DE1281601B - Verfahren zum Herstellen einer Magnetelementmatrix - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

OFS DEUTSCHE« PATENTAMTES

Int. CL:

HOIf

Deutsche Kl.: 21g-31/03

Nummer: 1281601

Aktenzeichen: P 12 81 601.2-33 (R 39064)

Anmeldetag: 21. Oktober 1964

Auslegetag: 31. Oktober 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Magnetelementmatrix, bei welchem dünne Blätter aus rohem Ferrit mit einem Leitermuster versehen, aufeinandergelegt und aus der so gebildeten Struktur durch Einwirkung von Hitze und Druck sowie anschließendes Sintern ein Ferritkörper mit eingebetteten Leitern und einer wenigstens annähernd rechteckigen Magnetisierungskennlinie gebildet wird.

Bei einem vorgeschlagenen Verfahren dieser Art wird das Leitermuster durch Aufdampfen im Vakuum mittels einer Maske und anschließendes Verstärken der aufgedampften Leiter durch elektrolytischen Niederschlag hergestellt. Beim Aufbringen des elektrolytischen Niederschlags wird vorzugsweise mit einer relativ hohen Stromdichte gearbeitet, so daß der Niederschlag grob und schwammig wird.

Es sind ferner Verfahren zur Herstellung sogenannter »gedruckter Schaltungen« bekannt, bei denen ent- so weder ein Leitermuster aus einer aufkaschierten Folie ausgeätzt oder ein Leitermuster durch Siebdruck od. dgl. auf eine nichtleitende Unterlage aufgebracht wird. Hierzu werden unter anderem Suspensionen, die leitende Teilchen enthalten, verwendet.

Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Schichtstruktur bei einer Temperatur von etwa 1200° C gebrannt, wobei die Abmessungen um etwa 5 bis 30% schwinden. Das eingebettete Leitermaterial muß selbstverständlich diese Temperatur aushalten und darf dabei nicht in das sich bildende Ferrit eindiffundieren. Das eingebettete Material darf außerdem den Schwund des Ferrits nicht behindern, da sonst Sprünge in dem gesinterten Ferritkörper entstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwierigkeiten zu vermeiden, die sich durch unterschiedliche Schrumpfungsgrade von Leitermaterial und Ferritmaterial beim Sintern ergeben können. Diese Aufgabe wird abweichend von dem obengenannten vorgeschlagenen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß vor dem Aufeinanderlegen der Ferritblätter auf eine Seite mindestens eines rohen Ferritblattes, welches in an sich bekannter Weise flache Vertiefungen zur Aufnähme von Leitern aufweist, eine Aufschlämmung von festen, unmagnetischen elektrisch leitenden Teilchen in einer kohlenstoffhaltigen Binderlösung aufgebracht wird, daß man die Aufschlämmung trocken läßt, so daß leicht gebundene Teilchen auf der Oberfläche und in den Vertiefungen verbleiben, und daß die Teilchen dann von der Oberfläche abgebürstet Verfahren zum Herstellen einer
Magnetelementmatrix

Anmelder:

Radio Corporation of America,

New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

8000 München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:
Joseph Albert Kuliczkowski,
Trenton, N. J. (V. StA.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Oktober 1963
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werden, während die Vertiefungen mit Teilchen gefüllt bleiben.

Vorzugsweise enthält die Aufschlämmung Teilchen, deren Teilchengröße zwischen etwa 0,5 und 5 μΐη liegt.

Es kann eine Binderlösung verwendet werden, die 0,1 bis 2°/o eines Netzmittels und 2 bis 20% eines kohlenstoffhaltigen Bindemittels enthält.

Vorzugsweise wird ein Bindemittel verwendet, das etwa 99% granulierten Zucker und 1% Honig enthält.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, deren F i g. 1 bis 4 die aufeinanderfolgenden Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen.

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines getrockneten lederartigen Blattes 10 aus ungebranntem Ferrit, das ein Muster aus schmalen Vertiefungen 12 aufweist, das einem gewünschten Muster von in einen magnetischen Ferritkörper eingebetteten Leitern entspricht. Die Dicke des Ferritblattes 10 kann beispielsweise etwa 0,025 bis 0,5 mm betragen. Die Querschnittsabmessungen, also Höhe und Breite der Vertiefungen 12, können zwischen etwa 0,012 und 0,075 mm liegen, die Länge der Vertiefungen kann beispielsweise 50 oder 75 mm und ihr Abstand etwa 0,125 bis 2,5 mm betragen.

