帶你領(lǐng)略最大的硬盤(pán)廠(chǎng)之一的西部數據

西數工廠(chǎng),硬盤(pán)內部的秘密！

　　對一名硬盤(pán)愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，恐怕沒(méi)有什么比參觀(guān)硬盤(pán)廠(chǎng)更令人興奮的事了。2001年底，WD公司邀請中國內地和香港的媒體記者參觀(guān)其有魚(yú)子醬之家（Homeof the Caviar）美稱(chēng)的馬來(lái)西亞硬盤(pán)生產(chǎn)廠(chǎng)，本報記者將參觀(guān)見(jiàn)聞和自己積累的一些硬盤(pán)結構知識組合成如下這篇文章，望能與同樣對硬盤(pán)感興趣的愛(ài)好者們分享。

　　不管北京的冬天有多么冷，馬來(lái)西亞首都吉隆坡還是一如既往地熱。在需要冬眠的時(shí)候來(lái)到如此靠近赤道的地方固然值得興奮，然而真正吸引我們的還是位于吉隆坡西南12公里自由貿易區的西部數據（WesternDigital，簡(jiǎn)稱(chēng)WD）公司硬盤(pán)生產(chǎn)廠(chǎng)。

　　創(chuàng )立于1970年的WD公司最初以硬盤(pán)驅動(dòng)器控制卡為主要業(yè)務(wù)，馬來(lái)西亞工廠(chǎng)則從1973年開(kāi)始負責集成電路（IC）的封裝及測試。1985年已成為PC硬盤(pán)驅動(dòng)器控制卡領(lǐng)導廠(chǎng)商的WD受Compaq委托開(kāi)發(fā)了第一個(gè)ATA接口芯片（用于Imprimis制造第一臺ATA接口硬盤(pán)驅動(dòng)器），并于1988年通過(guò)購并Tandon公司而投身于硬盤(pán)驅動(dòng)器事業(yè)。隨著(zhù)WD成為專(zhuān)業(yè)的硬盤(pán)驅動(dòng)器制造商，馬來(lái)西亞工廠(chǎng)自然也隨之轉向硬盤(pán)驅動(dòng)器的生產(chǎn)，到1994年硬盤(pán)驅動(dòng)器的累計出貨量超過(guò)了9千萬(wàn)臺，而PCBA（印刷電路板組件）的累計出貨量則在1995年超過(guò)了9千5百萬(wàn)片。

　　2000年初，WD關(guān)閉了有11年歷史的新加坡工廠(chǎng)，馬來(lái)西亞工廠(chǎng)肩負起全部的生產(chǎn)任務(wù)。原料與加工集中的高效持續運轉意味著(zhù)產(chǎn)能的提高，由單個(gè)工廠(chǎng)制造所有的產(chǎn)品也更便于管理且富于彈性，與馬來(lái)西亞政府的工業(yè)化政策和相對穩定的政治環(huán)境、固定且有利的通貨兌換率、出口零稅率及運輸、通訊、教育和勞動(dòng)力資源上的優(yōu)勢結合在一起，促使WD做出了上述決策。從1994年算起WD在馬來(lái)西亞的投資總額已有3億美元之多，目前當地員工的比例超過(guò)了65%，并占馬來(lái)西亞電子出口總額的5%以上。2001年9月初，WD在亞洲華爾街期刊的亞洲20佳雇主排名中位居第四，而在馬來(lái)西亞10佳雇主中列第三位。

完成了工廠(chǎng)的調整之后，WD又放棄了長(cháng)期虧損的SCSI接口硬盤(pán)驅動(dòng)器產(chǎn)品線(xiàn)，專(zhuān)注于A(yíng)TA接口硬盤(pán)驅動(dòng)器市場(chǎng)。進(jìn)入2001年后，WD以7200rpm產(chǎn)品為主攻方向，在60GB以上的大容量市場(chǎng)占有73%的份額，并推出了WD1000BB-SE等配備8MB緩存的得意之作。與IBM不同的是，WD并沒(méi)有停止5400rpm產(chǎn)品的發(fā)展，不僅魚(yú)子醬AB、表演家系列香火未斷，單盤(pán)片設計的Protégé系列更是在微軟的X-BOX中大放異彩。

工廠(chǎng)內部概況

　　穿過(guò)類(lèi)似機場(chǎng)安全門(mén)的檢測裝置就進(jìn)入了WD馬來(lái)西亞工廠(chǎng)內部，兩個(gè)展柜里布滿(mǎn)了WD的經(jīng)典產(chǎn)品，亞洲華爾街期刊的獎項和X-BOX則擺在顯眼的位置。這座5層高的迷宮生產(chǎn)面積達5萬(wàn)平方米，約6千人分兩班維持工廠(chǎng)的24×7不間斷運作。

