专利名称：磁场发生器和光磁信息存储装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生磁场的磁场发生器以及通过使用光和磁场访问被存储在信息记录介质中的信息的光磁信息存储装置。
背景技术：
包括CD、CD-ROM、CD-R、DVD、PD、MO和MD的信息记录介质已经被广泛地用作存储音频信号和视频信号的大容量记录介质。尤其是其中的信息可以通过使用光和磁场被访问的光磁信息记录介质，作为允许信息重写的高密度记录介质，吸引了人们的强烈兴趣，并且为了获得甚至更高的记录密度，人们积极地作出了研究和开发尝试。对从这样的光磁信息记录介质高速重现信息并向其中高速存储信息的光磁信息存储装置，也积极地进行了研究和开发工作。
然而，传统的光磁信息存储装置使用光学调制系统，通过光学调制系统，信息通过根据信息的光学调制被记录在记录介质上，沿着增加记录密度的方向进行开发的最近的趋势是使用磁场调制系统，而不是传统的光学调制系统，通过磁场调制系统，信息通过根据信息的磁场调制被记录。在使用磁场调制系统的普通光磁信息存储装置中，产生通过使用由半导体工艺制造的薄膜线圈而被调制的磁场。
在使用磁场调制系统的光磁信息存储装置中，通过将用于记录用途的激光束聚焦到记录介质的记录膜上，使得该膜的温度接近居里点，并且在该状态中将由线圈产生的磁场施加到记录膜上。记录膜的磁化方向从而根据信息被定向，由此该信息被记录到膜上。
为了利用使用这样的磁场调制系统的光磁信息存储装置高速执行大量数据的记录和重现，设备优选具有前照射型结构，其中将光聚焦到记录介质上的光学系统和产生磁场的磁线圈被设置在从记录介质处看去的相同侧上。通常在这样的结构中，环形磁线圈被设置在光学系统与记录介质之间。
另外，为了提高产生磁场的效率，在磁线圈与光学系统之间设置作为磁线圈的磁芯的磁性物质层，这种结构公知是有效的。例如，专利文献1公开了提供了在中心处有孔的盘形磁性物质层的情况。
(专利文献1)日本专利早期公开No.10-320863当在设置了这样的磁性层的地方，磁线圈被高频(例如，50MHz)驱动时，在磁性层中将产生伴随磁性层磁化强度的变化的涡流，该涡流成为损耗，并且引起磁性物质的温度升高。这种温度升高导致磁线圈的温度增加，并且在磁线圈变得很细的称作迁移(migration)的极端情况中，可能最后使线路切断。磁线圈温度的升高还增大了磁线圈的阻抗，导致磁线圈由于热而被损坏。
作为用于降低这种由于涡流造成的损耗的一种技术，提出了将磁性层形成为在多个子层的薄膜。但是，在制造这样的具有薄膜多层结构的磁性层时，需要如真空气相沉积和溅射这样的复杂制造技术，相应地牵涉到生产成本的增加和产率的降低。
发明内容
根据上述情况，本发明的一个目的是提供一种允许通过诸如覆镀(plating)的简单制造技术制造并能够抑制涡流产生的磁场发生器，以及能够进行高速数据记录和重现的光磁信息存储装置。
为了达到上述目的，根据本发明的磁场发生器的特征在于其具有环绕内孔的环形线圈，和多个磁棒，所述多个磁棒与线圈绝缘，具有磁性材料，围绕线圈的内孔径向地布置以交叠该线圈，并且最大宽度与最小宽度之间的比例不大于2/1。
在根据本发明的磁场发生器中，由线圈产生的磁场被磁棒加强，并且同时，磁棒的棒状结构起到保持低的由涡流造成的损耗的作用。此外，可以通过诸如覆镀的简单制造技术制造磁棒的棒状结构，制造成本也被降低了。
在根据本发明的磁场发生器中，磁棒优选地应当由具有1.5(T)或更大的饱和磁通密度的磁性材料制成，并且应当具有3μm或更大的厚度以及6μm或更大的宽度。
这种尺寸的磁棒可以有效地帮助降低涡流损耗，而且它们的1.5(T)或更大的磁通密度保证了足够的磁场发生能力。
