DE2850646C2 - Magnetblasenspeichermodul mit einer Vorrichtung zur Wärmeableitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetblasen-Speichermodul mit einer Vorrichtung zur Wärmeleitung.

Die Patentliteratur enthält zahlreiche Beispiele für verschiedenartige Konfigurationen von Magnetblasenspeicher-Chipmaterialien und die Anordnung des eigentlichen Speichers. Bisher finden sich jedoch in der Literatur wenige Hinweise auf Entwicklungen der sehr wesentlichen Packungs- oder Kapselungs- und Montageverfahren für solche Speicher. Bisher arbeiteten Magnetblasenspeicher mit vergleichsweise niedrigen Speicherdichten und bei vergleichweise niedrigen w> Frequenzen. Im Zuge der Weiterentwicklung von Magnetblasenspeichern werden jedoch Packungs- oder Kapselungstechniken für den Einsatz von mit höherer Dichte und höherer Frequenz arbeitenden Vorrichtungen außerhalb einer Laboratoriumsumgebung erforder- *>5 lieh.

Diese Packungsvorrichtungen müssen verschiedene, vergleichsweise komplexe Funktionen erfüllen. Eine Kapsel oder Packung für einen Magnetblasenspeicher muß für den Betrieb des Speichers erforderliche, innerhalb der Packung erzeugte magnetische und elektrische Felder einschließen und gleichzeitig den Magnetblasenspeicher vor äußeren magnetischen und elektrischen Feldern schützen. Der Magnetblasenspeicher erzeugt eine gewisse Wärmemenge, die an die Umgebung abgegeben werden muß während der Speicher selbst gleichzeitig auf einer gleichbleibenden Temperatur gehalten wird. Schließlich muß die Pakkungsvorrichtung gleichmäßige Magnetfelder in dem Raum, in welchem der Speicher arbeitet, sowie eine gleichmäßige Wärmezerstreuung gewährleisten. Diese Anforderungen an die Packungsvorrichtung verschärfen sich noch mit der Entwicklung von Speichern mit größeren Speicherdichten und höheren Frequenzen.

Die US-PS 38 48 209 offenbart eine Anordnung zur Halterung der Feldspulen für einen Magnetblasenspeicher. Obgleich diese US-PS die vorliegende "Erfindung nicht eigentlich trifft, ist sie als Schritt in der Entwicklung von Magnetblasenspeichern interessant. Die US-PS J9 9b 574 zeigt eine Packungsanordnung für einen Magnetblasenspeicher, die im wesentlichen dem derzeitigen Stand der Technik bezüglich der Unterbringung von Magnetblasenspeichern entspricht. Offenbart ist darin jedoch eine Vorrichtung mit mehrere Windungen aufweisenden Feldspule?,, die für den Betrieb bei vergleichsweise niedriger Frequenz am besten geeignet sind. Bei der dargestellten Konstruktion sind die Spulenformen vollständig leitfähig. Dabei ist jedoch praktisch kein Wärmesenke- oder Kühlkörperbauteil zur Abfuhr des größten Teils der im Hochfrequenzbeirieb zu erwartenden Wärmemenge vorgesehen. Schon aufgrund der mangelhaften Wärmeableitung ist die Speicherdichte dieses Magnetblasenspeichers vergleichsweise niedrig, und der Speicher ist Systemen mit niedrigem Leistungsbedarf zugeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Verbesserung der bisherigen Konstruktionen durch Schaffung eines Magnetblasenspeichermodul:» mit gegenüber den bekannten Modulen verbesserten Wärmeableitungs- und Wärmeverteilungseigenschaften. Diese sind Vorbedingung für die Verwendung von Magcntblasenspeichern mit größeren Speicherdichten und höheren Arbeitsgeschwindigkeiten als bisher.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelost.

Der Kühlkörper ist in seinem Innenbereich mit einer Tasche zur Aufnahtte der Feldspulenanordnung versehen, die eine Chipträgeranordnung für den Magnetblasenspeicher enthält. Dieser Kühlkörper gewährleiste! eine gleichmäßige Wärmeableitung von der Feldspulenanordnung, und er verhindert das Entstehen von Wärmegefällen im Magnetblasenspeicher. Wenn der Kühlkörper aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist. stellt er eine wirksame Abschirmung für den an die Feldspule angelegten Hochfrequenz-Wechselstrom dar. während er gleichzeitig das gleichmäßige Vormagnetisierungsfeld von den Vorspannmagneten hindurchdringen läßt. Im Kühlkörper ist eine Führungsfläche vorgesehen, die einen stark wärmeleitenden Übertragungsweg von einer Kühlplatte, die auf die Feldspulenanordnung aufgesetzt ist, zum Kühlkörper hin bewirkt. Diese Kühlplatte kann aus einem elektrisch leitenden oder nicht-leitenden, aber wärmeleitenden Material bestehen. Wenn die Kühlplatte elektrisch leitend ist, muß sie gegenüber dem Kühlkörper isoliert werden. Kühlplatten sowohl aus Berylliumoxid als auch

