硬盤磁頭更換-開盤換磁頭恢復數據入門

作者：香農青島數據恢復中心 2007-12-17 19:04

當今，由于計算機產業的高速發展，生產商為了跟上時代的腳步，有時不得不將尚未成熟的技術推向市場。這種趨勢給產品的質量帶來了負面的影響。硬盤驅動器也不例外。由于銷售量的增加和質量的下降，硬盤現在成為了麻煩的朋友（例如，系統不能檢測倒硬盤等故障）。有時硬盤會發出敲擊聲或吱吱的聲音——70％是磁頭故障或前置放大器故障引起的。這時，要恢復硬盤上的數據，就需要更換磁頭或前置放大器。

磁頭代換-FAQ
原著：[俄]Stanislav Korb
翻譯：香農數據
2006年3月11日
本文謝絕轉載，謝謝合作

什么是前置放大器？

前置放大器是位于磁頭組件上的一片集成芯片。在老型號的硬盤中使用的前置放大器一般都是有管腳的；新型號的硬盤使用的前置放大器為開放式（open frame）封裝，使用導電粘合劑或BGA的方式焊接。(圖 1, 2)

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圖 1 帶有開放式（open frame）封裝前置放大器芯片的磁頭組件
（Hitachi ATMR 系列， 2.5-英寸硬盤）

圖 2 封裝（frame-type）的前置放大器芯片（Seagate Barracuda IV 硬盤）

要代換前置放大器芯片是很困難的它們很容易被靜電所損壞。如果一定要代換前置放大器芯片，就需要采取必要的措施防止由于人體的靜電損壞芯片：人體、硬盤和焊臺都必須保持良好的接地；使用12V的焊臺。

怎樣鑒別磁頭故障？

事實上，要鑒別磁頭故障是非常復雜的。即使打開硬盤的盤體也無法從外觀上看出磁頭發生了損壞這時工程師需要依賴經驗和軟件工具來作出判斷。例如，PC3000可以通過檢測硬盤固件區的表面狀況來診斷出IBM、Western Digital, 某些Seagate硬盤的磁頭故障。

老硬盤由于較高的可靠性（這里我們指20－512MB的硬盤），所以不會突然損壞；但它們的磁頭也會發生故障。在圖3為一個容量為406MB的Quantum硬盤，它的磁頭翹了起來。翹起來的磁頭對于硬盤是非常危險的，它會嚴重的劃傷磁盤表面。磁頭除了會翹起來以外，也會發生斷裂的現象在IBM硬盤中這是非常典型的故障。雖然這種故障發生的概率不是很大，但是一旦發生，磁盤表面就會被完全的劃傷。

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圖 3 容量為406 MB的Quantum硬盤中翹起的磁頭

磁頭的讀寫部件也會發生故障這種情況外觀一般沒有明顯的表現可以使用歐姆表來檢測線圈的電阻。

如果磁頭的前置放大器損壞的話，硬盤也會發生敲擊的現象。這種故障的檢測方法不是那么簡單。例如，對于Seagate硬盤需要使用一個特別的適配器連接到硬盤的COM口（適配器的電路圖如下所示）：

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然后運行COM終端程序如超級終端。當硬盤加電后，在終端窗口中可以看到如下的信息：

Interface task reset ....<略>....
Head Mask 0000 Head Mask 0001 Head Mask 0002 Head Mask 0003

硬盤會測試從0到F之間的所有磁頭；然后會進入level F，或者停轉。而對于 Quantum所有系列的硬盤（包括最后的系列  Maxtor D540X 和 D740X）可以通過聲音來診斷：硬盤啟動后，會發出兩下敲擊聲，然后硬盤電機逐漸提高轉速，然后又發出4下敲擊聲，最后硬盤進入穩定的旋轉狀態。對于Western Digital硬盤，前置放大器的故障也可以通過聲音來診斷：發出兩下敲擊聲后主軸會停轉。 Maxtor硬盤前置放大器損壞后的特點是敲擊會持續超過30秒鐘。Samsung硬盤前置放大器損壞后，也是會發出兩下敲擊聲后主軸停轉；不過當固件區的關鍵模塊損壞后，Samsung硬盤也會表現出同樣的現象。Shannon.net.cn

磁頭代換：如何開始？

首先要準備好合適的工作環境。關鍵在于清潔。現在的硬盤數據密度非常高，即使一個灰塵微粒也會阻止從某些扇區讀取數據...