此外，在根据本发明的磁场发生器中，磁棒的长度优选是线圈从其内孔的边线到外边线的宽度的至少两倍。
具有这样的长度的磁棒可以有效地加强由线圈产生的磁场。
此外，在根据本发明的磁场发生器中，多个磁棒的总体积优选应当小于多个磁棒之间的间隔的总体积。
在磁棒的总体积以这种方式被限制的情况下，在磁棒中出现的抵抗由线圈产生的磁场的反磁场较小，因此磁场发生器的磁物质中的磁化强度较大。
在根据本发明的磁场发生器中，磁棒优选地在它们交叠线圈的位置处应当具有较宽的部分。
通过具有这样的较宽的部分，磁棒可以有效地加强磁场。
在根据本发明的磁场发生器中，磁棒优选地应由具有500或更大的导磁率的磁性材料制成。
为了通过足够细的棒状结构实现由于涡流造成的损耗的降低，而同时使其能够充分地发挥作为磁棒的基本功能的加强磁场的功能，优选地使用具有500或更大的高导磁率的磁性材料。
在根据本发明的磁场发生器中，磁棒一般由CoNiFe制成。
在根据本发明的磁场发生器中，优选地应当在从线圈的外边缘间隔线圈外径的1/6或更多的位置处，提供与磁棒相热接触的线圈外散热体，用于取走磁棒的热。
通过这样的线圈外散热体取走磁棒的热，进一步帮助改善了磁场发生器的热性能。
在根据本发明的磁场发生器中，线圈外散热体一般由铜制成。
在根据本发明的磁场发生器中，优选地还应当提供棒间散热体，所述棒间散热体设置在多个磁棒之间，与磁棒绝缘并与磁棒相热接触，用来取走磁棒的热。
由于这样的棒间散热体也取走磁棒的热，所以磁场发生器的热性能被提高。
在根据本发明的磁场发生器中，棒间散热体一般由铜制成。
在根据本发明的磁场发生器中，优选地应当在从线圈的外边缘间隔线圈外径的1/6或更多的位置处，提供与棒间散热体连接的线圈外散热体，所述线圈外散热体经由棒间散热体取走磁棒的热。
在这样的结构的磁场发生器中，棒间散热体取走磁棒的热，并且热被高效地传递到线圈外散热体，并通过线圈外散热体向外辐射。磁场发生器的热性能从而被进一步提高。
为了实现上述目的，根据本发明的通过使用光和磁场访问信息记录介质以获取信息的光磁信息存储装置的特征在于其具有发射光的光源；聚光透镜，所述聚光透镜将从光源发射的光汇聚到信息记录介质上；环绕内孔的环形线圈，所述线圈被设置在聚光透镜的信息记录介质侧，并使得磁场被产生在记录介质上的聚光透镜汇聚光的位置处；和多个磁棒，所述多个磁棒在线圈与聚光透镜之间以线圈的内孔为中心径向地布置，所述磁棒与线圈绝缘，并由磁性材料构成，每个棒的最大宽度不大于最小宽度的两倍。
虽然这里只示出了根据本发明的光磁信息存储装置的基本形式，但是这仅仅是为了避免重复，根据本发明的光磁信息存储装置并不限于这种基本的形式，而是包括与上述磁场发生器的每种形式相当的任何形式。
图1示出了用于实施本发明的一种方式中的光磁信息存储装置，其中结合了用于实现本发明的一种方式中的磁场发生器。
图2是示出了头结构的立体图。
图3是示出了可动组件的聚光透镜300的外围部分的放大图。
图4示出了磁发生部分的1/4的结构。
图5是磁发生部分的局部放大图。
图6是示出了对比示例中的磁场发生能力的图线。
图7是示出了该实施方式中的磁场发生能力的图线。
图8是示出了降低由于涡流造成的损耗的效果的图线。
图9图示了制造在该实施方式中提供的磁芯的方法。
图10示出了另一实施方式中的磁发生部分的1/4的结构。
图11示出了磁发生部分的截面。
具体实施例方式
下面将描述实施本发明的方式。
图1示出了用于实施本发明的一种方式中的光磁信息存储装置，其中结合了用于实现本发明的一种方式中的磁场发生器。
这里所图示的光磁信息存储装置100配备有铝合金制成的驱动器基板110，该驱动器基板110构成了光磁信息存储装置100的基板，并且驱动器基板110装配到框架130中。在驱动器基板110上还有用螺丝固定的顶盖140和底盖(未示出)。
