Brevet FR2688513A1 — publié le 19930917

DESCRIPTION Donaine technique La présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'une tête magnétique de type perpendiculaire et une tête magnétique obtenue par ce procédé. La tête de l'invention peut être à lecture seule, à écriture seule ou à lecture et écriture L'invention trouve une application générale dans l'enregistrement magnétique (avec des variantes magnétorésistives ou autres). La tête de L'invention est du type "perpendi culaire" ou "vertical", c'est-à-dire qu'elle se rapporte à un enregistrement où L1 induction magnétique écrite et/ou lue dans le support d'enregistrement est perpendiculaire au plan de ce support, par opposition aux têtes "horizontales" ou L'induction est parallèle au plan de ce support. Etat de La technique antérieure Les têtes magnétiques perpendiculaires ont fait L'objet de nombreuses publications. On peut citer par exempLe, L'articLe de M. OSHIKI intitulé "A thin film head for perpendicular magnetic recording", 930, JAP vol. 53 (1982) ; ou l'article de K. KOBOYASHI intitulé "High density perpendicular magnetic recording on rigid disks" dans Fujitsu Scientific and Technical Journal, vol. 19, nO 1, mars 1983 ; ou L'articLe de J.P. LAZZARI intitulé "Têtes intégrées pour llenregis- trement vertical" publié dans IEEE Trans. on Magn., vol. MAG-17, nO 6, pp. 3120, novembre 1981. La figure 1 annexée, correspondant au dernier article, montre un exemple de tête perpendiculaire. Tel le que représentée, la tête comprend une première pièce polaire épaisse PP1 et une seconde pièce polaire PP2, beaucoup plus mince que la précédente. Ces deux pièces sont jointes à L'arrière et séparées à l'avant pour dégager deux pôles PI et P2. Elles enserrent par ailleurs un bobinage B d'écriture et/ou de lecture. Le support d'enregistrement S est composé de deux couches superposées, une première couche C1 de fermeture du flux magnétique (traditionnellement en FeNi) et une seconde couche C2 d'enregistrement proprement dit (par exemple en CrCo). Si ces têtes donnent satisfaction à certains égards, elles présentent néanmoins des inconvénients Lorsque la largeur de la piste à lire (ou à écrire) devient supérieure à une centaine de micromètres. Le problème est alors d'écrire sur de telles largeurs tout en conservant une grande densité Linéique d'enregistrement. Or, si L'on utilise les procédés traditionnels d'usinage mécanique, on obtient bien une tête dont les pôles ont des dimensions transverses suffisamment larges, mais, corrélativement, L'épaisseur du pôle augmente, ce qui entraîne une détérioration de la finesse de l'écriture et de la lecture. Exposé de L'invention La présente invention a justement pour but de résoudre ce problème en proposant un procédé de réalisation qui permet d'obtenir des têtes présentant une bonne aptitude à L'écriture ou à la lecture sur des pistes larges tout en conduisant à une grande densité d'enregistrement. A cette fin, l'invention préconise d'utiliser un procédé hybride en ce sens qu'il comprend, pour une part, des opérations relevant de la micromécanique (ou du micro-usinage) et, d'autre part, des opérations relevant de la microélectronique avec dépôt et gravure de couches minces. Les premières affectent la réalisation de la pièce polaire épaisse alors que les secondes affectent la réalisation de la pièce polaire mince. Le micro-usinage permet d'obtenir des têtes pouvant travailler avec des pistes larges (au-delà de 100 micromètres) alors que la microélectronique confère à la tête une grande finesse d'écriture et/ou de lecture, ce qui autorise des densités d'enregistrement élevée. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'une tête magnétique de lecture ou d'écriture de type perpendiculaire, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes - on réalise dans un matériau magnétique, par des techniques de la micromécanique, une première pièce polaire de forme sensi blement parallélépipédique, cette pièce ayant une certaine épaisseur, - sur un substrat non magnétique, on réalise, par des techniques de la microélectronique comprenant des dépôts et des gravures de couches minces, une seconde pièce polai re ayant une épaisseur très inférieure à l'épaisseur de la première pièce, - on colle l'ensemble substrat-seconde pièce polaire sur la première pièce polaire, - on polit L'ensembLe pour faire apparaître sur un même plan un pôle large correspon dant à la première pièce polaire et un pole mince correspondant à la seconde pièce polaire, - on réalise en outre un bobinage électrique couplé magnétiquement à l'une au moins des deux pièces polaires. Deux variantes avantageuses de ce procédé sont prévues. Dans la première, on utilise le substrat non magnétique comme moyen de séparation des pôles, ce qui est simple mais oblige à la réalisation d'un cavalier annexe autour duquel sera réalisé le bobinage. Dans la seconde, on prévoit un volume de matière isolante dans