DE1035810B

DE1035810B - Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speichervorrichtung

Info

Publication number: DE1035810B
Application number: DEW19993A
Authority: DE
Inventors: Duncan Hutchings Looney; Robert Howell Meinken
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1955-12-22
Filing date: 1956-10-27
Publication date: 1958-08-07
Also published as: US2978683A; BE551882A; GB806964A; NL211617A; US2981932A; FR1158021A; CH338868A

Description

DEUTSCHES

In vielen heute gebräuchlichen, Nachrichten verarbeitenden Geräten, wie z. B. Rechenmaschinen, Fernsprechsystemen usw., haben magnetische Speicher eine wachsende Bedeutung erlangt. Diese Speicher bestehen häufig aus ferromagnetische!! Kernen mit einer im wesentlichen rechteckigen Hystereseschleife, die mit untereinander in Verbindung stehenden Wicklungen versehen sind. Stromimpulse in diesen Wicklungen haben zur Folge, daß die Kurve jeweils einen von zwei Magnetisierungszuständen annehmen.

Es ist z. B. bekannt, eine Mehrzahl solcher Magnetkerne in einer rechtwinkligen Anordnung anzuordnen, in welcher die Informationen nach einem binären Code gespeichert werden. In einem System dieser Art, wie es von Jay W. Forrester in einem Artikel mit dem Titel »Zifterninformationsspeicherung in drei Dimensionen unter Verwendung magnetischer Kerne« im »Journal of Applied Physics«, Januar 1951, auf den S. 44 bis 48 beschrieben wurde, sind magnetische Kerne in einer Anzahl von Spalten und Reihen angeordnet und bildten eine Matrix. Im allgemeinen wird eine Information in ausgewählten Kernen der Matrix entweder Element für Element oder Wort für Wort dadurch eingespeichert, daß die Magnetisierungsrichtung der ausgewählten Kerne entsprechend der einzuspeichernden Information geändert wird. Die Information wird dann dadurch entnommen, daß die ausgewählten Kerne in ihren ursprünglichen Magnetisierungszustand zurückgeführt werden.

Beim Herstellen solcher Anordnungen mit magnetischen Kernen ist es schwierig und teuer, die Lese- und Schreibwicklungen durch die Kerne hindurchzufädeln. Das Problem wird weiterhin durch die Tatsache kompliziert, daß im allgemeinen jeder Kern mindestens drei solcher mit dem Kern induktiv gekoppelter Wicklungen aufweist, nämlich eine Zeilenwicklung, eine Spaltenwicklung und einet Lesewicklung. In manchen Anwendungsgebieten ist das einzufädelnde Muster der Matrix sehr kompliziert und kann infolgedessen nicht für vorhandene, automatische Spulenwiekelmaschineh eingerichtet werden. In anderen Anwendungsgebieten, bei denen das Matrixmuster einfacher sein kann, erfordert die geringe Größe der magnetischen Kerne ein langsames und schwierig von Hand durchzuführendes Einfädeln der Windungen. Es sind daher bereits beträchtliche Anstrengungen gemacht worden, um die Herstellung von Matrizenspeichern dieser Art zu vereinfachen.

Bei Matrizen aus magnetischen Kernen:, die Toroidkerne aus einem bestimmten magnetischen. Material verwenden, hängt der zur Änderung des Magnetisierungszustandes eines Kernes erforderliche Strom teilweise vom Durchmesser der Öffnung oder Bohrung ab, durch die die Windungen! geführt werden. Daher Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speichervorrichtung

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt, Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 22. Dezember 1955

Duncan Hutchings Looney, Summit, N. J., und Robert Howell Meinken, North Plainfield, N.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

ist es bei Kernen dieser Art erwünscht, den Bohrungsdurchmesser so klein als möglich zu machen, um dadurch den zum Steuern des Kernes erforderlichen Strom zu verringern. Bisher war eine Verringerung der Abmessungen nicht nur durch die gleichzeitig wachsende Schwierigkeit beim. Einfädeln der Kerne mit kleinem Durchmesser begrenzt, sondern es war auch schwierig, solche kleineren. Kerne herzustellen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine magnetische Speichervorrichtung einfacher und billiger Konstruktion zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile weitgehend vermieden werden und nur geringe Steuerströme zum Betrieb erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer magnetischen Speicheranordnung die ferromagnetischen Kerne und die mit ihnen gekoppelten Wicklungen eine untrennbare Einheit bilden, bei der sich zwischen dem ferromagnetischen Material und den Wicklungen kein Luftspalt befindet. Dies wird dadurch erreicht, daß das ferromagnetische Material, wie z. B. bei der Herstellung von Drosselspulenkernen bekannt, unmittelbar auf die Wicklung aufgetragen wird. Gemäß der Erfindung werden zu diesem Zweck Perlen aus ferromagnetischem Ferrit auf die Wicklungen einer Speicheranordnung aufgebracht. Damit weicht das erfindungsgemäße Verfahren erheblich von der bisher bekannten Technik ab, bei der die Wicklungen, durch oder rund um eine Anzahl vorgefertigter magnetischer Kerne in jeder Anordnung angebracht wurden.

