磁头介绍

电磁转换器件，即磁头。 记录媒介，存储信号的载体，如磁盘， 磁带。 磁头与磁盘间的相对匀速运动，且读与 写一致。 外加信号必须是交变信号
硬盘磁头工作原理-1

MIG，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-1
硬盘磁头工作原理-2

AMR，GMR磁阻式磁头工作原理
各向异性磁阻(AMR)磁头结构
•media
硬盘磁头进展及Kaifa产品历程-5
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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50GB Kaifa典型产品 1999年，WD Revolution & Triumph; Maxtor Nova
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感应式薄膜磁头结构
•Mag layer
•Gap
•Throat height
•Pole tips
•P1 •p2
硬盘磁头进展及Kaifa产品历程-4

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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薄膜电流磁偏置, Kaifa典型产品 1997年，Maxtor North Star， NEC Capricorn 1998年，Maxtor Pulsar & Quasar, WD Chandler

硬盘磁头进展及Kaifa产品历程-2
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MIG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 Kaifa典型Seagate产品 1993年，Bobcat 1994年，Cabo，CaboII 1995年，Stingray，Rayboat



磁记录发展简史-2

1935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； 1956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； 1957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-3

1962年，IBM1301使用浮动感应式磁头； 1970年，IBM提出各向异性磁阻(AMR)磁头概念； 1973年，IBM3340采用Winchester磁盘技 术；
1979年，薄膜感应式磁头商品化；
1990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；
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巨磁阻(GMR)磁头原理



自旋阀效应这一概念源于“电子磁矩” 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 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） 通常钉扎层和自由层趋向于相同磁矩取向，磁能级 最低
硬盘制造业展望




硬盘需求量将比99年增长15%. /HSA. 由于PC 降价, 减少零件和降低成本的压力更大 . 预期更多的公司将合并.面密度每年增长 100% . 技术需求超前于商业需求. 在电子娱乐和DVD领域的新应用。 平均 2.5 heads ESD & 脏污仍然是挑战。
KAIFA磁头产品基本知识介绍
ZY HE
ZYHE@kaifa.com.hk
Feb 12, 2000
Kaifa Internal Use
Copyright, 1996 © Dale Carnegie & Associates, Inc.
内容简介

磁记录发展简史 硬盘磁头进展及Kaifa产品历程 磁记录基本条件 硬盘磁头工作原理 硬盘磁头及硬盘制造业展望
•V
•M •X
•I saturation
•H
•X
硬盘磁头工作原理-2

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1
0
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0
0
•Disc rotation
•Voltage output
•Bias current
•Reader detects vertical field from disc
硬盘磁头展望

各向异性磁阻(AMR)磁头逐渐被淘汰 2000年，GMR磁头约占90%产量 低飞高 (<0.5 U―) GMR 磁头将会介入 遂道结磁阻 (TMR)磁头有望实现 超磁阻(CMR)磁头(>40gb/sq‖)处于研制中


1991年，发现巨磁阻(GMR)效应；
1997年，IBM FJ 产品 “Titan‖开始采用巨磁阻磁头 。
硬盘磁头进展及Kaifa产品历程-1


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 Kaifa尚没介入磁头行业
硬盘磁头进展及Kaifa产品历程-3

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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ– –
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 Kaifa典型产品 1996年，Seagate Lapaz 1997年，Seagate Maui， Micropolis Mustang 5
磁记录发展简史-1

1898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； 1907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； 1920年，电子管放大器出现，使磁记录进入实用化 阶段； 1930年，德国的F.Pfleumer发明了矫顽力较高的γ— Fe2O3磁性颗粒材料改善了记录介质的特性和稳定性 ；
巨磁阻(GMR)磁头原理
巨磁阻(GMR)磁头结构
放大10,000倍的巨磁阻磁头
•P2W •S2
•Mrw
•S1
典型GMR磁头制造计划

Wafer - 6 weeks 浮动块加工- 2 weeks HGA-0.5 week HSA- 0.5 weeks 总共: 9 weeks
磁记录基本条件