硬盘磁头介绍

1、Copyright, 1996 Dale Carnegie & Associates, Inc.KAIFA磁头产品基本知识介绍磁头产品基本知识介绍ZY HE ZYHE.hkFeb 12, 2000 Kaifa Internal Use内容简介内容简介n磁记录发展简史n硬盘磁头进展及Kaifa产品历程n磁记录基本条件n硬盘磁头工作原理n硬盘磁头及硬盘制造业展望磁记录发展简史磁记录发展简史-1n1898年，丹麦的V.Poulsen 发明了人类历史上第一台磁性录音机，所用磁头是电磁铁。记录介质是碳钢钢丝；n1907年，采用直流偏磁记录，提高灵敏度，降低了失真度，但磁记录仍处于实验阶段；n19

2、20年，电子管放大器出现，使磁记录进入实用化阶段；n1930年，德国的F.Pfleumer发明了矫顽力较高的Fe2O3磁性颗粒材料改善了记录介质的特性和稳定性；磁记录发展简史磁记录发展简史-2n1935年，德国的E.Shuler研制出环形磁 头，这种磁头具有很窄工作缝隙，克服 了过去磁头磁场发散的缺点。 1940年，日本的永井健三等发明了交流偏磁技术，提高了录音灵敏度和输出信号幅度；n1956年，美国IBM公司发明了电子计算机，用磁鼓实现了数字磁记录；n1957年，IBM公司推出350硬磁盘机，24英寸可移动磁头的硬盘机商品化；磁记录发展简史磁记录发展简史-3n1962年，IBM1301使用浮

3、动感应式磁头；n1970年，IBM提出各向异性磁阻(AMR)磁头概念；n1973年，IBM3340采用Winchester磁盘技 术；n1979年，薄膜感应式磁头商品化；n1990年，IBM开发出磁阻感应式复合型薄膜磁 头, 即各向异性磁阻(AMR)磁头；n1991年，发现巨磁阻(GMR)效应；n1997年，IBM FJ 产品 “Titan”开始采用巨磁阻磁头。硬盘磁头进展及硬盘磁头进展及Kaifa产品历程产品历程-1n整体式磁头 (大约 1960s).铁氧体铁芯, sendust (Fe-Al, Mg-Zn)涡流电流通过铁芯间隙产生磁通目前仍广泛应用于录像头和软盘磁头nKaifa尚没介入磁头

4、行业硬盘磁头进展及硬盘磁头进展及Kaifa产品历程产品历程-2nMIG合成磁头（1970s后期）铁芯间隙材料-高磁导率金属， 如铁铊氮合金铁芯主体材料-锰锌，铁锌铁氧体 手工绕制线圈玻璃绕结铁氧体铁芯nKaifa典型Seagate产品1993年，Bobcat1994年，Cabo，CaboII1995年，Stingray，Rayboatn感应式薄膜磁头1979年，始现于IBM 3370硬盘驱动器采用半导体工艺技术（如:光刻腐蚀）采用感应式线圈读写nKaifa典型产品1996年，Seagate Lapaz1997年，Seagate Maui， Micropolis Mustang 5硬盘磁头进展及

5、硬盘磁头进展及Kaifa产品历程产品历程-3感应式薄膜磁头结构感应式薄膜磁头结构P1p2Throat heightGap Mag layerPole tips硬盘磁头进展及硬盘磁头进展及Kaifa产品历程产品历程-4n各向异性磁阻(AMR)磁头1970年，Ampex公司（磁带公司）Hunt & Wolf研制开发了各向异性磁阻磁头(AMR) 直到1991年，AMR磁头才被IBM用在Corsair 硬驱上AMR磁头工作原理: 磁阻(MR)元件由恒定电流驱动, 其 电阻随磁化方向改变而变化, 因此其输出信号(电压信号) 也相应变化, 从而能检测出磁盘上记录信号. 通常AMR磁头用SAL薄膜电

6、流磁偏置, nKaifa典型产品1997年，Maxtor North Star， NEC Capricorn1998年，Maxtor Pulsar & Quasar, WD Chandler 各向异性磁阻各向异性磁阻(AMR)磁头结构磁头结构media硬盘磁头进展及硬盘磁头进展及Kaifa产品历程产品历程-5n巨磁阻(GMR)磁头1991年发现巨磁阻效应或称自旋阀效应1997年开始被用在IBM Fujisawa 的产品 “Titan” 上1999年10月，据称3.5英寸单碟存贮容量已能达到50GBnKaifa典型产品1999年，WD Revolution & Triumph;

7、Maxtor Nova巨磁阻巨磁阻(GMR)磁头原理磁头原理n自旋阀效应这一概念源于“电子磁矩”n通过反铁磁层间交换耦合作用，钉扎层(Pinned Layer)磁矩不随外磁场方向变化而改变，而自由层(Ni-Fe Free Layer)磁矩则随外磁场方向变化而改变 n电信号输出偏置电流I X (1+R/ R ) X Cos (钉扎层与自由层之间磁矩夹角）n通常钉扎层和自由层趋向于相同磁矩取向，磁能级最低巨磁阻巨磁阻(GMR)磁头原理磁头原理巨磁阻巨磁阻(GMR)磁头结构磁头结构放大放大10,000倍的巨磁阻磁头倍的巨磁阻磁头S2S1MrwP2W典型典型GMR磁头制造计划磁头制造计划nWafer

8、- 6 weeksn浮动块加工- 2 weeksnHGA-0.5 weeknHSA- 0.5 weeksn总共: 9 weeks磁记录基本条件磁记录基本条件n电磁转换器件，即磁头。n记录媒介，存储信号的载体，如磁盘， 磁带。n磁头与磁盘间的相对匀速运动，且读与 写一致。n外加信号必须是交变信号硬盘磁头工作原理硬盘磁头工作原理-1nMIG，薄膜感应式磁头工作原理写入(Write)过程读出(Read)过程硬盘磁头工作原理硬盘磁头工作原理-1硬盘磁头工作原理硬盘磁头工作原理-2nAMR，GMR磁阻式磁头工作原理MXVI saturationHX硬盘磁头工作原理硬盘磁头工作原理-2nwriter1 1 0 0 0 01 1 0 0 0 0Bias currentVoltage outputMR ReaderReader detects vertical field from discDisc rotation硬盘磁头展望硬盘磁头展望n各向异性磁阻(AMR)磁头逐渐被淘汰n2000年，GMR磁头约占90%产量n低飞高 (40gb/sq”)处于研制中硬盘制造业展望硬盘制造业展