專利名稱：薄膜磁芯存儲(chǔ)器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)存儲(chǔ)及檢索數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位的磁存儲(chǔ)元件及其制造方法。
目前計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域最常用的大容量?jī)?chǔ)存裝置是磁盤機(jī)，在磁盤機(jī)中，數(shù)據(jù)是以磁的形式存儲(chǔ)于硬磁盤或軟磁盤上，并借助于安裝于可機(jī)械式移動(dòng)的衍架上之一個(gè)或多個(gè)電磁感應(yīng)傳感磁頭來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)與檢索數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)于同心的磁軌中可編址的區(qū)段中，區(qū)段地址經(jīng)由磁性記錄方式記錄于適當(dāng)之位置。由于磁盤機(jī)的電-機(jī)特性，因而造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索的速率受到相當(dāng)?shù)南拗啤１M管于此及所有機(jī)械系統(tǒng)都會(huì)存在的質(zhì)量與摩擦所造成的限制，磁盤機(jī)仍是今日實(shí)際運(yùn)用中最受歡迎的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。
在較高容量磁盤機(jī)發(fā)展使用之前，鐵氧體磁芯存儲(chǔ)矩陣在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中已被廣泛用于大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。鐵氧體磁芯存儲(chǔ)系統(tǒng)采用由各個(gè)鐵氧體磁芯構(gòu)成的多個(gè)平面，并采用各個(gè)地址設(shè)定及信號(hào)感應(yīng)導(dǎo)線借助于尋址門電路來(lái)選定單個(gè)特定之磁芯以進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入與讀出。它雖然在當(dāng)時(shí)具有效用，而且是超越旋轉(zhuǎn)磁鼓存儲(chǔ)系統(tǒng)的一項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，但是鐵氧體磁芯存儲(chǔ)系統(tǒng)仍然存在著某些缺點(diǎn)。首先，鐵氧體磁芯存儲(chǔ)系統(tǒng)在操作時(shí)消耗相當(dāng)大量的功率，這是由于鐵氧體磁芯磁化需要使用相當(dāng)大的驅(qū)動(dòng)電流以及轉(zhuǎn)換各磁芯內(nèi)之磁通需要相當(dāng)高的電壓。而且，由于每一磁芯之操作需要進(jìn)行磁通轉(zhuǎn)變，因此在使用中產(chǎn)生大量的磁滯熱。此外，相比于現(xiàn)今磁盤機(jī)，由于前述相當(dāng)大的驅(qū)動(dòng)電流和大電壓，因此鐵氧體磁芯存儲(chǔ)的存取速率相當(dāng)?shù)?。而且，由于單個(gè)鐵氧體磁芯的體積大小比將一位數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于磁盤所占用之空間要大得多，以至于與今日磁盤機(jī)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量相比，鐵氧體磁芯存儲(chǔ)系統(tǒng)之?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)量極為微小。由于這些缺點(diǎn)，除了在某些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用中由于鐵氧體磁芯之高可靠度遠(yuǎn)超過(guò)上述價(jià)格與操作限制的考慮而外，鐵氧體磁芯存儲(chǔ)早已被放棄。
已有許多嘗試針對(duì)鐵氧體磁芯存儲(chǔ)系統(tǒng)及磁盤機(jī)之缺點(diǎn)而進(jìn)行更為實(shí)用的存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中一項(xiàng)嘗試屬于薄膜存儲(chǔ)系統(tǒng)的領(lǐng)域，采用集成電路制作中之光刻技術(shù)將磁性材料薄膜制造成相互交叉的柵格圖形。在這種薄膜存儲(chǔ)矩陣?yán)铮畔⒃诟鱾€(gè)存儲(chǔ)元件位置內(nèi)的寫入與讀出是借助通過(guò)附著于或夾置于磁性柵格線之間的導(dǎo)電層所形成的不同的脈沖電流組合來(lái)完成。另外一種嘗試是采用集成電路中的光刻制作技術(shù)將磁阻材料形成交叉薄膜條帶，排列成柵格，并連同著與磁阻材料絕緣的、復(fù)蓋著的導(dǎo)電數(shù)據(jù)信號(hào)感應(yīng)線一起，以提供合適的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)矩陣。這種裝置之中，是將給定位置上的磁化狀態(tài)借助對(duì)通過(guò)感應(yīng)線之標(biāo)準(zhǔn)電流的測(cè)量來(lái)予以決定。雖然為了與磁盤機(jī)在積體與操作上競(jìng)爭(zhēng)而盡力進(jìn)行小型化研制，但這項(xiàng)嘗試并未達(dá)到成功。