有多種手段可以實現清潔的環境。最佳的方法是使用無塵室。無塵室應該達到10級的清潔標準1立方米的空間包含不多于10個微塵粒子。如果無法達到10級的清潔標準也是可行的這取決于經濟能力，不過數據恢復的成功率是依賴于環境因素的。
在準備好清潔的工作環境后，我們需要選擇一些必要的工具（圖 4）。

圖 4 磁頭代換需要的工具

首先應該有各種類型和構造的螺絲起子。然后應該有直頭鑷子和彎頭鑷子。另外還應該準備放大鏡和壁紙刀。然后準備一臺可以方便的調節亮度和方向的臺燈和PC電源。最后還需要一些酒精，手套，口罩和帽子：因為人體本身也是污垢的來源頭發中有灰塵，手指上有油脂——因此應避免這些因素影響硬盤。

在做好以上準備之后，我們就可以開始代換磁頭了。我們需要做的第一件事是：練習。

如何練習代換磁頭？

要成功的代換磁頭，根本的要求就是經驗和實踐。作者建議可以尋找一些同型號的壞硬盤進行試驗。如果經過練習以后，你確信可以通過更換磁頭來恢復數據了那么恭喜你！如果你還沒有把握拿出更多的時間進行練習，相信不久你就可以掌握這一技術的。
代換磁頭時最重要的事情是什么？

1. 考慮磁頭的兼容性原則（在下面會列出）。
2. 保持工作環境和工具的清潔工具也是污染的來源之一。
3. 不要急躁，盡量做到最精確。
4. 不要喝酒或吸食任何可以降低反應能力的物質；否則手會發抖會使您前功盡棄的。

什么是供體？兼容的規則是什么？

供體是指用來提供磁頭部件的硬盤。選擇供體的原則是：硬盤的型號要一致，主軸電機和VCM控制器芯片和讀寫信道芯片要一致。另外，每一個廠家的每一系列的硬盤還有一些特別的規則必須符合這些規則（見表 1）。

即使硬盤的型號一樣，PCB完全一致，磁頭還是可能會不一樣。所以應該按照表1的規則來確定它們是否兼容：某些硬盤，需要根據序列號來檢查磁頭的數量特別是對于Maxtor硬盤。例如，Maxtor 6Y120L0 硬盤（120 GB）可能會有3，4 甚至 5 個磁頭。Maxtor硬盤，Quantum硬盤和Seagate硬盤可以從序列號中獲得磁頭的數量信息（見圖 5，6，7）：

圖 5 Maxtor 7Y250P0 （250 GB）的序列號。
序列號中的第2個字符表示安裝和使用的磁頭數。
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圖 6 Quantum Plus AS（40 GB）硬盤的序列號。
序列號中的第3個字符表示安裝和使用的磁頭數
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圖 7 Seagate Barracuda 7200.7 ST3200822A （200 GB）硬盤的序列號。
序列號中的第3個字符表示安裝和使用的磁頭數
除此之外還應該檢查固件版本和標簽上的其它字符是否一致。

表 1: 磁頭代換時供體盤的兼容性特征

同一系列的硬盤的配置可能會改變，因此必須嚴格的遵守上面的規則。


圖 8 Seagate Barracuda 7200.7, 40 GB。
固件版本 3.06，只有一個磁頭，位于磁盤的上表面
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圖 9 可以看到同一硬盤中使用的是塑料空氣鎖

圖 11 老型號的ST3660A和它的弱點 —— 塑料限位器

什么是打磨的硬盤？它可以作為供體嗎
所謂打磨的硬盤是指通過更改某些參數，關掉損壞的磁頭，更改固件版本等來修復損壞的硬盤，以在二手市場上出售。例如許多打磨的Maxtor N40P的硬盤，可能使用的是Maxtor Ares C64K的盤體，他們的固件版本號都是NAR61EA0；還有Western Digital EB 和 BB 系列，序列號中包含字母R的硬盤。顯然，如果打磨的硬盤如果有一個磁頭損壞（磁頭 0，底部的那個），那么就會使用另外的磁頭來作為活動磁頭，故見的版本號也會改變（例如，Seagate Barracuda 7200.7 對應的有一些固件版本  3.53, 3.75, 8.75  使用了兩個磁頭。廠家在修復硬盤時不會更換磁頭，他們會利用現有的資源做一些配置上的改變。
另外校準參數，對于特定的磁頭、PCB是唯一的。如果存儲在固件區中的校準參數不兼容，那么要恢復數據也是不可能的；甚至還會引起敲盤。所以可以說打磨的硬盤一般是不能用作供體的。Shannon.net.cn

