Brevet FR2570862A1 — publié le 19860328

PROCEDE DE FABRICATION DE TETES MAGNETIQUES A TRES PETITS ENTREFERS ET TETES MAGNETIQUES OBTENUES PAR UN TEL PROCEDE La présente invention est relative à un procédé de fabrication de têtes magnétiques à très petits entrefers, par exemple pour des applications en hautes fréquences de type vidéo. Le but recherché est l'obtention d'une tête magnétique susceptible d'être reproduite en série avec une très grande homogénéité de fabrication, et présentant une bonne résistance à l'usure mécanique. Le support défilant, responsable de cette usure, est par exemple une bande magnétique. L'objet de la présente invention concerne un procédé adapté à une technologie existante, exploitée dans une production de série de têtes magnétiques spécialement adaptées aux traitements digitaux, en fonctions écriture et lecture. Cette technologie a d'ailleurs fait l'objet de plusieurs brevets, parmi lesquels nous pouvons indiquer notamment le brevet français publié sous le NO 2 284 159 et le brevet français publié sous le NO 2 394 138. Ces deux brevets sont relatifs à un procédé de fabrication de têtes magnétiques dites monolithiques; leur entrefer est réalisé au cours d'une opération de frittage sous pression, dans laquelle un ensemble comprenant deux ou plusieurs plaques de ferrite, entre lesquelles sont déposées une (ou des) couche ou une (ou des) feuille de ferrite non magnétique à la température ambiante, sont empilées. La nature du dépôt ou des feuilles peut être différente de celle d'un ferrite; le but recherché étant l'obtention d'une zone non magnétique de très faible épaisseur, et une excellente cohésion entre les différentes couches magnétiques et non magnétiques. Au cours de cette opération de pressage à chaud, se produit une réaction chimique à l'état solide, accompagnée d'un phénomène de diffusion entre les différentes couches. Ce dernier ne permet pas la réalisation d'entrefers de très faibles longueurs, comme nécessaires pour les applications en hautes fréquences. C'est ainsi que dans le domaine vidéo, cette longueur est plus précisément comprise entre 0,15 et 0,3 micromètres. Afin de conserver la majeure partie du procédé exploité pour la réalisation des têtes magnétiques dites "monolithiques", et pour pallier les inconvénients cités ci-dessus, l'invention concerne une technologie originale de réalisation de têtes à très faibles entrefers. Elle a ainsi les caractéristiques suivantes: - exploitation du procédé de dépôt sur de grandes surfaces (70 x 70 mm minimum), - technologie mise en oeuvre pour l'obtention de têtes élémentaires, - nouvelle conception du circuit magnétique constituant la tête. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de têtes magnétiques à très petits entrefers, comprenant les étapes suivantes: - une étape de dépôt de mantière vitreuse sur l'une des faces de plaques de ferrite frittées, rectifiées et polies; - une étape d'assemblage de deux de ces plaques; - une étape de découpe de ce bloc en barrettes élémentaires comportant deux faces opposées et un axe de symétrie; caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes: - une étape de rainurage longitudinal d'une première face de ces barrettes, - une étape d'introduction et d'immobilisation de barrettes en céramique dans lesdits rainurages longitudinaux, - une étape de rainurage transversal de la face opposée à la première face de ces barrettes, après positionnement de celle-ci de manière à obtenir une inclinaison déterminée de ces rainurages par rapport à l'axe de symétrie de ces barrettes; - une étape d'introduction et d'immobilisation de cales de céramique dans ces rainurages transversaux; - une étape de tronçonnage de ces barrettes dans le sens transversal de manière à obtenir les faces actives élémentaires et à laisser subsister un patin céramique de très faible épaisseur; - une étape de réalisation de bobines autour de circuits magnétiques en forme de U;; - une étape d'assemblage des têtes par mise en contact des surfaces d'appui des jambes du U et des surfaces supérieures des parties actives. L'invention a, en outre, pour# objet une tête de lecture obtenue par un tel procédé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif en relation avec les figures annexées qui illustrent - figures 1 à 3, trois phases d'un procédé de l'art connu; - figures 4 à 7, les phases successives de collage et