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毕业设计论文作者 宋正伟 摘要硬盘作为重要的存储工具，它的每一次技术的突破，都会带来硬盘发展的新时代。磁头的飞行技术使硬盘形成了稳定的读写系统。盘片磁密度的增加使得硬盘的容量一增再增。由原来的5M已经发展到最大容量为1T。容量上升后的硬盘的稳定性问题变的尤为重要。现在已经在开发的液态轴承，保证了低噪音和运行的稳定。磁头的小型化发展使磁头在盘片上飞行的高度更低。这样可以侦测到更弱的磁信号。使盘片的密度可以得到进一步的提升。每一次新技术的发展，都是硬盘生命新的开始。关键词： 硬盘 磁头 磁密度 耐震性 飞行技术24ABSTRACTHard disk storage as an important tool that every technological breakthrough will bring a new era of hard disk replacement. Flying head technology enables the hard disk read and write the formation of a stable system. The increase in the density of magnetic disc makes the hard drive to increase capacity by 1. 5M from the original has been developed to the maximum capacity for the 1T. Increased capacity of the hard drive after changing the stability problem is particularly important. Now in the development of liquid bearings, to ensure a low-noise and operating stability. Head of the development of a small disc on the head in the lower flying height. This can detect weaker magnetic signal. So that the density of the disc can be further improved. Every time the development of new technologies, are the hard disk to start a new life.Keywords: hard disk magnetic head , Magnetic density, Earthquake resistance , Flying Technology目录摘要iABSTRACTii目录iii1引言(或绪论)12. 基本原理12.1. 硬盘驱动器的构造12.1.1基台马达22.1.2 Disk 及Disk的固定装置32.1.3音圈马达42.1.4 Head Stack Assembly52.1.5其它部件63. 磁头上浮技术83.1 磁头飞行介绍83.2 磁头折片组合103.3 磁头的构造113.4 磁头设计的特点及飞行原理124 Disk上的数据配置154.1 碟片上区域的命名以及数据位置的表示方法154.2 记录密度的表示方法164.3技术革新对记录密度进化的影响185耐振动冲击性技术的提高245.1 为提高耐冲击性对HGA进行的改进255.2为提高耐冲击性对Spindle Motor进行的改进265.3 CSS方式及磁头退出盘片停置方式285.4 Latch Fitting296 Hard Disk Drive的未来31结论34致谢35参考文献361引言 硬盘驱动器，作为支持信息化社会的存储装置中心，正在被广泛的使用着。 