DE1199323B - Magnetischer Datenspeicher und Verfahren zur Herstellung derartiger Speicher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-37/06

Nummer: 1199 323

Aktenzeichen: J 25099IX c/21 al

Anmeldetag: 11. Januar 1964

Auslegetag: 26. August 1965

Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Datenspeicher mit einem röhrenförmigen Magnetkern, durch den in Längsrichtung der eine Teil der Betriebsleiter verläuft, während der andere Teil der Betriebsleiter dazu in Querrichtung liegt, nach Patentanmeldung J 23925IX c/21a¹ (deutsche Auslegeschrift 1186 509), sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Speicher.

Gegenstand der Hauptanmeldung ist eine magnetische Datenspeichereinrichtung mit einem röhrenförmigen Magnetkern, der neben seiner Längsbohrung mit einer Anzahl von Querbohrungen versehen ist, deren Achsen senkrecht oder nahezu senkrecht auf der Achse der Längsbohrung stehen. Durch diese Bohrungen verlaufen Leiter, die derart erregbar sind, daß bei koinzidenter Erregung des durch die Längsbohrung verlaufenen Leiters sowie jeweils eines der in den Querbohrungen befindlichen Leiter ein wellenförmig um die entsprechende Querbohrung herum verlaufender ringförmiger Teil der Rohrwand des Magnetkernes, der aus einem Material mit nahezu rechteckiger Hystereseschleife besteht, ummagnetisiert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Anordnung insofern zu verbessern, daß der Arbeitsaufwand für das Anbringen bzw. Einfädeln der in Querrichtung verlaufenden Betriebsleiter vermindert wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine einfache Herstellung einer Speicheranordnung mit einer Vielzahl von untereinander weitgehend gleiche magnetische Eigenschaften aufweisenden Speicherstellen anzugeben.

Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die in Querrichtung verlaufenden Betriebsleiter den röhrenförmigen Magnetkern in seiner Wandung durchdringen, ohne in das Rohrinnere zu gelangen. In vorteilhafterweise wird der röhrenförmige Magnetkern mindestens an der Stelle der Querleiter mit einem Belag aus magnetisierbarem Material versehen, der über dem jeweiligen Querleiter liegt und mit dem Kern zu einer Einheit verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung derartiger Speicher besteht darin, daß der röhrenförmige Magnetkern aus einer weichen, warmhärtbaren Ferrit-Harz-Mischung geformt wird, in die die in Querrichtung verlaufenden Betriebsleiter eingelegt werden und auf die mindestens am Ort der Querleiter ein Belag aus einer ungehärteten Ferrit-Harz-Mischung aufgebracht wird, und daß daraufhin die Anordnung zur Aushärtung und Sinterung erwärmt wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den An-

Magnetischer Datenspeicher und Verfahren
zur Herstellung derartiger Speicher

Zusatz zur Anmeldung: J 23925IX c/21 al
Auslegeschrift 1186 509

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Edward A. Bartkus, Yorktown Heights, N. Y.;
James M. Brownlow, Crompond, N. Y.;
Robert F. Elfant, Yorktown Heights, N. Y.;
Kurt R. Grebe, Beacon, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 23. Januar 1963 (253 467)

Sprüchen in Verbindung mit den nachfolgend an Hand von Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen zu ersehen. Er zeigt

F i g. 1 einen stabilen Zustand der Flußorientierung und -Verteilung in einem Speicherelement nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 die Draufsicht auf eine derartige Fluß-Orientierung und -verteilung,

F i g. 3 einen stabilen Zustand einer Flußorientierung ähnlich der der Fig. 1, jedoch mit einer davon abweichenden Flußverteilung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die remanente Fluß-Orientierung und -verteilung nach Fig. 3,

F i g. 5 eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig.6 die Anwendung der Erfindung in einer Speichermatrix,

