Brevet FR2139670A1 — publié le 19730112

L'invention concerne un procédé de fabrication industriel d'éléments magnétiques (mémoires, circuits logiques, transformateurs ...) à structure non plane comportant au moins deux circuits magnétiques. On connais en effet des structures minces, c'est-à- dire présentant une épaisseur petite par rapport aux deux autres dime.nsi0n et dans lesquelles on a percé un ou plusieurs trous entourés de matériau magnétique. La structure la plus simple est constituée par un tore inscriptible dans un parallélépipède de faible hauteur. D'autres structures sont obtenues en découpant dans une plaquette en matériau magnétique un certain nombre de trous.Ces trous sont traversés par des enroulements généralement une seule spire, qui constituent les circuits d'écriture et de lecture. On connaît également des structure tridimensionnelles par opposition aux structures minces. Ces structures présentent des avantages par rapport aux structures minces.' En particulier, elles permettent soit de constituer des mémoires-comprenant par unité de surface, un plus grand nombre d'éléments,'soit' d'obtenir, en conservant le même nombre d'éléments, une plus grande sensibilité aux courants de commande et un plus grand signal de réponse aux impulsions de lecture. Mais de telles structures tridimensionnelles sont difficiles à fabriquer avec les procédés connus, surtout dans le cas d'éléments à deux ou plusieurs trous. L'invention remédie à cet inconvénient. Selon le procédé de l'invention, on constitue à partir d'un@ substrat en métal dit métal "1", tel que le cuivre, facilement attaquable par les agents chimiques, des couches successives formant alternativement des conducteurs en métal "2" et des cylindre creux en métal magnétique dit métal 3", séparées par des dépits de métal "1". On enlève ensuite le métal 11" par attaque chimique et on remplit les intervalles entre couches par un isolant. l'invention sera mieux comprise au moyen de la description qui suit et des dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 représente schématiquement et en perspective un élément connu de mémoire magnétique à trois trous ; - les figures 2, 3 et 4 sont des schémas des flux magnétiques dans l'élément de la figure 1 - la figure 5 est un diagramme de fonctionnement de l'élément de la figure 1 - la figure 6 est un vue en perspective d'un élément à trois trous ; - les figures 7 à 23 représentent les stades successifs d'un élément fabriqué selon l'invention, dans un premier mode de réalisation ;; - les figures 24 et 25 représentent des stades caractéristi- ques de l'élément en tant qu'ils diffèrent des stades précédents dans un deuxième mode de réalisation ; - la figure 26 est une vue en perspective schématique d'un élément connu à cinq trous ; - les figures 27 à 29 représentent trois stades caractéristiques de la fabrication selon l'invention de 11 élément de la figure 26 - la figure 30 est une vue en perspective schémstique d'un élément connu à deux trous - les figures 31 à 35 représentent les stades caractéristiques de la fabrication selon l'invention de l'élément de la figure 30 ; - la figure 36 est une perspective cavalière d'un élément à flux guidé connu en soi ;; - les figures 37 à 39 représentent des stades caractéristiques de la fabrication selon l'invention de l'élément de la figure 36. L'élément de mémoire magnétique à trois trous de la figure 1 est représenté comme une plaquette sans épaisseur appréciable devant la dimension unitaire "a". Cette dimension est celle du côté du carré formé par la section d'un quelconque des trois trous 11, 12 et 13 identiques entre eux. C'est encore la largeur des inter- valles remplis de matériau magnétique-appelés "jambes" disposés entre les trous d'une part et d'autre part sur les bordures. On est ainsi en présence d'un élément de largeur 5a et de longueur 7a. les trous 11, 12 et 13 sont traversés par des conducteurs, 'à raison d'une spire par trou, faisant partie -d'enroulements désignés comme suit : -conducteur EE (trou 12) pour l'enroulement recevant les courants de mot et de lecture ; - conducteur RR (trou 13) pour l'enroulement du signal de mémoire