehung besteht:
345 P_T×B_S 3,5, wobei die Aufzeichnungswellenlänge zwischen 0,3 und 0,97 µm liegt. Der obere Grenzwert von 345 µm×T für P_T×B_S ergibt sich durch das für den Magnet­ kopfkern verwendete Material sowie durch den Herstellungs­ prozeß für den Magnetkopf. Ein verwendetes Material hat vorzugsweise eine Sättigungsflußdichte (B_S) von näherungs­ weise 2,3 T oder weniger, die Poldicke (P_T) ist herstel­ lungsbedingt 150 µm oder weniger. Der untere Grenzwert von 3,5 µm×T ergibt sich für eine Aufzeichnungswellenlänge von 0,97 µm, insgesamt ist es vorzuziehen, daß der Wert von P_T×B_S mit abnehmender Aufzeichnungswellenlänge zu­ nimmt.

Die aus Dünnfilm-Magnetplatten und Dünnfilm-Magnetköpfen zum Schreiben und Lesen von Informationen auf und von einer Dünnfilm-Magnetplatte bestehende Magnetplattenvor­ richtung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in der Magnetplattenvorrichtung enthaltene Kopf/Platten-Aufbau­ ten jeweils mit mehreren Dünnfilm-Magnetplatten, die ko­ axial auf einer einzigen rotierenden Welle angebracht sind, bestehen, wobei die Dünnfilm-Magnetplatten jede eine Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch oder mehr und eine Zeilenaufzeichnungsdichte von 70 Kilobits pro Inch oder mehr haben, wobei in einem Bereich der Aufzeichnungswel­ lenlänge (λ) von 0,3 bis 0,97 µm die Dünnfilm-Magnetköp­ fe bezüglich ihrer Poldicke (P_T), ihrer Sättigungsfluß­ dichte (B_S) des magnetischen Kopfkernes und der Aufzeich­ nungswellenlänge (λ) der folgenden Bedingung genügen:

345 ≧ P_T · B_S ≧ 4,3 - 0,8 λ

wobei auch ein Antrieb für die Platten vorgesehen ist.

Die rechte Seite "4,3-0,8λ", wie sie erfindungsgemäß angewendet wird, ergibt sich durch lineare Näherung der obigen Formel. Insbesondere ist es vorzuziehen, die obige Formel in einem Bereich der Aufzeichnungswellenlänge von 0,5 bis 0,97 µm anzuwenden.

Liegt hingegen die Aufzeichnungswellenlänge λ in einem Be­ reich zwischen 0,3 und 0,5 µm, ist eine Formel von "13,1-14,8λ" vorzuziehen.

Die vorliegende Erfindung hat Anforderungen geklärt, die eine Magnetplattenvorrichtung mit einer Speicherkapazität von 60 Gigabytes oder mehr erfüllen sollte, insbesondere dann, wenn die Speicherkapazität zwischen 60 und 120 Giga­ bytes liegen soll. Um insbesondere eine Magnetplattenvor­ richtung mit einer Aufzeichnungskapazität von 60 bis 120 Gigabytes praktisch verwenden zu können, sind folgende An­ forderungen zu erfüllen:

• 1) Die Flächenaufzeichnungsdichte liegt zwischen 120 und 900 Megabits pro Quadratinch;
• 2) Lesen und Schreiben wird mit Dünnfilm-Magnetköpfen durchgeführt, die bezüglich ihrer Poldicke (P_T), ihrer Sättigungsflußdichte (B_S) des Magnetkopfkernes und ihrer Aufzeichnungswellenlänge (λ), die zwischen 0,3 und 0,97 µm liegt, folgender Formel genügen: wobei P_T die Poldicke in µm ist, B_S eine Sättigungsfluß­ dichte der oberen und unteren Magnetschicht (in Tesla) und λ die Aufzeichnungswellenlänge in µm; und
• 3) die Datenübertragungsgeschwindigkeit liegt zwischen 6 und 9 Megabytes pro Sekunde.

Erfindungsgemäß konnte außerdem geklärt werden, daß bei der Ausweitung der Speicherkapazität der Magnetplattenvor­ richtung die Zeilenaufzeichnungsdichte und Spurdichte ei­ ner Dünnfilm-Magnetplatte sowie die Scheibendrehzahl eine wichtige Rolle spielen, wenn es darum geht, eine Ver­ größerung des Durchmessers der Dünnfilm-Magnetplatte zu vermeiden. Erfindungsgemäß wurde somit die Beziehung zwi­ schen diesen Größen untersucht.

Die Erfindung lehrt, aus welchen Bestandteilen eine Ma­ gnetplattenvorrichtung mit einer Speicherkapazität von 60 bis 120 Gigabytes bestehen sollte.

Wünschenswert ist es, die Aufzeichnungsdichte der Magnet­ plattenvorrichtung zu vergrößern, um deren Aufzeichnungs­ kapazität zu erhöhen, ohne daß dies zu einer Vergrößerung der Vorrichtung in ihrer Größe führen würde.

Zur Vergrößerung der Aufzeichnungsdichte auf der Dünnfilm- Magnetplatte ist die Struktur der Dünnfilm-Magnetköpfe zum Schreiben und Lesen von Informationen auf die und von der Dünnfilm-Magnetplatte äußerst wichtig. Insbesondere ist es notwendig, eine Dünnfilm-Magnetplatte mit hoher Koerzitiv­ kraft zu verwenden, um die Aufzeichnungswellenlänge zu re­ duzieren, wobei das am äußersten Ende des Dünnfilm-Magnet­ kopfes erzeugte magnetische Feld verstärkt werden muß. Ein sehr dicker Pol kann aber zur Verschlechterung der Spur­ haltegenauigkeit führen.