Das ungebrannte Ferritblatt 10 mit den Vertiefungen 12 kann durch Aufrakeln einer Schicht gleichför-

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miger Dicke aus einer Ferritsuspension auf einer Platte, deren Oberfläche ein entsprechendes erhöhtes Muster aufweist, hergestellt werden. Man läßt die Schicht etwa 5 Minuten trocknen und kann dann die verfestigte Ferritsuspension als dünnes, biegsames, ungebranntes Ferritblatt lederartiger Konsistenz, das Vertiefungen entsprechend dem zu bildenden Leitermuster aufweist, von der Platte abnehmen.
Die Ferritsuspension kann beispielsweise aus 65 g

Pinsel aufgebracht werden. Die leitenden Teilchen der Mischung sind normalerweise nicht in der wäßrigen Binderlösung suspendiert, sondern nehmen etwa die unteren 20% des Volumens des Aufbewahrungs-5 behälters ein. Die Flüssigkeit soll durchgerührt werden, damit der Pinsel eine leitende Teilchen enthaltende Mischung aus dem Behälter aufnimmt. Zum Rühren kann der Pinsel selbst verwendet werden. Das rohe Ferritblatt ist genügend porös, um das

eines gebrannten Ferrits aus Zink-, Magnesium-, io Wasser mit dem Netzmittel nach unten hin durchMangan- und Eisenoxyden, 13 g eines organischen fließen zu lassen. Die Poren des Ferritblattes sind Bindemittels und 52 g eines Lösungsmittels, wie Me- jedoch so klein, daß selbst leitende Teilchen mit thyläthylketon oder Toluol, hergestellt werden. Diese einem Durchmesser von Ιμΐη nicht in das Ferrit-Materialien werden in einer Kugel- oder Mahlmühle material eindringen können. Der Ferrit wirkt ähnlich gemahlen, und die Viskosität wird durch Zusatz wei- 15 wie ein Filter, das das Zuckerwasser durchläßt und teren Lösungsmittels auf einen zum Aufrakeln geeig- die leitenden Teilchen zurückhält. Auf diese Weise neten Wert von etwa 900 cP eingestellt. werden Luftblasen verhindert.

Anstatt eine Rakel zu verwenden, kann das dünne, Die aufgebrachte Aufschlämmung läßt man dann,

ungebrannte Ferritblatt 20 auch mittels einer Kalan- trocknen. Das Verdunsten des Wassers von der Oberderwalze oder einer Spritzpistole auf das erhöhte 20 fläche der aufgebrachten Aufschlämmung dauert bei Muster aufgebracht werden. normaler Raumtemperatur und Feuchtigkeit etwa 10

F i g. 2 zeigt, wie mittels einer Bürste oder eines oder 15 Minuteri. Beim Verdunsten des Wassers Pinsels 16 eine Aufschlämmung 14 aus leitenden bleibt der Zucker in Form von Kristallen zurück, die Teilchen und einem Trägermittel auf die die Vertie- sehr klein im Vergleich zu den leitenden Teilchen fungen 12 aufweisende Oberfläche des Ferritblattes 35 sind. Die Zuckerkristalle haften durch ihre eigene 10 aufgetragen wird. Die Größe der leitenden Teil- ' Haftfähigkeit und die des in der Losung enthaltenen chen soll wesentlich kleiner sein als die kleinste Di- Honigs an den leitenden Teilchen. Die getrockneten mension der Vertiefungen 12. Als Pinsel 16 kann Zuckerkristalle und der Honig bilden eine schwache, beispielsweise ein gewöhnlicher Pinsel für Wasserfar- leichte Bindung zwischen den leitenden Teilchen ben verwendet werden, vorzugsweise ist der Durch- 30 selbst und den leitenden Teilchen und dem etwas messer der Borsten größer als die Breite der Vertie- porösen Ferrit. Die Stärke der Bindung hängt von

dem in der ursprünglichen Losung enthaltenen Anteil an Honig und Zucker ab. Die Haftfähigkeit soll gerade ausreichen, um die leitenden Teilchen bei der 35 Handhabung des Ferritblattes an dessen Oberfläche und in den Vertiefungen zu halten, sie soll jedoch nicht so groß sein, daß Schwierigkeiten bei dem nächstfolgenden Verfahrensschritt auftreten.

Fig. 3 zeigt den nächsten Schritt des Verfahrens,

aus mindestens einem der Metalle Palladium, Platin, 40 bei dem die schwachgebundenen leitenden Teilchen Rhodium und Rhenium oder Legierungen oder Mi- mittels einer Bürste oder eines Pinsels 18 von der schungen dieser Metalle mit Gold oder Silber. Die Oberfläche des Ferritblattes entfernt werden, während warmfesten Metalle haben einen ausreichend hohen sie in den Vertiefungen verbleiben sollen. Beim EntSchmelzpunkt, um den Temperaturen beim abschlie- fernen der überschüssigen Teilchen wird der Pinsel ßenden Brennen des Ferrits zu widerstehen. Die 45 18 quer zur Richtung der länglichen Vertiefungen Größe der leitenden Teilchen kann zwischen etwa 1 über das Ferritblatt geführt. Die Haftung der Teil- und 5 μΐη liegen. chen am Ferrit soll so sein, daß der Pinsel die Teil-