dit de "sense"dans la littérature anglo-saxonne - conducteur TI (trou 11) pour l'enroulement recevant le courant d'inhibition. les figures 2, 3 et 4 représentent respectivement l'état initial, l'état "1" et l'état "O" se differenciant entre eux par le sens des vecteurs d'induction magnétique rémanente A, B, C, D, dans les quatre Jambes de l'élément de la figure 10 Dans l'état initial, figure 2, on a deux circuits magnétiques entourant le centre de l'élément (centre du carré 12), concentri- ques à ce centre et dont les vecteurs sont orientés suivant le sens trigonométrique pour un observateur situé au-dessus des pland des figures 2,3 et 4. On a noté + A, +B, +C, + D les vecteurs respectifs dans les quatre Jambes prises de gauche à droite comme les trous 11, 12 et 13. Le passage "état initial (figure 2) - état "1" (figure 3) " s'opère par application dans l'enroulement EE (trou 12) d'un cou- rant IM dirigé dans le sens allant de l'observateur précité vers le centre du trou t2. Ce courant IM est représenté par le signe #, Le champ magnétique créé par le courant R provoque le basculement des vecteurs b, 3, C, D qui deviennent -A, -B, -C, -D, à condition toutefois que IM > IO,, lo étant un courant dit de seuil. La condition IM > lo est représenté figure 5 par une région interdite (hachures) en-dessous d'une droite IM = 1o dans un graphique de coordonnées |ID| , IM. On dit que l'on a inscrit un "i" dans l'élément-mémoire. Pour lire l'élément-mémoire, on envoie une impulsion de lecture qui n'est antre que l'application, pendant une brève durée, d'un courant -IM. les vecteurs A, 3, C, D changent de sens, ce qui provoque non seulement le retour à L'étant initial, mais encore l'induction d'une impulsion électrique dans les enroulements II et RR. On dispose d'organes de détection de cette impulsion sur l'en- roulement RR. Le passage "état initial (figure 2) - état "O" (figure 4)" s'opère par l'application simultanée de deux impulsions de courant: - une impulsion IM, identique à celle de l'opération d'inscription d'un "1" dans l'enroulement EE ; - une impulsion ID, telle que, d'une part, ID > IM et que d'autre part le vecteur lb soit dirigé du centre du trou 11 vers l'obser vateur précité, c'est-à-dire de sens opposé à Le vecteur ID est représenté, figure 4, par le signe 0. la condition 1M En effet, on voit que dans les jambes correspondant à la région entourant le trou 12, la configuration est -B, -C, puisque le courant IM agit seul. Les ampères-tours vus par la jambe correspondant à + A la maintiennent dans l'état + A. La région centrale étant saturée le flux ne peut se refermer que dans la jambe correspondant à + D. qui reste dans l'état + D4 La lecture s'opère de la même fagon que pour l'état "1", par envoi d'une impulsion de courant - IM dans l'enroulement ES. A la différence du cas précédent le non basculement du vecteur D se traduit par une absence de signal dans l'enroulement RR (trou 13), car ce dernier n'est sensible qu'à l'action du vecteur D. On considère maintenant, figure 6, un élement analogue à celui de la figure 1, mais comportant dans le cas de l'invention, une dimension e beaucoup plus importante que la largeur de la jambe a o Cette dimension peut atteindre 20 à 50 a, ou plus, alors que la plus grande dimension de l'élément de la figure 1 était de 7a. il en résulte une augmentation très importante de la section de la jambe magnétique et une diminution de la longueur magnétique0 Cette diminution permettra un gain d'intensité, d'une part en ce qui concerne les courant de commande 'M et d'inhibition ID et d'autre part en ce qui concerne l'intensité maximale recueillie dans l'enroulement de réponse (sense) RR. On décrit ci-après les étapes de fabrication d'un élément mémoire du type de la figure 6, suivant un mode de réalisation dit "mode de base", comprenant treize étapes caractéristiques. Etape 1-1 : Sur une plaque métallique 71 (métal 1) par exemple en cuivre, on dépose sur les deux faces une couche. de résine photosensible 72 (figure 7), Etape 1-2 : A l'aide d'un cache, on réalise par exposition et ddveloppement photographique sur une seule face de la plaque, un logement