碟片

碟片（disk）是硬碟中承載數據存儲的介質。硬碟碟片是以堅固耐用的材料為盤基，將磁粉附著在鋁合金(新材料也有用玻璃)圓碟片的表面上，表面被加工的相當平滑。這些磁粉被劃分成稱為磁軌的若干個同心圓，在每個同心圓的磁軌上就好像有無數的任意排列的小磁鐵，它們分別代表著0和1的狀態。當這些小磁鐵受到來自磁頭的磁力影響時，其排列的方向會隨之改變。

利用磁頭的磁力控制指定的一些小磁鐵方向，使每個小磁鐵都可以用來儲存信息。硬碟是由多個碟片疊加在一起，互相之間由墊圈隔開。

基本介紹

• 中文名：碟片
• 外文名：disk

硬碟碟片的結構特點

現在的磁碟碟片多數都採用薄膜複合技術。硬碟的介質膜結構大致為：潤滑層、碳覆層、磁性層、緩衝層或底層、基板。

潤滑層和碳覆層器機械和化學保護作用，保護下面的磁性層；磁性層通常為一層多層膜結構，常用材料有CrCoTa，CoNiPt，CrCoPtTa；緩衝層能顯著提高磁性層的磁性能。基片的表面能、粗糙度影響緩衝層的生長，因此可通過對基片表面的精密加工來最佳化和改善磁性合金層的組織和性能。

碟片材料

碟片在工作與運輸過程中會受到許多力的作用，如碟片的重力、碟片的隨主軸高速旋轉而產生的離心力，高速旋轉時硬碟內空氣湍流對碟片的作用等；在硬碟運輸與攜帶過程中還會由於各種機械震動而使碟片受到衝擊。特別是筆記本電腦和其它使用硬碟的手提式電腦中，碟片除了受到正常的接觸啟動/停止過程所帶來的作用力外，磁頭對碟片的衝擊還會由於外界的震動而極度增大。這就要求碟片具有非常好的表面硬度和抗衝擊性。在整個碟片中，由於磁性層、襯層、潤滑層都是薄膜結構，基本上不具備必要的力學性質，因此碟片的機械性能主要由基板提供。因此選用的基板材料必須具備一定的力學強度與表面硬度。

碟片以較高的轉速旋轉有利於硬碟快速讀取與寫入數據，但隨轉速的提高，硬碟內空氣湍流對碟片的作用會急劇增大，碟片在此作用下會產生不規則振動，這種振動對碟片會造成極大的傷害；並且振動的振幅隨主軸轉速增大而增大，當轉速增大到一定程度時，碟片會扭曲變形，是整個硬碟損壞。目前普通硬碟的轉速為5400轉/分鐘，部分高檔硬碟轉速已達到7200轉/分鐘，IBM公司及日本日立公司等都發布了轉速達到12000轉/分鐘的硬碟，下一步轉速將項向14000轉/分鐘發展，那時碟片受到的作用力將更大。由於材料的抗彎性能及共振頻率與彈性模具有關，為了得到較高的轉速，基板材料需具有較大的彈性模量。

Al合金基板材料

硬碟大部分都是採用Al合金基板。Al合金退火後，其硬度僅為0.9GPa，彈性模量僅為70GPa。因為Al合金自身的力學性能不夠，無法抵抗磁頭高轉速帶來的力學衝擊，所以在Al合金上增鍍了一層NiP來增強其力學性能。

但是NiP層表面結構凹凸不平使得磁頭的飛行高度無法降得太低，當硬碟磁碟表面具有波度時，磁頭就會隨著高速旋轉的存儲器硬碟的波動上下運動。如果波度超過一定的高度時，磁頭就不再能隨著波度運動，它就會與磁碟基片表面碰撞，發生所謂的磁頭壓碎，導致磁碟設備發生故障或讀寫信息的錯誤。另一方面當存儲器硬碟表面上存在數微米的微凸起時也會發生磁頭壓碎，相反，當硬碟表面存在凹坑時就不能完整地寫入信息，由此導致所謂的“比特缺損”或信息讀出的失敗。最近為了適應超高存儲密度，磁頭與硬碟磁面之間的距離已經減小到10nm以下。因此，在碟片表面拋光中，就要求製造出能夠使磁頭浮動高度更小、沒有突起、劃痕和凹坑的光滑表面。