　　嚴格來(lái)講我們常說(shuō)的硬盤(pán)廠(chǎng)都是裝配廠(chǎng)，即來(lái)自供貨商的盤(pán)片、磁頭（臂）、馬達、盤(pán)體被裝配為磁頭磁盤(pán)總成（HDA），并把主控、緩存和馬達控制芯片焊貼于印刷電路板上形成PCBA，再將HDA與PCBA結合在一起就得到了完整的硬盤(pán)（驅動(dòng)器）。由于磁頭相對于磁盤(pán)盤(pán)片表面的飛行高度只有億分之三米左右，因此硬盤(pán)驅動(dòng)器的HDA必須在非常干凈的無(wú)塵室環(huán)境中裝配--當然在運轉時(shí)更要維持同樣潔凈的環(huán)境。用于裝配HDA的無(wú)塵室等級通常為Class100，即一立方米的空間內空氣中直徑為1埃（百億分之一米）的塵粒不得超過(guò)100顆。

　　WD馬來(lái)西亞工廠(chǎng)有三個(gè)7千平方米的Class100無(wú)塵室，工人們井然有序地坐在里面，工位上方支架上一排風(fēng)扇向下吹出的風(fēng)簾橫亙在工人與操作臺之間，HDA的裝配工作就在備有各種輔助工具的操作臺上進(jìn)行。出于可以理解的原因，我們不能進(jìn)入無(wú)塵室，只能在玻璃墻外面參觀(guān)，陪同的WD公司人員介紹說(shuō)工廠(chǎng)的日產(chǎn)量可達10萬(wàn)片，分攤到每名HDA裝配工身上的任務(wù)也就幾十片而已--對于熟練工來(lái)說(shuō)并非難事，所以在我們看來(lái)無(wú)塵室內的工人們可謂忙碌而不緊張。

進(jìn)不了無(wú)塵室，又不允許拍照，要想圖文并茂地給大家介紹硬盤(pán)驅動(dòng)器的裝配過(guò)程，WD公司提供的WD1200BB樣品盤(pán)不失為一種替代方法--按照裝配的逆順序拆開(kāi)即可。當然，馬來(lái)西亞并不缺硬盤(pán)工人，幫助讀者對硬盤(pán)驅動(dòng)器的結構進(jìn)行更為深入的了解才是我們的最終目標。

魚(yú)子醬硬盤(pán)全解剖

我們的深入介紹建立在如下的生產(chǎn)工序簡(jiǎn)圖之上：

部件清洗/傳送→主軸馬達安裝→盤(pán)片安裝→盤(pán)片平衡→磁頭（臂）組/音圈馬達安裝→磁頭（臂）組與盤(pán)片結合→過(guò)濾組件安裝→頂蓋安裝→伺服信號寫(xiě)入→安裝PCBA及后續工作

部件清洗/傳送：來(lái)自供貨商的零部件怎樣以"清白之身"進(jìn)入無(wú)塵室呢？這要分為兩種情況

區別對待：

　　金屬質(zhì)地的基座（BasePlate，即常說(shuō)的盤(pán)體）、頂蓋和塑料制成的磁頭限位桿等附件難免會(huì )附著(zhù)一些碎屑或顆粒，本身又沒(méi)有任何電氣線(xiàn)路，符合走"水路"的條件，因此要用水清洗并干燥后才進(jìn)入無(wú)塵室；

　　磁頭（臂）組件、馬達和盤(pán)片等顯然不宜水洗，它們運來(lái)的時(shí)候具有兩層包裝，撕下外層包裝后通過(guò)一排類(lèi)似食品柜臺的窗口--上方吹下的高速氣流形成一道阻擋塵粒的風(fēng)簾--送進(jìn)無(wú)塵室，而里層的防靜電包裝則在無(wú)塵室內拆開(kāi)。

　　

主軸馬達安裝：最先擺上操作臺的是用于固定硬盤(pán)驅動(dòng)器各個(gè)組件的基座（看看它身上遍布的窟窿就知道了，如圖1），把主軸馬達上的缺口對準基座底部的弧形窗口（圖2），擰緊三顆固定螺絲就完成了裝配工作的第一個(gè)環(huán)節。所有的盤(pán)片都將固定在主軸上，而三點(diǎn)形成的平面保證了馬達平穩的轉動(dòng)，至于弧形窗口的用途我們將在伺服信號寫(xiě)入部分介紹
�？崴剖中g(shù)刀的硬盤(pán)磁頭部分