Erfindungsgemäß stellt es sich heraus, daß Lesen und Schreiben auf einer Dünnfilm-Magnetplatte hoher Aufzeich­ nungsdichte erreicht werden kann, indem ein Dünnfilm-Ma­ gnetkopf verwendet wird, bei dem zwischen Poldicke (P_T, Einheit: µm), der Sättigungsflußdichte (B_S, Einheit: Tesla) und der Aufzeichnungswellenlänge (λ), die zwischen 0,3 und 0,97 µm liegt, eine Beziehung wie sie durch die folgende Formel ausgedrückt ist, herrscht:

Es ist möglich, die Poldicke kleiner zu machen und gleich­ zeitig die Spurhaltegenauigkeit zu verbessern, indem ein Material mit hoher Sättigungsflußdichte für den magneti­ schen Kern verwendet wird, um der obigen Formel zu genü­ gen. Dadurch kann eine hohe Aufzeichnungsdichte der Dünn­ film-Magnetplatte erreicht werden.

Zur Verringerung bzw. Verkürzung der Aufzeichnungswellen­ länge trägt es bei, die Schwebehöhe des Dünnfilm-Magnet­ kopfes in bezug auf die Oberfläche der Dünnfilm-Magnet­ platte zu verringern, so daß die beiden sich näherkommen, oder die Magnetschicht der Dünnfilm-Magnetplatte dünner zu machen. Die ausgeweitete Speicherkapazität einer Magnet­ plattenvorrichtung würde aber keine Vorteile zeigen, wenn der Datenzugriff länger als in einer gewöhnlichen Magnet­ platte niedriger Kapazität dauern würde. Deshalb ist eine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit notwendig, für die wiederum die Bahngeschwindigkeit der Dünnfilm-Magnetplatte sehr wichtig ist.

Die vorliegende Erfindung gibt eine Magnetplattenvorrich­ tung an mit einer extrem hohen Speicherkapazität zwischen 60 und 120 Gigabytes.

Erfindungsgemäß werden außerdem Dünnfilm-Magnetköpfe und Dünnfilm-Magnetplatten angegeben, die zur Verwendung in einer derartigen Magnetplattenvorrichtung hoher Speicher­ kapazität geeignet sind.

Einzelne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden bezugnehmend auf die Zeichnungen er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Magnetplattenvorricht gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm, das die Struktur der Ausführungsform in Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, die die Umgebung eines Dünnfilm-Magnetkopfes aus Fig. 1 zeigt;

Fig. 4 eine Kennlinie, bei der die zum Überschreiben not­ wendige Größe des Kopfmagnetfeldes in Abhängigkeit von der Koerzitivkraft der Magnetschicht der Dünn­ film-Magnetplatte dargestellt ist;

Fig. 5A und 5B den Verlauf des magnetischen Flusses am äußersten Ende des Kopfes;

Fig. 6 eine Kennlinie, bei der das Überschreiben in Abhän­ gigkeit von der Poldicke dargestellt ist, sowie eine Auflösungskennlinie;

Fig. 7 eine Kennlinie, die die Abhängigkeit zwischen Ma­ gnetschichtdicke der Dünnfilm-Magnetplatte und der Aufzeichnungswellenlänge darstellt;

Fig. 8 eine Kennlinie, die die Beziehung zwischen Schwebe­ höhe und Aufzeichnungswellenlänge zeigt;

Fig. 9 eine Kennlinie, die die Beziehung zwischen Produkt aus Poldicke des Dünnfilm-Magnetkopfes und Sätti­ gungsflußdichte des magnetischen Kernmaterials so­ wie der Aufzeichnungswellenlänge zeigt; und

Fig. 10 ein Querschnitt des äußersten Endes eines Dünnfilm- Magnetkopfes.

Fig. 1 zeigt vergröbert eine erfindungsgemäße Ausführungs­ form einer Magnetplattenvorrichtung, bei der die Magnet­ plattenvorrichtung in einem vorbestimmten Gehäuse unterge­ bracht ist.

Ein Kopf/Platten-Aufbau (HDA = Head Disc Assembly) 101 und ein Bereich 102 für elektronische Schaltungen bilden eine Kopf/Platten-Einheit (HDU = Head Disc Assembly Unit) 103, die innerhalb eines Behältnisses 100 untergebracht werden. Das Behältnis beinhaltet außerdem eine nicht dargestellte Schnittstelle zum Datenaustausch mit einem Computer. Es sind acht HDUs 103 vorgesehen, die in vier Stockwerken untergebracht sind. Die Seitenlänge der Grundfläche des Behältnisses 100 liegt in einem Bereich zwischen 0,5 und 1,5 m, seine Höhe ist etwa 2 m.

Bezugsbuchstaben A und B in Fig. 1 bezeichnen Luftzirkula­ tionen, die die Magnetköpfe und die Magnetplatten mit sau­ berer Luft versorgen.

Fig. 2 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung der erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 3 ist eine per­ spektivische Ansicht, bei der die Umgebung eines Dünnfilm- Magnetkopfes 5 in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist.

