Brevet FR2648607A1 — publié le 19901221

4- TETE MAGNETIQUE INTEGREE D'ENREGISTRE NT La présente invention se rapporte à une, -tête magnétique intégrée d'enregistrement. On connait plusieurs types de têtes magnétiques intégrées à réseau dense de micro-têtes. La plupart de ces têtes nécessitent la réalisation d'un bobinage en couches minces pour chaque micro-tête composant les têtes magnétiques, ce qui limite leur emploi à des appareils ne nécessitant qu'un petit nombre de micro-têtes. La présente invention a pour objet une tête magnétique d'enregistrement nécessitant le minimum possible de bobinages et présentant de bonnes caractéristiques d'enregistrement. La présente invention a également pour objet une tête magnétique Intégrée d'enregistrement à structure matricielle comportant le plus grand nombre possible de micro-têtes sur un substrat de dimensions réduites, sans que ses performances en soient altérées. La tête magnétique d'enregistrement conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un matériau magnétique présentant localement une zone saturable par un courant circulant dans ce matériau ou dans un conducteur électrique situé à proximité immédiate du matériau magnétique à saturer. La présente invention sera mieux comprise A la lecture de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation, pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'une tête magnétique de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie de matériau magnétique servant à expliquer le principe de sa modification de perméance, - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe simplifiées de deux modes de réalisation de têtes magnétiques conformes à l'invention, - les figures SA à 5D sont des vues en coupe simplifiées de shunts magnétiques pouvant être utilisés dans la tête magnétique de l'invention, - les figures 6A et 6B sont des schémas électriques équivalents de têtes magnétiques conformes à l'lnvention, et - les figures 7 et 8 sont des vues partielles 0 simplifiées de têtes magnétiques multipistes conformes à l'invention. On a représenté en figure 1 une tête magnétique classique 1 dont le circuit magnétique 2 et fermé, à l'exception d'un entrefer 3. Le circuit magnétique 2 est parcouru par un flux magnétique (symbolisé par des lignes interrompues) généralement engendré par un bobinage 4. L'entrefer 3 permet de faire sortir le flux du circuit magnétique et de créer un champ H capable de magnétiser le support d'enregistrement 5 (disque ou bande magnétique) défilant devant cet entrefer. L'information à enregistrer est appliquée directement ou après addition à une porteuse, sous forme d'un courant traversant le bobinage 4. C'est donc le flux dans le circuit magnétique qui est modulé par l'information A enregistrer. L'inventlon propose de faire varier le champ dans l'entrefer en modulant la perméance de l'entrefer et/ou des pôles de la tête magnétique, ou de pièces magnétiques situées à proximité des pôles. Alnsi, l'invention permet de dissocier la production du flux magnétique et le contrôle de ce flux. Pour modifier la perméance d'une partie 6 de circuit magnétique (figure 2) , on Injecte un courant électrique I directement dans le matériau constituant cette partie de circuit magnétique. Selon une variante, on injecte ce courant dans un conducteur électrique situé A proximité immédiate de ce matériau magnétique. Le courant I crée un champ Ho, perpendiculaire au champ HT d'excitation, suffisamment intense pour porter une partie du volume du matériau 6 à saturation. La perméabilité de cette partie de circuit magnétique devient alors nettement plus - faible qu'en l'absence du courant I, et le flux magnétique circulant dans l'entrefer pratiqué dans le circuit magnétique peut alors être modulé grâce à la modulation de ce courant I. Ce procédé de contrôle du flux magnétique peut être mis en oeuvre dans une tête magnétique de deux façons, comme expliqué ci-dessous en référence aux figures 3 et 4. La tête magnétique 7 de la figure 3 comporte un circuit magnétique massif 8, ayant sensiblement une forme en "U", et une pièce 9 de fermeture de flux ou pièce polaire, dans laquelle est pratiqué un entrefer 10. La pièce 9 est avantageusement électriquement isolée du circuit 8. Une bobine 11 enroulée sur une jambe du circuit 8 et alimentée par un courant Io produit un flux magnétique dans le circuit 8-9-10. Pour contrôler ce flux, on fait passer un courant I variable dans la pièce 9, par exemple une suite d'impulsions. Ce courant I, lorsqu'il a une valeur suffisante, provoque l'inhibition de l'écriture de la tête 7 par diminution de la perméance de la pièce 9, ce qui fait qu'il