只到目前为止，大都是作为电脑的周边装置使用的，人们预测在今后的日子里它还会被装入AV机器、车载机器等，作为存储其用途将会越发变得更为广泛。 1955年IBM公司推出的IBM-350RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) 是世界上最早的硬盘。它使用了50片直径为24英寸的碟片，其记录容量为5M byte。与现在的硬盘相比较，会感觉它的容量非常小的，但是作为当时的记录载体，它相当于6万页穿孔资料卡的数据。据说它可是当时较为注目的大容量。 读取数据的磁头仅有一个，它通过上下左右移动来完成50片碟片的全面扫描。装置高达近2米，与现在小型硬盘相比，它的先祖它可以说成是难以想象的大装置。磁头的浮上方式是使用喷口将压缩空气喷出的静压方式，使用磁头上浮于盘片上。 1963年IBM公司推出了被称为磁盘组的碟片交换型硬盘。一个磁盘组包含6片14英寸的碟片，其记录容量为2.69M byte。把碟片设计成交换型，由多家厂商发售磁盘组，从而成本降低。对于处理数据量的增加，只购买磁盘组就可以了是其显著的特点。 然而，由于装置特性的偏差，再次组装可能使灰尘颗粒出现硬盘体内，磁盘组间的互换稳定性问题难于解决。 1973年IBM公司推出了被称为温切斯特型的碟片固定型硬盘。所谓的温切斯特是IBM-340碟片装置的开发编号名。 把碟片由交换型设计成为固定型，避免了磁盘组互换形成稳定性问题。并且，由于是把磁头和碟片完全密闭起来，可以防止空气中尘埃的进入，明显的提高了其安全性。磁头的浮上方式是利用碟片上的空气流产生的压力的动压方式。 这些理论也适用于现在的硬盘，所以把它称为是现在硬盘的原型。随后，碟片的直径向14英寸、8英寸、5.25英寸等小型化发展。1983年推出了3.5英寸的硬盘，1988年又推出了2.5英寸的硬盘。除了上述以外，还推出了3.9英寸、1.3英寸等各种规格的硬盘，现在3.5英寸的硬盘约占生产数的80%主要供台式电脑和服务站使用，剩下的大都为2.5英寸的硬盘用于笔记本电脑等微型存储器。现在硬盘的基本原形温切斯特型硬盘 IBM-3340，记录密度是1.7M bpsi 。35年间记录密度也提高了2万倍。平均算来，其发展速度为年率40%以上。1983年最初的3.5英寸硬盘进入大量生产时期，其记录密度约为8M bpsi 。特别是近年来记录密度正以年率60%100%的速度发展着。 硬盘的设计应用了非常多的技术，比如磁记录工学、控制工学，信号处理技术，构造解析，空气流体解析，摩擦学等。以下将对硬盘的构造解析，磁密度加大和磁头上浮等技术进行浅析。2 硬盘驱动器的构造图2-1是硬盘的内部构造的重要部件。硬盘是由多种机构部分组成的。以下将对硬盘的各个的构成要素进行说明。图2-1硬盘主要部件2.1基台马达早期的2.5英寸硬盘，基台和马达是分开来的两个部品。但是随着近年来装置的薄型化要求两者变成一体了。基台马达和由顶盖密封起来的机构部叫做HDA（Head Disk Assembly），其内部要求务必保证高度的清洁。 基台基台除了锭子马达以外，HSA、音圈马达，Stopper等机构要素精密组装也是必要的。为此，一般情况下使用铝合金精密铸压件部品。为了防止尘埃进入HDA内，会对基台表面实施电解树脂涂装或无电解镍电镀，从而将材料露出控制在最小范围内。 