Bezugsnummer 1 bezeichnet eine Grundplatte und 2 eine Welle. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind mehrere Dünnfilm- Magnetplatten 4 koaxial auf einer einzigen Welle ange­ bracht. Die Dünnfilm-Magnetplatten 4 bestehen jeweils aus einer nicht-magnetischen Platte 4a aus Aluminiumoxid oder ähnlichem, wovon eine oder beide Oberflächen mit einer magnetischen Schicht 4b überzogen sind. Die magnetische Schicht 4b ist mit vielen Spurnuten versehen. Die Flächen­ aufzeichnungsdichte jeder der Dünnfilm-Magnetplatten 4 liegt zwischen 120 und 900 Megabits pro Quadratinch. Wün­ schenswert ist eine Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch oder mehr sowie eine Zeilenaufzeichnungsdichte von 70 Ki­ lobits pro Inch oder mehr. Und innerhalb dieser Bereiche der Zeilenaufzeichnungsdichte und der Spurdichte ist es wünschenswert, daß die Flächenaufzeichnungsdichte, die ein Produkt aus den beiden ist, zwischen 120 und 900 Megabits pro Quadratinch liegt.

Es ist möglich, die Aufzeichnungsdichte zu erhöhen, ohne den Durchmesser der Dünnfilm-Magnetplatten nennenswert zu vergrößern, indem die Flächenaufzeichnungsdichte wie oben erwähnt definiert und gewählt wird.

Wenn aber die Datenübertragungsgeschwindigkeit entspre­ chend der ausgeweiteten Aufzeichnungsdichte und der da­ mit ausgeweiteten Informationsaufzeichnungskapazität kleiner wird, verschlechtert sich auch die Anwendbarkeit der Magnetplattenvorrichtung. Es sei aber betont, daß eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 6 bis 9 Megabytes pro Sekunde bei Verwendung einer oben erwähnten Magnetplatten­ vorrichtung großer Kapazität einen schnellen Datenzugriff ermöglicht. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit bestimmt sich aus der Bahngeschwindigkeit der Dünnfilm-Magnetplatte und der Zeilenaufzeichnungsdichte. Da, wie oben erwähnt, die Zeilenaufzeichnungsdichte bei 70 Kilobits pro Inch liegt, ergibt sich eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 6 bis 9 Megabytes pro Sekunde, wenn die Drehzahl der Scheibe bei 3500 Umdrehungen pro Minute oder mehr liegt, wenn die Dünnfilm-Magnetplatte einen Durchmesser zwischen 3,5 und 11 Inch hat. Eine derartige Scheibendrehzahl von 3500 Umdrehungen pro Minute ist eine normale Drehzahl, die im allgemeinen für Magnetplattenvorrichtungen verwendet wird, so daß die oben erwähnte Datenübertragungsgeschwin­ digkeit gut erreicht werden kann.

Im Beispiel der Fig. 2 sind fünf Dünnfilm-Magnetplatten auf einer einzigen Welle montiert, es könnten aber auch mehr sein. Alternativ hierzu können auch mehrere solcher Aufbauten mit mehreren von Dünnfilm-Magnetplatten, die koaxial auf einer einzigen Welle angebracht sind, vorge­ sehen sein.

Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Motor, der die Welle 2 für die Drehung der Dünnfilm-Magnetplatten antreibt. Bezugs­ ziffer 5 bezeichnet einen Magnetkopf für Daten und 5a einen Magnetkopf für die Positionierung. Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Wagen, 7 eine Schwingspule und 8 einen Magneten. Ein Schwingspulenmotor besteht aus der Schwing­ spule 7 und dem Magnet 8. Die Kopfpositionierung wird mittels der Elemente 6, 7 und 8 durchgeführt. Über eine Steuerschaltung für den Schwingspulenmotor ist die Schwingspule 7 mit den magnetischen Köpfen 5 und 5a ver­ bunden. In Fig. 2 steht eine übergeordnete Einrichtung mit einem Computersystem in Verbindung. Eine Lese-Schreib- Schaltung ist zur Erkennung von Lese- und Schreibvorgängen von Informationen ausgelegt und versorgt die Magnetplat­ tenvorrichtung mit Signalen, ein Schnittstellenbereich verbindet die übergeordnete Einrichtung mit der Magnet­ plattenvorrichtung. Ein System mit einer derartigen über­ geordneten Einrichtung und Magnetplattenvorrichtung steht mit einem Datenverarbeitungssystem in Verbindung.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Dünnfilm- Magnetkopf und eine Dünnfilm-Magnetplatte zeigt. Bezugs­ ziffer 11 bezeichnet einen Schlitten, 9 die Aufzeich­ nungswellenlänge und 10 die Drehrichtung der Scheibe. Bezugsbuchstabe t bezeichnet die Schwebehöhe des Dünn­ film-Magnetkopfes und T_p die Spur-Schrittweite.

Im allgemeinen wird bei einer Magnetplattenvorrichtung neue Information auf ein Aufzeichnungsmedium geschrie­ ben, auf dem schon vorher andere Informationen geschrie­ ben waren. Ein derartiger Vorgang wird Überschreiben ge­ nannt. Tritt dies auf, wirkt die vorher geschriebene In­ formation in bezug auf die neu geschriebene Information wie Rauschen. Deshalb ist es notwendig, am äußersten En­ de des Dünnfilm-Magnetkopfes ein magnetisches Feld zur Magnetisierung der Dünnfilm-Magnetplatte zu erzeugen, um neue Information auf das Medium zu schreiben. Die Über­ schreibkennlinie ist insbesondere für eine Magnetplatten­ vorrichtung großer Kapazität von Wichtigkeit.