809 580/457

Die Ferritperlen werden nach den zur Herstellung gesinterter Ferritkerne üblichen Verfahren hergestellt, indem eine Mischung aus Eisenoxyd und mindestens einem weiteren Metalloxyd mit einem Bindemittel- und einem Fließmittelzusatz bei Temperaturen oberhalb 1000° C geglüht wird. Für das Verfahren gemäß der Erfindung sind dabei solche Ferrite auszuwählen, die eine weitgehend rechteckförmige Hystereseschleife aufweisen.

Im einzelnen wird die magnetische Speicheranordnung gemäß der Erfindung nach folgendem Verfahren hergestellt:

Zunächst wird eine Anzahl von elektrischen Leitern derart zueinander angeordnet, daß sie, ohne sich gegenseitig zu berühren, mindestens einen Kreuzungspunkt bilden; die Ausgangsoxyde eines ferromagnetischen Ferrits mit weitgehend rechteckförmiger Hystereseschleife werden gemischt, gemahlen und mit einem Bindemittel und einem Lösungsmittel zu einem Brei angerührt, von dem an jedem Kreuzungspunkt der elektrischen Leiter ein Tropfen so aufgebracht wird, daß alle Leiter von dem Brei umhüllt werden; anschließend wird die Leiteranordnung zur Bildung einer Ferritperle aus den an jedem Kreuzungspunkt befindlichen Breitropfen auf Temperaturen erhitzt, wie sie zur Herstellung von gesinterten Ferriten üblich sind.

Besonders vorteilhaft ist es, den an den Kreuzungspunkten zur Bildung der Ferritperlen aufzutragenden Brei dadurch herzustellen, daß entsprechend einem bei der Herstellung von Ferritkernen ebenfalls bekannten Verfahren die Oxyde zunächst vor dem Mischen mit dem Bindemittel und dem Lösungsmittel miteinander gemahlen werden, die so erhaltene Mischung anschließend bei relativ niedriger Temperatur gebrannt, erneut gemahlen und dann mit dem Bindemittel und dem Lösungsmittel versetzt wird.

Für den ersten Brand sind Temperaturen zwischen 450 und 500° C besonders gut geeignet.

Zur Ferritbildung wird die Gesamtanordnung vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1250 und 1450° C gebrannt. Die Brenndauer kann 30 Minuten oder auch mehr betragen.

Für die Herstellung der Ferritperlen wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung· von einem Brei ausgegangen, der aus etwa 13,1 Gewichtsprozent Magnesiumoxyd, 17,8 Gewichtsprozent Manganoxyd und 69,1 Gewichtsprozent Eisenoxyd mit einem Zusatz von Polyvinylacetat als Bindemittel und einer Mischung aus Amylazetat und Alkohol als Lösungsmittel besteht. Ferrite dieser Zusammensetzung sind an sich bekannt. Sie zeichnen sich durch eine Hystereseschleife aus, die der Rechteckform sehr weit angenähert ist. Diese Ferrite sind deshalb zur Herstellung der erfindungsgemäßen Speicheranordnung besonders gut geeignet. Es lassen sich jedoch auch — wie bereits erwähnt — andere für die Herstellung von ferromagnetischen Ferriten bekannte Oxydmischungen verwenden, die z.B. auch die Oxyde von Zink, Kupfer, Nickel und Aluminium einzeln oder zu mehreren enthalten.

Falls die die elektrischen Leiter umgebende Ferritschicht zur elektrischen Isolation der Leiter untereinander nicht ausreicht, empfiehlt es sich, die elektrischen Leiter an den Kreuzungspunkten vor dem Auftrag der ferritbildenden Masse durch Isolierstoffschichten gegeneinander zu isolieren.

Hierfür eignet sich z. B. eine Schicht, die aus einer kleinen, die Leiter umgebenden Menge von ZrO₂, Si O₂ oder Al₂ O₃ besteht. Bei Verwendung solcher zusätzlichen Isolierschichten wird die ferritbildende Schicht auf die Isolierstoffschicht aufgetragen und dann die Gesamtanordnung gebrannt.