本發(fā)明包括一種改進(jìn)的薄膜磁芯存儲(chǔ)元件與存儲(chǔ)系統(tǒng)，它不但排除了上述缺點(diǎn)并且提供了具有極高可靠性與極低耗電量特性的高密度存儲(chǔ)量的性能。
各單個(gè)薄膜磁芯元件包含被支持在合適的基片上的底層極體;與底層極體構(gòu)成封閉磁路的頂層極體，(這些極體是由導(dǎo)磁材料制作而成);多條通過(guò)封閉磁路內(nèi)部之導(dǎo)線;用于使導(dǎo)線互相絕緣，并使導(dǎo)線與極體、基片絕緣的裝置。導(dǎo)線分成兩組，即第一和第二對(duì)，而每對(duì)導(dǎo)線都是平行的，兩組導(dǎo)線之間所成的夾角相對(duì)。
各薄膜磁芯存儲(chǔ)單元的一個(gè)平面矩陣具有由各磁芯單元組成的預(yù)定圖形，導(dǎo)線包括成橫行的相互平行的Y線、成縱列的相互平行的X線、一條連續(xù)穿過(guò)每一磁芯而形成第一預(yù)定圖形的Z線及一條穿過(guò)每一磁芯而形成第二預(yù)定圖形的信號(hào)感應(yīng)線。Z線與X線相互平行;而Y線和信號(hào)感應(yīng)線相互平行并與X及Z線互成直角。多個(gè)焊接點(diǎn)沿著矩陣的周邊設(shè)置，而各導(dǎo)線按預(yù)定圖形連接到這些焊接點(diǎn)，以便由適當(dāng)?shù)耐獠康刂沸盘?hào)來(lái)對(duì)各個(gè)磁芯單元設(shè)定行列地址。
為促使輸出信號(hào)的電壓增高，應(yīng)用微型薄膜變壓器來(lái)放大在讀出一個(gè)磁芯單元時(shí)由信號(hào)感應(yīng)線所讀出之信號(hào)。這種薄膜變壓器包含底層極體;與底層極體形成封閉磁路的頂層極體(底層與頂層極體由導(dǎo)磁材料制成);一個(gè)位于底層極體與頂層極體之間的線圈;以及用以使線圈與極體絕緣的絕緣裝置。該線圈包括兩組互相絕緣之線圈元件，以及連接于每一線圈元件之一端的中央抽頭元件。線圈元件之另一端與中央抽頭元件形成可與外界信號(hào)連接的輸出和輸入結(jié)構(gòu)，而通常都將它們連到設(shè)置于薄膜變壓器之外側(cè)的焊接點(diǎn)上。封閉的磁路由底層極體與頂層極體藉其周邊與中央?yún)^(qū)域之接觸而形成。此變壓器可設(shè)置在與存儲(chǔ)矩陣相同之基片上，或獨(dú)立成為一個(gè)分立的元件。
薄膜磁芯存儲(chǔ)矩陣和薄膜變壓器兩者皆利用集成電路制造技術(shù)制成從而提供上述之構(gòu)造。每一個(gè)存儲(chǔ)元件之尺寸相當(dāng)小，以致存儲(chǔ)矩陣比現(xiàn)用的磁盤機(jī)與磁阻系統(tǒng)具有更高的位容量、更低的功率消耗和極短的訪問(wèn)時(shí)間。此外，由于各存儲(chǔ)磁芯單元采用封閉的磁路，因此薄膜磁芯存儲(chǔ)單元對(duì)于外來(lái)雜散磁場(chǎng)與交叉磁場(chǎng)之相互作用并不存在，同時(shí)磁芯單元能持續(xù)可靠地提供長(zhǎng)期不揮易失的位儲(chǔ)存。而且，存儲(chǔ)矩陣可經(jīng)由集成電路制作技術(shù)達(dá)到合乎經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)量，致使單個(gè)存儲(chǔ)矩陣的制造高效率低成本。
為了對(duì)本發(fā)明之特性與優(yōu)點(diǎn)有更完整之了解，將參照下列附圖作更詳盡之說(shuō)明。


圖1是依據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的理想的單個(gè)薄膜磁芯存儲(chǔ)元件的外觀圖;
圖2是圖1所示薄膜磁芯存儲(chǔ)元件之立體分解圖;
圖3是支持在基片上的理想化的薄膜磁芯矩陣的理想頂視圖;
圖4是三度空間的理想化的多層薄膜磁芯存儲(chǔ)系統(tǒng)的立體圖;
圖5是磁芯矩陣之讀/寫操作原理方框圖;
圖6是存儲(chǔ)矩陣磁芯單元隨機(jī)存取編址邏輯圖;
圖7是依據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的理想的薄膜變壓器的外觀圖;
圖8是圖7的薄膜變壓器的立體分解圖;
圖9是沿圖7的線9-9的剖面圖;
圖10是薄膜變壓器與單個(gè)存儲(chǔ)矩陣平面的信號(hào)感應(yīng)線耦合連接之放大展示圖。
圖1和圖2展示根據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的單個(gè)薄膜磁芯元件。如圖所示，標(biāo)號(hào)為2的一個(gè)磁芯元件被構(gòu)成于基片4上?；牟牧峡蛇x自玻璃、硅、三氧化二鋁、碳鈦氧化鋁(Al2O3TiC)合金或其類似之材料。基片4之厚度與尺寸可依特定制造規(guī)格而改變。舉例而言，作為某一種制造形式，厚度為15個(gè)千分之一英寸(mil)之量級(jí)，而長(zhǎng)度和寬度各為2英寸左右。
薄膜磁芯元件2包括一底層極體8和一頂層極體10，由合適的導(dǎo)磁材料制成(例如為鎳鐵合金或類似材料)。該兩個(gè)極體8、10形成一個(gè)封閉的磁芯結(jié)構(gòu)以包圍四條分開的導(dǎo)線12、14、16和18，并借助圖1中標(biāo)號(hào)19的絕緣材料予以相互絕緣隔離。絕緣層19包含數(shù)層絕緣材料而以下列方式依序沉積而形成復(fù)合絕緣層19。
