磁頭及其制造方法

專利名稱：磁頭及其制造方法
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本發明是關于磁頭及其制造方法。更詳細地說，本發明是關于適合于在數字VTR(磁帶錄像機)和數據流等系統中使用的高矯頑力的磁記錄媒體、高密度地記錄和再生情報的MIG(metal in gap)形磁頭及其制造方法。
在VTR(磁帶錄像機)和數據流等磁記錄系統中，要求高密度化。因此，作為適合于高密度磁記錄再生的磁頭，正盛行使用比鐵氧體材料的飽和磁通密度Bs高的Co系非晶態膜和Fe系氮化膜等金屬磁性材料的磁頭，特別是MIG形磁頭的開發。
MIG形磁頭，如圖12所示，通常具有在由是磁心的鐵氧體組成的磁心半體22上形成飽和磁通密度高的金屬磁性層21、在金屬磁性層21之間設置磁隙26的結構。以往，存在于磁隙26中的磁隙材料，如在是MIG形磁頭的滑動面25的放大圖13中所示，具有用SiO2層27夾持金屬Cr層28的結構。磁心半體22利用是低熔點玻璃的鉛玻璃24進行接合。
基于圖14(a)～(f)說明以往的MIG形磁頭的制造方法。首先，在鐵氧體磁心31上形成卷線槽32和背部玻璃槽33(圖14(a)、(b))。接著在磁心31上形成刻痕槽34，研磨磁隙相對面35(圖14(c))。再利用例如濺射法，在包含磁隙31相對面35的區域，順序地形成金屬磁性層21和SiO2層27及Cr層28(圖14(d))。像這樣進行后，使形成磁隙材料的一對磁心半體以磁隙面相對地進行對接，在槽部載置鉛玻璃24(圖14(e))。再利用熱處理將鉛玻璃24熔制在Cr層28上，以磁隙接合磁心，制作一個磁隙毛坯(ギヤツプドバ)(圖14(f))。用于磁心半體接合的熱處理，為了防止金屬磁性層21的氧化，在氮氣(N2)中進行。在該工序后，以規定的磁頭工作間隙磁心寬度、方位角度切斷磁隙毛坯，研磨滑動面，從而完成磁頭工作間隙。
可是，以往結構的MIG形磁頭，磁隙長度的精度是不夠的，存在特性不穩定的問題。本發明人分析原因的結果發現，以往的磁隙材料，如圖15所示，金屬Cr通過熱處理中的殘留氧和低熔點鉛玻璃24中的氧進行部分且不均勻的氧化，形成不完全的Cr氧化物29，而發生體積膨脹。該不完全氧化物29因為膜厚是不均勻的，所以得不到穩定長度的磁隙26。
金屬Cr，作為用于提高鉛玻璃24的潤濕性的磁隙材料而使用。若不使用Cr而僅使用SiO2層，如圖16所示，鉛玻璃24的流動性惡化，不能充分得到磁頭工作間隙的強度。
本發明的目的在于提供具有既確保磁頭工作間隙的強度又提高磁隙精度的MIG形磁頭。另外，本發明的目的在于提供這種MIG形磁頭的制造方法。
按照本發明，提供在磁隙中具有利用以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層夾持Cr2O3層的磁隙材料的MIG形磁頭。
按照使用Cr2O3層代替Cr層的上述MIG形磁頭，既能確保在磁頭制造工序中使用的鉛玻璃等的玻璃的流動性，又能抑制起因于磁隙材料的部分且不均勻氧化的磁隙長度的精度的劣化。另外，也有能正確測定磁隙長度的優點。Cr2O3層實質上是透明的，因此像使用Cr層時那樣，光的反射不成為問題。磁隙長度的精度和測定精度的改善，大大改善磁頭制造的合格率。
