Brevet FR2521331A1 — publié le 19830812

Tête magnétique à films minces pour l'enregistre- ment et la lectured'informationsainsi que son procédé de fabrication. La présente invention concerne une tête magnétique à films minces que l'on peut fabriquer à l'aide d'un moyen de formation de films minces destiné à former de minces films par galvanoplastie, dépôt en phase vapeur, pulvérisa- tions ou analogues et à l'aide d'un moyen de formation de dessin de haute précision désigné par le terme de photolithographie. La tête magnétique de circuit magnétique est réa- lisée à l'aide de la technique des films minces et est considérée d'une façon générale comme étant avantageuse par le fait qu'elle permet d'augmenter la densité d'en- registrement et qu'elle tend de plus en plus à remplacer la tête magnétique du type dans lequel une bobine est enroulée sur une pièce en ferrite ou en permalloy Une structure typique d'une telle tête à films minces est décrite en détail dans la demande de brevet japonaise n' 84020/80 ouverte au public et correspondante au brevet US n' 4 219 854 Pour obtenir une densité accrue d'en- registrement de données avec le circuit magnétique de la tête magnétique à films minces, un facteur fondamenta- lement important réside dans la réduction de l'épaisseur de la couche magnétique exposée sur une surface en contact avec l'air et, par conséquent, J'épaisseur d'une pièce polaire de la tête magnétique, Toutefois, dans le cas-o une seule et même tête magnétique est destinée à la fois à un enregistrement de données sur un support d'enregis- trement et à une lecteur de données à partir d'un tel sup- port, l'amincissement de la pièce polaire comme décrit ci-dessus ne peut jamais constituer la condition néces- saire et suffisante pour atteindre l'augmentation de densité d'enregistrement Plus spécifiquement, lors d'une opération d'enregistrement, il est nécessaire d'exciter le circuit magnétique en faisant circuler un courant d'excitation à travers un enroeloevnt conducteur de manière à engendrer ainsi un champ magnétique Voulu dans le support d'enre- gistrement qui est disposé à un intervalle prédéterminé de 'la surface de la tête magnétique qui est en contact avec l'air A ce sujet, la couche magnétique d'épaisseur réduite est facilement saturée magnétiquement et, par conséquent, une augmentation du courant d'excitation ne peut pas donner le champ magnétique efficace Dans ces conditions, il est important de déterminer la plage d'épais- seur de la couche magnétiaue qui satisfait les conditions assurant d'une façon satisfaisante les opérations tant d'enregistrement que de lecture Toutefois, actuellement, la tendance prédominante est de conférer une force coer- citive élevée au support d'enregistrement pour essayer d'obtenir la densité d'enregistrement élevée, ce qui signifie que la tête magnétique doit pouvoir produire un champ magnétique d'une intensité accrue en conséquence. Pour satisfaire cette exigence, on réduit inévitablement dans de grandes proportions la plage d'épaisseur de la couche magnétique dans laquelle les opérations, tant d'enregistrement que de lecture,peuvent être effectuées de façon satisfaisante et, dans un cas extrême, cette plage d'épaisseur cesse en réalité d'être disponible, ce qui donne lieu à un sérieux problème à résoudre. La présente invention a pour objet une tête magné- tique à films minces qui permet d'obtenir une densité d'enregistrement accrue en produisant un champ magnétique d'une intensité suffisante pour un enregistrement satis- faisant. La présente invention a encore pour objet un procédé pour fabriquer la tête magnétique à films minces mention- née ci-dessus. La présente invention découle de la découverte qu'un circuit magnétique, constitué par une première couche magnétique d'une épaisseur donnée et par une seconde couche magnétique d'une épaisseur plus grande que celle de la première couche magnétique>permet de renforcer davantage le champ magnétique pour l'enregistrement tout en se révélant plus efficace pour réduire le phénomène dit de décalage de crête qu'entraîne un enregistrement sous haute densité par suite de l'interférence entre les formes d'ondes subséquentes lues, cela par rapport au circuit magnétique constitué par des première et seconde couches magnétiques de même épaisseur. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un diagramme montrant une forme d'onde isolée ou discrète produite par une tête magnétique lors d'une opération de lecture; la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une tête à films minces du type connu jusqu'à présent; la figure 3 est une vue pour illustrer le principe de l'invention et cette vue montre une synthétisation de forme d'onde discrèteslues successivement par une tête magnétique à films minces lors d'une opération de lecture; la figure 4 est une vue pour illustrer le principe de l'invention et cette vue montre graphiquement la relation entre l'épaisseur d'une pièce polaire et le décalage de crête; et la figure 5 est une vue en coupe d'une tête magné- tique à films minces selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 montre une forme d'onde isolée ou discrète qui correspond à une transition magnétique simple sur un support d'enregistrement lu par une tête magnétique à films minces On voit d'après cette figure, que des sousmodulations apparaissent de part et d'autre de la forme d'onde discrète Une telle apparition de sous-modu- lation est attribuable au gait que l'épaisseur d'une couche magnétique exposée sur une surface, en contact avec l'air, de la tête magnétique à films minces et, par conséquent, l'épaisseur de la pièce polaire, sont de l'ordre de plusieurs microns, contrairement à la tête magnétique volumineuse de latechnique antérieure Une observation minutieuse montre en outre que les sous- modulations diffèrent d'amplitude l'une par rapport à l'autre De façon plus spécifique, la sous-modulation io apparaissant sur le côté gauche de la forme d'onde lue par rapport à la position de crête de cette dernière, a une amplitude différente de la sous-modulation apparais- sant sur le côté droit On peut expliquer ce phénomène par la structure commune de la tête magnétique classique à films minces dans laquelle une première couche magné- tique l s'étend perpendiculairement au plan d'un support d'enregistrement 3, tandis qu'une seconde couche magnétique 2 est coudée dans une partie intermédiaire 4, comme. représenté schématiquement dans la vue en coupe de la figure 2 Dans la forme d'onde isolée lue, la sous-modu- lation d'amplitude plus faible correspond à la seconde couche magnétique, tandis que la sous-modulation d'ampli- tude plus grande correspond à la première couche magné- tique On va examiner maintenant quelles sont les influ- ences qu'exerce la différence d'amplitude des sous-modu- lations sur l'enregistrement à haute densité On admet généralement que les formes d'onde résultant des données enregistrées sous une densité élevée peuvent être synthé- tisées avec une précision considérablement élevée par superposition mutuelle des formes d'onde discrètes ou isolées On va supposer qu'une transition magnétique donnée est suivie par une transition magnétique subséquente dont elle est séparée par un intervalle extrêmement court Les formes d'onde lues correspondant à ces deux transitions magnétiques peuvent être obtenues sous l'aspect d'une forme d'onde représentée sur la figure 3 en (c)par superposition mutuelle des formes d'onde isolées ou discrètes repré- sentées sur la figure 3 en (a)et en la position de la crête de la forme d'onde discrète sui- vante se trouve au voisinage de la position qui correspond au croisement zéro de la forme d'onde discrète précédente, la pente mentionnée ci-dessus de la forme d'onde précé- dente à cette position dépend de l'amplitude de la sous- modulation correspondante Par conséquent, une comparaison des écarts de crêtea Tl et T 2 montre que l'importance de l'écart de crête AT correspondant à la sous-modulation la plus faible est plus petit que la grandeur de l'écart de crête AT 2 La figure 4 montre graphiquement les rela- tions établies expérimentalement entre les écarts de crête à T 1 et T 2 et l'épaisseur de la pièce polaire d'une tête magnétique à films minces, cette épaisseur étant prise comme variable On voit, d'après ce graphique, que la valeur de l'écart de crête AT 2 est supérieure à celle de l'écart de crête AT 1 et qu'elle présente une tendance plus importante