導(dǎo)線12、14、16和18分別構(gòu)成信號(hào)感應(yīng)線、Y地址線、X地址線和Z地址線。為了設(shè)定在一個(gè)矩陣中的各個(gè)磁芯元件2的地址，并在此磁芯元件中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出與寫入，這些導(dǎo)線都是不可或缺的，并將詳述于后。
參見(jiàn)圖2，磁芯元件2的制造是利用通常的集成電路制造技術(shù)，由基片4的表面6向上層層依次地沉積、成形、刻蝕而成。各種薄膜沉積法皆可利用，例如濺鍍、涂覆、物理汽相沉積(PCD)化學(xué)氣相沉積(CVD)和離子噴鍍。制造磁芯元件2的第一步是沉積一個(gè)適當(dāng)?shù)慕^緣層例如二氧化硅、氧化鋁等于基片上，以建立一個(gè)不導(dǎo)電與非磁化的表面。緊接著底層極體膜片或膜帶8經(jīng)由薄膜沉積及公知的光掩模成形與刻蝕技術(shù)逐一而成。底層極體膜帶8以一種適當(dāng)之導(dǎo)磁材料(例如鎳鐵合金)沉積而成為佳，其預(yù)設(shè)厚度如0.1微米，而長(zhǎng)、寬各為500微英寸與200微英寸。接下來(lái)，將第一層絕緣層20經(jīng)由光致抗蝕劑涂蓋成膜，再由光掩模成形構(gòu)成絕緣層輪廓并將之硬化達(dá)到3微米量級(jí)的厚度，并于其中造成開窗20a和20b以便露出底層極體膜帶8的各部分，以便與頂層極體膜片或膜帶10的類似部分作最終的連接。第一絕緣層20可由二氧化硅、氧化鋁、光致抗蝕劑或其他類似的絕緣材料制成。當(dāng)?shù)谝粚咏^緣層20完成后，則由如銅、銀或金等導(dǎo)電材料沉積第一層基底層(未展示)，作為一良好的接合表面以供接續(xù)來(lái)而的導(dǎo)線12、14的涂覆的使用。這一層基底層的厚度約在200
，而信號(hào)感應(yīng)線12及Y線14則經(jīng)由光掩模成形、電鍍，阻光劑的去除與基底層的刻蝕清除而最終完成。信號(hào)感應(yīng)線12與Y線的形成是將如銅等類之導(dǎo)線材料涂覆于定形之基底層而成，此后第二層絕緣層32以相同于第一絕緣層20方法覆蓋其上。第二絕緣層32包括開窗32a與32b，它們與第一絕緣層20之開窗20a，20b為了相同目的而相對(duì)齊。接下來(lái)，第二基底層(未展示)被沉積而成，其后X線16及Z線18經(jīng)由與制造信號(hào)感應(yīng)線與Y線相同之方法而完成。再接下來(lái)，第三絕緣層42是經(jīng)由與第一及第二絕緣層20、32相同之制作程序而構(gòu)成，并具有開窗42a，42b。隨后經(jīng)過(guò)采用選擇的光掩模成形及蝕刻技術(shù)，而以導(dǎo)磁材料沉積成與底層極體膜帶8相符合的長(zhǎng)、寬尺寸及預(yù)定厚度(例如0.1微米)的頂層極體膜片或膜帶10。由于底層膜帶8與頂層膜帶10在兩邊端部形成直接的接合(經(jīng)由開窗20a，32a，42a;及20b，32b，42b)，這些元件構(gòu)成了封閉的磁性環(huán)路。在頂層極體膜帶10形成后，將一層保護(hù)層(未展示)沉積于其上以覆蓋元件2，此一保護(hù)層由適當(dāng)?shù)碾娊^緣材料如二氧化硅，氧化鋁或其類似物所構(gòu)成。
雖然以上是描述單個(gè)薄膜磁芯元件的制作，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)將大量元件同時(shí)制作，而構(gòu)成由各個(gè)磁芯元件組合而成的平面矩陣，如圖3所示。在制作這種矩陣時(shí)，各制作程序與步驟都已描述于上。在每一制作過(guò)程步驟里，大量磁芯元件的各部件同時(shí)被制作完成，而導(dǎo)線則如圖3所示是將每一個(gè)單獨(dú)磁芯元件互相連系的方式制作而成。具體地說(shuō)，信號(hào)感應(yīng)線12以蛇行的形式從可與外界相連接的焊接點(diǎn)22穿過(guò)每一個(gè)磁芯元件2而終止于另一個(gè)焊接點(diǎn)24。同樣的，Z線18亦是以蛇行方式在可以從外部接近的焊接點(diǎn)34與焊接點(diǎn)36之間穿過(guò)每一單獨(dú)的磁芯元件2。Y線14有數(shù)條線，對(duì)每一特定的Y線而言，導(dǎo)線皆貫穿與其對(duì)應(yīng)之磁芯元件2。更具體的來(lái)說(shuō)，最上一行的Y線14貫穿連接于最上一行之一對(duì)焊接點(diǎn)26，28之間;而最下一行之Y線14則貫穿連接于最下一行之一對(duì)焊接點(diǎn)26，28之間，如此等等。以類似的方式使X線16貫穿連接于其特定之一對(duì)焊接點(diǎn)38，40之間并穿過(guò)與其相對(duì)應(yīng)之磁芯元件2。所有的焊接點(diǎn)22，24，26，26，34，36，38，40均實(shí)際上被安置于各平面矩陣之周邊，以便于與其他平面矩陣或外部線路相連接。由圖4所示，多個(gè)平面矩陣的組合可由單一的基片4a，4b，4c，4d來(lái)形成，并具體地由基片層層相疊而成3度空間的矩陣，每一矩陣的相對(duì)應(yīng)之焊接點(diǎn)可經(jīng)由公共的電路連接導(dǎo)體41(如圖4所示)來(lái)連接焊接點(diǎn)40a，40b，40c和40d。以此方式，可使存儲(chǔ)容量增加，以供特殊應(yīng)用。
