NL9101270A

NL9101270A - Magneetkopeenheid, magneetkop ten gebruike in de magneetkopeenheid en magneetkopstructuur ten gebruike in de magneetkop.

Info

Publication number: NL9101270A
Application number: NL9101270A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1993-02-16
Also published as: DE69216945T2; EP0528459A3; DE69216945D1; EP0528459A2; EP0528459B1; EP0707309A2; MY108301A; US5513057A; ES2099198T3; ATE148254T1; EP0707309A3; JPH05274628A

Description

Magneetkopeenheid, magneetkop ten gebruike in de magneetkopeenheid en magneetkopstructuur ten gebruike in de magneetkop.

De uitvinding heeft betrekking op een magneetkopeenheid omvattende een aan een drager bevestigde magneetkop met een magneetkopstructuur voorzien van een kopvlak en ten minste een in het kopvlak eindigende overdrachtsspleet.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een magneetkop ten gebruike in de magneetkopeenheid en op een magneetkopstructuur ten gebruike in de magneetkop.' . Een een als een behuizing uitgevoerde drager omvattende magneetkopeenheid is bekend uit EP-A 0 404 245 (PHN 12.996; herewith incorporated by reference). De bekende magneetkopeenheid omvat een voor samenwerking met een magneetband bestemde magneetkop, die is gemonteerd in een van bandgeleiders voorziene behuizing. De magneetkop is voorzien van een magneetkopstructuur met een Λ contactvlak en een overdrachtsspleet.

- In een opname/weergavesysteem is het van belang, dat tijdens het registreren van signalen op een magneetband een schrijfspleet van een magneetkop op eenzelfde plaats en onder eenzelfde hoek ten opzichte van de magneetband staat als een leesspleet tijdens het uitlezen van de geregistreerde signalen, teneinde signaalverlies tegen te gaan. De genoemde bandgeleiders van de bekende magneetkopeenheid zorgen ervoor, dat de magneetband steeds eenzelfde positie ten opzichte van de magneetkop inneemt. Om compatibiliteitsredenen is het tevens vereist, dat de overdrachtsspleet van de magneetkop ten opzichte van de bandgeleiders van de behuizing een gedefinieerde positie inneemt. Daartoe worden magneetkoppen, alvorens deze ingebouwd worden, uitgericht naar plaats en richting. In het geval van dunnefilmkoppen kan daarbij gebruik gemaakt worden van een zichtbare, in het contactvlak eindigende laag, bijvoorbeeld een fluxgeleiderlaag. Bij bulkkoppen kan de zichtbare spleet zelf als referentie gebruikt worden.

Een bekend nadeel van magneetkoppen, die tijdens bedrijf in contact zijn met een-magnetisch medium, in het bijzonder een magneetband, is, dat er slijtage plaats vindt aan het contactvlak. In het bijzonder bij dunnefïlmmagneetkoppen kan de slijtage · van de dunnefilmstructuur vanwege de laagsgewijze opbouw binnen een korte bedrijfstijd zeer aanzienlijk zijn, waardoor slechts een korte levensduur van de magneetkopeenheid is gegarandeerd. Het is op zichzelf bekend, om op het kopvlak van magneetkoppen slijtvaste lagen aan te brengen, teneinde slijtage tegen te gaan. In dit. verband wordt opgemerkt, dat in EP-A 0 123 826 (herewith incorporated by reference) is voorgesteld om het kopvlak van een magneetkop te voorzien van een gesputterde laag van titaancarbide, chroomcarbide of titaannitride, met een dikte van maximaal 0.2 micron.

Een nadeel van het aanbrengen van een slijtvaste laag, in het bijzonder een voor zichtbaar licht niet transparante laag, is dat het uitrichten van de magneetkop ten opzichte van een drager of een behuizing van de magneetkopeenheid ernstig wordt belemmerd en niet meer mogelijk is met behulp van een zichtbaar-licht microscoop. Slechts met behulp van speciale apparatuur, waarbij gebruik wordt gemaakt van bijvoorbeeld een IR-microscoop of een fase-contrast microscoop is onder omstandigheden nog een betrouwbaar uitrichten mogelijk.

De uitvinding beoogt een magneetkopeenheid voorzien van een slijtvaste, met eenvoudige apparatuur uitgerichte magneetkop te verschaffen.

De magneetkopeenheid volgens de uitvinding vertoont daartoe als kenmerk, dat op het kopvlak van de magneetkop een slijtvaste laag is aangebracht, welke is voorzien van ten minste een uitrichtkenmerk, dat ten opzichte van de overdrachtsspleet een gedefinieerde positie inneemt.