Wenn die Koerzitivkraft der Dünnfilm-Magnetplatte stärker ist, muß auch die Größe des am äußersten Ende des Dünn­ film-Magnetkopfes erzeugten Magnetfeldes größer sein. Um die herrschenden Gesetzmäßigkeiten zu ergründen, unter­ suchten die Erfinder die Beziehung zwischen Rauschverhal­ ten, der Überschreibkennlinie, die zur Ermöglichung des Überschreibens in der Magnetplattenvorrichtung benötigt wird, und der Größe des von dem magnetischen Kopf erzeug­ ten Magnetfeldes bei Verwendung einer Dünnfilm-Magnetplat­ te, die jeweils unterschiedliche Koerzitivkräfte hatten, und stellten eine Beziehung auf, die eine Bedingung fest­ legen, bei der Fehlfunktionen der Magnetplattenvorrichtung wirkungsvoll verhindert werden.

Fig. 10 zeigt schematisch die Struktur des äußersten End­ bereiches des magnetischen Kerns eines in der Magnetplat­ tenvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Dünnfilm-Magnetkopfes. Bezugsziffer 36 bezeichnet die Pol­ dicke, 38 die Breite des magnetischen Spaltes, was dem Ab­ stand zwischen der unteren magnetischen Schicht 31 und der oberen magnetischen Schicht 32 entspricht. An der Spitze des Kopfes verlaufen die magnetischen Schichten 31 und 32 parallel zueinander. Bezugsziffer 34 bezeichnet die Dicke der unteren Magnetschicht 31, die auf der Platte aufliegt, 35 die Dicke der oberen Magnetschicht 32, die der Platte gegenüberliegt, 33 die Länge des Schlitzes und 37 eine leitende Spule. Für eine Magnetplattenvorrichtung hoher Kapazität ist eine Überschreiboperation, bei der neue In­ formationen direkt auf vorher geschriebene Informationen geschrieben werden, ein sehr wichtiger Aspekt. Bei einer erneuten Schreiboperation oder einer Überschreiboperation verbleiben vorher geschriebene Informationen als Rauschen für die neu geschriebene Information. Die überschriebene Information muß von ihrem Pegel her dabei mindestens 22 dB unter der neu geschriebenen Information liegen. Unter der obigen Bedingung wurden die Gesetzmäßigkeiten zwischen Ko­ erzitivkraft der Dünnfilm-Magnetplatte und der Größe des vom Dünnfilm-Magnetkopf erzeugten magnetischen Feldes mit einem Dünnfilm-Magnetplattenmedium (dessen magnetische Schicht aufgedampft wurde) untersucht, wobei die Aufzeich­ nungswellenlänge 0,68 µm, die Schwebehöhe 0,1 µm und die Magnetschichtdicke 0,06 µm betrug. Fig. 4 zeigt die aus diesen Untersuchungen gewonnenen Beziehungen. Die Auswer­ tung ergab, daß zur Erreichung einer bestimmten Über­ schreibkennlinie die folgende Beziehung erfüllt sein muß:

Hx ≧ Hc + 800

wobei Hx die Größe des vom Magnetkopf erzeugten Magnetfel­ des darstellt und Hc die Koerzitivkraft der Dünnfilm-Ma­ gnetplatte. Es stellte sich weiterhin heraus, daß eine große Poldicke zur Vergrößerung der vom Magnetkopf erzeug­ ten Magnetfeldstärke wichtig ist, um die obige Formel er­ füllen zu können. Dies kommt daher, daß der vom äußersten Ende des magnetischen Kerns in Richtung auf die Platte hin erzeugte magnetische Fluß stärker wird, wenn die Poldicke zunimmt, wie in Fig. 5A und 5B dargestellt.

Mit zunehmender Leistungsfähigkeit der Computer nimmt auch die Aufzeichnungskapazität von Magnetplattenvorrichtungen zu. Es sei betont, daß zur Erreichung von Verbesserungen der Leistungsfähigkeit von Magnetplattenvorrichtungen die Reduzierung der Aufzeichnungswellenlänge eine wichtige Voraussetzung ist.

Deshalb wurden die zwischen der Gesamtlänge (Poldicke) - die Summe aus der Dicke von oberer und unterer Magnet­ schicht sowie der Länge des magnetischen Spaltes - und der Überschreibkennlinie herrschenden Gesetzmäßigkeiten mit einer Aufzeichnungswellenlänge von 0,68 µm und einem Perm­ alloy mit einer Sättigungsflußdichte von 1 Tesla als ma­ gnetischem Kernmaterial des Dünnfilm-Magnetkopfes unter­ sucht. Die gefundenen Beziehungen sind in Fig. 6 darge­ stellt. Man kann ihr entnehmen, daß ein größerer Wert der Überschreibkennlinie mit zunehmender Poldicke gewonnen werden kann. Da der Signalabstand wie oben erwähnt minde­ stens 22 dB sein muß, ergibt sich aus Fig. 6, daß die Poldicke 5,5 µm oder mehr sein muß. Auf der Grundlage die­ ser Ergebnisse und unter Berücksichtigung von Fluktuatio­ nen der Koerzitivkraft der auf der Dünnfilm-Magnetplatte abgelagerten magnetischen Schicht sowie der Poldicke wurde für den magnetischen Kopf für die Magnetplattenvorrichtung eine Pollänge von 8,6 µm verwendet, wodurch sich gute Schreib- und Lesekennlinien ergeben sowie eine Aufzeich­ nungswellenlänge von 0,68 µm.