rectangulaire 81 destiné à recevoir un dép8t métallique (figure 8) ; Etape t-3 : On dépose par électrolyse, dans le logement 81 (figure 8) pne bande métallique (métal 2) 91 (figure 9) par exemple en or ou en argent ou tout autre métal susceptible à la fois autre déposé par électrolyse et de résister à des agents chimiques pouvant dissoudre le métal 1 (tel que le cuivre).Puis on retire la couche de résine photosensible à l'aide d'un solvant ce qui laisse subsister la bande métallique 91 sur la plaque 71 (figure 10). Etape 1-4 : On dépose une couche de résine photosensible sur lee deux faces de la plaque 71 munie de la bande 91, et on réalise par photogravure une fenêtre 121 (figure 12) dans laquelle on en Tève le métal I par gravure chimique par exemple au perchlorue de fer dans le cas du cuivre. La figure Il est une coupe transversale FF de la figure 12 montrant que la bande 91 est dégagée sur toutes BOB faces à l'intérieur de la entre 121. Etape 1-5 : On dépose par électrolyse une couche 131 métal 1 par exemple du cuivre, autour de la bande 91 (figure 13). Etape 1-6 : On dépose par électrolyse succesivement une cou ohe métallique 141 en métal magnétique (métal 5) par exemple un alliage (i : 80 % Fe t 20%) ensuite une couche 142 de métal 1 (figure 14) ; Etape 1-7 : on enlève la résine photosensible qui restait sur la plaque atitour de la fenêtre 121 (figures Il et 12) et l'on recouvre l'ensemble d'une nouvelle couche de résine 153 (figure 14), dans laquelle on découpe par photogravure deux logements rectangulaires 151 et 152 parallèles à la bande 91 et situées de part et d'autre de celle-ci.On dépose enfin par électrolyse des bandes de métal 3, par exemple de l'or ou de l'argent dans les logements 151 et 152 (figure 15) ; Etape 1-8 : Après avoir enlevé la couche de résine 153 sur la partie située au centre de la fenêtre 121, on dépose par électrolyse une couche 161 de métal 1 sur toute la périphérie (figure 16); Etape 1-9 : Après avoir enlevé la résine restant sur les bords de la centre 121, on recouvre l'ensemble de résine photosensible 171 puis on met à nu les parties 172 (figures 17 et 18) par photogravure ; Etape 1-10 : On attaque le métal 1 dans les parties 172 à l'aide d'un agent chimique, tel que le persulfate d'ammonium ammo niacal dans le cas du cuivre, de façon à obtenir les surfaces 191. Le métal protégé par la résine dans les parties 171 subsiste ainsi que le métal 3 qui se trouve mis et nu dans les parties 192 (figure 19)o Etape 1" : Après avoir enlevé la résine qui subsistait dans les régions 171 (figure 19) on dépose par électrolyse une couche 201 de métal 3 sur l'ensemble (figure 20) ; Etape 1-12 : Après avoir enlevé la résine qui subsistait dans la région 171 (figure 20) on met à nu une partie des bandes 151, 91 et 152.Le métal est ensuite enlevé autour de ces bandes (figures 21 et 22) sur une longueur qui su étend jusqu'à une limite 221 variable avec la durée de la gravure chimique que l'on doit prolonger jusqu'à l'obtention d'une longueur L (figure 22); Etape 113 : Après avoir enlevé la résine restant autour de la entre 121, on remplit la cavité visible sur la figure 22 entre les bandes 91, 151 et 152 avec de la résine photosensible 231 (figure 23) et on recouvre l'ensemble de résine photosensible. Sans masque, on expose la résine en double face et on développe par bain de type photographique ce qui ne laisse subsister que la résine 231, non exposée.Après recuit de la résine par passage de l'ensemble au four, on attaque à l'aide de l'agent de l'étape 1-10 toutes les parties de cuivre qui demeureraient attachées à l'élément WL -final (figure 23) de façon à dégager cet élément-et à parfaire l'isolement mutuel des bandes conductrices 91, 151 et 152. On obtient ainsi l'élément de figure 6, les bandes 93, 151 et 152 correspondant respectivement aux conducteurs EE, II et RR. Une variante du "mode de base" décrit ci-dessus consiste à remplacer les étapes 1-8 à 1-10 par les trois étapes ci-après : Etape 1-8 bis : Après avoir enlevé la résine comme dans l'étape 1-8, on attaque le métal 1 à l'aide de l'agent chimique de l'étape 1-10 pour mettre le métal 3 à nu, en ne laissant subsister