DE2923958C2 - Magnetblasenspeicher-Modul mit verbesserter Wärmeabstrahlung - Google Patents
Magnetblasenspeicher-Modul mit verbesserter WärmeabstrahlungInfo
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Description
(e) daß die Permanentmagnete (4) zwischen den Ferritplatten (5) und quer zu ihnen auf beiden
Seiten der Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung (20) angeordnet sind, und
(f) daß die wärmeleitfähige Masse die Form zweier die Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung (20)
in ihrem Neigungswinkel relativ zu den Ferritplatten (5) haltender fester Wärmeicit- jo
platten (6) hat.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitplatten (6) als Bornitrid-Formplatten
oder Silizium-Einkristallplatten ausge- J'> bildet sind.
3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Berührungsflächen
der Ferritplatten (5) und der Wärmeleitplatten (6) und/oder zwischen die Berührungsflächen der
äußeren Spule (3) und der Wärmeleitplatten (6) ein Bornitridpulver enthaltendes Schmiermittel eingebracht
ist.
4. Modul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel 50 bis 80 Gewichtsprozent
Bornitridpulver enthält.
50
Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetblasenspeicher-Modul der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art.
Ein solcher Magnetblasenspeicher-Modul ist aus ,IEEE Transactions on Magnetics«, Band Mag—13,
Nr. 5, September 1977, Seiten 1373 bis 1375 bekannt. Dort ist die Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung mit
dem darin angeordneten Magnetblasen-Chip in eine Kunststoffmasse eingegossen, an der auf zwei gegenüber
liegenden Flächen die Ferritplatten und die Permanentmagnete angebracht sind.
Um einen schnellen Betrieb des Magnetblasenspeichers zu ermöglichen, ist eine leistungsfähige Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung
erforderlich, die entsprechend viel Wärme erzeugt.
Das vollständige Eingießen der Generatoreinrichtung bei dem Modul nach dem Stand der Technik ist
hinsichtlich der Wärmeabfuhr sehr ungünstig. Dazu kommt, daß die Vergußmasse dort aus Kunststoff mit
geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. Die Anordnung der flachen Permanentmagnete an den A.ußenflächen
der Ferritplatten stellt dabei ein weiteres Hindernis für eine wirksame Wärmeabfuhr an die Umgebung statt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetblasenspeicher-Modul zu schaffen, bei dem eine
möglichst -ite Ableitung der von der Drehmagnetfeld-Generatorcmrichtung
erzeugten Wärme nach außen erreicht wird.
Bei der erfindungsgemäßen, im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Lösung dieser Aufgabe
wird einerseits die Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung bezüglich der Ferritplatten unter dem erforderlichen
Neigungswinkel lediglich durch zwei aus dem elektrisch isolierenden, aber gut wärmeleitfähigen
Material bestehende Wärmeleitplatten gehalten, so daß die übrigen Bereiche der Generatoreinrichtung frei von
einer Einbettung sind. Zum anderen sind die Permanentmagnete an von einer Berührung mit den Wärmeleitplatten
freien Stellen angekoppelt, so daß sie einer Wärmeabfuhr der über diese Wärmeleitplatten auf die
Ferritplatten übertragenen Wärme nicht im Wege stehen.
Auf diese Weise wird der im Innern des Moduls angeordnete Magnetblasen-Chip gut gekühlt, was
einerseits für einen Betrieb bei hoher Geschwindigkeit wichtig ist, andererseits einen Betrieb in einem größeren
Umgebungs-Temperaturbereich zuläßt.
Aus der US-PS 40 25 911 ist zwar ein Magentblasenspeicher-Modul
bekannt, bei dem ein Magnetblasen-Chip in einem Raum angeordnet ist, der von zwei
parallelen Ferritplatten und zwei zwischen diesen angeordneten und quer dazu verlaufenden Permanentmagneten
umschlossen ist Die Druckschrift läßt jedoch offen, ob und gegebenenfalls wie eine Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung
in diesem Raum anzuordnen wäre. Insbesondere befaßt sich die Druckschrift nicht mit der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe
einer möglichst guten Wärmeableitung von der Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung nach außen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magnetblasenspeicher-Moduls wird nachstehend
anhand der in der Figur gezeigten Schnittdarstellung näher erläutert.
Gemäß der Figur besteht eine Vormagnetisierungsfeld-Generatoreinrichtung
10 zur Aufrechterhaltung des Nenndurchmessers der Magnetblasen aus Permanentmagnetplatten
4, die in Abstand parallel zueinander angeordnet sind, sowie geradlinigen Ferrit-Magnetisierungsplatten
5, die über die Permanentmagnetplatten 4 magnetisch gekoppelt und ebenfalls in Abstand parallel
zueinander angeordnet sind. In dem von den Permanentmagnetplatten 4 und den linearen Ferritplatten 5
umschlossenen Raum besteht ein gleichmäßiges Vormagnetisierungsfeld.