另外，按照本發明，提供包括下述工序的MIG形磁頭的制造方法，所述工序是在一對磁心半體上順序地形成金屬磁性層和以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層及Cr2O3層的工序；使上述的一對磁心半體接觸上述Cr2O3層的至少一部分進行加熱，利用軟化的玻璃進行接合，形成上述非磁性氧化物層夾持上述Cr2O3層的磁隙材料的工序。
在該制造方法中，以至少在下述溫度范圍、在包含氧的氣氛中加熱，使上述的玻璃軟化為佳。
Tg-85℃≤T≤Tg-35℃但，Tg是上述玻璃的玻璃轉變點。按照這種理想的制造方法，使玻璃的流動性得到改善。
以上述SiO2作為主成分的非磁性氧化物層，以硅酸鹽玻璃層，尤其硼硅酸鹽玻璃層為佳。因為比使用SiO2玻璃的場合不易產生磁隙材料的偏磨損，得到穩定的磁頭輸出。
另外，以上述SiO2作為主成分的非磁性氧化物層，最好具有30nm以上的厚度。因為能夠抑制金屬磁性層的氧化。
另外，將磁心半體接合的上述玻璃，以具有500℃以下的軟化點的低熔點玻璃為佳，具體地說，最好是以PbO作為主成分的玻璃。
對附圖的簡要說明圖1是本發明的MIG形磁頭的斜視圖。
圖2是表示本發明的MIG形磁頭滑動面的磁隙附近的圖。
圖3(a)～(f)是表示本發明的MIG形磁頭的制造方法圖。
圖4是表示Cr和Cr2O3的熱處理后的層厚變化圖。
圖5是表示具有Cr2O3/SiO2構成的磁隙材料的磨損狀態圖。
圖6是表示具有Cr2O3/硼硅酸鹽玻璃構成的磁隙材料的磨損狀態圖。
圖7是表示熱處理條件的圖。
圖8是表示在由圖7所示的熱處理條件而產生的Cr和Cr2O3上的鉛玻璃的潤濕角的圖。
圖9是表示具有以往的Cr/SiO2的磁隙材料的磁頭的磁隙長度分布圖。
圖10是表示具有Cr2O3/硼硅酸鹽玻璃的磁隙材料的磁頭的磁隙長度分布圖。
圖11是表示本發明的另外的MIG形磁頭滑動面的磁隙附近的圖。
圖12是以往的MIG形磁頭的斜視圖。
圖13是表示以往的MIG形磁頭滑動面的磁隙附近的圖。
圖14(a)～(f)是表示以往的MIG形磁頭的制造方法圖。
圖15是表示具有不完全且不均勻地氧化的Cr層的以往MIG形磁頭滑動面的磁隙附近的圖。
圖16是表示利用玻璃接合的狀態不充分的MIG形磁頭的斜視圖。
以下，參照


本發明的最佳實施方式。但是，以下的實施方式并不是對本發明的限定說明。
在圖1所示的本發明的MIG形磁頭的一種方式中，與以往的MIG形磁頭同樣地利用是低熔點玻璃的鉛玻璃4接合由是磁心的鐵氧體構成的磁心半體2。在磁心半體2上，預先形成為了構成磁隙6的磁隙相對面和為了使磁心半體彼此接合的鉛玻璃4的槽部。另外，在磁心半體2上，順序地形成像飽和磁通密度高的FeTaN層那樣的金屬磁性層1、硼硅酸鹽玻璃層7、Cr2O3層8。該積層膜，要覆蓋至少在磁隙相對面及其附近形成的槽部地進行成膜。
如是圖1的MIG形磁頭的滑動面5的放大圖的圖2所示，在該MIG形磁頭中，使用Cr2O3層8代替Cr層。構成磁隙6的磁隙材料與在磁心半體2上形成的硼硅酸鹽玻璃層7和Cr2O3層8接觸，其結果，具有硼硅酸鹽玻璃層7夾持Cr2O3層8的結構。
如圖3所示，該MIG形磁頭，除了使用硼硅酸鹽玻璃層7代替SiO2層27、使用Cr2O3層8代替Cr層28之外，可以以和圖14所示的以往制造方法基本上相同的順序進行制造。但是，為了改善將磁心半體接合的玻璃4的流動性，最好是采用后述的熱處理條件。