于圖3所示薄膜磁芯存儲(chǔ)矩陣中，采用了公知的符合電流技術(shù)將數(shù)據(jù)寫入特定的磁芯元件2，并將數(shù)據(jù)由特定磁芯元件2中讀出。例如，當(dāng)X，Y及Z線16、17及18上的電流都以同一方向流經(jīng)一個(gè)特定之磁芯元件2時(shí)，產(chǎn)生于由極體膜片8、10所形成的閉合磁路的磁通密度之方程式為B＝μ(iX+iY+iZ)通過(guò)對(duì)電流的控制使各電流具有相同之大小io，則流經(jīng)一個(gè)特定磁芯的最大電流則為3io。通過(guò)控制io之大小以及各磁芯之電磁參數(shù)，可設(shè)定為產(chǎn)生轉(zhuǎn)藉換原為反向磁化的磁芯的最小磁通所須之最小電流介于2io與3io之間，(例如2.5io)因此，僅當(dāng)有一個(gè)總電流相等于或大于2.5io時(shí)才可轉(zhuǎn)換原以相反方向磁化的磁芯的磁化方向。借助這個(gè)邊界條件，為了促使產(chǎn)生足夠的磁通以轉(zhuǎn)換先前已被反向磁化的磁芯，所有3個(gè)電流必須同時(shí)經(jīng)相同方向流經(jīng)該特定之磁芯。由于磁芯是由磁導(dǎo)材料所制成，并形成閉合的磁路，因此一旦被磁化，當(dāng)電流消失時(shí)其磁化仍舊存在。也因此磁芯之磁化特性是非易失性的。磁化方向的反轉(zhuǎn)可由3個(gè)電流之反向流過(guò)磁芯而實(shí)現(xiàn)。利用此種可轉(zhuǎn)換特性，可將磁芯的磁性狀態(tài)用來(lái)表示二進(jìn)位制中之0位與1位，并僅由三條導(dǎo)線穿過(guò)磁芯電流方向之控制來(lái)完成其轉(zhuǎn)換。
欲從一個(gè)特定之磁芯讀取數(shù)據(jù)，可采用相同的符合電流技術(shù)來(lái)完成。將三個(gè)電流(iX，iY和iZ)同時(shí)經(jīng)相同之方向輸入一個(gè)特定之磁芯，如同用以寫入一個(gè)0時(shí)那樣。若磁芯處于0狀態(tài)，則磁化方向無(wú)所變化。若磁芯處于1狀態(tài)，則磁芯的磁化方向?qū)⒃谌齻€(gè)電流同時(shí)流經(jīng)磁芯時(shí)作反向轉(zhuǎn)換。磁芯的磁化方向變換造成磁通量變化，然后依據(jù)法拉第感應(yīng)定律于信號(hào)感應(yīng)線12中產(chǎn)生電壓。此感應(yīng)電壓將經(jīng)由信號(hào)感應(yīng)線12傳至矩陣的輸出端(圖3中焊接點(diǎn)24)。
為了使1的讀取不具破壞性，采用了如圖5所示之反饋重寫技術(shù)。具體地說(shuō)，是將輸出信號(hào)反饋至磁芯存儲(chǔ)矩陣的數(shù)據(jù)輸入端，將數(shù)據(jù)重新寫入存儲(chǔ)矩陣中。
圖6顯示各磁芯元件可于X-Y平面編址的方式。如圖所示，多個(gè)地址門42直接地或經(jīng)由倒相器32接收地址信息，而地址門之輸出被用以啟動(dòng)每一條單獨(dú)的X線，同樣地，第二組地址門44驅(qū)動(dòng)Y線14。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，第3組地址門將被用于Z線的選擇，所有的地址門42，44及倒相器43，連同Z線地址門均可了組合于一個(gè)矩陣中，或者可按需要而單獨(dú)分開。
圖7至圖9顯示一個(gè)薄膜變壓器，此變壓器對(duì)于由矩陣中信號(hào)感應(yīng)線12所輸出信號(hào)的放大特別有用。如圖所示，此變壓器48利用前述有關(guān)存儲(chǔ)元件2制作時(shí)所使用的薄膜處理方法制成，以便提供薄膜變壓器元件48于基片56上，它可以是存儲(chǔ)元件矩陣所在的基片4或可為一個(gè)獨(dú)立的基片，視應(yīng)用而定。如圖7與8所示，此變壓器元件包括一個(gè)底層磁極體或膜帶60;在其邊緣及中央?yún)^(qū)域與底層膜帶接合的一個(gè)頂層磁極體或膜帶82;一對(duì)線圈元件66、68;一個(gè)導(dǎo)電中心抽頭元件76(它連接至第二焊接點(diǎn)52);連接至第三焊接點(diǎn)54的線圈68;以及多個(gè)絕緣墊片62、74、78和80)。
如圖9所示，頂層磁體膜帶82具有大致為圓柱形的、從中央向下延伸的部分84，它通過(guò)線圈元件66，68上的中央開口70，72和中央抽頭元件76上的中央開口77。中央部元件84終止于底端部85，與底層磁極膜帶60接觸，從而于其間形成一個(gè)封閉磁路。中央部元件84與線圈元件66、68及中央抽頭元件76形成電絕緣。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，變壓器48是利用類似于有關(guān)磁芯元件2的集成電路制造技術(shù)所構(gòu)成。具體地說(shuō)，先準(zhǔn)備好基片56，然后將底層極體經(jīng)過(guò)由導(dǎo)磁材料如鎳鐵合金沉積至預(yù)定厚度(例如3微米)，接著借助選擇的光掩模成形蝕刻而構(gòu)成底層極體。接下來(lái)，第一層絕緣層62經(jīng)過(guò)將如二氧化硅之類的材料沉積成薄膜，再經(jīng)過(guò)光掩模成形蝕刻而成。或者將光致抗蝕劑覆蓋于底層極極體60及基片56之上，接著以光掩模成形并將其作硬化烘烤(固化)處理。接著，使用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體材料，如銅、銀、金或類似的材料構(gòu)成第一組線圈66，其方法是先將一層基底層沉積成約200A之厚度，再將適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體材料沉積至大約為3微米之厚度，并進(jìn)行光掩模成形、烘烤及涂覆等過(guò)程。