la pièce polaire épaisse et une (ou plusieurs) encoche(s) pour permettre le passage du bobinage. Quelle que soit La variante utilisée, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre de manière coLlective afin de réaliser une pluralité de têtes, simultanément. La présente invention a également pour objet une tête obtenue par le procédé qui vient d'être défini. Cette tête est caractérisée par le fait qu'elle comprend - une première pièce polaire usinée, de forme sensiblement parallélépipédique, cette pièce ayant une certaine épaisseur, - sur un substrat non magnétique, une seconde pièce polaire comprenant des couches minces gravées, cette seconde pièce polaire ayant une épaisseur très inférieure à l'épaisseur de la première pièce, - l'ensemble substrat-seconde pièce polaire étant collé sur La première pièce polaire, et laissant apparaître, sur un même plan, un pôle Large correspondant à la première pièce polaire et un pôle mince correspon dant à la seconde pièce polaire, - un bobinage électrique couplé magnétique ment à l'une au moins des pièces poLaires. Là encore, deux variantes sont prévues, selon que l'on met en oeuvre l'une ou l'autre des deux variantes du procédé définies plus haut. L'invention peut être combinée à des dispositions diverses et connues comme L'usage d'une ou de plusieurs magnétorésistance(s) dans Le circuit magnétique. Le signal de Lecture sera obtenu alors non pas aux bornes du bobinage d'écriture mais aux bornes de la ou des magnétorésistance(s). Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, illustre une tête perpendiculaire selon l'art anté rieur ; - les figures 2a à 2h illustrent diverses opérations d'un procédé collectif selon une première variante ; - les figures 3a à 3j illustrent diverses opérations d'un procédé collectif selon une seconde variante. Exposé détaiLLé de iodes de réaLisation Bien que le procédé de l'invention puisse parfaitement se mettre en oeuvre de manière individuelle pour réaliser une seule tête, il sera décrit par la suite dans ses variantes collectives. Dans le cas d'une mise en oeuvre individuelle, le procédé consisterait à réaliser séparément les différents composants de la tête et à les assembler ensuite. La première variante du procédé coLlectif est décrite par les figures 2a à 2h. On part d'une plaque 10 en matériau magnétique, par exemple en ferrite. Cette plaque peut avoir une forme quelconque, par exemple circulaire (fig. 2a). Par ailleurs, sur une plaquette 20 d'un substrat non magnétique (par exemple en silicium), on dépose une couche magnétique d'environ 2 micromètres d'épaisseur (par exemple en alliage à base de fer teLs que FeNi ou FeAlSi) et on grave cette couche selon une pluralité de bandes 22 (fig. 2b). Chaque bande comprend une pluralité de pièces polaires 24 (fig. 2c). On peut également former, par dépôt et gravure, une couche de protection 26 (par exemple en alumine A1203) ou en silice Si02) qui vient recouvrir les pièces polaires 24 à l'exception de leur partie supérieure. On colle ensuite le substrat 20 muni de ses rangées de pièces polaires 24 sur la plaque 10 en matériau magnétique, en plaçant le substrat 20 sur la plaque 10 (fig. 2d). On découpe l'ensemble en barrettes 30 correspondant aux différentes rangées de pièces polaires (fig. 2e). On polit chacune de ces barrettes pour faire apparaître sur un même plan une pluralité de pôles épais P1 et de pôles minces P2 correspondant à la pluralité de pièces polaires 24 (fig. 2e). . La couche de protection 26 évite le décollement des pièces poLaires 24 lors de ce polissage. On découpe ensuite chaque barrette 30 en une pluralité d'unités (fig. 2f). Par ailleurs, on réalise des cavaliers 40 (fig. 29) (par exemple en ferrite), avec un bobinage 42 (par exemple en cuivre). On colle lesdits cavaliers 40, 42 avec leur bobinage sur chacune desdites unités en utilisant la partie de la seconde pièce polaire qui n'a pas été recouverte par la couche de protection 26. On obtient finalement une tête telle que représentée sur la figure 2h. Dans la variante qui vient d'être décrite, le substrat 20, qui est par exemple en silicium, c'est-à-dire en matériau non magnétique, sert d'espaceur entre le pôle mince P2 et le pôle large P1. Dans le second mode de réalisation qui va être décrit à L'aide des figures 3a à 3j, on procède autrement. On part encore d'une plaque 50 de matériau magnétique épais comme pour la première variante (fig. 3a). Mais on usine sur L'une des faces de cette plaque 50 une pluralité de bandes 52 constituées de rainures 54 que l'on comble ensuite par un matériau non magnétique 56 (par exemple du verre) (fig. 3b). On usine sur cette même face de la plaque 50 une pluralité d'encoches longitudinales 58, au-dessus et le long des rainures 54 comblées par le matériau non magnétique 56 (fig. 3c). Par ailleurs, sur un substrat non magnétique 60 (par exemple en silicium), on réalise, comme pour la première variante, c'est-à-dire