為了確認由Cr層和Cr2O3層的熱處理產生的層的厚度變化，在MIG形磁頭的制造中使用的電爐內實施兩層的熱處理。其結果，如圖4所示，例如520℃、10分鐘的熱處理，與Cr層顯示增加約70％的厚度相反，已確認Cr2O3層幾乎不顯示膜厚的變化。Cr形成Cr氧化物而膨脹，但Cr2O3從開始就進行氧化，因此其體積大致是一定的。從該結果也可知，通過在MIG形磁頭的磁隙中使用Cr2O3層，沒有由熱處理而產生的膜厚變化，能夠實現已穩定的磁隙長度。
像這樣，本發明的MIG形磁頭使用Cr2O3層代替Cr層，但關于其他構成材料，并不限于在上述方式中使用的材料。例如，磁心半體，不限于鐵氧體，也可以使用其他的強磁性氧化物。另外，在一對的磁心半體中，至少一個磁心半體可以是利用強磁性氧化物形成磁心。另外，將磁心半體接合的鉛玻璃也不限于此，但最好是軟化點是500℃以下的低熔點玻璃。作為金屬磁性層，可例示出FeTaN，但也可以使用像Co系非晶態、仙臺鐵硅鋁磁性合金(Fe-Si-Al)、FeGaSiRu那樣的金屬磁性層。進而，硼硅酸鹽玻璃層也不限于此，可以是以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層。作為非磁性氧化物層，例如最好使用以SiO2玻璃層、鋁硅酸鹽玻璃層、鈉鈣硅酸鹽玻璃層等的SiO2作為骨架成分的玻璃。
考慮到磁隙材料的磨損，在非磁性氧化物層中，最好使用硅酸鹽玻璃。使用比Cr硬度高的Cr2O3，是為了防止磁隙材料整體的硬度過大。若磁隙材料整體的硬度過大，則在使例如金屬蒸鍍(ME)帶等的金屬帶長時間移動時產生偏磨損。如圖5所例示，若由Cr2O3層8和SiO2層9構成磁隙材料，則產生磁隙材料從磁性層突出的偏磨損，容易降低磁頭輸出。但是，例如若使用硬度比較低的硼硅酸鹽玻璃層7代替SiO2層9，如圖6所示，就能消除偏磨損，能夠得到金屬帶10的穩定地的動狀態和穩定的輸出。
下面，說明在本發明的MIG形磁頭的制造工序中的理想的熱處理條件。在Cr2O3上的鉛玻璃等的低熔點玻璃的流動性，與例如硼硅酸鹽玻璃相比，是良好的，但與以往使用的Cr上相比，是低下的。低熔點玻璃的流動性的低下，從充分保證MIG形磁頭的磁隙強度的觀點看，是不合適的。因此，在熱處理過程中，最好通過導入包含氧的氣氛(例如大氣)，改善玻璃的潤濕性，進行流動。稱作改善Cr2O3層上的玻璃的潤濕性的目的，至是進行熱處理時的升溫過程的溫度，導入包含氧的氣氛而完成。因此，如圖7所示，在熱處理(在最高溫度510℃保持10分鐘)的升溫過程中，通過至某溫度Tc，在大氣中，此后在氮氣(N2)流中實施熱處理，調查Cr層或者CrO3層上的鉛玻璃(玻璃轉變點Tg＝385℃)的潤濕角與將大氣置換成氮氣的大氣置換溫度Tc的關系。
其結果，如圖8所示，Tc在200～300℃程度，Cr2O3層上的潤濕角劣于Cr層上的潤濕角，但已證實，如果使Tc達到350℃以上，在Cr2O3層上也能實現與Cr層上大致相同的潤濕性。因此，若考慮到實際的熱處理，則熱處理在其升溫過程中，至少在300～350℃，最好在含有大氣等的氧的氣氛中進行。該溫度因所使用的低熔點玻璃的玻璃轉變點Tg不同而異。如果按照Tg表示，理想的溫度，一般是(玻璃轉變點Tg-85℃)～(玻璃轉變點Tg-35℃)。再者，使用SiO2層和硼硅酸鹽玻璃層代替Cr2O3層實施同樣的實驗，但這些材料，即使將Tc提高至510℃也不能實現與Cr層相同的潤濕性。