最后經(jīng)由光致抗蝕劑清除及基底層蝕刻的步驟而成。接下來(lái)完成第二層絕緣層74，之后完成中央抽頭76、絕緣層78、線圈68、絕緣層80和頂層極體82。在線圈66、68和中央抽頭元件76的形成過(guò)程中，開窗口70、72、和77被蝕刻而成，以便提供一個(gè)中央開孔從而容納頂層極體膜帶82的中間區(qū)域84。此外，開窗口構(gòu)成于絕緣層74、78之上，以促成中央抽頭元件76和線圈66、68內(nèi)端之間的歐姆接觸。在形成頂層極體82達(dá)大約0.1微米厚度之后，大約為20微米厚度的保護(hù)層如氧化鋁(未示出)被沉積于薄膜變壓器之上。利用光掩模成形及蝕刻將外部焊接點(diǎn)50、52及54暴露出來(lái)以供接線，至此階段，薄膜變壓器48已完成制造。
如上所述，變壓器48用于將信號(hào)感應(yīng)線12之信號(hào)進(jìn)行放大。更明確地說(shuō)，信號(hào)電壓電平經(jīng)由變壓器48予以升高。信號(hào)強(qiáng)度升高的大小取決于線圈66，68的圈數(shù)比。以中央抽頭元件76作為輸入端，線圈66的端部連接到焊接點(diǎn)50上作為公共端，并經(jīng)線圈68的端部連接到焊接點(diǎn)54上作為輸出端，信號(hào)輸入側(cè)的線圈圈數(shù)為N，也就是線圈66之圈數(shù)，而信號(hào)輸出側(cè)之線圈圈數(shù)則為線圈66和線圈68圈數(shù)之總和。這些數(shù)值可于特定應(yīng)用中經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)而決定。
薄膜變壓器48的制造可與薄膜磁芯元件2同時(shí)完成，以形成一個(gè)內(nèi)裝的或集成的信號(hào)放大器。另外，變壓器48可獨(dú)立地予以制造并附加到薄膜磁芯2，從而成為一附加信號(hào)放大器。此變壓器獨(dú)立于存儲(chǔ)磁芯元件2而用于供集成電路的信號(hào)電平放大。
圖10表示變壓器48和一個(gè)磁芯存儲(chǔ)矩陣的信號(hào)感應(yīng)線12之間的具體連接情況。如圖所示，感應(yīng)線焊接點(diǎn)22通過(guò)適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電通路90而連接到外部焊接點(diǎn)50，后者連接到變壓器48的最下面的線圈元件66的外部引線。另一個(gè)感應(yīng)線焊接點(diǎn)24通過(guò)導(dǎo)電通路52而連至最上面的線圈元件68的外部引線。最上面的線圈68的外部引線通過(guò)導(dǎo)電通路94而連至信號(hào)輸出端焊接點(diǎn)100。被放大后的信號(hào)在第一線圈元件66和第二線圈元件68的焊接點(diǎn)50和54的延伸焊接點(diǎn)98和100之間輸出。
在完成了薄膜磁芯存儲(chǔ)系統(tǒng)和薄膜變壓器48的集成制造過(guò)程后，將引出腳焊接到該薄膜系統(tǒng)的底部基片上的各外部焊接點(diǎn)上。然后將制成的組件封裝在塑料或陶瓷外殼內(nèi)，使引出腳外露，作成公知的集成封裝品的形式。
顯然，根據(jù)本發(fā)明制造的薄膜磁芯存儲(chǔ)矩陣具有超過(guò)公知的磁盤驅(qū)動(dòng)器的大容量存儲(chǔ)裝置、薄膜存儲(chǔ)矩陣以及磁阻性存儲(chǔ)元件矩陣的優(yōu)點(diǎn)。特別是，由于單個(gè)存儲(chǔ)單元的實(shí)際尺寸很小，存儲(chǔ)矩陣可作成比磁盤驅(qū)動(dòng)器的裝置有較大的存儲(chǔ)位容量。例如，估計(jì)可以構(gòu)造實(shí)際尺寸不超出2英寸乘2英寸的1兆位存儲(chǔ)矩陣。此外，根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)矩陣的存取時(shí)間在幾個(gè)毫微秒量級(jí)，這比今日一般的磁盤驅(qū)動(dòng)器的檢索時(shí)間要快3個(gè)數(shù)量級(jí)。而且，功率也顯著低于磁盤驅(qū)動(dòng)器和分立式磁芯存儲(chǔ)矩陣。而且，由于采用閉合的磁路，在薄膜存儲(chǔ)元件中出現(xiàn)的交叉場(chǎng)干擾問(wèn)題得到減輕，而且它的位存儲(chǔ)的的長(zhǎng)期不易失性是十分可靠的。此外，由于采用集成電路制造技術(shù)來(lái)制造矩陣，因此單個(gè)矩陣可以低成本而高產(chǎn)量地進(jìn)行生產(chǎn)。最后，由于使用薄膜變壓器，使得非常小尺寸的磁芯能得以應(yīng)用，因而功耗小，不必犧牲信號(hào)的完整性。
雖然上述內(nèi)容已提供了本發(fā)明的完整的優(yōu)選實(shí)施例，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)它們作出各種修改和變型。例如，根據(jù)具體的應(yīng)用情況可以選擇不同于上述有代表性尺寸的其他各種尺寸。此外，如果變壓器48具有由優(yōu)良的導(dǎo)體材料(如鎳-鐵合金)制成的導(dǎo)電條60和82，這兩個(gè)導(dǎo)電條或其中之一可用作中心抽頭連接，而中心抽頭元件76可以省去。而且，存儲(chǔ)矩陣可以不需垂直向地沉積而成一個(gè)垂直向的三維存儲(chǔ)器這完全可由電氣聯(lián)接而實(shí)現(xiàn)。