Das Binderlösungsmittel kann destilliertes Wasser chen von der Oberseite des Ferritblattes mitnimmt, sein, dem ein kleiner Prozentsatz wie 0,1 bis 2 Ge- nicht jedoch die Teilchen, die sich leicht gebunden wichtsprozent eines Netzmittels zugesetzt ist, z. B. 50 in den Vertiefungen befinden.
Trimethylnonyläther des Polyäthylenglykols. Das Das resultierende rohe Ferritblatt 10 mit den leicht-

Wasser und das Netzmittel sind mit den organischen gebundenen leitenden Teilchen in den Vertiefungen Kunststoffbindemitteln verträglich, die den Zusam- wird mit einem anderen rohen Ferritblatt 20 so zumenhalt der Ferritpartikeln in dem rohen Ferritblatt sammengelegt, daß das Muster aus den leitenden bewirken. Wasser stellt außerdem ein genügend 55 Teilchen zwischen die beiden Blätter eingebettet ist, flüchtiges Lösungsmittel dar, um in relativ kurzer wie F i g. 4 zeigt. Diese Anordnung wird etwa 10 Mi-Zeit zu verdunsten. Das in dem Lösungsmittel gelöste nuten bei einer Temperatur zwischen etwa 90 und Bindemittel kann ein in dem verwendeten Lösungs- 105° C einem Druck von etwa 63 kp · cm~² ausgemittel lösliches kohlenstoffhaltiges, kristallisierbares setzt. Die beim Zusammenpressen einwirkende Tem-Material sein. Als leicht verfügbares Bindemittel wird 60 peratur reicht nicht zum Sintern des Ferrits aus, sie derzeit granulierter Haushaltszucker verwendet. Die ist jedoch so hoch, daß eine körperliche Verbindung wäßrige Bindemittellösung kann zwischen 2 und der beiden ungebrannten Ferritblätter gefördert wird. 20 Gewichtsprozent Zucker enthalten. Um die Ad- Die unter Druck gebildete Schichtstruktur aus

häsionsfähigkeit noch etwas zu steigern, kann der rohem Ferrit wird zum Ausbrennen des Bindemittels wäßrigen Zuckerlösung noch eine kleine Menge, z. B. 65 auf etwa 200 bis 400° C und anschließend auf eine 1 %,_ Honig zugesetzt werden. Temperatur erhitzt, die zum Sintern des rohen Ferrits

Die Aufschlämmung 14 kann auf die Oberfläche ausreicht und ihm die gewünschten magnetischen des grünen Ferritblattes 10 mit einem gewöhnlichen Eigenschaften verleiht. Die Sintertemperatur der mei-

fungen 12. Die Aufschlämmung 14 wird in ausreichender Dicke aufgetragen, so daß nach dem Trocknen außer einer vollständigen Füllung der Vertiefungen noch ein Überschuß vorhanden ist.

Die Aufschlämmung 14 enthält Teilchen eines nichtmagnetisierbaren, leitenden, warmfesten Metalles in Mischung mit einer Binderlösung. Die Teilchen der Aufschlämmung 14 bestehen vorzugsweise

sten geeigneten Ferrite ist bekannt und kann bei etwa 1200° C liegen. Nach dem Sintern kann das Blatt in Luft bis auf Raumtemperatur abgeschreckt und/oder anschließend für 1 Stunde in Stickstoff bei 1100° C getempert werden. Die angegebenen Werte sind nur ein Beispiel, sie hängen von der Zusammensetzung des verwendeten Ferrits ab und sind dieser entsprechend so zu wählen, daß sich die gewünschten magnetischen Eigenschaften ergeben.

Bei der Hitzebehandlung schwindet der Ferrit um beispielsweise 5 bis 30%. Bei der Hitzebehandlung und dem Austreiben des als Bindemittel wirkenden Zuckers von den leitenden Teilchen tritt auch ein Schwund des von den leitenden Teilchen eingenommenen Volumens ein. Der Anteil des Zuckerbindemittels in der ursprünglichen Lösung wird so gewählt, daß der Schwund des von den leitenden Teilchen eingenommenen Volumens etwa gleich, vorzugsweise geringfügig kleiner als der Schwund des umgebenden Ferrits ist. Die leitenden Teilchen wer- so den dann durch den schwindenden Ferrit verdichtet und in innige Berührung gebracht, so daß sie einen guten elektrischen Leiter bilden. Außerdem werden Lunker vermieden, die die Gleichförmigkeit der elektrischen und magnetischen Eigenschaften der ein- »5 zelnen Speicherelemente inner halb der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Speichermatrix beeinträchtigen würden.