以下，通過非限定的實施例更詳細地說明本發明。
實施例1按照圖3所示的工序制成具有圖1和圖2所示結構的MIG形磁頭。具體地說，作為磁心半體2使用Mn-Zn鐵氧體，作為金屬磁性層1使用飽和磁通密度Bs＝1.6T的FeTaN層。并且非磁性氧化物是硼硅酸鹽玻璃，用于磁心接合的玻璃是玻璃轉變點Tg＝385℃的鉛玻璃。另外，利用濺射法形成包含硼硅酸鹽玻璃層和Cr2O3層的各薄膜。再者，在本實施例中，Cr2O3層的厚度達到30nm，硼硅酸鹽玻璃的厚度達到50nm。
用于將鉛玻璃4熔制的熱處理工序，按照與圖7所示相同的升溫和降溫過程，大氣置換溫度Tc達到350℃。即，至升溫過程350℃在大氣中，以后在氮氣流中進行熱處理。
另一方面，為了比較，也同時制作具有以往的Cr/SiO2構成的磁隙材料的磁頭，與具有上述Cr2O3/硼硅酸鹽玻璃構成的磁隙材料的本實施例的磁頭一同測定熱處理后的磁隙長度。
在圖9中示出以往類型磁頭的磁隙材料的磁隙分布，在圖10中示出本實施例磁頭的磁隙材料的磁隙分布。如圖9和圖10所示，與以往的磁隙材料的偏差(標準偏差0.03μm)相反，本實施例的磁隙材料的偏差(標準偏差0.01μm)變小。
另外，本實施例的磁頭，也沒有由熱處理而產生的金屬磁性層表面的氧化，能夠實現良好的磁隙。即使將該磁頭在金屬蒸鍍(ME)帶等的金屬帶上長時間移動，磁隙材料也不從金屬磁性層突出，能夠維持穩定的磁頭輸出。
像這樣，能夠制作磁隙的精度提高、磁頭特性穩定化的MIG形磁頭。如在上述實施例中所示，按照本發明，能夠提高工業地生產MIG形磁頭時的制造合格率。
實施例2雖然變化Cr2O3層和硼硅酸鹽玻璃層的厚度，但和實施例1同樣地進行，制成MIG形磁頭。但是，由上述2層組成的磁隙材料的厚度，在任何場合都達到合計80nm。對所得到的磁頭調查磁頭的金屬磁性層的膜氧化狀態、在ME帶上移動時有無磁隙材料的突起、鉛玻璃的流動性。結果示于表1中。
表1 (單位nm)
另外，代替上述Cr2O3/硼硅酸鹽玻璃的構成，同樣地使磁隙長度全體達到80nm，變化Cr2O3層和SiO2層的厚度，也制成具有Cr2O3/SiO2構成的磁頭。對該磁頭也與上述相同地評價特性。其結果示于表2中。
表2(單位nm)
但是，在表1和表2中，以金屬磁性層未氧化狀態、磁隙突起不到10nm的狀態、以及鉛玻璃良好地流動的狀態作為A而表示，以除此之外作為B而表示。
由表1和表2可知，硼硅酸鹽玻璃層或者SiO2層的厚度為20nm以下，發生金屬磁性層的膜氧化。因此，硼硅酸鹽玻璃層等的非磁性氧化物層的厚度最好達到30nm以上。另外，已證實，作為非磁性氧化物層，若不是硬度高的SiO2層，而采用硼硅酸鹽玻璃層，則能抑制長時間使用后的磁隙材料的突出。
在本實施例中使磁隙材料的厚度達到80nm，在該范圍內變化非磁性氧化物的厚度，但本發明的MIG形磁頭也適用于例如磁隙長度是2μm的磁頭。因此，非磁性氧化物層厚度的上限不作特別地限制，例如，在適用于磁隙長度是2μm的磁頭的場合，是不到2μm。