锭子马达就是能使碟片运转的马达。现在使用的是在固定侧配置线圈，在回转侧配置磁铁的直流无刷马达。其优点在于它不含极性转换用刷子机构、构造比较简单，故障出现也比较少。原来是按照霍尔感应器的回转数进行控制的，但近年来的东西都变成了利用在马达内产生的逆起电力来控制其运转的无感应马达。图2-2是锭子马达的构造。为了实现机构部的小型化和高密度实装，在支撑碟片的叫做轮盘的里侧装有线圈定子和磁铁的构造的马达叫定子马达。图2-2定子马达的外部结构 磁性流体密封和迷宫式密封为了保持HDA内部的清洁度，配置了分离轴承部分的磁性流体密封和迷宫式密封。磁性流体密封是在轴的周围装上磁铁，并在空隙部分注入分散了铁粉的化成油，分离空间。迷宫式密封是从构造上制造空气回流，从而形成流路抵抗。两者都有防止因马达运转而产生的润滑油飞散的效果。锭子马达，由于它要使碟片能够高速且高精密地回转，所以对它使用的轴承和润滑油要加以特别的考虑，同时也要考虑基台的机械性共振点和轴承马达振动频率的关系进行设计。2.2 磁片及磁片的固定装置通过磁性记录信息的部分，它是在铝或玻璃基板上形成磁性层的一种东西。与磁性磁头并驾、是构成硬盘的主要部分。对于磁片来讲它要具有通过高周波记录磁化反转的技术。另外为了有效地进行磁性记录，有必要使磁头浮在磁片上的高度要低。于是便使用了把碟片表面改善成尽可能平坦而光滑的技术。磁片的固定装置通过马达的轮盘和碟片的按压夹住碟片，并固定在马达上。如是固定多张碟的情况下，要在各张碟片间加上间隔圈来起到固定作用。为了避免因外部冲击而使碟片产生偏移，所以有必要将其固定。另外因为磁头上浮于碟片只有数十纳米，故要保证碟片没翻翘等变形。所以必须考虑保持轮盘的钢性、与磁盘接触面的形状及表面粗度的设计就有了更高的要求。2.3音圈马达对后述HSA产生动力的部分叫做音圈马达音圈马达由以下两个部分构成。如下图2-3（a）和图2-3（b）图2-3（a）线圈 图2-3（b）磁铁 音圈马达的线圈根据弗莱明左手法则、一旦在后述音圈马达磁铁产生的磁界中通上电流，就会产生驱动力。驱动力与导线里流的电流和横切磁界的导线数成比例。为使磁头高速的运动，在限定了电源电压的限制条件下、要求有较大的驱动力。为此，对于音圈马达线圈的绕制来说有必要用轻量且低阻抗的线材。原理如下图2-3（c） 图2-3（c）音圈马达动力图 音圈马达磁铁它是由产生运转推力磁界的磁铁和铁轭组成的。现在使用磁铁是体积小且能产生较大磁束密度的希土类磁铁。音圈马达线圈的横切磁束密度越大，用低消费电力就可以产生较大的推力。铁轭是用来防止磁束泄漏到不需要地方的部品。对进行磁性记录的硬盘来说它是较为重要的构成要素。2.4 磁头折片组合保持磁头并使其在碟片上所定的位置运转移动的装置就是磁头折片组合（HSA：Head Stack Assembly）。在轴承部磁头臂是层叠构造的。HSA构造如图2-4所示图2-4HSA构造在呈楔型的Block先端有固定了多个磁头构造的东西。由于来自外部的冲击会影响磁头定位的精度，所以使HSA的重心和运转中心一致变的非常重要。HSA基本的构成要素有：音圈马达 线圈、HGA、Bearing Unit、FPC。 Head Gimbal Assembly （HGA）它是由具有电磁变换素子的磁头和支撑其的常平架、悬臂，磁头臂构成的。间隔片是夹在磁头臂之间的，。对于磁头、为能给予稳定的力，同用于磁盘间的间隔片一样，要求平面性和表面粗度等。 Bearing Unit由两个轴承和套管构成。它与马达的轴承不同，虽不能高速运转，但在特定的微小角度范围可以限制摇动，因而这种轴承和润滑油的选定是必要。 FPC（Flexible Printed Circuit）是传送来自记录再生磁头信号和流入音圈马达 线圈的驱动电流的部分。