An Hand der Zeichnungen soll die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Speicheranordnung näher beschrieben und erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines magnetischen Speichers, in dem die Ferritperlen in zueinander rechtwinkligen Spalten und Zeilen angeordnet sind,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der in der Anordnung nach Fig. 1 verwendeten magnetischen Perle,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die magnetische Perle nach Fig. 2 längs der Linie HI-III, jedoch mit einer die Leiter umgebenden Isolierstoffschicht.

In Fig. 1 ist eine zweidimensionale Anordnung von bistabilen, magnetischen Speicherperlen dargestellt. Die magnetischen Perlen sind in einer Anzahl von

ao Reihen und Spalten mit vier Perlen in jeder Reihe und vier Perlen in jeder Spalte zur Bildung einer 4 · 4-Speicheranordnung angeordnet. Durch jede Perle gehen drei Wicklungen, wobei eine Wicklung als eine oder mehr Windungen eines mit der magnetisehen Perle gekoppelten Leiters definiert ist. Auf Grund der im wesentlichen rechteckigen Hystereseschleife des für die Perle verwendeten ferromagnetischen Materials kann jede Perle einen von zwei bevorzugten Magnetisierungszuständen annehmen, wenn entsprechende Stromimpulse durch die Wicklungen hindurchgeschickt werden. Die Anordnung kann dann so betrieben werden, wie dies bei Speicherkernanordnungen bekannter Bauart üblich ist.

Hierzu weist die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform in an sich bekannter Weise eine Mehrzahl von Leitern in horizontaler Richtung 1, 2, 3 und 4 und in vertikaler Richtung 13, 14, 15 und 16 auf. Jede der horizontalen Wicklungen ist mit allen magnetischen Perlen einer Reihe hintereinander gekoppelt.

Beispielsweise ist die Wicklung 1 mit den magnetischen Perlen 5, 6, 7 und 8, die Wicklung 2 mit den magnetischen Perlen 9, 10, 11 und 12 usw. gekoppelt. Jeder der horizontalen Leiter ist mit einer Zeilensteuerschaltung 27 verbunden, die an ausgewählte Leiter die benötigten Steuerströme liefert. Die Steuerschaltung 27 kann irgendeine der bekannten Matrix-Eingangsschaltungen sein und kann als Steuerelemente Elektronenröhren, Halbleiter oder magnetische Elemente verwenden. Da die gemäß der Erfindung hergestellten Speicherkernanordnungen besonders geringe Steuerströme benötigen, werden bei Anordnungen dieser Art die beiden letztgenannten Steuerelemente bevorzugt verwendet.

Jeder der in Fig. 1 dargestellten vertikalen Leiter ist mit einer Anzahl magnetischer Perlen in einer Spalte gekoppelt. So ist beispielsweise der Leiter 13 mit den magnetischen Perlen 5, 9, 17 und 18, der Leiter 14 mit den magnetischen Perlen 6, 10, 19 und 20 usw. gekoppelt.

Ein dritter Leiter, die Wicklung 21, ist mit allen magnetischen Perlen der Speicheranordnung in Reihe geschaltet. Jeder der vertikalen Leiter ist mit einer Spaltensteuereinrichtung 28 verbunden, die die Steuerströme für ausgewählte Leiter liefert.

Die in Fig. 1 abgebildete Speicheranordnung stellt nur ein Beispiel dar; es lassen sich nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auch andere für Speicherzwecke od. dgl. bekannte Kernanordnungen herstellen, die aus elektrischen Leitern und mit diesen gekoppelten ferromagnetischen Kernen bestehen.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer magnetischen Perle der in Fig. 1 verwendeten Art. Diese Perle enthält eine Zeilenwicklung 23, eine Spaltenwicklung 24 und eine Lesewicklung 22. Man sieht aus der vergrößerten Ansicht in Fig. 2, daß die Perle und die gekoppelten Leiter eine Einheit bilden, und daß sich zwischen den Leitern und der Perle aus ferromagnetischem Material kein Luftraum befindet. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß die in Fig. 2 parallel zueinander dargestellten Drähte auch anders, beispielsweise mit Winkeln von 45 oder 90° zueinander angeordnet werden können. Außerdem ist es einleuchtend, daß die Perlen auch mit zwei oder vier und mehr Leitern versehen werden können.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine magnetische Perle, in der die elektrischen Leiter wie in Fig. 2 verlaufen. Diese Leiter 22, 23 und 24 sind hier von einem Isoliermaterial 25 umgeben, welches die Entstehung von Gleichstrompfaden zwischen den Leitern 22, 23 und 24 verhindert. Dieses Isoliermaterial kann vorzugsweise aus ZrO₂, SiO₂ oder Al₂O₃ bestehen. Um das Isoliermaterial und die Leiter herum ist die Perle 26 aus ferromagnetischem Ferrit angeordnet.