Zur Vergrößerung der Aufzeichnungsdichte wurden außerdem weitere Untersuchungen zur weiteren Reduzierung der Auf­ zeichnungswellenlänge gemacht. Es ergab sich, daß es zur scharfen Begrenzung des Schreibmagnetfeldes, das vom äu­ ßersten Ende des Dünnfilm-Magnetkopfes erzeugt wird, wichtig ist, die Tiefe des magnetischen Spaltes sowie des­ sen Länge zu verringern. Herstellungsbedingt ist es aber schwierig, wie eine weitere Untersuchung unter dem obigen Gesichtspunkt ergab, den magnetischen Spalt mit einer Tie­ fe unter etwa 1 µm verläßlich herzustellen. Wenn daher zur Erreichung eines scharf begrenzten Aufzeichnungsmagnetfel­ des, das wie gesagt nicht einfach nur durch Steuerung der Magnetspalttiefe erhalten werden kann, die Poldicke ver­ größert wird, wird es längere Zeit benötigen, um eine dic­ kere magnetische Schicht auf dem Dünnfilm-Magnetkopf aus­ zubilden, außerdem wird die Genauigkeit bei der Herstel­ lung der Spurbreite verschlechtert. Anders gesagt ist es in der Praxis schwierig, eine zufriedenstellende Über­ schreibkennlinie zu erhalten, wenn die Aufzeichnungswel­ lenlänge kürzer wird. Zur Klärung dieses Problems wurde eine weitere Untersuchung durchgeführt, bei der das für den magnetischen Kern verwendete Material eine hohe Sätti­ gungsflußdichte hatte, um eine zufriedenstellende Über­ schreibkennlinie sowie einen gewissen Spielraum für die Genauigkeit der Magnetspalttiefe zu erhalten.

Als Ergebnis stellte sich heraus, daß ein magnetisches Ma­ terial mit hoher Sättigungsflußdichte effektiv zu einer Zunahme der Poldicke (P_T) führt, was sich im Vergleich zu Permalloy mit einer Sättigungsflußdichte von 1 Tesla wie folgt in einer Formel ausdrücken läßt:

Man sieht hieraus, daß zur Sicherstellung einer zufrieden­ stellenden Überschreibkennlinie bei einer Aufzeichnungs­ wellenlänge von 1 µm für den magnetischen Kern ein magne­ tisches Material mit hoher Sättigungsflußdichte verwendet werden kann, um die Poldicke zu reduzieren.

Als nächstes wurden Untersuchungen zur Reduzierung der Ma­ gnetspaltlänge durchgeführt, man nimmt an, daß dies not­ wendig ist, um die Aufzeichnungsdichte zu erhöhen, wobei der Wert von P_T auf 8,6 µm festgelegt wurde. Es ergab sich, daß ein engerer magnetischer Spalt zu einer schärfer begrenzten Feldverteilung zu einem Medium hin führt, gleichzeitig aber zu einer Verringerung der Feldstärke. Es ist deshalb, wie die Untersuchungen ergaben, wirkungsvoll, die Spaltlänge zwischen 0,2 und 0,4 µm zu halten, um eine große Spalttiefe zu bekommen, wobei die Überschreibkennli­ nie besser als 22 dB ist.

Der Zustand bei der magnetischen Aufzeichnung wird durch die Wechselwirkung zwischen magnetischem Medium und magne­ tischem Kopf bestimmt. Bei einer weiteren Untersuchung mit Dünnfilm-Magnetköpfen einer Poldicke von 8,6 µm wurden die Beziehungen zwischen der Aufzeichnungswellenlänge und der Magnetschichtdicke der Dünnfilm-Magnetplatte untersucht, wobei sich eine Überschreibkennlinie von 22 dB oder besser ergab, es war beabsichtigt, Abschätzungen für zukünftige Verbesserungen der Aufzeichnungsdichte zu gewinnen. Die Ergebnisse sind in Fig. 7 und 8 dargestellt. Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Aufzeichnungswellenlänge und der Magnetschichtdicke der Dünnfilm-Magnetplatte, wo­ hingegen Fig. 8 die Beziehung zwischen der Aufzeichnungs­ wellenlänge und dem Spalt (Schwebehöhe) zwischen der Dünn­ film-Magnetplatte und dem Dünnfilm-Magnetkopf zeigt. Aus diesen Kurven erkennt man, daß die Magnetschichtdicke der Dünnfilm-Magnetplatte möglichst dünn und die Schwebehöhe des Dünnfilm-Magnetkopfes möglichst klein sein sollte, um eine hohe Aufzeichnungsdichte zu erhalten. Aber unabhän­ gig davon, wie die Magnetschicht hergestellt wird, läßt sich ihre Dicke aufgrund von Fluktuationen während des Herstellungsprozesses nicht unter 0,04 bis 0,06 µm drüc­ ken. Die minimale Schwebehöhe findet eine Grenze bei et­ wa 0,05 µm, andernfalls könnten sich gleitende Bewegun­ gen ergeben. Aus den Ergebnissen der Fig. 8 ergibt sich somit eine minimale Wellenlänge von 0,3 µm.