Tijdens het inbouwen van de magneetkop in de magneetkopeenheid volgens de uitvinding wordt, voordat een definitieve bevestiging aan de drager plaatsvindt, de magneetkop met behulp van het uitrichtkenmerk en met gebruikmaking van een eenvoudige microscoop uitgericht ten opzichte van een referentievlak. Teneinde de magneetkop zowel wat betreft plaats als richting nauwkeurig te positioneren, is de slijtvaste laag bij voorkeur voorzien van verscheidene, bij voorkeur kleine, uitrichtkenmerken.

De magneetkopeenheid volgens dé uitvinding is zowel voor analoge als digitale toepassingen van bijzondere geschiktheid. Als toepassingen worden bij wijze van voorbeeld meerspoors audio-, video- en datarecording genoemd. Een geschikte toepassing is in het bijzonder het longitudinale magneetband recordingsysteem, zoals beschreven is in EP-A 0 381 266 (PHN 12.816; herewith incorporated by reference).

Een uitvoeringsvorm van de magneetkopeenheid volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het uitrichtkenmerk is gevormd door een gebied van van de structuur van de slijtvaste laag afwijkende structuur. Het aanbrengen van het gebied van afwijkende structuur, bijvoorbeeld ribbels of een noppenpatroon, kan plaatsvinden met behulp van foto-lithografie.

Een practische uitvoeringsvorm van de magneetkopeenheid volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het uitrichtkenmerk is voorzien van ten minste een in de slijtvaste laag aanwezige holte.

Een uitvoeringsvorm van de magneetkopeenheid volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het gebied van afwijkende structuur een reliëf met een periodiciteit van ten minste 1/4 X heeft, waarbij X de golflengte van licht, in het bijzonder zichtbaar licht, is. Bij een periodiciteit die kleiner is dan 1/4 X is de afwijkende structuur onvoldoende zichtbaar.

Een uitvoeringsvorm van de magneetkopeenheid volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de slijtvaste laag is voorzien van ten minste een verder uitrichtkenmerk. Een voordeel hiervan is, dat de azimuthhoek, dat wil zeggen de hoek die de overdrachtsspleet maakt met de normaal op de veiplaatsingsrichting van het magnetisch medium, nauwkeurig is in te stellen tijdens het monteren van de magneetkop.

Een uitvoeringsvorm van de magneetkopeenheid volgens de uitvinding, waarbij de magneetkop is voorzien van een verzameling van overdrachtsspleten, zoals bijvoorbeeld getoond in de genoemde EP-A 0 381 266, heeft het kenmerk, dat de verzameling van overdrachtsspleten zich tussen het eerstgenoemde uitrichtkenmerk en het verdere uitrichtkenmerk bevindt. Bevinden beide uitrichtkenmerken zich in een vlak parallel aan het vlak van de verzameling van overdrachtsspleten, dan kan de azimuthhoek eenvoudig worden ingesteld. Vallen beide vlakken samen, dan is een positionering van de gezamenlijke van spleten ten opzichte Yan een referentievlak uiterst eenvoudig.

Een om technologische redenen aantrekkelijke uitvoeringsvorm van de magneetkopeenheid volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het kopvlak is voorzien van een met het gebied van afwijkende structuur corresponderend kopvlakgebied.

Tijdens fabricage van deze magneetkopeenheid, wordt, voordat de slijtvaste laag wordt aangebracht, in het kopvlak een gebied van afwijkende structuur gevormd, bijvoorbeeld door etsen. Een van de voordelen daarvan is, dat het positioneren en richten van het gebied van afwijkende structuur ten opzichte van de overdrachtsspleet gemakkelijk kan plaatsvinden, waarbij over het algemeen gebruik gemaakt kan worden van in het kopvlak zichtbare delen van de magneetkopstructuur. Een verder voordeel is, dat geen bijzondere voorzieningen getroffen hoeven te worden tijdens het aanbrengen, bijvoorbeeld door sputteren of opdampen, van de slijtvaste laag, daar het in het kopvlak aanwezige gebied van afwijkende structuur vanwege de geringe dikte van de slijtvaste laag in deze laag wordt overgenomen en derhalve zichtbaar blijft.

Een doel van de uitvinding is voorts een magneetkop te verschaffen, welke geschikt is voor toepassing in de magneetkopeenheid volgens de uitvinding. De magneetkop volgens de uitvinding is daartoe gekenmerkt, dat op het kopvlak een slijtvaste laag is aangebracht, welke niet transparant is voor zichtbaar licht, doch welke is voorzien van ten minste één uitrichtkenmerk.