Eine innere Spule 2 und eine äußere Spule 3 bilden eine Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung 20 für die
Fortpflanzung der Magnetblasen. Die beiden Spulen 2 und 3 sind so angeordnet, daß sie einander rechtwinklig
schneiden. Ein Drehmagnetfeld, das zur Ebene eines auf einem Substrat 1, beispielsweise einer Keramikplatte,
angeordneten (nicht gezeigten) Magnetblasen-Chips parallel verläuft, wird derart erzeugt, daß Sinusströme
mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90° durch die innere Spule 2 und die äußere Spule 3 geschickt
werden. Wie in der Figur gezeigt, ist die Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung 20 mit dem Substrat 1
innerhalb der Vormagnetisierungsfeld-Generatoreinrichtung
10 eingebaut Wie aus der Darstellung hervorgeht, ist die Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung
20 derart angeordnet, daß sie gegenüber den linearen Ferritplatten 5 der Vormagne;isierungsfeld-Generatoreinrichtung
10 unter einem festen Winkel schräg verläuft Infolgedessen steht auch das Substrat 1
unter dem festen Winkel schräg zu den linearen Ferritplatten 5. Diese Tatsache gibt an, daß der auf dem
Substrat 1 angeordnete Magnetblasen-Chip eine zur Ebene des Chips parallele und eine dazu senkrechte
Vormagnetisierungsfeld-Komponente aufweist
Die zur Ebene des Magnetblasen-Chips parallele Vormagnetisierungsfeld-Komponente wird gewähnlich
als »Haltemagneifeld« bezeichnet, dessen Funktion darin besteht, fehlerhaften Betrieb der Magnetblasen
beim Aus/Einschalten des Drehmagnetfeldes zu verhindern. Nach dem Ausschalten des Drehmagnetfeldes
wird dabei einem Ausbreitungsmuster ein (von dem Haltemagnetfeld erzeugter) örtlich begrenzer Magnetfeldgradient
fester Richtung aufgeprägt wodurch die einzelne Magnetblase stets in eine bestimmte Position
gezogen wird. Das Haltemagnetfeld ist im einzelnen in der US-Patentschrift 37 44 042 beschrieben.
Der oben genannte Neigungswinkel beträgt etwa 1,5°. Dieser Winkel wird durch die zwischen die linearen
Ferritplatten 5 und die äußere Wicklung 3 eingefügten Wärmeleitplatten 6 gehalten. Von Bedeutung ist das
Material der Wärmeleitplatten 6, deren Aufgabe nicht nur darin besteht, den Neigungswinkel zu halten, μ
sondern auch die von der Drehmagnetfeld-Generatorspulenanordnung 20 erzeugte Wärme weiterzuleben.
Die von der Anordnung 20 über die Wärmeleitplatten 6 an die linearen Ferritplatten 5 abgeführte Wärme wird
über eine (nicht gezeigte) magnetische Abschirmplatte aus beispielsweise Permalloy, die die Vormagnetisierungsfeld-Generatoreinrichtung
10 umgibt, auf einen an den linearen Ferritplatten 5 montierten (nicht gezeigten)
Kühlkörper übertragen.
Die charakteristischen Eigenschaften eines für die Wärmeleitplatten 6 geeigneten Materials bestehen
darin, daß die durch das umlaufende Magnetfeld hoher Frequenz induzierten Wirbelstromverluste gering sind
(d. h. der elektrische Widerstand hoch ist) und daß die Wärmeleitfähigkeit gut ist. Ferner soll das Material
möglichst gut bearbeitbar und billig sein. Als Materialien eignen sich dafür Halbleiter oder Isolatoren mit
einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,42 ]/ cm · sec/°C unc einem elektrischen Widerstand von
10-3bisl0-2 • cm. Konkret werden als Materialien, die diese
Bedingungen erfüllen, Bornitrid- und Silizium-Einkristall-Platten vorgesehen. Besonders geeignet ist ein
gesinterte Platte, die durch Wärme-Kompression von
Bornitrid hoher Reinheit erhalten wird.
Für die innere Spule 2 und die äußere Spule 3 wird jeweils ein Litzenleiter gewickelt, bei dem 28 beschichtete
Kupferdrähte mit einem Durchmesser von 0,06 mm miteinander verdrillt und danach mit Kunstharz
gehärtet werden. Für jede der Wärmeleitplatten 6 wird eine gesinterte Bornitridplatte zu einer Größe von
40 mm · 70 mm geschnitten, die unter einem Neigungswinkel von 1,5° in eine Keilform gebracht wird. Die
lineare Magnetisierungsplatte 5 besteht aus einer Ferritplatte.