磁頭（臂）組/音圈馬達安裝：

　　磁頭小，頭臂長(cháng)，磁頭位于頭臂上。所有的磁頭臂共軸且投影重合，兩兩一組對應每張盤(pán)片的上下兩面�，F在的硬盤(pán)都采用音圈馬達（VoiceCoil Motor，VCM），馬達線(xiàn)圈與磁頭驅動(dòng)臂連成一體，轉軸位于兩者之間。馬達線(xiàn)圈處在兩塊永久磁鐵生成的磁場(chǎng)中，當線(xiàn)圈中有電流通過(guò)時(shí)就會(huì )在磁場(chǎng)的影響下經(jīng)轉軸的杠桿作用推動(dòng)磁頭臂進(jìn)行尋道操作。

　　連接磁頭的線(xiàn)路貼著(zhù)磁頭臂遠離主軸馬達的一側連接到軸孔旁的讀/寫(xiě)前置放大器（圖中Agere出品的那顆芯片），經(jīng)放大處理的信號再通過(guò)帶狀傳輸線(xiàn)延伸至HDA外部與PCBA的接口上。

　　在固定音圈馬達的永久磁鐵之前，注意要先安裝好磁頭限位桿--它馬上就要派上用場(chǎng)了。

　　磁頭（臂）組與盤(pán)片結合：將馬達線(xiàn)圈尾部的突起對準磁頭限位桿上的凹槽，同時(shí)小心地將成對的磁頭滑入盤(pán)片上/下方。磁頭限位桿凹槽的塑料一側用于阻止磁頭脫離盤(pán)片所在區域，而另一側的圓柱形磁鐵則可以牢牢吸住馬達線(xiàn)圈尾部的金屬突起--保證電源切斷時(shí)磁頭乖乖�？吭诒P(pán)片最內圈的CSS（ContactStart/Stop，接觸啟/停）區。

　　CSS區不存儲任何數據，也沒(méi)有盤(pán)片上的數據區那樣光滑。在運輸或關(guān)機等狀態(tài)下磁頭停泊在這里，即使遇到震動(dòng)和沖擊也不會(huì )對數據區造成破壞。通電之后主軸馬達帶動(dòng)盤(pán)片旋轉，達到一定轉速后磁頭在空氣升力的作用下脫離盤(pán)片表面浮起，此時(shí)音圈馬達動(dòng)作使線(xiàn)圈尾部突起脫離磁頭限位桿上的磁鐵，磁頭就可以自由地在盤(pán)片上空飛翔了；而當電源被切斷之后，馬達線(xiàn)圈尾部又會(huì )轉向磁鐵并被其吸附，磁頭則在逐漸減速的CSS區上著(zhù)陸。這種接觸啟/停方式無(wú)疑是有磨損的，通常廠(chǎng)家標稱(chēng)的壽命是數萬(wàn)次啟/停循環(huán)。

　　與傳統的CSS方式相比，IBM研究的磁頭加載/卸載（Load/UnLoad，L/UL）技術(shù)更具優(yōu)勢：取消了盤(pán)片最內圈的CSS區，在盤(pán)片外設立固定磁頭的支架，這樣無(wú)論盤(pán)片是否在轉動(dòng)磁頭都可停泊于該支架上，在提高盤(pán)片有效存儲空間的同時(shí)改善了硬盤(pán)驅動(dòng)器運轉時(shí)的抗沖擊能力，不但為2.5英寸筆記本電腦硬盤(pán)驅動(dòng)器所廣泛采納，IBM最新的桌面型和企業(yè)級硬盤(pán)驅動(dòng)器也使用了

該技術(shù)的簡(jiǎn)化版。

兩個(gè)重要部件的安裝

過(guò)濾組件安裝：

　　HDA并非密封的金屬盒子，因為磁頭在真空環(huán)境下飛不起來(lái)，但同時(shí)也沒(méi)有填充惰性氣體的必要--潔凈的空氣就可以；HDA也不能是密封的金屬盒子，因為內外的氣壓要保持平衡，無(wú)論內部工作時(shí)的溫度有多高。這樣一來(lái)，通氣孔和過(guò)濾組件就是HDA不可或缺的組成部分了。

　　通氣孔開(kāi)設在頂蓋上，有些廠(chǎng)家用較為醒目的標示提示用戶(hù)不要將其覆蓋。采用迷宮式進(jìn)氣道的空氣過(guò)濾器靠雙面膠粘在頂蓋下方通氣孔所在位置。

頂蓋安裝：

　　頂蓋朝向基座這面的邊緣有起密封作用的墊圈，扣合在基座上之后擰緊所有的螺絲--包括固定主軸馬達和磁頭（臂）組/音圈馬達轉軸的那兩顆。

　　到此為止整個(gè)HDA的裝配工作算是完成了，但還不能把它拿出無(wú)塵室，因為頂蓋和基座上還開(kāi)著(zhù)兩大一小共三個(gè)天窗呢。

伺服信號寫(xiě)入

　　硬盤(pán)驅動(dòng)器在進(jìn)行尋道操作的時(shí)候，要根據磁道在盤(pán)片上的伺服（Servo）信號計算磁頭所到位置的確切情況，而伺服信號的寫(xiě)入工作是在工廠(chǎng)內完成的。