因此，上述這些并不能限制住本發(fā)明，本發(fā)明僅受權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種薄膜磁存儲(chǔ)元件，其特征在于包括一個(gè)基片；一個(gè)由基片支持的底層極體；一個(gè)與所述底層極體共同形成閉合磁路的頂層極體，所述底層極體和頂層極體由導(dǎo)磁材料制成；多條穿過(guò)所述磁路內(nèi)部的導(dǎo)電引線；用于將所述各導(dǎo)電引線互相絕緣及使它們與所述底層極體和頂層極體絕緣的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜磁存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述多條導(dǎo)電引線包括第一對(duì)基本上互相平行的引線和第二對(duì)互相平行的引線。
3.如權(quán)利要求2所述的薄膜磁存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述第一對(duì)引線與第二對(duì)引線成一個(gè)角度而設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜磁存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述基片是不導(dǎo)磁的。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜磁存儲(chǔ)元件，其特征在于，還包括一層在所述存儲(chǔ)元件上面形成的絕緣層。
6.一種磁存儲(chǔ)矩陣，其特征在于，包括一個(gè)基片;設(shè)置在所述基片上形成一個(gè)矩陣的多個(gè)薄膜磁存儲(chǔ)磁芯，每一個(gè)所述薄膜存儲(chǔ)磁芯包括一個(gè)支持在所述基片上的底層極體和一個(gè)與所述底層極體一起形成閉合磁路的頂層極體，所述底層極體和頂層極體由導(dǎo)磁材料制成;穿過(guò)各所述磁芯的第一導(dǎo)電引線;穿過(guò)各所述磁芯的第二導(dǎo)電引線;第一多條導(dǎo)電引線;每一條所述第一多條導(dǎo)電引線穿過(guò)與該條引線相關(guān)的多個(gè)磁芯從而確定磁芯矩陣的一排，所述第一多條導(dǎo)電引線和相關(guān)的磁芯共同地確定相應(yīng)的多排磁芯矩陣;第二多條導(dǎo)電引線，每一條所述第二多條導(dǎo)電引線穿過(guò)與該條引線相關(guān)的多個(gè)磁芯從而確定磁芯矩陣的一列，所述第二多條導(dǎo)電引線和相關(guān)的磁芯共同地確定相應(yīng)的多列磁芯矩陣;和用于使所述引線互相絕緣并與所述磁芯絕緣的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的磁存儲(chǔ)矩陣，其特征在于，所述第一多條引線是互相平行的，所述第二多條引線也是互相平行的，并且與所述第一多條引線按一定的角度而設(shè)置。
8.如權(quán)利要求7所述的磁存儲(chǔ)矩陣，其特征在于，所述第一引線基本上平行所述第一多條引線，所述第二引線基本上平行所述第二多條引線。
9.如權(quán)利要求6所述的磁存儲(chǔ)矩陣，其特征在于，還包括承載在所述基片上的多個(gè)焊接點(diǎn)，其中每一條所述引線具有連至一個(gè)所述焊接點(diǎn)的第一端和連至另一個(gè)焊接點(diǎn)的第二端。
10.如權(quán)利要求6所述的磁存儲(chǔ)矩陣，其特征在于，所述磁存儲(chǔ)矩陣互相連接起來(lái)從而形成一個(gè)三維矩陣。
11.如權(quán)利要求6所述的磁存儲(chǔ)矩陣，其特征在于，還包括覆蓋住所述矩陣的一層絕緣層。
12.一種微型薄膜變壓器，其特征在于包括一個(gè)底層極體;一個(gè)與所述底層極體一起形成閉合磁路的頂層極體，所述底層極體和頂層極體由導(dǎo)磁材料制成;設(shè)置在所述頂層極體和底層極體之間的互相間隔開的第一和第二線圈，所述第一和第二線圈具有一個(gè)可從外部接近的端部;用于將所述線圈與所述極體絕緣的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的薄膜變壓器，其特征在于，所述極體在它們相對(duì)的端部和中部互相連接。
14.如權(quán)利要求13所述的薄膜變壓器，其特征在于，所述極體通過(guò)將其中一個(gè)所述極體中的設(shè)置在其中部的一部分延伸到另一個(gè)所述極體，從而實(shí)現(xiàn)它們的互相連接。
15.如權(quán)利要求12所述的薄膜變壓器，其特征在于，所述底層極體具有第一端部和第二端部，以及在它們之間延伸的中間本體部分;所述頂層極體具有第一端部和第二端部，以及在它們之間延伸的中間本體部分，所述中間本體部并且設(shè)置在所述底層極體的中間本體部分之上，從而提供容納所述線圈的一個(gè)內(nèi)部空間，所述底層極體的第一和第二端部分別與所述頂層極體的第一和第二端部相連接。
16.如權(quán)利要求15所述的薄膜變壓器，其特征在于，所述頂層極體的內(nèi)部本體部分具有一個(gè)延伸到所述底層極體的中間本體部分的向下懸垂的中間部分。
17.如權(quán)利要求16所述的薄膜變壓器，其特征在于，所述第一和第二線圈的每一個(gè)都設(shè)置在所述頂層極體的中間部分上互相間隔開的位置。