Fig. 7 die Weise, in welcher ein gleichmäßiger Belag für die Speicherelemente nach der Erfindung erzeugt wird, und

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Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In F i g. 1 ist ein erster Leiter oder Wortleiter W und ein zweiter Leiter oder Bitleiter B dargestellt, die orthogonal zueinander verlaufen. Es können jeweils so viele Bitleiter B angeordnet werden, wie das gespeicherte Wort am Umfang des röhrenförmigen Speicherelements 2 Bits aufweist. Das Röhrenelement 2 besteht aus gesintertem, keramischem Ferrit-Material, das eine solche Hystereschleife aufweist, daß bei Auftreten von Stromimpulsen im Leiter W ein remanenter Fluß in der Peripherie der besagten Röhre gespeichert wird, wie er durch die Kurven 28, 30, 32, 34, 36 und 38 veranschaulicht ist. Die Orientierung des Flusses nach F i g. 1 kann als Null-Zustand eines Speicherbits betrachtet werden. Eine Speicherstelle umfaßt dabei denjenigen Bereich der Oberfläche der Röhre 2, an dem sich ein Bitleiter B und die Röhre 2 kreuzen. Wie in F i g. 2 ersichtlich, hat ein Bitleiter B, welcher die Röhre 2 durchdringt, keine Flußverbindung mit dieser, so daß durch eine Änderung des Magnetfeldes beim Lesen in einer Abfühleinrichtung kein Abfühlsignal im besagten Bitleiter B erzeugt würde. Wenn jedoch eine Eins in der Nähe eines Bittreibers B zu speichern ist, zu einer Zeit, in der ein Strom auf der Treiberleitung B auftritt, um ein konzentrisches Flußmuster 28, 30, 32 usw. zu erzeugen, so wird der Bitleiter B ebenfalls stromführend gemacht. Eine derartige Erregung eines gegebenen Bitleiters bewirkt ein Querfeld, welches die konzentrische Flußorientierung der Röhre 2 bei der Kreuzung des stromführenden Leiters B mit dem röhrenförmigen Element 2 verzerrt und eine verzerrte Magnetfluß-Orientierung nach Abklingen des Stromflusses in den Leitern hinterläßt. Eine solche Flußkopplung eines verzerrten Feldes mit einem Bitleiter B ist in F i g. 4 zu sehen. Wenn demzufolge der Bitleiter B während eines nachfolgenden Lesezyklus als Abfühlelement verwendet wird, kann diese Flußkopplung zur Anzeige der Speicherung einer Eins an der betreffenden Verbindung zwischen der Röhre 2 und dem Leiter B abgefühlt werden. Wie leicht aus Fig. 6 zu ersehen ist, kann in. einfacher Weise bei einer Matrix von nur drei Wortleitern W₁, W₂, W₃ und drei Bitleitern B₁, B₂, B₃ ein paralleles Einschreiben und paralleles Lesen eines aus mehreren Bits bestehenden Wortes erreicht werden.

Die F i g. 5 zeigt eine einzelne Röhre 2, welche als magnetisches Speicherelement zur Speicherung eines Bits mit mehreren Worten verwendet wird. Wie aus der Zeichnung zu ersehen, kann das Wort eine jeweils gewünschte Länge haben. Leitungen 3, 5 und 7 sind nur drei der möglichen Bitleiter des betreffenden Wortes. Es ist klar, daß diese Bittreiber zugleich mit anderen nicht gezeigten Röhren verbunden sein können, die ebenfalls als Wortspeichereinrichtungen dienen. Das röhrenförmige Wortspeicherelement 2 enthält einen zentralen Draht 9, der aus gehärtetem Palladium, Kupfer, Platin, Silber oder einem anderen geeigneten hitzeleitenden und stromleitenden Material bestehen kann und der mit Wachs überzogen ist. Die Härtung dient zur Verhinderung einer Verformung des Drahtes während seiner Erwärmung bei der Herstellung der Einrichtung. Als Wachs kann Bienenwachs, Polyäthylenwachs, Paraffinwachs, Karnaubawachs od. dgl. Verwendung finden. Die Anordnung ist eingebettet in eine warmhärtbare Ferrit-Harz-Mischung. Als derartige Mischung kann z. B. dienen ein warmhärtbares Harz mit darin verteiltem gebranntem Ferritpuder und geeigneten Katalysatoren zum Plastifizieren und/oder viskositätssteuernde Zusätze. Der gebrannte Ferritpuder wird in Anteilen zu 40 bis 80 °/o des Gewichtes zugesetzt. Das warmhärtbare Harz ist in Gewichtsteilen von 5 bis 60 % anwesend. Als Plastifizierer können viskositätssteuernde Zusätze verwendet werden in einem Anteil von 0 bis