par des techniques de la microélectronique comprenant des dépôts et des gravures, une pluralité de rangées 62 de secondes pièces polaires 64, (fig. 3d et 3e). On colle ensuite le substrat 60 muni de sa pluralité de pièces polaires 64 sur la plaque 50 en matériau magnétique, mais en plaçant cette fois les secondes pièces polaires 64 contre la face usinée de la plaque 50, chaque seconde pièce polaire 64 venant se placer en regard de la rainure 54 comblée par le matériau non magnétique 56 (fig. 3f). On usine à travers le substrat collé, et jusque dans la plaque 50, une double pluralité d'encoches transversales 68 (fig. 39). On découpe l'ensemble en barrettes 70 (fig. 3h). On polit chaque barrette 70 pour faire apparaître sur un même plan une pluralité de pôles larges P1 et de pôles minces P2 correspondant aux secondes pièces polaires 64 (fig. 3h). On découpe ensuite chaque barrette 70 en une pluralité d'unités (fig. 3i). Pour chaque unité, on bobine un fil conducteur 72 autour du substrat 60 et de la seconde pièce polaire 64 en passant le fil dans l'encoche longitudinale 58 et en disposant un brin d'entrée 74 du bobinage dans L'une des encoches transversales 68 et un brin de sortie 76 dans L'autre (fig. 3i). La tête complète est montrée en coupe sur la figure 3j. Dans cette seconde variante, c'est donc le volume de verre 56 qui sépare les deux pôles P1, P2 et non plus le substrat 60, comme dans La première variante. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une tête magnétique de lecture et/ou d'écriture de type perpendiculaire, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes : - on réalise dans un matériau magnétique, par des techniques de la micromécanique, une première pièce polaire (10, 50) de forme sensiblement parallélépipédique, cette pièce ayant une certaine épaisseur, - sur un substrat non magnétique (20, 60), on réalise, par des techniques de la micro électronique comprenant des dépôts et des gravures de couches minces, une seconde pièce polaire (24, 64) ayant une épaisseur très inférieure à l'épaisseur de la pre mière pièce, - on colle l'ensemble substrat-seconde pièce polaire (20, 60/24, 64) sur la première pièce polaire (10, 50), - on polit L'ensemble pour faire apparaître sur un même plan un pôle large (P1) cor respondant à La première pièce polaire (10, 50) et un pôle mince (P2) correspon dant à la seconde pièce polaire (24, 64), - on réalise en outre un bobinage électrique (42, 72) couplé magnétiquement à l'une au moins des deux pièces poLaires. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que - on colle le substrat (20) muni de la se conde pièce polaire (24) sur la première pièce polaire (10) en plaçant Le substrat (20) sur la première pièce polaire (10), - on réalise, par ailleurs, une pièce magné tique en forme de cavalier (40), - on forme autour de ce cavalier (40) un bobinage électrique (42), - on colle le cavalier muni de son bobinage (40, 42) sur la première pièce polaire (10) et sur la seconde pièce polaire (24). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, avant de coller le substrat (20) sur la première pièce polaire (10), on dépose sur la partie de la seconde pièce polaire (24) qui ne sera pas en contact avec le cavalier (40), une couche de protection (26). 4. Procédé se Ion la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il est collectif et conduit à la réalisation simultanée d'une pluralité de têtes et qu'il comprend les opérations suivantes - on part d'une plaque (10) en un matériau magnétique, - sur une plaquette (20) d'un substrat non magnétique, on réalise, par des techniques de la microélectronique comprenant des dépôts et des gravures de couches minces, une pluralité de rangées (22) de secondes pièces polaires (24), - on colle le substrat (20) muni de sa plura lité de pièces polaires sur la plaque (10) en matériau magnétique, en plaçant le substrat (20) sur la plaque (10), - on découpe l'ensemble en barrettes (30), - on polit chaque barrette (30) pour faire apparaître sur un même plan une pluralité de pôles épais (P1) correspondant à la plaque (10) en matériau magnétique et une pluralité de pôles minces (P2) cor respondant à la pluralité de secondes pièces polaires (24), - on découpe chaque barrette (30) en une pluralité d'unités, - on réalise une pluralité de cavaliers (40) avec leur bobinage (42), - on colle lesdits cavaliers (40, 42) sur chacune desdites unités. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que : - sur une face de la première pièce polaire (50), on usine une rainure (54), - on remplit cette rainure (54) à l'aide d'un matériau non magnétique (56), - on réalise en outre, dans la première pièce polaire (50), sur la face contenant la rainure (54) remplie de matériau non magnétique (56) et au-dessus de cette rainure (54), une encoche longidutinale (58), - on colle le substrat (60) muni de sa se conde pièce polaire (64) sur la première pièce polaire (50) en plaçant la seconde pièce polaire (64) directement sur la face de la première pièce poLaire (50) qui contient L'encoche longitudinale (58) et la rainure (54) remplie de matériau non magnétique (56), - pour réaliser le bobinage (72), on bobine un fil conducteur autour du substrat (60) et de sa seconde pièce polaire (64) en passant le fil dans L'encoche longitudinale (58) usinée dans la première pièce polaire (50). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il est collectif et conduit à la réalisation simultanée d'une pluralité de têtes et qu'il comprend les opérations suivantes - on part d'une plaque (50) en matériau magnétique, - on usine sur une des faces de la plaque (50) une pluralité de rainures (54) que l'on comble ensuite par un matériau non magnétique (56), - on usine sur cette même face de la plaque (50) une pluralité d'encoches longitudi nales (58) au-dessus et le long des rainu res (54) comblées par le matériau non magnétique (56), - sur un substrat non magnétique (60), on réalise, par des techniques de la micro électronique comprenant des dépôts de couches minces et des gravures, une plura lité de rangées (62) de secondes pièces polaires (64), - on colle le substrat (60) muni de sa plura lité de pièces polaires (64) sur la plaque (50) en matériau magnétique, en plaçant Les secondes pièces polaires (64) contre la face usinée de la plaque (50), chaque seconde pièce polaire (64) venant se placer en regard de la rainure (54) comblée par le matériau non magnétique (56), - on usine à travers le substrat collé et jusque dans la plaque (50) une double pluralité d'encoches transversales (68), - on découpe l'ensemble en barrettes (70), - on polit chaque barrette (70) pour faire apparaître sur un même plan une pluralité de pôles épais (P1) correspondant à la plaque (50) en matériau magnétique et une pluralité de pôles minces (P2) corres pondant aux secondes pièces polaires (64), - on découpe chaque barrette (70) en une pluralité d'unités, - pour chaque unité, on bobine un fil conduc teur (72) autour du substrat (60) et autour de la seconde pièce polaire (64) en passant le fil dans L'encoche longitudinale (58) et en disposant un brin d'entrée (74) du bobinage dans L'une des encoches transversales (68) et un brin de sortie (76) dans l'autre. 7. Tête magnétique de lecture et/ou d'écriture de type perpendiculaire, obtenue par le procédé de la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend - une première pièce polaire (10, 50) usinée de forme sensiblement parallélépipédique, cette pièce ayant une certaine épaisseur, - sur un substrat non magnétique (20, 60), une seconde pièce polaire (24, 64) compre nant des couches minces gravées, cette seconde pièce polaire ayant une épaisseur très inférieure à l'épaisseur de la premiè re pièce, - l'ensemble substrat-seconde pièce polaire (20, 60/24, 64) étant collé sur la première pièce polaire, et laissant apparaître, sur un même plan, (AA') un pôle large (P1) correspondant à la première pièce polaire (10, 50) et un pôle mince (P2) correspondant à la seconde pièce polaire (24, 64), - un bobinage électrique (42, 72) couplé magnétiquement à l'une au moins des pièces polaires. 8. Tête selon la revendication 7, caractérisée par le fait que - le substrat (20) muni de la seconde pièce polaire (24) est collé sur la première pièce polaire (10), le substrat (20) étant placé sur La première pièce polaire (10), - elle comprend en outre une pièce magnétique en forme de cavalier (40), entouré d'un bobinage électrique (42), - le cava lier (40) muni de son bobinage (42) étant collé sur la première pièce polaire (10) et sur la seconde pièce po laire (24). 9. Tête selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'elle comprend, sur la partie de la seconde pièce polaire (24) qui n'est pas en contact avec le cavalier (40), une couche de protection (26). 10. Tête selon la revendication 7, caractérisée par Le fait que - une face de la première pièce polaire (50) comprend une rainure (54) usinée à La partie inférieure de cette face, cette rainure (54) étant comblée par un matériau non magnétique (56), et au-dessus de cette rainure, une encoche longitudinale (58), - le substrat (60) muni de sa seconde pièce polaire (64) est collé sur la première pièce polaire (50), la seconde pièce po laire (64) étant placée directement sur la face de la première pièce polaire (50) qui contient la rainure (54) comblée par un matériau non magnétique (56) et L'enco che longitudinale (58), - le bobinage (72) est bobiné autour du substrat (60) et de sa seconde pièce po laire (64) et passe dans l'encoche longitu dinale (58) usinée dans la première pièce polaire (50). 11. Tête selon la revendication 10, caractérisée par le fait qu'elle comprend deux encoches transversa les (68) encadrant la seconde pièce polaire (64), le bobinage (72) ayant des brins d'entrée (74) et de sortie (76) de courant empruntant ces encoches transversales (68).