因为用电磁变换素子处理的信号微弱，所以搭载了增辐前置放大器。由于它是一个需要反复弯曲的组件，所以对于线的材质要求它必须具有较高的可靠性，同时还要具有对磁头定位没有影响的柔软性。2.5其它部件 Stopper Gum控制HSA的运转范围，防止磁头接触内周侧的垫圈及Ramp在外周侧超限运转的橡胶材质的冲击缓冲部件。使HAS不会因某原因暴走而破坏磁头的冲击。另外，在装置停止的情况下因为HSA的接触状态持续，故要求它要具即使是在高温高湿的条件下长期放置也不会吸着的特性。最近开始采用树脂系材料。 Latch Fittings在碟片没有动作的时候，要使磁头停在特定的位置。为此，现在的碟片装置是由对于比较小的外部冲击而言利用磁铁吸引力的Magnet Latch Ramp Fittings它是一个在装置停止时使磁头上升抬起并从碟片面上退避的斜面组件。在对媒体高度尺寸精度要求的同时，还要求因与Head Tub的接触摩擦而产生的磨耗及发尘少的材料。有关Ramp组件随后再作说明。 Filter有维持HDA内部清洁度的循环过滤器和吸收同HDA外部气压差的呼吸过滤器。 循环过滤器安装于产生HDA内压力差的部位，用来收集HDA内产生的尘埃，防止因磁头和磁片间卷入灰尘而致磁头碰撞。 呼吸过滤器安装于基台和顶盖的呼吸孔上，以防止外部尘埃的进入。现在为了防止外部急激水分的进入，有装有氧化硅胶等吸水部件的呼吸过滤器，也有为防止含有有害化学成分气体进入的化学吸着过滤器。无论是哪一个组件，在磁头低浮上化的发展中都担当着对磁头和碟片的可靠性确保的重要角色。 顶盖和基台相组合，维持HDA内部的清洁度。同基台之间的间隙可以通过在不锈钢板上将橡胶整形而制成的垫片来填补。近来的封盖具备有降低装置动作噪音的功能。 电路板在高1.2mm程度的条件下将信号处理、马达驱动、碟片控制等实装于0.6mm厚的4层基板里，完成动作。图2-5是2.5英寸硬盘用印刷基板的外观图例。 图2-5印刷基板的外观IC功能电感组件规格小型化出现的同时，组件实装技术的进步也对印刷基板面积的减少及薄型化做出了巨大的贡献。另外，近来考虑到对环境的影响， 正在向不含锌基板、不含铅焊接等的使用方向发展。3. 磁头上浮技术在磁记录时，为了更高密度地记录而期待磁头和碟片尽可能地接近。软盘装置的情况下为了高密度记录磁头和碟片呈接触状态。然而碟片以更高速度运转的硬盘，由于空气膜的介入使磁头和碟片之间保有间隙，从而实现了在非接触状态下的高密度记录。3.1 磁头飞行技术介绍 磁头与碟片间的间隙在说明磁头上浮高度时，可把磁头比喻成巨型喷气机， 磁头浮上碟片数十nm的高度。磁头的长度是1mm，巨型喷气机全长约70m如果按此比例换算间隙的话，大约相当于巨型喷气机飞起地面1mm。非常的不可思议！ 比烟或病毒还要小的间隙听到飞起地面1mm的巨型喷气机，相对地可以想像出它是一个非常狭窄的间隙。但作为绝对值来说它到底是个怎样的狭窄程度呢？烟的粒子约为6微米，病毒更小约为0.2微米，可以想象出它的狭窄程度。不能有一点点儿的灰尘，这也是必须要使HDA内保持超清洁的理由。HDA的内部材料及制造车间的清洁度也实施非常严格地管理。 3.2 磁头折片组合为了能使磁头在数十纳米的间隙里浮起，起最重要作用的就是折片。在折片上装上磁头就成了磁头折片组合（HGA：Head Gimbal Assembly）。HGA如图3-2所示。 折片的构造折片是由叫做Load Beam和Gimbal的组件构成的。Load Beam就像是一个可以产生同磁头浮起力相互抗衡的一定力的弹簧一样的东西。通过在其根部进行高精度的弯曲加工来保持正负10%的负重精度恢复。 