ne sort presque plus de flux d'écriture par l'entrefer 10. La tête magnétique 12 de la figure 4 comporte un circuit magnétique massif 8' en "U", analogue au circuit 8 de la figure 3. Ce circuit 8' coopère avec une pièce 9' de fermeture de flux, ou pièce polaire, similaire à la pièce 9 et pourvue d'un entrefer 10, mais une pièce 13 en matériau magnétique est interposée entre le circuit 8' et la pièce 9' et électriquement isolée de ces deux éléments. Selon une variante, non représentée, on permute les positions des pièces 9' et 13, ce qui fait que la pièce 9' est interposée entre les éléments 8' et 13. Une bobine 11', similaire à la bobine 11 produit un flux magnétique dans le circuit magnétique 8'-9'-lO'. L'injection d'un courant variable 1' dans la pièce 13 j 4 faisant office de shunt magnétique lorsqu'elle n'est parcourue par aucun courant, en fait baisser la perméabilité magnétique, au point qu'elle n'absorbe pratiquement pas de flux magnétique circulant dans la pièce 8'. La tête magnétique 12 produit alors dans l'entrefer 10' un flux suffisant pour permettre l'écriture sur le support magnétique passant devant l'entrefer 10'. Par conséquent, le passage du courant I' dans la pièce 13 valide l'écriture de la tête magnétique. Les bilans énergétiques des deux têtes des figures 3 et 4 ne sont pas équivalents: - avec la tête de la figure 3, il faut, pour faire fonctionner un dispositif à tête unique, maintenir le courant de contrôle ou d'inhibition I pendant au moins la moitié du temps d'utilisation de la tête. Si on utilise un dispositif enregistreur comportant un réseau de telles têtes à multiplexage de leur commande, il faut fournir le courant d'inhibition avec un rapport cyclique supérieur à n-1/n, n étant le nombre de lignes de commande du dispositif multiplexé, - au contraire, avec la tête de la figure 4, il suffit d'une impulsion de courant très brève (typiquement de l'ordre de 50ns) pour créer un champ d'écriture et enregistrer un domaine magnétique sur le support d'enregistrement. Dans le cas d'un dispositif matriciel multiplexé, il suffit de fournir le courant de validation avec un rapport cyclique proche de zéro (inférieur à 1/n, n étant comme défini ci-dessus). L'intérêt de la tête magnétique de l'invention réside dans la possibilité de réaliser des têtes magnétiques de dimensions très réduites et de les adresser selon un processus séquentiel original. L'application préférée de la tête magnétique de l'invention est donc la réalisation de dispositifs à têtes multiples et à structure matricielle. On va décrire ci-dessous plusieurs modes de réalisation de têtes magnétiques et en particulier de leur zone polaire, dans le cas o la validation d'écriture est obtenue par un courant de contrôle (cas de la figure 4). Ces modes de réalisation font appel à la technique du dépôt en couches minces, en particulier pour la réalisation des pôles et de l'entrefer, réalisation connue en sol. Le shunt magnétique, en matériau électriquement conducteur, est également réalisé selon cette technique, dans le même plan que les pôles, ou dans un plan parallèle. Les lignes de champ sont, en temps normal, canalisées par ce shunt magnétique. On peut, en choisissant convenablement les dimensions géométriques et/ou les caractéristiques des matériaux magnétiques, réduire à une valeur très faible le champ de fuite de l'entrefer. Lorsqu'on injecte dans le shunt magnétique un courant I, qui le sature, le flux magnétique circule alors principalement dans les pôles de la tête, et un champ de fuite important règne au voisinage de l'entrefer, permettant d'enregistrer le support magnétique qui défile devant l'entrefer. Les dimensions, la forme et les caractéristiques magnétiques du shunt magnétique doivent être choisies de manière que le rapport des champs en présence et en l'absence de courant de contrôle soit le plus élevé possible. Il est par ailleurs avantageux de prévoir dans le circuit magnétique de la tête d'enregistrement un entrefer secondaire ou tout autre moyen d'augmenter la réluctance totale du circuit magnétique. Un tel moyen a pour rôle de rendre le flux total circulant dans le circuit magnétique relativement insensible aux variations de perméance du shunt magnétique. Cet entrefer secondaire permet en outre d'éviter la saturation du shunt magnétique en l'absence de courant de contrôle. On a représenté sur les figures 5A à 5D de tels moyens. Le mode de réalisation des figures 5A et 5B (5A: vue en couple, 5B: vue en plan) se rapporte au cas o l'entrefer 14 pratiqué dans un pâle 15 de tête magnétique a une longueur L non négligeable par rapport à celle du shunt magnétique 16. Cet entrefer 14 