ίο 30 % des Gewichtes. Beinahe alle gebrannten Ferritpuder mit einem Remanenz-Sättigungs-Verhältnis größer als 0,5 nach der Sinterung sind für eine derartige Ferrit-Harz-Mischung verwendbar. Als Harz zur Aufnahme des gebrannten Ferritpuders können warmhärtbare Harze, wie beispielsweise Epoxyharze, Polyesterharze, Melamin-Formaldehydharze, Phenol-Aldehydharze usw., benutzt werden.

Die mit Ferrit-Harz beschichteten Drähte 9 (F i g. 5) werden parallel zueinander in einem Rahmen angeordnet. Eine zweite Serie ähnlicher Drähte 3, 5 und 7 sind in einem zweiten Rahmen montiert. Die Drähte dieses zweiten Satzes sind jedoch unbeschichtet oder nur mit einer Wachsschicht versehen. Die zwei Rahmen sind so zueinander angeordnet, daß die eingewachsten Drähte des oberen Rahmens im rechten Winkel in Kontakt mit den mit Ferrit-Harz beschichteten Drähten des unteren Rahmens stehen und so eine Matrixanordnung bilden. Die oberen Drähte sinken leicht in die zähflüssige Beschichtung der darunterliegenden Drähte ein.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, wird ein gleichmäßiger Belag 11 in einer Form 13 hergestellt. Die Form 13, die aus einer Silikon-Gummi-Komposition bestehen kann, besitzt eine Nut 15. Eine Menge des erläuterten Ferrit-Harz-Materials wird in diese Nut 15 gebracht, und das übrige Ferrit-Harz-Material wird von der Form 13 durch einen Spatel 17 entfernt. Der Belag 11 wird danach über 12 Stunden bei Raumtemperatur gehalten, wonach das Ferrit-Harz-Material zu einem ungehärteten, sich selbst tragenden, aber biegsamen Teil zusammengebacken ist. Es ist klar, daß diese Trocknungszeiten für Abweichungen der Materialzusammensetzung unterschiedlich gewählt werden können. Der Belag 11 wird am Umfang der Röhre 2 in deren Längsrichtung angeordnet, wie aus Fig. 5 ersichtlich, so daß die Bittreiber 3, 5 und 7 zwischen dem Belag 11 und der Umfangsfläche der Röhre 2 liegen. Die gesamte Struktur wird nun gehärtet, so daß der Belag 11 mit der Röhre 2 eine homogene Einheit bildet. Obgleich die verschiedensten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich sind, wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen erläutert. Ein Platindraht mit einem Durchmesser von etwa 0,12 mm wird als Wortleiter 9 benutzt und bis zu einem Durchmesser von etwa 0,25 mm mit einer Polyäthylen-Wachsschicht versehen, indem er vertikal durch ein flüssiges Bad des Polyäthylen-Wachses und daraufhin durch eine warme Düse mit einem Innendurchmesser von etwa 0,3 mm geführt wird. Der wachsbeschichtete Draht 9 passiert dann eine Ferrit-Harz-Mischung, die 35 g gebranntes Ferritpulver der Verbindung Fe₁₇Mn_1>26Cu₀₀₄O₄ enthält. Die Mischung enthält ferner 6 g Kiefernöl und 9 g einer Mischung, die eine Viskosität von 250 cP aufweist und 8,1 g eines Epoxyharze« enthält, zusammengestellt durch Reaktion von Bisphenol A und Epichlorohydrin sowie 0,8 g Triäthylentetraamin.