18.一種磁存儲(chǔ)矩陣和一個(gè)微型薄膜變壓器的組合裝置，其特征在于，所述磁存儲(chǔ)矩陣包括一個(gè)基片;設(shè)置在所述基片上形成一個(gè)矩陣的多個(gè)薄膜磁存儲(chǔ)磁芯，每個(gè)所述薄膜磁存儲(chǔ)磁芯包括支持在所述基片上的一個(gè)底層極體和一個(gè)與所述底層極體一起形成閉合磁路的頂層極體，所述底層極體和頂層極體由導(dǎo)磁材料制成;穿過(guò)每個(gè)所述磁存儲(chǔ)磁芯的第一導(dǎo)電引線;穿過(guò)每個(gè)所述磁存儲(chǔ)磁芯的第二導(dǎo)電引線;第一多條導(dǎo)電引線，其中每一條所述引線穿過(guò)與該條引線相關(guān)的多個(gè)磁芯從而確定磁芯矩陣的一排，所述第一多條引線與所述相關(guān)的磁芯共同確定相應(yīng)的多排磁芯矩陣;第二多條導(dǎo)電引線，其中每一條所述引線穿過(guò)與該引線相關(guān)的多個(gè)磁芯從而確定一個(gè)磁芯矩陣，所述第二多條引線和所述相關(guān)的磁芯共同確定相應(yīng)的多列磁芯矩陣;和用來(lái)將所述引線互相絕緣以及與所述磁芯相絕緣的裝置;和所述微型微膜變壓器包括一個(gè)底層極體;一個(gè)與所述底層極體一起形成閉合磁路的頂層極體，所述底層和頂層極體由導(dǎo)磁材料制成;和設(shè)置在所述頂層和底層極體之間并且互相間隔開的第一和第二線圈，每個(gè)所述線圈具有一個(gè)外部可接近的端部，其中一個(gè)線圈導(dǎo)電地連接到所述第一導(dǎo)電引線上。
19.如權(quán)利要求18所述的組合裝置，其特征在于，所述第一多條引線互相平行，所述第二多條引線也互相平行，并且與所述第一多條引線按一定角度而設(shè)置。
20.如權(quán)利要求19所述的組合裝置，其特征在于，所述第一引線基本上平行所述第一多條引線，并且所述第二引線也基本上平行所述第二多條導(dǎo)線。
21.如權(quán)利要求18所述的組合裝置，其特征在于還包括承載在所述基片上的多個(gè)焊接點(diǎn)，并且其中每一條所述引線具有連接到所述焊接點(diǎn)之一的第一端和連接到另一個(gè)所述焊接點(diǎn)的第二端。
22.如權(quán)利要求11所述的組合裝置，其特征在于，其中多個(gè)所述磁存儲(chǔ)矩陣之間互相連接起來(lái)從而形成一個(gè)三維矩陣。
23.如權(quán)利要求18所述的組合裝置，其特征在于還包括一層覆蓋所述矩陣的絕緣層。
24.如權(quán)利要求18所述的組合裝置，其特征在于所述變壓器的極體在它們的相對(duì)端和中間互相連接。
25.如權(quán)利要求24所述的組合裝置，其特征在于，所述變壓器的極體通過(guò)將所述其中一個(gè)所述極體中的設(shè)置在其中部的一部分延伸到另一個(gè)所述極體，從而實(shí)現(xiàn)它們的互相連接。
26.如權(quán)利要求18所述的組合裝置，其特征在于，所述變壓器的底層極片具有第一端部和第二端部、以及在它們之間延伸的一個(gè)中間本體部分;所述變壓器的頂層極體具有第一端部和第二端部、以及在它們之間延伸的一個(gè)中間本體部分，并且該中間本體部分設(shè)置在所述變壓器的底層極片的中間本體部分之上，從而提供容納所述線圈的一個(gè)內(nèi)部空間，所述變壓器的底層極體的第一和第二端部分別與所述變壓器的頂層極體的第一和第二端部相連接。
27.如權(quán)利要求26所述的組合裝置，其特征在于，所述變壓器的頂層極體的內(nèi)部本體部分具有一個(gè)延伸到所述變壓器的底層極體的中間本體部分的向下懸垂的中間部分。
28.如權(quán)利要求27所述的組合裝置，其特征在于，所述第一和第二線圈設(shè)置在所述變壓器的頂層極體的中間部分的互相間隔開的位置。
29.一種制造薄膜磁芯存儲(chǔ)元件的方法，其特征在于包括以下步驟(a)設(shè)置一個(gè)基片;(b)在所述基片上形成一個(gè)由導(dǎo)磁材料制成的底層極體;(c)在所述底層極體上面形成多條與該底層極體絕緣的導(dǎo)電引線;和(d)在所述多條導(dǎo)電引線上面形成與所述引線相絕緣的一個(gè)頂層極體，該頂層極體的各部分與所述底層極體的相應(yīng)部分磁耦合，從而形成環(huán)繞所述導(dǎo)電引線的閉合磁路。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)還包括以下步驟(ⅰ)在所述底層極體上形成第一絕緣層;(ⅱ)在所述第一絕緣層上形成第一對(duì)導(dǎo)電引線;(ⅲ)在所述第一對(duì)導(dǎo)電引線上形成第二絕緣層;(ⅳ)在所述第二絕緣層上面形成第二對(duì)導(dǎo)電引線;(ⅴ)在所述第二對(duì)導(dǎo)電引線上面形成第三絕緣層。
31.如權(quán)利要求29所述方法，其特征在于，所述步驟(d)包括透過(guò)所述絕緣層暴露出所述底層極體的各預(yù)定部分;在所述第三絕緣層上面沉積導(dǎo)磁材料，從而使該導(dǎo)磁材料接觸所述底層極體被露的部分并在底層極體的各暴露部分之間的所述第三絕緣層的頂部而延伸。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)還包括按互相平行的方式形成第一對(duì)引線，和按互相平行的方式形成第二對(duì)引線并將它們按與每對(duì)引線成一定的角度而進(jìn)行設(shè)置。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，步驟(d)還包括在被覆蓋元件的任何暴露的部分和頂層極體之上形成一個(gè)絕緣層。