a à peu près la forme d'un "papillon" dont les languettes de la partie centrale définissent entre elles l'entrefer principal. L'lntérêt d'un tel mode de réalisation est d'obtenir une modulation importante de la réluctance du shunt magnétique avec un courant de contrôle assez faible. La structure de ce mode de réalisation est obtenue par dépôt de couches successives de matériaux magnétiques sur la structure du reste de la tête magnétique, ou dans le plan des pôles magnétiques de cette tête. La réalisation dans le plan des poles permet une simplification de la technologie. En outre, les shunts magnétiques peuvent alors jouer le rôle de blindages entre micro-têtes d'une tête à réseau dense de micro-têtes. On a représenté sur les figures 5C et 5D un shunt magnétique 17 localisé à l'intérieur de l'entrefer 18 pratiqué dans des pôles 19. Ce shunt peut également être disposé à proximité immédiate de l'entrefer. Ces structures sont les plus compactes. Elles offrent cependant moins de degrés de liberté pour l'optimisation de la tête magnétique, et nécessitent un courant de contrôle plus important pour réaliser la modulation du flux magnétique. On a représenté en figures 6A et 6B des modèles à schémas électriques équivalents des modes de réalisation des figures 5A à 5D. Sur ces figures 6A et 6B, NI représente la force magnétomotrice appliquée à la tête, Rg la réluctance de l'entrefer, Rsh le shunt magnétique, Rp la réluctance des pôles magnétiques, et Radd la réluctance additionneUlle réalisée par exemple à l'aide d'un entrefer secondaire. La figure 6A se rapporte au cas o le shunt magnétique est relativement long et agit A la fois sur les poles et l'entrefer (comme dans le cas des figures 5A et 5B), tandis que la figure 6B se rapporte au cas ou le shunt magnétique est relativement petit et n'agit pratiquement que sur l'entrefer (comme en figures 5C, 5D). Le matériau utilisé pour le shunt peut être le même que celui des pâles magnétiques. On peut alors jouer sur ses caractéristiques géométriques ou magnétiques (par exemple grâce à un traitement local du matériau, tel qu'un traitement thermique, une implantation ionique...) par exemple pour en diminuer l'aimantation à saturation ou pour conférer au matériau de ce shunt une anisotrople transversale au champ d'excitation et le rendre ainsi plus facilement saturable. Bien entendu, le matériau du shunt magnétique peut être différent de celui des poles magnétiques, le choix de ce matériau dépendant des caractéristiques que l'on désire en obtenir. On vient de décrire des modes de réalisation à tête d'enregistrement simple, c'est-à-dire enregistrant une seule piste (ou un faible nombre de pistes) sur une bande magnétique, mais il est bien entendu que les caractéristiques de cette tête simple s'appliquent à une tête multiple, en particulier une tête comportant un réseau dense de micro-têtes. Du fait que l'invention permet de séparer les fonctions de production de flux magnétique et de contrôle de ce flux, il n'y a plus besoin de munir, dans une tête multiple, chaque micro-tête d'un bobinage individuel d'excitation. On peut donc fabriquer des têtes multiples à haut degré d'intégration, en particulier en utilisant une technologie planaire, par exemple telle que celle décrite dans la Demande de Brevet français 86 14974. Un premier mode de réalisation de tête multiple est représenté en figure 7. La partie 20 de tête représentée concerne une partie de colonne de micro-têtes. Sur le circuit magnétique massif commun 21 en "U" sont formés des pôles 22 parallèles entre eux et similaires à celui des figures 5A,5B et comportant des entrefers 22A déterminant chacun une micro-tête. Ces pâles 22 sont séparés par des bandes 23 en matériau électriquement isolant. Une bobine 24 magnétise le circuit 21 et produit le même flux magnétique dans tous les pôles. Des impulsions de courant de validation d'écriture sont envoyées aux différentes micro-têtes. La bobine 24 peut recevoir une excitation en courant continu ou alternatif. Si le nombre de micro-têtes est élevé (typiquement 100' à 2000), il est préférable d'utiliser un circuit de multiplexage pour diminuer le nombre de connexions de sortie. On a représenté en figure 8, une partie de tête magnétique 25 multipiste à réseau cartésien de micro-têtes. Pour réaliser la tête 25, on part d'un substrat magnétique, par exemple un bloc de ferrite. Dans ce bloc 26, on pratique une série de n rainures (trois seulement ont été représentées) parallèles 27 dans chacune desquelles on dépose ou on bobine des conducteurs d'excitation 28 formant des bobines de production de flux à moduler. On peut avantageusement remplir ensuite