aus verschiedenen Kunststoffen oder Keramikmaterialien wurden bereits verwendet. In der Oberseite der Kühlplatte ist eine Tasche zur Aufnahme einer flachen Permanentmagneteinheit ausgebildet, die aus einer Glättungsplatte und einem Magneten besteht. Die gesamte Packung wird zusammengebaut und in eine Magnetfeldabschirmung eingesetzt, die aus einem Material wie Permalioy bestehen kann. Die Anordnung ist so ausgebildet, daß sie ohne Beeinträchtigung der Packung selbst «.um Auswechseln der Feldspule oder der Speicherelemente zerlegt werden kann.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines zusammengesetzten Magnetblasenspeichermoduls gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine auseinandergezogene Darstellung des Moduls nach Fig. 1,

F i g. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, auseinandergezogene Darstellung des Moduls nach Fig.! und 2.

F i g. 4 eine Aufsicht auf einen Teil des Mcduls nach F i g. 3 und

F i g. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 1.

Das erfindungsgemäße Magnetblasenspeichermodul 10 besitzt eine den Außenteil bildende Magnetfeld-Abschirmung 12 in Form einer Hülse, die aus einem permeablen Material, etwa einem Metall wie Permalloy, bestehen und die einen Magnetflußweg für noch zu beschreibende Permanentmagnete bilden kann, welche das Vormagnetisierungsfeld für den Magnetblasenspeicher liefern. Außerdem schirmt die Abschirmung den Speicher zur Verhinderung einer Beeinträchtigung ihrer Arbeitsweise vor äußeren Feldern jeder Frequenz ab. Obgleich diese Abschirmung oder Hülse offene Enden besitzt, werden äußere Magnetfelder etwa um den Faktor 100 gedämpft. Das die Abschirmung bildende Metall kann beispielsweise eine Dicke von I mm besitzen.

Gemäß den F i g. 2 bis 4 stellt ein Kühlkörper 14 den von der Abschirmhülse 12 aufgenommenen Hauptbauteil dar. Der Kühlkörper 14 ist gegenüber sich nicht ändernden Magnetfeldern magnetisch durchlässig und aus einem praktisch nicht magnetisierbaren Material hergestellt. Beispiele für geeignete Werkstoffe sind Kupfer. Aluminium und Silber. Bei bereits gebauten Modulen gemäß der Erfindung wurden zufriedenstellend Aluminiumkörper verwendet. Der Kühlkörper 14 ist mit einer inneren njsnehmung bzw. Tasche 16 versehen, deren Boden 17 unter einem kleinen Winkel zur Waagerechten verläuft. Dieser Winkel kann bei etwa 3 — 4° liegen, so daß die noch zu beschreibende Magnetanordnung, wenn sie in den Kühlkörper eingesetzt ist. eint- für die zuverlässige Einleitung und Beendigung der Blasenausbreitung erforderliche geringfügige PlananiMgnetfeldkomponente gewährleistet. Der Kühlkörper selbst ist mithin so ausgebildet, daß der Magnetblasenspeicher und die Feldspuleneinheit ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Teile oder Justiervorgänge starr unter dem richtigen Neigungswinkel festgelegt sind. Eine innere Felspule 18 und eine im rechten Winkel dazu angeordnete äußere Feldspule 20 sind teilweise in die Tasche 16 einselzbar. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, bestehen die Feldspulen aus mehreren Drahtwindungen in einer cinlagigen Spule mit nahezu rechtwirik!^:gcn oder gleichmäßig 90° besitzenden Ecken. Die Feldspule 18 weist Zuleitungen 22 und 24 auf, die von der Tasche 16 aus über eine im Kühlkörpevmaterial vorgesehene Führung durch eine äußere Öffnung herausgeführt sind. Ebenso weist die Feldspule 20 Zuleitungen 26 und 28 auf, die über an der linken Seite des Kühlkörpermaterials vorgesehene Führungen nach außen geführt sind.