磁頭啟/停系統

磁頭的啟/停系統沒有那么多分類。大體上，它們可以分為外置（磁頭停泊在磁碟外部），和內置（磁頭停泊在磁盤的停泊區）兩種類型。

由于外置的啟/停裝置相對更安全，所以用在所有的 2.5-英寸硬盤中。另外，IBM 和 Hitachi 3.5-英寸硬盤（圖 1214）也使用了外置的啟/停裝置。SCSI硬盤中也使用了外置的啟/停裝置可以支持多達12個磁頭！

圖 12 停泊區和停泊的磁頭（IBM AVER 系列，40 GB)?

圖 13 磁頭被導入磁盤表面區域（Hitachi AVV2 系列硬盤，80 GB）

圖 15 由于磁頭故障導致的磁盤表面的劃傷
內置的啟/停系統是一種機械結構：Seagate新型號的硬盤，Quantum硬盤（圖9，16，17）和Maxtor 薄盤廣泛的使用了這種啟/停系統（圖 18）。



圖16，17 Quantum 硬盤的啟／停系統。
圖 16 Quantum Maverick. 圖 17 Quantum Fireball LCT10
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圖 18 （薄盤） Maxtor Athena，Nike，N40P，Ares C64K系列硬盤的啟／停系統

Maxtor全容量的硬盤，還有Fujitsu 和Western Digital硬盤的啟/停裝置基于 電磁-機械原理。 磁頭由限位器上的一塊磁鐵推動；位置調節器是磁頭運動的動力來源，它雖然結構簡單，但是有一個缺點需要很大的電磁脈沖來啟動磁頭如果PCB發生故障的話就不能啟動磁頭；另外，電磁脈沖也可能會損壞VCM線圈（例如，Maxtor Calypso系列硬盤的VCM線圈會發生短路故障）。

圖 20 使用磁－機械架構的啟／停系統（WD200EB）

為什么磁頭的編號從0開始？
原因很簡單 ——與電子設備相關的原理都來自于數學。在數學中  0 與 1 或 100是一樣的數字，而十進制格式或16進制格式（HEX）都是從數字0開始的。硬盤生廠商使用16進制格式的原因是：可以以較少的位數表示較大的數字（例如，數字 255的16進制格式為 FF）；另外，2進制的字為16 bit，也使使用16進制格式的原因。

磁頭的編號是從底部開始的最底下的為磁頭0，然后是1，等等（見圖21）。注意，即使某一位置沒有安裝磁頭，它們仍然占用編號（見圖22）。在圖21中（損壞的WD E9180磁頭組），顯示磁頭是從位置2開始安裝的，而磁頭0和磁頭1沒有安裝。

圖 21 磁頭的編號方案（SCSI Western Digital）

圖 22 磁頭組（WD600BB） 磁頭 0，1 和 3 為存在的；磁頭 2 不存在

如何代換磁頭?

祝賀你！
現在，讓我們繼續最重要的話題如何代換磁頭？首先，我們需要有一個供體。有時我們需要不止一個供體如果磁盤表面被嚴重劃傷了，在讀取數據時磁頭會再次損壞。例如Quantum Plus AS 和Maxtor D540  D740X硬盤就需要多個供體。

下一步 —— 清潔供體和受體，可以使用酒精來清潔盤體和PCBs  主要的污染源。然后進入潔凈空間開始工作。如果主軸和磁頭組被螺絲固定在盤體蓋上，那么首先應該卸掉螺絲。現在，我們打開了硬盤。要拆下故障磁頭我們需要先卸掉一些內置部件。
建議先從位置調節器的上磁鐵開始。卸掉所有螺絲，然后使用鉗子抓住磁鐵并取下。注意磁鐵比較重，如果不小心脫落——那么就會發生撞擊，后果也是不可預知的。Shannon.net.cn