前面板160被装配到框架130上，并且该前面板160具有插入口161，通过该插入口161，与本发明环境中的信息记录介质的一个示例相对应的内置有光磁(MO)盘的MO盘盒将被插入光磁信息存储装置100中。
在光磁信息存储装置100的与其装配有前面板160的前端相反的后端，提供有用于将光磁信息存储装置100电连接到诸如计算机之类的设备上的连接器170。
在光磁信息存储装置100中，安装有保持和旋转MO盘的主轴电机以及通过用光照射MO盘或者对其施加磁场来记录和重现信息的头。
图2示出了头的结构。
头被构造为具有可动组件190和固定组件200，其中可动组件190可在MO盘240的径向上移动，固定组件200被固定到图1所示的驱动器基板110上。
固定组件200含有激光二极管202、光探测器203、光探测器204和光探测器205，其中，激光二极管202是本发明环境中的光源的一个示例，其产生在读和写信息时使用的激光束，光探测器203探测MO盘240所反射的光束中所包含的并且与MO盘240中所存储的信息相对应的信号，光探测器204探测轨道上的聚光点的任何偏差(deviation)，其中许多圈轨道螺旋地设置在MO盘上作为存储信息的地方，光探测器205探测任何聚光点的聚焦偏差。
由一对磁路250驱动的可动组件190沿着一对导轨260在MO盘240的径向方向上移动。在可动组件190上方，除了其他元件外还安装有聚光透镜300、磁线圈和调节器，其中，聚光透镜300将光束汇聚到MO盘240上，磁线圈在由聚光透镜定点的光的位置处产生磁场，调节器通过对激光透镜300的精细调节来调节被汇聚的光点的焦点，并且将被汇聚的光点定位到轨道上。通过调节器对聚光透镜300的精细位置调节是基于由光探测器204和205所探测的偏差而完成的。
可动组件190配备有具有矩形截面的管嘴192，从固定组件200的激光二极管12发射的激光束通过该管嘴192进入可动组件190。此外，由MO盘240反射的光束通过该管嘴192返回到固定组件200中。在可动组件190内部除了管嘴192，还内置有旋转镜，该旋转镜使已经通过管嘴192进入的激光束入射到聚焦透镜300上。
图3是示出了可动组件的聚光透镜300的外围部分的放大图。
MO盘240被构造成具有衬底241和记录层242，而聚光透镜由半球面透镜301和非球面透镜302组成。从固定组件引导出的激光束L经由半球面透镜301和非球面透镜302被汇聚在MO盘240上的记录层242上，以形成光点。
在非球面透镜302的MO盘240侧，设置有磁发生部分310，该磁发生部分310对应于根据本发明的实现磁场发生器的一种方式，并且其在记录层242上形成聚光点的位置处，产生与记录层242垂直的磁场。
在记录层242上形成聚光点的位置处，通过用激光束L照射，温度升高到居里点，并且由磁发生部分310产生的磁场与要被记录的信息相对应地定向记录层242中的磁畴的磁化方向。信息从而被记录到MO盘240上。
磁发生部分310具有线圈311、磁芯312和散热体313。
图4示出了磁发生部分的1/4的结构，图5示出了磁发生部分的局部放大图。
线圈311是本发明环境中的线圈的一个示例；它是所谓的薄膜线圈，具有围绕内孔的环形形状，其中激光束L从该内孔穿过。该线圈311的内孔的内径是200μm，该线圈311的外径是600μm；因此，从内孔的边缘到外径的宽度是200μm。当记录信息的时候，对线圈311施加方向根据要被记录的信息而变化的电流，将要被记录的数据的传输速率考虑进去后，该电流的最大频率可以达到或者超过20MHz。因而，流向线圈311的电流和由线圈311产生的磁场可以在50ns或者更短的短时期中迅速反转。