que les parties 241 et 242 situées sous les conducteurs 151 et 152 (figure 24) ; Etape 1-9 bis : Après avoir enlevé la résine subsistant sur le pourtour de la fenêtre 121, on dépose une couche de résine photosensible sur l'ensemble et l'on découpe par photogravure les fenêtres qui laissent à nu les parties 151, t52, 241 et 242 sur lesquelles on dépose les couches 252 et 253 de métal 1 de part et d'autre des parties 251 où subsiste la résine (figure 25) Etape 1-10 bis :On retire les parties 251 de résine et l'on passe à l'étape 1-11 du "mode de base". Â titre d'exemple de réalisation utilisant le procédé de fa fabrication selon l'invention, on donne ci-après trois types de structure magnétique : - un élément à 5 trous dit "transfluxor" - un élément à 2 trous dit "biaxe" - un élément à 3 trous dit "à flux guidé" 10 - le "transfluxor", figure 26 comporte un grand trou central cylindrique traversé parallèlement à son axe par deux conducteurs 261 et 262 et quatre "oreilles" périphériques percées chacune d'un trou cylindrique plus petit que le trou central et traversé par des conducteurs '263, 264, 265 et 266. Par le procédé selon l'invention, on obtient à l'étape 1-8 la disposition de la figure 27 où l'on retrouve une couche 271 de métal 3 analogue à la couche 141 de la figure 14. De même, on obtient, à l'étape 1-10, la disposition de la figure 28, et à l'étape 1-13 la disposition de la figure 29 où les trous cylindriques sont rem- plia.par des couches isolantes 292, 293, 294, 295 et 296 isolant les oonducteurs du matériau magnétique 291. 2 - le "biaxe", figure 30, consiste en un cube 300 dans le quel sont percés deux trous cylindriques 304 et 305 parallèles à deux axes de symétrie du cube et décalés de telle sorte que les deux trous ne se rencontrent pas. Les étapes du procédé. sont similaires à celles décrites dans le "mode de base". Toutefois à l'étape 1-1 succède l'étape 1-6 où l'on dépose une bande 312 (figure 31) sur ia plaque 311 de l'étape initiale, puis l'étape 1-8 où l'on dépose une couche de cuivre 313 enrobant la bande 312. A ces étapes succède. une étape correspondant aux étapes 1-3 et 1-7 modifiées en ce qui concerne la disposition des conducteurs de métal 3 disposées en 301, 302, 303 comme l'indiquent les figures 30, 31, et 32, les deux dernières figures étant des coupes respectivement effectuées suivant un plan perpen diculaire à l'axe du-trou 305 (figure 31) et à l'axe du trou 304 (figure 32). L'étape suivante est conforme au principe de l'étape 1-8 bis (attaque chimique du métal 1) et aboutit à la disposition de la figure 33. Après une étape analogue à 11 étape 1-9 bis (enrobage de métal 1) on dépose les couches 341 et 342 de métal 3 (figure 34) et l'on termine par les étapes 1-10 bis, 1-11, 1-12 et 1-13 pour abo-a- tir à l'élément définitif représenté figure 35. 30 - L'élément à flux guidé, figure 36, se compose de deux formes toriques 361 et 362 entourant des trous en forme de cylindres apla- tis, les deux formes étant en matériau. magnétiques et reliées par un circuit magnétique également torique 363. les trous des tores 362 et 363 sont traversés par des conducteurs 364 et 365. Deux enroulements en huit, dont un seul est représenté par le conducteur 366, passent successivement par le trou du tore 361, par celui du tore 363 et pass l'espace environnant l'élément. les figures 37, 38 et 39 représentent les étapes les plus Ca- ractéristiques de la fabrication de l'élément de la figure 36. On obtient ainsi successivement le conducteur 365 (figure 37) et deux éléments des enroulements en huit désignés figure 37 par les bandes 366/1 et 367/1. Les autres éléments des enroulements en huit apparaissent figure 38 suivant les bandes 566/2; 366/3, 367/2, 367/3. La figure 39 représente une coupe de l'élément terminé où l'on aperçoit, outre les conducteurs 364 et 365, les quatre bandes conductrices des enroulements en huit 366 et 367. Pour terminer l'élément, les bandes conductrices parallèles 366/1, 366/2 etc ... doivent être raccordées pour former les spires des enroulements visibles sur la figure 36. Or, on sait qu'il est possible en fabrication de série, c'est-à-dire en faisant