Wie in den Figuren angedeutet, ist im Inneren der

inneren Feldspule 18 eine Chipträgereinheit 30 gehaltert. die beispielsweise Mehrfach-Chips 32 aufweist.

Eine vorgesehene Konstruktion, auf welche die Erfindung anwendbar ist, umfaßt einen Doppel-Chip'räger mit vier Magnetblasenspeicherchips auf jedem Träger, so daß der Speicher insgesamt acht Magnetblasenspeicherchips enthält. Eine solche Vorrichtung könnte in einem Frequenzbereich von 400—500 kHz arbeiten.

Der Kühlkörper 14 ist mit einer Führung 34 zur Aufnahme einer magnetisch durchlässigen Kühlplatte 36 versehen.

Die Führung 34 ist mit Nuten 35a und 356 für die Zu- und Ableitungen der Spuleneinheit versehen. Beispielsweise verläuft die Leitung 26 über die Nu» 35a zur Spule 20, während die Leitung 28 in der Nut 35b zur Spule 20 verläuft.

Die Führung 34 besitzt eine ziemlich große Auflagefläche, die eine ausgezeichnete Wärmeableitbahn für die Kühlplatte 36 bildet, die ihrerseits beispielsweise aus Berylliumoxid bestehen, aber auch JO aus Keramik oder Kunststoff mit hohem Wärmeleitvermögen hergestellt sein kann. Berylliumo'Aid wird für besonders beanspruchenden Einsatz des erfindungsgemäßen Moduls bevorzugt, weil diese Substanz sehr gut wärmeleitend, gleichzeitig aber nicht elektrisch leitfähig ist. Hierdurch wird eine einwandfreie Wärmeableitung vom Chipträger und von der Feldspuleneinheit gewährleistet, während gleichzeitig die Entstehung einer elektrischen Stromstrecke unter Erzeugung von Streuoder Wirbelströmen verhindert wird, welche /u erhöhtem Stromverbrauch und erhöhter Wärmeableitung führen würden. Der offene Abschnitt des KüHkörpers 14 stellt somit eine Unterbrechung in einem Strompfad dar.der sich anderenfalls bilden würde und der zu einem Umlauf von elektrischen Strömen unter Erhöhung von Stromverbrauch und Wärmeableitung führen würde. Eine Kühlplatte aus Beryllii>moxid verringert außerdem aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit weitgehend etwaige Temperaturgefälle im Magnetblasenspeicher, wodurch dessen Arbeitsweise beeinträchtigt werden könnte. Es hat sich gezeigt, daß Magnetblasenspeicher gegenüber internen Temperaturänderungen höchst empfindlich sind. Darüber hinaus sollte der Magnetbalsenspeicher eine Vergleichs*ei;:: stabile Betriebstemperatur besitzen; die Einhaltung dieser Bedingung wird durch die hier vorgeschlagene Werkstoffkombination für Kühlkörper und Kühlplatte gewährleistet. Es ist darauf hinzuweisen, daß in der Praxis zufriedenstellende Module unter Verwendung einer Kunststoff- oder Keramik-Kühlplatte hergestellt worden sind, die einerseits eine für den vorgesehenen Einsatzzweck genügende Wärmeleitfähigkeit besitzt und andererseits eine Unterbrechung von Zirkulationsströmen im Kühlkörper gewährleistet, die aufgrund der Anlegung von Wechselstrom an die Feldspulen des *5 Magnetblasenspeichers im Kühlkörper auftreten können.

Die Kühlplatte 36 ist mit einem Niedcrhaltciinsatz 38 versehen, welcher die Feldspulcncinheit zur Gewährlei-

slung des Magneifeldgradienien für ilen Magnetblasenspeicher unter dem gewünschten Winkel in ihrer !!inbaulage hüll. Dieser Winkel entspricht selbstverständlich dem Neigungswinkel des Hodens 17 der Tusche lh im Kühlkörper.

Die Oberseite der Kühlplatte 36 weist eine Vertiefung b/w. Tusche 41 /iir Aufnahme einer Magneteinheit 42 auf. (I. h. einer für den Betrieb eines Magnetblasenspeichers erforderlichen Permanen I magnet-Vorspannannrdnung. Die Magneieinheit 42 ist mit einer Cilätlungsplatte 44 aus einem magnetisch durchlässigen Material verschen, welche /war die Gleichmäßigkeit des Magnetfelds erhöht, selbst aber nicht magnetisch ist. !!in geeigneter Werkstoff für diese Gliitlungsplaltc 44 ist ein f'erritmaicrial, wie Mangan-Zink-I'errit. F.in Magnet 46 besieht aus einem geeigneien magnetischen Material

/.111 1.1'1.1IC₁IIlIf klllV. 1 .ItHIM S.I III f Kl I HIIItIIWUtI im tltV stehenden Magnetfelds. Hierfür ist ein Fcrrilmalcrial. wie Hariumferrit geeignet.