LimiterHeadTabLoad BeamGimbal图3-2Suspension的形状 Gimbal支撑磁头的，像弹簧一样的组件。磁头上下方向和面内外方向不变形。它一方面吸收因碟片的面偏及装配时产生的倾斜。 Tab，Limiter磁头退出盘片停置 方式所使用的Suspension在Load Beam的先端存在有方便Ramp上下的Tap。另外Load Beam还包含有叫做Limiter的部分，用它可以控制Gimbal和Load Beam之间的间隔，而且在Unload时具有使Slider返回的补助功能、还可以防止冲击增加时Gimbal的过大变形。3.3 磁头的构造同碟面保持数十纳米间隙的磁头，是个什么模样呢？把磁头和碟片接触的面叫做ABS（Air Bearing Surface）面。ABS的形状例图如图3-3 (a)所示。 用微小的凹凸控制压力ABS、它是通过巧妙地利用磁头离开碟片的正压和磁头吸附碟片的负压来实现高度浮起功能的。流入部衬垫（Pad）和流出部衬垫前方亚微细粒的段差面产生正压。中央位置形成的12微米的段差面产生负压。其压力分布图如图3-3 (b)所示。这样的压力解析技术在很早以前就开始不地进行改进了，随着近年来计算机的高速化运转，即便是复杂的ABS形状在短时间内也可以解析。 （a）ABS的形状图 （b）压力分布图 ABS的加工方法磁头（磁头）是由氧化铝、碳化钛陶瓷加工而成的。ABS是通过高速地离子激打来加工材料的离子蚀刻技术形成的。图2-10(a)是加工好了的两个深度不同的段差面。3.4 磁头设计的特点及飞行原理ABS的设计有以下几个特点。 从内周到外周要保持均一的浮起间隙ABS面产生的浮起力会对碟片的周速和周速矢量、Slider长手方向的角度带来影响。如图2-11(a)所示，在碟片的内周和中部、外周，周速矢量有较大的变化。然而，要求浮起间隙要基本一定不变。 发展磁头的缩小化到离子蚀刻技术还没有成熟的1990年上半年为止，磁头都是通过机械加工而成的。自从1975年IBM公司开发了低荷重型磁头以来的20年间， 一直占主流位置。但形状没有变化的磁头小型化（Downsizing）却在不断地发展。大型计算机的周边装置硬盘因经由非常严谨地处理，所以对于来自外部的振动、冲击所致的担心几乎没有了。另外，由于记录再生组件也是通过机械加工成形的，而且还有缠卷绕线所以很难做小。然而由于个人电脑也开始搭载硬盘，故记录再生组件变成了薄膜成形，磁头的缩小化也一并完成。把IBM-3370使用的磁头（迷你磁头）规格定为100%，将标凖的70%（micro slider）、50%（nano slider）、30%（picot slider）的小型化磁头标准化。还有关于20%（femto slider）的标准化作业也正在进行中，但尚未被实用。磁头缩小化的优点：（1） 薄膜磁头，从1块Head Wafer里可以做多个磁头（低成本）（2） 减少Actuator先端的质量，可以提高寻找的速度（3） 提高耐振动/冲击特性（4） 提高对碟片凹凸的追随性，从而可以减少浮起量的变动。 磁头上浮的原理有关上浮高度已经和巨型喷气飞机作了比较，但其上浮原理与飞机是完全不同的。飞机是通过对机翼上下面的形状下功夫，因产生扬力而起飞的。硬盘的磁头则是通过空气冲击产生上浮力的。如图3-4所示，一旦在移动方向渐渐变狭窄的楔状流路里压入空气，因空气冲击关系就会产生压力，并与来自上方的对磁头施加的力相互抗衡，从而保持磁头的上浮状态。图3-4磁头上浮原理4 Disk上的数据配置4.1 碟片上区域的命名以及数据位置的表示方法如图4-1所示，在硬盘上碟片的各个部位都标有名字。以下是对各部位的说明。