　　單碟容量40GB的盤(pán)片在徑向1厘米的長(cháng)度上就分布有超過(guò)2萬(wàn)個(gè)磁道，這意味著(zhù)伺服信號必須在HDA裝配好且盤(pán)片處于運轉狀態(tài)時(shí)寫(xiě)入--預先寫(xiě)入伺服信號的做法對裝配精度的要求實(shí)在太高了（多張盤(pán)片更是如此）。由于硬盤(pán)驅動(dòng)器的磁頭只能讀出而不能寫(xiě)入伺服信號，因此要使用伺服道寫(xiě)入機（ServoTrack Writers，STW）從Servo口（也就是前面提到的"三個(gè)天窗"，圖12）下手。

　　基座靠近磁頭一側正對主軸的位置有一個(gè)長(cháng)圓形（或圓形）窗口，STW的寫(xiě)入臂就從這里伸進(jìn)去工作。出于強度等考慮這個(gè)窗口的高度（或直徑）不能太大，因此向最上/下的盤(pán)片表面寫(xiě)入伺服信號的工作要通過(guò)頂蓋和基座底部遙相呼應的兩個(gè)弧形窗口進(jìn)行。盤(pán)片數越多，側面寫(xiě)入的難度也就越大。

　　寫(xiě)入伺服信號的過(guò)程與其實(shí)就是我們常說(shuō)的低級格式化（即用戶(hù)已不能自行"真正的低格"了），所用的時(shí)間也像格式化一樣隨容量增長(cháng)--不同之處在于是單碟容量（磁道數目）而非整個(gè)硬盤(pán)驅動(dòng)器的容量。根據WD提供的資料，單碟容量從20GB提高至40GB使寫(xiě)入伺服信號的時(shí)間延長(cháng)了50%，這就對STW的處理能力提出了更高的要求。我們所見(jiàn)到的STW橫截面是個(gè)邊長(cháng)1米左右的正方形，可以容納9個(gè)HDA，據說(shuō)還可以加高一層達到12個(gè)，而在此之前WD使用的STW容量只有4個(gè)。STW對一批（9個(gè)）HDA的操作用時(shí)20余分鐘，讀者若有興趣的話(huà)可以估算整個(gè)工廠(chǎng)的需求量。

　　HDA從STW中取出之后，用膠紙封上Servo口后無(wú)塵室內的操作就算結束了。封Servo口的膠紙很容易被揭下或破壞，從而影響HDA內部的密封，因此在使用中一定要注意保護。

安裝PCBA及后續工作

　　PCBA的安裝工作主要由機器完成，至此一塊硬盤(pán)驅動(dòng)器就裝配好了。在相對簡(jiǎn)單的完好性測試之后，每一塊硬盤(pán)驅動(dòng)器都被記錄在冊并貼上標簽，進(jìn)行基本環(huán)境壓力測試。

　　基本環(huán)境壓力測試儀就像一個(gè)大型磁盤(pán)陣列柜，硬盤(pán)驅動(dòng)器排列的密度遠高于STW，每個(gè)柜子都可以容納數百塊。與溫度20℃±3℃、相對濕度50%±10%的無(wú)塵室相比，基本環(huán)境壓力測試儀內的環(huán)境就嚴酷多了--硬盤(pán)驅動(dòng)器在不同的溫/濕條件下運轉，其中溫度可以高達55℃，測試時(shí)間上百小時(shí)。經(jīng)一系列的測試檢驗合格之后，硬盤(pán)才被包裝出廠(chǎng)。

　　雖然硬盤(pán)的生產(chǎn)過(guò)程中手工裝配的工序很多，但對于廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)那些機器操作的工序也并不省心。譬如說(shuō)單碟容量的增長(cháng)非但不會(huì )影響工人生產(chǎn)硬盤(pán)驅動(dòng)器的數量，還同步提高了容量產(chǎn)出能力，卻對STW和后期測試（單碟容量從20GB提高到40GB使測試時(shí)間延長(cháng)65%）提出了更高的要求。另一個(gè)例子是接口升級--從工人裝配的角度來(lái)看UltraATA/133與UltraATA/33沒(méi)有什么不同，可測試設備就要提前更新以提供支持�？傊�，建設一個(gè)硬盤(pán)工廠(chǎng)、維持其正常運轉并隨著(zhù)產(chǎn)品的更新?lián)Q代而做出相應的調整，對任何公司來(lái)說(shuō)都非常具有挑戰性。

嘿嘿,學(xué)習的好東西,堅決要下

可以的啊。。。

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