Teneinde goede magnetische eigenschappen van de magneetkop volgens de uitvinding te garanderen, heeft een uitvoeringsvorm van de magneetkop het kenmerk, dat de slijtvaste laag een dikte heeft, welke ligt in het gebied van 20 tot 100 nm. Een uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding, welke zowel goede mechanische als goede magnetische eigenschappen heeft bij toepassing van een slijtvaste laag met een dikte welke ligt in het gebied van 20 tot 100 nm, heeft het kenmerk, dat de slijtvaste laag in hoofdzaak chroomnitride omvat.

Een slijtvaste laag van chroomnitride heeft ten opzichte van andere slijtvaste materialen, zoals bijvoorbeeld titaannitride, is zijn lager smeltpunt. Hierdoor is de oppervlaktemobiliteit bij de toegepaste substraattemperatuur tijdens sputteren, maximaal 250 - 350 °C in verband met het behoud van de magnetische eigenschappen van de aanwezige magnetische dunnefilmmaterialen, hoger dan bij gebruik van bijvoorbeeld titaannitride. Deze hogere mobiliteit zorgt voor een hechtere en dichtere laag, waardoor de resulterende slijtvastheid groter is dan die van een intrinsiek harde titaannitride laag.

De magneetkop volgens de uitvinding heeft bij voorkeur een met behulp van dunnefilmtechnieken samengestelde magneetkopstructuur. Deze magneetkop-structuur omvat ten minste een inductief overdrachtselement en/of ten minste een magnetoresistief overdrachtselement.

De uitvinding zal nu bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:

Figuur 1 een lay-out van een uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding toont,

Figuur 2 een schematische dwarsdoorsnede Π-Π door een overdrachtsspleet van de in figuur 1 weergegeven magneetkop toont,

Figuur 3 een perspectivisch aanacht van de weergegeven magneetkop ' toont,

Figuur 4 een perspectivisch aanzicht van de in figuur 1 getoonde magneetkop in een produktiefase toont, waarin nog geen slijtvaste laag is aangebracht,

Figuur 5 een zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van de magneetkopeenheid volgens de uitvinding toont, en

Figuur 6 een bovenaanzicht van de in figuur 5 weergegeven eenheid toont.

De in de figuren 1, 2 en 3 getoonde dunnefilmmagneetkop volgens de uitvinding omvat een drager of substraat 1, in dit voorbeeld van een magnetisch materiaal, namelijk NiZn-ferriet, waarop een magneetkopstructuur 2, welke is opgebouwd uit magnetische lagen, elektrische lagen en isolatielagen, is aangebracht, waarbij de magneetkopstructuur 2 beschermd is door een tegenblok 3 van een niet-magnetisch materiaal, bijvoorbeeld Al203/TiC. De magneetkop is voorzien van een kopvlak 5 met in dit voorbeeld elf overdrachtsspleten. Van de elf overdrachtsspleten is een groep van negen spleten SI tot en met S9 bestemd voor het uitlezen van informatie in digitale vorm en een groep van twee spleten S10 en Sll bestemd voor het uitlezen van informatie in analoge vorm van een informatiedrager 7, welke in een richting x langs de magneetkop beweegt. De spleten SI tot en met S9 voor digitale toepassing hebben in het algemeen een kleinere spleetlengte dan de spleten S10 en Sll voor analoge toepassing. Overigens kan ook een zodanige spleetlengte gekozen worden, dat zowel analoge als digitale informatie door een zelfde spleet uitgelezen kan worden.

De magneetkop volgens de uitvinding omvat een op het substraat 1 aangebrachte isolatielaag 9, waarop zich in dit voorbeeld drie elektrische geleiders Cl, C2 en C3 bevinden, welke zich tot in de overdrachtsspleten kunnen uitstrekken. De magneetkop omvat voorts elf magnetoresistieve elementen El tot en met Eli, verder aangeduid als MR-elementen, die bijvoorbeeld een Ni-Fe-laag bevatten, waarop een of meer zogenaamde barberpoolstrippen, bijvoorbeeld uit Au, aangebracht kunnen zijn. De MR-elementen El tot en met Eli zijn elk voorzien van een paar aansluitsporen 11a en 11b, verder aangeduid als eerste aansluitsporen, welke eindigen in eerste aansluitvlakken 13a respectievelijk 13b. In de getoonde uitvoeringsvorm zijn de elf eerste aansluitvlakken 13b met elkaar verbonden. Zowel de eerste aansluitsporen als de eerste aansluitvlakken zijn bij voorkeur uit Au vervaardigd. Opgemerkt wordt, dat een MR-element voorzien van een barberpole op zichzelf bekend is en onder andere is beschreven in US-A 4,052,748 (herewith incorporated by reference).