磁芯312是本发明环境中的磁棒的一个示例；它具有CoNiFe，并具有厚度为3μm、宽度为6μm的棒状形状。该磁芯312的棒以线圈311的内孔为中心径向地布置。磁芯312的每个元件的长度是400μm，是线圈311的内孔边缘到外边缘的宽度的两倍。磁芯312的总体积小于磁芯312的棒之间的间隔的总体积。
由径向布置的磁芯312的磁棒引导的由线圈311产生的磁场的磁力线集中于线圈311的内孔中，导致在MO盘上的光点位置处产生增大的磁场强度。由于构成磁芯312的CoNiFe是饱和磁通密度大于1.5T的磁性材料，所以磁芯312可以充分地增大磁场强度。此外，有鉴于磁芯312产生了抵抗由线圈311产生的磁场的反磁场，如果这种反磁场过强，则磁芯312的内部磁场将衰减而限制磁芯312的磁化强度，结果限制了磁芯312增强磁场强度的效果。该反磁场的强度由磁芯312的结构确定；在本实施方式中，由于磁芯312的总体积被其元件的棒的形状所限制，所以磁芯312的反磁场弱，并且磁化强度强。
磁芯312的每个棒在其与线圈311交叠的地方具有较宽的部分312a，这有助于进一步增强增大磁场强度的效果。
当由线圈311产生的磁场如上所述地被迅速反转时，在磁芯312的每个元件中出现由于涡流引起的损耗；但是，在本实施方式中，由于磁芯312的每个元件是棒状的，所以与磁力线正交的截面的面积小，从而由于涡流造成的损耗和发热被限制了。结果，即使线圈311被高频驱动，线圈311的功耗也可以保持较低，并且可以避免线圈311中的温度升高。作为这种对线圈311中的温度升高的避免的结果，可以允许线圈311产生更强的磁场。为了降低由于涡流导致的损耗而维持高水平的磁化强度，磁芯312元件的这样的棒的形状被证明是有效的，其中所述棒形状的最大宽度不超过最小宽度的两倍。
散热体313是本发明环境中的线圈外散热体(extra-coil radiator)的一个示例；为了避免伴随由线圈311产生的磁场的反向而产生涡流，在离开线圈311的外边缘的位置上保证与线圈311的外径的1/6相对应的100m的距离。该散热体313与磁芯312的每个棒相热接触，并且从其取走热。该散热体313的存在起到进一步改善磁场发生部分的热特性的作用。
现在将通过对以下两者的对比的方式进行描述其中磁芯312具有互相链接的环形磁性层的上述对比示例的磁场发生能力，与实施本发明的该方式中的磁场发生能力。
图6是示出了对比示例中的磁场发生能力的图线，图7是示出了该实施方式中的磁场发生能力的图线。
这些图中的横轴代表线圈的中心轴(即，聚光透镜的光轴)上的以线圈中心为参考的位置，而纵轴代表磁场的强度。在图中，实线L1和L4表示磁芯和磁性层是由导磁率(μ′)为1000的磁性材料形成时的磁场发生能力；虚线L2和L5表示它们是由导磁率(μ′)为500的磁性材料形成时的磁场发生能力；点划线L3和L6表示它们是由导磁率(μ′)为200的磁性材料形成时的磁场发生能力。
在图6的图线中，虽然导磁率在200到1000的范围中变化，但是磁场强度几乎没有变化。这意味着，即使导磁率高，环形磁性层中的大的反磁场也相应地进一步增加了，结果磁性层的磁化强度基本保持不变，因此磁场的强度也基本不变。
在图7的图线中则不同，当导磁率在200到1000的范围中变化时，如果导磁率超过了500，则可以获得与对比示例中的磁场强度相当的磁场强度。这意味着，由于棒状磁芯中的反磁场小，所以磁场强度随着导磁率的增大而升高。从磁场发生器的基本目的考虑，希望磁场发生器的磁场发生能力可与对比示例的磁场发生能力相当；因此，构成磁芯的磁性材料优选具有高于500的导磁率。这还涉及利用棒状形状降低由涡流引入的损耗，同时将磁场发生能力维持在与对比示例的磁场发生能力相当的水平上。为了利用厚度为3μm、宽度为6μm的细的棒状形状获得足够的磁场发生能力，材料优选地应当具有1.5或者更大的饱和磁通密度。具有这样的导磁率和饱和磁通密度的磁性材料例如包括CoNiFe。虽然在上述的导磁率和饱和磁通密度的因素上略差一些，但是NiFe也是另一种适合的磁性材料。