d'usinage des blocs assemblés ainsi qu'une opération de découpe en barrettes; - figures 8 à 11, Ihnchaînement des opérations sur une barrette élémentaire, en vue d'obtenir une hauteur de becs et un bon positionnement de ltentrefer; - figures 12 à 15, les opérations de rainurage pour mise en place d'une céramique de compensation et le surfaçage cylindrique de la barrette; - figures 16 à 18, la mise à la cote finale de longueur et de largeur de la tête; - figure 19, le montage d'une tête obtenue par le procédé objet de ce brevet. Un document de l'art antérieur, à savoir le brevet français publié sous le NO 2 394 138, décrit un dispositif dans lequel une pluralité de têtes magnétiques unitaires sont réunies par empilage avec leurs entrefers alignés en superposition, réalisant ainsi une tête multipiste. Dans ce procédé de fabrication, on part d'un produit dont la structure est représentée en figure 1. Ce produit est constitué par une lame 4 à faces parallèles et planes, d'une épaisseur qui peut varier selon l'utilisation recherchée pour la tête magnétique, d'environ quelques micromètres à quelques centaines de micromètres, prise en sandwich entre deux plaques 1 et 2 d'un matériau tel qu'un ferrite par exemple. Un bloc rigide est obtenu par frittage des plaques 1 et 2 et la lame 4 est réalisée par des procédés divers tels que enduction, sérigraphie, dépôt sous vide; l'ensemble 1, 4 et 2 est ensuite assemblé pour donner un bloc monolithique par un moyen tel que frittage, collage ou tout autre procédé compatible avec la nature du matériau.Ce bloc est rigide, la lame 4 est non magnétique et les plaques 1 et 2 ferromagnétiques a' la température de fonctionnement de la tête magnétique. Ce bloc de matériau composite est tronçonné de façon à obtenir des parallélépipèdes tels que l'un d'eux est représenté en 3 sur la figure 1. Les dimensions de chaque parallélépipède sont étroitement liées à celle des blocs de face active en cours de réalisation. Les étapes suivantes de la fabrication sont représentées en figure 2. On réalise d'abord une série de rainures larges, telles que celle désignée 6. Ces rainures ont une double fonction: d'une part, recevoir les intercalaires 7 non magnétiques, métalliques, céramiques ou autres. Ces intercalaires sont fixés dans les rainures 6 par tout procédé convenable, tel que par exemple le collage. Les intercalaires 7 sont alors eux-mêmes entamés par une seconde série de rainures, plus étroites que les précédentes. Des écrans 8, céramiques ou métalliques, mais toujours ferromagriétiques à très haute perméabilité sont fixés dans ces rainures, également par tout procédé convenable. Enfin, une troisième opération de rainurage permet, en évidant la zone désignée 9,de déterminer la hauteur des becs des différentes faces actives du bloc de têtes magnétiques. La profondeur d'une rainure désignée 6 est supérieure à la profondeur de la rainure désignée 9. On a ainsi une différence qui permet de diviser en plusieurs têtes magnétiques élémentaires le bloc monolithique, lorsque, au cours d'une opération ultérieure la face active des têtes magnétiques est usinée selon une surface 5 dont la trace, selon une section orthogonale du bloc, est comprise entre ces deux cotes 6 et 9. L'opération suivante consiste à fixer dans la rainure 9 un support non magnétique qui permet de donner de la rigidité au bloc de faces actives de la tête multipistes. C'est lui qui autorise la dernière opération d'usinage qui consiste à rompre la continuité de la couche non magnétique de l'entrefer, en façonnant par ablation, la surface convexe du bloc de faces actives. Pour achever la réalisation d'une tête magnétique telle que cette représentée en figure 3, il est nécessaire de mettre en place autant d'armatures magnétiques 20 et de bobines 21 qu'il y a d'entrefers dans la tête à entrefers multiples. Ainsi, ce procédé de l'art connu comporte les étapes suivantes: - fabrication d'un parallélépipède, dans un bloc de matériau comportant au moins une région plane non magnétique disposée entre deux régions magnétiques, deux faces principales longitudinales en vis-à-vis de ce parallélépipède étant parallèles à ladite région plane, et deux faces en vis-à-vis, respectivement antérieure et postérieure, lui étant perpendiculaire; - usinage dans un tel parallélépipède, en partant de la face postérieure, d'un peigne composé de dents et d'une base