取下上部的磁鐵后我們就可以看到VCM線圈和位置調節器（見圖 23）。現在我們必須要卸下螺絲（圖 23） 右下角）。然后再卸下啟/停裝置。如果硬盤使用的是內置啟/停系統，那么必須先將磁頭移出磁盤，在作這一操作時應該啟動主軸電機，在盤片旋轉時將磁頭移出磁盤區域。

圖 23 磁頭控制系統的內部結構（Seagate Barracuda 7200.7, 160 GB）：
磁頭組，VCM 線圈，啟／停機構

為什么要保持盤片旋轉時再移出磁頭呢？答案很簡單：如果不這樣做的話磁頭就可能會撞到磁盤。

在將磁頭移出盤片之外時，應該小心不要讓它們粘在一起。如果只有一個磁頭那么就無須擔心，如果有多個磁頭——那么注意成對的磁頭會粘在一起。我們可以將其中一個磁頭放到一個特制的容器里避免這種事故。作者使用飲料吸管按照下列方法制作了一種特殊的裝置：將吸管加熱熔化，然后將吸管壓成扁平狀（例如，用尺子）。然后將吸管截成小段來套在磁頭上。我們也可以使用這種方法保存磁頭。

如果硬盤中有多個磁頭的話，位于下部的磁頭較難將吸管套上，我們可以使用彎角的塑料鑷子。

現在，磁頭已經被移出磁盤外面。卸下固定磁頭組軸承的螺絲，然后小心的向上提起，取下磁頭組。記住靜電可能會損壞磁頭組，所以應該戴著手套并可靠接地。應該使用鑷子或鉗子來提起磁頭組，避免手上的靜電損壞前置放大器和讀/寫磁頭。

同樣的方法將磁頭從供體盤上取下。然后將供體磁頭安裝到受體硬盤上，然后上緊螺絲。

下一步將磁頭移動到磁盤表面上方。這是最難的操作之一。如果有1個或2個磁頭——使用鑷子就可以輕松的將磁頭移動到磁盤表面上方。如果有多個磁頭，就需要使用特殊的工具——你可以發揮想象自己制作符合要求的工具；作者使用的是鑷子和塑料的飲料吸管。

在磁頭安裝到磁盤表面上方之后，應該在保持磁盤旋轉的前提下，仔細的將磁頭移動到停泊區。如果是外置的啟/停系統，那么應該首先將磁頭推入啟/停系統的滑軌中。如果在這一過程中你聽到任何奇怪的聲音吱吱聲，刮擦聲，那么應該重做一次。如果你不管不顧的話，在硬盤起轉后，磁頭有可能會劃傷磁盤表面。

已經安全的將磁頭安裝到位了嗎？干的好！現在把所有的部件安裝回原來的位置，將上磁鐵裝回也是較困難的工作之一。要完成這一工作應該將硬盤固定結實，用鉗子夾住磁鐵然后按回原來的位置。之后，調整它的位置并上緊螺絲，最后我們就可以給硬盤加電了。如果一切都準確無誤的話——硬盤就會校準，進入準備就緒狀態，我們就可以開始讀取數據了。

如何對付 Western Digital EB 和 BB?

確實，這些硬盤是邪惡的家伙。它們的磁頭組的軸是由盤體的蓋子固定的，因此，如果卸下磁頭后是沒有辦法重建固定螺絲的原始位置的，這些硬盤在代換磁頭后也很難再啟動了。不過，幸運的是，這些硬盤的BPI密度非常低，因此允許在盤體開啟的狀態下讀取數據。當然，需要在潔凈的空間中。

在代換磁頭后，將螺絲起子插入軸中——我們嘗試找到可以使硬盤校準的軸的位置。（圖 25） 然后，在讀取數據的時間內（可能會長達1個小時），我們必須坐在那里，保持螺絲起子的位置不過這項工作是值得的！

圖 25 在代換磁頭后，作者必須手動的調整磁頭組的軸承的傾斜角來恢復數據

作者：Stanislav Korb
英文翻譯者：Hddguru.com
中文翻譯者：Shannon.net.cn
Shannon.net.cn