1、Copyright, 1996 Dale Carnegie & Associates, Inc.KAIFA磁頭產品基本知識介紹磁頭產品基本知識介紹ZY HE ZYHE.hkFeb 12, 2000 Kaifa Internal Use內容簡介內容簡介n磁記錄發展簡史n硬盤磁頭進展及Kaifa產品歷程n磁記錄基本條件n硬盤磁頭工作原理n硬盤磁頭及硬盤制造業展望磁記錄發展簡史磁記錄發展簡史-1n1898年，丹麥的V.Poulsen 發明了人類歷史上第一臺磁性錄音機，所用磁頭是電磁鐵。記錄介質是碳鋼鋼絲；n1907年，采用直流偏磁記錄，提高靈敏度，降低了失真度，但磁記錄仍處于實驗階段；n1920年，

2、電子管放大器出現，使磁記錄進入實用化階段；n1930年，德國的F.Pfleumer發明了矯頑力較高的Fe2O3磁性顆粒材料改善了記錄介質的特性和穩定性；磁記錄發展簡史磁記錄發展簡史-2n1935年，德國的E.Shuler研制出環形磁 頭，這種磁頭具有很窄工作縫隙，克服 了過去磁頭磁場發散的缺點。 1940年，日本的永井健三等發明了交流偏磁技術，提高了錄音靈敏度和輸出信號幅度；n1956年，美國IBM公司發明了電子計算機，用磁鼓實現了數字磁記錄；n1957年，IBM公司推出350硬磁盤機，24英寸可移動磁頭的硬盤機商品化；磁記錄發展簡史磁記錄發展簡史-3n1962年，IBM1301使用浮動感應式

3、磁頭；n1970年，IBM提出各向異性磁阻(AMR)磁頭概念；n1973年，IBM3340采用Winchester磁盤技 術；n1979年，薄膜感應式磁頭商品化；n1990年，IBM開發出磁阻感應式復合型薄膜磁 頭, 即各向異性磁阻(AMR)磁頭；n1991年，發現巨磁阻(GMR)效應；n1997年，IBM FJ 產品 “Titan”開始采用巨磁阻磁頭。硬盤磁頭進展及硬盤磁頭進展及Kaifa產品歷程產品歷程-1n整體式磁頭 (大約 1960s).鐵氧體鐵芯, sendust (Fe-Al, Mg-Zn)渦流電流通過鐵芯間隙產生磁通目前仍廣泛應用于錄像頭和軟盤磁頭nKaifa尚沒介入磁頭行業硬盤

4、磁頭進展及硬盤磁頭進展及Kaifa產品歷程產品歷程-2nMIG合成磁頭（1970s后期）鐵芯間隙材料-高磁導率金屬， 如鐵鉈氮合金鐵芯主體材料-錳鋅，鐵鋅鐵氧體 手工繞制線圈玻璃繞結鐵氧體鐵芯nKaifa典型Seagate產品1993年，Bobcat1994年，Cabo，CaboII1995年，Stingray，Rayboatn感應式薄膜磁頭1979年，始現于IBM 3370硬盤驅動器采用半導體工藝技術（如:光刻腐蝕）采用感應式線圈讀寫nKaifa典型產品1996年，Seagate Lapaz1997年，Seagate Maui， Micropolis Mustang 5硬盤磁頭進展及硬盤磁頭

5、進展及Kaifa產品歷程產品歷程-3感應式薄膜磁頭結構感應式薄膜磁頭結構P1p2Throat heightGap Mag layerPole tips硬盤磁頭進展及硬盤磁頭進展及Kaifa產品歷程產品歷程-4n各向異性磁阻(AMR)磁頭1970年，Ampex公司（磁帶公司）Hunt & Wolf研制開發了各向異性磁阻磁頭(AMR) 直到1991年，AMR磁頭才被IBM用在Corsair 硬驅上AMR磁頭工作原理: 磁阻(MR)元件由恒定電流驅動, 其 電阻隨磁化方向改變而變化, 因此其輸出信號(電壓信號) 也相應變化, 從而能檢測出磁盤上記錄信號. 通常AMR磁頭用SAL薄膜電流磁偏置, nK

6、aifa典型產品1997年，Maxtor North Star， NEC Capricorn1998年，Maxtor Pulsar & Quasar, WD Chandler 各向異性磁阻各向異性磁阻(AMR)磁頭結構磁頭結構media硬盤磁頭進展及硬盤磁頭進展及Kaifa產品歷程產品歷程-5n巨磁阻(GMR)磁頭1991年發現巨磁阻效應或稱自旋閥效應1997年開始被用在IBM Fujisawa 的產品 “Titan” 上1999年10月，據稱3.5英寸單碟存貯容量已能達到50GBnKaifa典型產品1999年，WD Revolution & Triumph; Maxtor Nova巨磁阻巨磁

7、阻(GMR)磁頭原理磁頭原理n自旋閥效應這一概念源于“電子磁矩”n通過反鐵磁層間交換耦合作用，釘扎層(Pinned Layer)磁矩不隨外磁場方向變化而改變，而自由層(Ni-Fe Free Layer)磁矩則隨外磁場方向變化而改變 n電信號輸出偏置電流I X (1+R/ R ) X Cos (釘扎層與自由層之間磁矩夾角）n通常釘扎層和自由層趨向于相同磁矩取向，磁能級最低巨磁阻巨磁阻(GMR)磁頭原理磁頭原理巨磁阻巨磁阻(GMR)磁頭結構磁頭結構放大放大10,000倍的巨磁阻磁頭倍的巨磁阻磁頭S2S1MrwP2W典型典型GMR磁頭制造計劃磁頭制造計劃nWafer - 6 weeksn浮動塊加工-

8、 2 weeksnHGA-0.5 weeknHSA- 0.5 weeksn總共: 9 weeks磁記錄基本條件磁記錄基本條件n電磁轉換器件，即磁頭。n記錄媒介，存儲信號的載體，如磁盤， 磁帶。n磁頭與磁盤間的相對勻速運動，且讀與 寫一致。n外加信號必須是交變信號硬盤磁頭工作原理硬盤磁頭工作原理-1nMIG，薄膜感應式磁頭工作原理寫入(Write)過程讀出(Read)過程硬盤磁頭工作原理硬盤磁頭工作原理-1硬盤磁頭工作原理硬盤磁頭工作原理-2nAMR，GMR磁阻式磁頭工作原理MXVI saturationHX硬盤磁頭工作原理硬盤磁頭工作原理-2nwriter1 1 0 0 0 01 1 0 0 0 0Bias currentVoltage outputMR ReaderReader detects vertical field from discDisc rotation硬盤磁頭展望硬盤磁頭展望n各向異性磁阻(AMR)磁頭逐漸被淘汰n2000年，GMR磁頭約占90%產量n低飛高 (40gb/sq”)處于研制中硬盤制造業展望硬盤制