實施例3除了利用放電加工這點之外，與實施例1相同地進行，制成MIG形磁頭。該MIG形磁頭，如圖11所示，在利用放電加工限制刻痕寬度方面具有特征。具體地說，在圖3(e)的工序中，首先將低熔點鉛玻璃熔制到背部槽中，進行限制刻痕的放電加工，此后在將低熔點鉛玻璃熔制到刻痕槽中這點上與實施例1的制造方法不同。在這樣的MIG形磁頭中，通過使用以硼硅酸鹽玻璃層夾持Cr2O3層的結構的磁隙材料，與實施例1同樣也能夠實現高精度的磁隙。
權利要求
1.MIG形磁頭，它在磁隙中具有以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層夾持Cr2O3層的磁隙材料。
2.權利要求1所述的MIG形磁頭，其中，上述以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層是硅酸鹽玻璃層。
3.權利要求2所述的MIG形磁頭，其中，上述硅酸鹽玻璃層是硼硅酸鹽玻璃層。
4.權利要求1所述的MIG形磁頭，其中，上述以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層具有30nm以上的厚度。
5.權利要求1所述的MIG形磁頭，其中，使順序地形成金屬磁性層、以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層和Cr2O3層的一對磁心半體接觸上述Cr2O3層的至少一部分地進行加熱，通過利用已軟化的玻璃進行接合而得到的MIG形磁頭。
6.權利要求5所述的MIG形磁頭，其中，接合磁心半體的上述玻璃具有500℃以下的軟化點。
7.權利要求5所述的MIG形磁頭，其中，接合磁心半體的上述玻璃以PbO作為主成分。
8.MIG形磁頭的制造方法，它包括以下工序在一對磁心半體上順序地形成金屬磁性層、以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層和Cr2O3層的工序；使上述一對磁心半體接觸上述Cr2O3層的至少一部分地進行加熱，利用已軟化的玻璃進行接合，形成上述非磁性氧化物層夾持上述Cr2O3層的磁隙材料的工序。
9.權利要求8所述的MIG形磁頭的制造方法，其中，至少在下述的溫度范圍，在包含氧的氣氛中進行加熱，使上述玻璃軟化，Tg-85℃≤T≤Tg-35℃但，Tg是上述玻璃的玻璃轉變點。
10.權利要求8所述的MIG形磁頭的制造方法，其中，上述以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層是硅酸鹽玻璃層。
11.權利要求10所述的MIG形磁頭的制造方法，其中，上述硅酸鹽玻璃層是硼硅酸鹽玻璃層。
12.權利要求8所述的MIG形磁頭的制造方法，其中，上述以SiO2作為主成分的非磁性氧化物層具有30nm以上的厚度。
13.權利要求8所述的MIG形磁頭的制造方法，其中，接合磁心半體的上述玻璃具有500℃以下的軟化點。
14.權利要求8所述的MIG形磁頭的制造方法，其中，接合磁心半體的上述玻璃以PbO作為主成分。
全文摘要
通過在金屬磁性膜1之間使用以SiO
文檔編號G11B5/23GK1196549SQ9810704
公開日1998年10月21日 申請日期1998年2月17日 優先權日1997年2月17日
發明者村岡俊作, 伊藤升, 高橋健, 武田裕美 申請人:松下電器產業株式會社