commune, réalisé par une pluralité d'entailles transversales, disposées perpendiculairement à ladite région plane; - mise en place et fixation d'un autre matériau non magnétique dans les entailles;; - usinage, parallèlement à ladite région plane, en partant de la face postérieure, et perpendiculairement aux précédentes entailles, d'un canal longitudinal dont la profondeur est moindre que celle desdites entailles; - usinage de la face antérieure pour y réaliser la face active, par enlèvement de matière et polissage, ledit enlèvement comportant celui de ladite base commune, exposant ainsi, sur la face antérieure, l'autre matériau non magnétique des entailles; - fixation sur la face postérieure, d'une pluralité d'armatures munies de bobinages, respectivement en vis-à-vis des faces antérieures actives. Par contre, dans le procédé de l'invention par pulvérisation cathodique par exemple, on effectue un dépôt de matières vitreuses (SiO2 - verre à forte teneur en PbO par exemple) sur une face d'une plaque de ferrite (au moins ~ 80 mm ou 91170 x 70 mm) préalablement frittée, rectifiée et polie plane et parallèle (rugosité inférieure à 0,03 micromètre Ra, et planéité suivant deux axes perpendiculaires, inférieure à 0,5 micromètre sur la totalité de ces grands axes). En fonction de la dimension de l'entrefer recherché, l'épaisseur du dépôt est voisine de la moitié de celui-ci; c'est ainsi que pour un entrefer de 0,2 micromètre, les dépôts sont de 1100 + 50 , par exemple. Il est important de noter que la nature du ferrite exploité est indifférente. En effet, le procédé peut être mis en oeuvre avec des ferrites polycristallins orientés ou non, avec des ferrites monocristallins, et même avec des matériaux amorphes. Le procédé de l'invention peut utiliser, par exemple, des ferrites poly ou monocristallins de manganèse-zinc, ou de nickelzinc orienté ou non; la qualité polycristalline pouvant être obtenue par frittage sous pression en isostatique ou non. Après contrôle unitaire des plaques 10 et 11 ayant reçu le revêtement vitreux 35 en question, celles-ci sont assemblées deux à deux, les zones de dépôt étant en regard l'une de l'autre comme représenté à la figure 4. Cet empilage comme représenté à la figure 5 est alors par exemple placé entre les poinçons d'une presse à l'intérieur d'un four étanche. Une montée progressive en température et en pression sous atmosphère contrôlée, permet d'assurer un ramollisement suffisant des couches vitreuses pour assurer une excellente cohésion de celles-ci, après retour au pression et température ambiantes. Un système mécanique spécial peut permettre, par exemple, d'assurer une excellente répartition des poussées 22 (système à rotules). Après un contrôle optique, une opération de rectification fine permet d'assurer les corrections nécessaires au niveau du parallélisme des blocs après collage comme représenté à la figure 6. Par une succession de tronçonnages 23 représentés à la figure 7, le bloc est débité en barrettes élémentaires 12 de largeur constante, et fonction du modèle de tête à réaliser. La hauteur des becs des faces actives étant très faible (S 0,4 mm), et compte tenu de la très faible longueur d'entrefer, cette zone est particulièrement fragile. Pour assurer une bonne tenue mécanique, la zone 13 représentée à la figure 8 qui est obtenue par rainurage reçoit une barrette céramique 14 représentée à la figure 9 ajustée et immobilisée par collage. Une opération de rectification complémentaire 25 est alors exécutée pour amener la barrette 12 à une hauteur définitive, comme représenté à la figure 10. Après retournement de la barrette 12 et alignement précis par rapport au montage support comme représenté à la figure 11, l'ensemble support et barrette est mis en place sur la table d'une tronçonneuse-rainureuse ayant un système de positionnement précis comme représenté à la figure 12 pour assurer l'inclinaison désirée de l'entrefer en fonction du standard auquel les têtes sont destinées. La figure 12 représente un exemple de dispositif permettant le tronçonnage et le rainurage selon un axe. I1 comporte trois butées références 26 et une cale 27 permettant d'obtenir une inclinaison E de la barrette 12. On peut par exemple considérer un angle O de 60 dans le cas d'une application à des têtes vidéo pour que dans ce cas deux pistes contigues ne puissent interférer entre elles au moment de la