les rainures 27, munies de leurs conducteurs 28, de matériau non magnétique tel que du verre dont la surface est ensuite aplanie et même polie. Ensuite, on dépose sur le bloc 26 des bandes parallèles de pièces polaires 29 comportant chacune m entrefers 30 tels que celui des figures 5A,S5B par exemple. Les bandes 29, en matériau magnétique électriquement conducteur, sont séparées par des bandes 31 en matériau électriquement isolant. Dans un exemple de réalisation, m et n sont au moins égaux à 16. On obtient ainsi une tête magnétique à structure matricielle de n lignes de m colonnes de micro-têtes magnétiques. Un ensemble de n informations élémentaires (par exemple les éléments binaires successifs d'un signal numérique) est appliqué aux n conducteurs d'excitation. La ligne de têtes qui doit être active à un moment donné reçoit alors une impulsion de commande qui permet d'inscrire les Informations envoyées à la tête magnétique sur les n pistes correspondantes (la tête magnétique est positionnée par rapport à la bande magnétique qu'elle doit enregistrer de telle façon que les n micro- têtes d'une même ligne, c'est-à-dire disposées sur la même bande polaire 29, enregistrent n pistes successives de cette bande). Les informations correspondant à une seconde ligne de micro-têtes sont ensuite présentées à la tête, et cette seconde ligne reçoit à son tour une impulsion d'écriture, et ainsi de suite. La structure d'une telle tête 25 est matricielle, ce qui permet l'intégration d'un grand nombre de micro-têtes sur un substrat de faibles dimensions, avec un nombre de connexions réduit. Le fonctionnement de cette tête peut être multiplexé, c'est-à-dlre que les Informations à écrire sont envoyées par groupes successifs. REVENDICATIONS 1. Tête magnétique d'enregistrement caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en un matériau magnétique présentant localement une zone saturable (9,9') par un courant électrique circulant au moins à proximité de ce matériau. 2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le courant électrique circule dans ledit matériau magnétique. 3. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le courant circule dans un conducteur électrique (13) situé à proximité immédiate du matériau magnétique à saturer (9'). 4. Tête magnétique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le conducteur électrique est en matériau magnétique saturable par ledit courant électrique. l 5 5. Tête magnétique selon la revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait que le circuit magnétique de la tête d'enregistrement comporte un moyen augmentant la réluctance totale de son circuit magnétique pour rendre le flux total qui y circule relativement insensible aux variations de perméance 2 dudit conducteur électrique. 6. Tête magnétique selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le moyen augmentant la réluctance totale du circuit magnétique est un entrefer secondaire. 7. Tête magnétique selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que le conducteur électrique est disposé à proximité de l'entrefer (14) du circuit magnétique de la tête. 8. Tête magnétique selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que le conducteur électrique est disposé dans l'entrefer (18) du circuit magnétique de la tête. 9. Tête magnétique selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisée par le fait que le matériau du conducteur Il électrique est le même que celui du circuit magnétique de la tête. 10. Tête magnétique selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisée par le fait que l'on ajuste les qualités magnétiques du conducteur électrique en jouant sur sa géométrie. 11. Tête magnétique selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisée par le fait que l'on ajuste les qualités magnétiques du conducteur électrique par un traitement local du matériau le constituant. 12. Tête magnétique selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le traitement local est un traitement thermique. 13. Tête magnétique selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le traitement local est réalisé par implantation Ionique. 14. Tête magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle fait partie d'une structure matricielle comportant un grand nombre de telles têtes, à disposition en lignes et colonnes. 15. Tête magnétique selon la revendication 14, caractérisée par le fait qu'elle est à commande multiplexée. 16. Tête magnétique selon la revendication 14 ou 15, caractérisée par le fait que les lignes de têtes reçoivent des signaux de commande d'écriture, et les colonnes de têtes les informations à enregistrer.