à dépendre de l'épaisseur du film que celle de l'écart de crête AT 1 pour une épaisseur donnée de la pièce polaire. On peut donc dire qu'il faut diminuer l'épaisseur de la première couche magnétique pour réduire efficacement l'écart de crête dont il est question De façon plus spécifique, il convient d'amincir seulement la première couche magnétique plutôt que de réduire dans un même rapport l'épaisseur des premier et second films magnétiques. Par ailleurs, lors de l'opération d'enregistrement, il est nécessaire d'engendrer un champ magnétique de forte intensité sur la surface, en contact avec l'air, de la tête magnétique afin d'aimanter le support d'enregistrement, comme décrit précédemment, tandis qu'il faut réaliser le circuit magnétique avec une structure telle qu'il ne puisse pas se produire, autant que cela est possible, dans le trajet du flux magnétique A cette fin, il est important d'augmenter non seulement la densité de flux magnétique de saturation de la couche magnétique qui cons- titue le trajet du flux magnétique mais aussi la superficie de section droite de ce trajet Si on examine la tête magnétique à films minces représentée sur la figure 2 en ce qui concerne la structure du trajet du flux magnétique dans l'optique mentionnée ci-dessus, on voit que la partie coudée ou inclinée 4 de la seconde couche magnétique soulève un problème D'une façon générale, quand on forme un mince film par dépôt de vapeur, pulvérisation, galvanoplastie ou autres processus analogues à partir du dessus sur un élément disposé horizontalement et comportant un gradin, l'épaisseur du film formé sur une partie inclinée ou sur l'arête du gradin est plus petite que celle. du film formé sur la partie horizontale de ce gradin Cette tendance est particulièrement prononcée dans la formation d'un film par dépôt de vapeur et par pulvérisation Le rapport d'épaisseur de film entre les parties disposées horizontalement et la partie inclinée (ce rapport est appelé: le facteur de recouvrement) dépend de l'angle d'inclinaison de la partie inclinée et se situe généralement entre 0,7 et 0,8 pour l'angle d'inclinaison d'environ 30 . On peut donc dire que la saturation magnétique risque plus de se produire dans la partie inclinée qui a la super- ficie de section droite la plus faible dans la structure globale de la tête magnétique à films minces Par consé- quant, pour utiliser la seconde couche magnétique dans les mêmes conditions, du point de vue magnétique, que la première couche magnétique, il faut choisir de préférence l'épaisseur de la seconde couche magnétique pour que sa valeur soit égale au quotient que l'on obtient en divi- sant l'épaisseur de la première couche magnétique par le facteur de recouvrement En d'autres termes, il faut que l'épaisseur de la seconde couche magnétique soit de 1,2 à 1,4 fois celle de la première couche magnétique Dans ce qui précède, on a expliqué du point de vue de l'effet avantageux résultant, la raison pour laquelle il faut augmenter l'épaisseur de la seconde couche magnétique par rapport à celle de la première couche magnétique dans les deux cas d'enregistrement et de lecture. Dans l'exposé qui va suivre, on va décrire en se référant à la figure 5, qui montre en coupe schématique une tête magnétique à films minces destinée à un matérielpour bande magnétique, un mode de réalisation de la tête magnétique à films minces selon la présente invention La première couche magnétique désignée par la référence 11 est formée par pulvérisation sur un substrat 10 suivant un dessin prédéterminé sur une épaisseur de l,5,pm Le substrat 10 est formé *par un saphir monocristallin qui présente une excellente propriété anti-abrasion Ensuite, on forme une couche d'alumine 12 d'une épaisseur de 0,5 PM qui constitue un entrefer de transmission sur la première couche magnétique 11, opération que l'on fait suivre par une formation par dépet en phase vapeur d'un enroulement conducteur 13 suivant un dessin en forme de vortex plat. Après avoir formé une couche isolante 14 en une matière appropriée de manière à niveler la couche d'enroulement conducteur 13, on forme la seconde couche magnétique réfé- rencée 15 par pulvérisation sur une épaisseur de 2 /M suivant un dessin prédéterminé