HDD硬盘HGA原理介绍

2024-02-17 13:20
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磁头悬架组件(Head Gimbal Assembly, HGA)和基片(substrate)在硬盘驱动器(HDD)中扮演着至关重要的角色。

磁头悬架组件(HGA)

磁头悬架组件是硬盘读写机构的核心部分,它将磁头(Head)精确地定位在磁盘表面非常近的地方,并确保磁头能够在高速旋转的磁盘上稳定且准确地进行读写操作。

  1. 磁头(Head):磁头包含读写磁头元件,用于感应或改变磁盘表面上记录的数据信号。现代硬盘通常采用MR(磁阻)头或GMR(巨磁阻)头,以及更先进的TMR(隧道磁阻)头来实现高密度数据存储。
  2. 加载梁(Load Beam):这是一个具有弹性的金属部件,一端通过挠曲件(Flexure)连接到磁头,另一端则固定在硬盘臂上。加载梁的作用是施加适当的力使磁头保持与磁盘表面接触,同时允许磁头在垂直方向上有一定的浮动空间,以适应磁盘表面的微观不平度。
  3. 挠曲件(Flexure):挠曲件是一种柔韧而耐用的结构,上面印制有精密的导电线路(Trace),用于传输控制信号和接收来自磁头的读取信号。挠曲件必须具备极高的机械强度和良好的电气性能,以保证磁头的精准移动和信号传输的可靠性。
  4. 弹性部件:通常是指加载梁的一部分,由特殊材料制成,如铍铜合金等,它提供必要的刚性和弹性,使得磁头能在受控的压力下保持与磁盘适当的距离,并随着磁盘转动动态调整位置。
  5. 组装与封装:整个HGA经过严格的设计、生产和测试过程,确保磁头能够在恶劣环境条件下稳定工作,并满足超高速数据传输的需求。

基片(substrate)

在硬盘制造领域,基片通常指的是承载并形成磁性记录层的物质,即硬盘碟片(platter)。其主要特点和功能包括:

  1. 材料:基片一般由铝合金或者玻璃制成,要求具备高硬度、低热膨胀系数和良好的平坦度。
  2. 磁性涂层:在基片表面会涂覆多层磁性材料,这些涂层被磁化后形成了可以存储数据的磁道和扇区。
  3. 精密加工:基片需要经过精密研磨和抛光处理,表面粗糙度需达到纳米级别,以便于磁头在其上高效稳定的读写。
  4. 集成工艺:在集成电路产业中,基片也指代半导体晶圆,作为芯片制造的基础,在此意义上,它可能涉及各种微电子和MEMS技术,例如在基片集成波导(SIW)等应用中,基片是构成电路的关键载体。

磁头悬架组件确保了磁头在硬盘内部的精确定位与移动,而基片则为数据存储提供了物理介质。两者共同构成了硬盘存储系统的基本架构。

据Trendfocus Inc.的数据,2023年第四季度(4CQ23),随着硬盘需求的改善迹象显现,与之紧密相关的部件——磁头悬架组件(Head Gimbal Assembly, HGA)和基片(substrate)的出货量也开始有所回升。

在HGA市场上,2023全年总出货量同比大幅下降了32%,降至9.9085亿个单位。其中,仅有一家独立制造商SAE/TDK,而另外两家制造商Seagate和WD拥有自己的内部生产体系(即为“captive”)。

在硬盘介质(media)市场方面,2023年全年总出货量同样遭遇了33%的同比下滑,跌至4.93亿个单位。在这个市场中,也只有一家独立制造商Resonac,其余两家供应商仍是Seagate和WD这两大硬盘巨头的内部制造部门。

综合来看,尽管整个2023年HGA和硬盘介质的出货量均出现了较大幅度的年度同比下降,但第四季度的需求回暖预示着HDD市场的初步恢复,这对HGA和硬盘介质的供应厂商而言是一个积极信号。同时,这也反映了在全球HDD行业中,Seagate和WD凭借其垂直整合的优势,在相关核心组件市场上占据了主导地位。

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