lecture. L'opération de rainurage est alors exécutée comme représenté à la figure 13 sur une profondeur correspondant à moins de la moitié de la hauteur de la- barrette 12. On obtient donc une série de rainures parallèles 28. Comme précédemment, chaque rainure 28 reçoit une cale 15 céramique parfaitement ajustée et immobilisée par collage comme représenté à la figure 14. Après cette opération, les différentes barrettes 12 sont montées collectivement dans un montage 16 comme représenté a la figure 15 lequel est mis en place sur une machine de rectification cylindrique comprenant par exemple une meule 29, puis sur une machine de polissage afin d'obtenir non seulement le profil et la hauteur définitive des becs, mais également un état de surface du type poli-miroir. L'opération suivante consiste à mettre les barrettes 12 à leur largeur définitive au cours d'une opération de rectification fine exécutée sur les flancs de la barrettes comme représenté à la figure 16. On obtient alors une largeur finie 30. L'opération suivante est un tronçonnage comme représenté à la figure 17 qui permet d'obtenir les faces actives élémentaires comme représenté à la figure 18. Le tronçonnage est exécuté de telle manière qu'une légère surépaisseur soit laissée sur la face ferrite afin que la cote définitive de la face active (largeur de la piste sur le support magnétique) soit parfaitement bien à la cote prévue au standard pour laquelle la tête est destinée. On peut alors utiliser le dispositif représenté à la figure 12. On a par exemple une meule diamant 31. Sur la figure 17, on a une partie 32 de la barrette avant découpe et une autre partie 33 après découpe. Cette façon de procéder permet de laisser subsister un patin céramique 17 de très faible épaisseur, qui contribue non seulement à la bonne tenue mécanique de la zone d'entrefer, mais également à une meilleure résistance à l'usure de la face active, tout en assurant un meilleur contact tête piste magnétique. On peut ainsi laisser subsister un patin céramique d'épaisseur inférieure à 1/100 mm de chaque côté de la zone d'entrefer. La figure 19 montre comment la bobine 18 est réalisée sur un circuit magnétique 19 en forme de U. Les surfaces d'appui des jambes du U sont également rodées soigneusement pour assurer un excellent contact avec la partie supérieure de la face active qui est une zone rodée. Les deux entrefers parasites ainsi créés voient leurs effets annulés par la qualité des états de surface et l'importance des surfaces en contact qui améliore sensiblement les caractéristiques de réluctance de l'ensemble du circuit magnétique de la tête. Ces différentes étapes de rectification sont des étapes connues en soi de l'homme de l'art. La tête magnétique représentée à la figure 19 comprend donc - une partie active 36 en ferrite en forme de lamelle arrondie en une première extrémité, symétrique par rapport à un axe de symétrie longitudinal; cette partie active comportant deux parties situées de part et d'autre de cet axe longitudinal et séparées : en la première extrémité de la partie active par une couche vitreuse 35, et ensuite par un sillon rempli par un premier patin céramique 14, - et un deuxième patin céramique 17, lui aussi de forme arrondie en une extrémité, solidaire de la première extrémité de cette partie active sur sa face supérieure; - un circuit magnétique 19 en forme de U sur lequel est réalisé une bobine 18, les surfaces d'appui des jambes du U étant en contact avec la face supérieure de la lame en sa deuxième extrémité. En dehors des différents avantages cités précédemment, il faut noter la possibilité de réaliser le bobinage sur des machines automatiques moins complexes que les machines normalement utilisées pour le bobinage toroïdal des têtes réalisées suivant l'art antérieur connu. Enfin, la pièce céramique 17 permet de conserver une largeur constante de ferrite sur toute la longueur de la face active, et de ce fait, permet d'éviter les zones d'étranglement habituellement nécessaires pour assurer des largeurs de piste aussi faibles qu'une quarantaine de microns. En ce qui concerne le matériau utilisé en pulvérisation cathodique pour la réalisation de l'entrefer, nous avons choisi deux types de produit: - soit du SiO2 pour lequel la température de collage est relativement élevée (voisine de 10000C), - soit une qualité de verre dont la teneur en PbO est > 75% ce qui permet une température de collage comprise entre 340 et 4500C. Pour chacun d'eux, les qualités retenues sont telles que le coefficient de dilatation ou de retrait est très voisin de celui du matériau ferrite exploité, à savoir entre 85 et 110 10-7. Cette caractéristique est très importante pour la solidité mécanique de la liaison entrefer-ferrite. Le procédé qui vient d'être décrit permet également de laisser subsister un patin céramique de part et d'autre de la face active proprement dite ce qui, pour certaines applications, peut présenter un avantage très intéressant. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de têtes magnétiques à très petits entrefers, comprenant les étapes suivantes: - une étape de dépôt de matière vitreuse (35) sur l'une des faces de plaques de ferrite (10, 11) frittées, rectifiées et polies; - une étape d'assemblage de deux de ces plaques (10, 11); - une etape de découpe de ce bloc en barrettes élémentaires (12) comportant deux faces opposées et un axe de symétrie; caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes: - une étape de rainurage (13) longitudinal d'une première face de ces barrettes; - une étape d'introduction et d'immobilisation de barrettes en céramique (14) dans lesdits rainurages longitudinaux (13); - une étape de rainurage transversal (28) de la face opposée à la première face de ces barrettes tel2), après positionnement de celle-ci de manière à obtenir une inclinaison (@) déterminée de ces rainurages par rapport à l'axe de symétrie de ces barrettes; - une étape d'introduction et d'immobilisation de cales de céramique (15) dans ces rainurages transversaux (28); - une étape de tronçonnage de ces barrettes (12) dans le sens transversal de manière à obtenir les faces actives élémentaires et à laisser subsister un patin céramique (17) de très faible épaisseur;; - une étape de réalisation de bobines (lus) autour de circuits magnétiques (19) en forme de U; - une étape d'assemblage des têtes par mise en contact des surfaces d'appui des jambes du U et des surfaces supérieures des parties actives (36). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces plaques (10, 11) sont des disques de diamètre supérieur à 80 mm. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces plaques (10, 11) sont rectangulaires de dimensions supérieures à 70 x 70 mm. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau (35) a un coefficient de dilatation ou de retrait très voisin de celui du matériau ferrite des plaques (10, 11). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit coefficient est compris entre 85 x 10-7 et 110 x 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de dépôt de matière vitreuse (35) est voisine de la moitié de la largeur désirée de l'entrefer. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques (10, 11) en un matériau pris parmi les matériaux suivants ferrites polycristallins non orientés, ferrites polycristallins orientés, ferrites monocristallins, matériaux am#orphes. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les plaques (10, 11) sont en matériaux polycristallins obtenus par frittage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit frittage est isostatique. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les plaques sont en matériau pris parmi les matériaux suivants: ferrites polycristallins ou monocristallins de manganèse-zinc ou de nickelzinc. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rainurage transversal est exécuté sur une profondeur correspondant à moins de la moitié de la hauteur de la barrette (12). 12. Tête magnétique caractérisée en ce qu'elle comprend: - une partie active (36) en ferrite en forme de lamelle arrondie en une première extrémité, symétrique par rapport à un axe de symétrie longitudinal; cette partie active comportant deux parties situées de part et d'autre de cet axe longitudinal et séparées en la première extrémité de la partie active par une couche vitreuse (35), et ensuite par un sillon rempli par un premier patin céramique (14), - et un deuxième patin céramique (17) lui- aussi de forme arrondie en une extrémité solidaire de la première extrémité de cette partie active sur sa face supérieure; - un circuit magnétique (19) en forme de U sur lequel est réalisé une bobine (18), les surfaces d'appui des jambes du U étant en contact avec la face supérieure de la lame en sa deuxième extrémité.