appel à des opérations de dépôt de résine photosensible, de masquage, de gravure et de métallisation, de réaliser des trous dans les parois revêtues de métal reliant électriquement deux bandes conductrices. Il en résulte que lton pourra terminer la fabrication de l'élément à flux guidé (figure 36) à l'aide de telles opérations de série. Un autre avantage des éléments mémoires fabriqués par le procédé selon l'invention réside dans la plus grande densité de surface des mémoires comportant un grand nombre d'éléments-mémoires, dans le cas où l'on ne désire pas augmenter la sensibilité, mais obtenir sur une surface donnée un plus grand nombre d'éléments. A titre d'ordre de grandeur on parvient à stocker 10000 bits/cm2, alors que la technologie classique permet seulement 3000 bits/cm2. L'invention n'est pas limitée aux exemple décrits et représentés. Elle est en particulier applicable à tout élément présentant au moins une forme torique et à tout transformateur à deux ou plusieurs enroulements conducteurs. REVENDICATIONS t. Prosédd de fabrication d'éléments magnétiques du type comportant su moins deux cylindres creux constitués de matériau ma- gnétique accolés entre eux et traversés par des conducteurs qui s'étendent le long de directions parallèles aux axes desdits cylindres et qui sont isolés entre eux et isolés dudit matériau magnétique, remarquable en ce que, par des procédés connus de dépôt électrolytique et de photogravure, on forme successivement et alternativement de couches d'un métal conducteur difficilement attaquable par des agents chimiques prédéterminés, dit métal 2, des couches d'un métal facilement attaquable par lesdits agents chimiques, dit métal 1, et des couches d'un métal magnétique dit métal 5 ledit métal 1 étant ensuite enlevé par attaque chimique et remplacé par un fsolant que l'on coule entre les métaux 2 et 3. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, remarquable en ce que ledit métal 1 est du cuivre, que ledit métal 2 est l'un des métaux suivants, or et argent, que ledit métal 3 est un alliage de fer et de nickel, et que lesdits agents chimiques sont le perchlorure de fer et le persulfate d'ammonium ammoniacal. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, remarquable en ce que ledit métal 1 est un alliage étain-plomb, que ledit métal 2 ést du cuivre, que ledit métal 3 est un alliage de fer et de nickel, et que lesdits agents chimiques sont des produits d'attaque sélective dudit alliage. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1, remarqua- ble en ce qu'il comporte notamment les étapes suivantes : a) dépôt d'une bande (81) de métal2surun substrat (71) de métal 1 (figure 9) b) enlèvement du métal 1- sous ladite bande (91) et de part et d'autre sur une partie de sa longueur (figure 12) c) dépit d'une couche (121) de métal 1 sur ladite bande (91) (fi gure 15) d) dépôt d'une couche (141) de métal 3 sur ladite couche (131) (fi gure 14) e) dépit d'une couche (142) de métal 1 sur ladite couche (141) (fi gure 14) f) dépôt de bandes (151 et 152) de métal 3 sur ladite couche (142) (figure 15) g) dépôt d'une couche (161) de métal 1 sur la périphérie des ban t51 et 1529 et de la couche (141) (figure 16) h) attaque de la couche (161) sur les flancs (172) (figure 17) l) dépôt d'une couche (201) de métal 3 (figure 20) j) mise à nu des différentes couches a une extrémité de ladite bande (91) par attaque chimique poursuivie jusqu1à disparition du métal, des couches intermédiaires (figure 21) k) remplissage des cavités formées à étape précédente à l'aide de résine isolante et recuit au four de cette résine. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 3, remarquable en ce que l'attaque de ladite couche (161) (étape h) est poussée Jusqu'à la mise à nu des bandes (151 et 152) (figure 24) et que deux nouvelles couches (252 et 253) sont disposées autour desdites bandes (151 et 152) (figure 25) avant de passer à l'étape (i) suivante. 6. Elément de mémoire magnétique du type comportant au moins deux cylindre creux constitués par du matériau magnétiques fabriqué selon le procédé de fabrication de l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4.