接着，将描述使用棒状磁芯来降低由涡流引入的损耗的效果。
图8是示出了降低由涡流造成的损耗的效果的图线。
在图8中，横轴代表线圈的驱动频率，纵轴代表驱动线圈产生的阻抗。另外，该图线中的实线L7表示在上述的对比示例中出现的阻抗；图线中的虚线L8表示在实施本发明的该方式中出现的阻抗；图线中的点划线L9表示仅在没有磁芯或磁性层的线圈中出现的阻抗。
在只有不具有磁芯或磁性层的线圈时，很明显，没有涡流出现，但是集肤效应使得阻抗在100MHz附近开始增大。另一方面，在对比示例中，阻抗在几兆赫附近迅速增大，导致严重的由涡流引入的损耗。与这些情况不同，在本实施方式中，虽然阻抗在几兆赫附近开始增大，但是仅是缓和地增大，这意味着降低由涡流引入的损耗的效果。
接着将描述制造在实施本发明的该方式中使用的磁芯的方法。顺便地，因为通过使用覆镀、曝光等的半导体工艺可以制造磁场发生器的除磁芯之外的其他构成部分是公知常识，所以省略了对于它们的制造方法的描述。
图9图示了制造在本实施方式中使用的磁芯的方法。
首先，选择具有理想折射率的玻璃衬底401(步骤S1)，并通过真空气相沉积或者溅射，在玻璃衬底401上形成覆镀基底(基底)402(步骤S2)。在这种情况中，基底402的厚度不需要超过几纳米到几十纳米。
该基底402被抗蚀剂403涂覆，并通过使用放射状图案化的掩模进行曝光和显影。结果，在覆镀基底402上留下具有与掩模图案相同形状的抗蚀剂403(步骤S3)。
接着，通过在基底402的除了被抗蚀剂403覆盖的部分之外的其他部分上进行覆镀，形成磁性材料的层404，以形成磁性层404(步骤S4)。之后，通过使用剥离液去除抗蚀剂403(步骤S5)。
然后，通过研磨或者其他方式，均匀地刮去整个表面的与基底402一样厚的部分，从而将凸起部分互相分隔开，形成了上述具有棒的磁芯312(步骤S6)。
接着，为了使具有棒的磁芯312与其后堆叠的其他层相绝缘，于是在具有棒的磁芯312上形成诸如氧化铝的绝缘材料的膜405(步骤S7)，并进一步生长氧化铝层406(步骤S8)。
另外，通过化学机械抛光(CMP)进行处理，以平坦化氧化铝层406的不平坦的外形(步骤S9)。
如至此所描述的，可以通过应用半导体工艺来制造具有棒的磁芯以及其他元件。具体地说，当要生长构成磁芯的磁性层时，可以使用低成本的覆镀，并且因此可以降低磁场发生部分自身的制造成本。
下面将描述用于实施本发明的与上述方式不同的另一种方式。
由于除了散热体被嵌入在磁芯的棒之间之外，该另外的实施方式与前面的方式基本类似，所以下面的描述将仅集中于不同之处。
图10示出了另一种实施方式中的磁发生部分的1/4的结构。
图11示出了磁发生部分的截面。
在此所图示的实施方式中，由Cu制成的散热体314被嵌入在上述磁芯312的棒之间。这些散热体314构成了本发明环境中的棒间散热体的一个示例；它们是通过在图9所图示的制造过程的步骤S8处生长Cu层来代替氧化铝层而形成的。因此，上述氧化铝膜介于磁芯312与散热体314之间，从而使它们互相绝缘。
磁芯312的棒之间的散热体314经由连接层315连接到围绕线圈311所设置的散热体313，它们可以收集由磁芯312产生的热，并有效地将热排到围绕线圈311的散热体313。
虽然具有基本固定的棒状形状的磁芯元件被示出作为在上述实施方式中使用的示例，以举例说明本发明环境中的磁棒，但是本发明含意中的磁棒可以具有许多其他的形状，例如朝向一端厚度逐渐增长的形状，如果最大宽度不超过最小宽度的两倍的话。
