Các thiết kế đầu đọc/ghi và đầu từ Ferrite, Metal – In – Gap (MIG), phim mỏng

Công nghệ ổ đĩa mở ra vì vậy có thiết kế của đầu đọc/ghi. Các đầu từ có sớm nhất chỉ đơn giản là các lõi sắt có dây quấn quanh (các nam châm điện). Các thiết kế ban đầu rất lớn về kích cỡ vật lý và hoạt động ở mật độ ghi rất thấp. 

Các thiết kế đầu đọc/ghi

Qua nhiều năm, các thiết kế đầu từ tiến bộ hơn từ các thiết kế lỗi ferrite đơn giản đầu tiên trở thành vài loại và các công nghệ có sẵn ngày nay. Phần này thảo luận các loại khác nhau của đầu từ được tìm thấy trong các ổ đĩa cứng PC, bao gồm những ứng dụng và điểm mạnh, điểm yếu của từng loại.

Có nhiều loại đầu từ được sử dụng trong các ổ đĩa cứng trong nhiều năm nay:

• Ferrite
• Metal-In-Gap (MIG)
• Thin-film (TF)
• Magneto-resistive (MR)
• Giant magneto-resistive (GMR)
• Perpendicular magnetic recording (PMR)

Ghi chú

Vào cuối năm 2005, các ổ đĩa cứng theo thiết kế PMR được sử dụng trong các thiết bị như các máy nghe nhạc cầm tay và các PC laptop. Các ổ đĩa cứng của các máy PC để bàn dựa trên công nghệ này vào năm 2006. PMR sẽ được đề cập kỹ hơn vào phần cuối của chương này.

Đầu từ Ferrite

Các đầu từ Ferrite, loại truyền thống của thiết kế đầu từ, được phát triển từ ổ đĩa Winchester IBM 30 – 30 đầu tiên. Những đầu từ này có một lõi oxit sắt bao phủ bởi các cuộn dây điện từ. Ổ đĩa tạo ra một từ trường bằng cách truyền năng lượng vào các cuộn dây này hoặc đưa một từ trường đến gần chúng. Điều này cho các đầu từ có đầy đủ chức năng đọc/ghi. Các đầu từ Ferrite thì lớn và nặng hơn các đầu từ phim mỏng và do đó đòi hòi một chiều cao nổi lớn hơn đế ngăn ngừa chạm vào đĩa trong khi đĩa quay.

Các nhà sản xuất đã làm rất nhiều cải tiến cho các thiết kế đầu từ ferrite đầu tiên (làm bằng đá nguyên khối). Một loại của đầu từ Ferrite, gọi là một đầu từ ferrite tổng hợp (composite ferrite head), có một lõi ferrite nhỏ hơn kết ghép với kiếng trong vỏ bọc bằng gốm. Thiết kế này cho phép khoảng cách đầu từ nhỏ hơn, mật độ rãnh ghi cao hơn. Các đầu này ít ảnh hướng để khuếch tán các từ trường hơn những đầu thiết kế bằng đá khối nguyên thủy cũ hơn.

Trong thập kỷ 1980, các đầu từ ferrite tổng hợp phổ biến trong nhiều ổ đĩa cấp thấp, như Seagate ST-225. Khi nhu cầu mật độ tăng, những thiết kế đầu từ cạnh tranh giữa MIG và phim mỏng được sử dụng thay thế các đầu từ ferrite hầu như đà lỗi thời ngày nay. Đầu từ ferrite không thể ghi trên đĩa có độ kháng từ cao hơn cần cho những thiết kế đĩa mật độ cao và có tần số thấp đi với độ ồn cao. Lợi thế lớn nhất của các đầu từ ferrite là loại rẻ nhất có sẵn.