de manière à recouvrir l'en- roulement conducteur 13 et la couche isolante 14 A ce moment, on enlève la couche d'alumine dans une partie d'extrémité sur le c Oté opposé a la surface, en contact avec 1 ' air, de la tête magnétique, de sorte que le premier film magnétique Il et le second film magnétique 15 sont court-circuités magnétiquement à cette partie d'ex- trémité Ensuite, on forme des bornes (non représentées) et, enfin, on dépose une couche protectrice 16 d'une épaisseûr prédéterminée On découpe, à un endroit indiqué en traits mixtes sur la figure 5, une pluralité d'éléments de tête ainsi fabriqués et disposés en rang, de manière que l'on puisse obtenir une profondeur d'entrefer prédéterminée. On obtient alors l'élément de tête magnétique à l'état fini On remarquera que l'épaisseur de la seconde couche magnétique 15 a été choisie de manière à être de 2 pm contrairement a la première couche magnétique dont l'épais- seur est de 1,5 f 1 m Il en est ainsi en raison du fait que le facteur de recouvrement de la couche magnétique - formé par pulvérisation sur les parties inclinées est de 0,75 En d'autres termes, 1,5/um + 0,75 = 2,pm A l'aide de l'élément de tête ainsi réalisé, on a enregistré deux transitions magnétiques avec un intervalle de 2,1,um sur une bande magnétique ayant une force coercitive de 600 Oe. La distance entre les transitions magnétiques lues était de 2,25 p Am Par contre, dans le cas de la tête magnétique fabriquée de la même manière que celle décrite ci-dessus et dans laquelie toutegois les première et seconde couches magnétiques avaient toutes deux 2 pm d'épaisseur, une distance entre les transitions magnétiques lues était de 2,8 pm D'autre part, dans le cas d'une tête magnétique dans laquelle les première et seconde couches magnétiques avaient toutes deux une épaisseur de 1,5//m, la distance correspondante entre les transitions lues était d'environ 2, 1/um Toutefois, on s'est aperçu que le niveau de sortie de la tête mentionnée en dernier, était très faible On peut expliquer ce phénomène par le fait qu'il se produit une saturation dans le trajet du flux magnétique au moment de l'enregistrement, ce qui fait aue les transitions magnétiques ne sont pas enregistrées sur la bande magné- tique avec une aimantation adéquate Les résultats expé- rimentaux mentionnés ci-dessus montrent de façon évidente que la structure de la tête magnétique à films minces dans laquelle les première et seconde couches magnétiques sont réalisées avec des épaisseurs différentes, confor- mément à l'enseignement de l'invention, présente les caractéristiques améliorées souhaitables pour ce type de tête magnétique dans un sens avantageux par rapport à la tête magnétique classique. Il convient de remarquer que la différence d'épais- seur de 0,5 pm entre les première et seconde couches magnétiques se situe à l'extérieur de la plage de tolérance (habituellement + 10 % de l'épaisseur du film, dont il faut tenir compte dans la formation de ces couches magné- tiques A ce sujet, on connalt une tête magnétique à films minces ayant une telle configuration de circuit magnétique, dans laquelle les parties intérieures des couches magné- tiques sont épaissies partiellement par rapport à l'épais- seur des parties exposées sur la surface, en contact avec l'air, de la tète magnétique (c'est-à-dire l'épaisseur de la pièce polaire) dans'le but d'améliorer le comportement de la tête en ce qui concerne l'enregistrement et la lecture On comprendra facilement que le principe de la présente invention peut également être appliqué à la tête magnétique à films minces ayant cette structure, bien qu'une explication n'ait pas été donnée à ce sujet dans cet exposé. La présente invention permet d'obtenir maintenant une tète magnétique à films minces qui peut bénéficier d'une meilleure caractéristique de lecture ou de reproduc- tion assurant une reproduction ou une lecture haute fidélité des emplacements aimantés enregistrés sur le support avec une densité d'enregistrement accrue, cela tout en béné- ficiant simultanément d'une meilleure caractéristique d'enregistrement En outre, la tète magnétique à films minces selon la présente invention peut être fabriquée à l'aide du même procédé que celui