De genoemde elektrische geleiders Cl, C2 en C3 dienen voor het aansturen van de MR-elementen El tot en met E9, E10 respectievelijk Eli en zijn elk voorzien van een paar tweede aansluitsporen 15a en 15b, welke eindigen in tweede aansluitvlakken 17a respectievelijk 17b.

De magneetkop omvat voorts elf paar fluxgeleiders van een zacht-magnetisch materiaal, bijvoorbeeld NiFe of AlFeSi, waarbij elk paar een eerste of voorste fluxgeleider 19a en een op afstand daarvan gelegen tweede of achterste fluxgeleider 19b omvat. De voorste fluxgeleider 19a strekt zich tot aan het kopvlak 5 uit voor samenwerking met de magnetische informatiedrager 7. De MR-elementen El tot en met Eli bevinden zich tussen het substraat 1 en de fluxgeleiders, waarbij elk MR-element een bing vormt tussen een eerste en een tweede fluxgeleider 19a en 19b. In bepaalde constructies en voor bepaalde toepassingen is het mogelijk om de achterste fluxgeleiders weg te laten. Tevens is het mogelijk om uit te gaan van een niet-magnetisch substraat en een extra fluxgeleider aan te brengen.

De elektrische geleiders, de MR-elementen en de fluxgeleiders zijn elektrisch ten opzichte van elkaar geïsoleerd door een aantal isolatielagen van een elektrisch en magnetisch isolerend materiaal, bijvoorbeeld een polymeer. De isolatielagen zijn in figuur 2 aangeduid door de cijfers 21 en 23. Tussen de gezamenlijke fluxgeleiders 19a en 19b en het tegenblok 3 bevindt zich een verdere isolatielaag 25, bijvoorbeeld in de vorm van een lijmlaag.

Op het kopvlak 5 is een slijtage remmende of slijtvaste laag 31 van in hoofdzaak chroomnitride aangebracht, welke laag een contactvlak 33 voor samenwerking met de bandvormige informatiedrager 7 vormt. De slijtvaste, voor zichtbaar licht niet-transparante laag 31 heeft een dikte van 40 nm en is in dit voorbeeld voorzien van drie uitrichtkenmerken 35, 36 en 37, welke ten opzichte van de spleten SI tot en met SI 1 een nauwkeurig gedefinieerde positie, zowel wat betreft plaats als richting, innemen, waarbij de spleten SI tot en met Sll zich in het gebied tussen de uitrichtkenmerken 35 en 36 en het uitrichtkenmerk 37 bevinden.

In het bijzonder aan de hand van de'figuren 2 en 4 zal nader op de vorming van de uitrichtkenmerken 35, 36 en 37 in de slijtvaste laag 31 worden ingegaan. Tijdens het laagsgewijze opbouwen van de magneetkopstructuur 2 worden gelijktijdig met het aanbrengen van de isolatielaag 21 op een gedefinieerde afstand van de spleten SI tot en met Sll een drietal extra lagen 35a, 36a en 37a, bijvoorbeeld strippen van een polymeer, gevormd, welke althans na het, bijvoorbeeld door slijpen en/of lappen, vormen van het kopvlak 5 in het kopvlak 5 eindigen. Door het nabewerken van het aldus gevormde kopvlak, kunnen ter plaatse van de polymeerlagen 35a, 36a en 37a holten 35b, 36b en 37b in het kopvlak 5 worden gevormd. In het gegeven voorbeeld wordt het kopvlak 5 na het vormen gereinigd met behulp van selectief etsen in een 02-plasma, waarbij als gevolg van het verschil in etssnelheid van het toegepaste materiaal, in dit voorbeeld een polymeer, van de lagen 35a, 36a en 37a en het de lagen 35a, 36a en 37a omringende materiaal, bijvoorbeeld NiFe of een oxide, het kopvlak ter plaatse van de polymeerlagen 35a, 36a en 37a wordt uitgehold. Op het op deze wijze verkregen kopvlak 5 met gebieden 35b, 36b en 37b van afwijkende structuur wordt door sputteren de dunne chroomnitridelaag 31 aangebracht. Vanwege de geringe dikte van deze laag 31 manifesteren de in het kopvlak 5 gevormde gebieden 35b, 36b en 37b zich als soortgelijke zichtbare gebieden van afwijkende structuur 35, 36 en 37 in de niet-transparante laag 31. Door deze eigenschap kan de magneetkop volgens de uitvinding, ondanks de aanwezigheid van een niet-transparante laag 31 op het kopvlak 5, nauwkeurig uitgericht ingebouwd worden in een behuizing van een magneetkopeenheid.

