Wissenswertes über Festplatten

In diesem Artikel erfahren Sie etwas über Festplatten.

Eine Festplatte ist ein Speichermedium, das zum Speichern von Daten verwendet wird. Die Basis der Festplatte besteht aus festen und haltbaren Materialien. Die Oberfläche der Festplatte aus einer Aluminiumlegierung (oder Glas) ist mit magnetischen Pulvern bedeckt und die Oberfläche ist sehr glatt. Die magnetischen Pulver sind in mehrere konzentrische Kreise unterteilt (die als Spuren bezeichnet werden).

Es sind auf der Spur jedes konzentrischen Kreises zahlreiche Magnete zufällig angeordnet. Die Magnete stellen den Status 0 und 1 dar. Wenn sie vom Magnetismus des Kopfes beeinflusst werden, ändert sich auch die Ausrichtung der Anordnung.

Jeder Magnet kann zum Speichern von Informationen verwendet werden, indem die Richtung einiger Magnete durch den Magnetismus des Kopfes gesteuert wird.

Name: Festplatte

Katalog

1. Strukturmerkmale der Festplatte

2. Material der Festplatte

Material des Al-Legierungssubstrats

Material des Glassubstrats

3. Die Anzahl der Scheiben

4. Die Kapazität der Scheiben

1. Strukturmerkmale der Festplatte

Heutzutage werden Festplatten hauptsächlich durch Filmverbundtechnologie hergestellt. Die Komponenten der dielektrischen Festplatte sind: Schmiermittelschicht, Kohlenstoffbeschichtung, Magnetschicht, Pufferschicht oder untere Schicht und Substrat.

Die Schmier- und die Kohlenstoffschicht dienen als mechanischer und chemischer Schutz und können die darunter liegende Magnetschicht schützen. Diese besteht aus einer Mehrschichtstruktur aus CrCoTa, CoNiPt und CrCoPtTa. Die Pufferschicht kann die Leistung der Magnetschicht verbessern. Die Oberflächenenergie und -rauheit beeinflussen das Wachstum der Pufferschicht. Durch eine präzise Bearbeitung der Substratoberfläche kann die Leistung der Magnetschicht optimiert und verbessert werden.

2. Materialien der Festplatte

Während des Arbeits- und Transportprozesses wirken Kräfte auf die Festplatte, wie z. B. die Schwerkraft der Festplatte, die Zentrifugalkraft, die durch die hohe Drehzahl der Spindel verursacht wird, die Turbulenzkraft auf die Festplatte bei hoher Drehzahl usw.

Festplatten können durch die Vibrationen einer Vielzahl von Maschinen beim Transport und beim Mitführen beeinträchtigt werden. Insbesondere bei Laptops und tragbaren Computern mit Festplatte wird die Festplatte durch den magnetischen Kopf aufgrund von externen Vibrationen extrem belastet, abgesehen von der normalen Kraft, die beim Ausführen von Start/Stopp entsteht. Dies erfordert, dass Festplatten eine hohe Oberflächenhärte und Schlagfestigkeit aufweisen müssen.

Da die gesamte Festplattenstruktur, d. h. die magnetische Schicht, die Auskleidungsschicht und die Schmiermittelschicht, eine Filmstruktur aufweisen, werden die mechanischen Eigenschaften der Festplatte hauptsächlich durch das Substrat bestimmt. Daher muss das gewählte Substrat eine bestimmte mechanische Festigkeit und Oberflächenhärte aufweisen.

Die hohe Drehzahl der Festplatte trägt dazu bei, Daten schnell zu lesen und zu schreiben. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt jedoch die Kraft der Luftturbulenzen auf die Festplatte innerhalb der Festplatte dramatisch zu, und die Festplatte vibriert unter diesem Einfluss unregelmäßig, wodurch die Vibration der Festplatte großen Schaden zufügt. Außerdem nimmt die Amplitude mit zunehmender Spindeldrehzahl zu. Wenn die Drehzahl bis zu einem gewissen Grad erhöht wird, wird die Scheibe verzerrt und die gesamte Festplatte nimmt Schaden.

Derzeit beträgt die Drehzahl einer gewöhnlichen Festplatte 5400/min, bei einigen modernen Festplatten werden Drehzahlen von 7200/min erreicht. Einige Unternehmen wie IBM und Hitachi haben Festplatten mit einer Geschwindigkeit von 2000/min herausgebracht, und das nächste Ziel ist 14000/min. Dann werden sich die Kräfte, die auf die Festplatte wirken, steigern. Da die Biegeeigenschaft und die Resonanzfrequenz des Materials in Relation zur elastischen Form stehen, muss das Substratmaterial ein höheres Elastizitätsmodul für eine höhere Geschwindigkeit aufweisen.

Die meisten Festplatten bestehen aus A1-Legierungssubstrat. Nach dem Glühen der A1-Legierung beträgt die Härte nur 0,9 GPa und das Elastizitätsmodul nur 70 GPa. Da die mechanischen Eigenschaften der Al-Legierung selbst nicht ausreichen, um mechanischen Stößen durch die Hochgeschwindigkeitsrotation des Kopfes standzuhalten, wird die Al-Legierung mit einer NiP-Schicht überzogen, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

Allerdings trägt die unebene Oberflächenstruktur der NiP-Schicht dazu bei, dass die Schwebehöhe des Magnetkopfes nicht zu niedrig absinken kann. Wenn die Oberfläche der Festplatte wellig ist, führt der Magnetkopf eine Auf- und Abbewegung mit der Schwankung der sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Speicherplatte aus. Wenn die Wellenhöhe einen bestimmten Grad überschreitet, bewegt sich der Magnetkopf nicht mehr zusammen mit der Welligkeit. Er kollidiert mit der Oberfläche des Plattensubstrats, und es kommt zu einem sogenannten Headcrash. Dies kann zum Ausfall des Festplattes und zu Lese- und Schreibfehlern führen.