adopté jusqu'à présent sans modification notable, sauf uniquement pour le réglage de l'épaisseur des couches magnétiques, ce qui n'entratne aucune augmentation du prix de revient De plus, la tête magnétique à films minces n'est pas limitée dans son ap- plication à la bande magnétique mais peut être utilisée largement avec les disques ordinaires, les disques souples et, en outre, avec les systèmes VTR (système vidéo) et les systèmes audio PCM (modulés par impulsions codées)etc. REVENDICATIONS 1 Tête magnétique à films minces pour effectuer des opérations d'enregistrement et de lecture sur un support d'enregistrement magnétique, caractérisée par le fait qu'elle comprend un substrat ( 10), une première couche magnétique ( 11) formée sur ledit substrat ( 10), un enroulement conducteur ( 13) formé autour de ladite première couche magnétique ( 11), et une seconde couche magnétique ( 15) formée au-dessus dudit enroulement conduc- teur ( 13) et de ladite première couche magnétique ( 11), ladite seconde couche magnétique délimitant un entrefer magnétique à une de ses extrémités orientée vers ledit support d'enregistrement et étant court-circuité magné- tiquement avec ladite première couche magnétique ( 11) à son autre'extrémité située à l'opposé de ladite extrémité mentionnée en premier, ladite seconde couche magnétique ( 15) ayant une épaisseur plus grande que ladite première couche magnétique ( 11). 2 Tête magnétique à films minces suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite seconde couche magnétique ( 15) comporte une première partie latérale orientée vers ledit support d'enregistrement et une seconde partie latérale située à l'opposé de ladite première partie latérale, lesdites première et seconde parties latérales étant toutes deux constituées par des parties inclinées, au moins une partie de ladite seconde couche magnétique ( 15) disposée en regard de ladite première couche magnétique ( 11), avec interposé entre ces couches L'entrefer magnétique, ayant une épaisseur de 1,2 à 1,4 fois celle celadite première couche magnétique ( 11) 3 Tête magnétique à films minces selon la reven- dication 2, caractérisée par le fait que lesdites parties inclinées de ladite seconde couche magnétique ( 15) ont sensiblement la même épaisseur que ladite première couche magnétiaue ( 11). 4 Procédé pour fabriquer une tète magnétique à films minces pour effectuer une opération d'enregistrement et de lecture sur un support d'enregistrement magnétique, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations consistant à former, par une technique de réalisation de films minces, une première couche magnétique ( 11) sur un substrat ( 10), un enroulement conducteur ( 13) sur ladite première couch magnétique ( 11), et une seconde couche magnétique ( 15) sur ledit enroulement conducteur ( 13) et sur ladite première couche magnétique ( 11), ladite seconde couche magnétique ( 15) délimitant un entrefer magnétique à une de ses extrémités orientée vers ledit support d'enregistrement et ayant son autre extrémité, située à l'opposé de ladite extrémité mentionnée en premier, magnétiquement court-circuitée avec ladite première couche magnétique ( 11), ladite seconde couche magnétique ( 15) ayant une épaisseur plus grande que ladite première couche magnétique. Procédé pour fabriquer une tête magnétique à pellicule mince suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite seconde couche magnétique ( 15) comporte des parties inclinées à son côté orienté vers ledit support d'enregistrement et à son côté opposé o ladite seconde couche magnétique ( 15) est magnétiquement court- circuitée avec ladite première couche magnétique, respec- tivement, au moins une partie de ladite seconde couche magnétique ( 15) disposée en face de ladite première couche magnétique ( 11), avec interposé entre ces deux couches l'entrefer magnétique, ayant une épaisseur égale à 1,2 à 1,4 fois l'épaisseur de ladite première couche magnétique ( 11). 6 Procédé pour fabriquer une tête magnétique à films minces suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdites parties inclinées de ladite seconde couche magnétique ( 15) ont sensiblement la même épaisseur que ladite première couche magnétique ( 11).