玻璃基板材料

為了進一步提高硬碟驅動器的性能，人們希望得到一種更好的基板材料。玻璃，作為一種均勻緻密的非金屬材料，首先被人們選為NiP/Al基板的候選者。玻璃的剛度比鋁合金大，適於製造薄盤，且可省卻NiP層的塗覆。最重要靜是玻璃巨觀均勻的，在拋光過程中無塑性形變，能夠得到非常光滑的表面，這就保證磁頭飛行高度可以做得更低，從而為提高碟片面積密度提供可能。

但由於玻璃是一種脆性材料，套用於高速旋轉驅動器中需要解決的一個問題是玻璃表面裂紋擴展造成玻璃開裂的可能性。通過離子交換可以在玻璃表面產生一個壓應力層，從而鈍化裂紋尖端，阻止裂紋擴展，為了改進玻璃基扳的缺陷，人們又考慮採用微晶玻璃作為硬碟基板。微晶玻璃通過對特定化學組成玻璃的控制晶化而得到的多相固體。微晶玻璃具有高均勻的顯微結構，無氣孔且在玻璃向微晶玻璃轉化過程中體積變化小，因此它具有優良的表面特性、力學性能、熱穩定和化學穩定性，其強度與韌性都比其母體玻璃好；同時微晶玻璃的一個特點是其性能不僅與原始玻璃的化學組成有關，還在很大程度上決定於玻璃的熱歷史，這使得其各項性能在很大範圍內具有可調節性，有利於滿足不同環境的要求。

碟片數量

硬碟中一般會有多個碟片，每個碟片包含兩個面，每個盤面都對應地有一個讀/寫磁頭（Head，簡寫為H）。受到硬碟整體體積和生產成本的限制，碟片數量都受到限制，一般都在5片以內。碟片的編號自下向上從0開始，如最下邊的碟片有0面和1面，再上一個碟片就編號為2面和3面。

碟片容量

這裡所說碟片容量是指單個碟片的容量，簡稱單碟容量，它是硬碟相當重要的參數之一，一定程度上決定著硬碟的檔次高低。硬碟是由多個碟片組合而成的，而單碟容量就是一個存儲碟片所能存儲的最大數據量。硬碟廠商在增加硬碟容量時，可以通過兩種手段：一個是增加碟片的數量；而另一個辦法就是增加單碟容量。

舉個例子來說，單碟容量為60GB的是希捷酷魚五系列和單碟容量為80GB的希捷7200.7系列，如果都用2個碟片那么總容量將有40GB的差異，可見單碟容量對硬碟容量的影響。

同時，硬碟單碟容量的增加不僅僅可以帶來硬碟總容量的提升，而且也有利於生產成本的控制，提高硬碟工作的穩定性。單碟容量的增加意味著廠商要在同樣大小的碟片上建立更多的磁軌數（數據存儲在碟片的磁軌中），雖然這在技術難度上對廠商要求很高，但碟片磁軌密度（單位面積上的磁軌數）提高，代表著數據密度的提高，這樣在硬碟工作時碟片每轉動一周，磁頭所能讀出的數據就越多，所以在相同轉速的情況下，硬碟單碟容量越大其內部數據傳輸速率就越快。另外單碟容量的提高使單位面積上的磁軌條數也有所提高，這樣硬碟尋道時間也會有所下降。

另外單碟容量的增加也能在一定程度上節省產品成本，舉個例子來說，同樣的120GB的硬碟，如果採用單碟容量40GB的碟片，那么將要有三張碟片和六個磁頭；而採用單碟容量80GB的碟片，那么只需要兩張碟片和三個磁頭（碟片正反兩面都可以存儲數據，一面需要一個磁頭），這樣就能在儘可能節省更多的成本的條件下提高硬碟的總容量。單碟容量的增加也對磁頭提出了更高的要求。

單碟容量的提升是隨著硬碟技術的逐漸提高的，在2000年時出現了單碟容量40GB的硬碟產品，但直到2001中旬才全面在市場中普及。到了2002年IBM、西部數據、希捷、三星都相繼推出了單碟容量60GB的硬碟產品，最早單碟60GB容量的硬碟是三星於2002年5月推出的SpinPoint V60系列硬碟，其後的一個月內西部數據、希捷就發布了酷魚V和魚子醬系列7200rpm硬碟。