图4-1碟片各部位的叫法Track ：把碟片的1面分成若干环状的区域，每一个区域就是一个Track。Cylinder：是各碟片上同一编号轨道的集合体。正好形成一个像圆筒状的区域。 Sector：把Track分成数百份，每一份就是一个Sector。是硬盘内部数据记录再 生的单位，一个Sector的大小为512byte。还有在轨道的1周约有数十到200个左右的地方被写入磁导向信号。该信号叫做轨道伺服信息，根据该信号可以一边定期地进行磁头位置的修正，一边进行记录再生。该方式叫做扇区定位方式。 表示数据位置的三个参数任意扇区的位置可以按照哪一个碟片面的，第几个编号轨道的，第几个扇区进行指定具体位置。磁道是各个碟片面上物理存在的，而磁柱则可以认为成与轨道对应的座标概念。碟片面的编号可以用对应磁头的编号来表示。也就是说，任意的扇区都可以用以下三个参数来表示。磁柱编号 磁头编号 扇区编号取各个参数的头字母，把这些参数叫做CHS参数。一般地，把最外周的磁柱叫做磁柱0，最上面的磁头叫做磁头0，以此序类推。把磁道的最初磁道叫做磁道1，并以此为序类推。 LBA方式与CHS参数 的指定方法不同，它是在所有的扇区上编号，也有的理解成逻辑扇区。把该寻址方式叫做LBA (Logical Block Addressing) 方式。LBA方式是由于电脑BIOS 的限制等原因而产生的寻址方式。在接口间有时也用LBA方式进行寻址，但在硬盘内部最终是按照CHS参数进行寻址的。4.2 记录密度的表示方法作为记录密度指标常用面记录密度表示。它表示碟片每单位面积的记录容量值，可通过线记录密度和轨道密度的积算出。 线记录密度：沿轨道方向每单位长度的记录容量。单位通常使用表示每英寸记录bit数的bpi（bit per inch）。轨道密度：表示半径方向每单位长度的轨道条数。单位通常采用tpi（track per inch:每英数的轨道数）。 面记录密度：它表示碟片每单位面积的记录容量值，是线记录密度和轨道密度的乘积。单位通常采用表示每平方英寸记录bit数的bpsi（bit per square inch）。 提高记录密度之对策如果硬盘内部的数据传送率一定的话，可以得知与内周轨道相比外周轨道的线记录密度要低。也就是说无论是外周还是内周在运转一圈所需时间是一定的情况下，与内周侧相比外周轨道长度要长，因而如假定数据传送率是一定的话，那么外周侧的线记录密度要低。既便限度严格地设计内周侧的记录密度，但由于是外周侧密度变低，故对于记录密度的提高来讲是无效的。 改变每个zone的转送率现在的硬盘按半径方向将其分割成数个zone，通过变更每个zone的内部转送率提高所有的线记录密度，从而使所有的记录容量变大。图4-2表示zone分割后碟片的数据配置。当然，在各zone上内周侧线记录密度是最大的。正因如此，由于硬盘上各轨道的线记录密度不同，面记录密度是通过最大线记录密度和轨道密度的乘积算出的，所以与实际面记录密度相比值会略大。Zone数因硬盘的不同而不同，一般情况下为1020个zone。 图4-2碟片上Zone的划分4.3技术革新对记录密度进化的影响硬盘通过各式各样的技术革新提高了记录密度。以普通的2.5英寸硬盘为例子针对其中主要的技术进行说明。 CSS方式（1973年前后）温切斯特型硬盘初次应用的技术。利用碟片上空气流产生压力的动压上浮磁头，在碟片没有达到额定运转状态的情况下是得不到足够的上浮量的。因而在温切斯特型推出之前，达到正常运转后采用的是磁头靠近碟片的方法。由于是磁头靠近正在高速运转的碟片，如果加工精度不好的话，就会发生磁头碰撞碟片这一难题。 