Bezugnehmend auf eine Aufzeichnungswellenlänge von 0 68 µm die bisher immer untersucht wurde, eine Schwebehöhe von 0,1 µm, einer Magnetschichtdicke von 0,04 µm und einer Ko­ erzitivkraft von 2500 Oe wird die Abhängigkeit zwischen Schwebehöhe hg und der Dicke t_mag der Magnetschicht der Dünnfilm-Magnetplatte diskutiert.

Unter der Annahme, daß eine Referenzschwebehöhe durch hgo dargestellt wird, ergibt sich eine Schwebehöhe hg wie folgt:

wobei λ für die Aufzeichnungswellenlänge und λ_b für eine Referenzaufzeichnungswellenlänge steht. Die Dicke t_mag der magnetischen Schicht der Dünnschicht-Magnetplatte ergibt sich zu:

Die Magnetfeldstärke Hx, die zur Erreichung einer Über­ schreibkennlinie mit einem Signalabstand von 22 dB oder mehr notwendig ist, ergibt sich aus dem folgenden Aus­ druck:

Unter der Annahme, daß G_d=1 µm, die Poldicke P_T=8,6 µm und B_S=1 Tesla ist, wobei hg, t_mag und λ die Referenz­ werte sind, kann aus der obigen Beziehung sowie aus der Beziehung zwischen Hx und Hc folgende Formel abgeleitet werden:

Aus diesem Ergebnis gewann man eine Beziehung zwischen Aufzeichnungswellenlänge, bei der eine Überschreibkennli­ nie von 22 dB oder mehr erreicht wird, und dem Produkt von Poldicke und Sättigungsflußdichte des verwendeten Magnet­ kernmaterials. Die Kurve in Fig. 9 zeigt die entstandene Beziehung. Es ergab sich, daß in einem Bereich oberhalb der Kurve Aufzeichnung hoher Leistung mit einer Über­ schreibkennlinie von 22 dB oder besser durchgeführt werden kann.

Claims (45)

1. Magnetplattenvorrichtung mit Dünnfilm-Magnetplatten (4) zur Aufzeichnung von Informationen und mit Dünnfilm-Ma­ gnetköpfen (5, 5a) zum Lesen von Informationen von den Dünnfilm-Magnetplatten (4) sowie zum Schreiben von In­ formationen auf die Dünnfilm-Magnetplatten (4), gekennzeichnet durch: mehrere Kopf/Platten-Anordnungen (101), die mit mehre­ ren koaxial auf einer einzigen rotierenden Welle ange­ brachten Dünnfilm-Magnetplatten versehen sind, wobei jede der Dünnfilm-Magnetplatten eine vorbestimmte Auf­ zeichnungsdichte hat, wobei die Dünnfilm-Magnetköpfe bezüglich ihrer Poldicke (P_T), ihrer Sättigungsflußdichte (B_S) des Magnetkopf­ kernes und ihrer Aufzeichnungswellenlänge (λ), die zwi­ schen 0,3 und 0,97 µm liegt, folgender Formel genügen: und außerdem durch Mittel (2, 3) zum Drehen der Platten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) eine Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch oder mehr und eine Zeilenauf­ zeichnungsdichte von 70 Kilobits pro Inch oder mehr hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) eine Oberflä­ chenaufzeichnungsdichte zwischen 120 und 900 Megabytes pro Quadratinch hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) eine Oberflä­ chenaufzeichnungsdichte zwischen 120 und 900 Megabits pro Quadratinch sowie eine Spurdichte zwischen 1800 und 10 000 Spuren pro Inch hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) eine Oberflä­ chenaufzeichnungsdichte zwischen 120 und 900 Megabits pro Quadratinch und eine Zeilenaufzeichnungsdichte zwischen 70 und 220 Kilobits pro Inch hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) einen Durchmes­ ser zwischen 3,5 und 11 Inch sowie eine Oberflächenauf­ zeichnungsdichte zwischen 120 und 900 Megabits pro Qua­ dratinch hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten eine Oberflächen­ aufzeichnungsdichte zwischen 120 und 900 Megabits pro Quadratinch hat, wobei sich mit der Gesamtheit der Kopf/Platten-Anordnung eine Gesamtaufzeichnungskapazi­ tät zwischen 60 und 120 Gigabytes ergibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenaufzeichnungsdichte der Dünnfilm-Magnet­ platte (4) nicht größer als 220 Kilobits pro Inch ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurdichte der Dünnfilm-Magnetplatte (4) nicht größer als 10 000 Spuren pro Inch ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) eine Spurdich­ te zwischen 1800 und 10 000 Spuren pro Inch hat.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) eine Zeilen­ aufzeichnungsdichte zwischen 70 und 220 Kilobits pro Inch hat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopf/Platten-Anordnungen (101) innerhalb eines Raumes untergebracht sind, dessen Kantenlängen der Grundfläche zwischen 0,5 und 1,5 m liegen und dessen Höhe 2 m oder weniger ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser jeder Dünnfilm-Magnetplatte (4) einen Durchmesser zwischen 3,5 und 11 Inch hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kopf/Platten-Aufbauten (101) eine Spei­ cherkapazität von 7,5 Gigabytes oder mehr hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß beide Oberflächen einer Dünnfilm-Magnetplatte (4) als Aufzeichnungsflächen benützt werden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kopf/Platten-Aufbauten (101) mit neun Dünnfilm-Magnetplatten (4) versehen ist, wobei zumin­ dest 15 der 16 verwendbaren Oberflächen der neun Dünn­ film-Magnetplatten (4) Datenaufzeichnungsflächen sind, wobei die oberste Fläche und die unterste Fläche nicht verwendet werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß acht Kopf/Platten-Aufbauten (101) vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurbreite einer Dünnfilm-Magnetplatte zwi­ schen 1 und 11 µm liegt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebehöhe zwischen Dünnfilm-Magnetkopf (5, 5a) und Dünnfilm-Magnetplatte (4) 0,15 µm oder weni­ ger ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilm-Magnetköpfe (5, 5a) induktive Dünn­ film-Magnetköpfe sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilm-Magnetköpfe (5, 5a) das Überschreiben von vorher geschriebenen Daten mit einem Signalabstand von 22 dB oder mehr zulassen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltung zur Verbesserung der Wellenform zur Formung der wiedergegebenen Wellenform.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Dünnfilm-Magnetköpfe (5, 5a) zehn oder mehr Spulenwicklungen aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dünnfilm-Magnetkopf (5, 5a) und Dünnfilm-Magnet­ platte (4) mit einer Kraft entsprechend 10 g oder we­ niger aneinandergedrückt werden.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Dünnfilm-Magnetköpfe (5, 5a) nur zum Schreiben und ein anderer Teil der Dünnfilm-Magnetköp­ fe (5, 5a) nur zum Lesen verwendet wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die nur zum Lesen verwendeten Magnetköpfe MR-Köpfe sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetköpfe, die nur zum Lesen verwendet wer­ den und die vom induktiven Typ sind, ein Magnetkern­ material aufweisen, das eine hohe magnetische Permea­ bilität hat.

28. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch acht Kopf/Platten-Aufbauten (101), die jeweils mit neun Dünnfilm-Magnetplatten (4) versehen sind, die ko­ axial auf einer einzigen rotierenden Welle angebracht sind.

29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Dünnfilm-Magnetköpfe (5, 5a) aus einer unteren magnetischen Schicht (31) sowie einer oberen magnetischen Schicht (32) besteht, wobei jeweils eines der Enden der beiden Schichten miteinander verbunden sind und wobei sich die jeweils anderen Enden der Schichten gegenüberliegen, so daß sich zwischen ihnen eine magnetischer Spalt befindet, so daß sich ein ma­ gnetischer Kreis mit einem magnetischen Spalt in einem Teil des Kreises ausbildet, außerdem weist jeder Kopf eine leitende Spule (37) auf, die den magnetischen Kreis zwischen den beiden magnetischen Schichten (31, 32) durchdringt.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die obere magnetische Schicht (32) oder die untere magnetische Schicht (31) oder beide Schichten der Dünnfilm-Magnetköpfe (5, 5a) mehrlagige Strukturen aufweisen, die durch abwechselndes Aufeinanderstapeln von magnetischen und nicht-magnetischen Schichten ge­ bildet werden.

31. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der oberen magnetischen Schicht (32) oder unteren magnetischen Schicht (31) aus einem magnetischen Material mit einer Sättigungsflußdichte von 1 Tesla oder mehr gefertigt sind.

32. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dünnfilm-Magnetplatten eine Spurdichte zwischen 1800 und 10 000 Spuren pro Inch und eine Zeilenaufzeichnungsdichte zwischen 70 und 220 Kilo­ bits hat.

33. Magnetplattenvorrichtung mit Dünnfilm-Magnetplatten (4) zur Aufzeichnung von Informationen sowie mit Dünn­ film-Magnetköpfen (5, 5a) zum Schreiben von Informa­ tionen auf die Dünnfilm-Magnetplatten (4) und zum Le­ sen von Informationen von den Dünnfilm-Magnetplatten (4), gekennzeichnet durch,
mehrere Kopf/Platten-Aufbauten (101), die aus mehre­ ren koaxial zueinander auf einer einzigen Welle ange­ brachten Dünnfilm-Magnetplatten (4) bestehen, wobei jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) einen Durchmesser zwischen 3,5 und 11 Inch sowie eine Oberflächenauf­ zeichnungsdichte zwischen 120 und 900 Megabits pro Quadratinch hat,
wobei die Dünnfilm-Magnetköpfe (5, 5a) Informationen auf der Dünnfilm-Magnetplatte mit einer Aufzeichnungs­ wellenlänge zwischen 0,3 und 0,97 µm aufzeichnen, so­ wie durch
Mittel (2, 3) zum Drehen der Platten.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß sie soviele Kopf/Platten-Aufbauten (101) aufweist,
daß sich eine Gesamtspeicherkapazität von 60 Gigabytes oder mehr ergibt.

35. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kopf/Platten-Aufbauten (101) eine Spei­ cherkapazität von 7,5 Gigabytes oder mehr hat.

36. Magnetplattenvorrichtung mit Dünnfilm-Magnetplatten (4) zur Aufzeichnung von Informationen und mit Dünn­ film-Magnetköpfen (5, 5a) zum Schreiben von Informa­ tionen auf die Dünnfilm-Magnetplatten sowie zum Lesen von Informationen von den Dünnfilm-Magnetplatten, gekennzeichnet durch:
mehrere Kopf/Platten-Aufbauten (101), die mit mehreren Dünnfilm-Magnetplatten (4), die koaxial zueinander auf einer einzigen rotierenden Welle angebracht sind, ver­ sehen sind, wobei jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) eine Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch oder mehr so­ wie eine Zeilenaufzeichnungsdichte von 70 Kilobits pro Inch oder mehr hat; wobei
zwischen Poldicke (P_T) und Sättigungsflußdichte (B_S) des Magnetkopfkernes folgende Beziehung gilt: 345 ≧ P_T · B_Swobei die Aufzeichnungswellenlänge (λ) zwischen 0,3 und 0,97 µm liegt.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß für P_T und B_S folgende Formel gilt: P_T · B_S ≧ 3,5

38. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß für P_T und B_S die folgende Formel gilt: P_T · B_S 4,3-0,8 λ .