Schließlich ist der Kühlkörper 14 an seiner Unterseite mit einer Vertiefung b/w. Tasche 48 zur Aufnahme einer der Magneteinheil 42 ähnlichen Magneteinheit 50 versehen, die ebenfalls aus einer Glüttungsplntic 52 und einem Magneten 54 besteht. Die beiden Teile jeder Msigneteinheit sich dabei miteinander verbunden b/w. verklebt. Die Magnete 42 und 54 sind so orientiert, daß sie sich gegenseitig anziehen.

Am Kühlkörper 14 ist eine Find- oder Abschlußplatte 60 montiert, die bei zusammengesetzter Packung an die Abschirmhülse 12 angepaßt ist und eine /weckmäßige Abdichtung gewährleistet. Das andere bzw. offene F.nclc ist in einen elektrischen Anschluß einsleckbar oder auf diesen aufsteckbar.

!■!in Vorteil der Verwendung von Bariumfcrriimagne-ICi) besteht darin, daß das von solchen Magneten erzeugte Magnetfeld auf Temperaturänderungcn ungefähr auf dieselbe Weise anspricht wie Magnetblasenspeicher-Chips, so daß die Speichervorrichtung verglcichsweise temfxraturuncmpfindlich ist.

Die Gläiitingsplaiie besteht aus einen) manchmal als Weichfcrril bezeichneten Werkstoff, doch kann sie auch aus einen) beliebigen anderen Material mit niedriger Koerzitivkraft und hoher Durchlässigkeit bzw. Permeabilität bestehen. Pur diesen Zweck stellt Permalkn wegen seines günstigen Preises und seiner verbesserten

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Zur weitgehenden Verringerung von Hysterese und Wirbelstromverluste!! bei hohen Frequenzen hat es sich jedoch, im) einen optimalen Betrieb des Magnetblasenspeichers zu erreichen, als notwendig erwiesen, elektrisch nichtleitende Wcichferrite, wie Mangan-Zink-Ferrit, zu verwenden. Wegen der vergleichsweise niedrigeren Wärmeleitfähigkeit und Wärmceigenschaften der für optimalen Betrieb des Magnetblasenspeichers ·. i'rwendcten Magnetclemcnte wird mithin ein größerer Wert auf die Wärmeleitfähigkeit und die (hermischen lügenschaften des Kühlkörpers gelegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Magnetblasenspeichermodul mit einer Vorrichtung zur Wärmeableitung, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (14> mit einer Tasche (16) zur Aufnahme einer Feldspuleneinheit (18, 20) auf einer Innenfläche (17) derselben in einer zur Tasche geneigten Lage, mit einer in ihm ausgebildeten Führung (34) und mit einer in der Außenfläche vorgesehenen Tasche (48) zur Aufnahme einer Magneteinheit (50), und durch eine herausnehmbar in die Führung des Kühlkörpers (14) einsetzbare Kühlplatte (36), die an ihrer Innenfläche einen Niederhalteansatz (38) zur Arretierung der Feldspuleneinheit und in ihrer Außenfläche eine Tasche (41) zur Aufnahme einer Magneteinheit (42) aufweist

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (14) aus einem für ein konstantes Magnetfeld magnetisch durchlässigen Material besteht, das nicht magnetisierbar ist

3. Modal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (14) aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist.

4. Mndul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (36) aus einem für ein konstantes Magnetfeld magnetisch durchlässigen Material besteht, das nicht magnetisierbar ist

5. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (36) aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht. Jo

6. Modul nach den Ansprüchen 4 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (36) aus Berylliumoxid, KeraiTwk odei Kunststoff hergestellt ist.

7 Modul nach Anspruch 1. d Jurch gekensizeich- J5 net. daß die Magneteinheiten (42, 50) jeweils aus einem Bariumferritmagneten (46, 54), der mit einer Glättungsplatte (44, 52) aus Mangan-Zink-Ferrit verbunden bzw. verklebt ist. bestehen.

8. Modul nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. daß der Boden der Kühlkörpertasche (48) unter einem vorbestimmten Winkel geneigt ist. und daß der Niederhalteansatz (38) der Kühlplatte (36) unter demselben Winkel wie der Boden der Kühlkörpertasche (48) geneigt ist.