Die Leitfähigkeit der durch die verdichteten Metallteilchen gebildeten Leiter wird durch die Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Bindemittels, wie Zucker, verbessert. Bei der hohen Brenntemperatur wird der Kohlenstoff der Zuckermoleküle frei, und der freie Kohlenstoff verbindet sich mit anwesendem Sauerstoff zu Kohlenmonoxyd, das reduzierend wirkt und praktisch eine Oxydation der Oberfläche der leitenden Teilchen verhindert. Der elektrische Übergangswiderstand zwischen den Teilchen wird auf diese Weise nicht durch Schichten aus Metalloxyd verschlechtert.

Das Endprodukt ist ein gesinterter magnetisierbarer Ferritkörper mit eingebetteten Leitern. Der aus getrennten grünen Ferritblättern 10, 20 hergestellte Ferritkörper ist einstückig, homogen und frei von Lunkern oder Rissen in der Nähe der Leiter. Die Leiter zeichnen sich durch die erwünschte genaue Lage und genaue Abmessungen aus. Anstatt, wie dargestellt, aus nur zwei Ferritblättern 10, 20 zu bestehen, kann ein einstückiger Ferritkörper auch aus einer größeren Anzahl von Ferritblättern mit verschiedenen Mustern aus leitendem Material an den verschiedenen Zwischenflächen der Blätter hergestellt werden.

Die obigen Ausführungen bezüglich der Herstellung einer Platte aus magnetisierbarem Material mit einem eingebetteten Leitermuster gelten entsprechend, wenn das eingebettete Muster aus einem nichtleitenden sowie nichtmagnetisierbaren Material bestehen soll. In diesem Falle wird die Aufschlämmung 14 aus der Binderlösung und Teilchen aus dem gewünschten Material hergestellt. Für die Herstellung der Mischung sind Magnesiumoxyd und Zinnoxyd in Pulverform geeignete nichtmagnetisierbare keramische Werkstoffe. Wenn der Ferrit mit einem eingebetteten Muster aus nichtmagnetisierbarem Keramikpulver geglüht wird, sintert der Ferrit und schwindet, während gleichzeitig das von den Keramikteilchen eingenommene Volumen ebenfalls schwindet, da das Zuckerbindemittel ausgetrieben wird.

Das Endprodukt kann aus mehreren Schichten gebildet sein und an bestimmten Zwischenflächen der Ferritschichten Muster aus leitendem Werkstoff und an anderen Zwischenflächen Muster aus nichtmagnetisierbarer Keramik enthalten. Die Leitermuster können zur Fortleitung elektrischer Ströme beim Speichern und Abfragen einer magnetischen Speicheranordnung dienen, während die Muster aus nichtmagnetisierbarer Keramik zur Begrenzung magnetischer Flußwege vorgesehen sein können. Leitermuster können außerdem zur elektrostatischen Abschirmung und zur Begrenzung von Flußwegen Anwendung finden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Magnetelementmatrix, bei welchem dünne Blätter aus rohem Ferrit mit einem Leitermuster versehen, aufeinandergelegt und aus der so gebildeten Schichtstruktur durch Einwirkung von Hitze und Druck sowie anschließendes Sintern ein Ferritkörper mit eingebetteten Leitern und einer wenigstens annähernd rechteckigen Magnetisierungskennlinie gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufeinanderlegen der Ferritblätter auf eine Seite mindestens eines rohen Ferritblattes, welches in an sich bekannter Weise flache Vertiefungen zur Aufnahme von Leitern aufweist, eine Aufschlämmung von festen, unmagnetischen elektrisch leitenden Teilchen in einer kohlenstoffhaltigen Binderlösung aufgebracht wird, daß man die Aufschlämmung trocknen läßt, so daß leicht gebundene Teilchen auf der Oberfläche und in den Vertiefungen verbleiben, und daß die Teilchen dann von der Oberfläche abgebürstet werden, während die Vertiefungen mit Teilchen gefüllt bleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung Teilchen enthält, deren Teilchengröße zwischen etwa 0,5 und 5 μΐη liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Binderlösung verwendet wird, die 0,1 bis 2% eines Netzmittels und 2 bis 20% eines kohlenstoffhaltigen Bindemittels enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel verwendet wird, das etwa 99 % granulierten Zucker und 1 % Honig enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 948 998, 1016 304, 810, 1062 036;

französische Patentschrift Nr. 1175 856;

Elektronische Rechenanlagen, 2. Jahrgang, 1960, H. 4, S. 183 bis 193;

Elektrotechnische Zeitschrift, Ausgabe B,

10. Jahrgang, 1958, H. 12, S. 461 bis 467;

Elektric, 1961, H. 2, S. 12 bis 15.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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