DE2923958C2

DE2923958C2 - Magnetblasenspeicher-Modul mit verbesserter Wärmeabstrahlung

Info

Publication number: DE2923958C2
Application number: DE2923958A
Authority: DE
Inventors: Ryo Hachioji Tokyo Imura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1982-12-09
Also published as: JPS5827909B2; GB2023362A; DE2923958A1; US4321690A; GB2023362B; JPS551606A; NL7904638A

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.

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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

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),

20

dadurch gekennzeichnet,