Ein Magnetblasenspeicher-Modul mit diesem Aufbau wurde in einem Drehmagnetfeld von 300 KHz und
40 A/cm betrieben. Die von der inneren Spule 2 und der äußeren Spule 3 dabei erzeugte Gesamtwärmemenge
betrug etwa 15 W. Der Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche des auf dem Keramiksubstrat 1
angeordneten Magnetblasen-Chips und der Oberfläche der die Vormagnetisierungsfeld-Generatoreinrichtung
10 umgebenden magnetischen Abschirmplatte betrug etwa 12°C Im Gegensatz dazu wurde bei Verwendung
einer aus Epoxiharz geformten Platte anstelle der gesinterten Bornitridplatte eine Temperaturdifferenz
von etwa 210C gemessen. Dieses Versuchsergebnis
zeigt daß der mit der gesinterten Bornitridplatte erreichte Wärmeübertragungseffekt nahezu doppelt so
groß ist wie beim Einsatz von Kunstharz.
Wird eine Silizium-Einkristallplatle verwendet, so wird im wesentlichen das gleiche Ergebnis erzielt. Im
Vergleich zu der gesinterten Bornitridplatte weist die Silizium-Einkristallplatte jedoch gewisse Schwierigkeiten
hinsichtlich Preis und Bearbeitbarkeit auf.
Ein noch besserer Wärmeübertragungseffekt wird durch den im folgenden beschriebenen Aufbau der
Wärmeleitplatten erreicht
Die Wärmeleitplatten 6 haben flache Form. Die mit den Wärmeleitplatten 6 in Berührung stehenden
linearen Ferritplatten 5 sind ebenfalls flach oder eben. Die Berührungsflächen zwischen der Wärmeleitplatte 6
und der linearen Ferritplatte 5 bilden unvermeidbar einen leichten Luftabstand, sofern nicht die jeweiligen
Flächen beider Teile einer Präzisionsbearbeitung unterzogen worden sind. Der Abstand wirkt sich als
hoher Wärmewiderstand aus. Das gleiche Problem tritt an den Berührungsflächen zwischen der Wärmeleitplatte
6 und der äußeren Spule auf, deren Außenfläche mit Kunstharz gehärtet ist. Um die Wärmewiderstände an
dieses Berührungsflächen zu verringern, wird auf die Flächen ein Schmiermittel mit hoher thermischer
Leitfähigkeit aufgetragen. Dieses Schmiermittel enthält Bornitridpulver mit einem Teilchendurchmesser von
etwa 0,4 μιτι.
Ein Magnetblasenspeicher-Modul dieses Aufbaus wurde unter den oben beschriebenen Bedingungen
betrieben. Dabei ergab sich ein Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche des Magnetblasen-Chips und
der Oberfläche der magnetischen Abschirmplatte von etwa 10° C. Dies zeigt, daß die Wärmewiderstände der
Berührungsflächen durch Auftragen des wärmeleitenden Schmiermittels weiter verringert worden waren.
Das Schmiermittel wurde ferner experimentell untersucht. Dabei ergab sich eine optimale Zusammensetzung
bei einem Gehalt von 50 bis 80 Gewichtsprozent an Bornitridpulver. Die Gründe dafür liegen im
folgenden. Beträgt der Gehalt an Bornitrid weniger als 50 Gewichtsprozent, so wird das Schmiermittel infolge
der Wärme ungünstigerweise flüssig. Beträgt der Gehalt mehr als 80 Gewichtsprozent, so schwächt sich die
Backfähigkeit des Schmiermittels ab, was ebenfalls unerwünscht ist.
Das oben beschriebene Schmiermittel kann auch in dem Zwischenraum zwischen der inneren Spule 2 und
der äußeren Spule 3 eingesetzt werden. Auf diese Weise wird der Wärmewiderstand zwischen den beiden Spulen
herabgesetzt. Daher wird die von der inneren Spule 2 erzeugte Wärme über die äußere Spule 3 und die
Wärmeleitplatten 6 effektiv auf die linearen Ferritplatten " übertragen.
Wie oben ausgeführt, sind die beiden Spulen 2, 3 in Kunstharz eingeformt. Der Wärmeübergang läßt sich
daher weiter dadurch verbessern, daß dem Kunstharz Bornitridpulver zugesetzt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche:
1. Magnetblasenspeicher-Modul mit(a) parallelen und in Abstand voneinander angeordneten Ferritplatten (5) und Permanentmagneten (4),(b) einer aus einer inneren Spule (2) und einer äußeren Spule (3) bestehenden Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung (20), die in dem iu zwischen den Ferritplatten (5) liegenden Raum schräg zu diesen angeordnet ist,(c) einem in der Drehmagnetfeld-Generatoreinrichtung (20) angeordneten Magnetblasen-Chip (l),und(d) einer zwischen den Ferritplatten (5) und der äußeren Spule (3) angeordneten elektrisch isolierenden, aber gut wärmeleitfähigen Masse (6),20dadurch gekennzeichnet,
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