磁頭

磁表面存儲(chǔ)器是目前使用最廣泛的外存儲(chǔ)器。所謂磁表面存儲(chǔ)，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來存儲(chǔ)信息。根據(jù)記錄載體的外形，磁表面存儲(chǔ)器有磁鼓、磁帶、磁盤、磁卡等。而在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛使用的是磁盤和磁帶;特別是磁盤，幾乎是稍具規(guī)模系統(tǒng)的基本配置。

1. 基體與磁層

在磁表面存儲(chǔ)器中，記錄信息的介質(zhì)是一層很薄的磁層，它需要依附于具有一定機(jī)械強(qiáng)度的基體之上。根據(jù)不同磁表面存儲(chǔ)器的需要，基體分為軟質(zhì)基體與硬質(zhì)基體兩大類,它們所要求的磁層材料與制造工藝也相應(yīng)不同。

(1)軟質(zhì)基體與磁層

磁帶的運(yùn)行方式要求采用軟質(zhì)基體，如聚酯薄膜帶。軟盤的盤片在工作時(shí)與磁頭接觸，為了減少磁頭磨損，也要求用軟質(zhì)基體，如聚酯薄片。

將具有距磁特性的氧化鐵微粒，滲入少量鈷，用樹脂粘合劑混合后，涂敷在基本

體之上加工形成約1微米厚的均勻磁層。這就是記錄信息用介質(zhì)，屬于顆粒型材料。

(2)硬質(zhì)基體與磁層

硬盤的運(yùn)行方式對(duì)基體與磁層要求更高，一般采用鋁合金硬質(zhì)盤片作為基體。為了進(jìn)一步提高片光潔度與硬度，一些新型硬盤采用工程塑料、陶瓷、玻璃作為基體。

硬盤一般采用電鍍工藝在盤片上形成一個(gè)很薄的磁層，所用材料為具有矩磁特性的鐵鎳鈷合金。電鍍形成的磁層屬于連續(xù)型非顆粒型材料，又稱薄膜介質(zhì)，其均勻性與性能大為提高。磁層厚度大約只有0.1-0.2微米

，上面再鍍一層保護(hù)膜，增加抗磨性和抗腐蝕性。 在更新的硬盤中，采用濺射工藝形成薄膜磁層，即用粒子撞擊陰極，使陰極處的磁性材料原子淀積為磁性薄膜。其性能優(yōu)于鍍膜。

為了增加讀出信號(hào)的幅度，希望選用材料的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度 比較大。但 過大，磁化狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)間增加，因而影響記錄密度。為了提高激勵(lì)密度，要求磁層盡量薄。以減少磁化所需時(shí)間;磁層薄又使磁通變化量 減少，將影響讀出信號(hào)幅度。這就要求改進(jìn)讀出放大的電子技術(shù)，以降低對(duì)磁層制造工藝的要求，或在相同工藝水平條件下，提高密度與可靠性。

此外，要求磁層內(nèi)部無缺陷，表面組織致密、光滑、平整，磁層厚薄均勻，無污染，對(duì)環(huán)境溫度不敏感，性能穩(wěn)定。

磁頭是實(shí)現(xiàn)讀/寫的關(guān)鍵元件。寫入時(shí)，將脈沖代碼以磁化電流形式加入磁頭線圈，使記錄介質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁化狀態(tài)，即電磁轉(zhuǎn)換。讀出時(shí)，磁層中的磁化翻轉(zhuǎn)使磁頭的讀出線圈產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，即磁電轉(zhuǎn)換。

圖3-1 磁頭原理圖

圖3-1是磁頭的原理性示意圖。磁頭由高導(dǎo)磁材料構(gòu)成，上面繞有線圈，有一個(gè)線圈兼做寫入磁化與讀出，或分設(shè)讀磁頭與寫磁頭。磁頭面向記錄介質(zhì)的部分開有間隙，稱作磁頭間隙，簡(jiǎn)稱頭隙。如果沒有這個(gè)間隙，磁化電流產(chǎn)生的磁通將只在閉合磁路中流過，對(duì)記錄介質(zhì)沒有作用。開了間隙后，大部分磁通將流經(jīng)頭隙所對(duì)應(yīng)的記錄介質(zhì)局部區(qū)域，使該作用區(qū)留下某種磁化狀態(tài)。讀出時(shí)，記錄信息的介質(zhì)經(jīng)過磁頭，由于對(duì)著磁頭的區(qū)域中存在磁化狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，若由正向飽和變?yōu)樨?fù)向飽和，或由負(fù)向飽和變?yōu)檎蝻柡?，使磁頭的磁路中發(fā)生磁通變化 。讀出線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，即讀出信號(hào)。因此頭曦部分的形狀與尺寸至關(guān)重要，又稱工作間隙。磁頭的磁路其余部分既可做成環(huán)狀，也可做成馬蹄形，影響不大。

在磁盤或磁帶進(jìn)行讀/寫時(shí)，記錄介質(zhì)運(yùn)動(dòng)而磁頭不動(dòng)，磁頭在記錄介質(zhì)上的磁化區(qū)形成磁道。磁化后，磁道中心部分達(dá)到磁飽和，而磁道兩側(cè)的邊緣部分磁化不足。在寫入后，常將兩側(cè)進(jìn)行清洗，稱為夾縫清除。

從磁頭的任務(wù)來看，在磁盤中，每個(gè)記錄面有一個(gè)磁頭，兼做讀磁頭與寫磁頭，又稱復(fù)合磁頭。在磁帶機(jī)中，經(jīng)常一次并行地讀/寫幾個(gè)磁道。每個(gè)磁道中有一對(duì)磁頭:一個(gè)讀磁頭和一個(gè)寫磁頭，可以實(shí)現(xiàn)寫后讀出檢查。將幾個(gè)磁道的讀磁頭與寫磁頭裝配為一體，道間加屏蔽，稱為組合頭快。

從制造工藝方面來看，分為早期的傳統(tǒng)工藝磁頭與近期的薄膜磁頭。

在早期的制造工藝中，或是用高導(dǎo)磁率鐵淦氧材料熱壓成形，或用高導(dǎo)磁率鐵鎳合金(坡莫合金)疊片組裝成形。通常是先制成幾部分其中一段繞有線圈，然后將他們粘接起來。用于軟盤的磁頭，將上述鐵芯封裝在特種塑料外殼里，外殼做成球面形或平面扣子形，便于安裝和定位，并使磁頭與盤面接觸良好，工作時(shí)磨損小。用于硬盤的磁頭，將鐵芯封裝在一個(gè)陶瓷塊內(nèi)，該陶瓷塊稱為浮動(dòng)塊，工作時(shí)可由氣墊使其浮空于盤面上;后來又將鐵芯和浮動(dòng)塊改為用同樣的材料制成。

近期的硬盤采用薄膜磁頭，用類似于半導(dǎo)體工藝的淀積和成形技術(shù)，在基板上形成坡莫合金的鐵芯，和具有一定匝數(shù)的線圈，如平面螺旋式導(dǎo)體線圈。由于制造成型過程中使用掩模光刻技術(shù)，精度很高，可以獲得比較理想的極尖形狀和工作間隙;然后在基板上燒固一層氧化鋁和碳化鈦，再切割加工成浮動(dòng)塊。相比之下，薄膜磁頭在各方面的性能均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝磁頭。