Die Geschwindigkeit des Durchganges des Drahtes durch diese flüssige Mischung wird so gewählt, daß eine Schicht mit einer Dicke von etwa 0,12 mm unmittelbar nach dem Beschichtungsprozeß vorhanden ist. Die beschichteten Drähte werden parallel zueinander (mit etwa 1,2 mm Abstand) in einem offenen Rahmen montiert. Eine gleiche Anordnung von Drähten befindet sich in einem zweiten Rahmen, wobei jedoch diese Drähte unbeschichtet sind oder nur eine Wachsbeschichtung besitzen. Die zwei Rahmen sind so miteinander verbunden, daß die Drähte des zweiten Rahmens rechtwinkelig und in einer Ebene, die parallel zur Ebene der Drähte des ersten Rahmens liegt, verlaufen. Wie vorausgehend bemerkt, wird beim Zusammenpressen der Rahmen ein jeder der Drähte 3, 5 und 7 ausreichend eingebettet in die zähflüssige Umfangsschicht der Röhrenelemente 2, so daß der gleichmäßige Belag 11 zur Abdeckung der Kreuzungsstellen der Drähte 3, 5 und 7 und der Peripherie der röhrenartigen Elemente 2 dienen kann. Der Belag 11 kann etwa 0,07 bis etwa 0,25 mm dick und etwa 0,12 bis 0,38 mm breit sein. Befindet sich der Belag auf dem röhrenartigen Element 2, so überwindet das Gitter der Drähte 3, 5 und 7 usw. die natürliche Tendenz des Belages 11, in das zähflüssige Ferrit-Harz einzusinken, das den Draht 9 umgibt, so daß der Belag 11 lediglich Kontakt mit der Röhre aus Ferrit-Harz-Mischung erhält.

Wenn es erwünscht ist, kann der Belag 11 in einzelnen Segmenten 11 a, 11 b, 11 c usw. (F i g. 8) aufgebracht werden. Dies kann unter Anwendung einer automatischen Zuführungseinrichtung geschehen, welche die einzelnen Streifen aus ungehärtetem Ferrit-Material verteilt.

Die zwei miteinander verbundenen Rahmen mit den Drähten werden nun zum Trocknen über 15 Minuten auf einer Temperatur von 100° C gehalten. Daraufhin wird die Temperatur der Anordnung auf 600° C in einer Zeit von 2 Stunden erhöht. Die Anordnung wird 1 Stunde auf der Temperatur von 600° C gehalten. Das Harz und die organischen Bestandteile werden während dieser Zeit gebrannt und pyrolysiert.

Die Anordnung wird daraufhin von 600° C auf 1150⁰C in einer Zeit von 1 Stunde erhitzt, 20 Minuten auf dieser Temperatur belassen, auf 1000° C in 20 Minuten gekühlt, 10 Minuten auf der Temperatur von 1000° C gehalten und daraufhin schnell auf Raumtemperatur abgekühlt. Es ergibt sich auf diese Weise eine Anordnung von magnetischen Speicherelementen aus polykristallinen keramischen Ferriten.