权利要求
1.一种磁场发生器，包括环绕内孔的环形线圈，和与所述线圈绝缘的多个磁棒，所述多个磁棒由磁性材料构成，围绕所述线圈的所述内孔径向地布置以交叠所述线圈，并且所述磁棒的最大宽度与最小宽度之间的比例不大于2/1。
2.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中，所述磁棒由具有1.5T或更大的饱和磁通密度的磁性材料制成，并具有3μm或更大的厚度以及6μm或更大的宽度。
3.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中，所述磁棒长度是所述线圈从其内孔的边线到外边线的宽度的至少两倍。
4.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中，所述多个磁棒的总体积小于所述多个磁棒之间的间隔的总体积。
5.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中，所述磁棒在它们交叠所述线圈的位置处具有较宽的部分。
6.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中，所述磁棒由具有500或更大的导磁率的磁性材料制成。
7.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中，所述磁棒由CoNiFe制成。
8.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中，在从所述线圈的外边缘间隔所述线圈外径的1/6或更多的位置处，提供与所述磁棒相热接触的线圈外散热体，用于取走所述磁棒的热。
9.根据权利要求8所述的磁场发生器，其中，所述线圈外散热体由铜制成。
10.根据权利要求1所述的磁场发生器，其中还提供有棒间散热体，所述棒间散热体设置在所述多个磁棒之间，与所述磁棒绝缘并与所述磁棒相热接触，用来取走所述磁棒的热。
11.根据权利要求10所述的磁场发生器，其中，所述棒间散热体由铜制成。
12.根据权利要求10所述的磁场发生器，其中，在从所述线圈的外边缘间隔所述线圈外径的1/6或更多的位置处，还提供有与所述棒间散热体连接的线圈外散热体，所述线圈外散热体经由所述棒间散热体取走所述磁棒的热。
13.一种光磁信息存储装置，所述光磁信息存储装置通过使用光和磁场访问信息记录介质以获取信息，所述光磁信息存储装置包括发射光的光源；聚光透镜，所述聚光透镜将从所述光源发射的光汇聚到所述信息记录介质上；环绕内孔的环形线圈，所述线圈被设置在所述聚光透镜的所述信息记录介质侧，并使得磁场被产生在所述记录介质上的所述聚光透镜汇聚光的位置处；和多个磁棒，所述多个磁棒在所述线圈与所述聚光透镜之间以所述线圈的所述内孔为中心径向地布置，所述磁棒与所述线圈绝缘，并由磁性材料构成，每个棒的最大宽度不大于最小宽度的两倍。
全文摘要
本发明的目的是提供一种允许用诸如覆镀的简单制造技术制造并能够抑制涡流产生的磁场发生器，以及能够进行高速数据记录和重现的光磁信息存储装置。其具有环绕内孔的环形线圈(311)和多个磁棒(312)，磁棒(312)以线圈(311)的内孔为中心径向布置以交叠线圈(311)，磁棒(312)与线圈(311)绝缘并由磁性材料构成，每个棒的最大宽度不大于最小宽度的两倍。
文档编号G11B11/105GK1639786SQ0282935
公开日2005年7月13日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者吉川浩宁 申请人:富士通株式会社