Die einzelnen Schritte des Verfahrens, nach dem die magnetische Speicheranordnung gemäß der Erfindung hergestellt wird, sind in der anschließenden Übersicht nochmals anschaulich zusammengestellt:

Mischen und Mahlen der Metalloxyde	Vorbereiten der Wicklungen der Speichermatrix


Brennen der Mischung bei ^: niedriger Temperatur	Isolieren der Wicklungen an den Kreuzungspunkten
Erneutes Mahlen

Versetzen der Oxyde mit Binde- und Lösungsmitteln	Anbringen eines Tropfens der Oxyd- oder Ferritmischung


	Brennen der Anordnung bei hohen Temperaturen zur Bildung von Ferrit-Perlen

Man erkennt an Hand der Übersicht, daß das Verfahren gemäß der Erfindung wesentlich von den bekannten Verfahren zur Herstellung von magnetischen Kernmatrizen für Speicheranordnungen abweicht. Während bei den bekannten Verfahren die Drähte um die magnetischen Kerne herumgewickelt werden, ist bei der erfindungsgemäß hergestellten Anordnung das Ferritmaterial um die Drähte herum angeordnet, so daß die außerordentlich hohen Kosten für das Verlegen der Drähte vermindert werden. Man erkennt außerdem, daß auch die Herstellung der Speicherkerneinheiten selbst beträchtlich einfacher und daher billiger ist als z. B. die Herstellung der für Speicheranordnungen üblichen Ringkerne.

Da zwischen dem magnetischen Material und den Wicklungen kein Luftraum auftritt, sind auch die Kernverluste und die zum Steuern und Betätigen der Matrix benötigten Ströme sehr gering. Es wurde festgestellt, daß Matrizen mit magnetischen Perlen dieser Art mit Erfolg durch Transistoren oder magnetische Kerne enthaltende Eingangsschalter gesteuert werden können.

6o

70

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speichervorrichtung, die aus mindestens einem mit mehreren elektrischen Leitern versehenen ferromagnetischen Kern aus einem Material besteht, das eine weitgehend rechteekförmige Hyste-

reseschleife aufweist, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung folgender Verfahrensschritte:

Eine Anzahl von elektrischen Leitern wird derart zueinander angeordnet, daß sie, ohne sich gegenseitig zu berühren, mindestens einen Kreuzungspunkt bilden;

die Ausgangsoxyde eines ferromagnetischen Ferrits mit weitgehend rechteckförmiger Hystereseschleife werden gemischt, gemahlen und mit einem Bindemittel und einem Lösungsmittel zu einem Brei angerührt, von dem an jedem Kreuzungspunkt der elektrischen Leiter ein Tropfen so aufgebracht wird, daß alle Leiter von dem Brei umhüllt werden;

anschließend wird die Leiteranordnung zur Bildung einer Ferritperle aus dem an jedem Kreuzungspunkt befindlichen Breitropfen auf Temperaturen erhitzt, wie sie zur Herstellung von gesinterten Ferriten üblich sind. ao

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Kreuzungspunkten der elektrischen Leiter zur Bildung der Ferritperlen aufzutragende Brei nach folgendem, zur Herstellung von Ferritkernen an sich bekannten Verfahren hergestellt wird:

Die Oxyde werden vor dem Mischen mit dem Bindemittel und dem Lösungsmittel miteinander gemahlen, anschließend wird die Mischung bei niedriger Temperatur gebrannt, erneut gemahlen und dann mit dem Bindemittel und dem Lösungsmittel versetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrige Brenntemperatur etwa zwischen 450 und 500° C liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Ferritperlen ein Brei verwendet wird, der aus etwa 13,1 Gewichtsprozent Magnesiumoxyd, 17,8 Gewichtsprozent Manganoxyd und 69,1 Gewichtsprozent Eisenoxyd mit einem Zusatz von Polyvinylazetat als Bindemittel und einer Mischung Amylazetat und Alkohol als Lösungsmittel besteht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter an den Kreuzungspunkten vor dem Auftrag der ferritbildenden Masse dadurch isoliert werden, daß eine kleine, die Leiter umgebende Menge ZrO₂, SiO₂ oder Al₂O₃ auf den Kreuzungspunkten angebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtanordnung bei einer Temperatur von etwa 1250 bis 1450⁰C gebrannt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 884 663;
schweizerische Patentschrift Nr. 260 717;
britische Patentschrift Nr. 737 284;
»Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149;
»Philips' Techn. Rundsch.«, Dez. 1946, S. 353 bis 360;

»Communication News«, Sept. 1950, S. 76 bis 90.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

@ 809 580/457 7.58