Es wurde gefunden, daß die gleichförmigen magnetischen Charakteristiken vom Minimum des Querschnitts des Ferrit-Materials der Röhre 2 im Bereich eines Bitleiters, beispielsweise des Bitleiters 3, abhängen. Der vorausgehend beschriebene Vorgang führt zu einem Belag 11 mit einem im wesentlichen gleichen Querschnitt für jeden Bitleiter. Diese in Nähe der Bitleiter befindlichen Bereiche des Ferrit-Materials sind sehr kritisch für die Speicherung von Informationen, und es ist notwendig, daß der Bereich für alle Bits der Speichereinrichtung einheitlich ausgebildet ist. Auf die beschriebene Weise ist es möglich, einheitliche Flußorientierungen über die ganze Speichereinrichtung zu erhalten, so daß die Speicherung einer Eins in einer Bitposition im wesentlichen den gleichen Betrag und die gleiche Richtung der Flußorientierung umfaßt wie die Speicherung einer Eins in einer anderen Stelle des Speichers. Während das dargestellte Ausführungsbeispiel einen Belag 11 zeigt, der die gesamte Länge eines Wortes bzw. der Röhre 2 überdeckt, ist es auch möglich, einzelne Blocks oder Streifen an den Kreuzungsstellen eines jeden Bittreibers 3 mit einer Wortröhre 2 des Belagmaterials für sich zu verwenden. Es ist ferner klar, daß das Material der Streifen gute magnetische Remanenzeigenschaften aufweisen sollte, während das Material der Röhre 2 nur gute magnetische Übertragungseigenschaften und nicht unbedingt auch gute magnetische Remanenzeigenschaften benötigt. Es kann daher relativ billiges Material zum Aufbau eines magnetischen Speichers verwendet werden, wodurch eine beträchtliche Einsparung möglich ist, wenn Speicher mit einer sehr großen Bitzahl anzufertigen sind.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Magnetischer Datenspeicher mit einem röhrenförmigen Magnetkern, durch den der eine Teil derBetriebsleiter verläuft, während der andere Teil der Betriebsleiter dazu in Querrichtung liegt, nach Patentanmeldung J 23925IX c/21 a¹ (deutsche Auslegeschrift 1186 509), dadurch gekennzeichnet, daß die in Querrichtung verlaufenden Betriebsleiter den röhrenförmigen Magnetkern in seiner Wandung durchdringen, ohne in das Rohrinnere zu gelangen.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrenförmige Magnetkern mindestens an der Stelle der Querleiter einen Belag (11) aus magnetisierbarem Material aufweist, der über dem jeweiligen Querleiter liegt und mit dem Kern zu einer Einheit verbunden ist.

3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (11) ein durchgehender Streifen gleicher Dicke ist, der sich über die ganze Länge des röhrenförmigen Magnetkernes (2) und alle mit ihm in Kontakt befindlichen Querleiter (z. B. 3, 5, 7) ausdehnt.

4. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Belages (11) gute magnetische Remanenzeigenschaften besitzt, während das Material des röhrenförmigen Kernes lediglich gute magnetische Übertragungseigenschaften besitzt.

5. Verfahren zur Herstellung von magnetischen Datenspeichern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrenförmige Magnetkern aus einer weichen, wärmehärtbaren Ferrit-Harz-Mischung geformt wird, in die die in Querrichtung verlaufenden Betriebsleiter eingelegt werden und auf die mindestens am Ort der Querleiter ein Belag aus einer ungehärteten Ferrit-Harz-Mischung aufgebracht wird, und daß daraufhin die Anordnung zur Aushärtung und Sinterung erwärmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung verfaulenden Betriebsleiter mit einer gleichmäßigen Wachsschicht umgeben werden, auf die eine gleichmäßige Schicht der Ferrit-Harz-Mischung zur Formung des röhrenförmigen Magnetkernes aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Betriebsleiter und die Querleiter mit Hilfe einer Rahmeneinrichtung orthogonal übereinander gelegt und befestigt werden, bevor der Belag auf die Kreuzungsstellen zwischen den Querleitern und

den röhrenförmigen Magnetkernen aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aushärtungs- und Sintervorgang in mehreren Erwärmungsstufen erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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