CSS（Contact Start Stop）方式，是在磁头和碟片接触的状态下提高运转数使其慢慢地浮起，相反的停止时则是使其慢慢地接触。正如飞机离地起飞时的样子。图4-3（a）表示的是CSS方式的硬盘，图4-3（b）表示的是CSS方式的原理。图4-3（a）CSS方式硬盘图4-3（b）CSS方式磁头飞起原理为了实现CSS方式，开发出了涂布碟片的润滑油等，并采用了摩擦工学原理使磁头不与盘片吸附。 薄膜碟片的采用（1986年前后）初期的碟片是在基板上涂上磁性涂料，表面呈茶色。后来推出了通过电镀磁性膜和喷射处理成型的薄膜碟片，记录磁性层的磁特性得到了明显的提高。现在所使用的都是这种表面闪闪发着银色光的碟片。 MIG磁头的采用（1989年前后）MIG磁头之前的磁头叫做铁氧体磁头。铁氧体磁头是通挟有薄的缺口材使铁氧体磁芯相互排挤，且绕有线圈的东西。对于提高提高性能来说，尽量使用保磁力强的碟片比较好，但是由于铁氧体的最大磁束密度低，所以保磁力高的碟片不能强磁化。MIG（Metal In Gap）磁头是通过在铁氧体磁芯缺口的相对面形成高磁束密度的金属膜，从而强化其写入能力的磁头。 薄膜磁头的采用（1990年前后）磁芯、线圈均通过薄膜加工而形成的薄膜磁头诞生了。它不仅提高了磁头的基本性能，而且还使轨道的宽度变得更狭小化了。 数字控制方式的采用（1991年前后）伺服跟踪技术也吸取了革新技术。由原来的模拟控制到数字控制方式的发展实现了利用CPU的高度控制。 MR磁头的采用（1994年前后）一旦提高了记录密度，就会出现SN比不足的问题。因此，使用在对磁性体加磁时电阻值变化的磁电阻效果（Magneto Resistive）的MR磁头问世了。MR之前的磁头全部叫做感应磁头，记录和再生是通过一个磁头进行的。MR磁头是再生专用磁头，记录有必要用如今的薄膜磁头来完成。因而精确地说MR磁头应该叫作MR再生/薄膜记录复合磁头。MR磁头与感应磁头相比其特征在于它具有非常高的输出能力。MR磁头在外周和内周，均以同样的大小再生信号。 磁头退出盘片停置方式的采用（1996年前后）对于提高记录密度来说有必要使磁头的浮上高度变低。因此使碟片表面尽量的平滑也是非常有必要的。CSS方式的话，在磁头停止时磁头和碟片接触，如果碟片表面没有适当的凹凸的话磁头就会吸着于磁片而不分开。磁头退出盘片停置方式，是在碟片正常运转后使退避于碟片外周部位的磁头从倾斜路滑落到碟片上的。图4-3（c）表示的是磁头退出盘片停置方式的硬盘，与图4-3（a）硬盘作比较就可以知道它们之间的差异。磁头退出盘片停置方式可以说是CSS之前技术的先祖返世。在此我们可以感觉到技术历史的有趣性。 图4-3（c）磁头退出盘片停置方式硬盘 GMR磁头的采用（1998年前后）磁头的技术革新仍在继续。延续MR磁头，开发出了利用巨大磁电阻效果的GMR磁头。与原来的MR磁头相比其再生感度达数倍而且对于记录密度的提高做出了巨大的贡献。到此为止说明的关键是各个公司大体共通的划时代的产物。除此以外，各公司仍持续不断地努力开发，记录密度的提高更是不言而喻。图4-3（d）表示的是2.5英寸硬盘磁头浮上量的发展史。1990年时100nm以上的到了2001年降低到了10nm。为了使其实现，根据碟片的表面性改良、浮上解析技术的改良磁头设计的最适化，润滑剂、保护膜改良等在各个领域完成了开发。图4-3（e）表示的是最近2.5英寸硬盘的线记录密度和轨道密度的变化 图4-3（d） 磁头浮上量的变化图4-3（e）记录密度的变化5耐振动冲击性技术的提高硬盘的用途是日趋广泛。笔记本、移动小型笔记本、汽车上硬盘的应用等正在不断地发展。曾经为了不产生振动冲击而进行过慎重处理的硬盘，从现在开始将在要求越来越严格的条件下使用。