Andererseits tritt ein Headcrash auch auf, wenn sich auf der Oberfläche einer Speicherfestplatte eine Anzahl von Unebenheiten befindet. Wenn sich deshalb Pits auf der Festplattenoberfläche befinden, können die Informationen nicht vollständig geschrieben werden, was zu einem sogenannten „Bitdefekt“ oder Lesefehler führt. Um die extrem hohe Speicherdichte zu erreichen, wurde der Abstand zwischen dem Magnetkopf und der magnetischen Oberfläche der Festplatte auf unter 10 nm reduziert.

Beim Polieren der Plattenoberfläche ist es daher wichtig, eine geringere Schwebhöhe des Kopfes und eine geschmeidige Oberfläche ohne Vorsprünge, Kratzer oder Vertiefungen zu erzeugen.

3. Material des Glassubstrats

Anwender wollen ein besseres Substratmaterial, um die Leistung von Festplattenlaufwerken weiter zu verbessern. Als homogenes, dichtes und nichtmetallisches Material wird Glas zunächst als Kandidat für das Nip/A1-Substrat ausgewählt. Glas ist steifer als Aluminiumlegierungen, und die NiP-Schicht kann eingespart werden.

Glas ist allerdings ein sprödes Material, es besteht daher ein Problem, das bei der Hochgeschwindigkeitsrotation gelöst werden sollte, in der Möglichkeit von Glasbrüchen aufgrund der Ausdehnung des Risses auf der Oberfläche. Glaskeramik wird als Substrat für eine Festplatte in Betracht gezogen, um die Mängel des Glassubstrats zu beheben. Glaskeramik hat hervorragende Oberflächeneigenschaften, mechanische Eigenschaften, thermische Stabilität und chemische Stabilität.

Außerdem sind ihre Festigkeit und Zähigkeit besser als bei Glas. Eine weitere Eigenschaft von Glaskeramik ist, dass sie nicht nur von der chemischen Zusammensetzung des Glases abhängt, sondern auch weitgehend von der thermischen Vorgeschichte des Glases bestimmt wird. Dadurch kann sie den Anforderungen verschiedener Umgebungen gerecht werden.

4. Die Anzahl der Scheiben

Eine Festplatte besteht aus mehreren Scheiben. Jede Scheibe hat zwei Seiten und jede Seite hat ihren eigenen Lese-/Schreibkopf (H). Aufgrund der Festplattengröße und der Produktionskosten ist die Anzahl der Scheiben auf 5 begrenzt. Die Nummerierung der Scheiben beginnt mit 0 von unten nach oben. Wenn die unterste Scheibe die Seiten 0 und 1 hat, wird die obere Scheibe daneben mit den Seiten 2 und 3 markiert.

5. Die Kapazität der Scheiben

Die Kapazität bezieht sich auf die Kapazität jeder einzelnen Scheibe, limitiert durch die Scheibenkapazität. Sie ist einer der wichtigsten Parameter einer Festplatte und kann in gewissem Umfang die Stufe der Festplatte bestimmen. Eine Festplatte besteht aus mehreren Scheiben, und die Scheibenkapazität ist das Maximum des Plattenspeichers. Hersteller können die Kapazität auf zwei Arten vergrößern. Eine besteht darin, die Anzahl der Scheiben zu erhöhen; die andere darin, die Kapazität einzelner Scheiben zu erhöhen.

Darüber hinaus kann die Erhöhung der Festplattenkapazität die Gesamtkapazität der Festplatte verbessern und sich positiv auf die Kontrolle der Produktionskosten auswirken, um ihre Betriebsstabilität zu fördern. Die Erhöhung der Festplattenkapazität bedeutet, dass Hersteller mehr Spuren erstellen sollten. Obwohl die Nachfrage nach Technik für Hersteller recht hoch ist, stellt die Erhöhung der Spurdichte die Förderung der Datendichte dar.

Außerdem können durch die Erhöhung der Festplattenkapazität in gewissem Umfang Kosten eingespart werden. Die Erhöhung der Festplattenkapazität wird mit der Weiterentwicklung der Festplattentechnologie schrittweise vorangetrieben. Im Jahr 2000 kam die Festplattenkapazität von 40 GB auf den Markt, dann im Jahr 2016 bringt Seagate die sagenhafte 60-TB-SSD heraus, ein Jahr nach Samsungs 15-TB-SSD. Heutzutage müssen Anwender viel weniger Geld für den Kauf eines Laufwerks mit großer Kapazität hinlegen.

Mit der zunehmenden Festplattenkapazität treten jedoch immer mehr Festplattenprobleme auf. Einige Anwender stellen fest, dass ihre 3-TB-Festplatte nur 2 TB nutzt, andere berichten, dass ihre 3-TB-Festplatte nur 746 GB anzeigt. Zum Glück bietet MiniTool hier die besten Lösungen dafür.