Un cabezal de lectura y escritura de disco es la pequeña parte de una unidad de disco que se mueve sobre el plato del disco y transforma el campo magnético del plato en corriente eléctrica (lee el disco) o, viceversa, transforma la corriente eléctrica en campo magnético (escribe el disco). [1] Las cabezas han pasado por varios cambios a lo largo de los años.
En un disco duro, los cabezales vuelan por encima de la superficie del disco con un espacio libre de tan solo 3 nanómetros . La altura de vuelo ha ido disminuyendo con cada nueva generación de tecnología para permitir una mayor densidad de área . La altura de vuelo del cabezal se controla mediante el diseño de un cojinete de aire grabado en la superficie del deslizador orientada hacia el disco . La función del cojinete de aire es mantener constante la altura de vuelo a medida que la cabeza se mueve sobre la superficie del disco. Los cojinetes de aire están cuidadosamente diseñados para mantener la misma altura en todo el plato, a pesar de las diferentes velocidades según la distancia de la cabeza desde el centro del plato. [2] Si la cabeza golpea la superficie del disco, puede producirse un choque catastrófico de la cabeza . Las cabezas suelen tener una capa de carbono similar a un diamante . [3]
Los cabezales inductivos utilizan el mismo elemento tanto para lectura como para escritura.
Los propios cabezales comenzaron siendo similares a los cabezales de las grabadoras : dispositivos simples hechos de una pequeña pieza en forma de C de un material altamente magnetizable, como permalloy o ferrita , envuelto en una fina bobina de alambre. Al escribir, la bobina se energiza, se forma un fuerte campo magnético en el espacio de la C y la superficie de grabación adyacente al espacio se magnetiza. Durante la lectura, el material magnetizado gira a través de los cabezales, el núcleo de ferrita concentra el campo y se genera una corriente en la bobina. En la brecha el campo es muy fuerte y bastante estrecho. Ese espacio es aproximadamente igual al grosor del medio magnético en la superficie de grabación. El espacio determina el tamaño mínimo de un área grabada en el disco. Las cabezas de ferrita son grandes y escriben características bastante grandes. También deben volar bastante lejos de la superficie, lo que requiere campos más fuertes y cabezas más grandes. [4]
Los cabezales de metal en espacio ( MIG ) son cabezales de ferrita con una pequeña pieza de metal en el espacio del cabezal que concentra el campo. Esto permite leer y escribir funciones más pequeñas. Los cabezales MIG fueron reemplazados por cabezales de película delgada.
Introducida por primera vez en 1979 en la unidad de disco IBM 3370 , la tecnología de película delgada utiliza técnicas fotolitográficas similares a las utilizadas en dispositivos semiconductores para fabricar cabezales de disco duro con un tamaño más pequeño y mayor precisión que los diseños basados en ferrita que se usaban entonces. Los cabezales de película delgada son electrónicamente similares a los cabezales de ferrita y utilizan la misma física. Se construyen capas delgadas de materiales de cableado de bobina magnéticos (Ni-Fe), aislantes y de cobre sobre sustratos cerámicos que luego se separan físicamente en cabezales de lectura/escritura individuales integrados con su cojinete de aire, lo que reduce significativamente el costo de fabricación por unidad. [5] Los cabezales de película delgada eran mucho más pequeños que los cabezales MIG y, por lo tanto, permitían utilizar características grabadas más pequeñas. Los cabezales de película delgada permitieron que las unidades de 3,5 pulgadas alcanzaran una capacidad de almacenamiento de 4 GB en 1995. La geometría del espacio del cabezal era un compromiso entre lo que funcionaba mejor para leer y lo que funcionaba mejor para escribir. [4]
La siguiente mejora en el diseño del cabezal fue separar el elemento de escritura del elemento de lectura, lo que permitió optimizar un elemento de película delgada para escribir y un elemento de cabezal separado para leer. El elemento de lectura independiente utiliza el efecto magnetorresistivo (MR) que cambia la resistencia de un material en presencia de un campo magnético. Estos cabezales de RM pueden leer características magnéticas muy pequeñas de manera confiable, pero no pueden usarse para crear el campo intenso que se usa para escribir. El término AMR (MR anisotrópico) se utiliza para distinguirlo de la mejora introducida posteriormente en la tecnología de MR llamada GMR ( magnetorresistencia gigante ) y "TMR" (magnetorresistencia de túnel).
La transición a medios de grabación magnética perpendicular ( PMR ) tiene implicaciones importantes para el proceso de escritura y el elemento de escritura de la estructura del cabezal, pero menos para el sensor de lectura de RM de la estructura del cabezal. [6]
La introducción del cabezal AMR en 1990 por parte de IBM [7] condujo a un período de rápidos aumentos de la densidad territorial de alrededor del 100% anual.
En 1997, GMR, cabezas magnetorresistivas gigantes comenzaron a reemplazar las cabezas AMR. [7]
Desde la década de 1990, se han realizado varios estudios sobre los efectos de la colosal magnetorresistencia (CMR), que puede permitir aumentos aún mayores en la densidad. Pero hasta ahora no ha dado lugar a aplicaciones prácticas porque requiere bajas temperaturas y equipos de gran tamaño. [8] [9]
En 2004, Seagate [7] introdujo las primeras unidades que utilizaban cabezales MR de túnel ( TMR ) , lo que permitía unidades de 400 GB con 3 platos de disco. Seagate introdujo los cabezales TMR con bobinas calefactoras microscópicas integradas para controlar la forma de la región del transductor del cabezal durante el funcionamiento. El calentador se puede activar antes del inicio de una operación de escritura para garantizar la proximidad del polo de escritura al disco/medio. Esto mejora las transiciones magnéticas escritas al garantizar que el campo de escritura del cabezal sature completamente el medio del disco magnético. Se puede utilizar el mismo enfoque de actuación térmica para disminuir temporalmente la separación entre el medio del disco y el sensor de lectura durante el proceso de lectura, mejorando así la intensidad y la resolución de la señal. A mediados de 2006, otros fabricantes comenzaron a utilizar enfoques similares en sus productos.
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