39. Dünnfilm-Magnetplatte, dadurch gekennzeichnet,
daß sie auf zumindest einer Oberfläche eines nicht-ma­ gnetischen Substrates eine Schicht aus magnetischem Material hat, dessen Koerzitivkraft 1,8 KOe oder grö­ ßer ist; und
daß die kreisförmigen Spuren eine Spurdichte von 1800 Spu­ ren pro Inch oder mehr haben und daß die Zeilenauf­ zeichnungsdichte auf der Oberfläche der Schicht aus magnetischem Material 70 Kilobits pro Inch oder mehr ist.

40. Magnetplatte nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus magnetischem Material einen Dünn­ film beinhaltet, der durch Aufdampfen eines magneti­ schen Materials auf die Oberfläche eines nicht-magne­ tischen Substrates hergestellt wurde, wobei die Dicke des Dünnfilmes 0,06 µm oder weniger ist.

41. Magnetplatte nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurbreite zwischen 1 und 11 µm liegt.

42. Dünnfilm-Magnetplatte nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus magnetischem Material an ihrer Oberfläche einen Schmierfilm aus einem flüssigen oder festen Schmierstoff mit einer Dicke von 0,05 µm oder weniger aufweist.

43. Dünnfilm-Magnetkopf mit einer unteren magnetischen Schicht (31), einer oberen magnetischen Schicht (32), wobei ein Ende der unteren magnetischen Schicht mit einem Ende der oberen magnetischen Schicht verbunden ist und wobei jeweils die anderen Enden der Schich­ ten einander gegenüberliegen, so daß sich zwischen ihnen ein magnetischer Spalt befindet und sich somit ein magnetischer Kreis mit einem magnetischen Spalt in einem Teilbereich längs der unteren magnetischen Schicht (31) bildet, sowie mit einer leitenden Spule, die den magnetischen Kreis zwischen den beiden magne­ tischen Schichten durchdringt, wobei die Poldicke (36) des Dünnfilm-Magnetkopfes in einem Bereich der Auf­ zeichnungswellenlänge zwischen 0,3 und 0,97 µm der folgenden Formel genügt: wobei P_T für die Poldicke in µm steht, B_S für die Sät­ tigungsflußdichte in Tesla der oberen und unteren ma­ gnetischen Schicht und λ für die Aufzeichnungswellen­ länge in µm.

44. Verfahren zum Schreiben von Informationen auf Dünn­ film-Magnetplatten (4) mit folgenden Schritten: das Drehen einer Dünnfilm-Magnetplatte (4) mit einer Spurdichte von 1800 Spuren pro Inch oder mehr und einer Zeilenaufzeichnungsdichte von 70 Kilobits pro Inch oder mehr; gekennzeichnet durch das Schreiben von Informationen mit einer Aufzeich­ nungswellenlänge zwischen 0,3 und 0,97 µm bei Ver­ wendung eines Dünnfilm-Magnetkopfes, der im genann­ ten Bereich der Aufzeichnungswellenlänge der folgen­ den Formel genügt: wobei P_T die Poldicke, B_S die Sättigungsflußdichte des Magnetkopfkernes und λ die Aufzeichnungswellenlänge bezeichnet.

45. Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informa­ tionen für eine Magnetplattenvorrichtung mit mehreren Kopf/Platten-Aufbauten (101), die mit mehreren Dünn­ film-Magnetplatten (4) versehen sind, die koaxial auf einer einzigen rotierenden Welle angebracht sind, wo­ bei jede der Dünnfilm-Magnetplatten (4) einen Durch­ messer zwischen 3,5 und 11 Inch und eine Oberflächen­ aufzeichnungsdichte zwischen 120 und 900 Megabits pro Quadratinch hat,
wobei das Lesen und Schreiben von Informationen von der und auf die Dünnfilm-Magnetplatte mit Dünnfilm- Magnetköpfen (5, 5a) durchgeführt wird, die jeweils eine obere magnetische Schicht (32) sowie eine untere magnetische Schicht (31) aufweisen, und die der fol­ genden Formel genügen: wobei P_T für die Poldicke in µm, B_S für die Sätti­ gungsflußdichte des Magnetkopfkernes in Tesla und λ für die Aufzeichnungswellenlänge in µm steht,
wobei die Dünnfilm-Magnetplatten (4) mit einer Dreh­ zahl von 3500 Umdrehungen pro Minute oder mehr durch Antriebsmittel (2, 3) gedreht werden,
wobei eine Schnittstelle eine Positionierungseinrich­ tung für die Dünnfilm-Magnetköpfe mit einer höherstu­ figen Einrichtung verbindet,
wobei die Dünnfilm-Magnetköpfe aufgrund von Befehlen von der höherstufigen Einrichtung positioniert wer­ den und
wobei Informationen von der Dünnfilm-Magnetplatte ge­ lesen bzw. auf sie geschrieben werden mit einer Auf­ zeichnungswellenlänge zwischen 0,3 und 0,97 µm.