34.一種具有多個(gè)薄膜磁芯存儲(chǔ)元件的磁存儲(chǔ)矩陣的制造方法，其特征在于包括以下步驟(a)提供一個(gè)基片;(b)在所述基片上形成多個(gè)單獨(dú)的底層極體;(c)在所述各單獨(dú)的底層極體上形成多條與該底層極體絕緣的導(dǎo)電引線，其中一些確定的引線穿過(guò)所述各單獨(dú)的底層極體從而形成多條互相平行的行矩陣線，其他的引線穿過(guò)所述各單獨(dú)的底層極體從而形成多條互相平行的列矩陣線，其中一條特定的引線穿過(guò)所有的所述各單獨(dú)的底層極體從而形成一條Z軸線，另一條特定的引線穿過(guò)所有的各單獨(dú)底層極體從而形成一條信號(hào)感應(yīng)線;(d)在所述各導(dǎo)電引線上面形成多個(gè)單獨(dú)的頂層極體，它們與所述各導(dǎo)電引線相絕緣，每個(gè)所述單獨(dú)的頂層極體的一些部分與相關(guān)的單獨(dú)的底層極體的相應(yīng)部分相耦合，從而形成環(huán)繞所述各導(dǎo)電引線的相應(yīng)的多條閉合磁路。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，其中步驟(c)還包括(ⅰ)在所述多個(gè)單獨(dú)的底層極體上面形成第一絕緣層;(ⅱ)在所述第一絕緣層上形成所述多條導(dǎo)電引線的第一分組;(ⅲ)在所述引線的第一分組上面形成第二絕緣層;(ⅳ)在所述第二絕緣層上形成所述多條導(dǎo)電引線的第二分組;(ⅴ)在所述引線的第二分組上面形成第三絕緣層。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，步驟(d)還包括透過(guò)所述絕緣層暴露出各所述單獨(dú)的底層極體的相應(yīng)部分，在所述第三絕緣層上沉積導(dǎo)磁材料從而使各所述單獨(dú)的頂層極體包括有與相關(guān)的底層極體的被暴露部分之間延伸的導(dǎo)磁材料。
37.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)還包括按互相對(duì)齊的形式形成所述的引線的第一分組，按互相對(duì)齊的形式形成所述引線的第二分組并按與所述引線第一分組成一定角度而進(jìn)行設(shè)置。
38.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，還包括形成多個(gè)焊接點(diǎn)以便以預(yù)定的方式連接各導(dǎo)電引線。
39.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于還包括用一種絕緣材料覆蓋所述矩陣的步驟。
40.一種微型薄膜變壓器的制造方法，其特征在于包括(a)提供一個(gè)基片;(b)形成一個(gè)由導(dǎo)磁材料制成的底層極體;(c)在所述底層極體上以互相間隔的方式形成一種線圈結(jié)構(gòu)，并且使它們與所述底層極體相絕緣;(d)在所述線圈結(jié)構(gòu)上面形成一個(gè)頂層極體，該頂層極體的一些部分與所述底層極體的相應(yīng)部分相耦合，從而形成具有一個(gè)被所述線圈結(jié)構(gòu)環(huán)繞的腿部的閉合磁路。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，步驟(c)還包括以下步驟(ⅰ)在所述底層極體上面形成第一絕緣層;(ⅱ)在所述第一絕緣層上面形成第一線圈;(ⅲ)在所述第一線圈上面形成第二絕緣層;(ⅳ)在所述第二絕緣層上面形成第二線圈;(ⅴ)在所述第二線圈上面形成第三絕緣層。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，在所述步驟(ⅳ)之前具有在所述第二絕緣層上面形成一個(gè)中心抽頭元件和在該中心抽頭元件上面形成第四絕緣層的步驟。
43.如權(quán)利要求40的方法，其特征在于，步驟(d)還包括以下步驟暴露出所述底層極體的相應(yīng)部分，在所述線圈結(jié)構(gòu)上沉積導(dǎo)磁材料從而使得所述頂層極體包括有與底層極體被暴露的相應(yīng)部分相接觸并在線圈結(jié)構(gòu)上底層極體各被暴露部分之間延伸的導(dǎo)磁材料。
44.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于還包括在所述基片上以預(yù)定的方式提供多個(gè)可從外部接近的焊接點(diǎn)以便連接所述線圈結(jié)構(gòu)。
45.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，還包括用一層絕緣層覆蓋所述薄膜變壓器的步驟。
全文摘要
薄膜磁芯存儲(chǔ)矩陣，具有大量設(shè)在基片上的各薄膜磁芯存儲(chǔ)元件和X、Y、Z和信號(hào)感應(yīng)線。這些線穿過(guò)各磁芯元件，連接在設(shè)于矩陣周圍的各焊接點(diǎn)之間。各磁芯元件包括形成閉合磁路的底層極體和頂層極體。信號(hào)感應(yīng)線耦合到用來(lái)放大各磁芯元件的讀出信號(hào)的微型薄膜變壓器。矩陣與變壓器互相獨(dú)立或者可互相組合成一個(gè)整體。若干矩陣可疊積形成一個(gè)三維存儲(chǔ)裝置。矩陣和變壓器都采用集成電路制造技術(shù)制造。
文檔編號(hào)H01F41/00GK1069595SQ9110581
公開日1993年3月3日 申請(qǐng)日期1991年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月15日
發(fā)明者林豐杰, 朱生勃 申請(qǐng)人:馬格涅斯公司