Đầu từ Metal – In – Gap (MIG)

Đầu từ MIG (Metal-ln-Gap) là một phiên ban nâng cấp đặc biệt của thiết kế ferrite tông hợp. Trong đầu từ MIG, một chất kim loại được bôi vào kẽ hở ghi của đầu từ. Hai phiên bản của đầu từ MIG có sẵn: một mặt (single sided) và hai mặt (double sided). Đầu từ MIG một mặt được thiết kế với lớp hợp kim từ tính đặt dọc theo cạnh đuôi của kẽ hở. Thiết kế MIG hai mặt đặt lớp đó ở tá hai bên mặt của kẽ hở. Hợp kim này được ứng dụng thông qua một quy trình lắng đọng chân không gọi là phm (sputtering).

Hợp kim từ có khả năng từ hoa gấp hai lần ferrite thô và cho phép đầu ghi vào đĩa phim mỏng độ kháng từ cao hơn ở các mật độ cao hơn. Các đầu MIG cũng sàn xuất một gradient nhạy bén hơn trong từ trường cho lột xung từ được xác định rõ hơn. Các đầu từ MIG hai mật thậm chí cung cấp khả năng kháng từ cao hơn những thiết kế một mặt.

Bởi vì những đầu từ này tăng các khả năng thông qua các thiết kế nâng cấp được cài tiến, các đầu từ MIG đã từng là thiết kế phổ biến nhất trong một thời gian và được sử dụng trong nhiều ổ đĩa cứng những năm cuối thập kỷ 1980 và những năm đầu thập kỷ 1990, cũng như trong hầu hết các LS-120 (SuperDisk) gần đây.

Đầu từ phim mỏng

Các đầu từ phim mỏng được sán xuất cùng một cách như cách sản xuất chip bóng bán dẫn thông qua quy trình in ảnh litho. Quy trình này tạo ra hàng ngàn đầu từ trên một đệm vi mạch một chiều và cho ra một sàn phẩm rất nhỏ chất lượng cao.

Các đầu từ TF có một kẽ hở đầu cực kỳ hẹp và bị hạn chế, được tạo ra bởi sự phun một nguyên liệu nhôm cứng. Bởi vi nguyên liệu này hoàn toàn bao quanh kẽ hở. Vùng này rất được bảo vệ, giảm thiểu tối đa khả năng hư hại từ việc va chạm khi quay đĩa. Lõi là sự kết hợp của hợp kim sắt và kềm có năng lượng từ cao hơn hai hay bốn lần một lõi đầu ferrite.

Đầu TF cho ra một xung từ rõ rệt cho phép ghi nhớ các mật độ cực kỳ cao. Bởi vì không có một cuộn dây quy ước. Đầu từ TF càng miễn nhiễm đối với các mức độ thay đổi trong trở kháng cuộn dây. Các đầu nhỏ và nhẹ này có thể nối tại chiều cao thấp hơn nhiều so với các đầu từ ferrite và MIG: trong một số thiết kế, chiều cao nổi là 2 micro-inche hay nhỏ hơn. Do chiều cao bị giảm bớt, các đầu từ nhận và truyền đi tín hiệu mạnh hơn nhiều từ các platter, tỷ lệ tín hiệu – nhiều (signal-to noise Ratio) tăng lên và nâng cao độ chính xác. Với mật độ rãnh và tuyến tính cao của một số ổ đĩa. Một đầu ferrite tiêu chuẩn sẽ không khả năng lọc ra tín hiệu dữ liệu từ tạp âm. Lợi thế khác của các đầu từ TF là kích cỡ nhỏ của chúng cho phép các platter được xếp gần nhau hơn, cho phép nhiều platter vừa khít vào cùng khoảng cách.

Rất nhiều ổ đĩa trong khoang 100MB tới 2Gb sử dụng các đầu từ TF, đặc biệt là những hệ số dạng nhỏ hơn. Các đầu từ TF thay thế các đầu từ MIG thành thiết kế đầu từ phổ biến nhất, nhưng chúng hiện giờ bị thay thế bởi các đầu trở từ (magneto-resistive) mới hơn.

Đừng quên tìm hiểu thêm các loại màn hình tại đây!