硬盘拆解图解

硬盘拆解图解

1TB Seagate ST31000333AS

这块绿色电路版，由SATA接头、电源接头组成的板子称为印刷回路板，简称PCB。

PCB内含电路零组件。而黑色铝质外壳内部组件称为磁头和硬盘组件，通称为HDA。而铝质外壳则称为硬盘基底。

现在拆卸PCB电路板并翻到反面，检视反面的电子零组件。

MCU控制器

硬盘PCB上最大控制器为MCU （Micro Controller Unit），MCU主要功能：

1、计算读写通道A/D，D/A

2、掌控全盘硬盘运作状况。

3、MCU 另担当的Protocol 与控制器间的转换。

DDR DRAM

DDR DRAM 32MB ，实际上32MB Cache 部份会被硬盘挪用放入硬盘运作程序。

前言已叙述，硬盘如同一个embedded system 。需要加载OS运作。

VCM控制器

下一个芯片是V oice Coil Motor controller，通称VCM控制器。这是PCB板上最耗电的芯片，VCM控制器控制电机马达的转动及磁头移动及定位，VCM控制器可在高达工作温度

Flash芯片

Flash芯片储存部分的硬盘韧体与模块在盘片上位置DATA ，当你通电启动硬盘时，MCU芯片会读取Flash芯片内的数据到内存内并且开始编码。如果缺少了这样的步骤，硬盘无法运转。有时候，某些厂牌的硬盘PCB板上并没有Flash芯片，这表示原本Flash 芯片内的数据已存在MCU芯片内了。

震动传感器

震动传感器可以感应硬盘多余的震动并且传送讯号给VCM控制器，VCM控制器接受讯号以后马上停止并复位磁头，在某些情况下，甚至会停止盘片转动，这个理论上会保护硬盘免于受损，但是实际上并无法达成保护的目的，所以请好好保护硬盘，别摔落、碰撞!

在某些硬盘中，震动传感器可以感测轻微振动，而VCM控制器可以藉由震动传感器传送的讯号调整磁头的运动，这样的硬盘通常都会配有两组以上的震动传感器。

二级体

另外一个保护的零组件是瞬态电压抑制二极管（Transient Voltage Suppression diode）或简称为TVS二极管。此组件可以保护PCB板免于连接电源时造成的瞬间电流激增，在这种情况下，TVS二极管会烧毁造成电源接头及接地之间的电路短路。硬盘都配有两组TVS二极管，一组5V电流一组12V电流。

在上图中，你可以看到隐藏在PCB板下的马达及磁头接头，另外在HDA上还有一

个小到难以注意的小孔叫做进气孔。你可能听过一个谣言说硬盘内是真空状态，这并不是真正状况。硬盘利用这个进气孔来平衡HDA外部跟内部的压力，而硬盘可以透过进气孔过滤器关闭内部的进气孔来达到内部空气干燥及干净。

现在让我们来移开硬盘上盖并看在其之下的构造。

上盖本身并无值得介绍之处，就是一块周围有防尘橡胶围绕的铁片。

打开上盖之后，终于可以从内部观察HDA。

珍贵的信息是储存在盘片上，你可以从上图看到最上层的盘片。盘片是由打磨过的铝片或是由覆盖数层包含铁磁材质之复合涂料的玻璃所制成的，而后者的数据就储存在包含铁磁材质之复合涂料中。

你可以看到部分的盘片被磁盘架盖住了。磁盘架有时候也称为Separators located between platters，磁盘架可以减少空气的波动及运作的噪音。通常磁盘架是由铝质或塑料材料制程，而前者则在冷却硬盘内部方面有较好的效果。

下图显示出盘片跟磁盘架的相关位置。

磁头是由数个读取头所组合而成的，当硬盘未通电的状态下，磁头通常停留在靠近在电机马达的地方。下图显示出正常读取头的位置。

硬盘是一个精密运作的机器，因此运作时必须要非常干净无尘的空气。而在硬盘运作的过程中，硬盘会在内部产生非常细小的金属微粒跟油质。

为了在干净无尘的环境下工作，硬盘会使用空气过滤片（Recirculation filter）来过滤空气，这个过滤片长时间不间断地收集杂质，即使是最细小的微粒也不例外。过滤器的位置是位在盘片旋转所产生的气流路径上。

Now we are going to remove top magnet to see what is under。

现在我们移开磁铁上盖来看他内部的构造。

硬盘会使用磁性非常强的铵磁铁，这种磁铁的磁性强到可以举起本身质量的1300倍，因此千万别把手指放在铵磁铁及钢铁或是其他的磁铁之间，那可是会造成严重的伤害。

读取头限位器（HSA Stopper）

如下图所示，这有一个读取头限位器（HSA Stopper）在底盖磁铁上，读取头限位器限制了读取头的运动位置，

因此磁头在复位动作时不会撞击到盘片夹钳，也可以说是让磁头复位时不会超出盘片架。

读取头限位器（HSA Stopper）在硬盘内部的构造可能有好几种，不过在现代硬盘中几乎都有两个。

在本文的硬盘中，第二读取头定位器位于HDA、磁铁上盖之下。

如图所示，你可以清楚看到磁铁上盖下的构造。

如上图，你可以看到第二读取头定位器，还有磁铁底盖。音圈是读取头的组件，音圈以及磁铁构成了音圈马达（VCM），而VCM和HSA构成执行器，就是此设备使磁头运动。在音圈中的诡异黑色塑料物质叫做执行器控制锁，这是一个磁头的保护装置，执行器控制锁会释放磁头当磁头在读取或是磁头要定位时，通常来说，如果硬盘受到冲击或是掉落时，执行器控制锁会锁住磁头，基本上，这会保护住在定位区内的磁头免于未预期的运动。