De in de figuren 5 en 6 getoonde magneetkopstructuur volgens de uitvinding omvat de aan de hand van de figuren 1 tot en met 4 omschreven magneetkop, hier aangeduid met het cijfer 40. De magneetkopstructuur is voorzien van een drager in de vorm van een behuizing 41 met aan weerszijden van de magneetkop 40 een paar bandgeleiders 43, respectievelijk 44. Deze bandgeleiders dienen voor het nauwkeurig geleiden van een magneetband langs de magneetkop. Daarbij worden met name de hoogte van de band ten opzichte van de magneetkop, in het bijzonder de overdrachtsspleten daarvan, en de hoek tussen een begrenzingsrand van de band en de magneetkop, in het bijzonder de gezamenlijke overdrachtsspleten daarvan, nauwkeurig gehandhaafd.

Alvorens de magneetkop 40 tijdens fabricage wordt bevestigd in de behuizing 41 wordt deze aan de hand van de uitrichtkenmerken 35, 36 en 37 en met gebruikmaking van een microscoop gepositioneerd en georiënteerd ten opzichte van een aan de bandgeleiders 43 en 44 gerelateerd referentievlak. Nadat de juiste positie en oriëntatie zijp ingesteld, waarbij de overdrachtsspleten de juiste plaats en richting ten opzichte van de af te tasten registratiesporen van de magneetband innemen, wordt de magneetkop 41 in de behuizing bevestigd. Door gebruik te maken van twee op korte afstand van elkaar liggende uitrichtkenmerken, zoals de kenmerken 35 en 36, kan een gemiddelde afstand tot het referentievlak worden bepaald en daarmede de uitrichtnauwkeurigheid worden vergroot.

Opgemerkt wordt, dat de uitvinding niet beperkt is tot de getoonde uitvoeringsvoorbeelden. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk, om in plaats van een holte 35, 36 of 37 als uitrichtkenmerk, een uitrichtkenmerk aan te brengen, dat is voorzien van een structuur of reliëf van afwisselend verhogingen en verlagingen, waarbij de afstand tussen twee opeenvolgende verhogingen of verlagingen minimaal gelijk is aan 1/4 λ van zichtbaar licht. Voorts zijn als materiaal voor de extra lagen 35a, 36a en 37a verschillende zachte materialen geschikt, zoals een fotolak of zachte metalen.

Claims

1. Magneetkopeenheid omvattende een aan een drager bevestigde magneetkop met een magneetkopstructuur voorzien van een kopvlak en ten minste een · in het kopvlak eindigende overdrachtsspleet, met het kenmerk, dat op het kopvlak van de magneetkop een slijtvaste laag is aangebracht, welke is voorzien van ten minste een uitrichtkenmerk, dat ten opzichte van de overdrachtsspleet een gedefinieerde positie inneemt. *

2. Magneetkopeenheid volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het uitrichtkenmerk is gevormd door een gebied van van de structuur van de slijtvaste laag afwijkende structuur.

3. Magneetkopeenheid volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het uitrichtkenmerk is voorzien van ten minste een in de slijtvaste laag aanwezige holte.

4. Magneetkopeenheid volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het gebied van afwijkende structuur een reliëf met een periodiciteit van ten minste 1/4 X heeft, waarbij X de golflengte van licht is.

5. Magneetkopeenheid volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de slijtvaste laag is voorzien van ten minste een verder uitrichtkenmerk.

6. Magneetkopeenheid volgens conclusie 5, waarbij de magneetkop is voorzien van een verzameling van overdrachtsspleten, met het kenmerk, dat de verzameling van overdrachtsspleten zich tussen het eerstgenoemde uitrichtkenmerk en het verdere uitrichtkenmerk bevindt.

7. Magneetkopeenheid volgens conclusie 2, 3 of 4 met het kenmerk, dat het kopvlak is voorzien van een met het gebied van afwijkende structuur corresponderend kopvlakgebied.

8. Magneetkop ten gebruike in de magneetkopeenheid volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de slijtvaste laag niet transparant is voor zichtbaar licht.

9. Magneetkop volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de slijtvaste laag een dikte heeft, welke ligt in het gebied van 20 tot 100 nm.

10. Magneetkop volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, dat de slijtvaste laag in hoofdzaak chroomnitride omvat.

11. Magneetkopstructuur ten gebruike in de magneetkop volgens conclusie 8, 9 of 10, met het kenmerk, dat de magneetkopstructuur een dunnefilmstructuur is.