根据装置大小的不同，相关振动冲击的规格现状也是有差异的，3.5英寸硬盘是以台式电脑、服务器为中心使用的，所以高振动冲击是不容许的。为此设计出了在非动作时可耐冲击达700G以上、即便是动作时也可耐冲击150G以上的2.5英寸以下的装置。1.8英寸以下的小型装置具有更高的性能。在非动作的情况下为900G，在动作的情况下为300G相对于半导体Memory来讲硬盘的Bit Cost（每1bit的成本）是非常廉价的，但对于它的劣势消费电力之大及耐振动冲击性能方面较弱，故而今后对于这些性能仍需要很大的改善和提高。5.1 为提高耐冲击性对HGA进行的改进为了提高耐冲击性各部件都进行了改善，在磁头退出盘片停置方式条件下，非动作时磁头将从磁盘上退下，所以即便是有增加冲击也不会损坏磁盘。但是在动作时，特别是当磁头滑到碟片上时如果施加在向+Z方向施加加速度时对各个磁头朝贴向碟片的方向和远离碟片的方向、两个方向增加加速度。那么就可能有损坏的危险HGA的改进：（1）尽可能的减轻磁头的重量，同时尽量使悬臂的等价重量变小。（2）在允许范围尽可能地增加悬臂的推压力。5.2为提高耐冲击性对定子马达进行的改进对定子马达轴承部施加与回转部重量相符的加速度的力。如2.5英寸碟片2片时回转部重量约为20g，如果施加700G加速度的话，那么轴承将承受14000g的力。用原来的滚珠轴承 并在其滚珠和内外圈的接触部施加这么大的力，如果施加的力超过由轴承材料特性等所决定的塑性变形界限的话，那么在内/外环转动面则会形成压痕，且在转动时产生噪音，根据情况的不同转动时的振动会渐大，有时也会影响到磁头的追踪性能。为尽量避免压痕的产生，进行了如下改良：（1）尽量增大滚珠直径，由于轴承本身就比较大，所以硬盘必须要更为紧凑地设计其磁性电路部件。（2）内外圈面，所谓的外轮和内轮的曲率半径（包括回转轴面的断面曲率半径）要尽量地接近滚珠径，并缩小其接触面压。（3）将滚珠轴承置换成流体轴承, 套管内面和轴外面的圆筒面相接触，所以即便是对其施加相当大的冲击，轴承面也不容易产生变形。 像这样通过对滚珠轴承改良及流体轴承的采用，使马达在非动作时的耐冲击性正在不断地提高。 为提高耐冲击/冲击性所进行的系统性改进为提高耐振动/冲击性在系统性方面也下了不少功夫。当在某条轨道上进行写信息的时候如果对其进行施加振动或冲击的话，则会出现磁头移向某轨道相邻轨道的现象。当已经是在相邻轨道上书写信息的时候，由于存在信息上书的危险性、故通常情况下硬盘上都安装加速度传感器。加速度传感器对驱动器的X/Y/Z方向具有感应性，所以当施加某加速度以上的振动或冲击时它具备停止书写的功能。除了加速度传感器以外还有安装温度传感器，硬盘可以察知自身产生的危险并做出相应对措，是一个真正的智能型系统。5.3 CSS方式及磁头退出盘片停置方式1975年温切斯特技术实用化以后，通过CSS（Contact Start Stop）方式磁头可以进行浮上/停止。 CSS方式磁头一边在特定的半径位置滑动，一边进行浮上/停止的方式。CSS方式通过集结ABS及碟片表面粗糙度、润滑剂的涂布设计等摩擦工学的精髓，确保磁头浮起的可靠性。近年来为了提高磁记录密度、磁头的浮上量一再降低，缩小磁头与碟片间的浮上间隙则自然成了必然。为此，有必要将磁头和碟片表面弄成更为平坦、且没有细微凸起的状态。然而，这样平坦的表面结构一旦接触就会产生吸着现现象，进而致使磁头无法再度浮起。 磁头退出盘片停置方式的推移近来的硬盘都有采用当装置停止时可以使磁头退避于碟片之外的磁头退出盘片停置 结构。该磁头退出盘片停置方式从某种意义上来讲在温切斯特技术导入之前有被使用过，看上去似乎又回到以前使用的技术。然而，从浮上的可靠性方面来讲，它却有着非常大的技术进步。 M