在下一步骤，我们把磁头取出。

上图为HSA（Head Stack Assembly，磁头臂组件），包含整组HGA ，VCM，Bearing。

HSA 磁头有一个精准的轴承使得磁头运作得轻柔顺畅，读取头最大的部分是一片延展的铝片称作读取臂。磁头指向支架集成（Heads Gimbal Assembly）或简称HGA （磁头组总成），是附着在读取臂上，HGA以及读取臂通常是由不同工厂所生产。

有弹性的橘色小零件称作弹性印刷回路或简称FPC，FPC透过读取头的接触把磁头跟盘片联系在一起。

下图可以看到磁头各部零件的近照。

Voice coil connected to FPC

音圈连结到FPC

Here is the bearing

轴承近照

下图可见磁头接点

如上图，磁头接点有一圈垫片，此垫片使成连接时为密闭状态，而让空气进入HDA 的唯一方法是透过换气孔，在本文的示范硬盘中，接头为了增加电导率还覆盖一层薄薄的金。

这是读取臂的通用定义，不过有时候读取臂泛指磁头金属片的部分。

HGA末端的黑色细小物体称作滑动磁头，在很多数据中都宣称滑动磁头运作上像实际磁头，但是其实不然；滑动磁头是一个辅助滑行翅膀，说明读取头对盘片表面下的分子做读取及写入的动作。

在现代硬盘中，磁头的滑行高度通常约在5-10奈米，举例来说，一般人类毛发的直径约在25000奈米。

所以如果有微粒进入滑行磁头下方，会马上因为摩擦造成磁头过热而对磁头造成损害故障，这也是HDA内部需要干净无尘的空气了。

实际上读写分子位于滑行磁头的末端，而且小到只有高倍数的显微镜才能清楚看到。

你可以看到滑行磁头的表面并不平整，滑行磁头上有沟槽，以便靠着空气动力驱动。

这些沟槽说明滑行磁头在一定的高度上滑行，在滑行磁头下的空气形成空气轴承表面（Air Bearing Surface）简称ABS，ABS说明滑行磁头在滑行时与盘片保持平行。

如图标为滑行磁头的另一个角度。

如图所见磁头接点

前置增幅器（preamplifier）

还有一个很重要的磁头部件还没提到，就是前置增幅器（preamplifier）或称作preamp，这是一个芯片，控制磁头及增幅器之间的讯号传递。

把前置增幅器放在HDA内部而非PCB板的原因很简单，因为从磁头传出的讯号其实很微弱，而在现代硬盘的信息流量都高于1GHz，如果把前置增幅器设置在PCB板的话，那磁头的微弱讯号很可能不能存活，讯号会递减衰退在传递的过程中。

The preamp has much more tracks going to the heads （right side）than to the HDA （left side），it's because HDD can work only with one "head" （pair of read an write elements）at a time。HDD sends control signals to the preamp and the preamp selects the head which HDD needs at the current moment。This HDD has six contacts per "head"，why so many? One contact is for ground，other two for read and write elements。Other two for microactuators - special piezoelectric or magnetic devices which can move or rotate slider，it helps tune up heads position under a track。And finally the last contact is for a heater。The heater can help adjust heads flying height。The heater can heat the gimbal - special joint which connects slider to HGA，the gimbal made from two stripes of different alloys with different thermal expansion。Once gimbal got heated it bents itself toward platter's surface and this action reduces flying height。After cooling down the gimbal straights itself。

前置增幅器从右边回路到磁头的数量比从左边到HDA的数量多，这是因为硬盘可以在一个磁头的状况下工作（一对读写的分子），硬盘传送控制讯号给前置增幅器，前置增幅器再传送讯号给磁头，告知硬盘要存取的数据需要用哪个磁头读取。

本文示范硬盘每个磁头有六个接点，为什么需要这么多呢?一个接点是for ground，两个是给读取储存分子，另外两个是给微执行器（特殊压电装置或是磁性装置可以移动或是旋转滑行磁头），微执行器可以说明磁头调整在回路下的位置，最后一个接点是给加热器，加热器可以说明调整磁头滑行高度、加热指向支架（特殊的关节，链接滑行磁头与HGA；指向支架是由两条不同材质、不同热膨胀系数之合金所构成），一但指向支架被加热后，因为两条构成合金的热膨胀系数不同所造成的弯曲，而使指向支架导向盘片表面，这样就降低滑行高度。

谈够磁头了，继续拆解，接下来要移开top dumper。

top dumper如下图。

下图显示出HDA移开HSA和top dumper。

如上图，现在上盘片没有被盖住，同时也可看到左上的磁铁底盖更进一步把盘片夹钳移开。

盘片夹钳把盘片固定在盘片储存器里，移动不了；盘片中心是旋转主轴，主轴旋转时，要靠盘片夹钳产生足够的摩擦力来固定盘片。

移开盘片夹钳后，我们移开上层盘片，在下图可以看到移开后的构造。

你可以看到盘片储存器跟磁头的空间配置，盘片平放在间隔环上。在上图可看到第二盘片跟第二dumper。

间隔环是非常精密的装置，由无磁性合金或是聚合物构成。

终于我们可以把HDA剩余的组件移开并且直接看到硬盘基底。

下图可看到空气过滤器的样子，换气孔就在空气过滤器右下方。

因为外部空气一定会有灰尘，所以空气过滤器有数层滤网，而空气滤网又比循环滤网厚得多，同时也会有一些硅胶来降低空气的湿度。